KR20230047560A - 차량엔진용 블로아웃 저감구조 - Google Patents

차량엔진용 블로아웃 저감구조 Download PDF

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KR20230047560A
KR20230047560A KR1020210130556A KR20210130556A KR20230047560A KR 20230047560 A KR20230047560 A KR 20230047560A KR 1020210130556 A KR1020210130556 A KR 1020210130556A KR 20210130556 A KR20210130556 A KR 20210130556A KR 20230047560 A KR20230047560 A KR 20230047560A
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신승우
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량엔진용 블로아웃 저감구조에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 에어탱크에 압축공기를 제공하는 공기압축기, 공기압축기에 연결되고, 차량의 운행조건에 대응하여 개폐되도록 구성되는 바이패스 밸브, 바이패스 밸브와 연결되고, 공기압축기로부터 압축공기가 유입되도록 구성되는 블로바이 통로 및 차량의 운행조건에 대응하여 바이패스 밸브를 선택적으로 개폐하도록 구성되는 제어부를 포함하도록 구성된다.

Description

차량엔진용 블로아웃 저감구조{Blowout reduction structure for vehicle engine}
본 발명은 차량엔진용 블로아웃 저감구조에 관한 것으로, 더 바람직하게, 공기압축기에 바이패스 밸브를 구비하여 운전조건에 따라 블로바이 가스 유량을 제어하여 블로아웃 양을 저감시킬 수 있는 차량엔진용 블로아웃 저감구조에 관한 것이다.
통상적으로 차량의 엔진은 실린더 내의 피스톤 상하 운동으로 동력을 발생시킨다. 피스톤의 직경은 상하 운동을 할 수 있도록 실린더 직경보다 약간 작은데, 이를 미끄럼 끼워 맞춤(sliding fit)이라 한다.
이때, 피스톤이 다소 작으므로 피스톤과 실린더 벽 사이에는 작음 틈새, 즉 피스톤 간극(clearance)이 형성되고, 압축된 공기-연료 혼합기의 일부가 피스톤을 지나 크랭크 케이스로 누설된다. 이러한 누설을 블로바이(blowby)라고 하며, 과도한 블로바이는 엔진 출력을 감소시키고 연료를 낭비하며 공기를 오염시킨다.
하지만, 요즘은 환경 문제가 중요하게 부각되어 가솔린 엔진은 물론, 디젤 엔진도 블로바이 가스를 흡기로 환원하여 재연소시킴으로써 블로바이 가스의 대기방출을 최소화한다.
터보차저(Turbocharger)는 내연기관에서 필연적으로 발생하는 엔진의 배출가스 압력을 이용해 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어넣어 출력을 높이기 위한 기관이다. 공기를 압축하면 온도가 높아지는데, 이 때문에 효율이 떨어지는 우려가 있어 인터쿨러(Inter cooler)와 함께 사용되는 경우가 많다.
크로즈드 크랭크케이스 벤틸레이션(CCV; Closed Crankcase Ventilation)은 엔진 내부에서 혼합된 오일과 블로바이 가스를 흡기 부압을 이용하여 분리하여 실린더블록 내부에 정압이 생기지 않도록 하는 것으로, 크로즈드 크랭크케이스 벤틸레이션(CCV)을 통해 분리된 블로바이 가스는 터보차저(Turbocharger) 입구인 엔진 흡기로 유도되고, 오일은 오일팬으로 유도된다. 크로즈드 크랭크케이스 벤틸레이션에서(CCV)의 오일 여과가 충분히 이루어지지 못하면 터보차저의 흡기 측으로 오일이 과다하게 유입되면서 터보차저의 오작동이 발생하게 되거나 인매니폴드에 과다한 카본이 퇴적되는 등의 문제가 발생하게 된다.
종래의 크로즈드 크랭크케이스 벤틸레이션의 구조는 한쪽 측면에 블로바이 가스 유입구 및 가스 배출구가 마련되며 하단에 오일 배출구가 마련되는 한편 하부에는 역원추형 분리부가 형성된 하우징, 하우징의 상부에 설치되는 덮개, 하우징의 내부 중앙에 설치되는 크랭크케이스 및 크랭크케이스의 내부 상측에 설치되는 한편 스프링에 의해 탄력 지지되는 다이아프램을 포함하여 구성이 이루어진다.
한편, 평판 위에서 일정 거리를 흐른 유체의 효과적인 오일 분리를 위해서는 충분한 블로바이 가스 유량이 확보되어야 한다. 그러나 연소실에서 나온 블로바이 가스가 그대로 CCV 시스템으로 유입되면 운전 상태에 따라서 블로바이 가스 유량이 차이가 있어 최소한의 블로아웃 수준 유지에 어려움이 있게 되고, 그에 따라 오일 분리 성능이 떨어지게 되는 문제가 있었다.
특허문헌1: 대한민국 등록특허 제10-1091013호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 공기압축기와 연결되는 바이패스 밸브를 적용하여 차량의 운행조건에 대응하여 블로바이 가스 유량을 제어하는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 제어부를 적용하여 차량의 운행조건에 대응하여 블로아웃 양을 최소화함으로써 터보 파울링 등 필드 문제를 개선시킨 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 에어탱크에 압축공기를 제공하는 공기압축기; 상기 공기압축기에 연결되고, 차량의 운행조건에 대응하여 개폐되도록 구성되는 바이패스 밸브; 상기 바이패스 밸브와 연결되고, 상기 에어탱크로부터 압축공기가 유입되도록 구성되는 블로바이 통로; 및 상기 차량의 운행조건에 대응하여 상기 바이패스 밸브를 선택적으로 개폐하도록 구성되는 제어부; 를 포함하도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 엔진의 회전수, 엔진 부하, 차량의 속도 및 연료량 중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이하인 조건에서 상기 바이패스 밸브를 개방하는 조건으로 판단하고, 상기 바이패스 밸브의 완전 개방 상태에서 상기 에어탱크 내부의 압축공기가 상기 블로바이 통로로 유입되도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이상인 조건에서 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하는 조건으로 판단하고, 상기 바이패스 밸브의 완전 폐쇄상태에서 상기 에어탱크 내부에 압축공기가 충진되도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 상기 바이패스 밸브의 부분 폐쇄상태에서 상기 제어부는 상기 바이패스 밸브의 폐쇄 정도를 조절하여 상기 블로바이 통로로 유입되는 압축공기 양을 조절하도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 상기 블로바이 통로는 CCV 시스템의 로커 커버와 연결되도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
또한, 외부공기는 차량의 에어클리너를 경유하여 인렛호스를 통해 상기 공기압축기에 공급되도록 구성되는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시 예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
공기압축기와 연결되는 바이패스 밸브를 적용하여 차량의 운행조건에 대응하여 블로바이 가스 유량을 제어함으로써 오일 분리 성능을 향상시켜 블로아웃 양을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어부를 적용하여 차량의 운행조건에 대응하여 블로아웃 양을 최소화함으로써 터보 파울링 등 필드 문제를 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 블로바이 통로를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 블록도를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "..엔진", "...구조", "...통로", "...밸브" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서에 기재된 "차량의 운행조건"은 차량의 운행중인 상태를 포괄적으로 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 블로바이 통로를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 블로바이 통로(300)를 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명은 예를 들어 상용 차량의 엔진 시스템에 적용될 수 있다. 엔진 시스템은 연소실을 형성하는 실린더, 연소실에서 왕복 운동을 하는 피스톤, 피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로 전환하는 크랭크 기구, 실린더의 상부에 장착된 실린더 헤드 커버(혹은 로커 커버), 실린더의 하부에 장착되어 윤활 오일을 수용하는 오일 팬을 포함할 수 있다. 엔진 시스템의 구성은 상용 차량의 엔진에 채용되는 공지기술의 내연기관으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 엔진 시스템의 연소실에서 크랭크 케이스 내로 누설된 블로바이 가스를 흡입하고, 그 블로바이 가스에 함유된 오일을 분리하며, 오일을 오일 팬으로 되돌려 보냄과 동시에 블로바이 가스를 엔진 시스템의 흡기 계통으로 보내는 크로즈드 크랭크케이스 벤틸레이션(Closed Crankcase Ventilation, 이하 CCV라 함) 시스템으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 적용되는 CCV 구조는, 블로바이 가스를 터보 차저로 전달하는 리턴 파이프, 블로바이 가스가 충돌되어 블로바이 가스 내 미세 오일만을 흡착시켜 분리시키는 미디어, 터보차저 흡기압과 블로바이 가스 유량 사이 크랭크 케이스 압력을 제어하는 다이어프램과 스프링 및 블로아웃 오일을 다시 헤드로 내보내면서 헤드 내에 있는 오일이 로커커버 내로 들어가는 블로오버 현상을 방지하는 드레인 밸브로 구성될 수 있다. 블로바이 가스의 오일 분리는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 가스/오일 분리 필터 CCV 필터일 수도 있다.
한편, 블로바이 통로(300)는 CCV 시스템의 로커 커버와 연결되도록 구성될 수 있다. 블로바이 통로(300)를 통해 압축공기가 유입되도록 구성하여 블로바이 가스 유량을 증대시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해 CCV 시스템 내의 오일 분리 성능이 향상되도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 단면도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 공기압축기(500), 바이패스 밸브(200), 블로바이 통로(300), 에어탱크(100) 및 제어부(400)를 포함하도록 구성될 수 있다.
공기압축기(500)는 에어탱크(100)와 연결되도록 구성될 수 있다. 공기압축기(500)는 에어탱크(100)에 압축공기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 공기압축기(500)는 터보차저의 터빈과 연결되는 공기압축기(500) 또는 에어탱크(100)에 압축공기를 모아 차량에 제동력을 제어하는 공기압축기(500)일 수 있다.
한편, 외부공기는 차량의 에어클리너(600)를 경유하여 인렛호스(700)를 통해 공기압축기에 공급될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 차량엔진용 블로아웃 저감구조는 에어클리너(600)로부터 외부공기가 유입되어 인렛호스(700)를 통해 공기압축기(500)로 공급되도록 구성될 수 있다.
바이패스 밸브(200)는 공기압축기(500)와 연결되도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게 바이패스 밸브(200)는 공기압축기(500) 내부에 구성될 수 있다. 바이패스 밸브(200)는 차량의 운행조건에 대응하여 개폐되도록 구성될 수 있다. 바이패스 밸브(200)의 개폐에 따라 압축공기의 흐름이 선택적으로 변화되도록 구성될 수 있다.
블로바이 통로(300)는 바이패스 밸브(200)와 연결될 수 있다. 더 바람직하게, 블로바이 통로(300)는 바이패스 밸브(200)를 통해 에어탱크(100)와 연결될 수 있다. 블로바이 통로(300)는 에어탱크(100)로부터 압축공기가 유입되도록 구성될 수 있다.
블로바이 통로(300)는 CCV 구조에 압축공기가 유입되는 통로일 수 있다. 더 바람직하게, 블로바이 통로(300)는 차량의 운행조건에 대응하여 CCV 구조에 에어탱크(100)로부터의 압축공기를 유입시키는 통로일 수 있다.
제어부(400)는 바이패스 밸브(200)와 연결되도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(400)는 차량의 운행조건에 대응하여 바이패스 밸브(200)를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.
차량의 운행조건은 블로바이 가스 유량이 부족하거나 과도한 정도에 따라 판단될 수 있다. 제어부(400)는 엔진의 회전수, 엔진 부하, 차량의 속도 및 연료량 중 적어도 하나 이상을 측정하여 차량의 운행조건을 판단할 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(400)는 엔진의 회전수, 엔진 부하, 차량의 속도 및 연료량 중 적어도 하나 이상을 고려하여 바이패스 밸브(200)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예로, 제어부(400)는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이하인 경우 블로바이 가스 유량이 부족한 저부하 영역으로 판단할 수 있다. 반면, 제어부(400)는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이상인 경우 블로바이 가스 유량이 과도한 고부하 영역으로 판단할 수 있다.
차량 운행시 공기압축기(500)가 작동하여 에어탱크(100)에 압축공기를 충진시킬 수 있다. 저부하 영역에서 제어부(400)는 바이패스 밸브(200)를 개방하도록 구성될 수 있다. 바이패스 밸브(200)가 개방되는 경우 에어탱크(100)에 충진되어 있는 압축공기는 블로바이 통로(300)로 유입될 수 있다.
고부하 영역에서 차량 운행시 제어부(400)는 바이패스 밸브(200)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 바이패스 밸브(200)가 폐쇄되는 경우 공기압축기(500)는 에어탱크(100)에 압축공기를 충진하도록 구성될 수 있다.
고부하 영역에서 차량 운행시 제어부(400)는 바이패스 밸브(200)를 부분 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 바이패스 밸브(200)가 부분 폐쇄되는 경우 블로바이 통로(300)로 유입되는 압축공기 양이 조절되도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 차량엔진용 블로아웃 저감구조의 블록도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 바이패스 밸브(200)는 공기압축기(500) 및 블로바이 통로(300)와 연결되어 에어탱크(100) 내의 압축공기를 블로바이 통로(300)를 통해 CCV 구조로 유입되도록 구성될 수 있다. 또한 바이패스 밸브(200)는 제어부(400)와 연결되어 선택적으로 개폐되도록 구성될 수 있다.
바이패스 밸브(200)의 완전 개방 상태는 에어탱크(100)의 압축공기가 블로바이 통로(300)로 유입되는 상태일 수 있다. 바이패스 밸브(200)의 완전 폐쇄 상태는 에어탱크(100)의 압축공기가 블로바이 통로(300)로 유입되지 않는 상태일 수 있다. 바이패스 밸브(200)의 부분 폐쇄 상태는 에어탱크(100)의 압축공기가 블로바이 통로(300)로 일부만 유입되는 상태일 수 있다. 제어부(400)는 바이패스 밸브(200)의 개방 전에 에어탱크(100) 내의 압축공기 압력이 미리 설정된 값 이상인지 판단할 수 있다.
제어부(400)는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이하인 조건에서 바이패스 밸브(200)를 개방하는 조건으로 판단하고, 바이패스 밸브(200)의 완전 개방 상태에서 에어탱크(100) 내부의 압축공기가 블로바이 통로(300)로 유입되도록 구성될 수 있다.
제어부(400)는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이상인 조건에서 바이패스 밸브(200)를 폐쇄하는 조건으로 판단하고, 바이패스 밸브(200)의 완전 폐쇄상태에서 에어탱크(100) 내부에 압축공기가 충진되도록 구성될 수 있다.
제어부(400)는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이상인 조건에서 바이패스 밸브(200)를 부분 폐쇄하는 조건으로 판단하고, 바이패스 밸브(200)의 폐쇄 정도를 조절하여 블로바이 통로(300)로 유입되는 압축공기 양을 조절하도록 구성될 수 있다.
정리하면, 본 발명은 공기압축기(500)와 연결되는 바이패스 밸브(200) 및 제어부(400)를 적용하여 차량의 운행조건에 대응하여 블로바이 가스 유량을 제어함으로써 블로아웃 양을 최소화하는 차량엔진용 블로아웃 저감구조를 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 에어탱크
200: 바이패스 밸브
300: 블로바이 통로
400: 제어부
500: 공기압축기
600: 에어클리너
700: 인렛호스

Claims (7)

  1. 에어탱크에 압축공기를 제공하는 공기압축기;
    상기 공기압축기에 연결되고, 차량의 운행조건에 대응하여 개폐되도록 구성되는 바이패스 밸브;
    상기 바이패스 밸브와 연결되고, 상기 에어탱크로부터 압축공기가 유입되도록 구성되는 블로바이 통로; 및
    상기 차량의 운행조건에 대응하여 상기 바이패스 밸브를 선택적으로 개폐하도록 구성되는 제어부; 를 포함하도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    엔진의 회전수, 엔진 부하, 차량의 속도 및 연료량 중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이하인 조건에서 상기 바이패스 밸브를 개방하는 조건으로 판단하고, 상기 바이패스 밸브의 완전 개방 상태에서 상기 에어탱크 내부의 압축공기가 상기 블로바이 통로로 유입되도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진 부하가 미리 설정된 부하 이상인 조건에서 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하는 조건으로 판단하고, 상기 바이패스 밸브의 완전 폐쇄상태에서 상기 에어탱크 내부에 압축공기가 충진되도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브의 부분 폐쇄상태에서 상기 제어부는 상기 바이패스 밸브의 폐쇄 정도를 조절하여 상기 블로바이 통로로 유입되는 압축공기 양을 조절하도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 블로바이 통로는 CCV 시스템의 로커 커버와 연결되도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    외부공기는 차량의 에어클리너를 경유하여 인렛호스를 통해 상기 공기압축기에 공급되도록 구성되는
    차량엔진용 블로아웃 저감구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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