KR20130073525A - 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치 - Google Patents

오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에 관한 것으로, 크랭크 축 오일 홀이 형성되는 크랭크 축과, 커넥팅 로드 오일 홀이 높이방향을 따라 형성되는 커넥팅 로드와, 커넥팅 로드 오일 홀에 대해 크랭크 축 오일 홀의 오일이 이송될 수 있도록 외주연을 따라 대단부 베어링 오일 홈이 대응하여 형성되는 대단부 베어링과, 양측이 피스톤의 오일 갤러리의 피스톤 오일 유입홀 및 피스톤 오일 배출홀에 연결될 수 있도록 대응하는 부위에 핀 오일 홀이 각각 형성되고 외주연을 따라 각 핀 오일 홀을 연결하는 핀 오일 홈이 나선형으로 형성되는 피스톤 핀 및 핀 오일 홈을 통해 커넥팅 로드 오일 홈의 오일이 핀 오일 홀을 따라 오일 갤러리까지 이송될 수 있도록 외주연을 따라 소단부 베어링 오일 홈이 대응하여 형성되는 소단부 베어링을 포함하여 구성되며, 오일압력이 낮은 저속에서도 충분한 유속을 얻을 수 있고, 엔진의 기울기 등에 영향받지 않고 손실되는 오일량이 거의 없어 안정적이고도 효율적인 피스톤 냉각이 가능해지고, 또한 오일 스프레이노즐이 불필요해 품질관리나 조립관리의 리스크와 비용이 제거되는 효과가 있다.

Description

오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치{AN ENGINE DEVICE WITH AN OIL PRESSURIZING SUPPLY TYPE COOLING STRUCTURE}
본 발명은 엔진의 연소실에서 고속으로 작동하는 피스톤 및 그 주변에 대한 오일 냉각 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤 및 그 주변(핀, 베어링 등)을 냉각시킬 수 있도록 오일이 압송될 수 있는 이송경로를 크랭크 축, 커넥팅 로드, 각 베어링 등에 형성하여 구성되는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 엔진의 연소실은 실린더 헤드(50) 및 인젝터(51), 실린더 블록(60), 커넥팅 로드(30), 피스톤(10), 커넥팅 로드(30)와 피스톤(10)을 연결하는 피스톤 핀(20) 등으로 구성되어 있는바, 여기서 피스톤(10)은 고속으로 작동하면서 많은 열을 내기 때문에, 오일로서 냉각을 시키기 위해 오일 스프레이 노즐(40)이 크랭크 축 측에 위치하고 있다.
만일 오일 스프레이 노즐(40)에서 오일이 배출되면 피스톤(10) 오일 유입홀(12)에 분사되고 피스톤(10) 오일 유입홀(12)에 연결된 오일 갤러리(13)에 유입되었다가 피스톤(10) 오일 배출홀(11)을 통해 배출됨으로써 순환구조를 이루고 있다.
이와 같이 종래 엔진의 연소실에서 피스톤(10) 및 그 주변을 냉각시키는 구조는 오일을 분사하는 방식을 채택하고 있기 때문에, 분사된 오일이 가지는 에너지는 운동 에너지 밖에 없다.
또한 분사된 오일이 갖는 질량과 유속으로 발생하는 운동 에너지가 피스톤(10) 내 오일 갤러리(13)에 있는 오일에 부딪혀 그 오일이 흐르도록 하는 원리이기 때문에 몇 가지 손실이 불가피하다.
먼저, 피스톤(10) 내 오일 갤러리(13) 내부에 있는 오일 전체 질량에 비해 스프레이 노즐(40)에서 분사되어 부딪히는 오일의 운동에너지는 비교적 크지 않다.
따라서 오일 갤러리(13) 내부 오일의 유속은 높지 않다. 또한, 분사되어 부딪힌 오일의 상당부분은 반작용으로 튀어 나오는데, 이러한 튀는 오일은 피스톤(10)의 냉각에 사용되지 못하는 손실이 되는 문제점이 있다.
또한 오일 스프레이 노즐(40)에서 분사되는 오일이 피스톤(10) 오일갤러리(13) 내부 오일에 전달하는 운동에너지는 일정치 않다. 피스톤(10)이 열을 가장 많이 받아 냉각이 필요한 상사점에 있을 때에는 오일스프레이 노즐(40)과의 거리가 가장 멀기 때문에 분사된 오일의 운동에너지는 상대적으로 낮다.
아울러 피스톤(10)의 냉각이 중요하지 않은 하사점에서의 분사 오일의 운동에너지가 높아 비효율적이다. 역시 피스톤(10)이 상승 운동을 할 때에는 분사 오일과의 상대운동으로 피스톤(10)이 하강 운동을 할 때 보다 피스톤(10)의 오일 갤러리(13) 내부 오일의 유속이 상대적으로 높다.
또 한가지는, 엔진이 크게 기울어진 상태로 운전되거나 V형 엔진에서는 중력에 의해 분사된 오일이 똑바로 나아가지 못하고 피스톤(10)의 오일 갤러리(13)의 피스톤(10) 오일 유입홀(12)에 정확히 도달하지 못하는 경우가 있다. 오일압력이 낮을 때 이러한 현상이 발생하는데, 저속에서도 높은 토크가 필요한 엔진에서는 오일압력이 낮은 저속에서도 피스톤(10)의 냉각이 중요하기 때문에 이러한 문제를 방지하기 위해 불필요하게 오일압력을 높여야 하고, 이를 위해 더 큰 오일펌프(미도시)가 필요해져 결과적으로 연비 손실을 감수해야만 한다.
오일 스프레이 노즐(40)은 또 다른 리스크를 가지는데, 노즐(40)의 정확도가 불량하면 피스톤(10)이 과열되는 심각한 문제가 발생하기 때문에 노즐(40)의 품질관리 비용이 높으며, 또한 노즐(40)이 실린더 블럭(50)에 조립될 때 발생하는 오차도 피스톤(10) 과열의 리스크를 안고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 피스톤의 냉각에 소요되는 오일의 손실을 줄이고 오일 갤러리 내 오일의 유속을 높여 보다 효율적인 피스톤 냉각이 이루어질 수 있도록 크랭크 축에서부터 피스톤의 오일 갤러리에 이르기까지 오일의 이송경로가 형성되는 구조의 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은,
엔진의 실린더 헤드(700)의 하부에 배치되는 피스톤(100)과, 상기 피스톤(100)의 상단에서 발생하는 폭발력에 의해 발생되는 회전력을 커넥팅 로드(500)를 거쳐 크랭크 축(600)에 전달하는 엔진장치에 있어서, 상기 크랭크 축(600)의 내부에 형성되는 크랭크 축 오일 홀(610); 상기 커넥팅 로드(500)의 내부에 높이방향을 따라 형성되는 커넥팅 로드 오일 홀(510); 상기 커넥팅 로드(500)와 상기 크랭크 축(600) 사이에 위치하면서 상기 크랭크 축 오일 홀(610)의 오일이 커넥팅 로드 오일 홀(510)로 이송될 수 있도록 외주연을 따라 베어링 오일 홈(410)이 형성되는 대단부 베어링(400); 상기 피스톤(100)의 내부에 형성된 오일 갤러리(130); 상기 오일 갤러리(130)와 연통되도록 피스톤의 내부에 높이방향을 따라 각각 형성된 피스톤 오일 유입홀(110) 및 피스톤 오일 배출홀(120); 상기 오일 배출홀(120)에 연결될 수 있도록 대응하는 부위에 핀 오일 홀(210)이 각각 형성되고 상기 각 핀 오일 홀(210)을 연결하는 핀 오일 홈(220)이 외주연을 따라 나선형으로 형성되는 피스톤 핀(200); 및 상기 피스톤 핀(200)의 핀 오일 홈(220)을 통해 상기 커넥팅 로드 오일 홀(510)의 오일이 상기 핀 오일 홀(210)을 따라 상기 오일 갤러리(130)까지 이송될 수 있도록 외주연을 따라 소단부 베어링 오일 홈(310)이 대응하여 형성되는 소단부 베어링(300); 을 포함 하는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에 의하여 달성된다.
여기서 대단부 베어링 오일 홈은 크랭크 축에 대한 커넥팅 로드의 회전에 연동하여 오일이 이송될 수 있도록 대단부 베어링의 외주연을 따라 나선방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 소단부 베어링 오일 홈은 피스톤 핀의 회전에 연동하여 오일이 이송될 수 있도록 소단부 베어링의 외주연을 따라 나선방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러 피스톤 핀을 밀봉하여 내부의 오일 압력이 일정할 수 있도록, 피스톤 핀의 양측에 각각 결합되는 플러그가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에 따르면, 오일압력이 낮은 저속에서도 충분한 유속을 얻을 수 있고, 엔진의 기울기 등에 영향받지 않고 손실되는 오일량이 거의 없어 안정적이고도 효율적인 피스톤 냉각이 가능해지는 특징이 있다.
또한 오일 스프레이노즐이 불필요해 품질관리나 조립관리의 리스크와 비용이 제거되는 효과가 있다.
본 발명의 그 밖의 과제, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 종래 피스톤 냉각구조를 설명하기 위한 연소실 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 냉각구조를 설명하기 위한 피스톤 부위의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에 관하여 첨부된 도면과 더불어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 냉각구조를 설명하기 위한 피스톤(100) 부위의 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치는, 인젝터(710)가 내설되는 실린더 헤드(700) 및 실린더 블럭(800)을 포함하는 연소실 구조에서, 오일의 순환경로 구조를 크랭크 축(600), 커넥팅 로드(500)까지 형성하는 구조를 갖음으로써, 오일의 손실이 없이 피스톤(100) 냉각이 가능한 구조를 마련한 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치는, 크랭크 축 오일 홀(610)이 형성되는 크랭크 축(600)과, 커넥팅 로드 오일 홀(510)이 높이방향을 따라 형성되는 커넥팅 로드(500)를 포함하여 구성된다.
여기서 크랭크 축(600)에 위치하여 커넥팅 로드(500)의 회전을 지지하는 것이 대단부 베어링(400)이다. 이러한 대단부 베어링(400)에는 커넥팅 로드 오일 홀(510)에 대해 크랭크 축 오일 홀(610)의 오일이 이송될 수 있도록 외주연을 따라 대단부 베어링 오일 홈(410)이 대응하여 형성된다.
그리고 피스톤(100)과 커넥링 로드(500)가 연동하도록 구비된 것이 피스톤 핀(200)이다. 이러한 피스톤 핀(200)의 양측이 피스톤(100)의 오일 갤러리(130)의 피스톤 오일 유입홀(110) 및 피스톤 오일 배출홀(120)에 연결될 수 있도록 대응하는 부위에 각각 형성되는 핀 오일 홀(210)이다.
아울러 각 핀 오일 홀(210)을 연결하여 오일이 상호간에 이송될 수 있도록 피스톤 핀(200)의 외주연에 나선형으로 형성되는 것이 핀 오일 홈(220)이다.
또한 피스톤 핀(200)의 외주연에 결합되는 것이 소단부 베어링(300)이다. 소단부 베어링(300)에는 핀 오일 홈(220)을 통해 이송되던 커넥팅 로드 오일 홀(510)의 오일이 핀 오일 홀(210)을 지나 오일 갤러리(130)까지 이송될 수 있도록 외주연을 따라 소단부 베어링 오일 홈(310)이 대응하여 형성된다.
이에 따라 만일 크랭크 축 오일 홀(610)에 오일이 압송 유입될 경우, 대단부 베어링 오일 홈(410)으로 이송되고 이에 연결되는 커넥팅 로드 오일 홀(510)을 따라 오일이 승강하는 구조가 마련된다.
여기서 오일이 대단부 베어링 홈(410)을 따라 대단부 베어링(400)과 연결된 커넥팅 로드(500)의 회전과 연동하여 이송될 수 있도록 대단부 베어링 오일 홈(410)은 대단부 베어링(400)의 외주연을 따라 나선형으로 형성된다.
그리고 피스톤(100) 측에 위치한 소단부 베어링(300)에도 피스톤(100)과 커넥링 로드(500)의 연결부위 회전에 연동하여 오일이 이송될 수 있도록 소단부 베어링 오일 홈(310)이 소단부 베어링(300)의 외주연을 따라 나선형으로 형성된다.
따라서, 크랭크 축(600), 커넥팅 로드(500) 및 피스톤(100)의 동작에 연동하여 오일이 누유없이 지속적으로 오일 갤러리(130)에 공급되는 한편, 피스톤 핀(200)의 내부에도 공급될 수 있는 오일 이송구조가 마련될 수 있다.
이 때 피스톤 핀(200)의 내부 오일 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 피스톤 핀(200)을 밀봉하기 위해 피스톤 핀(200)의 양측에는 각각 플러그(230)가 결합되어 있다.
아울러 오일 갤러리(130)는 피스톤(100) 내부에 형성되고 이러한 오일 갤러리(130)의 양측에는 피스톤 오일 유입홀(110) 및 피스톤 오일 배출홀(120)이 형성되어 각각 피스톤 핀(200)의 각 핀 오일 홀(210)에 대응하여 연결되어 있다.
따라서 핀 오일 홀(210)로부터 유입되는 오일이 피스톤 오일 유입홀(110)로 유입될 경우 오일 갤러리(130)로 진입하게 된 뒤, 다시 피스톤 오일 배출홀(120)로 나와 다시 피스톤 핀 오일 홀(210)을 통해 피스톤 핀(200) 및 소단부 베어링(300), 커넥팅 로드(500), 대단부 베어링(400)까지 순환하는 오일 순환구조를 이루게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치에서, 피스톤 핀 홈(220), 대단부 베어링 오일 홈(410) 및 소단부 베어링 오일 홈(310)이 나선형으로 설명되어졌지만 이는 하나의 실시예일 뿐, 외주연의 축 방향을 따라 이어지는 직선형상, 지그재그 형상 등 오일이 이송될 수 있는 갖가지 형상으로 가공되는 구조도 본 발명의 범주에 포함될 것이다.
10: 피스톤 11: 피스톤 오일 배출홀
12: 피스톤 오일 유입홀 13: 오일 갤러리
20: 피스톤 핀 30: 커넥팅 로드
40: 오일 스프레이 노즐 50: 실린더 헤드
51: 인젝터 60: 실린더 블럭
100: 피스톤 110: 피스톤 오일 유입홀
120: 피스톤 오일 배출홀 130: 오일 갤러리
200: 피스톤 핀 210: 핀 오일 홀
220: 핀 오일 홈 230: 플러그
300: 소단부 베어링 310: 소단부 베어링 오일 홈
400: 대단부 베어링 410: 대단부 베어링 오일 홈
500: 커넥팅 로드 510: 커넥팅 로드 오일 홀
600: 크랭크 축 610: 크랭크 축 오일 홀
700: 실린더 헤드 710: 인젝터
800: 실린더 블럭.

Claims (4)

  1. 엔진의 실린더 헤드(700)의 하부에 배치되는 피스톤(100)과, 상기 피스톤(100)의 상단에서 발생하는 폭발력에 의해 발생되는 회전력을 커넥팅 로드(500)를 거쳐 크랭크 축(600)에 전달하는 엔진장치에 있어서
    상기 크랭크 축(600)의 내부에 형성되는 크랭크 축 오일 홀(610);
    상기 커넥팅 로드(500)의 내부에 높이방향을 따라 형성되는 커넥팅 로드 오일 홀(510);
    상기 커넥팅 로드(500)와 상기 크랭크 축(600) 사이에 위치하면서 상기 크랭크 축 오일 홀(610)의 오일이 커넥팅 로드 오일 홀(510)로 이송될 수 있도록 외주연을 따라 베어링 오일 홈(410)이 형성되는 대단부 베어링(400);
    상기 피스톤(100)의 내부에 형성된 오일 갤러리(130);
    상기 오일 갤러리(130)와 연통되도록 피스톤의 내부에 높이방향을 따라 각각 형성된 피스톤 오일 유입홀(110) 및 피스톤 오일 배출홀(120);
    상기 오일 배출홀(120)에 연결될 수 있도록 대응하는 부위에 핀 오일 홀(210)이 각각 형성되고 상기 각 핀 오일 홀(210)을 연결하는 핀 오일 홈(220)이 외주연을 따라 나선형으로 형성되는 피스톤 핀(200); 및
    상기 피스톤 핀(200)의 핀 오일 홈(220)을 통해 상기 커넥팅 로드 오일 홀(510)의 오일이 상기 핀 오일 홀(210)을 따라 상기 오일 갤러리(130)까지 이송될 수 있도록 외주연을 따라 소단부 베어링 오일 홈(310)이 대응하여 형성되는 소단부 베어링(300);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대단부 베어링 오일 홈(410)은,
    상기 크랭크 축(600)에 대한 상기 커넥팅 로드(500)의 회전에 연동하여 오일이 이송될 수 있도록 상기 대단부 베어링(400)의 외주연을 따라 나선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소단부 베어링 오일 홈(310)은,
    상기 피스톤 핀(200)의 회전에 연동하여 오일이 이송될 수 있도록 상기 소단부 베어링(300)의 외주연을 따라 나선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 핀(200)을 밀봉하여 내부의 오일 압력이 일정할 수 있도록,
    상기 피스톤 핀(200)의 양측에 각각 결합되는 플러그(230)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치.
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KR1020110141415A KR101905185B1 (ko) 2011-12-23 2011-12-23 오일 압송식 냉각구조를 갖는 엔진장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134751A (zh) * 2015-06-30 2015-12-09 苏细调 一种发动机连接杆
CN106050386A (zh) * 2015-04-16 2016-10-26 福特环球技术公司 用于活塞冷却的系统
CN109538370A (zh) * 2017-09-21 2019-03-29 强莉莉 一种复合式活塞
US10487775B2 (en) 2015-04-16 2019-11-26 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for piston cooling

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