KR20100047878A - 연소 기관용 밸브 어레인지멘트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 혼합물(gas mixture)의 인렛(inlet) 및 아웃렛(outlet)을 제어하기 위한 연소 기관(combustion engine) 내의 밸브 어레인지멘트(valve arrangement)에 관한 것으로, 상기 연소기관의 실린더헤드(3)에 있는 하우징(2) 내부에서 활주가능하게 배치된 밸브(1)를 포함하고, 상기 밸브(1)는 밸브플레이트(10) 및 스템형포션(stem like portion)(1A, 1B)를 포함하고, 상기 스템형포션(1A, 1B)은 그 것의 하측 끝단이 로워포션(1A)에 고정장착된 어퍼포션(1B)을 가지며, 상기 로워포션(1A)은 밸브플레이트(10)와 부착되고 상기 밸브플레이트는 가스의 아웃렛 및 인렛 각각에서 밸브제어장치(5, 6)가 상기 밸브(1)의 움직임 및/또는 위치설정을 제어하는 것을 허용하도록 밸브시트(30)와 상호작용하며,상기 어퍼포션(1B)은 상기 스템형포션의 연장(extension)과 동축으로 연장된 중공환형체(19)를 형성하되, 상기 중공환형체(19) 내에서 형성된 채널 내에서 밸브(1)를 통하여 상기 가스가 이송되도록 허용하고, 상기 밸브플레이트(10)는 밸브플레이트(10)과 어퍼포션(1B)사이에 갭을 형성하도록 로워포션(1A)와 연결되되, 상기 가스가 상기 중공환형체(19)의 내부(190) 안으로 또는 밖으로 밸브플레이트를 지나 이송되는 것을 허용하고, 상기 중공환형체(19)의 상측 끝단(18)은 개구(open)됐고 그 것의 외부(191)에서 상기 중공환형체(19)는 움직임 및 위치설정을 촉진하기 위하여 밸브제어장치(5, 6)의 제이인터랙팅장치(53, 54) 하나 이상과 상호작용하도록 배열된 제일인터랙팅장치(14, 15)가 하나 이상 배열된다.

Description

연소 기관용 밸브 어레인지멘트{VALVE ARRANGEMENT FOR A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 가스 혼합물(gas mixture)의 인렛(inlet) 및 아웃렛(outlet)을 제어하기 위한 연소 기관(combustion engine) 내의 밸브 어레인지멘트(valve arrangement)에 관한 것으로, 상기 연소 기관의 실린더 헤드 내의 하우징에 활주가능하도록 배열되는 밸브를 포함하며, 상기 밸브는 밸브플레이트(valve plate) 및 포션형스템(stem like portion)을 포함한다. 상기 포션형스템은, 그 것의 하측 끝단이 로워포션(lower portion)에 고정부착된 어퍼포션(upper portion)과 상기 밸브플레이트에 부착된 로워포션을 갖는다. 거기에서, 상기 밸브플레이트는 가스의 인렛 및 아웃렛에서 상기 밸브의 움직임 및/또는 위치를 제어하도록 밸브제어장치를 각각 허용하여 밸브씨트(valve seat)와 상호 작용을 한다. 상기 어퍼포션은 상기 포션형스템의 연장방향(extension)에서 동축으로(coaxially) 확장된 중공환형체(hollow annular body)를 형성하고, 상기 가스가 채널 내에 있는 밸브를 통하여 이송되는 것을 허용하며 상기 환형체 내에서 형성되는 허용한다. 상기 밸브플레이트는 밸브플레이트와 어퍼포션 사이에서 갭(gap)을 형성하도록 로워포션에 연결되고, 상기 가스가 밸브플레이트를 지나 상기 중공환형체의 내부로 또는 외부로 이송되는 것을 허용한다.

내연 기관(internal combustion engines) 내에서의 유체 유동 제어는 연소 기관의 작동에서 필수불가결하고 잘 알려진 부분이다. 일반적으로, 분리 흡기구 및 포핏형(poppet type)으로 작동하는 캠(cam)의 배기밸브는 각각의 엔진 실린더에 제공된다. 이러한 밸브들의 기능은 연소가능한 유체를 실린더로 곧바로 보내고 점화 이후 피스톤과 팽창에 의해 실린더 내에서 압축이 발생하는 동안 실린더를 밀폐하는 것이며, 배기 가스의 배출을 허용하는 것이다. 종래의 형식으로 디자인된 밸브들은 그 것들의 디자인에 있어서 단점이 나타나며, 특히 고성능 연소 기관에 관련해서는 더욱 그렇다. 예를 들어, 11,000rpm 일 때 사행정 엔진(four stroke engine)은 한 작업주기(working cycle)를 초당 90번의 수행한다. 18,000 이상의 rpm 속도에서 여전히 높은 신뢰성을 갖기 위하여, 새로운 기계적 디자인이 종래의 밸브 디자인의 성능 한계를 회피하기 위해 요구되었다.

과거에도, 전통적인 포핏 밸브 디자인을 대신하여 인렛으로 유입하는 가스 및 내연기관의 연소실(combustion chamber)에 배출되는 배기 가스의 유동제어를 향상시키기 위해 많은 어레인지멘트가 제안되어 왔다. 예를 들어, DE 11 19 594, DE 27 16 309 및 CH 641 244 에는, 밸브의 스템포션(stem portion)이 밸브플레이트에 어떻게 접착됐는지에 관하여 디자인 수정에 의해 유동의 개선이 의도된 디자인들이 공지되었다. EP 1 059 423 에는, 태핏포션(tappet portion)의 직경이 가이드포션(guide portion)의 직경 보다 더 크게 제조되어, 밸브리프터(valve lifter)가 소형화되고 감량화될 수 있는 밸브 장치가 공지되었다. US 5,524,579 에는, 로터리디스트리뷰션(rotary distribution) 및 에어쿨링밸브를 포함하고, 한 쌍의 양측 포트들; 및 냉각 밸브의 위치와 일정한 시퀀스에서 엔진을 출입하는 가스의 경로 모두에 에어팬(air fan)으로서 작용하는 내부 배리어(internal barrier);를 갖고 마운트된 튜브를 구성하는 더 복잡한 디자인이 공지되어 있다. US 5,020,486 에는 밸브 장치가 형성된 다른 (부분적인) 튜브가 나타나며, 이 것 또한 매우 복잡하다. 여기에서 밸브바디(valve body)는 두 개의 환형씰(annular seal)을 포함하며, 상기 밸브바디가 닫힌 위치에 있을 때 밸브를 밀폐하도록 두 개의 환형씰과 공조한다.

종래의 포핏 밸브 디자인과 연관된 문제들의 극복을 시도하려는 이러한 여러 노력들에도 불구하고, 그 것들 모두는 하나 또는 그 이상의 문제점을 겪어왔다. US 6,953,018 에서는, 이 분야에서 언급된 해결책을 제공함으로서 전술한 문제점들의 다수가 해소된 디자인이 공지되어 있다. 그러나, 차후의 이러한 기발한 디자인은 동일한 기본원리에 따라 디자인의 효율 및 실시가능성을 더 증가시키도록 개선을 위한 공간(room)을 갖는다.

본 발명에 따른 솔루션은 파이프의 형태 내에서 밸브바디의 사용을 기본적으로 기초하며, 상기 환형바디(annular body)의 상측끝단은 개방되고, 그 것의 외부면에서 상기 중공환형체(hollow annular body)는, 움직임과 위치결정을 촉진하기 위하여 밸브 제어 장치의 제이인터랙팅장치(second interacting device) 하나 이상과 상호작용하도록 배열된 제일인터랙팅장치(first interacting device) 하나 이상과 함께 배열된다.

본 발명에 따른 디자인은, 예를 들어, 밸브바디에 연관되어 측방향에서 매우 치밀한 실린더 헤드를 제공할 수 있는 능력을 부여하는 것과 같은 밸브 제어 장치의 위치선정에 있어서의 향상된 유연성 및 인렛 노즐(inlet nozzle)의 위치선정에서 있어 더 향상된 유연성을 제공함으로서 매우 많은 장점을 제공한다. 그 결과로서, 가스 혼합물 유동의 증가된 효율은 혼합 효율을 향상시키며, 밸브 윤활의 향상된 능력은 밸브의 냉각을 향상시킨다. 당업자에게 있어, 현존하는 밸브와 비교하면 더 높은 출력, 더 높은 RPM 및 더 높은 연료 효율의 획득에 사용될 수 있다는 것 즉, 실린더 볼륨 당 더 높을 출력을 낼 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에서는 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 밸브 어레인지멘트가 구비된 실린더 헤드의 단면 모습을 도시한 사시도를 도시하였다.
도 2 는 단면의 유사한 모습을 도시하는 사시도이나, 위에서 바라본 모습이 아니며, 도 2 에 대조된 인렛노즐(inlet nozzle)은 다른 것을 구비한 것으로 도시되었다.
도 3 은 도 1 에 나타난 인렛노즐의 사시도를 도시하였다.
도 4 는 본 발명에 따라 다소 변형된 밸브 어레인지멘트를 구비하는 실린더헤드의 단면 모습을 도시한 사시도를 도시하였다.
도 5 는 본 발명에 따른 또 다른 변형예의 사시도를 도시하였다.
도 6 은 추가적인 변형 모습을 도시한 단면도를 도시하였다.
도 7 은 본 발명에 따른 밸브유닛(valve unit)의 사시도를 도시하였다.
도 8 은 본 발명에 따른 밸브유닛의 두 번째 실시예의 사시도를 도시하였다. 그리고,
도 9 는 본 발명에 따른 밸브유닛의 세 번째 실시예의 측면 및 상측이 나타난 사시도를 도시하였다.

도 1 은 본 발명에 따른 첫 번째 디자인의 실린더헤드(3)의 단면모습이 나타난 사시도를 나타낸다. 상기 실린더헤드(3)는 로워포션(lower portion)(30A) 및 어퍼포션(upper portion)(30B)를 포함하며, 그 것들 사이에서 공간(space)(35)을 형성한다. 밸브하우징(2)은 상기 로워포션(30A) 및 어퍼포션(30B)을 관통하도록 상기 공간(35) 내에서 배치된다. 밸브하우징(2) 내에는, 상기 밸브하우징(2) 내부에 형성된 환형채널(annular channerl)(20)의 내부면(inner surface)(200)에 밀착되어 움직이도록 밸브유닛(1)이 배열된다. 즉, 밸브하우징(2)의 연장된 측면에서, 실린더헤드(3)의 공간(35) 내에는 상기 밸브유닛(1)의 움직임 및/또는 위치를 제어하기 위한 밸브제어장치들(5, 6)이 배열된다.

상기 밸브유닛(1)은, 밸브플레이트(10); 중공환형체(hollow annular body)(19); 및 상기 중공환형체의 로워엣지(하단테두리: lower edge)(17)와 밸브플레이트(10) 사이에 갭(gap)을 마련하도록 상기 밸브플레이트(10)를 중공환형체(19)에 부착시키는 서포트로드(11);를 포함한다. 상기 서포트로드(11)는 밸브플레이트(10)의 둘레에서 배열되므로서, 상기 밸브플레이트(10)가 밸브플레이트(10)의 중앙에서 유동을 방해하는 어떠한 돌출된 부분이 나타나지 않도록 아주 평평하게 만들어지도록 한다. 밸브하우징(2)의 하측 끝단에는, 밸브플레이트(10)의 실링엣지(sealing edge)(10A)가 실링되도록 위치된 곳의 대향하여 밸브시트(valve seat)(25)가 배열된다. 상기 환형채널(20)의 상측에서는, 인렛노즐(inlet nozzle)(4)이 배열되고, 그 것의 로워엣지(40)가 상기 환형체널(20)의 상측 끝단에 밀폐되어 부착된다. 양자택일적으로, 상기 인렛노즐(4)는 상기 밸브하우징(2)의 끝단에 이동가능하게 부착될 수도 있으되, 바람직하게는 쓰레드(thread)를 수단으로서 상기 노즐(4)의 위치 조절이 촉진되도록 부착된다(미도시).

상기 밸브제어장치는, (이미 알려진 것으로서 상세하게 설명하지는 않으나) 일측 끝단에 있는 일반적인 종류의 톱니형(dented) 휠드라이브(60);와 상기 톱니형 휠에 의해 구동하는 샤프트(61); 및 상기 샤프트(61)의 타측 끝단에 있는 캠장치(cam mechanism)(62);가 구비되는 제일드라이빙멤버(first driving member)(6)를 포함한다. 상기 샤프트(61)이 회전하면, 상기 캠장치(62)의 편심표면(excentric surface)은 중심 캠면(centric camming surface)을 갖는 캠휠(52)과 상호작용하게 될 것이다. 상기 캠휠(52)은 리프터암(lifter arm)(5)에 회전가능하게 고정부착된다. 일측 끝단(51)에서 상기 리프터암(5)은 상기 실린더헤드(3)의 베이스플레이트(30A)에 차례대로 고정부착된 베이스유닛(base unit)(57)에 피벗(축회전가능하게) 장착된다. 따라서, 상기 베이스유닛(57)은 베이스플레이트(30A)의 상측면(32) 위로 고정된다. 상기 리프팅암(5)의 타측 끝단에는, 밸브유닛(1)에 장착된 인터랙팅장치(14, 15)와 상호작용하도록 의도된 인터랙팅 수단(interacting means)(53, 54)가 배열된다. 탄성복원장치(58)는 상기 리프팅암(5)이 캠장치(62)를 향하여 작용하도록 배열된다.

상기 인터랙팅장치(14, 15)는 중공환형체(19)에 고정설치되어 상기 중공환형체(19)의 외부면(191)에서 확장된 환형 돌출부(annular protrusion)를 상기 밸브유닛(1)의 길이방향의 횡방향으로 형성한다. 그 결과로서, 제일인터랙팅장치들(15, 16) 사이에서 일종의 환형 골(annular recess)이 형성될 것이며, 리프팅핀(lifting pin)(5)의 인터랙팅수단(53, 54)는 밸브유닛(1)의 움직임 및 위치를 안전하게 유지시키고 제어시킬 수 있다.

상기 밸브유닛(1)이 이동가능하게 배열된 환형채널(20)은 로워케이싱(lower casing)(23)과 어퍼케이싱(upper casing)(22)을 포함한다. 상기 케이싱들의 엣지들(22A, 23A)은 맞닿지 않는다, 따라서 상기 케이싱들(22, 23) 사이에서 갭(13)이 형성된다. 이러한 갭(13)에서, 상기 리프팅핀(5)의 인터랙팅수단(53, 54)은 밸브유닛(1)에 배열된 인터랙팅장치(14, 15)와 접촉하도록 밀어내질 수 있다. 그러므로, 밸브하우징(2) 내에서 외측을 향해 개방 공간(13)이 형성될 것이고, 상기 개방 공간(13)은 실린더헤드(3) 내부 개방 공간(35)의 잔여부분(the rest)과 이어질 수 있다.

상기 중공환형체(19)를 밀폐하기 위해, 상기 실린더헤드 내부 공간(35)을 지나 실린더 또는 인렛노즐(4)에서 오는 가스의 유입을 허용하지 않도록 상기 중공환형체(19)와 각각의 케이싱들(22, 23) 사이를 밀폐하는 실링(12, 16)이 배열된다. 상기 두 개의 실링들(12, 16)은 상기 중공환형체(19)에 고정설치되되, 상기 중공환형체의 각 엣지들(17, 18)에 근접한 골(recess)들에 끼워지는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 밸브플레이트(10)와 중공환형체(19)를 연결하는 서포트로드(11)는 가스 혼합물의 유동 조건에 긍정적인 영향을 미치도록 형성됨으로서, 최상의 유동 조건이 실린더 내에서 성취될 수 있다. 더욱이 또한, 상기 인렛노즐(4)은 최상의 유동 조건을 형성하는 것을 보조하도록 유동제어수단(flow controlling means)을 갖는다. 인렛장치(4)의 인렛(41)에서 연장된 하우징(43) 내에 위치하는 유동제어인서트(flow controlling inserts)(42)를 수단으로 하는 것이 바람직하다. 상기 인서트(42)는, 최상의 유동 형태 즉, 예를 들어 도 1 에 도시된 바와 같은 소용돌이형태(swirl)를 제공하기 위하여 가스 혼합물의 유동에 영향을 미치도록 형성된 격벽들(partitioning walls)(420 - 423)에 배치된다.

밸브유닛(1) 자체로서 같은 수준에서 즉 실질적으로 같은 수평 공간에서 밸브제어장치들(5, 6)의 위치설정 덕분에, 매우 소형의 엔진이 제작될 수 있다. 따라서, 각 밸브유닛(1)의 중간에서 또는 근방에서 제일인터랙팅장치들(14, 15)을 이용하고, 횡방향으로 위치하는 리프팅암(5)에 배열된 제이인터랙팅수단들(53, 54)을 이용하는 디자인은, 밸브유닛의 상측에 리프팅 수단(lifting means)을 가져야 하는 종래의 요건이 제거된다. 그 결과, 상기 밸브유닛(1)의 상측 공간은, 이전에 알려지거나 가능했던 방식보다 더욱 최적화된 방식으로 유동제어장치(4)의 위치설정 용도로 대신하여 사용될 수 있다.

상기 밸브유닛(1) 위로 공간을 사용하는 덕분에 여분의 긴 유동 통로를 제공함으로서, 가스 혼합물 흐름에 대한 최상의 제어는 실린더로 유도되기 이전에 성취될 수 있다. 당업자에게 있어, 이는 최적의 연소 조건을 달성하며 실린더 내부에서의 연소에 있어서 매우 훌륭한 영향을 미칠 것이라는 것은 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이러한 디자인은 종래의 디자인들 보다 훨씬 더 높은 스훨(swirl)을 허용하고, 이는 연소 효율을 증가시킬 것이다. 예를 들어, 디젤 엔진을 사용할 때, 공지된 디자인은 단지 약 2.8 의 스훨레이쇼(swirl ratio: 와류비)를 달성할 수 있는 반면에, 본 발명에 따른 디자인은 3 내지 4 또는 그 이상의 스훨레이쇼를 쉽게 허용할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 실시예의 단면도가 도시된 도 2 에는, 도 1 에 도시된 것과 동일한 밸브제어장치(5, 6) 및 또한 밸브유닛(1)이 있으나, 인렛노즐(4)은 다른 형태로 형성된다. 도시된 바와 같이, 도 2 에서 상기 인렛노즐(4)의 하우징(43)은 밸브유닛(1)의 연장부(extension)에 공동축 방향으로 확장되도록 디자인된 반면, 도 1 에서 상기 노즐하우징(43)은 휘어졌다. 이미 언급한 바와 같이, 상기 하우징의 다른 디자인과 인서트(43)의 다른 디자인은 최적의 유동 제어를 성취하기 위한 다른 종류의 엔진 디자인에 적용될 수 있도록 다른 종류의 유동 변화에 넓은 범위의 변형을 제공한다. 도 1 및 도 2 모두에 도시된 바와 같이, (밀폐된 유동 채널들(42A, 42B, 등)을 형성하는) 네 개의 격벽들(420, 421, 422, 423)은 요구되는 유동 형태(flow pattern)를 제공하기 위해 의도된 것이다. 도 1 에서, 인서트(42)는 노즐바디(43)의 50% 보다 더 짧도록 뻗쳐진 반면에, 도 2 에 따른 실시예에서는 50% 이상으로 확장되고, 그것의(노즐바디) 하측끝단(40)에 인접한 곳에서 종결된다.

도 3 에서는 유동노즐(flow nozzle)(4)이 사시도로 도시되어 있으며, 네 개의 격벽들(420, 421, 422, 423) 모두 및 각각의 유동채널(flow channel)(42A, 42B, 42C, 42D) 또한 명확하게 나타난다. 더욱이, 로워엣지(40)가 도시되어 있으며, 밸브하우징(2)의 상측끝단에 장착되기 위하여 플랜지(flange)가 배열되었다.

도 4 에서는, 본 발명에 따른 또 다른 변형예가 도시되었다. 첫 번째 차이점은 실린더헤드(3)의 디자인에 관계된다. 도 2 에서, 상기 실린더헤드(3)는, 상대적으로 두꺼운 플레이트(30A)로 만들어진 로워파트(30A); 및 더 얇은 금속 구조물로 만들어지고 상기 플레이트(30A) 위로 부착되는 어퍼파트(30B); 두 개의 분리된 부분들로 이루어진다. 도 1 에 도시된 실시예에서 밸브하우징(20)은 어퍼파트(30B) 및 로워파트(30A)에서 분리된 캐이싱들(22, 23)이 장착됨으로서 구성되고, 거기에서는 각각 리프팅암(5)을 위해 요구되는 갭(13)이 “자동적으로” 형성된다. 도 2 에서, 실린더헤드(3)는 더 두꺼운 로워포션(30A) 및 더 얇은 어퍼포션(30B)을 갖도록 형성된 일체형 금속 구조물로부터 만들어진다. (예를 들어, 구멍이 드릴링/밀링되거나 또는 포징(단조: forging)에 의해 형성된) 밸브하우징(20)은 상기 어퍼포션(30B)와 로워포션(30A) 사이에 일체형 부품으로서 이어진다. (예를 들어, 드릴링되거나 또는 포징에 의해 형성된) 엣지들(21A, 21B)은 리프팅암(5)을 위해 공간을 제공하도록 개구부(opening)(13)를 형성할 것이다.

도 4 에 도시된 다른 변형예는, 캠장치(cam mechanism)을 대신하여 유압식 푸셔장치(hydraulic pusher mechanism)(6)를 사용한다. 여기에서 유압식 실린더 바디(64)가 도시되었다. 상기 유압식 실린더 바디는 작동유를 위한 공급라인(63) 및 상기 유압식 실린더 바디(64)에서 상측으로 돌출되는 피스톤(65)을 갖는다. 상기 피스톤(65)의 어퍼엣지는 리프팅암(50)의 일측 끝단에서 회전가능하도록 고정된 동심휠(concentric wheel)(52)과 접촉한다. 상기 리프팅암은 실린더헤드(3)(미도시)에 축회전가능하되 고정되게 장착되어, 상기 리프팅암(50)의 운동은 인터랙팅장치들(53, 54)(이 단면도 상에서는 미도시)이 밸브유닛(1)의 인터랙팅장치들(14, 15)과 상호작동함으로서 밸브유닛(1)을 움직이도록 영향을 미칠 것이다. (단순표기만 된) 탄성장치(58)는 상기 리프팅암(5)을 그것의 휠(52)이 항상 피스톤(65)에 접촉되도록 강제한다. 이 실시예에서의 장점은, 엔진 휴지(rest)와의 연관이 독립적인 밸브의 제어를 촉진시키는 것으로 즉, 밸브의 움직임은 개별적인 개폐를 위한 움직임의 독립적인 최적화를 가능하게 하는 엔진 속도와 관련하여 비동기적(asynchronous)으로 이루어질 수 있다.

도 4 에서 묘사된 다른 변형예는 밸브유닛(1)의 디지인으로서 아래 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 5 에서는 본 발명에 따른 다른 변형예가 도시되어 있다. 여기에서 가장 중요한 차이점은, 작용하는 탄성력에 대한 반력의 이용없이도 각 위치에서 리프팅암(5)에 의해 밸브유닛(1)이 제어되는 점이다. 이는 상기 리프팅암(5)의 일측 끝단에 장착된 실린더장치(52A)를 구비함으로서 성취된다. 튜브(tube) 같은 이러한 실린더장치(52A)에는 골(recess)(520)이 형성돼있다. 상기 실린더장치(52A)의 내부에는 소정의 치수(dimension)를 갖는 별개의 실린더바디(650)가 배치됨으로서, 상기 다른 실린더장치(52A) 내부에서 자유롭게 회전할 수 있다. 내부 실린더바디(650)는 외부 실린더장치(52A)의 개구부(520)를 통하여 튀어나온 피스톤로드(65)에 고정 장착된다. 상기 개구부(520)는 충분한 폭을 가지며, 상기 개구부(520)의 어느 끝단에서도 피스톤로드(65)의 접촉 없이 상기 리프팅암(5)의 축회전 운동을 허용하도록 주변에 충분한 거리를 두고 연장된다. 따라서, 상기 리프팅암(5)은 상기 유압식실린더유닛(64)에 의해 제어되는 피스톤로드(65)의 운동에 의해 완전하게 제어된다. 그러므로, 이 실시예는, 연소 엔진의 작동을 위한 밸브유닛(1)의 움직임 및/또는 위치설정의 어떠한 패턴(pattern)을 제공하기 위하여 완전하게 독립적으로 제어될 수 있는 밸브유닛(1)의 움직임 및 위치설정에 대한 디자인을 나타낸다. 더욱이, 도 5 에는, (리프팅암(5)의) 인터랙팅장치(53, 54)의 바람직한 디자인이 나타난다. 회전축(pivot point)(51)으로부터, 상기 리프팅암은 U 자형 요크(430)에 의하여 밸브유닛(1)의 양측 각각을 따라 이어지는 두 개의 암에 의해 확장된다. 상기 요크(430)의 각 끝단 가까이에는, 중공환형체(19)의 환형돌기들(annular protrusions)(14, 15) 사이의 갭에 적절하게 맞춰지는 크기를 갖는 돌출뭉치들(protruding knobs)(531, 541)이 안쪽에 위치된다. 추가적으로 주목할만한 변형은 도 5 에서 유압식 밸브유닛(54)이 실린더헤드(3)의 어퍼포션(30B)에 장착된 반면, 도 4 에서는 유압식 유닛(64)이 로워포션(30A)에 장착된 것이다.

도 6 에는, 본 발명에 따른 또 다른 단면도가 도시되었으며, 여기에서 밸브플레이트(10)는 그 것들의 실링 위치에 위치한다. 아울러, 이 실시예에 따른 서포트로드(11)는, 예를 들어 반경이 30 내지 50%로 비례적으로 넓어지고 밸브유닛(1)의 내측와 외측에서 가스혼합물의 흐름에 특유의 영향을 제공하도록 비례적으로 얇아지는 방사형 확장(radial extension)을 갖는다. 더욱이, 요구된다면 격벽들(420, 421, 422, 423)은, 노즐(4)의 인렛(41)으로부터 아웃렛(40)까지의 사이에서 모든 경로들을 연결하며, 공기를 위한 쓰레드와 같은 유동 패턴(thread-like flow pattern) (예를 들어, 회호리형)을 제공하도록 디자인될 수 있는 것이 이 단면도에서 나타난다.

도 7 에서는, 본 발명에 따른 밸브유닛(1)의 첫 번째 실시예의 측면에서 본 사시도가 도시되었다. 도면에서 나타낸 대부분의 특징들은 위에서 이미 설명된 바 있으며, 다시 설명되지는 않을 것이다. 보여지는 바와 같이, 각 실링장치(12, 16)에서 환형실링장치(125)를 유지시키도록 골(recess)(122, 162)이 형성된다. 각 골들(162, 122)은 플랜지(flange) 같은 돌출부(160, 161; 120, 121)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 중공환형체(19)는 끝단 근방 부분이 가운데 부분보다 더 큰 직경을 갖는 외부 표면을 마련한 것으로 도시되었다. 그 결과로, 다른 형태의 제이인터랙팅장치(53, 54)를 쉽게 고정시키도록 인터랙팅장치(14, 15)의 구역 내에서 충분한 공간(13)을 형성시킬 수 있다. 더욱이, 상기 제일인터랙팅장치(14, 15)의 최대 직경 d 는 실링장치들(12, 16)의 직경 D 보다 더 작음으로서, 상기 제일인터랙팅장치들(14, 15)은 표면에 접촉없이 밸브하우징(2)의 실링면(sealing surface) 일부를 형성하며 환형케비티(annular cavity)(200)로 이동할 수 있는 것으로 도시된다.

도 7 에 도시된 디자인과 실질적으로 외관이 유사한 본 발명에서 사용되는 밸브유닛(1)의 또 다른 실시예는 도 8 에 도시되었다. 중요한 차이점은, 도 8 에 따른 중공환형체(19)는 원통형(cylindrical)이고 이는 어떠한 적용에 있어 예를 들어, 생산효율의 비용적 측면에 있어 유용할 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 제일인터랙팅장치(14, 15)의 최대직경은 'd'로 나타나며 이는 실링장치에 의해 나타나는 직경 'D' 보다 작다. 그러나, 이러한 적용에 있어, 특히 도 1 에 설명된 디자인을 사용한다면, 이러한 실시예에서 그것들은 케이싱(casing) 내부로 이동하지 않도록 위치될 것이므로, 제일인터랙팅장치(14, 15)의 최대직경이 'd'은 실링장치(12, 16)의 직경 'D' 보다 더 클 것이다.

도 9 에서는 도 7 과 8 에서 도시된 디자인과 실질적으로 외관이 유사한 본 발명에서 사용되는 밸브유닛(1)의 세 번째 실시예가 도시되었다. 중요한 차이점은, 중공환형체(19)는 그 것의 안쪽 내주면(inner periphery)에 상측 개구부에서 하측개구부로 안쪽면을 따라 나선형으로 이어지는 스훨발생리브(swirl creating rib)(425-428)가 제공된다. 이러한 스훨발생수단(425-428)의 위치설정 덕분에, 예를 들어, 인렛노즐(4) 내에서 인서트(42)를 완전히 제거함으로서 또는 밸브유닛(1) 내의 상기 스훨발생수단(425-428)를 구비하고 인렛노즐(4) 내에서 인서트(42)에 결합됨으로서 더욱 최적화될 수 있다. 더욱이, 도 9 는 공개된 실시예에서 추가적인 장점을 나타내며 상기 스훨발생수단이 형성된 리브(425-428)는 밸브플레이트(10)용으로 서포트로드(11)에 통합된 부분으로서 형성될 것이다.

본 발명은 위에서 설명된 실시예에 의해 제한되지 않으며 첨부된 청구항들의 범위 내에서 변형이 있을 수도 있다. 예를 들어, 당업자라면 몇몇의 적용에 있어 (실시예에서 설명된 바와 같은) 밸브의 두 위치에서 인터랙팅장치가 필요없이 가령 밸브유닛(1)에서 하나의 인터랙팅장치와 리프트암(5) 각각만으로 충분할 수 있다는 것을 깨달을 것이다. 더욱이, 당업자라면 여기서 공개된 것과 다른 형태의 동력구조(power mechanism) 예를 들어, 전기 또는 공압으로 밸브의 움직임을 수행시키도록 사용될 수 있음을 깨달을 것이다. 아울러, 제어장치(5, 6)은 센서 및/또는 그 장치 내부에 통합된 프로세싱 수단(즉, 칩)을 포함할 수 있다. 다른 명백한 변형은, 밸브 내부에 인서트가 다양한 범위 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6 등등 내에서 몇 개의 통로(passage)들을 갖는 것이다. 또한, 밸브하우징은 도면에 도시된 바와는 다르게 예를 들어, 실린더축의 연장과 관련하여 1^o 내지 45^o 범위 내에서 꺽여질 수 있다. 가령, 각 끝단에서 한쌍의 실링링(sealing ring)(125)을 (또는 다수의 링들) 구비하도록 실링(12, 16)을 변형함으로서 이는 성취될 수 있고, 이는 움직임의 안정성을 향상할 것이다. 더욱이, 밸브유닛을 대신하여 케이싱(또는 밸브하우징)에 고정장착된 실링장치를 배치하는 것 또는 둘 다 모두에 배치된 실링장치를 구비하는 것이 가능하다는 점은 당업자라면 또한 깨달을 것이다. 그리고, 실링링은 골(recess)을 제외한 다양한 수단에 의하여 부착될 수 있음을 당업자라면 깨달을 것이다. 연료인젝터(fuel injector)는 본 발명과 결합하여 예를 들어, 위와 같이 묘사된 디자인은 물론 다양한 방식으로 적용되고 위치될 수 있다는 점은 당업자라면 깨달을 것이다. 그러나, 실린더 공간(cylinder space)을 닫도록 위치하는 인젝터노즐(미도시)을 구비하는 것은 여러 적용에 있어 유용할 수 있으므로, 어떠한 적용에 있어, 인렛노즐(4) 내에 인젝터노즐(미도시)을 위치시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다. 바람직하게는 인서트(42)의 중앙에서 전구 모양의(bulb-shaped) 부분을 형성하여 인렛노즐(4) 내의 중앙에 위치되는 것이다. 마지막으로, 여기서 설명된 많은 특징들(예를 들어, 인렛노즐 자체의 디자인, 다른 밸브 리프팅 구조 자체의 부분 또는 모든 디자인)은 단일 또는 분할 출원되어 개별적으로 보호받을 것이다.

Claims (16)

1. 가스혼합물의 인렛 및 아웃렛 제어를 위한 연소 기관 내에서 밸브 어레인지멘트에 있어서,
   연소기관의 실린더헤드(3)에 있는 하우징(2) 내부에서 활주가능하게 배치된 밸브(1)를 포함하고, 상기 밸브(1)는 밸브플레이트(10) 및 스템형포션(stem like portion)(1A, 1B)를 포함하고, 상기 스템형포션(1A, 1B)은 그 것의 하측 끝단이 로워포션(1A)에 고정장착된 어퍼포션(1B)을 가지며, 상기 로워포션(1A)은 밸브플레이트(10)와 부착되고 상기 밸브플레이트는 가스의 아웃렛 및 인렛 각각에서 밸브제어장치(5, 6)가 상기 밸브(1)의 움직임 및/또는 위치설정을 제어하는 것을 허용하도록 밸브시트(30)와 상호작용하며,
   상기 어퍼포션(1B)은 상기 스템형포션의 연장(extension)과 동축으로 연장된 중공환형체(19)를 형성하되, 상기 중공환형체(19) 내에서 형성된 채널 내에서 밸브(1)를 통하여 상기 가스가 이송되도록 허용하고, 상기 밸브플레이트(10)는 밸브플레이트(10)과 어퍼포션(1B)사이에 갭을 형성하도록 로워포션(1A)와 연결되되, 상기 가스가 상기 중공환형체(19)의 내부(190) 안으로 또는 밖으로 밸브플레이트를 지나 이송되는 것을 허용하고,
   상기 중공환형체(19)의 상측 끝단(18)은 개구(open)됐고 그 것의 외부(191)에서 상기 중공환형체(19)는 움직임 및 위치설정을 촉진하기 위하여 밸브제어장치(5, 6)의 제이인터랙팅장치(53, 54) 하나 이상과 상호작용하도록 배열된 제일인터랙팅장치(14, 15)가 하나 이상 배열된 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제일인터랙팅장치(14, 16)의 위 아래에서 실링장치(12, 16)가 배열되되, 상기 제일인터랙팅장치는 상기 중공환형체(19)의 외부(191)에서 상기 두 개의 실링장치(12, 16) 사이에 형성된 공간(13) 내의 위 아래가 실링되도록 배열된 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 실링장치(12, 16)은 상기 밸브(1)에 고정설치된 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 실링장치(12, 16)은 환형실링부재(annular sealing member)(125)를 유지하도록 배열된 하나 이상의 골(recess)(122, 162)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제일인터랙팅장치(14, 15)의 최대 직경(d)은 상기 실링장치(12, 16)의 최대 직경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제일인터랙팅장치(14, 15)는 상기 중공환형체(19)의 외주면(191)에서 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브제어장치(5, 6)의 필수포션(essential portion)(5)은 상기 밸브(1)의 연장(extension) 길이방향에서 사실상 측방향에 있는 상기 실린더헤드(3) 내에서 위치하는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브(1)의 연장 길이방향으로 밸브제어장치(5, 6)의 실린더헤드(3) 내에서 높이요건(height requirement)은, 상기 실린더헤드(31) 내의 밸브(1)용 홀(20)을 통하는 길이 보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 실린더헤드(3)의 베이스플레이트(30)의 상측면(32) 상에 위치하는 상기 밸브제어장치(5, 6)의 일부(5)는, 밸브(1)의 대응하는 높이요건 보다 더 작은 높이요건을 갖는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 로워포션(1A)은 상기 밸브(1)의 내부 및 외부의 유동조건을 각각 개선시키도록 형성된 다수개의 서포트로드(11)를 포함하고, 되도록이면 적어도 상기 밸브플레이트(10)의 중앙 부분은 사실상 평평한 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어퍼포션(1B) 위에 상기 하우징(2)의 상측끝단에 장착된 인렛노즐(4)이 배열된 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 유동지향수단(flow directional means)(42)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
13. 제 12 항에 있어서, 상기 유동지향수단은 상기 인렛노즐(4) 내부에 배열되되, 그리고/또는 상기 밸브하우징(19)의 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(2)은 동축 연장 환형채널(coaxially extending annular channel)(20)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
15. 제 14 항에 있어서, 상기 환형채널(20)의 중간 위치에는 개구부(opening)(13)를 형성하는 엣지(22A, 23A)가 배치된 것을 특지응로 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
16. 제 10 항에 있어서, 상기 인렛노즐은 하우징(2)의 끝단에서 되도록이면 상기 노즐(4)의 위치 조절을 촉진하도록 쓰레드(thread)를 수단으로 이동가능하게 장착되는 것을 특징을 하는 연소 기관용 밸브 어레인지멘트.
    
    

Images