KR20220023534A - 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조 - Google Patents

흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조 Download PDF

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Abstract

흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실린더 구조는 실린더 블록의 상부에 결합하여 연소실을 형성하는 실린더 헤드; 상기 실린더 헤드에 형성되고 흡기가 유입되고, 단부에 압입홈이 형성되고, 상기 압입홈의 상부에 형성되는 포트 상부와 포트 하부를 포함하는 흡기 포트; 상기 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기가 상기 연소실 내부로 선택적으로 유입되도록 상기 실린더 헤드에 구비되고, 흡기 밸브 몸체와 흡기 밸브 헤드를 포함하는 흡기 밸브; 상기 흡기 밸브의 흡기 밸브 몸체를 가이드하는 흡기 밸브 가이드; 및 링 형상으로 형성되고, 상기 압입홈에 안착되는 상부면과 하부면, 상기 상부면의 반경 방향 내측으로 돌출되며 돌출 상면과 돌출 하면을 포함하는 돌출부, 및 상기 돌출부와 상기 외측면을 연결하는 내측 하면을 포함하는 흡기 밸브 시트;를 포함하고, 상기 흡기 밸브 가이드의 중심축과 상기 돌출 상면은 예각을 형성할 수 있다.

Description

흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조 {INTAKE VALVE SEAT AND CYLINDER STRUCTURE OF ENGINE}
본 발명은 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실린더 내부의 텀블 방향 유동을 증가시킬 수 있는 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진은 실린더 헤드와 실린더 블록이 결합하여 그 내부에 실린더가 형성되고, 실린더에 피스톤이 설치되어 실린더 내부로 유입되는 공기(또는, 공기와 연료의 혼합기)가 압축되어 연소한다.
실린더 헤드의 흡기 포트에는 실린더 내부로 공기 또는 혼합기를 유입시키기 위한 흡기 밸브가 설치되고, 배기 포트에는 연소된 배기 가스를 배출시키기 위한 배기 밸브가 설치된다.
최근 들어, 엔진의 연비를 높이기 위한 방법 중 하나로 연소 속도를 증가시키는 연구가 진행되고 있다.
실린더 내부의 텀블 방향 유동은 연소 속도와 관련한 인자 중의 하나로, 텀블 방향 유동이 강할수록 연소 속도가 빠르다. 일반적으로, 실린더 내부의 텀블 방향 유동은 흡기의 속도와 방향에 의해 결정된다.
텀블 방향 유동이 증가할수록 난류 에너지가 증가하고, 난류 에너지가 증가할수록 연소 시간이 감소하는 경향을 보이고 있다.
따라서, 실린더 내부로 유입되는 공기 또는 혼합기의 텀블 방향 유동을 증가시켜, 연비를 높일 수 있는 방법에 요구되고 있다.
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 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실린더 내부로 유입되는 흡기의 텀블 방향 유동을 증가시킬 수 있는 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실린더 내부의 텀블 방향 유동을 증가시켜, 차량의 연비를 증가시킬 수 있는 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실린더 구조는 실린더 블록의 상부에 결합하여 연소실을 형성하는 실린더 헤드; 상기 실린더 헤드에 형성되고 흡기가 유입되고, 단부에 압입홈이 형성되고, 상기 압입홈의 상부에 형성되는 포트 상부와 포트 하부를 포함하는 흡기 포트;
상기 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기가 상기 연소실 내부로 선택적으로 유입되도록 상기 실린더 헤드에 구비되고, 흡기 밸브 몸체와 흡기 밸브 헤드를 포함하는 흡기 밸브; 상기 흡기 밸브의 흡기 밸브 몸체를 가이드하는 흡기 밸브 가이드; 및 링 형상으로 형성되고, 상기 압입홈에 안착되는 상부면과 하부면, 상기 상부면의 반경 방향 내측으로 돌출되며 돌출 상면과 돌출 하면을 포함하는 돌출부, 및 상기 돌출부와 상기 외측면을 연결하는 내측 하면을 포함하는 흡기 밸브 시트;를 포함하고, 상기 흡기 밸브 가이드의 중심축과 상기 돌출 상면은 예각을 형성할 수 있다.
상기 흡기 밸브 시트와 상기 흡기 밸브 가이드는 동축상에 위치할 수 있다.
상기 흡기 밸브 시트의 상기 돌출부는 상기 포트 상부보다 상기 흡기 포트의 반경 방향 외측에 위치할 수 있다.
상기 흡기 밸브 시트의 상기 돌출 상면은 상기 포트 하부와 평행하거나, 또는 상기 포트 하부보다 상기 실린더 헤드의 아래쪽으로 경사지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트는 실린더 헤드에 형성되고 포트 상부와 포트 하부를 포함하는 흡기 포트의 단부에 압입되는 흡기 밸브 시트로서, 상기 압입홈에 안착되는 상부면과 하부면; 상기 상부면의 반경 방향 내측으로 돌출되며 돌출 상면과 돌출 하면을 포함하는 돌출부; 및 상기 돌출부와 상기 외측면을 연결하는 내측 하면;을 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 포트 상부보다 반경 방향 외측에 위치할 수 있다.
상기 돌출 상면은 상기 포트 하부와 평행하거나, 또는 상기 포트 하부보다 상기 실린더 헤드의 아래쪽으로 경사지도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 따른 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 실린더 구조에 의하면, 흡기(또는, 혼합기)가 흡기 포트를 통해 유입될 때, 흡기 밸브 시트에 의해 간섭이 발생하지 않기 때문에, 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기(또는, 혼합기) 유동의 직진성이 강화된다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실린더 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 "A" 표시부를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 도시한 단면도이다.
도 6은 텀블비와 난류 에너지의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 난류 에너지와 연소기간과의 관계를 도시한 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트가 적용되는 엔진에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실린더 구조를 도시한 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 "A" 표시부를 확대한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실린더는 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 연소실(21)을 포함한다.
실린더는 실린더 블록(20)과 실린더 헤드(10)가 결합하여, 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 연소실(21)을 형성한다. 즉, 실린더 헤드(10)가 실린더 블록(20)의 상부에 결합되고, 그 내부에 연소실(21)이 형성된다.
실린더 블록(20)은 대략 원통 형상으로 형성되고, 내부에 연소실(21)이 형성되며, 상부는 개구된다. 실린더 헤드(10)는 개구된 실린더 블록(20)의 상부를 덮고, 실린더 블록(20)과 실린더 헤드(10) 사이에 연소실(21)이 형성된다.
실린더 헤드(10)에는 흡기가 유입되는 통로인 흡기 포트(30), 및 배기가 배출되는 통로인 배기 포트가 각각 형성된다.
흡기 포트(30)는 실린더 헤드(10)의 중앙으로부터 반경 방향 외측으로 일정 각도 경사지도록 형성되고, 배기 포트는 실린더 헤드(10)의 중앙으로부터 반경 방향 외측으로 일정 각도 경사지도록 형성된다. 흡기 포트(30)와 배기 포트는 실린더 헤드(10)의 중앙으로부터 서로 반대 방향으로 경사지도록 형성된다.
흡기 포트(30)에는 흡기 밸브(40)가 설치되고, 흡기 밸브(40)의 개폐에 의해 흡기가 흡기 포트(30)를 통해 연소실(21)로 선택적으로 유입된다.
흡기 밸브(40)는 길이 방향으로 긴 원통 형상의 흡기 밸브 몸체(41), 및 흡기 밸브 몸체(41)의 단부에 형성되는 흡기 밸브 헤드(43)를 포함한다. 흡기 밸브 몸체(41)는 흡기 밸브 가이드(50)에 의해 가이드 되어, 흡기 밸브(40)가 직선 운동하면서 연소실(21)을 개폐한다.
배기 포트에는 배기 밸브(60)가 설치되고, 배기 밸브(60)의 개폐에 의해 연소실(21)에서 발생한 배기 가스가 배기 포트를 통해 연소실(21)에서 배출된다.
배기 밸브(60)는 길이 방향으로 긴 원통 형상의 배기 밸브(60) 몸체, 및 배기 밸브(60) 몸체의 단부에 형성되는 배기 밸브(60) 헤드를 포함한다. 배기 밸브(60) 몸체는 배기 밸브 가이드(70)에 의해 가이드 되어, 배기 밸브(60)가 직선 운동하면서 연소실(21)을 개폐한다.
흡기 밸브(40)와 흡기 포트(30)가 접촉하는 부분(예를 들어, 흡기 포트(30)의 단부)에는 흡기 밸브 시트(90)(intake valve seat)가 구비된다. 흡기 밸브 시트(90)가 흡기 포트(30)에 구비됨으로써, 연소실(21)의 기밀성을 유지할 수 있다. 흡기 밸브 시트(90)는 흡기 포트(30)의 단부에 압입을 통해 조립될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 다른 방향에서 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90)의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 시트(90)는 전체적으로 축 대칭의 링 형상으로 형성되고, 방향성을 갖지 않는다.
흡기 밸브 시트(90)는 흡기 포트(30)의 단부에 결합되는 상부면(91)과 외측면(92)을 포함한다. 상부면(91)과 외측면(92)은 수직하게 형성될 수 있다.
상부면(91)의 반경 방향 내측으로 돌출부(93)가 형성되고, 돌출부(93)는 상부면(91)과 반경 방향 내측으로 일정 각도 경사지는 돌출 상면(94), 및 돌출 상면(94)으로부터 반경 방향 외측으로 일정 각도 경사지는 돌출 하면(95)을 포함할 수 있다.
돌출 하면(95)과 외측면(92)은 내측 하면(96)을 통해 연결되고, 내측 하면(96)은 돌출 하면(95)의 단부로부터 돌출 하면(95)보다 큰 일정 각도 경사지게 형성될 수 있다.
즉, 흡기 밸브 시트(90)는 상부면(91), 돌출 상면(94), 돌출 하면(95), 내측 하면(96), 및 외측면(92)에 의해 그 외곽이 형성된다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 흡기 포트(30)의 단부에는 흡기 밸브 시트(90)가 압입되는 압입홈(35)이 형성되고, 압입홈(35)의 상부에는 포트 상부(33)와 포트 하부(31)가 각각 형성된다. 압입홈(35)은 흡기 밸브(40) 시티의 상부면(91)과 외측면(92)이 안착되도록 대략 수직한 모양으로 형성될 수 있다.
포트 상부(33)는 압입홈(35)의 상측에 형성되고, 실린더 헤드(10)의 중앙과 인접한 부분이다. 포트 하부(31)는 압입홈(35)의 상측에 형성되고, 포트 상부(33)에 비해 실린더 헤드(10)의 중앙으로부터 반경 방향 외측으로 먼 부분이다.
포트 상부(33)는 밸브 가이드의 중심축과 일정 각도 경사지도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 포트 상부(33)는 밸브 가이드의 중심축으로부터 실린더 헤드(10)의 중앙을 향하여 경사지도록 형성될 수 있다.
흡기 밸브 시트(90)가 흡기 포트(30)의 단부에 형성되는 압입홈(35)에 압입되어 결합될 때, 밸브 가이드의 중심축(또는, 흡기 밸브(40)의 중심축)과 흡기 밸브 시트(90)의 중심축이 동축상에 위치할 수 있다.
그리고 흡기 밸브 시트(90)의 돌출 상면(94)과 밸브 가이드의 중심축(또는, 흡기 밸브(40)의 중심축, 또는 흡기 밸브 시트(90)의 중심축)이 이루는 각도는 0도보다 크고 90도보다 작은 예각(도 5의 "A"표시 참조)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 밸브 가이드의 중심축과 흡기 밸브 시트(90)의 돌출 상면(94)이 예각을 이루도록 함으로써, 흡기 포트(30)를 통해 연소실(21)로 유입되는 흡기(또는, 공기와 연료의 혼합기)의 유입 방향이 연소실(21) 아래쪽으로 형성될 수 있고, 이로 인해 연소실(21) 내의 텀블 방향 유동이 강화될 수 있다.
또한, 흡기 밸브 시트(90)가 흡기 포트(30)의 단부에 형성되는 압입홈(35)에 압입되어 결합될 때, 흡기 밸브 시트(90)의 돌출부(93)는 포트 상부(33)보다 흡기 포트(30)의 반경 방향 외측에 위치할 수 있다.
이와 같이, 흡기 밸브 시트(90)의 돌출부(93)가 포트 상부(33)보다 흡기 포트(30)의 반경 방향 외측에 위치하도록 함으로써, 흡기 포트(30)를 통해 흡기(또는, 혼합기)가 연소실(21)로 유입될 때, 흡기의 유동이 흡기 밸브 시트(90)에 의해 간섭되지 않아 흡기의 직진성을 강화되고, 이로 인해, 연소실(21) 내에서 텀블 방향 유동이 강화된다.
또한, 흡기 밸브 시트(90)가 흡기 포트(30)의 단부에 형성되는 압입홈(35)에 압입되어 결합될 때, 흡기 밸브 시트(90)의 돌출 상면(94)은 포트 하부(31)와 평행하거나, 또는 돌출 상면(94)은 포트 하부(31)보다 실린더 헤드(10)의 아래쪽으로 경사지도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 흡기 밸브 시트(90)의 돌출 상면(94)이 포트 하부(31)와 평행하거나, 실린더 헤드(10)의 아래쪽으로 경사지도록 형성됨으로써, 흡기 포트(30)를 통해 흡기(또는, 혼합기)가 연소실(21)로 유입될 때, 흡기의 유동이 흡기 밸브 시트(90)에 의해 간섭되지 않아 흡기의 직진성을 강화되고, 이로 인해, 연소실(21) 내에서 텀블 방향 유동이 강화된다.
도 6은 텀블비와 난류 에너지의 관계를 도시한 그래프이다. 그리고 도 7은 난류 에너지와 연소기간과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 연소실(21) 내부에 텀블 방향 유동이 강화되면, 난류 에너지가 증가하게 되고, 난류 에너지가 증가할수록 연소 기간이 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 밸브 시트(90) 및 이를 포함하는 실린더 구조에 의하면, 흡기(또는, 혼합기)가 흡기 포트(30)를 통해 유입될 때, 흡기 밸브 시트(90)에 의해 간섭이 발생하지 않기 때문에, 흡기 포트(30)를 통해 유입되는 흡기(또는, 혼합기) 유동의 직진성이 강화된다.
이로 인해, 연소실(21) 내에 텀블 방향 유동이 강화되고, 난류 에너지가 증가하여 연소 시간이 감소된다. 따라서, 차량의 연비가 감소한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 실린더 헤드
20: 실린더 블록
21: 연소실
25: 피스톤
30: 흡기 포트
31: 포트 하부
33: 포트 상부
35: 압입홈
40: 흡기 밸브
41: 흡기 밸브 몸체
43: 흡기 밸브 헤드
50: 흡기 밸브 가이드
60: 배기 밸브
70: 배기 밸브 가이드
80: 배기 밸브 시트
90: 흡기 밸브 시트
91: 상부면
92: 외측면
93: 돌출부
94: 돌출 상면
95: 돌출 하면
96: 내측 하면

Claims (7)

  1. 실린더 블록의 상부에 결합하여 연소실을 형성하는 실린더 헤드;
    상기 실린더 헤드에 형성되고 흡기가 유입되고, 단부에 압입홈이 형성되고, 상기 압입홈의 상부에 형성되는 포트 상부와 포트 하부를 포함하는 흡기 포트;
    상기 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기가 상기 연소실 내부로 선택적으로 유입되도록 상기 실린더 헤드에 구비되고, 흡기 밸브 몸체와 흡기 밸브 헤드를 포함하는 흡기 밸브;
    상기 흡기 밸브의 흡기 밸브 몸체를 가이드하는 흡기 밸브 가이드; 및
    링 형상으로 형성되고, 상기 압입홈에 안착되는 상부면과 하부면, 상기 상부면의 반경 방향 내측으로 돌출되며 돌출 상면과 돌출 하면을 포함하는 돌출부, 및 상기 돌출부와 상기 외측면을 연결하는 내측 하면을 포함하는 흡기 밸브 시트;
    를 포함하고,
    상기 흡기 밸브 가이드의 중심축과 상기 돌출 상면은 예각을 형성하는 엔진의 실린더 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 시트와 상기 흡기 밸브 가이드는 동축상에 위치하는 엔진의 실린더 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 시트의 상기 돌출부는 상기 포트 상부보다 상기 흡기 포트의 반경 방향 외측에 위치하는 엔진의 실린더 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 시트의 상기 돌출 상면은 상기 포트 하부와 평행하거나, 또는 상기 포트 하부보다 상기 실린더 헤드의 아래쪽으로 경사지도록 형성되는 엔진의 실린더 구조.
  5. 실린더 헤드에 형성되고 포트 상부와 포트 하부를 포함하는 흡기 포트의 단부에 압입되는 흡기 밸브 시트로서,
    상기 압입홈에 안착되는 상부면과 하부면;
    상기 상부면의 반경 방향 내측으로 돌출되며 돌출 상면과 돌출 하면을 포함하는 돌출부; 및
    상기 돌출부와 상기 외측면을 연결하는 내측 하면;
    을 포함하는 흡기 밸브 시트
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 포트 상부보다 반경 방향 외측에 위치하는 흡기 밸브 시트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 돌출 상면은 상기 포트 하부와 평행하거나, 또는 상기 포트 하부보다 상기 실린더 헤드의 아래쪽으로 경사지도록 형성되는 흡기 밸브 시트.
KR1020200105390A 2020-08-21 2020-08-21 흡기 밸브 시트 및 이를 포함하는 엔진의 실린더 구조 KR20220023534A (ko)

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