KR101681846B1

KR101681846B1 - 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조

Info

Publication number: KR101681846B1
Application number: KR1020150139028A
Authority: KR
Inventors: 이경호
Original assignee: 말레동현필터시스템 주식회사
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-12-01

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조에 관한 것으로, 엔진의 실린더블록 연소실에서 크랭크케이스로 유입된 블로바이가스가 배출되도록, 헤드커버의 하단에 형성된 가스배출구와 상기 헤드커버상에 형성되고, 상기 가스배출구에서 배출된 블로바이가스가 흐르도록 형성된 가스유동라인과 상기 헤드커버의 내부에 장착되고 블로바이가스가 일방향으로 유동되도록 하는 PCV밸브 및 상기 엔진상에 배치되고 상기 PCV밸브와 연결되며, 상기 PCV밸브를 통과한 블로바이가스가 상기 헤드커버 내부에서 상기 실린더블록으로 흐르도록 유도하는 가이드부재를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 헤드커버의 PCV밸브의 위치 변경 및 엔진 내부에 블로바이가스의 유동경로를 형성하여 PCV밸브의 결빙을 방지하는 효과가 있다.

Description

차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조{Blow-by gas channel structure in engine for vehicle}

본 발명은 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 엔진에서의 블로바이가스 유동경로를 최적화하여 외부 기온으로 인한 PCV밸브의 결빙현상을 방지하도록 한 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조에 관한 것이다.

일반적으로 블로바이가스(blow by gas)란 자동차의 행정사이클 중 압축행정과 팽창행정 사이에 실린더 블록과 피스톤의 틈새를 통해 연소실로부터 캠축케이스 또는 크랭크케이스로 유출된 가스를 말한다.

이러한 블로바이가스가 캠축케이스 또는 크랭크케이스에 배출되지 못하고 축적되면 엔진 내부 압력을 상승시켜 엔진 실링(sealing)에 나쁜 영향을 주며, 내부 압력의 상승으로 엔진오일이 연소실 내로 상승할 수 있어 엔진 오일의 불필요한 소모를 일으킬 수 있다.

따라서, 크랭크케이스 내부의 압력조절을 위해 블로바이가스를 엔진 외부로 방출하여 엔진 내부 압력상승을 방지할 필요가 있다. 이를 위해 자동차 업계에서는 블로바이가스 벤틸레이션 시스템(ventilation system)를 도입하였다.

현재 사용되는 통상적인 블로바이가스 벤틸레이션 시스템은 크랭크케이스의 블로바이가스가 배출될 수 있는 통로를 헤드커버상에 만들고, PCV밸브를 배치한 다음, 연결호스를 통해 블로바이가스가 다시 서지탱크, 흡기 매니폴드를 거쳐 다시 실린더블록 내부로 흡입공기와 함께 순환되도록 하여 블로바이가스의 배출 및 재사용을 도모하는 시스템이다.

도 1은 종래 블로바이가스의 통로 구조를 나타낸 도면이다. 도 1를 참고하면, 종래 벤틸레이션 시스템은 엔진의 연소실에서 실린더헤드(260)내 캠축케이스(240)로 유입된 블로바이가스가 헤드커버(210)의 하판(250)에 형성된 슬롯(251)를 통해 헤드커버(210)의 유동통로(270)를 따라 흐른 후, 헤드커버(210)상에 장착된 PCV밸브(220)에서 원 웨이(one way)로 연결호소(230)으로 보내진다.

이때 헤드커버(210)의 유동통로(270)에는 복수의 배플 플레이트(미도시)가 형성되어 있어 블로바이가스내 오일을 걸러주게 된다. 걸러진 오일은 다시 엔진 내부로 회귀된다.

그런데 종래 블로바이가스의 통로 구조는 PCV밸브(220)에서 서지탱크(미도시)로 블로바이가스가 유동하는 동안, 엔진 외부로 나온 연결호스를 지나게 되는데, 라디에이터 팬에 의한 냉각, 겨울철 외기 온도 등에 의해 영향을 받아 결빙현상이 발생되는 문제점이 있었다. 이는 결국 벤틸레이션 시스템의 기능을 저하시켜 엔진 작동에 문제를 일으키게 된다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 제안된 선행문헌으로는 국내특허 공개번호:2008-0019437호가 있다. 도 2를 참고하면, 선행문헌은 헤드커버(120)로 배출된 블로바이가스를 실린더헤드(110)상에 파이프(121)를 삽입하여 하방향으로 유동시킨 후, 실린더헤드(110) 측면에 PCV밸브(140)를 장착하여 블로바이가스를 리조네이터 챔버(131), 서지탱크(132), 흡기 매니폴드(130)로 흐르도록 하는 블로바이가스 통로 구조를 갖추고 있다.

그러나 이러한 구조는 외기 온도로 인한 PCV밸브 결빙현상을 방지할 수는 있으나, PCV밸브가 엔진 내부에 깊숙히 배치되어 파손시 교체가 쉽지 않다는 문제가 있다. 즉 엔진 전체를 뜯어내 교체를 해야 한다. 통상 PCV밸브는 3~5년 사이의 교체주기를 가지고 있는데, 교체시마다 여러번 엔진을 뜯는다면 조립불량, 실링마모 등으로 엔진 실링 및 엔진의 동력발생 능력은 저하될 수 밖에 없다. 그리고 실린더헤드 또는 실린더블록상에 PCV밸브 장착부를 형성해야 하므로, 가공상의 어려움도 있다.

따라서, 라디에이터 팬에 의한 냉각, 겨울철 영하의 온도 등 외기 온도에 의한 영향을 최소화하여 결빙을 방지하면서 동시에 교체, 조립 편의성이 확보된 PCV밸브 및 블로바이가스의 유동경로 구조가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 헤드커버의 PCV밸브의 위치 변경 및 엔진 내부에 블로바이가스의 유동통로를 형성하여 PCV밸브의 결빙 방지를 위한 장치를 제공하는데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 헤드커버 PCV밸브 및 블로바이가스 채널 구조에 관한 것으로, 엔진의 실린더블록 연소실에서 크랭크케이스로 유입된 블로바이가스가 배출되도록, 헤드커버의 하단에 형성된 가스배출구, 상기 헤드커버상에 형성되고, 상기 가스배출구에서 배출된 블로바이가스가 흐르도록 형성된 가스유동라인, 상기 헤드커버의 내부에 장착되고 블로바이가스가 일방향으로 유동되도록 하는 PCV밸브 및 상기 엔진상에 배치되고 상기 PCV밸브와 연결되며, 상기 PCV밸브를 통과한 블로바이가스가 상기 헤드커버 내부에서 상기 실린더블록으로 흐르도록 유도하는 가이드부재를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 가이드부재는, 상기 PCV밸브를 감싸며 상기 헤드커버상에 배치되는 엔드블록, 상기 헤드커버상에 상기 엔드블록과 연결되어 형성되고, 상기 가스챔버에 취합된 블로바이가스가 상기 실린더블록으로 흐르도록 하는 제1 유도홀 및 상기 실린더블록에 형성되고 상기 제1 유도홀과 연결되며, 블로바이가스가 실린더블록 내부의 연소실로 유입되도록 하는 제2 유도홀을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 엔드블록은, 블로바이가스가 역행되도록, 상기 PCV밸브의 배출구측에 마주보게 형성된 엔드부, 상기 엔드부의 둘레를 따라 상기 PCV밸브 방향으로 신장 형성되고, 역행된 블로바이가스가 상기 실린더블록 방향으로 우회되도록 하는 신장부 및 상기 신장부의 원주방향으로 신장 형성되고 상기 PCV밸브를 감싸며 상기 헤드커버에 장착되는 결합부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 블로바이가스가 상기 PCV밸브의 주변부를 따라 우회하며 흐르도록, 상기 엔드부의 내경은 상기 PCV밸브의 배출구측 외경보다 크게 구성될 수 있다.

또한, 상기 엔드블록을 따라 유동되는 블로바이가스가 균일한 유압으로 취합되도록, 상기 헤드커버상에서 상기 엔드블록과 상기 제1 유도홀 사이에 배치되는 가스챔버를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래와 같이 블로바이가스가 PCV밸브를 통과한 후 연결호스를 통해 엔진 외부로 나간 후 다시 서지탱크, 흡기 매니폴드로 유입되는 구조가 아니라, 엔진 내부에 PCV밸브를 위치시키고, 블로바이가스도 PCV밸브를 지나 바로 엔진 내부로 유입시키는 구조이므로 외부 온도에 영향을 받지 않아, 라디에이터 팬, 겨울철 영하온도 등으로 인한 PCV밸브의 결빙 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 엔드블록으로 PCV밸브를 덮고 있으므로, 외부 충격으로부터 PCV밸브를 보호할 수 있어 PCV밸브의 교체주기를 연장할 수 있으며, 교체시에는 나사 체결방식인 엔드블록을 간단 분리하면 되므로, 비용절감 및 A/S 편의성이 도모되는 효과가 있다.

더하여, 기존의 연결호스가 제거되므로 조립되는 부품수를 줄일 수 있어 엔진 조립 비용도 절감할 수 있으며, 연결호스가 엔진 외부로 노출되지 않으므로 엔진 외관도 보다 깔끔히 정리되는 효과가 있다.

도 1은, 종래 블로바이가스의 유동경로 구조를 나타낸 측단면도.
도 2는, 블로바이가스의 유동경로 구조를 변경한 종래기술을 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3c은, 본 발명인 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4d는, 본 발명인 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조의 일 실시예에 따른 작동상태도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명인 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명인 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조의 일 실시예에 따른 작동상태도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명인 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조는 가스배출구(16), 가스유동라인(11), PCV밸브(20) 및 가이드부재(70)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 가스배출구(16)는 헤드커버(10)의 하판(18)상에 형성될 수 있다. 차량 엔진의 연소실 실린더블록(85) 내부에서 연소과정 중 블로바이가스가 발생되고, 이는 실린더블록(85) 내면과 피스톤 사이의 틈새를 통해 실린더헤드(84)상의 캠축케이스(90) 또는 크랭크케이스(미도시) 내부로 유입된다.

캠축케이스(90) 또는 크랭크케이스 내부에 블로바이가스가 축적되지 않도록, 상기 헤드커버(10)의 하판(18)상에는 상기 가스배출구(16)가 형성되고, 블로바이가스를 상기 헤드커버(10) 방향으로 배출되도록 한다.

상기 가스배출구(16)로부터 배출된 블로바이가스는 상기 헤드커버(10)의 내부에 형성된 상기 가스유동라인(11)을 따라 상기 PCV밸브(20)로 흐르게 된다.

이때 상기 헤드커버(10)의 내면부에는 복수개의 배플 플레이트(13)가 설치될 수 있으며, 이는 블로바이가스에 혼유된 오일을 필터링해주게 된다. 걸러진 오일은 다시 실린더블록(85) 방향으로 유입되어 재사용되게 된다.

도 4a를 참고하면, 상기 헤드커버(10)의 하판(18)에 형성된 가스배출구(16)를 통해 블로바이가스가 배출된 후 상기 헤드커버(10)에 형성된 가스유동라인(11)을 따라 PCV밸브(20) 방향으로 흐르는 작동상태를 확인할 수 있다. 이 과정 중 상기 헤드커버(10)의 내면부에 형성된 복수개의 배플 플레이트(13)가 블로바이가스에 혼유된 오일을 필터링해주는 것이다.

다음으로, 상기 PCV밸브(20)는 상기 헤드커버(10)의 내부에 설치될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 PCV밸브(20)는 상기 헤드커버(10)의 내부에서 엔진을 냉각시키는 라디에이터 팬(미도시)의 반대방향에 설치될 수 있다.

기존 PCV밸브 및 연결호스는 헤드커버의 상단에서 외부로 노출되어 있어 라디에이터 팬을 가동할 경우 온도가 급격히 낮아져 결빙현상이 자주 발생하였기 때문에, 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 PCV밸브(20)를 상기 헤드커버(10)의 내부로 위치시키고, 이하 검토할 엔드블록(30)으로 덮어주며, 라디에이터 팬의 반대방향에 위치되도록 함으로써, 결빙현상을 방지하게 된다.

다음으로, 상기 PCV밸브(20)는 제1 PCV블록(21), 제2 PCV블록(22), 스프링(24), 개폐바(25) 및 가스켓(23)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 4b를 참고하면, 상기 헤드커버(10)의 일측에 형성된 안착홈(12)에 상기 제2 PCV블록(22)이 결합된다. 이때 블로바이가스의 누출을 방지하기 위해 상기 안착홈(12)과 상기 제2 PCV블록(22)사이에는 상기 가스켓(23)이 장착될 수 있다.

상기 제1 PCV블록(21)은 상기 제2 PCV블록(22)의 일측에 결합되고, 상기 제1 PCV블록(21)과 상기 제2 PCV블록(22)이 형성하는 내부공간에 상기 개폐바(25)가 배치된다. 상기 스프링(24)은 상기 개폐바(25)의 둘레를 따라 배치되고, 상기 개폐바(25)의 일단부는 상기 스프링(24)의 탄성력을 받을 수 있도록 캡이 형성된다.

블로바이가스는 상기 PCV밸브(20)의 유입구(20a)로 흐르며, 이때 블로바이가스의 유압으로 상기 개폐바(25)가 밀리고 동시에 실린더블록(85) 내부 연소실의 행정사이클 중 흡입행정에서 발생되는 진공압에 의해 상기 개폐바(25)가 당겨지면서, 원 웨이(one way) 유동으로 블로바이가스가 상기 PCV밸브(20)의 배출구(20b)측으로 흐르게 된다.

이때 블로바이가스의 유압과 흡입행정에서의 진공압에 의한 보다 원활한 개폐를 위해 상기 스프링(24)은 일반적으로 차량에 사용되는 PCV밸브의 스프링보다 탄성력이 적은 제품으로 구성될 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 블로바이가스는 상기 PCV밸브(20)를 지나 상기 가이드부재(70) 방향으로 흐르게 된다.

이제 블로바이가스는 상기 가이드부재(70)를 통과한 후 다시 실린더블록(85) 방향으로 유동하게 되는데, 이러한 유동을 가능하게 하는 상기 가이드부재(70)는 엔드블록(30), 가스챔버(40), 제1 유도홀(50) 및 제2 유도홀(60)을 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 엔드블록(30)은 상기 PCV밸브(20)를 감싸며 상기 헤드커버(10)의 안착홈(12) 맞은 편에 장착된다. 여기서 상기 엔드블록(30)은 엔드부(31), 신장부(33) 및 결합부(35)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 엔드부(31)는 상기 PCV밸브(20)의 배출구(20b)를 나온 블로바이가스가 다시 상기 헤드커버(10) 방향으로 역행되도록 상기 PCV밸브(20)의 배출구(20b)측에 마주보게 형성될 수 있다. 이때 블로바이가스가 상기 PCV밸브(20)의 주변부를 따라 우회하며 흐르도록, 상기 엔드부(31)의 내경은 상기 PCV밸브(20)의 배출구(20b)측 외경보다 크게 구성될 수 있다.

상기 엔드부(31)에 부딪히며 역행하는 블로바이가스는 상기 신장부(33)를 따라 상기 PCV밸브(20)의 주변부로 흐르게 된다. 여기서 상기 신장부(33)는 상기 엔드부(31)의 둘레를 따라상기 PCV 방향으로 신장 형성되어 있고, 상기 헤드커버(10)의 안착홈(12) 하단에 형성된 가스슬롯(14) 방향으로 블로바이가스를 유도한다. 유도된 블로바이가스는 실린더헤드(84) 및 실린더블록(85) 방향으로 흐르게 된다.

또한, 상기 결합부(35)는 상기 신장부(33)의 원주방향으로 신장 형성되고 나사선부(35a)가 외측 둘레를 따라 형성되어 있어, 상기 헤드커버(10)의 안착홈(12)에 나사체결될 수 있다. 사용자는 상기 엔드블록(30)을 풀면 상기 PCV밸브(20)의 간단 교체가 가능하다. 그리고 상기 결합부(35)의 둘레를 따라 블로바이가스의 유출을 방지하기 위해 가스켓(미도시)이 배치될 수 있다.

이제 도 4c를 참고하면, 상기 PCV밸브(20)로 유입된 블로바이가스는 상기 엔드블록(30)에 의해 역행되어 상기 가스슬롯(14)을 지난 후, 상기 가스챔버(40)로 도달하게 된다.

상기 가스챔버(40)는 상기 PCV밸브(20)의 주변부를 따라 흐르던 블로바이가스가 다시 상기 가스유동라인(11)으로 흐르지 않도록, 상기 가스유동라인(11)과 상기 제1 유도홀(50)사이의 통로를 분리하는 공간이며, 상기 제1 유도홀(50)로 블로바이가스를 유입시키기 전에 블로바이가스를 취합하여 비교적 일정한 유압이 형성되도록 하는 공간이다.

블로바이가스가 상기 PCV밸브(20)의 주변부를 따라 원주방향으로 돌며 상기 헤드커버(10)상에 형성된 가스슬롯(14)을 통과할 때는, 상기 PCV밸브(20)의 하단으로 바로 흐른 블로바이가스와 상기 PCV밸브(20)의 상단으로 흐른 후 돌며 하단으로 이동한 블로바이가스간에는 분리 유동에 의해 유압이 일정하지가 않게 된다.

이때 상기 가스챔버(40)가 서로 다른 유압을 형성하는 블로바이가스를 취합하여 상기 제1 유도홀(50)로 유입시키기 전에 비교적 균일한 유압이 형성되도록 하는 것이다.

이제 상기 가스챔버(40)를 지난 블로바이가스는 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 헤드커버(10)상에 형성된 상기 제1 유도홀(50)로 흐르게 된다.

도시하지는 않았으나, 다른 실시예에서는 상기 제1 유도홀(50)은 상기 엔드블록(30)에 바로 연결될 수 있다. 이때에는 상기 제1 유도홀(50)과 상기 가스슬롯(14)이 직결되어 상기 엔드블록(30)을 따라 역행한 블로바이가스가 상기 실린더블록(85) 방향으로 흐르게 된다.

다음, 상기 실린더헤드(84) 및 실린더블록(85)에는 상기 제2 유도홀(60)이 형성되고, 상기 제1 유도홀(50)과 연결되어 블로바이가스를 상기 실린더블록(85) 내부로 순환되도록 한다.

이렇듯 본 발명인 헤드커버 PCV밸브 및 블로바이가스 채널 구조의 일 실시예에서는 상기 실린더블록(85) 내부의 연소실에서 연소과정 중 발생한 블로바이가스가 캠축케이스(90) 또는 크랭크케이스로 유입되면, 상기 헤드커버(10)의 하판(18)에 형성된 가스배출구(16)로 배출되고 상기 헤드커버(10)에 형성된 상기 가스유동라인(11)을 지나, 상기 PCV밸브(20)에서 일 방향 유동을 하게 된다.

이후 상기 엔드블록(30)에 의해 다시 엔진 내부 방향으로 흐르며 상기 헤드커버(10)의 가스슬롯(14)을 지나 상기 가스챔버(40)에서 취합되어 균일한 유압을 형성한 뒤, 상기 제1 유도홀(50) 및 상기 제2 유도홀(60)로 보내져, 다시 실린더블록(85) 내부 연소실로 유입됨으로써, 블로바이가스 순환채널을 형성하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성 및 작동과정을 통해 PCV밸브를 엔진 외부로 노출하지 않고 헤드커버 내부에 위치시키고, 블로바이가스 유동통로도 기존의 외부 연결호스 노출 구조가 아니라 다시 엔진 내부로 유동통로를 구성함으로써, 외기 온도에 의한 영향을 최소화하여 PCV밸브의 결빙 현상을 방지할 수 있는 것이다.

10:헤드커버 11:가스유동라인
12:안착홈 13:배플 플레이트
14:가스슬롯 20:PCV밸브
21:제1 PCV블록 22:제2 PCV블록
23:가스켓 24:스프링
25:개폐바 20a:유입구
20b:배출구 30:엔드블록
31:엔드부 33:신장부
35:결합부 35a:나사선부
40:가스챔버 50:제1 유도홀
60:제2 유도홀 85:실린더블록
90:캠축케이스

Claims

엔진의 실린더블록 연소실에서 크랭크케이스로 유입된 블로바이가스가 배출되도록, 헤드커버의 하단에 형성된 가스배출구;
상기 헤드커버상에 형성되고, 상기 가스배출구에서 배출된 블로바이가스가 흐르도록 형성된 가스유동라인;
상기 헤드커버의 내부에 장착되고 블로바이가스가 일방향으로 유동되도록 하는 PCV밸브; 및
상기 엔진상에 배치되고 상기 PCV밸브와 연결되며, 상기 PCV밸브를 통과한 블로바이가스가 상기 헤드커버 내부에서 상기 실린더블록으로 흐르도록 유도하는 가이드부재;를 포함하며,
상기 가이드부재는,
상기 PCV밸브를 감싸며 상기 헤드커버상에 배치되는 엔드블록;
상기 헤드커버상에 상기 엔드블록과 연결되어 형성되고, 블로바이가스가 상기 실린더블록으로 흐르도록 하는 제1 유도홀; 및
상기 실린더블록에 형성되고 상기 제1 유도홀과 연결되며, 블로바이가스가 실린더블록 내부의 연소실로 유입되도록 하는 제2 유도홀;을 포함하며,
상기 엔드블록은,
블로바이가스가 역행되도록, 상기 PCV밸브의 배출구측에 마주보게 형성된 엔드부;
상기 엔드부의 둘레를 따라 상기 PCV밸브 방향으로 신장 형성되고, 역행된 블로바이가스가 상기 실린더블록 방향으로 우회되도록 하는 신장부; 및
상기 신장부의 원주방향으로 신장 형성되고 상기 PCV밸브를 감싸며 상기 헤드커버에 장착되는 결합부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
블로바이가스가 상기 PCV밸브의 주변부를 따라 우회하며 흐르도록, 상기 엔드부의 내경은 상기 PCV밸브의 배출구측 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조.
제1항에 있어서,
상기 엔드블록을 따라 유동되는 블로바이가스가 균일한 유압으로 취합되도록, 상기 헤드커버상에서 상기 엔드블록과 상기 제1 유도홀 사이에 배치되는 가스챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 블로바이가스 채널 구조.