KR101534944B1 - 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더블럭의 오일 갤러리 출구에 장착된 오일젯을 통하여 냉각을 요하는 위치로 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 한 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 실린더블럭에 형성된 오일 갤러리내에 오일을 냉각시키는 별도의 냉각수단을 장착하여, 오일 갤러리의 출구에 장착된 오일젯을 통하여 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 함으로써, 원하는 냉각 위치까지 오일의 도달량을 증가시키고 분사되는 오일 온도를 낮추어 냉각 효율 향상을 도모할 수 있도록 한 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치{Cooling device for oil jet of vehicle}

본 발명은 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더블럭의 오일 갤러리 출구에 장착된 오일젯을 통하여 냉각을 요하는 위치로 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 한 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 차량의 엔진은 복수의 실린더를 갖는 실린더블록과, 실린더블록의 상부에 결합되어 연소실을 형성하는 실린더헤드와, 실린더를 따라 왕복 운동하면서 크랭크샤프트에 동력을 전달하는 피스톤을 포함하여 구성되어 있다.

상기 피스톤의 헤드부는 고온의 연소가스에 노출되는 동시에 높은 폭발압력에 따른 충격을 받을 뿐만 아니라, 왕복 운동시 실린더 벽과 강한 마찰력을 발생시키므로, 피스톤 링과 실린더 벽 간의 고온에 의해서 고착 현상이 발생되지 않도록 피스톤을 적절하게 냉각시켜야 하며, 이러한 냉각 역할을 수행하기 위한 오일을 피스톤의 냉각 요구위치(예를 들어, 피스톤의 탑 랜드부)로 분사시키는 것이 오일젯이다.

일반적으로, 상기 오일젯은 대한민국 공개특허 공개번호 제2009-0050355호(2009.05.20)에 개시된 차량 엔진 실린더블록의 오일젯 설치구조와 같이, 실린더블럭에 형성된 오일젯 갤러리의 출구쪽에 오일의 타겟점이 한곳으로 분사되도록 노즐 형태로 고정된다.

따라서, 오일펌프의 펌핑력에 의하여 실린더블록의 메인갤러리로 오일이 1차 순환된 다음, 메인갤러리와 연통 가능하게 연결된 실린더블록의 오일젯 갤러리로 오일이 2차 순환된 후, 오일젯 갤러리의 출구쪽에 장착된 오일젯에 의하여 오일이 냉각을 요하는 위치로 분사된다.

그러나, 오일젯을 통하여 분사되는 오일은 엔진 구동에 따른 열을 전달 받는 등의 이유로 105 ~ 110℃의 고온 상태가 되어 점도가 묽어진 상태로 분사됨에 따라, 결국 오일젯을 통하여 분사되는 오일의 점도가 묽어진 상태이므로 넓게 비산되며 분사되는 현상이 발생하고, 그에 따라 원하는 냉각 위치(피스톤의 스커트부)까지 적정의 오일량이 도달하지 못하여 피스톤의 랜드부 등에 대한 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 또한 피스톤의 랜드부에 대한 카본 퇴적량이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 디젤 차량의 실린더블럭에 형성된 오일 갤러리내에 오일을 냉각시키는 별도의 냉각수단을 장착하여, 오일 갤러리의 출구에 장착된 오일젯을 통하여 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 함으로써, 원하는 냉각 위치까지 오일의 도달량을 증가시키고 분사되는 오일 온도를 낮추어 냉각 효율 향상을 도모할 수 있도록 한 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 오일펌프의 펌핑력에 의하여 오일이 1차로 순환되는 메인 갤러리를 비롯하여 메인 갤러리로부터 분배된 오일이 순환되는 오일 갤러리가 형성된 실린더블록과, 오일 갤러리의 출구에 장착된 오일젯을 포함하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 있어서, 상기 오일 갤러리의 내부에 냉각유체 순환이 가능한 오일 냉각수단을 장착하여, 오일 갤러리의 내부로 분배되어 흐르는 오일이 오일 냉각수단에 의하여 냉각된 후, 오일젯을 통하여 분사되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 오일 냉각수단은: 오일 갤러리의 내부를 따라 관통 배치되어 냉각유체가 순환하는 냉각관과; 냉각관의 입구 및 출구에 연결되는 냉각유체 순환 공급원; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각관의 외경면에는 다수의 냉각핀이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 냉각유체 순환 공급원은: 일단부가 인터쿨러의 출구측에 연결되고, 타단부가 냉각관의 입구에 연결되는 냉각공기 공급라인과; 일단부가 냉각관의 출구에 연결되고, 타단부가 터보차져의 컴프레서 전단부에 연결되는 냉각공기 배출라인; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 실린더블럭에 형성된 오일 갤러리내에 오일을 냉각시키기 위하여, 냉각유체가 순환하는 오일 냉각수단을 장착하여, 오일 갤러리의 출구에 장착된 오일젯을 통하여 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 함으로써, 원하는 냉각 위치까지 오일의 도달량을 증가시켜 엔진 부품(피스톤의 탑 랜드부)에 대한 냉각 효율 향상시킬 수 있다.

또한, 피스톤의 탑 랜드부에 카본 등이 퇴적되는 량을 줄일 수 있으므로, 엔진 피스톤의 내구성을 증대시킬 수 있고, 그에 따른 엔진 출력 향상 효과를 얻을 수 있다.

또한, 오일을 원하는 곳에 적정량을 분사할 수 있으므로, 오일펌프를 용량이 저감된 것으로 적용 가능하여 연비 개선 효과를 얻을 수 있다.

또한, 분사오일의 온도 저감 및 타켓 통과효율을 증대하여, 피스콘 쿨링 성능 향상 및 엔진의 출력 증대를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치로서, 실린더블록의 오일젯 갤러리에 냉각관이 설치된 위치를 보여주는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치의 냉각유체 흐름 경로를 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 오일젯을 통해 분사되는 오일과, 종래의 오일젯을 통해 분사되는 오일의 유동 사진,
도 5는 오일젯에 의하여 분사되는 오일에 의하여 냉각이 이루어지는 피스톤의 탑 랜드부를 보여주는 개략도,
도 6은 본 발명의 시험예를 나타낸 도면으로서, 피스톤의 탑 랜드부에 대한 냉각 효과를 종래 대비 비교한 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1 및 도 2를 참조하면, 디젤 차량의 실린더블록(10)에는 오일펌프로부터 펌핑된 엔진 오일이 1차로 순환되는 메인 갤러리(12)가 관통 형성되어 있고, 또한 메인 갤러리(12)로부터 분배된 오일이 2차로 순환되는 오일 갤러리(14)가 형성되어 있으며, 오일 갤러리(14)의 출구 위치에는 피스톤의 탑 랜드부에 대한 냉각을 위하여 피스톤의 스커트부를 향하여 오일을 분사하는 오일젯(16)이 장착되어 있다.

이때, 상기 피스톤의 탑 랜드부(도 5 참조)에 대한 온도를 저감시키면, 탑 랜드부에 카본이 퇴적되는 량을 줄여서 연소효율 및 연비개선을 도모할 수 있는 바, 따라서 오일젯(16)에서 분사되는 오일의 온도를 낮추는 동시에 분사 지점(피스톤의 스커트부)에 대한 오일의 분사량을 증가시킬 필요가 있다.

즉, 기존에는 오일젯을 통하여 분사되는 오일이 엔진 구동에 따른 열을 전달 받는 등의 이유로 105 ~ 110℃의 고온 상태가 되어 점도가 묽어진 상태로 분사됨에 따라, 오일젯을 통하여 분사되는 오일이 넓게 비산되어 피스톤의 스커트부로 적정의 오일량이 도달하지 못하여 피스톤의 냉각효율이 떨어지고, 결국 피스톤의 탑 랜드부에 카본 퇴적량이 증가되는 문제점이 있는 바, 이를 해소하고자 오일젯(16)에서 분사되는 오일을 온도를 낮추어 점도를 증가시킨 상태로 분사시킴으로써, 분사 지점(피스톤의 스커트부)에 대한 오일의 분사량(도달량)을 용이하게 증가시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 상기 실린더블록(10)의 오일 갤러리(14)의 내부에 냉각유체 순환이 가능한 오일 냉각수단(20)을 장착하여, 메인 갤리러(12)로부터 오일 갤러리(14)의 내부로 분배되어 흐르는 오일이 오일 냉각수단(20)에 의하여 냉각된 후, 오일젯(16)을 통하여 분사되도록 한 점에 특징이 있다.

각 도면에는 미도시되었지만, 메인 갤리러(12)와 오일 갤러리(14)는 상호 연결되어 있으며, 체크밸브 등을 이용하여 메인 갤러리로부터 오일 갤러리로 오일이 흐르게 되어 있다.

상기 오일 냉각수단(20)은 오일 갤러리(14)의 내부를 따라 관통 배치되어 냉각유체가 순환하는 냉각관(22)과, 냉각관(22)의 입구 및 출구에 연결되어 냉각관(22)의 내부로 냉각유체를 순환시키는 냉각유체 순환 공급원(30)으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 냉각관(22)은 열전달이 우수한 알루미늄과 같은 금속 재질을 이용하여 얇은 핀 형상의 중공관으로 제작된 것으로서, 오일 갤러리(14)의 직경보다 작은 직경의 것으로 채택되어, 오일 갤러리(14)의 내경과 냉각관(22)의 외경 간의 공간을 통하여 오일이 원활하게 흐를 수 있도록 한다.

또한, 상기 냉각관(22)의 외경면에는 다수의 냉각핀(24)이 방사상 배열을 이루면서 일체로 형성되어, 냉각관(22)의 내부를 흐르는 냉각유체와 오일 갤러리(14)내를 흐르는 오일 간의 열 교환 면적을 증대시킬 수 있도록 함으로써, 오일의 냉각이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 냉각관(22)의 내부로 냉각유체를 순환시키는 냉각유체 순환 공급원(30)은 디젤 엔진의 인터쿨러(36) 및 터보차져를 이용한다.

이를 위해, 상기 인터쿨러(36)의 출구측과 냉각관(22)의 입구 간을 냉각공기 공급라인(32)으로 연결하고, 또한 상기 냉각관(22)의 출구와 터보차져의 컴프레서(38) 전단부 간을 냉각공기 배출라인(34)으로 연결시킨다.

주지된 바와 같이, 디젤엔진에는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압한 후 연소실로 공급되도록 하는 터보차져가 탑재되어 있고, 터보차져에서 가압되어 온도 상승된 공기를 냉각시키기 위한 인터쿨러가 탑재되어 있다.

이에, 엔진으로 공급되는 흡입공기는 에어클리너에서 정화된 후, 배기가스의 배출압력으로 회전되는 터보차져에 의해 가압되고, 가압된 공기는 과다하게 온도가 상승된 상태이므로 인터쿨러에서 냉각된 후 엔진으로 공급된다.

따라서, 상기 냉각관(22)으로 공급되는 냉각유체를 인터쿨러에서 냉각되어 엔진으로 공급되는 공기의 일부를 사용하는 것이 바람직하고, 냉각관(22)을 통과하여 오일에 대한 냉각을 마친 공기는 터보차져의 컴프레서(38) 전단부로 배출하여 터보차져의 터빈을 회전시키는 배출공기와 합쳐지도록 한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 오일젯 냉각 장치에 대한 작동 흐름을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조로 살펴보면 다음과 같다.

도 3에서 보듯이, 인터쿨러(36)를 지나서 엔진으로 공급되는 공기의 압력(P1)이 터보차져의 컴프레서(38) 전단부에서의 공기 압력(P2) 보다 크므로, 인터쿨러(36)로부터의 냉각된 공기가 압력차에 의하여 오일 갤리러(14)내에 장착된 냉각관(22)을 따라 흐르게 된다.

즉, 인터쿨러(36)로부터의 공기가 냉각공기 공급라인(32)을 경유하여 냉각관(22)을 따라 흐른 다음, 냉각공기 배출라인(34)을 경유하여 터보차져의 컴프레서(38) 전단부로 배출된다.

이때, 엔진 부하와 오일온도가 비례하고, 엔진 부하와 터보차져 회전속도가 비례하므로, 위와 같이 공기기 인터쿨러로부터 냉각관을 거쳐 터보차져의 컴프레서 전단부로 흐르는 공기흐름 회로 내의 유동 공기량 또한 비례한다.

따라서, 상기 실린더블록(10)의 메인 갤러리(12)로 오일펌프의 펌핑력에 의하여 오일이 1차 순환된 후, 메인 갤러리(12)로부터 오일 갤러리(14)로 흐르게 되면, 냉각관(22)을 따라 흐르는 냉각공기와 열교환을 하여 오일의 온도가 낮아지게 되고, 결국 오일젯(16)을 통하여 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있다.

즉, 기존에는 오일젯을 통하여 분사되는 오일이 약 105 ~ 110℃의 고온 상태가 되어 점도가 묽어진 상태로 분사되지만, 본 발명에 따른 냉각관을 흐르는 공기에 의하여 약 90℃ 로 낮아지게 되므로, 점도가 묽어지지 않은 채 오일젯을 통하여 분사될 수 있다.

한편, 오일젯에서 분사되는 오일 비산 시험 결과를 나타낸 첨부한 도 4를 참조하면, 기존에 오일의 온도가 105℃ 인 경우 오일젯에서 분사되는 오일이 비산되어, 타겟(피스톤의 스커트부) 통과효율이 65%에 지나지 않았지만, 본 발명은 오일의 온도를 90℃ 수준으로 낮출 수 있으므로, 오일젯에서 분사되는 오일의 비산이 없어 타겟(피스톤의 스커트부) 통과효율을 80% 까지 증가시킬 수 있다.

또한, 오일젯에서 분사되는 오일에 의하여 냉각되는 피스톤 탑 랜드부의 온도를 측정한 결과, 첨부한 도 6에서 보듯이 평균 27℃ 까지 낮출 수 있음을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 오일 갤러리의 출구에 장착된 오일젯을 통하여 분사되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 함으로써, 원하는 냉각 위치까지 오일의 도달량을 증가시켜 엔진 부품(피스톤의 탑 랜드부)에 대한 냉각 효율 향상시킬 수 있고, 또한 피스톤의 탑 랜드부에 카본 등이 퇴적되는 량을 줄일 수 있으므로, 피스톤의 내구성 증대 및 엔진 출력 향상 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기와 같이 오일젯에서 분사되는 오일 온도를 낮추는 동시에 냉각을 요하는 위치까지의 오일 도달량을 증가시킬 수 있으므로, 적정 수준의 냉각을 필요로 하는 오일젯 토출유량 이상을 저감시킬 수 있고, 이는 오일 갤러리로 오일을 순환시키는 오일펌프의 용량을 축소시킬 수 있음을 의미한다.

따라서, 엔진의 오일펌프를 용량이 축소된 것으로 탑재하여, 연비 절감 및 제조 비용 절감을 도모할 수 있다.

10 : 실린더블록
12 : 메인 갤러리
14 : 오일 갤러리
16 : 오일젯
20 : 오일 냉각수단
22 : 냉각관
24 : 냉각핀
30 : 냉각유체 순환 공급원
32 : 냉각공기 공급라인
34 : 냉각공기 배출라인
36 : 인터쿨러
38 : 터보차져의 컴프레서

Claims (4)

1. 오일펌프의 펌핑력에 의하여 오일이 1차로 순환되는 메인 갤러리(12)를 비롯하여 메인 갤러리(12)로부터 분배된 오일이 2차로 순환되는 오일 갤러리(14)가 형성된 실린더블록(10)과, 오일 갤러리(14)의 출구에 장착된 오일젯(16)을 포함하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치에 있어서,
   상기 오일 갤러리(14)의 내부에 냉각유체 순환이 가능한 오일 냉각수단(20)을 장착하여, 오일 갤러리(14)의 내부로 분배되어 흐르는 오일이 오일 냉각수단(20)에 의하여 냉각된 후, 오일젯(16)을 통하여 분사되도록 하고,
   일단부가 인터쿨러(36)의 출구측에 연결되고 타단부가 냉각관(22)의 입구에 연결되는 냉각공기 공급라인(32)과, 일단부가 냉각관(22)의 출구에 연결되고 타단부가 터보차져의 컴프레서(38) 전단부에 연결되는 냉각공기 배출라인(34)으로 구성되는 냉각유체 순환 공급원(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 오일 냉각수단(20)은 오일 갤러리(14)의 내부를 따라 관통 배치되어 냉각유체가 순환하는 냉각관(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각관(22)의 외경면에는 다수의 냉각핀(24)이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 실린더블록의 오일젯 냉각 장치.
   
4. 삭제

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