KR20040029739A - 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템 - Google Patents

자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에 관한 것으로서, 실린더 블록에 쿨링 제트를 설치하여 오일팬 내의 오일을 피스톤에 분사시키는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에 있어서, 상기 실린더 블록의 크랭크 케이스 내에 설치되어 상기 오일팬에 연통된 서브 갤러리(24)와, 상기 쿨링 제트의 오일 유입구에 설치된 솔레노이드 밸브(26)와, 상기 서브 갤러리의 내부 오일을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 오일팬 내의 오일을 펌핑하는 오일펌프(28)와, 상기 서브 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하는 오일 압력센서(30)와, 상기 오일팬 내부의 오일 온도를 감지하는 오일 온도센서(32)와, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 피스톤 위치감지센서(34)와, 엔진의 속도를 감지하는 엔진 속도센서(36)와, 상기 오일 온도센서와 상기 피스톤 위치감지센서와 상기 엔진 속도센서의 신호를 입력받아 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 한편 상기 오일 압력센서의 신호를 입력받아 상기 오일펌프를 제어하는 전자 제어 유닛(38)으로 이루어지므로, 오일 온도와 피스톤 위치 및 엔진 속도에 따라 적정한 양의 오일을 분사하여 엔진 냉각시 블로바이 가스량을 줄이고 피스톤 쿨링 제트의 용량 변동 및 엔진의 출력 변동에 적절히 대처할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템{piston cooling jet system for an automobile}
본 발명은 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진 오일은 윤활 뿐만 아니라, 각 부분의 냉각, 또는 청소나 연소실에서의 가스누출을 방지하는 역할을 한다.
한편, 연소실에 엔진 오일을 공급하는 것은 오일펌프에서 실린더 블록 내로 유입된 엔진 오일이 피스톤 쿨링 제트로 공급되고, 상기 피스톤 쿨링 제트의 체크 밸브 어셈블리의 플런저가 열려 노즐 파이프를 통해서 피스톤에 엔진 오일을 분사하게 된다.
도1은 종래 자동차용 피스톤 쿨링 제트의 장착 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 실린더 블록(2)에 형성한 메인 갤러리(4 : main gallery)에 쿨링 제트(8)를 설치하여, 메인 갤러리(4)의 오일 압력이 일정 이상 되면 오일팬(10) 내의 오일을 피스톤(6)에 분사하여 피스톤을 냉각시키게 된다.
그런데, 이와 같이 구성된 종래 자동차용 피스톤 쿨링 제트에 의하면, 메인 갤러리에 쿨링 제트를 설치하여, 피스톤의 위치나 속도에 관계없이 메인 갤러리의 오일 압력이 일정이상 되면 항시 오일을 분사하므로, 엔진 냉각시 블로바이 과다의 원인이 될 수 있고, 오일 분사량의 변경이 요구되는 경우에는 오일펌프의 용량을 증대시켜야 한다는 문제점이 있었다.
특히, 엔진 출력변동에 의해 쿨링 제트를 새로이 설치하거나 기존 유량보다증가시킬 때에는 실린더 블록을 설계변경하고 오일펌프의 용량을 키워야 하는 등 설계변경사항이 광범위하게 되며 경우에 따라서는 설계변경이 불가능한 경우도 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 오일 온도와 피스톤 위치 및 엔진 속도에 따라 적정한 양의 오일을 분사하여 엔진 냉각시 블로바이 가스량을 줄이고 피스톤 쿨링 제트의 용량 변동 및 엔진의 출력 변동에 적절히 대처할 수 있는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템을 제공하는 데 있다.
도1은 종래 자동차용 피스톤 쿨링 제트의 장착 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도2는 본 발명에 의한 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템을 개략적으로 도시한 도면,
도3은 본 발명에 의한 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에서 오일 분사를 위한 제어 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 실린더 블록 16 : 피스톤
18 : 쿨링 제트 20 : 크랭크 케이스
22 : 오일팬 24 : 서브 갤러리
26 : 솔레노이드 밸브 28 : 오일펌프
30 : 오일 압력센서 32 : 오일 온도센서
34 : 피스톤 위치감지센서 36 : 엔진 속도센서
38 : 전자제어유닛 40 : 체크밸브
본 발명에 의한 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템은, 실린더 블록에 쿨링 제트를 설치하여 오일팬 내의 오일을 피스톤에 분사시키는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에 있어서, 상기 실린더 블록의 크랭크 케이스 내에 설치되어 상기 오일팬에 연통된 서브 갤러리와, 상기 쿨링 제트의 오일 유입구에 설치된 솔레노이드 밸브와, 상기 서브 갤러리의 내부 오일을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 오일팬 내의 오일을 펌핑하는 오일펌프와, 상기 서브 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하는 오일 압력센서와, 상기 오일팬 내부의 오일 온도를 감지하는 오일 온도센서와, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 피스톤 위치 감지센서와, 엔진의 속도를 감지하는 엔진 속도센서와, 상기 오일 온도센서와 상기 피스톤 위치감지센서와 상기 엔진 속도센서의 신호를 입력받아 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 한편 상기 오일 압력센서의 신호를 입력받아 상기 오일펌프를 제어하는 전자 제어 유닛으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 오일펌프와 상기 서브 갤러리 사이에는 상기 쿨링 제트에서 오일을 분사하지 않는 한 상기 서브 갤러리 내부에 일정한 오일 압력을 유지하도록 오일의 역류를 방지하는 체크 밸브가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 실시예에는 4기통 엔진을 예로 들어 설명한다. 도2에 도시한 바와 같이, 실린더 블록(12)에는 각 피스톤(16)에 오일을 분사하는 쿨링 제트(18)가 각각 설치된다. 상기 실린더 블록(12)의 하측에는 크랭크 케이스(20)가 구비되고, 상기 크랭크 케이스(20)의 하측에는 오일을 저장하는 오일팬(22)이 구비되어 있는데, 상기 크랭크 케이스(20)의 내부에는 상기 쿨링 제트(18)에 연통된 서브 갤러리(24)가 설치되며, 상기 각 쿨링 제트(18)의 오일 유입구에는 후술하는 전자 제어 유닛의 제어에 의해 개폐되는 솔레노이드 밸브(26)가 설치되고, 상기 서브 갤러리(24)의 내부 오일을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 오일팬(22) 내부의 오일을 펌핑하는 오일펌프(28)가 오일팬(22) 내부에 설치된다.
그리고, 서브 갤러리(24) 내부의 오일 압력을 감지하도록 서브 갤러리(24)에 설치된 오일 압력센서(30)와, 상기 오일팬(22) 내부의 오일 온도를 감지하도록 오일팬(22) 내부에 설치된 오일 온도센서(32)와, 상기 피스톤의 위치를 감지하도록 실린더 블록(12)에 설치된 피스톤 위치감지센서(34)와, 크랭크의 회전을 감지하여 엔진의 속도를 감지하는 엔진 속도센서(36)와, 상기 오일 온도센서(32)와 상기 피스톤 위치감지센서(34)와 상기 엔진 속도센서(36)의 신호를 입력받아 상기 솔레노이드 밸브(26)를 제어하는 한편 상기 오일 압력센서(30)의 신호를 입력받아 상기 오일펌프(28)를 제어하는 전자 제어 유닛(38 : ECU)이 구비된다.
그리고, 상기 오일펌프(28)와 상기 서브 갤러리(24)를 연통시키는 관로에는 상기 쿨링 제트(18)에서 오일을 분사하지 않는 한 상기 서브 갤러리(24) 내부에 일정한 오일 압력을 유지하도록 오일의 역류를 방지하는 체크 밸브(40)가 설치된다.
상기 쿨링 제트(18)는 플런저, 스프링 등을 구비한 공지의 구조이고, 상기 오일 압력센서(30), 상기 오일 온도센서(32), 상기 피스톤 위치감지센서(34) 및 엔진 속도센서(36)는 일반적인 공지의 다양한 구조의 센서를 사용할 수 있으므로 설명을 생략한다.
상기 서브 갤러리(24)는 연료분사 장치의 커먼 레일과 유사한 역할을 하는 것으로서, 상기 오일펌프(28)에 의해 그 내부가 항상 일정한 오일 압력을 유지하도록 오일을 저장한다. 상기 오일펌프(28)는 상기 오일 압력센서(30)에 의해 검출된 압력이 일정 수준 이하일 경우에만 상기 전자 제어 유닛(38)의 신호를 받아서 작동하고 일정 압력 이상이 되면 정지한다. 상기 오일펌프(28)에 의해 가압되어 서브 갤러리(24)에 유입된 오일은 상기 체크 밸브(40)에 의해 역류되지 않으므로 상기 쿨링 제트(18)에서 오일을 분사하지 않는 한 서브 갤러리(24) 내에서 일정한 오일 압력을 유지하게 된다.
그리고, 상기 전자 제어 유닛(38)은, 상기 오일 온도센서(32)와 상기 피스톤 위치감지센서(34)와 상기 엔진 속도센서(36)에서 검출된 신호가 요구조건을 만족할 때에만 각 기통에 설치된 솔레노이드 밸브(26)에 신호를 보내어 적정량의 오일을 일정한 기간 동안 피스톤에 분사되게 한다.
이하에서는 도3에 도시한 제어 흐름도에 따라 피스톤에 오일을 분사하는 방법에 대해 설명한다.
먼저 오일 압력센서(30)에 의해 서브 갤러리 내부의 오일 압력을 검출 한 후(S10), 전자 제어 유닛(38)에서 오일 압력이 일정 압력 이상인지를 판단한 다음(S20), 상기 단계 S20에서 판단한 오일 압력이 일정 압력 이상이면 오일 온도센서(32)에 의해 오일팬(22) 내부의 오일 온도를 검출한 후(S30), 전자 제어 유닛(38)에서 오일 온도가 일정온도 이상인지를 판단한 다음(S40), 상기 단계 S40에서 판단한 오일 온도가 일정 온도 이상이면 엔진 속도센서(36 : CP센서)에 의해 엔진의 속도를 검출 한 후(S50), 전자 제어 유닛(38)에서 엔진의 속도가 일정 속도 이상인지를 판단한 다음(S60), 상기 단계 60에서 판단한 엔진 속도가 일정 속도 이상이면 피스톤 위치감지센서(34 : TDC센서)에 의해 피스톤의 위치를 검출한 후(S70), 전자 제어 유닛(38)에서 피스톤(16)이 상사점에서 하사점으로 내려오는 순간인가를 판단한 다음(S80), 상기 단계 S80에서 판단한 피스톤의 위치가 상사점에서 하사점으로 내려오는 위치에 있다면 해당 기통의 솔레노이드 밸브(26)에 신호를 보내어 밸브를 열고 피스톤(16)에 오일을 분사한다.
한편, 상기 단계 S20에서 판단한 오일 압력이 일정 압력 이하이면 오일펌프(28)을 작동하여(S21), 서브 갤러리(24) 내부의 오일 압력을 높인다.
즉, 상기 제어 흐름도에 의하여 오일팬(22)의 내부의 오일 온도가 일정온도 이상이고, 엔진의 속도가 일정속도 이상이며, 피스톤(16)이 상사점에서 하사점으로내려오는 조건을 만족할 때에만, 솔레노이드 밸브(26)를 열어 오일을 분사하게 된다.
이와 같은 오일의 분사조건은, 오일팬(22) 내부의 오일 온도가 일정 온도 이상일 때에 오일을 분사하여야 엔진의 냉각시에 블로바이 증가를 억제할 수 있고, 엔진이 저속이거나 아이들(idle) 운전 시에는 엔진에 걸리는 부하가 낮아 피스톤의 온도가 높지 않으므로 피스톤 쿨링이 불필요하며, 피스톤이 상승할 때에는 오일 분사속도가 피스톤 속도보다 빨라야 분사된 오일이 피스톤의 오일 갤러리로 공급될 수 있으므로 오일 압력이 높아야 하고 또한 실제로는 피스톤 상승시 냉각 효율이 그다지 좋지 못하므로 피스톤의 하강시에만 오일을 분사하는 것이 펌프 용량이나 작동시간을 줄일 수 있어 피스톤이 상사점에서 하사점으로 내려오는 순간에 오일을 분사하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명에 의한 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템의 의하면, 쿨링 제트의 용량에 따라 오일펌프의 용량을 증대시킬 필요가 없으므로 엔진의 마찰(Fricton)을 줄일 수 있어 성능과 연비를 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진 냉각시 쿨링 제트를 작동시키지 않게 하여, 블로바이 가스량을 줄임으로써 오일 열화를 지연시키고 오일 소모량을 줄임으로써 오일 교환주기를 연장시킬 수 있고, 화이트 스모크(White Smoke)를 줄일 수 있다.
또한, 실린더 블록에 메인 갤러리를 설치하지 않으므로, 기존에 출력이 낮아피스톤 쿨링 제트를 적용하지 않았던 엔진에서, 엔진의 출력이 높아져 쿨링 제트를 적용해야 하는 경우 실린더 블록을 설계변경하지 않아도 되고, 오일펌프의 용량 또한 그대로 유지할 수 있다. 즉, 엔진 출력의 변동에 따라 유연하게 대처할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 실린더 블록에 쿨링 제트를 설치하여 오일팬 내의 오일을 피스톤에 분사시키는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템에 있어서,
    상기 실린더 블록의 크랭크 케이스 내에 설치되어 상기 오일팬에 연통된 서브 갤러리와,
    상기 쿨링 제트의 오일 유입구에 설치된 솔레노이드 밸브와,
    상기 서브 갤러리의 내부 오일을 일정한 압력으로 유지하도록 상기 오일팬 내의 오일을 펌핑하는 오일펌프와,
    상기 서브 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하는 오일 압력센서와,
    상기 오일팬 내부의 오일 온도를 감지하는 오일 온도센서와,
    상기 피스톤의 위치를 감지하는 피스톤 위치 감지센서와,
    엔진의 속도를 감지하는 엔진 속도센서와,
    상기 오일 온도센서와 상기 피스톤 위치감지센서와 상기 엔진 속도센서의 신호를 입력받아 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 한편 상기 오일 압력센서의 신호를 입력받아 상기 오일펌프를 제어하는 전자 제어 유닛으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일펌프와 상기 서브 갤러리 사이에는 상기 쿨링 제트에서 오일을 분사하지 않는 한 상기 서브 갤러리 내부에 일정한 오일 압력을 유지하도록 오일의 역류를 방지하는 체크 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 피스톤 쿨링 제트 시스템.
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