내연기관 (Internal Combustion Engine)

2012년도 1학기(제 13주)

기계자동차공학부

박 승 운

제7장 흡·배기 밸브장치

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제7장 흡·배기 밸브장치

◈ 학습목표 o 밸브장치에 대한 종류와 기능에 대한 이해

◈ 학습성과 o 밸브장치에 대한 종류, 기능 및 구동방법에 대해 설명할 수 있어야 함.

강의 내용 및 순서

■ 밸브의 종류

■ 캠축과 캠

■ 밸브의 구동방법

제7장 흡·배기 밸브장치

◆ 밸브장치(valve train)

; 실린더의 밸브를 적기에 열고 닫아 연소가스를 밀폐 또는 배출하는 장치

제7장 흡·배기 밸브장치

■ 밸브(valve)

※ 모양과 운동방법에 따른 분류

(1) 포핏 밸브(poppet valve)의 분류

제7장 흡·배기 밸브장치

■ 밸브(valve)

(1) 포핏 밸브(poppet valve)의 분류(계속)

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■ 밸브(valve)

(2) 포핏 밸브(poppet valve)의 구조

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■ 밸브(valve)

(2) 포핏 밸브(poppet valve)의 구조

- 밸브 헤드(valve head) : 고온 고압가스가 접촉하는 부분으로 내열성 및 내식성이 큰 재료 선정

* 평면형 : 흡기의 유동 양호, 제작 용이

* 둥근형 : 강도가 큼, 열 함유량이 많고 중량이 무거움

* 튤립형 : 중심부를 오목하게 한 것, 경량으로 밸브 시트에 잘 접촉, 고속기관용

- 밸브 마진(margine) : 밸브 헤드와 밸브 페이스 사이의 두께, 0.8mm 이상

- 밸브 페이스(face) : 밸브 시트에 밀착되어 연소가스를 밀봉하는 역할

- 밸브 시트(seat) : 실린더 헤드 또는 실린더 블록에 설치하여 밸브 페이스와 접촉하는 면

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■ 밸브(valve)

(2) 포핏 밸브(poppet valve)의 구조

- 밸브 스템(stem) : 밸브 가이드 내에서 왕복운동하여 밸브헤드의 개폐운동을 수행

- 리테이너 록크 홈( retainer lock groove) : 밸브 스프링을 고정하기 위한 리테이너 설치 자리

- 밸브 팁(tip) : 록커 암이 작용하는 부분

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■ 밸브(valve)

(3) 밸브 재료

▶구비 조건

- 고온에서 강도와 경도가 클 것.

- 내열성, 내식성 및 내마모성이 클 것.

- 충격에 강하고 피로에 강할 것.

- 열전도가 좋고 열팽창계수가 작을 것.

- 비중량이 가벼울 것.

- 단조가공 및 용접이 쉬울 것.

⇒ Si- Cr 강 : 내식성 및 내마모성 양호, 열팽창 계수 작음, 내열성이 낮음.

Ni-Cr-W 강 : 내열성 및 내식성 야오, 열팽창계수 작음, 내마모성 및 가공성이 낮음.

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■ 밸브(valve)

(4) 밸브의 양정(valve lift)

; 밸브가 이동하는 최대 거리

※ 밸브통로의 공기속도 :

- 소형기관 : 23 m/s

- 대형기관 : 37 m/s

- 자동차기관 : 45 m/s

※ 가 30 ~ 50 m/s가 되도록 h와 d를 결정

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■ 밸브(valve)

(5) 밸브 스프링(valve spring)

; 캠에 의해 열린 밸브를 스프링의 장력을 이용하여 닫는 역할을 함.

※ 압축 후 팽창시 밸브가 약간씩 회전하도록 해야 함.

※ 서징(surging) : 스프링이 작동할 때, 작동 진동수가 고유진동수의 정수배가 되는 조건에서

공진현상을 일으키는 것.⇒ 스프링의 파괴를 가져올 수 있음.

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■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)

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■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)

(1) 캠(cam)

※ 기초원과 정원의 이음구간의 형태에 따라 구분함.

o 볼록캠(convex cam) : 태핏(tappet)면이 평면인 곳에 사용. 밸브열림 신속 및 흡기율 양호.

o 오목캠(concave cam) : 등가속 캠. 대형 및 항공기 기관에 이용.

o 접선캠(tangential cam) : 제작 용이. 밸브의 개폐가 급격하여 접촉부 충격발생.

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■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)

(2) 태핏(tappet)

: 리프터(lifter)라고도 함. 캠의 양정운동을 밸브에 전달하는 역할.

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■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)

(3) 타이밍 기어(timing gear)

: 크랭크축 기어와 캠축 기어를 말함. 밸브의 개폐시기를 정확히 맞추기 위한 기어.

- 사이드 밸브식, 장봉형 밸브 : 타이밍 기어 사용

- 오버헤드 캠인 경우 : 스프로켓(sprocket)과 체인(chain) 또는 벨트 사용

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■ 밸브의 구동방법

(1) 두상 밸브식(OHV, over head valve)

: 실린더 헤드에 밸브장치를 설치한 것. I 형 밸브식 이라고도 함.

- 장봉형 : 푸쉬로드가 긴 것.

* 소음이 심함, 타이밍 기어로 캠축 구동,

* 밸브장치의 구조가 복잡, 고압축비 형성 용이, 노크가 적음,

* 저속기관에 사용

- 오버헤드 캠형 : 캠축이 실린더 헤드에 설치됨.

* SOHC, DOHC

* 스프로켓과 체인으로 캠축 구동

* 소음이 적음, 실린더헤드의 구조가 복잡

* 고속기관에 이용

- 강제 구동형 : 밸브스프링을 없애고 로커암이 직접 밸브를 개폐

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■ 밸브의 구동방법

(2) 사이드 밸브식(side valve)

: 실린더 블록에 밸브 장치를 설치한 것.

* 실린더 구조가 간단, L형 및 T형 연소실에 사용, 흡기 및 배기효율이 나뿜,

* 밸브장치의 구조가 간단,

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■ 밸브의 구동방법

(3) 슬리브 밸브식(sleeve valve)

: 흡기공과 배기공을 설치한 실린더의 외부에 흡기공과 배기공이 있는 슬리브(또는 라이너)가 설치됨.

o 장점

* 체적효율이 높음.

* 평균유효압력이 높아 출력이 높음.

* 밸브의 서징현상이 없음.

* 구조가 간단.

* 압축비를 증가시킬 수 있음.

* 과급을 할 수 있고, 연료소비율이 낮음.

* 정숙운전 가능.

o 단점

* 정밀가공이 요함, 고가.

* 윤활유의 소비량이 많음.

* 밸브의 마모가 크고, 마찰력 증가.

* 가스 누설방지 곤란.

제7장 흡·배기 밸브장치

■ 밸브의 구동방법

(4) 회전 밸브식(rotary valve)

: 실린더에 흡기공과 배기공을 설치하고 그곳에 회전하는 밸브를 설치하여 흡기 및 배기를 함.

- 밸브 개폐시 발생하는 타격소음을 현저히 줄일 수 있음.

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◈ 다음강의(예고)

- 윤활 및 윤활장치

* 윤활 이론

* 윤활유의 성질과 첨가제

* 윤활유의 종류와 분류

* 윤활계통

감사합니다.