KR20060046371A

KR20060046371A - 냉각식 밸브 시트 링

Info

Publication number: KR20060046371A
Application number: KR1020050046703A
Authority: KR
Inventors: 베르너 스테파니크; 맨프레드 발렌타
Original assignee: 맨 비앤드더블유 디젤 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-05-17
Also published as: JP2005344712A; CN1704563A; FI20050578A; FI20050578A0; CN1704563B; DE102004027084A1; ITRM20050257A1

Abstract

본 발명은 냉각 매체가 통과하여 흐르는 중공 공간을 구비하고, 적절한 통로를 경유하여 내연 기관의 냉각 매체 순환 회로에 접속될 수 있는, 밸브 제어식 흡기구 및 배기구를 구비한 내연 엔진의 실린더 헤드용 냉각식 밸브 시트 링에 관한 것이다. 그러한 밸브 시트 링이 우수한 냉각 특성을 보이고, 기술적으로 간단하게 제조될 수 있으며, 실린더 헤드에의 그 수납 구역이 부식으로부터 보호되도록 하기 위해, 밸브 시트 링이 고정적으로 조립 접합되어 환형 흐름 채널(6)을 둘러싸는 2개 이상의 링 부품(4, 5; 21, 22)으로 이루어지고, 밸브 시트 링이 억지 끼워 맞춤 면을 형성하면서 실린더 헤드(1)에 압입된 후에 환형 흐름 채널(6)이 하나 이상의 링 부품에 있는 유입 및 유출 구멍(10)을 경유하여 내연 엔진의 냉각 매체 순환 회로에 통합될 수 있도록 하는 조치를 취한다.

Description

냉각식 밸브 시트 링{COOLED VALVE SEAT RING}

도 1은 흡기구 또는 배기구를 구비하고, 본 발명에 따른 밸브 시트 링의 제1 실시예가 거기에 배치된 수냉식 내연 엔진의 실린더 헤드의 개략적인 부분 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 밸브 시트 링의 제2 실시예에 따른 도 1과 같은 개략적인 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실린더 헤드

3, 20 : 밸브 시트 링

4, 5, 21, 22 : 링 부품

6, 23 : 환형 흐름 채널

10, 24 : 유입 및 유출 구멍

25 : 고정부

26 : 밸브 시트

27 : 중간 구역

29 : 원형 밀봉 링

본 발명은 냉각 매체가 통과하여 흐르는 중공 공간을 구비하고, 적절한 통로를 경유하여 내연 기관의 냉각 매체 순환 회로에 접속되는, 밸브 제어식 흡기구 및 배기구를 구비한 내연 엔진의 실린더 헤드에 사용되는 냉각식 밸브 시트 링에 관한 것이다.

특히, 내연 엔진의 배기 밸브의 밸브 시트, 그 중에서도 높은 열 하중이 걸리는 밸브 시트 링을 냉각시키는 것이 공지되어 있다. 내연 엔진의 배기 밸브의 구역에서는 냉각수 재킷을 가능한 한 밸브 시트 링에 가깝게 접근시켜 양호한 열 반출을 구현하려고 시도하게 된다. 디젤 직분사식 장치 및 중앙에 배치된 분사 노즐을 구비하는 내연 엔진의 실제의 다중 밸브 실린더 헤드에서는 비좁은 장소 상황으로 인해 냉각수 재킷이 만족할만한 역할을 할 수 없게 된다.

DE 43 28 904 C2로부터 예컨대 서두에 언급된 유형의 냉각식 밸브 시트 링이 공지되어 있다.

통상적으로, 밸브 시트 링의 냉각은 밸브 시트 링과 실린더 헤드 사이에 있고 냉각수가 그것을 통해 충분히 높은 속도로 통과하여 흐르는 냉각 채널에 의해 행해진다. 냉각수를, 가능한 한 밸브 시트에, 즉 밸브 시트 링과 리프팅 밸브 사이의 접촉면에 가깝게 도달시키기 위해서는 밸브 시트 링의 고정부를 덜어내어 제거하는 것이 필요하다. 그를 위해서는 가공 공구를 위한 자유 통로가 필요하기 때문에, 냉각 채널의 흐름 횡단면이 원하는 흐름 속도를 얻는데 필요한 것보다 더 커지게 된다. 그로 인해, 밸브 시트 링의 중심 구역에 가공된 냉각 채널의 흐름 횡 단면을 축소시키는 충전 링이 마련된다. 그러나, 그처럼 기술적으로 복잡한 구성은 제조자에게는 바람직하지 않은 엄격한 요건을 요한다.

또한, 밸브로부터의 열 반출, 특히 여기서는 밸브 시트로부터의 열 반출을 개선하기 위한 각종의 조치가 공지되어 있다. 그를 둘러싸는 실린더 헤드의 부분과 함께 대략 환형의 냉각 공간을 에워싸는 서두에 언급된 유형의 냉각식 밸브 시트도 역시 그에 속하는데, 밸브를 구비한 내연 엔진의 작동 시에 냉각 매체가 그 환형의 냉각 공간을 통해 흐르게 된다. 그러한 유형의 공지의 냉각식 밸브 시트는 각각의 채널의 입구에 압입되는 밸브 시트 링, 예컨대 서두에 언급된 유형의 밸브 시트 링을 구비하는데, 그러한 밸브 시트 링은 특히 내연 엔진의 오랜 작동 시간 후에 보다 더 헐거워질 수 있고, 그리하여 밀봉성의 상실 및 그에 따른 예컨대 내연 엔진의 실린더로의 냉각제의 유출을 초래할 수 있다.

압입된 밸브 시트 링의 그러한 밀봉성 상실의 문제점을 없애거나 방지하기 위해, 예컨대 밸브 시트 링을 해당 리세스 내에 압입할 때에 끼워 넣어지는 특수한 내열 재료로 된 O-링형 패킹을 사용하는 것이 공지되어 있다. 그것은 한편으로 밸브 시트의 제조 및 조립을 복잡하게 하고, 다른 한편으로는 그럼에 불구하고도 패킹 링에 역시 상대적으로 높은 열 하중이 걸리는 것에 기인하여 밸브 시트 링의 냉각 시스템에서 여전히 밀봉성 상실을 가져온다.

그런 이유로, 그러한 구역에서의 냉각이 비효율적이게 된다.

서두에 언급된 유형의 냉각식 밸브 시트 링을 구비한 내연 엔진으로부터 비 롯된 본 발명의 목적은 우수한 냉각 특성을 보이고, 기술적으로 간단하게 제조될 수 있으며, 실린더 헤드에의 그 수납 구역이 부식으로부터 보호되는 그러한 유형의 밸브 시트 링을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 기술적으로 밸브 시트 링이 고정적으로 조립 접합되어 환형 흐름 채널을 둘러싸는 2개 이상의 링 부품으로 이루어지고, 밸브 시트 링이 억지 끼워 맞춤 면을 형성하면서 실린더 헤드에 압입된 후에 환형 흐름 채널이 하나 이상의 링 부품에 있는 유입 및 유출 구멍을 경유하여 내연 엔진의 냉각 매체 순환 회로에 통합될 수 있도록 하는 조치에 의해 달성되게 된다.

그러한 기술적 사상에 따라 형성되는 수냉식 내연 엔진은 밸브 시트 링이 최적으로 냉각된다고 하는 장점을 갖는다.

냉각 채널이 밸브 시트 링에 통합됨으로써, 실린더 헤드의 수납 구역이 부식으로부터 효과적으로 보호되게 된다.

또 다른 장점은 밸브 시트 링이 간단한 가공 및 납땜 접합 방법에 의해 기술적으로 간단하게 제조될 수 있다는데 있다.

전술된 부품을 조립하여 접합시키기 위해, 텅스텐-불활성 가스 용접(WIG), 금속-불활성 가스 용접(MIG), 금속-활성 가스 용접(MAG), 또는 레이저 또는 전극 빔에 의한 빔 용접과 같은 각종의 용접 방법이 고려될 수 있다. 그러나, 그러한 접합 방법은 복잡하고 비용이 많이 든다. 또한, 용접 결합은 새김 자국 없이 이루어질 수는 없다.

그 때문에, 납땜 접합 방법에 의해 부품의 결합 이음매를 형성하는 것이 바람직하다. 그러한 조치는 한편으로 동일하거나 상이한 재료로 된 부품의 결합을 가능하게 하고, 다른 한편으로는 결합의 높은 강도까지 제공하게 된다. 또한, 그에 의해, 새김 자국이 없는 결합 이음매가 얻어지게 된다.

특히, 고온 납땜은 내열성이 매우 높은 결합을 제공한다. 고온 납땜은 진공 또는 보호 가스 중에서 그 액상선 온도가 900 ℃ 위에 있는 땜납으로 접합 및 코팅하는 방법이다. 그 경우, 주로 사용되는 땜납은 니켈계 땜납, 금/니켈계 땜납, 및 기타의 귀금속 땜납과 구리 및 구리계 땜납이다.

부품의 재료 선택은 열 하중에 의존하여 이루어진다. 접합 상대의 열 팽창이 대략적으로 동일해야 한다.

특히, 고온 진공 납땜에 의한 접합은 그 우수한 재현성에 의해 바로 냉각 채널이 통합된 일체형 밸브 시트 링을 제조하는 것을 가능하게 한다. 그러한 고온 진공 납땜은 전술된 용접 결합과 대비하여 새김 자국이 없는 결합을 가능하게 하고, 다양한 재료를 서로 결합시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 2개의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 따르면, 도시를 생략한 수냉식 내연 엔진의 실린더 헤드(1)에서는 통상적으로 실린더마다 흡기 및 배기 밸브가 배치되어 실린더 헤드(1)에 있는 해당 흡기 및 배기 채널(2)에 삽입된다.

그러한 채널(2)의 입구에는 밸브 헤드와 함께 채널(2)을 실린더 공간에 대해 밀봉할 수 있는 밸브 시트 링(3)이 삽입된다. 그러한 밸브 시트 링(3)은 2개의 링 부품(4, 5), 즉 시트 링 상부 부품과 시트 링 하부 부품으로 이루어지는데, 그들 부품은 조립되어 접합된 상태에서 냉각 환형 공간(6)이 통합된 일체형 밸브 시트 링을 형성한다. 그 경우, 밸브 시트 링(3)은 실린더 헤드(1)의 흡기 또는 배기 채널(2)의 환형 리세스(7)에 삽입되거나 압입된다. 냉각 환형 공간(6)은 냉각 매체의 유입 또는 유출 개구부(8)에 통하는 흐름 연통로(10)를 구비하는데, 여기서는 억지 끼워 맞춤 면(9)을 형성하는 측면이 유입 또는 유출 구멍(10)을 구비한다.

즉, 고정적으로 조립 접합되는 링 부품(4, 5)은 실린더 헤드(1) 쪽으로 원통형 억지 끼워 맞춤 면(9)에 의해 형성되고, 실린더 헤드(1)의 밸브 제어식 흡기 및 배기 개구부(2)에 있는 리세스(7)의 평탄 면(11)에 밀착되게 접한다.

밸브 시트 링의 외경이 단지지 않은 원통형으로 됨으로써, 영속적인 억지 끼워 맞춤이 구현되게 된다. 그에 의해, 실린더 헤드(1)를 경유한 현격히 개선된 열 반출이 얻어진다. 즉, 밸브 시트(3a)에서의 온도가 추가로 하강하게 된다. 원형 밀봉 링에 의한 밀봉이 생략될 수 있다.

통합된 냉각 채널(6)은 가변적으로 형성될 수 있고, 그에 따라 원하는 바대로 밸브 시트(3a)까지의 간격을 작게 할 수 있게 된다.

밸브 시트 링(3)에 통합되는 환형 냉각 채널이 폐쇄됨으로써, 실린더 헤드(1)에 있는 수납 구역이 부식으로부터 보호되고, 비교적 넓은 억지 끼워 맞춤 면(9)에 의해 양호한 열 전달이 제공되게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 밸브 시트 링의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도 1과 상응하는 부품에는 동일한 도면 부호가 부여되어 있다.

밸브 시트 링(20)의 제1 링 부품(21)에는 실린더 헤드(1) 쪽으로 개방된 환형 냉각 채널(23)이 형성된다. 제1 링 부품(21)을 동심상으로 둘러싸는 비교적 얇은 벽으로 된 슬리브형 제2 링 부품(22)은 환형 냉각 채널(23)이 실린더 헤드(1) 쪽으로 폐쇄되도록 제1 링 부품(21)에 고정적으로 조립되어 접합되는데, 그 경우에 냉각 채널(23)을 냉각 매체 순환 회로(8)에 접속시키는 유입 또는 유출 구멍(24)이 슬리브형 링 부품(22)에 마련된다.

제1 링 부품, 즉 밸브 시트 링(20)의 시트 링에는 고정부(25), 밸브를 수납하는 밸브 시트(26), 및 중간 구역(27)이 마련되는데, 슬리브형 제2 링 부품(22)은 중간 구역, 즉 냉각 채널(23)을 실린더 헤드(1)에 대해 밀봉하고, 실린더 헤드(1)에의 억지 끼워 맞춤을 이룬다.

냉각 채널(23)은 고정부(25)를 덜어내어 제거함으로써 만들어지고, 슬리브형 제2 링 부품(22)은 다리부(28)에 의해 고정부(25)를 적어도 부분적으로 실린더 헤드(1)에 대해 차폐한다.

중간 구역(27)은 고정부(25)와는 대조적으로 단진 외경으로써 형성된다. 그와 같이 단진 외경으로 인해, 원형 밀봉 링(29)에 의해 실린더 헤드(1)와 밸브 시트 링(20) 사이를 밀봉하는 것이 필요하다. 그 때문에, 실린더 헤드(1)와 제2 링 부품(22) 사이에 원형 밀봉 링(29)이 마련된다. 본 실시예에서도 역시 실린더 헤드(1)의 주물 재료는 냉각 채널(23)의 차폐물로서의 슬리브형 링 부품(22)에 의해 부식으로부터 보호된다. 원형 밀봉 링(29)이 슬리브(22)와 실린더 헤드 사이, 바람직하게는 실린더 헤드(1)의 차가운 재료 내에 끼워 넣어지도록 함으로써, 그것이 부가적으로 벽이 얇은 슬리브(22)를 경유하여 안쪽으로부터 냉각되게 된다. 따라서, 원형 밀봉 링(29)의 내구 수명이 현격히 길어질 수 있게 된다.

본 발명은 밸브 시트 링이 고정적으로 조립되어 환형 흐름 채널을 둘러싸는 2개 이상의 링 부품으로 이루어지고, 밸브 시트 링이 억지 끼워 맞춤 면을 형성하면서 실린더 헤드에 압입된 후에 환형 흐름 채널이 하나 이상의 링 부품에 있는 유입 및 유출 구멍을 경유하여 내연 엔진의 냉각 매체 순환 회로에 통합될 수 있도록 함으로써, 밸브 시트 링이 최적으로 냉각되게 되고, 냉각 채널이 밸브 시트 링에 통합되어 폐쇄됨으로 해서 실린더 헤드의 수납 구역이 부식으로부터 효과적으로 보호되게 된다. 또 다른 장점은 밸브 시트 링이 간단한 가공 및 납땜 접합 방법에 의해 기술적으로 간단하게 제조될 수 있다는데 있다.

Claims

냉각 매체가 통과하여 흐르는 중공 공간을 구비하고, 적절한 통로를 경유하여 내연 기관의 냉각 매체 순환 회로에 접속되는, 밸브 제어식 흡기구 및 배기구를 구비한 내연 엔진의 실린더 헤드용 냉각식 밸브 시트 링에 있어서,

밸브 시트 링(3, 20)은 고정적으로 조립 접합되어 환형 흐름 채널(6, 23)을 둘러싸는 2개 이상의 링 부품(4, 5; 21, 22)으로 이루어지고, 밸브 시트 링이 억지 끼워 맞춤 면(9)을 형성하면서 실린더 헤드(1)에 압입된 후에 환형 흐름 채널(6; 23)은 하나 이상의 링 부품에 있는 유입 및 유출 구멍(10, 24)을 경유하여 내연 엔진의 냉각 매체 순환 회로에 통합될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제1항에 있어서, 밸브 시트 링(3)은 대략 반쪽 공간(6a, 6b)을 각각 차지하고, 조립 접합된 상태에서 냉각 채널(6)이 통합된 일체형 밸브 시트 링을 형성하며, 억지 끼워 맞춤 면을 형성하는 그 측면에 유입 또는 유출 구멍(10)을 구비하는 2개의 링 부품(4, 5)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제1항에 있어서, 제1 링 부품(21)에 실린더 헤드(1) 쪽으로 개방된 환형 냉각 채널(23)이 형성되고, 제1 링 부품(21)을 동심상으로 둘러싸는 비교적 얇은 벽으로 된 슬리브형 제2 링 부품(22)은 환형 냉각 채널(23)이 실린더 헤드(1) 쪽으로 폐쇄되도록 제1 링 부품(21)에 고정적으로 조립되어 접합되며, 냉각 채널(23)을 냉각 매체 순환 회로(8)에 접속시키는 유입 또는 유출 구멍(24)이 슬리브형 링 부품(22)에 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제3항에 있어서, 제1 링 부품(21)에는 고정부(25), 밸브를 수납하는 밸브 시트(26), 및 중간 구역(27)이 마련되며, 슬리브형 제2 링 부품(22)은 냉각 채널(23)을 구비한 중간 구역(27)을 실린더 헤드(1)에 대해 밀봉하고, 실린더 헤드(1)에의 억지 끼워 맞춤을 이루는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제3항 또는 제4항에 있어서, 냉각 채널(23)은 고정부(25)를 덜어내어 제거함으로써 만들어지고, 슬리브형 제2 링 부품(22)은 다리부(28)에 의해 고정부(25)를 적어도 부분적으로 실린더 헤드(1)에 대해 차폐하는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제4항 또는 제5항에 있어서, 중간 구역(27)은 고정부(25)와는 대조적으로 단진 외경을 갖고, 실린더 헤드(1)와 슬리브형 제2 링 부품(22) 사이에 원형 밀봉 링(29)이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 고정적으로 조립 접합되는 링 부품(4, 5)은 실린더 헤드(1) 쪽으로 원통형 억지 끼워 맞춤 면(9)을 구비하고, 실린더 헤 드(1)의 밸브 제어식 흡기 및 배기 개구부(2)에 있는 리세스(7)의 평탄 면(11)에 밀착되게 접하는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 링 부품(4, 5; 21, 22)은 납땜 접합 방법에 의해 서로 고정적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.
제8항에 있어서, 링 부품(4, 5; 21, 22)은 고온 진공 납땜에 의해 서로 고정적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각식 밸브 시트 링.