KR20010071280A - 내연 기관의 크랭크 케이스 배기 가스 탈유용 유분 분리기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 크랭크 케이스 배기 가스 탈유용 유분 분리기(1)에 관한 것이며, 상기 유분 분리기는 내연 기관의 크랭크 케이스에 연결되는 가스 입구와 내연 기관의 유도 통로에 연결되는 가스 출구와 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프에 연결되는 오일 출구를 구비하는 사이클론을 포함한다. 이 새로운 유분 분리기는 하나의 단품 사이클론 대신에, 서로 평행하게 연결되는 여러 개의 작은 사이클론(11 내지 14)이 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

내연 기관의 크랭크 케이스 배기 가스 탈유용 유분 분리기{OIL SEPARATOR FOR DE-OILING CRANKCASE VENTILATION GASES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
상술한 종류의 유분 분리기가 독일 특허 제42 14 324호에 기재되었다. 이 유분 분리기에서는 배기 가스의 최대량에 맞는 치수의 단일 사이클론이 사용된다. 이 공지된 유분 분리기의 중요한 특징은 하향관이 그 관련 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프의 오일 레벨 보다 낮은 위치에 입구가 배열된 사이클론의 오일 출구에 연결되고, 평상시 개방되고 사이클론측의 하부 케이싱 섹션에 배열된 플로우트 밸브가 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프로부터 역류해 나오는 것을 방지하고, 구성 유닛으로서의 전체 유분 분리기가 하향 파이프에 탈착가능하게 연결된다. 이러한 유분 분리기의 특별한 특징은 관련 내연 기관의 작동 조건이 확실하고 현저하게 변동될 때, 예를들어, 공회전에 후속하여 전속력이 얻어질 때, 작동 조건의 변동으로 인한 극심한 압력차 때문에, 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프로부터 오일은 사이클론의 내부로는 전혀 운반되지 않게 되므로 주의를 요한다는 것이다.
상술한 문헌에 언급된 문제는 그 유분 분리기에 의해 해결할 수 있지만, 단일 사이클론을 가진 이 유분 분리기는 실제 작동 중에 발생되는 내연 기관의 작동 조건의 전 범위에 걸쳐 최적의 유분 분리가 이루어지지 않는다는 단점이 있다. 내연 기관에서 발생되는 각종 작동 조건들마다 한편으로는 크랭크 케이스 밖으로의 배기 가스의 유량이 달라지고, 다른 한편으로는 배기 가스의 오일 부하도 달라지게 된다. 사이클론이 내연 기관의 작동 조건의 비교적 한정된 작은 범위에서만 작동하므로, 최적의 작동 범위 밖에서 작동 중인 경우에는 불필요한 양의 오일이 사이클론을 빠져나오는 가스에 함유된 채 내연 기관의 흡입 공기로 공급된다.
본 발명은 내연 기관의 크랭크 케이스에 연결되는 가스 입구, 내연 기관의 흡입 통로에 연결되는 가스 출구 및 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프에 연결되는 오일 출구를 구비하는 사이클론을 포함하는 유분 분리기를 갖는 내연 기관의 크랭크 케이스 배기 가스 탈유(de-oiling)용 유분 분리기에 관한 것이다.
도1은 유분 분리기의 종단면도이다.
도2는 도1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 수평단면도이다.
상기 두 도면은 네 개의 사이클론(11,12,13,14)를 포함하는 유분 분리기(1)의 실시예를 도시한 것이다. 사이클론(11 내지 14)은 일체식의 조밀한 주 부재(10)를 형성하도록 결합된다.
따라서 본 발명의 목적은 상술된 단점을 극복하고 최적의 조건, 즉 특히, 내연 기관의 실제적인 작동 조건의 매우 넓은 범위에서 크랭크 케이스 배기 가스로부터 완벽하게 혹은 거의 완벽하게 오일의 분리를 보장하는 포괄적인 유분 분리기를 제공한다는 점이다.
이러한 목적은 단일 사이클론 대신에 여러 개의 작은 사이클론이 서로 평행하게 배열되는 특징을 가진 포괄적인 유분 분리기에 의해 달성될 수 있다. 단일 사이클론을 가진 유분 분리기와 비교하여, 상당히 넓은 범위에서 최적의 작동 범위를 가지는 유분 분리기가 본 발명에 따르는 유분 분리기로 달성될 수 있다. 특히, 유분 분리기는 크랭크 케이스 배기 가스의 적은 유량에서도 상당히 양호하게 오일을 분리하고 유량의 변화에 대해서도 별로 민감하지 않다. 이런 방식으로, 본 발명에 따른 유분 분리기에 의하면, 분리율의 의존성이 상당히 감소되고, 그 결과 관련 내연 기관의 현재의 작동 조건에서 내연 기관의 흡입 공기의 오일 부하를 감소시켜 크랭크 케이스 배기를 통한 내연 기관의 오일 손실을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는 사이클론은 사이클론에 대해 접선 흐름을 가지도록 설계된다. 이 접선 흐름은 축 흐름과 비교하여 특히 사이클론의 높이가 낮은 구성을 유지하여 매우 조밀한 구성을 가능하게 한다.
본 발명의 추가 실시예에서 서로 평행한 중간 축을 포함하고 사이클론 본체 부재를 형성하도록 결합되는 단일 사이클론의 본체를 제공한다. 각 사이클론은 사이클론의 수만큼으로 나누어진 크랭크 케이스 배기 가스만 처리하면 되므로, 각 사이클론은 작은 직경으로 설계되어 전체적으로 소형화될 수 있고 더 중요하게는 높이가 감소될 수 있다. 그리하여 유분 분리기의 전체 치수는 유리하게 조밀하고 공지된 유분 분리기와 비교할 때 직경은 약간 크지만, 높이는 상당히 작다. 이것은 엔진룸, 즉 자주 잼(jam) 상태가 발생하는 자동차 엔진룸에 유분 분리기를 수용할 때 부담을 상당히 줄일 수 있다.
게다가 각 사이클론의 대응 가스 입구로 이어지는 공급 통로는 분리 또는 분할된 단일의 주 공급 통로로 이루어진다. 여기서 유리하게는 크랭크 케이스에서 유분 분리기까지 크랭크 케이스 배기 가스가 단 하나의 연결 라인만에 의해 유분 분리기로 안내되도록 설계되어야 한다. 분리기에서만 배기 가스의 흐름이 각 사이클론으로 흐르도록 나누어진다. 이것은 유분 분리기의 장착 구조를 단순화시키고, 비록 여러 개의 사이클론이 사용되지만 연결 라인의 숫자는 줄일 수 있다.
저렴한 비용으로 유분 분리기를 제조하기 위해서, 주 공급 통로와 각각의 공급 통로는 공급 통로 부재를 형성하도록 연결된다.
유분 분리기의 단일 부품의 수효를 감소시키기 위한 다음 단계는 사이클론 본체와 공급 통로 부재를 결합하여 주 부재를 형성하는 단계이다.
상술한 바와 같이, 유분 분리기의 각 사이클론을 소형인 구조 부재 내에 묶는 형태로 설계하거나 여러 개의 개별 사이클론을 가진 유분 분리기를 설계하게 되면 내연 기관 안 그리고/또는 위에 각 사이클론들을 분산 배치할 수 있게 된다. 이런 식으로 단일 사이클론을 위한 공간이 존재하는 내연 기관 안 또는 위의 지점에 서로 분리된 단일 사이클론들을 배치할 수 있게 된다. 이런 식으로 비교적 작은 하나의 사이클론을 이용하면 전에는 사용되지 않던 쓸모 없던 공간도 활용할 수 있게 된다.
보충적으로, 단일 사이클론은 적어도 부분적으로는 내연 기관의 하나 또는 여러 개의 다른 요소들과 결합될 수 있다. 이와 같은 방법에 의해, 단일한 요소의 유분 분리기 그리고/또는 공급 및 배기 라인을 제조하고 장착하기 위한 노력이 감소될 수 있다. 또한, 단품 유분 분리기와 공급 및 배기 라인을 장착하는 것보다 공간이 더 감소될 수 있다.
내연 기관의 요소 즉, 실린더 헤드 후드 또는 공기 필터 하우징은 각 사이클론 그리고/또는 관련 급배기 라인 또는 그 부품들의 통합에 특히 적합하다. 인용된 요소들은 한편으로는 여유 공간 또는 사용되지 않았던 공간을 제공하여 추가적인 공간을 마련하지 않고도 사이클론 또는 유분 분리기의 다른 부품들이 배치될 수있도록 한다. 또한 이러한 요소들은 크랭크 케이스 배기 가스와 그 분리된 오일 및 청정 가스가 통과하는 흐름 통로 안에 또는 그에 인접하여 배열된다. 경비 및 노동력을 절감하는 방법으로 유분 분리기를 제조하기 위해서는 부품들을 바람직하게는 경금속의 다이캐스팅 부 그리고/또는 플라스틱 재료의 주입 성형 부품으로 만들면 된다.
도1에 따른 유분 분리기의 종단면에서 사이클론(11)은 정면도로 보여지고, 사이클론(12)은 수직 단면도로 도시되어 있으며, 도2에 따른 관련 단면 라인 Ⅰ-Ⅰ이 꺽음선으로 도시되어 있다. 사이클론(13, 14)은 단면의 앞쪽에 배열되고 있으므로 도1에서는 도시되지 않고 있다.
도1에서 주 공급 통로(20)는 우측 상부 모퉁이에 도시되어 있으며, 그 외부, 즉 우측 단부는 원형 단면을 가지는 라인 연결부(29)로 이어지는 전이부(28)와 함께 형성된다. 유분 분리기(1)를 통해 안내되는 배기 가스의 흐름 방향은 우측에서 좌측으로 보면, 공급 통로(20)는 납작해지면서 넓어지고(도1에서는 도시되지 않음)그 단면적은 변동되지 않는다. 공급 통로(20)는 네 개의 단일 공급 통로 또는 가스 입구(21 내지 24)로 나누어지지만 도1에서는 제2 사이클론(12)으로 이르는 통로 또는 입구(22)만 도시되어 있다. 이러한 방식으로 도달한 가스 흐름은 네 개의 사이클론(11 내지 14)으로 나누어지고 각각은 사이클론에 대해 접선 방향으로 흐르게 된다. 이 접선 흐름에 의해 가스 흐름은 선회류로 바뀌고, 상기 선회류는 운반된 오일 방울이 사이클론(11 내지 14)의 내부면에서 떨어져서 하부로 흐르게 한다. 오일 방울이 정제된 가스 흐름은 관련 가스 출구(31 내지 34)를 통해 각 사이클론(11 내지 14)으로부터 상부로 배출되고 수집 후드(38)를 통해 라인 연결부(29)로 들어간다. 이 연결부(39)에서 가스 라인은 관련 내연 기관의 공기 흡입 통로로 연결될 수 있다.
사이클론(11 내지 14)에서 분리된 오일은 사이클론(11 내지 14)에서 하부로 흐르고, 각각의 오일 출구(41 내지 44)를 통해 하부 단부에서 수집 호퍼(48)로 배출된다. 수집 호퍼(48) 중간의 가장 깊은 부분에서, 라인 수집부(49)가 오일 반환 라인이 관련 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프에 연결되도록 제공된다.
도2에 도시된 유분 분리기(1)의 단면에서 특히, 네 개의 사이클론(11 내지 14)의 공간 절약과 조밀한 배치를 볼 수 있다. 우측 최상부에는 관련 내연 기관의 크랭크 케이스에서 출발하여 라인 연결부(29)로 연결되는 라인이 도시되어 있다. 좌측으로 가면 주 공급 통로(20)는 전이부(28)의 구역에서 확장되고, 도1에 도시된 것처럼 납작하게 된다. 더 좌측으로 가면, 주 공급 통로는 사이클론(11 내지 14)와 연관되는 네 개의 공급 통로 또는 각각의 가스 입구(21 내지 24)로 분리된다.각 공급 통로 또는 가스 입구(21 내지 24)는 관련 사이클론(11 내지 14)에 대하여 접선 방향으로 배치되어 있다. 두 개의 사이클론(11과 12)에서는 가스의 흐름이 우측으로 회전하고, 다른 두 개의 사이클론(13과 14)에서는 좌측으로 회전한다. 각 사이클론(11 내지 14)의 내부에서, 관찰자는 관련 가스 출구(31 내지 34)를 통해 사이클론(11 내지 14)의 최하부에 배치되는 오일 출구(41 내지 44)를 볼 수 있을 것이다. 도2의 뒤쪽 최하부에는, 분리된 오일을 위한 수집 호퍼(48)의 일부를 볼 수 있다.
특히, 도2에 도시된 것처럼 도달되는 가스 흐름이 이탈 없이 네 개의 사이클론(11 내지 14)으로 각각 분리되어 유동 저항이 증가되지 않는다. 여러 개의 사이클론으로 가스 흐름을 분리함으로써, 특히, 배기 가스량이 적은 경우에도 유분 분리가 증가되게 되며, 크랭크 케이스 배기 가스의 유량의 변화에 대해 덜 민감하게 된다. 유분 분리기(1)의 실시예에서 설명된 것처럼, 유분 분리기는 본 예에서 주 부재(10), 전이부(28), 단일 유닛에 결합되는 가스 출구(31 내지 34), 수집 후드(38), 수집 호퍼(48)과 같이 몇 개의 단품으로 제조될 수 있다. 또한, 관련 연결 라인은 바람직하게는 공지된 것처럼 호스로 설계될 수 있다. 다른 방식으로는 하나 또는 모든 연결 라인이 각각의 라인을 제조하고 장착하는 노력을 감소시키고 그 자체로 여분을 두기 위해서 적어도 일부는 다른 요소에 통합될 수도 있다. 유분 분리기(1)의 정격 부품은 경금속의 다이캐스팅부나 발생되는 열응력이나 화학적 응력에 견딜 수 있도록 선택되는 플라스틱 재료로 사출 성형하는 것이 좋다.

Claims (10)

  1. 내연 기관의 크랭크 케이스에 연결되는 가스 입구와 내연 기관의 흡입 통로에 연결되는 가스 출구와 내연 기관의 크랭크 케이스 섬프에 연결되는 오일 출구를 구비하는 사이클론을 포함하는 내연 기관의 크랭크 케이스 배기 가스 탈유용 유분 분리기(1)에 있어서, 단일 사이클론 대신에 서로 평행하게 배열되는 여러 개의 작은 사이클론(11 내지 14)이 제공된 것을 특징으로 하는 유분 분리기(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 사이클론(11 내지 14)은 상기 사이클론에 대하여 접선 흐름을 가지도록 설계된 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단일 사이클론(11 내지 14)의 본체들은 서로 평행한 중간축을 포함하고 서로 조합하여 사이클론 본체 부재를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 사이클론(11 내지 14)의 대응 가스 입구에 이르는 공급 통로(21 내지 24)는 분리 또는 분할된 단일한 주 공급 통로로 형성된 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  5. 제4항에 있어서, 주 공급 통로(20)와 각각의 공급 통로(21 내지 24)는 서로조합하여 공급 통로 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 사이클론 본체 부재와 공급 통로 부재는 서로 조합하여 주 부재(10)를 형성하는 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단일 사이클론(11 내지 14)은 내연 기관 안 그리고/또는 위에 분산되어 배치된 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  8. 제7항에 있어서, 단일 사이클론(11 내지 14)은 적어도 부분적으로 내연 기관의 하나 이상의 다른 부품들과 통합된 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  9. 제8항에 있어서, 내연 기관의 다른 부품은 실리더 헤드 후드 또는 공기 필터 케이싱인 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 단품들은 경금속 다이캐스팅 부품 그리고/또는 플라스틱 재료 사출 성형 부품인 것을 특징으로 하는 유분 분리기.
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