KR20190025260A - 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

밸브 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치는 차량의 연소실과 연결된 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드와 일체로 형성되어 캠에 의해 캠 작동하는 밸브 스템, 및 상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더를 포함하는 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 헤드는 실린더 헤드의 둘레에 대응하여 제1 곡률을 갖는 제1 곡면과, 상기 실린더 헤드의 중심에 대응하여 제2 곡률을 갖는 제2 곡면으로 이루어지되, 상기 제1 곡률은 제2 곡률보다 곡률반경이 작게 형성 된다.

Description

밸브 장치{VALVE APPARATUS}

본 발명은 밸브 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기밸브 및 배기밸브의 체적효율을 향상시키는 밸브 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 동력행정에 필요한 혼합가스를 연소실 안으로 흡입하고, 흡입된 혼합가스를 피스톤이 압축하여 점화플러그의 순간점화로 팽창행정이 발생하며, 이후 연소가스를 외부로 배출한다.

상기 혼합가스와 연소가스를 흡입, 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브가 설치된다.

여기서 종래 엔진의 흡기밸브는 흡기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드의 중심에서 연결되어 밸브 헤드를 직선 운동시키는 밸브 스템으로 구성된다.

그리고 상기 흡기 및 배기밸브의 개폐 시, 상기 밸브 스템의 직선 이동이 용이하도록 상기 스템의 외측면에 스템 가이더가 설치된다.

즉, 상기와 같은 흡기 및 배기밸브는 흡기포트에 위치하여 상기 밸브 스템의 직선운동에 의해 흡기포트로부터 떨어지면서 상기 흡기포트를 열어 혼합 가스를 연소실에 흡입하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 흡기밸브의 밸브 헤드는 원형으로 형성되어 구조적으로 신속하게 흡기 및 배기가 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

즉, 신속한 흡기 및 배기가 이루어지지 못하는 엔진은 연료의 연소율이 낮아지므로 완전 연소가 불가능하여 배기가스의 배출이 증가된다.

다시 말해, 흡기포트를 통해 연소실로 유입된 혼합연료는 피스톤의 폭발행정에 의해 연소되며, 이때 연소가스는 배기포트를 통해 배출된다.

그러나 배기포트의 지름이 작을수록 연소가스의 배출이 신속하게 이루어지지 못하므로 연소실에는 연소가스의 상당량이 일부 잔류되어 재 연소되므로 혼합연료의 보다 효율적인 연소가 이루어지지 못하게 되는 것이다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 흡기 및 배기밸브 밸브 헤드의 각 형상을 비대칭으로 적용하여 흡기 및 배기밸브의 체적효율을 향상시킬 수 있는 밸브 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 차량의 연소실과 연결된 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드와 일체로 형성되어 캠에 의해 캠 작동하는 밸브 스템, 및 상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더를 포함하는 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 헤드는 실린더 헤드의 둘레에 대응하여 제1 곡률을 갖는 제1 곡면과, 상기 실린더 헤드의 중심에 대응하여 제2 곡률을 갖는 제2 곡면으로 이루어지되, 상기 제1 곡률은 제2 곡률보다 곡률반경이 작게 형성되는 밸브 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 밸브 헤드는 상기 흡기밸브와 배기밸브 중, 적어도 하나에 적용될 수 있다.

또한, 상기 제2 곡률은 0인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2 곡면에는 홈이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 홈은 반원형으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸브 스템은 상기 밸브 헤드의 무게 중심에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1 곡면과 제2 곡면이 만나는 연결부를 제1 라운드부로 형성하고, 상기 제2 곡면과 홈이 만나는 연결부를 제2 라운드부로 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1 라운드부 및 제2 라운드부의 곡률은 각 라운드부의 양측과 연결되는 영역의 곡률보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치는 흡기 및 배기밸브의 밸브 헤드 각 형상을 비대칭으로 적용하여 흡기 및 배기밸브의 체적효율을 최대한 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치는 밸브 스템의 형상을 타원형 또는 반원형으로 적용함과 동시에, 상기 스템 가이더의 안내홀 또한 동일하게 형성함으로써, 상기 밸브 스템의 회전을 방지하여 상기 밸브 헤드가 상기 흡기 및 배기포트를 완전히 밀폐하고 개방하도록 구성될 수 있다.

이 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치가 적용되는 실린더 헤드의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 밸브 스템과 스템 가이더를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치가 적용되는 실린더 헤드의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 개략적인 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 밸브 스템과 스템 가이더를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(10)는 DOHC(Double Over Head Camshaft)로 이루어진 엔진에 적용된다.

상기 DOHC 엔진의 흡기 및 배기 구조를 간단히 설명하면, 실린더(1)의 내부에 상,하 작동하는 피스톤(3)이 형성되고, 상기 실린더(1)의 상부에 위치한 실린더 헤드(5)에 원형 통로의 흡기포트(7a)와 배기포트(7b)가 형성된다.

또한, 상기 흡기포트(7a)와 배기포트(7b)에 대응하여 흡기밸브(10a)와 배기밸브(10b)가 각각 설치되며, 상기 피스톤(3)의 상, 하 작동에 의해 흡기포트(7a)와 배기포트(7b)가 개폐되면서 연소실(9)의 연소가스를 배출시키도록 구성된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(10)는 밸브 헤드(11), 밸브 스템(13), 및 스템 가이더(15)를 포함한다.

먼저, 상기 밸브 헤드(11)는 차량의 연소실(9)과 연결된 흡기포트(7a) 및 배기포트(7b)를 각각 개폐하도록 구성된다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 헤드(11)는 상기 흡기포트(7a)에 대응하는 흡기밸브(10a)와, 상기 배기포트(7b)에 대응하는 배기밸브(10b) 중, 적어도 어느 하나에 적용된다.

이러한 밸브 헤드(11)는 제1 곡면(R1)과 제2 곡면(R2) 또는 제1 곡면(R1)과 직선으로 이루어진다.

여기서 상기 제1 곡면(R1)과 제2 곡면(R2)은 일정곡률을 갖는 라운드진 면으로 정의된다.

상기 제1 곡면(R1)은 실린더 헤드(5)의 둘레에 대응하여 제1 곡률을 갖는다.

또한, 상기 제2 곡면(R2)은 상기 실린더 헤드(5)의 중심에 대응하여 제2 곡률을 갖는다.

그리고 상기 제2 곡면(R2)은 직선으로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 제2 곡면(R2)을 이루는 제2 곡률은 0일 수 있다.

이때, 상기 제2 곡면(R2)에는 홈(H)이 형성된다.

상기 홈(H)은 상기 제2 곡면(R2)의 일측에서 일정부분 절개하여 형성되며, 반원형으로 형성된다.

이러한 홈(H)은 도 2에서 반원형으로 중앙부에 형성되는 것을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 홈(H)의 위치는 달라질 수 있다.

상기 홈(H)은 디젤 차량에서는 인젝터를 설치하기 위한 홈이며, 가솔린 차량에서는 스파크 플러그를 설치하기 위한 홈이다.

즉, 상기 홈(H)은 각종 차량에서 인젝터나 스파크 플러그 등 부가 장치와의 간섭을 피하기 위하여 형성된 것이다.

이러한 홈(H)은 필요에 따라 설계 유무가 달라질 수 있다.

한편, 상기 제1 곡면(R1)과 제2 곡면(R2)이 만나는 연결부를 제1 라운드부(C1)로 형성한다.

또한, 상기 제2 곡면(R2) 상에서, 상기 제2 곡면(R2)과 홈(H)이 만나는 연결부를 제2 라운드부(C2)로 형성한다.

여기서 상기 제1 라운드부(C1)의 곡률반경이 제2 라운드부(C2)의 곡률반경보다 작게 형성된다.

또한, 상기 제1 라운드부(C1) 및 제2 라운드부(C2)의 곡률은 각 라운드부의 양측과 연결되는 면의 곡률보다 작게 형성된다.

다시 말해, 상기 제1 라운드부(C1)의 곡률은 상기 제1 라운드부(C1)의 양측과 연결되는 면의 곡률보다 작게 형성된다.

마찬가지로, 상기 제2 라운드부(C2)의 곡률은 상기 제2 라운드부(C2)의 양측과 연결되는 면의 곡률보다 작게 형성된다.

도 3과 도 4를 참조하면, 상기 밸브 스템(13)은 상기 밸브 헤드(11)와 일체로 형성되어 캠(미도시)에 의해 캠 작동한다.

상기 밸브 스템(13)은 이하에서 설명할 스템 가이더(15)가 끼워진 상태로, 실린더 헤드(5)의 흡기 및 배기포트(7a, 7b)와 캠 실(20) 사이를 관통하여 설치된다.

상기 밸브 스템(13)은 상기 밸브 헤드(11)의 무게 중심에 연결되도록 구성된다.

즉, 상기 밸브 스템(13)의 무게 중심은 상기 밸브 헤드(11)의 무게 중심과 동일하도록 연결된다.

또한, 상기 밸브 스템(13)은 1개 이상의 직선 또는 1개 이상의 곡선으로 이루어진 2개 이상의 선을 포함하는 단면으로 형성된다.

이러한 밸브 스템(13)은, 도 4(A)를 참조하면, 타원형의 단면으로 형성된다.

예를 들어, 상기 밸브 스템(13)은 단면이 곡률이 다른 2개의 곡선으로 된 경우, 타원형 또는 비대칭 원형 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밸브 스템(13)은, 도 4(B)를 참조하면, 반원형의 단면으로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 상기 밸브 스템(13)은 단면이 1개의 직선과 1개의 곡선으로 된 경우, 반원 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밸브 스템(13)은 단면이 2개의 직선과 1개의 곡선으로 된 경우, 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 밸브 스템(13)은 단면이 2개 이상의 직선으로 된 경우, 삼각형이나 사각형 등의 다각 형상으로 이루어질 수 있다.

다시 말해, 상기 밸브 스템(13)은 회전을 방지하기 위해 비대칭 구조로 이루어진다.

또한, 상기 밸브 스템(13)의 선단부에는 로커 암 또는 태핏과 접촉하는 밸브 스템 엔드(미도시)로 구성된다.

마지막으로, 상기 스템 가이더(15)는 상기 밸브 스템(13)을 안내하도록 구성된다.

즉, 상기 스템 가이더(15)는 상기 밸브 스템(13)을 안내하도록 내부에 안내홀(17)이 형성된다.

이때, 상기 안내홀(17)은 상기 밸브 스템(13)이 타원형의 단면으로 이루어질 경우, 상기 밸브 스템(13)의 단면과 동일한 타원형의 홀로 형성된다.

반면, 상기 안내홀(17)은 상기 밸브 스템(13)이 반원형의 단면으로 이루어질 경우, 상기 밸브 스템(13)의 단면과 동일한 반원형의 홀로 형성될 수 있다.

즉, 상기 안내홀(17)은 상기 밸브 스템(13)의 형상에 따라 변경됨으로써, 상기 밸브 스템(13)의 회전을 방지할 수 있다.

또한, 상기 스템 가이더(15)는 외면에 복수의 돌기(19)가 형성된다.

이때, 상기 복수의 돌기(19)는 상기 스템 가이더(15)의 외면에서 양측에 2개가 대칭되게 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 돌기(19)의 개수와 위치는 변경될 수 있다.

이러한 복수의 돌기(19)는 실린더 헤드(5)에 대하여 상기 스템 가이더(15)가 회전하지 않도록 구성되는 것이다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(10)는 밸브 헤드(5)의 형상을 비대칭으로 적용하여 흡기 및 배기밸브(10a, 10b)의 체적효율을 최대한 향상시킬 수 있다.

다시 말해, 상기 밸브 장치(10)는 밸브 헤드(11)가 실린더 헤드(5)의 둘레에 대응하여 일정곡률을 갖는 제1 곡면(R1)과, 상기 실린더 헤드(5)의 중심에 대응하여 일정곡률을 제2 곡면(R2)으로 이루어지되, 상기 제1 곡면(R1)의 곡률반경을 제2 곡면(R2)의 곡률반경보다 작게 형성하여 체적을 최대한 넓힘으로써, 흡기 및 배기밸브(10a, 10b)의 체적효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(10)는 밸브 스템(13)의 형상을 타원형 또는 반원형으로 적용함과 동시에, 상기 스템 가이더(15)의 안내홀(17) 또한 동일하게 형성함으로써, 상기 밸브 스템(13)의 회전을 방지하여 상기 밸브 헤드(11)가 상기 흡기 및 배기포트(7a, 7b)를 완전히 밀폐하고 개방하도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 스템 가이더(15)의 외면에 복수개의 돌기(19)를 구성하여 상기 스템 가이더(15)가 실린더 헤드(5)에 대하여 회전하는 것을 방지하는 효과도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 실린더 3: 피스톤
5: 실린더 헤드 7a: 흡기포트
7b: 배기포트 9: 연소실
10: 밸브 장치 10a: 흡기밸브
10b: 배기밸브 11: 밸브 헤드
13: 밸브 스템 15: 스템 가이더
17: 안내홀 19: 돌기
20: 캠 실 R1: 제1 곡면
R2: 제2 곡면 C1: 제1 라운드부
C2: 제2 라운드부 H: 홈

Claims (12)

1. 차량의 연소실과 연결된 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드와 일체로 형성되어 캠에 의해 캠 작동하는 밸브 스템, 및 상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더를 포함하는 밸브 장치에 있어서,
   상기 밸브 헤드는 실린더 헤드의 둘레에 대응하여 제1 곡률을 갖는 제1 곡면과, 상기 실린더 헤드의 중심에 대응하여 제2 곡률을 갖는 제2 곡면으로 이루어지되,
   상기 제1 곡률은 제2 곡률보다 곡률반경이 작게 형성되는 밸브 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 헤드는
   흡기밸브와 배기밸브 중, 적어도 하나에 적용되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 곡률은 0인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 곡면에는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 홈은 반원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 스템은
   상기 밸브 헤드의 무게 중심에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 곡면과 제2 곡면이 만나는 연결부를 제1 라운드부로 형성하고, 상기 제2 곡면과 홈이 만나는 연결부를 제2 라운드부로 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 라운드부 및 제2 라운드부의 곡률은 각 라운드부의 양측과 연결되는 영역의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
9. 차량의 연소실과 연결된 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드와 일체로 형성되어 캠에 의해 캠 작동하는 밸브 스템, 상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더, 및 상기 스템 가이더가 설치되는 실린더 헤드를 포함하는 밸브 장치에 있어서,
   상기 밸브 스템은 1개 이상의 직선 또는 1개 이상의 곡선으로 이루어진 2개 이상의 선을 포함하는 단면으로 형성되며,
   상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더의 안내홀은 상기 밸브 스템의 단면과 동일한 형상의 홀로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 스템은
    상기 밸브 헤드의 무게 중심에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
11. 차량의 연소실과 연결된 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 밸브 헤드와, 상기 밸브 헤드와 일체로 형성되어 캠에 의해 캠 작동하는 밸브 스템, 상기 밸브 스템을 안내하는 스템 가이더, 및 상기 스템 가이더가 설치되는 실린더 헤드를 포함하는 밸브 장치에 있어서,
    상기 스템 가이더는
    외면에 1개 이상의 돌기를 구성하여 상기 실린더 헤드에 대하여 회전하지 않도록 설치되는 밸브 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는
    상기 스템 가이더의 돌기에 대응하는 위치에 상기 돌기가 끼워지도록 돌기홈이 형성되는 밸브 장치.

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