KR20100058855A - Ｐｃｖ 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCV 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 출구 측에 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 향상시켜 결빙 현상을 방지하는 결빙방지장치가 구비되며, 상기 결빙방지장치는 PCV 니플의 결합부위 중앙에 구비되고 팽이 형상을 가지는 결빙방지부재와, 상기 결빙방지부재를 PCV 니플의 결합부위 내주면에 연결 고정하는 스테이를 포함한다.

상기와 같이 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 결합부위에 결빙방지장치를 설치함으로써 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 크게 향상시킴과 동시에 사방으로 분산시킬 수 있어, PCV 니플과 서지탱크의 결합부위에 발생하는 결빙현상을 방지할 수 있고, 더불어 엔진 내부의 블로우바이가스를 신속하게 배출시킬 수 있어 엔진 출력 및 내구력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

ＰＣＶ 시스템{PCV SYSTEM}

본 발명은 PCV 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 출구 측에서의 결빙을 방지할 수 있는 PCV 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진으로 유입되는 공기는 에어호스 -> 스로틀 바디 -> 서지탱크 -> 흡기 매니폴드 -> 연소실 -> 배기 매니폴드를 경유한다.

그리고 연소실에서 폭발행정에 의해 발생한 배기가스는 모두 배기 매니폴드를 통하여 빠져나가지 않고, 어느 정도의 양은 블로우바이(Blow-by) 형태로 크랭크 케이스 내부로 흘러들어가게 된다.

이러한 블로우바이가스가 엔진 내부에 체류하게 되면 엔진 내부가 쉽게 부식되고, 엔진오일이 나빠진다.

따라서 엔진에는 블로우바이가스를 흡기 측으로 재순환시켜 연소실로 공급시기키 위한 PCV(Positive Crankcase Ventilation)시스템(일명, 블로우바이가스 환원장치라고 함)이 구비되어 있다.

도 1은 종래기술에 따른 PCV 시스템을 나타낸 도면이다.

즉, PCV 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 에어호스(10)를 통해 유입된 외기(P)가 저장되는 서지탱크(30)와, 상기 서지탱크(30)의 공기를 각 실린더로 안내하는 흡기 매니폴드(40)와, 상기 서지탱크(30)의 일측면에 결합되어 블로우바이가스(Q)가 이동되는 PCV 호스(60)와, 상기 PCV 호스(60)를 서지탱크(30)에 연결하는 PCV 니플(50)을 포함한다.

이와 같은 구성을 가지는 PCV 시스템의 작동을 설명하면, 엔진 구동시 서지탱크(30)로 흡입된 외기(P)가 흡기 매니폴드(40)를 통해 엔진의 각 실린더로 공급될 때, 호스를 통해 이동한 블로우바이가스(Q)가 PCV 니플(50)을 통해 서지탱크(30) 내부로 유입되면서 외기(P)와 함께 엔진의 연소실로 공급된다.

그러나, 이러한 종래의 PCV 시스템이 구비된 엔진은 자동차가 추운 지방이나 겨울철에 운행할 때 외부의 낮은 온도와 대략 70 ~ 80℃ 정도의 블로우바이가스(Q)의 온도 차이에 의해 PCV 니플(50)과 서지탱크(30)의 결합부위에서 결빙현상이 발생하는 문제점이 있었다.

더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이, PCV 니플(50)을 통과하는 블로우바이가스(Q)는 서지탱크(30)로 흡입되는 외기(P)에 의해 굴절되면서 PCV 니플(50)의 결합부위 중 블로우바이가스(Q)가 닫지 않는 부분이 발생하며, 상기와 같이 블로우바이가스(Q)가 닫지 않는 부분에 결빙현상이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, PCV 니플(50)을 통과하는 블로우바이가스(Q) 보다 서지탱크(30)로 흡입되는 외기(P)의 유동성이 클 경우 외기(P)의 와류로 인하여 PCV 니플(50)을 통과하는 블로우바이가스(Q)가 정체되면서 수분이 축척 되고, 결빙되는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 종래의 결빙현상에 의해 생성되는 결빙체들이 PCV 니플(50)의 출구를 점차 막게 되어 블로우바이가스(Q)의 재순환이 제대로 이루어지지 않게 되며, 이에 따라 블로우바이가스(Q)가 엔진 내부에 머물러 엔진 출력 및 내구력이 감소되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 크게 향상시킴과 동시에 사방으로 분산시킴으로써 PCV 니플과 서지탱크의 결합부위에 발생하는 결빙현상을 방지할 수 있고, 더불어 엔진 내부의 블로우바이가스를 신속하게 배출시킬 수 있어 엔진 출력 및 내구력을 향상시킬 수 있는 PCV 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 PCV 시스템은 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 출구 측에 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 향상시켜 결빙 현상을 방지하는 결빙방지장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 결빙방지장치는 PCV 니플의 결합부위 중앙에 구비되고 팽이 형상을 가지는 결빙방지부재와, 상기 결빙방지부재를 PCV 니플의 결합부위 내주면에 연결 고정하는 스테이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 결빙방지부재는 PCV 니플의 결합부위와 동일한 수평상태를 가지는 수평부와, 상기 수평부 하부에서 PCV 니플의 결합부 하부로 뾰족하게 형성되는 하부 경사부와, 상기 수평부 상부에서 PCV 니플의 결합부 상부로 뾰족하게 형성되는 상부 경사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 경사부는 오목한 곡면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명은 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 결합부위에 결빙방지장치를 설치함으로써 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 크게 향상시킴과 동시에 사방으로 분산시킬 수 있어, PCV 니플과 서지탱크의 결합부위에 발생하는 결빙현상을 방지할 수 있고, 더불어 엔진 내부의 블로우바이가스를 신속하게 배출시킬 수 있어 엔진 출력 및 내구력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어 종래기술에서 전술한 구성과 기능이 동일한 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 PCV 시스템은 도 1을 참조하면, 에어호스(10)를 통해 유입된 외기(P)가 저장되는 서지탱크(30)와, 서지탱크(30)의 공기를 각 실린더로 안내하는 흡기 매니폴드(40)와, 서지탱크(30)의 일측면에 결합되어 블로우바이가스(Q)가 이동되는 PCV 호스(60)와, 상기 PCV 호스(60)를 서지탱크(30)에 연결하는 PCV 니플을 포함한다.

그리고 상기 서지탱크(30)의 입구에는 외기(P)가 흡입되는 에어호스(10)와 연결된 스로틀 바디(20)가 결합되고, 일측에는 각 실린더와 연결된 흡기 매니폴드(40)가 결합되어 있다.

여기서, 본 발명의 에어호스(10), 스로틀 바디(20), 서지탱크(30), 흡기 매 니폴드(40), PCV호스(60)는 종래기술에서 전술한 에어호스(10), 스로틀 바디(20), 서지탱크(30), 흡기 매니폴드(40), PCV호스(60)와 동일한 구성과 기능을 가지는 것으로, 그에 따라 중복되는 설명은 생략한다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 PCV 니플(200)은 서지탱크(30)의 일측에 PCV 호스(60)의 일단을 연결하기 위한 것이며, PCV 니플(200)의 출구 측에는 결빙 현상을 방지하기 위한 본 발명의 주요 기술적 구성인 결빙방지장치(100)가 설치된다.

즉, 상기 결빙방지장치(100)는 서지탱크(30)에 결합되는 PCV 니플(200)의 출구 측에 설치됨으로써 PCV 호스(60)와 PCV 니플(200)를 통해 서지탱크(30)로 유입되는 블로우바이가스(Q)의 유동성을 향상시킴과 동시에 사방으로 분산시킬 수 있고, 그에 따라 외기(P)에 의한 블로우바이가스(Q)의 정체성을 줄일 수 있어 PCV 니플(200)의 출구 측에 발생하는 결빙 현상을 방지할 수 있다.

이와 같은 기능을 가지는 결빙방지장치(100)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, PCV 니플(200)의 출구 측 중앙에 구비되고 팽이 형상을 가지는 결빙방지부재(110)와, 상기 결빙방지부재(110)를 PCV 니플(200)의 출구 측 내주면에 연결 고정하는 하나 이상의 스테이(120)를 포함한다.

그리고 상기 결빙방지부재(110)는 PCV 니플(200)의 출구 측 상부에 PCV 니플(200)과 동일한 수평상태를 가지는 수평부(111)와, 상기 수평부(111) 하부에 구비되고 하부로 점차 뾰족하게 연장 형성되는 하부 경사부(112)와, 상기 수평부(111) 상부에 구비되고 상부로 점차 뾰족하게 형성되는 상부 경사부(113)를 포함한다.

또한 상기 스테이(120)는 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개로 이루어지며, 이를 통해 결빙방지부재(110)를 보다 안정적으로 PCV 니플(200)의 출구 측에 고정할 수 있다.

즉, 결빙방지장치(100)의 체결방법을 설명하면, PCV 니플(200)의 출구 측 내부에 결빙방지부재(110)를 위치시킨 다음, 블로우바이가스(Q)의 유동이 초음속인 관계로 적어도 2개, 바람직하게는 4개의 스테이(120)로 결빙방지부재(110)를 PCV 니플(200)의 출구 측 내주면에 체결한다.

여기서, 상기 결빙방지장치(100)는 PCV 니플(200) 성형시 일체로 성형되는 것이 바람직하며, 이를 통해 제작의 효율성 및 비용을 절감할 수 있다.

한편, 하기 수학식 1은 초음속 노즐 이론을 설명한 것이다.

<수학식 1>

즉, 초음속 노즐 이론이란 수학식 1의 우측 그림에서와 같이 노즐의 단면적을 변화시켜 유속을 아음속에서 음속으로, 음속에서 초음속으로 가속시키는 이론이다.

여기서, 상기 수학식 1은 공지된 공식인 연속의 식과 운동량 보존법칙을 변형시켜 만든 식이며, 단면적의 변화와 유속의 변화 마하수의 관계를 나타낸 식이다.

이와 같은 초음속 노즐 이론을 이용하여 본 발명의 결빙방지장치(100)의 단면적의 변화를 주는 방법을 도 6을 참조하여 설명한다.

<수학식 2>

즉, 상기 결빙방지장치(100)의 설계인자 결정방법은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, d1은 PCV 니플(200)의 내경이기에 주어지게 되며, d2는 수학식 2를 바탕으로 만들어진 도 7의 표를 참조하면 아이들시 압력비의 경우 A/A1-1.075가 최적팽창 조건이며, 부족팽창을 이용하기 위해서는 A/A1=1.075 보다 작게 설계하여야 한다.

이와 같이 A/A1=1.075 보다 작게 설계할 경우 블로우바이가스(Q)는 마하수 1.320의 속도로 배출되게 되며, 이 효과로 블로우바이가스(Q)의 PCV 니플(200) 벽면으로부터의 분리 형상을 방지할 수 있다.

한편, 상부 경사부(113)의 곡률반경은 항공우주공학에서 쓰이는 벨형 노즐의 근사설계법에 따라 설계한다.

즉, 상부 경사부(113)의 길이는 d1의 1배에서 3배까지가 적당하다.

따라서 상기 상부 경사부(113)의 길이는 서지탱크(30)로 흡기되는 외기(P)의 와류 현상에 의한 블로우바이가스(Q)의 정체성을 회피시키기 위한 유동의 가이드 작용에 크게 작용한다.

그리고 하부 경사부(112)의 길이는 d1의 1배에서 2배까지가 적당하며, 수평부(111)의 길이는 d2의 1배에서 2배까지가 적당하다.

또한, 압력차를 고려하여 수평부(111)의 단면적을 조절하면, 부족팽창(Under Expansion)의 현상을 유도할 수 있어 PCV 니플(200)에서부터 뿜어져 나오는 블로우바이가스(Q)는 초음속으로 중심축 반대 반경으로 흩어지려하는 힘을 받게 된다.

또한, 하부 경사부(113)에 의해 블로우바이가스(Q) 중 일부를 강제적으로 축방향을 향하게 유도함으로써 외기의 와류에 따른 정체를 없앨 수 있다.

이와 같은 구조를 가지는 결빙방지장치(100)가 구비된 PCV 니플(200)은 초음속 이론에 따라 1 영역, 2 영역 및 3 영역을 통과하면서 단면적이 변화하며, 이에 따라 블로우바이가스(Q)의 유속은 1 영역에서 아음속, 2를 지나면서 음속으로 변하고, 2를 통과하면서 초음속으로 변하게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 PCV 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진 구동시 서지탱크(30)로 흡입된 외기(P)가 흡기 매니폴드(40)를 통해 각 실린더로 공급될 때, PCV 호스(60)를 통해 이동한 블로우바이가스(Q)가 PCV 니플(200)을 통해 서지탱크(30)로 유입되면 외기(P)와 함께 엔진의 연소실로 공급된다.

여기서 PCV 니플(200)의 출구 측에는 결빙방지장치(100)가 설치되며, 상기 결빙방지장치(100)에 의해 블로우바이가스(Q)의 유동성을 크게 향상시켜 외기(P)에 의한 이동방향이 변경되는 것을 방지하여 블로우바이가스(Q)가 닫지 않는 부분을 없앨 수 있고, 결빙을 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 PCV 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 종래기술에 따른 PCV 니플의 제1 결빙상태를 나타낸 측단면도.

도 3은 종래기술에 따른 PCV 니플의 제2 결빙상태를 나타낸 측단면도.

도 4는 본 발명에 따른 PCV 시스템을 나타낸 측단면도.

도 5는 본 발명에 따른 PCV 시스템을 나타낸 평단면도.

도 6은 본 발명의 결빙방지장치 설계방법을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 결빙방지장치의 결과값을 나타낸 표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 결빙방지장치 110: 결빙방지부재

111: 수평부 112: 하부 경사부

113: 상부 경사부 120: 스테이

200: PCV 니플

Claims (4)

1. 서지탱크에 PCV 호스를 연결하기 위한 PCV 니플의 출구 측에 PCV 니플을 통과하는 블로우바이가스의 유동성을 향상시켜 결빙 현상을 방지하는 결빙방지장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 PCV 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 결빙방지장치는 PCV 니플의 결합부위 중앙에 구비되고 팽이 형상을 가지는 결빙방지부재와, 상기 결빙방지부재를 PCV 니플의 결합부위 내주면에 연결 고정하는 스테이를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCV 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 결빙방지부재는 PCV 니플의 결합부위와 동일한 수평상태를 가지는 수평부와, 상기 수평부 하부에서 PCV 니플의 결합부 하부로 뾰족하게 형성되는 하부 경사부와, 상기 수평부 상부에서 PCV 니플의 결합부 상부로 뾰족하게 형성되는 상부 경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCV 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 상부 경사부는 오목한 곡면을 형성하는 것을 특징으로 하는 PCV 시스템.

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