KR20090052031A

KR20090052031A - 오일 분리기

Info

Publication number: KR20090052031A
Application number: KR1020070118540A
Authority: KR
Inventors: 손영기; 김희덕
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-05-25
Also published as: CN101868287B; CN101868287A; KR100926497B1; WO2009066856A1

Abstract

본 발명은 오일 분리기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 일측에 오일이 함유된 블로바이 가스가 유입되는 유입구가 형성된 배플 플레이트; 일측에 오일이 제거된 블로바이 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 배플 플레이트와 결합하여 소정의 챔버를 형성하는 실린더 커버; 배플 플레이트 상에 고정되어 챔버를 2개의 독립 챔버로 구분하며, 일측에는 관통홀이 형성된 홀인플레이트; 및 상기 배플 플레이트 상에 고정되며, 상기 홀인플레이트 및 실린더 커버의 내면과 소정의 간격을 두고 배치된 임팩트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 오일 분리기는 분리과정 중 압력구배가 비교적 적게 발생하며, 블로바이 가스로부터 오일을 높은 효율로 분리한다.

블로바이 가스, 오일, 홀인플레이트, 임팩트 부재, 배플 플레이트

Description

오일 분리기{Oil separator}

본 발명은 오일 분리기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는 과정에서 압력구배는 크게 발생되지 않고, 분리 효율이 높은 오일 분리기에 관한 것이다.

일반적으로 블로바이 가스(blow by gas)는 자동차의 주행 중 기관의 연소실로부터 피스톤과 실린더 벽 사이의 틈을 통하여 크랭크 케이스로 누출되는 혼합 기체 및 연소 가스를 말한다.

이러한 블로바이 가스가 그대로 대기 중으로 배출될 경우, 대기 오염의 원인이 되므로 통상의 엔진에는 블로바이 가스를 연소실로 재공급하여 연소시키기 위한 블로바이 가스 환원시스템(Positive Crankcase Ventilation: PCV)이 설치되어 있다.

위와 같은 블로바이 가스 환원시스템에서는, 블로바이 가스가 흡기관의 부압에 의해 크랭크 케이스로부터 실린더 커버를 거쳐 흡기관으로 유도되고, 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기와 함께 연소실로 공급된다.

하지만, 위와 같은 블로바이 가스 환원시스템에 의해 블로바이 가스가 연소실로 재공급될 때, 크랭크 케이스 내에 저장된 오일 중 일부가 블로바이 가스와 함께 연소실로 유입된다.

즉, 엔진의 온도가 상승되면 크랭크 케이스 내에 저장된 오일이 증발되고, 증발된 오일은 블로바이 가스와 혼합되며, 블로바이 가스와 혼합된 오일은 연소실로 유입되어 연료와 함께 연소된다.

이와 같이, 증발된 오일이 연소실로 유입되어 연소되면 오일 소모량이 과다하게 증가하게 된다. 따라서 오일량 부족으로 인하여 엔진의 작동시 부품들 간의 마찰에 의한 소음이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 실린더 커버 몸체에 오일 분리기를 치하여 가스로부터 오일을 분리하고, 분리된 오일을 크랭크 케이스로 회수하는 기술이 발전되어 왔다. 그러나, 이러한 기능을 수행하는 오일 분리기만으로 블로바이 가스로부터 오일을 분리하는데 한계가 있어 오일의 소모량을 저감하는데 충분하지 않았다.

또한 종래의 오일 분리 효율을 높이기 위한 오일 분리기의 구성이 복잡하여 압력 구배가 크게 발생하였고, 입자가 미세한 오일의 경우에는 분리 효율이 낮아지는 문제점이 있었다. 아울러 효율을 높이기 위해서는 오일 분리기 내에 다수의 격벽을 설치하고 있으나, 이러한 구조는 공간을 많이 차지하게 되고, 재료의 과다한 소요라는 문제점이 있었다.

본 발명은 오일 분리기가 갖고 있는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 분리과정 중 압력구배가 적게 발생하고, 블로바이 가스로부터 오일의 효율적으로 분리할 수 있는 오일 분리기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 오일 분리기는 일측에 오일이 함유된 블로바이 가스가 유입되는 유입구가 형성된 배플 플레이트; 일측에 오일이 제거된 블로바이 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 배플 플레이트와 결합하여 소정의 챔버를 형성하는 실린더 커버; 배플 플레이트 상에 고정되어 챔버를 2개의 독립 챔버로 구분하며, 일측에는 관통홀이 형성된 홀인플레이트; 및 상기 배플 플레이트 상에 고정되며, 상기 홀인플레이트 및 실린더 커버의 내면과 소정의 간격을 두고 배치된 임팩트 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 배플 플레이트의 유입구를 통하여 챔버 내로 유입된 블로바이 가스가 홀인플레이트의 관통홀을 통하여 배출된 후 임팩트 부재와 충돌하여 오일과 블로바이 가스로 분리되고 블로바이 가스는 실린더 커버의 배출구를 통하여 연소실로 유입되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오일 분리기는 오일과 가스의 분리 과정에서, 압력구배 대비 분리 효율이 높기 때문에 블로바이 가스로부터 오일을 효과적으로 분리하여 회수할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기의 분해 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 각 부재를 결합한 상태의 오일 분리기의 사시도, 도 3 은 도 2에 도시된 분리기의 횡단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기는 엔진의 흡기관(도시되지 않음)과 연결된 배출구(15)가 형성된 실린더 커버 (10) 및 실린더 커버(10)의 하측에 장착된 배플 플레이트(20)를 포함한다.

배플 플레이트(20)에는 엔진의 크랭크 케이스(도시되지 않음)와 연결된 유입구(25)가 형성되어 있으며, 다수의 관통홀(35)이 형성된 홀인플레이트(30) 및 홀인플레이트(30)와 이격된 상태로 배치된 임팩트 플레이트(40)가 각각 장착되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기를 구성하는 실린더 커버(10)와 배플 플레이트(20)를 결합하면, 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 커버(10)와 배플 플레이트(20) 사이에는 소정 공간의 챔버(50)가 형성된다.

여기서, 챔버(50)는 홀인플레이트(30)에 의하여 제 1 챔버(50a)와 제 2 챔버(50b)로 구분되며, 배플 플레이트(20)에 형성된 유입구(25)는 제 1 챔버(50a)에, 실린더 커버(10)에 형성된 배출구(15)는 제 2 챔버(50b)에 각각 대응된다. 또한, 배플 플레이트(20)에 장착된 홀인플레이트(30)의 다수의 관통홀(35)에 의하여 제 1 챔버(50a)와 제 2 챔버(50b)는 서로 연통된다.

한편, 실린더 커버(10)와 배플 플레이트(20)의 결합시, 홀인플레이트(30)와 실린더 커버(10) 내면은 완전히 밀착되며, 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 내면 사이에는 소정의 간격이 형성된다.

이와 같이 구성된 오일 분리기에서의 오일과 가스의 분리 과정을 각 도면을 통하여 설명한다.

엔진의 연소실에서 발생한, 다량의 오일을 함유한 블로바이 가스는 실린더 커버(10)에 형성된 배출구(15)를 통하여 제 1 챔버(50a) 내로 유입된다. 이후, 블로바이 가스는 홀인플레이트(30)에 형성된 복수의 관통홀(35)을 통과한 후 제 2 챔버(50b)로 유동한다. 블로바이 가스는 홀인플레이트(30)의 관통홀(35)을 통과하는 과정에서, 그 유속이 증가한다.

홀인플레이트(30)의 관통홀(35)을 통과한 고속의 블로바이 가스는 홀인플레이트(30)와 이격된 임팩트 플레이트(40)와 충돌하며, 그 결과 오일은 블로바이 가스로부터 분리된다.

한편, 위에서 설명한 바와 같이, 임팩트 플레이트(40)의 양 측단 및 상단 중 적어도 하나는 실린더헤드 커버(10)의 내면과 소정의 간격(h)이 형성되어 있으며, 따라서 오일이 분리된 블로바이 가스는 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 사이의 공간을 통하여 제 2 챔버(50b)로 유동한다.

제 2 챔버(50b)로 유입된 블로바이 가스는 실린더 커버(10)에 형성된 배출구(15)를 통하여 엔진의 연소실로 공급되어 재연소된다.

한편, 블로바이 가스로부터 분리된 오일은 배플 플레이트(20)에 형성된 개구(도시되지 않음)를 통하여 크랭크 케이스(도시되지 않음)로 유입된다.

홀인플레이트(30)에 형성된 다수의 관통홀(35)의 총 단면적을 고려하여 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 사이의 공간의 단면적, 즉 블로바이 가스의 유동로의 단면적을 설정하는 것이 바람직하다.

홀인플레이트(30)에 형성된 다수의 관통홀(35)의 단면적에 비하여 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 사이의 공간의 단면적이 작을 경우, 제 1 챔버(50a)로 유입된 블로바이 가스가 원활하게 제 2 챔버(50b)로 유입될 수 없다. 따라서 제 1 챔버(50a)의 압력이 증가하게 되며, 그 결과 연소실로부터의 블로바이 가스의 유입이 원활하게 이루어지지 않는다.

그 반대로, 홀인플레이트(30)에 형성된 다수의 관통홀(35)의 단면적에 비하여 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 사이의 면적이 지나치게 커지면 제 1 챔버(50a) 내의 압력이 낮아지게 되며, 따라서 제 2 챔버(50b)로 유입되는 블로바이 가스의 유속 또한 낮아지게 된다. 이러한 조건에서는, 블로바이 가스가 임팩트 플레이트(40)에 충돌하는 순간에 블로바이 가스로부터 오일이 충분하게 분리되지 않을 수 있다.

이러한 점을 고려할 때, 임팩트 플레이트(40)와 실린더 커버(10) 사이에 형성된 공간(유동로)의 단면적이 관통홀(35)의 전체 단면적에 2 내지 6배 정도 큰 것이 바람직하다.

한편, 블로바이 가스의 유속 및 충격량 등을 고려하면, 홀인플레이트(30)와 임팩트 플레이트(40)의 간격(A1)은 2mm 내지 5 mm가 바람직하다.

홀인플레이트(30)와 임팩트 플레이트(40)의 간격(A1)이 2mm 미만일 경우, 홀인플레이트(30)에 형성된 다수의 관통홀(35)과 임팩트 플레이트(40) 사이의 간격이 지나치게 짧아 제 1 챔버(50a) 내의 압력이 너무 높아질 수 있다.

그 반대로 홀인플레이트(30)와 임팩트 플레이트(40)의 간격(A1)이 5mm 초과일 경우, 유동하는 과정에서 블로바이 가스의 유속이 점차적으로 감소하여 임팩트 플레이트(40)에 도달할 때 블로바이 가스의 유속은 충분한 충격량을 얻기 위한 유속보다 낮아지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오일 분리기를 구성하는 홀인플레이트(30)의 관통홀(35)의 개수, 규격(단면적) 및 형상은 챔버(50)의 용적 및 블로바이 가스의 유동 특성을 고려하여 다양한 방법으로 형성할 수 있다.

예를 들어, 통과하는 블로바이 가스의 유속을 증가시키기 위하여 각 관통홀(35)은 노즐의 형상, 즉 유입구에서 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는 관통홀은 유입구 직경(d1)과 배출구 직경(d2)의 비율은 1.5 : 1 이다.

이와 같이, 블로바이 가스가 통과하는 관통홀(35)이 노즐의 형상을 가짐으로써 블로바이 가스가 관통홀(35)을 통과하는 과정에서 유속은 배출구 직경(d2)에 의해 결정되고, 유입구 직경(d1)과 배출구 직경(d2)의 비율을 1.5:1로 함에 따라 압력구배가 감소한다.

한편, 홀인플레이트(30)에 형성된 관통홀(35)의 개수는 엔진에서 발생할 수 있는 최대의 블로바이 가스량에 따라 결정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내연기관의 오일 분리기의 분해 사시도, 도 5는 도 4에 도시된 각 부재를 결합한 상태의 오일 분리기의 사시도, 도 6은 도 5에 도시된 분리기의 횡단면도이다.

본 실시예에 따른 내연기관의 오일 분리기 역시 엔진의 흡기관(도시되지 않음)과 연결된 배출구(15)가 형성된 실린더 커버 (10) 및 실린더 커버(10)의 하측에 장착된 배플 플레이트(20)를 포함한다.

배플 플레이트(20)에는 엔진의 크랭크 케이스(도시되지 않음)와 연결된 유입구(25)가 형성되어 있으며, 다수의 관통홀(35)이 형성된 홀인플레이트(30) 및 홀인플레이트(30)와 이격된 상태로 배치된 임팩트 바(45)가 각각 장착되어 있다.

한편, 본 실시예에 따른 오일 분리기를 구성하는 실린더 커버 (10) 및 실린더 커버(10)의 하측에 장착된 배플 플레이트(20)의 세부 구성 및 기능은 도 1 내지 도 3을 통하여 설명한 실시예에 따른 오일 분리기의 구성 부재의 세부 구성 및 기능과 동일하며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 오일 분리기의 가장 큰 특징은, 홀인플레이트(30)의 관통홀(35)을 통과한 블로바이 가스가 충돌하는 임팩트 부재를 다수의 단위 임팩트 바(45)로 구성한 것이다.

도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 홀인플레이트(30)와 소정의 간격을 두고 배치된 다수의 임팩트 바(45)는 배플 플레이트(20) 상에 고정되며, 인접하는 임팩트 바와는 소정의 간격을 유지한다.

도 1 내지 도 3에 대한 설명에서 언급한 바와 같이, 블로바이 가스가 홀인플레이트(30)에 형성된 복수의 관통홀(35)을 통과한 후 제 2 챔버(50b)로 유동하며, 블로바이 가스가 홀인플레이트(30)의 관통홀(35)을 통과하는 과정에서, 그 유속이 증가한다.

홀인플레이트(30)의 관통홀(35)을 통과한 고속의 블로바이 가스는 홀인플레이트(30)와 이격된 다수의 임팩트 바(45)와 충돌하며, 그 결과 오일은 블로바이 가스로부터 분리된다.

한편, 오일이 제거된 블로바이 가스는 최외측 임팩트 바(45)와 실린더헤드 커버(10)의 내면 사이의 공간 및 임팩트 바(45) 사이의 공간을 통하여 제 2 챔버(50b)로 유동한다.

전술한 임팩트 플레이트(40)를 사용하는 오일 분리기와 달리, 본 실시예에 따른 오일분리기는 압력 손실을 적게 발생시키기 위해 임팩트 바(45)의 크기를 홀 인플레이트(30)에 형성된 관통홀(35)의 배출구 직경(d2)을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.

특히, 홀인플레이트(30)에 형성된 관통홀(35)을 통과한 블로바이 가스가 충돌하는 임팩트 바(45)의 폭 길이는 상기 관통홀(35)의 배출구 직경의 1 내지 1.5배로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 블로바이 가스의 유속, 충격량 등을 고려하면, 홀인플레이트(30)와 임팩트 바(45)의 간격(A2)은 2 내지 5 mm가 바람직하며, 통과하는 블로바이 가스의 유속을 증가시키기 위하여 각 관통홀(35)은 노즐의 형상, 즉 유입구에서 배출구로 갈수록 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는 관통홀은 유입구 직경(d1)과 배출구 직경(d2)의 비율은 1.5 : 1 이다.

또한 블로바이 가스의 오일 분리 효과를 향상시키기 위하여 블로 바이 가스에 대한 충격량을 최대화하여야 하며, 이를 위하여 블로바이 가스가 배출되는 홀인플레이트의 관통홀과 1:1 대응하도록 임팩트 바를 배치하는 것이 바람직하다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

예를 들어, 도 4 내지 도 6은 다수의 임팩트 바들 중 최외곽 임팩트 바가 실린더 커버의 내면과 이격된 상태임을 도시하고 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 즉, 인접하는 2개의 임팩트 바 사이의 공간이 충분할 경우, 최외곽 임팩트 바는 실린더 커버의 내면과 밀착되도록 배치될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 6 은 실린더 커버(10)와 배플 플레이트(20) 사이에 형성된 챔버(50)를 하나의 홀인플레이트(30)를 사용하여 제 1 챔버 및 제 2 챔버로 구분한 것을 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않는다.

즉, 복수의 홀인플레이트(30)를 소정의 간격으로 배플 플레이트(20) 상에 고정시켜 상기 챔버(50)를 복수의 단위 챔버로 분리시키고, 복수의 임팩트 부재를 배치하여, 블로바이가스에 함유된 오일을 단계적으로 분리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 오일 분리기의 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 각 부재를 결합한 상태의 오일 분리기의 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 분리기의 횡단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오일 분리기의 분해 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 각 부재를 결합한 상태의 오일 분리기의 사시도.

도 6은 도 5에 도시된 분리기의 횡단면도.

Claims

일측에 오일이 함유된 블로바이 가스가 유입되는 유입구가 형성된 배플 플레이트;

일측에 오일이 제거된 블로바이 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 배플 플레이트와 결합하여 소정의 챔버를 형성하는 실린더 커버;

배플 플레이트 상에 고정되어 챔버를 2개의 독립 챔버로 구분하며, 일측에는 관통홀이 형성된 홀인플레이트(hole in plate); 및

상기 배플 플레이트 상에 고정되며, 상기 홀인플레이트 및 실린더 커버의 내면과 소정의 간격을 두고 배치된 임팩트 부재를 포함하여,

상기 배플 플레이트의 유입구를 통하여 챔버 내로 유입된 블로바이 가스가 홀인플레이트의 관통홀을 통하여 배출된 후 임팩트 부재와 충돌하여 오일과 블로바이 가스로 분리되고 블로바이 가스는 실린더 커버의 배출구를 통하여 연소실로 유입되는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
제 1 항에 있어서,

상기 임팩트 부재는 양 측단 및 상단 중 적어도 하나가 실린더 커버와 소정의 간격을 두고 배치된 임팩트 플레이트이며, 임팩트 플레이트와 실린더 커버 사이의 공간이 블로바이 가스의 유동로의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
제 1 항에 있어서,

상기 임팩트 부재는 소정의 간격을 두고 배치된 다수의 임팩트 바로 이루어지며, 인접한 임팩트 바들 사이의 공간 및 임팩트 바와 실린더 커버 사이의 공간이 블로바이 가스의 유동로의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
제 2 항에 있어서,

상기 유동로의 단면적은 관통홀의 단면적의 2∼6배 넓은 것을 특징으로 하는 오일 분리기.
제 3 항에 있어서,

각 임팩트 바는 홀인플레이트의 관통홀과 일대일로 대응하는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
제 1 항에 있어서,

상기 홀인플레이트는 임팩트 부재와 2㎜∼ 5㎜ 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 오일분리기.
제 1 항에 있어서,

상기 각 관통홀은 입구측에서 출구측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형상을 갖는 특징으로 하는 오일 분리기.
제 7 항에 있어서,

상기 각 관통홀은 입구측 직경 대 출구측 직경의 비율이 1.5 : 1인 것을 특징으로 하는 오일분리기.