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내연기관 (Internal Combustion Engine)
2012년도 1학기(제 13주)
기계자동차공학부
박 승 운
제7장 흡·배기 밸브장치
by www.google.co.kr
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)
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 밸브(valve)
(2) 포핏 밸브(poppet valve)의 구조
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제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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.
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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.
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)
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제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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.
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 캠과 캠축(cam and cam shaft)
(2) 태핏(tappet)
: 리프터(lifter)라고도 함. 캠의 양정운동을 밸브에 전달하는 역할.
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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,
제7장 흡·배기 밸브장치
■ 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.
제7장 흡·배기 밸브장치
◈ 다음강의(예고)
- 윤활 및 윤활장치
* 윤활 이론
* 윤활유의 성질과 첨가제
* 윤활유의 종류와 분류
* 윤활계통
감사합니다.