KR102467498B1

KR102467498B1 - 오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드를 갖는 엔진

Info

Publication number: KR102467498B1
Application number: KR1020200162019A
Authority: KR
Inventors: 한명훈
Original assignee: 주식회사 블루플래닛
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-11-15
Also published as: WO2022114303A1; KR20220074000A

Abstract

오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드를 갖는 엔진은 상호 결합되어 내부에 연소실을 형성하는 실린더 블록, 실린더 헤드 및 피스톤과, 상기 실린더 블록과 결합되어 내부에 크랭크실을 형성하는 오일 팬과, 상기 실린더 헤드와 결합되고 내부에 배플 룸을 형성하는 헤드 커버와, 상기 오일 팬 및 상기 헤드 커버와 결합되어 상기 실린더 헤드와의 사이에 공간을 형성하는 체인 커버를 포함할 수 있다. 상기 실린더 헤드에는, 상기 연소실로부터 상기 크랭크실로 누설된 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터가 일체화되어 형성될 수 있다. 상기 오일 세퍼레이터는, 내부에 오일 분리실을 형성하는 바디와, 상기 블로바이 가스로부터 상기 오일을 분리하기 위하여 상기 오일 분리실 내에 형성되는 격벽을 포함하고, 상기 바디에는, 상기 공간과 소통되도록 형성되고, 상기 블로바이 가스가 유입되는, 블로바이 가스 유입구와, 상기 블로바이 가스로부터 분리된 상기 오일이 배출되고, 상기 공간과 소통되도록 형성되는, 오일 배출구와, 상기 블로바이 가스가 유출되고, 상기 배플 룸과 소통되도록 형성되는, 블로바이 가스 유출구가 형성될 수 있다.

Description

오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드를 갖는 엔진{ENGINE HAVING A CYLINDER HEAD INTO WHICH AN OIL SEPARATOR IS BUILT}

본 개시물(disclosure)은 엔진의 블로바이 가스에서 오일을 분리하여 오일 소모량을 줄이는 실린더 헤드 구조에 관한 것으로서, 엔진 실린더 헤드의 일부에 블로바이 가스의 오일을 분리하기 위한 격벽을 설치하여 실린더 헤드에서 1차적으로 오일을 분리 시켜주는 오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드 구조에 관한 것이다.

도 1은 오일 분리를 위한 종래의 헤드 커버(등록특허 제10-0783888호)의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

일반적으로, 자동차의 배출가스를 배출원에 따라 구분하여 보면, 연료와 공기의 혼합기가 실린더 내에서 연소된 후 배기계를 통해 배출되는 배기가스와, 연료탱크 내 연료가 증발하여 발생되는 증발가스와, 연소실의 혼합기나 미연소가스가 크랭크실로 유출되는 블로바이 가스로 나눌 수 있다.

여기서, 블로바이 가스(blow-by gas)는 압축행정과 팽창행정 동안 실린더와 피스톤의 간극을 통하여 연소실로부터 크랭크실로 빠져나온 가스를 말하며, 이는 연소실로부터 크랭크실로 빠져나온 뒤 실린더 블록 내에 형성된 통로와 실린더 헤드, 헤드 커버를 차례로 통과한다.

블로바이 가스는 엔진 내부 압력을 상승시켜 엔진 실링(sealing)에 악영향을 미치게 되므로, 압력 조절을 위해서는 블로바이 가스를 엔진 외부로 방출하여 엔진 내부의 압력 상승을 방지하여야 하는데, 이러한 역할을 하는 것이 바로 벤틸레이션 시스템(ventilation system)이다.

통상의 벤틸레이션 시스템에서는 엔진의 연소과정에서 생성된 연소가스의 일부가 크랭크실로 누설된 블로바이 가스를 엔진의 흡기계로 재순환시키도록 구성된다.

즉, 벤틸레이션 시스템에서 블로바이 가스는 도 1에 도시된 바와 같이 크랭크실에서 실린더 블록(11) 내에 형성된 통로를 따라 상측으로 이동하여 실린더 헤드(12) 및 헤드 커버(13)를 차례로 거친 뒤 흡기계로 재순환되게 되는데, 실린더 헤드(12)로 이동하는 블로바이 가스는 상당 양의 비산, 무화 오일을 함유하므로, 블로바이 가스가 흡기계로 재유입되기 전에 최대한 오일을 분리시켜야 한다.

이를 위해 헤드 커버(13) 내에서는 일측에 마련된 배플 룸(20)에서 입자가 큰 오일 일부가 1차로 분리되어 배출되며, 이후 블로바이 가스는 오일 분리부(18)를 거치면서 2차로 오일을 분리시킨 뒤 흡기계로 재순환되게 된다.

여기서, 오일 분리부(18)에 의해 분리된 오일은 엔진 하단의 오일 팬(19)으로 리턴되며, 오일 분리부(18)에 의해 오일이 분리된 블로바이 가스는 에어클리너(14)를 통해 유입되는 신기와 합쳐져서 서지탱크(15) 및 흡기 매니폴드(16)를 거쳐 최종적으로 연소실(17) 내로 공급되게 된다.

한편, 헤드 커버(13) 내 일측에 설치되어 블로바이 가스가 통과하는 동안 오일이 1차로 분리되는 배플 룸(20)은 헤드 커버(13) 내에 그 일측 공간을 구획하는 배플 플레이트(21)를 설치함으로써 마련되는데, 이 배플 플레이트(21)가 구획하는 공간이 배플 룸(20)이 되며, 블로바이 가스는 배플 플레이트(21)의 입구부(22)를 통해 배플 룸(20) 내부로 유입된 후 1차 오일 분리 과정을 거쳐 오일 분리부(18)로 보내지게 된다.

헤드 커버(13) 내 배플 룸(20) 및 이를 형성하는 배플 플레이트(21)는 블로바이 가스가 끌고 들어오는 오일 액적을 분리한 뒤 이를 적절한 배출기구를 통해 배플 룸(20) 외부로 배출시켜 가급적 가스만 통과하도록 설계되어야 하며, 보통 배플 플레이트(21)에는 오일 배출기구(23)가 설치된다.

오일 배출기구(23)는 블로바이 가스로부터 분리된 오일이 자중에 의하여 배출되는 구조로 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 구조는 아무리 구조물을 복잡하게 설치하더라도 블로바이 가스 중 큰 입자의 오일만을 거르거나, 블로바이 가스 유로가 복잡함에 따른 유동손실에 의해 크랭크실 내 압력이 과도하게 올라갈 염려가 있다.

본 개시물은 종래 기술의 문제점에서 더 보완된 것으로서 실린더 헤드에 일차적으로 오일을 분리하는 보조수단의 오일 세퍼레이터를 일체로 형성하여 보다 확실한 오일 분리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 개시물은, 상호 결합되어 내부에 연소실을 형성하는 실린더 블록, 실린더 헤드 및 피스톤과, 상기 실린더 블록과 결합되어 내부에 크랭크실을 형성하는 오일 팬과, 상기 실린더 헤드와 결합되고 내부에 배플 룸을 형성하는 헤드 커버와, 상기 오일 팬 및 상기 헤드 커버와 결합되어 상기 실린더 헤드와의 사이에 공간을 형성하는 체인 커버를 포함하는 오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드를 갖는 엔진을 제공한다.

상기 실린더 헤드에는, 상기 연소실로부터 상기 크랭크실로 누설된 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터가 일체화되어 형성될 수 있다.

상기 오일 세퍼레이터는, 내부에 오일 분리실을 형성하는 바디와, 상기 블로바이 가스로부터 상기 오일을 분리하기 위하여 상기 오일 분리실 내에 형성되는 격벽을 포함하고, 상기 바디에는, 상기 공간과 소통되도록 형성되고, 상기 블로바이 가스가 유입되는, 블로바이 가스 유입구와, 상기 블로바이 가스로부터 분리된 상기 오일이 배출되고, 상기 공간과 소통되도록 형성되는, 오일 배출구와, 상기 블로바이 가스가 유출되고, 상기 배플 룸과 소통되도록 형성되는, 블로바이 가스 유출구가 형성될 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 실린더 헤드에 일차적으로 오일을 분리하는 보조수단의 오일 세퍼레이터를 일체로 형성하여 보다 확실한 오일 분리를 제공할 수 있는 효과가 있다.

크랭크실로 누설된 블로바이 가스 내 오일을 실린더 헤드에서 1차적으로 걸러내고, 다시 실린더 헤드 커버 또는 별도의 오일 분리부에서 2차로 거른 후 오일 팬으로 리턴시키면 오일 소모량이 획기적으로 줄며, 연소에 사용되는 신기 중 오일성분을 줄일 수 있어 엔진의 내구성 향상 및 배출가스 저감에도 크게 기여할 수 있다.

도 1은 오일 분리를 위한 종래의 헤드 커버의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 개시물의 실시예들에 따른 오일 세퍼레이터를 구비하는 엔진의 외관을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 오일 세퍼레이터를 구비하는 실린더 헤드의 외관을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 오일 세퍼레이터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 2의 오일 세퍼레이터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 개시물의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2는 본 개시물의 실시예들에 따른 오일 세퍼레이터를 구비하는 엔진의 외관을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 오일 세퍼레이터를 구비하는 실린더 헤드의 외관을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2의 오일 세퍼레이터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 2의 오일 세퍼레이터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 개시물의 오일 세퍼레이터는 차량용 엔진의 실린더 헤드(200)에 일체로 형성될 수 있는데, 엔진은 실린더 블록(100), 실린더 헤드(200), 헤드 커버(300), 체인 커버(500) 및 오일 팬(미도시)을 포함할 수 있다.

실린더 블록(100), 실린더 헤드(200) 및 피스톤은 내부에 연소실을 형성할 수 있다. 오일 팬은 실린더 블록(100)과 결합되어 내부에 크랭크실을 형성할 수 있다. 헤드 커버(300)는 실린더 헤드(200)와 결합되고 내부에 배플 룸(311)을 형성할 수 있다. 체인 커버(500)는 오일 팬 및 헤드 커버(300)와 결합되어 실린더 블록(100) 및 실린더 헤드(200)와의 사이에 공간을 형성할 수 있다.

실린더 블록(100)은 내부에 실린더를 형성할 수 있다. 피스톤이, 실린더의 내벽과 밀착된 상태로 실린더 내에서 왕복동 운동을 하게 되는데, 이때 실린더 내벽과 피스톤의 간극을 통하여 블로바이 가스가 실린더 블록(100) 하부의 크랭크실 내로 누설될 수 있다.

크랭크실로 누설된 블로바이 가스의 일부는 실린더 블록(100) 내에 형성된 통로(미도시)를 통하여 헤드 커버(300) 내에 형성된 배플 룸(311)으로 유입된다. 또한 블로바이 가스의 또 다른 일부는 체인 커버(500)와 실린더 블록(100) 및 실린더 헤드(200) 사이의 공간을 통하여 흐르는데, 그 중 일부는 헤드 커버(300) 내에 형성된 배플 룸(311)으로 직접 유입되고, 나머지는 본 개시물의 오일 세퍼레이터를 통과한 뒤, 헤드 커버(300) 내에 형성된 배플 룸(311)으로 유입된다.

헤드 커버(300) 내에 형성된 배플 룸(311)에서 오일 분리를 수행하는 종래의 엔진에서는 배플 룸(311)의 크기를 늘리는데 제약이 있어, 오일 분리 성능이 좋지 못한 한계가 있었다. 따라서, 종래의 엔진에서는 헤드 커버(300) 외부에 별도의 오일 분리부 (예컨대, 도 1의 오일 분리부(18))를 두었으나, 이로 인하여 구조가 복잡해지고 제작 단가가 상승하게 되는 단점이 있었다.

본 개시물에서는 종래의 오일 회수 구조를 변경함이 없이도, 간단히 실린더 헤드(200)에 오일 세퍼레이터를 일체화하여 오일 회수율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 기존의 블로바이 가스 벤틸레이션 구조와 호환성을 가지면서도, 공간적 제약을 극복하여 오일 회수율을 극적으로 향상시킬 수 있다.

실린더 헤드(200)에는, 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터가 일체화되어 형성될 수 있다. 오일 세퍼레이터는, 내부에 오일 분리실을 형성하는 바디(201)와, 블로바이 가스로부터 오일을 분리하기 위하여 오일 분리실 내에 형성되는 격벽(221)을 포함할 수 있다. 또한, 오일 세퍼레이터는 오일 분리실이 외부로부터 독립되게 구획되도록 바디(201)에 결합되는 오일 세퍼레이터 커버(241)를 포함할 수 있다.

바디(201)에는 블로바이 가스 유입구(211), 오일 배출구(231) 및 불로우바이 가스 유출구(213)가 형성될 수 있다. 블로바이 가스는 블로바이 가스 유입구(211)를 통하여 오일 분리실 내로 유입될 수 있다. 블로바이 가스 유입구(211)는 체인 커버(500)에 의하여 형성되는 상기 공간과 소통되도록 형성될 수 있다. 격벽(221)은, 블로바이 가스로부터 오일을 분리하기 위하여 오일 세퍼레이터 내에 형성될 수 있다. 블로바이 가스로부터 분리된 오일은 오일 배출구(231)를 통하여 배출될 수 있다. 오일 배출구(231)는 상기 공간과 소통되도록 형성될 수 있다. 블로바이 가스는 블로바이 가스 유출구(213)를 통하여 유출될 수 있다. 블로바이 가스 유출구(213)는 배플 룸(311)과 소통되도록 형성될 수 있다.

블로바이 가스 유입구(211)로 유입된 블로바이 가스가 유출구(213)로 나가기 전에 격벽(221) 구조를 거치면서 오일이 분리되고, 분리된 오일은 오일 배출구(231) 및 체인 커버(500)와 실린더 헤드(200) 및 실린더 블록(100) 사이의 공간을 순차적으로 거쳐 다시 오일 팬 내로 회수된다. 일부 오일이 분리된 블로바이 가스는 유출구(213)를 통하여 헤드 커버(300) 내의 배플 룸(311)으로 이동하여 오일을 추가로 회수할 수 있다.

Claims

상호 결합되어 내부에 연소실을 형성하는 실린더 블록, 실린더 헤드 및 피스톤과,
상기 실린더 블록과 결합되어 내부에 크랭크실을 형성하는 오일 팬과,
상기 실린더 헤드와 결합되고 내부에 배플 룸을 형성하는 헤드 커버와,
상기 오일 팬 및 상기 헤드 커버와 결합되어 상기 실린더 블록 및 상기 실린더 헤드와의 사이에 공간을 형성하는 체인 커버를 포함하고,
상기 실린더 헤드에는, 상기 연소실로부터 상기 크랭크실로 누설된 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터가 일체화되어 형성되고,
상기 오일 세퍼레이터는,
내부에 오일 분리실을 형성하는 바디와,
상기 블로바이 가스로부터 상기 오일을 분리하기 위하여 상기 오일 분리실 내에 형성되는 격벽을 포함하고,
상기 바디에는,
상기 공간과 소통되도록 형성되고, 상기 블로바이 가스가 유입되는, 블로바이 가스 유입구와,
상기 블로바이 가스로부터 분리된 상기 오일이 배출되고, 상기 공간과 소통되도록 형성되는, 오일 배출구와,
상기 블로바이 가스가 유출되고, 상기 배플 룸과 소통되도록 형성되는, 블로바이 가스 유출구가 형성되는,
오일 세퍼레이터 일체형 실린더 헤드를 갖는 엔진.