KR20070030321A - 4행정 내연기관 엔진 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 이상의 실린더(9)를 포함하는 4행정 내연기관 엔진으로서, 각 실린더는 하나 이상의 입구 포트(11) 및 출구 포트(13)를 가지는 실린더 헤드(10)와, 크랭크 케이스 펌프를 형성하는 크랭크 케이스(3)를 포함하고, 일측에서 새로운 공기 공급용 공급라인(17)에 한 밸브(16)를 통해 연결되고, 타측에서 상기 입구 포트(11)와 상기 크랭크 케이스(3)를 연결하는 인입 매니폴드(18)에 다른 밸브(21)를 통해 연결되며, 상기 내연기관 엔진은 윤활유 회로를 포함하고, 상기 윤활유 회로는 윤활유용 콘테이너(32)와, 상기 윤활유용 콘테이너(32)에 접속되어 윤활유를 상기 크랭크 케이스(3)에 분사하는 이송장치(34)와, 인입 매니폴드(18)에 설치된 유수분리기(oil separator)를 포함하며, 상기 윤활유 회로는 상기 유수분리기(19)의 출구라인(25)에 연결된 집진기(26)를 포함하고, 상기 집진기(26)는 하나 이상의 가열가능 침전실(27)를 포함한다.
유수분리기, 윤횔유 회로, 크랭크 케이스 펌프
Description
본 발명은 하나 이상의 실린더를 포함하는 4행정 내연기관 엔진으로서, 특히, 각 실린더는 하나 이상의 입구 포트 및 출구 포트를 가지는 실린더 헤드와, 크랭크 케이스 펌프를 형성하는 크랭크 케이스를 포함하고, 일측에서 새로운 공기 공급용 공급 라인에 한 밸브를 통해 연결되고, 타측에서 상기 입구 포트와 상기 크랭크 케이스를 연결하는 인입 매니폴드에 다른 밸브를 통해 연결되며, 상기 내연기관 엔진은 윤활유 회로를 포함하고, 상기 윤활유 회로는 윤활유용 콘테이너와, 상기 윤활유용 콘테이너에 접속되어 윤활유를 상기 크랭크 케이스에 분사하는 이송장치와, 인입 매니폴드에 설치된 유수분리기(oil separator)를 포함하는 구조의 4행정 내연기관 엔진에 관한 것이다.
예압 연소 공기를 이용하는 4행정 내연기관 엔진의 경우, 엔진의 가속동작에 약영향을 주는 염려 없이, 크랭크 케이스 펌프를 경유하여 비교적 적은 오일량으로 크랭크 케이스 내측에 양호한 윤활성능을 가능하도록 하기 위한 기술로서, 콘테이너로부터 윤활유를 이송장치를 경유하여 크랭크 케이스로 분사하고, 크랭크 케이스 를 실린더의 입구 포트에 연결하는 매니폴드에 배치되는 유수분리기(oil separator)에서 새로운 공기와 함께 크랭크 케이스로부터 방출된 윤활유를 분리하는 기법이 공지되어 있다(WO 02/44528A1). 윤활유를 크랭크케이스로 분사하기 때문에, 새로운 공기와 함께 오일조 또는 압축 윤활유에 의존하지 않고 가동부품에 윤활유가 적절히 공급되도록 할 수 있다. 크랭크 케이스 영역에서 윤활 포인트의 윤활작업에 필요한 윤활유는 그 소용돌이 때문에 긴 유지기간을 가지며, 그 결과 필요한 오일 쓰루풋(throughput)을 줄일 수 있다. 크랭크 케이스로부터 유수분리기를 경유하여 실린더의 입구 포트에 이르기까지 인입 매니폴드의 간단한 안내작업을 하면서 윤활유용 콘테이너를 제거하는 구성은 높은 상승압력 하강을 피하고 내연기관엔진의 양호한 가속동작을 확보하며, 그 결과 예압된 연소공기를 위한 용적을 작게 제한 하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 비교적 적은 양의 윤활유와 크랭크 케이스에서의 윤활유의 긴 지속시간으로 인해, 새로운 공기와 함께 크랭크 케이스로 유입되는 오염물이 현저하게 나타난다. 이들 오염물은 주로 먼지 미세입자로서 예압연소공기로부터 유수분리기(oil separator)에서 윤활유와 함께 분리되며, 윤활유의 순회동작에 따라서 직접 크랭크 케이스로 복귀하기도 하고 윤활유 콘테이너로 복귀하기도 하며, 이에 따라 윤활유에서 오염물의 축적을 야기하게 된다.
본 발명의 목적은 따라서, 윤활유에서의 오염물의 축적, 특히 먼지 미세 입자의 축적을 방지할 수 있는 4행정 내연기관엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위해 본 발명의 구성요지는 윤활유 회로(윤활유 이동 통로)가 집진기를 포함하고, 이 집진기가 유수분류기(oil separator)의 오일 출구 라인에 접속되는 한편, 하나 이상의 가열가능 침전실을 구비한다.
이러한 구성에 따라서, 인입 매니폴드의 유수분류기에서 예압 연소 공기로부터 분류되는 윤활유가 집진기를 통해 이송되고, 크랭크 케이스로부터 윤활유와 함께 방출되는 오염물이 윤활유로부터 분리될 수 있으며, 유수분류기에서 필연적으로 냉각되는 윤활유를 가열하여 집진기의 침전실에서 운반되어온 먼지입자를 분리하기에 충분한 정도의 윤활유 점도를 확보할 수 있으며, 그 결과 가열가능 침전실을 이용하여 집진기를 위한 간단한 구조를 확보할 수도 있다. 또한, 윤활유의 냉각으로 인해 유수분류기에서 최대한으로 응축된 수증기를 집진기에서의 윤활유 가열에 의해 다시 증발시켜 윤활유 회로로부터 수분을 제거할 수도 있다.
별도의 가열장치를 이용하여 집진기의 침전실을 가열할 수도 있다. 그러나, 대체로 이러한 목적으로 사용되는 가열원이 존재한다면 별도의 가열장치가 꼭 필요한 것은 아니다. 이러한 목적으로 출구 포트 영역의 실린더 헤드에 침전실을 배치하고, 인입 매니폴드의 유수분류기로부터 침전실에 수집된 윤활유를 실린더 헤드의 출구 포트로 가열하고 이후 윤활유 콘테이너 또는 크랭크 케이스로 복귀시킨다. 따라서, 침전실에서 윤활유의 유지시간은 오염물을 퇴적시키기에 충분한 만큼 길어질 수 있고, 침전실에는 충분한 수용공간(체적)이 부여된다. 이에 따라서 먼지입자를 제거한(정화된) 윤활유가 최소한 하나 이상의 오버플로우(overflow)를 통해 윤활유 콘테이너에 연결된 실린더 헤드의 오일출구로 흐를 수 있다.
본 발명은 실린더 헤드에 집진기를 구성함에 따라서, 밸브 트레인과 밸브 리프터 및 먼지분리기에 대한 윤활작용을 위해 실린더헤드에 윤활유를 분사하는 기능외에도 배기가스의 폐열을 이용하여 간편하게 가열작업을 하여 콤팩트한 구성이 가능하다. 이러한 목적을 위해 침전실은 단지 실린더 헤드에 분사되는 윤활유용 수집실만을 요한다.
침전실을 윤활유 콘테이너 영역에 배열하면 집진기의 침전실을 가열하는데 더욱 효과가 있다. 윤활유의 작동온도는 일반적으로 먼지분리를 위한 윤활유의 적절한 유동성을 얻기에 충분하다. 크랭크 케이스를 통해 이송되는 윤활유의 양이 윤활유용 콘테이너의 저장용량에 비해 적기 때문에 추가의 에너지공급 없이도 윤활유용 콘테이너에서의 작동온도로 집진기의 침전실을 윤활유에 의해 가열할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 집진기의 침전실로부터 인입 매니폴드의 유수분류기(oil separator)로 윤활유가 역류하는 것을 방지하기 위해, 유수분류기와 집진기 사이의 출구라인에 비복원 밸브(non-return valve)를 설치할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일시예로서, 구체적으로는 본 발명에 따른 4행정 내연기관엔진을 나타낸 개략 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 4행정 내연기관 엔진의 실린더 블록(1)은 크랭크 케이스(3)의 일부분(2)을 이룬다. 크랭크 케이스(3)의 나머지 다른 부분은 커버(4)가 된다. 실린더(9)는 하나 이상이며, 각 실린더(9)의 피스톤(8)의 커넥팅 로드(7)는 크랭크 케이스(3)에 장착된 크랭크 샤프트(6)의 크랭크 핀(5)에 연결된다. 실린더 헤드(10)는 입구 밸브(12)를 갖는 하나 이상의 입구포트(11)와 출구 밸브(14)를 포함하고, 각 행정에 따라서 종래의 방법으로 밸브(12)(14)를 제어하는 대응 밸브 트레인(15)도 포함한다.
크랭크 케이스(3)와 피스톤(8)은 함께 크랭크 케이스 펌프를 형성하며, 이 크랭크 케이스 펌프를 통해 새로운 공기가 인입되어 압축된다. 이러한 목적을 위해, 크랭크 케이스(3)는 비복원 밸브(16)를 통해 새로운 공기 통로가 되는 공급라인(17)에 연결된다. 연소용 공기는 크랭크 케이스 펌프에 의해 예압되고, 입구 포트(11)에 접속된 인입 매니폴드(18)를 경유하여 실린더(9)로 공급된다. 인입 매니폴드(18)에는 유수분리장치(oil separator)(19)가 설치되며, 이 유수분리장치(19)는 유수분리실(20)과 함께 싸이클론 분리기(cyclone separator)를 구성한다. 인입 매니폴드(18)에는 가지처럼 나온 브랜치(22)가 형성되며, 이 브랜치(22)는 비복원밸브(non return valve)(21)를 통해 크랭크 케이스(3)에 접선형으로 접속되어 유수분류실(20)로 연결되고, 연속하는 커넥팅 브랜치(23)가 유수분리실(20)로부터 공기의 중앙출구로서 작용한다. 입구 포트(11)에서 인입 매니폴드(18)의 커넥팅 브랜치(23)의 커넥팅 영역에는 연료분사장치(24)가 배치되어 예압된 연료공기 혼합물을 입구 포트(11)를 통해 실린더(9)로 인도한다.
실린더 헤드(10)에 있어서, 침전실(27)을 형성하는 집진기(26)에는 유수분리 기(19)의 오일 인출 라인(25)이 연결된다. 이 침전실(27)은 출구 포트(13)의 포트벽에 직접 접속되고, 크랭크 케이스로부터의 방출되는 윤활유가 예압된 연소공기와 함께 가열되어 집진기(26)의 침전실(27)에서 분리가 이루어진다. 열에 의해 발생하는 윤활유의 유동성 때문에 먼지입자는 집진실 바닥영역에 퇴적되고 이 퇴적된 부분은 소정의 메인티넌스 기간 마다 슬러지로서 제거될 수 있다. 윤활유에 최대한 응축된 수증기가 증발하여 실린더 헤드(10)로부터 방출되며, 보다 구체적으로는 실린더 헤드(10)의 벤트 라인(18)으로부터 수증기가 나온다. 정화된 윤활유는 오버플로우(29)를 거쳐 오일 출구(30)로 흐르며, 이 오일 출구(30)는 복귀 라인(31)을 통해 윤활유용기(32)에 연결되고, 이 윤활유용기(32)는 크랭크 케이스(3)에 연결된다.
윤활유용 콘테이너(32)에 연결된 이송장치(33)를 이용하여, 콘테이너(32)로부터 분사되는 윤활유를 하나 이상의 압력 라인(34)을 경유하여 크랭크 케이스(3)로 공급한다. 크랭크 케이스(3)로 분사되는 윤활유의 분배는 인입된 새로운 공기의 도움을 받게 되며, 이러한 도움에 의해 크랭크 케이스(3) 내에 적절한 윤활유를 확보할 수 있다. 새로운 공기를 따라 오염물이 크랭크 케이스(3)로 도입되므로, 이들 오염물과 함께 윤활유가 충전된다는 사실을 고려해야 하며, 이들 오염물은 유수분리기(oil separator)(19)에서 윤활유와 함께 연소공기로부터 분리되고, 크랭크 케이스(3)로부터 인입 매니폴드(18)의 브랜치(12)를 경유하고 예압된 연소공기를 따라 운반되어 집진기(26)로 공급된다. 윤활유에서의 오염물의 누적현상은 집진기(26)에 의해 쉽게 해소할 수도 있다.
오일 출구 라인(25)에는 비복원 밸브(36)를 배치하여 침전실(27)로부터 윤활유가 유수분류기(19)로 역류하는 것을 방지할 수도 있다.
밸브 트레인(15)과 밸브(12)(14)의 리프터에 윤활유를 공급하기 위해, 실린더 헤드(10)가 윤활유용 분사장치(37)에 접속되며, 이 분사장치(37)는 콘테이너(32)에 연결된 공급 파이프(38)와 피드 펌프(39)를 포함한다. 이러한 윤활유 회로의 복귀 라인(크랭크 케이스(3)와는 별도로 분리됨)은 집진기(26)를 경유하여 통과하며, 여기서 집진기(26)의 침전실(27)은 실린더 헤드(10)로 분사되는 윤활유용 집진실을 형성한다. 이러한 구성에 따라서, 구조의 단순성 뿐만 아니라 실린더 헤드(10)용 분사장치(37)를 통해 윤활유 회로(윤활유 이동통로)를 위한 먼지분리를 수행할 수 있는 이점을 추가로 제공한다.
도면에 점선으로 표시한 바와 같이 집진기(26)는 또한 윤활유용 콘테이너(32)와 연결되어 있다. 이 경우, 침전실(27)은 콘테이너(32) 내의 윤활유에 의해 가열되며, 윤활유는 자동차 작동온도에 의해 가열된다. 출구 포트(13) 또는 콘테이너(32) 중 어느 영역에 집진기를 설치할 것인가의 선택은 각 환경에 따라서 결정된다. 별도의 가열장치가 집진기의 침전실용으로 설치되면, 콘테이너(32) 또는 실린더 헤드(10)의 위치에 관계없이 독자적으로 먼지 퇴출기를 배치할 수도 있다.
Claims (6)
- 하나 이상의 실린더를 포함하는 4행정 내연기관 엔진으로서,각 실린더는 하나 이상의 입구 포트 및 출구 포트를 가지는 실린더헤드와, 크랭크 케이스 펌프를 형성하는 크랭크 케이스를 포함하고, 일측에서 새로운 공기 공급용 공급 라인에 한 밸브를 통해 연결되고, 타측에서 상기 입구 포트와 상기 크랭크 케이스를 연결하는 인입 매니폴드에 다른 밸브를 통해 연결되며,상기 내연기관 엔진은 윤활유 회로를 포함하고, 상기 윤활유 회로는 윤활유용 콘테이너와, 상기 윤활유용 콘테이너에 접속되어 윤활유를 상기 크랭크 케이스에 분사하는 이송장치와, 인입 매니폴드에 설치된 유수분리기(oil separator)를 포함하는데 있어서,상기 윤활유 회로는 상기 유수분리기(19)의 출구라인(25)에 연결된 집진기(26)를 포함하며, 상기 집진기(26)는 하나 이상의 가열가능 침전실(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 집진기(26)의 침전실은 출구 포트(13) 영역에서의 실린더 헤드(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
- 제2항에 있어서, 상기 침전실(27)은 하나 이상의 오버플로우(29)에 의해 실린더 헤드(10)의 오일 출구(30)에 연결되고, 이 오일 출구(30)는 윤활유용 콘테이너(32)에 연결된 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 실린더 헤드(10)는 분사장치(37)를 포함하고, 이 분사장치(37)는 윤활유용 콘테이너(32)에 접속되며, 상기 집진기(26)의 침전실(27)은 상기 실린더 헤드(10)로 분사되는 윤활유용 집진실을 형성하는 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 집진기(26)의 침전실(27)은 윤활유용 콘테이너(32)의 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유수분리기(19)와 상기 집진기(26) 사이에 비복원 밸브(36)를 오일출구 라인(25)에 배치하는 것을 특징으로 하는 4행정 내연기관 엔진.
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