KR0182102B1 - Stress measuring apparatus and method of bridge in valve port - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진이 구동시 발생되는 연소압에 의해 밸브가 밀리는 양은 갭 센서를 사용하여 측정하고, 이렇게 측정된 결과를 기초로 단품의 실린더 헤드에 장착된 밸브로 기측정한 연소압에 상당한 하중을 가하여 밸브간 브릿지의 변형량을 측정하고, 이때의 실린더 헤드 변형량을 동시에 측정하여 밸브 브릿지의 한계 허용 응력값을 검출할 수 있도록 하므로서 향후 엔진 설계에 반영하여 타당성을 검증할 수 있도록 하는 밸브 포트간 브릿지의 응력 측정방법 및 그에 따른 측정장치에 대한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 엔진 구동시 연소압에 의한 밸브의 밀림량은 갭 센서(3)를 이용하여 측정하고, 상기의 측정결과를 토대로 컨트롤러(9)에 의해서 유압 피스톤(7)을 작동시켜 기측정시험에서의 연소압에 상당한 하중으로 단품상태인 실린더 헤드(1)의 밸브(2)를 가압하여 각 밸브(2)간 브릿지(4)에 장착시킨 스트레인 게이지(8)에 의해서 상기 브릿지(4)의 변형량을 측정하여 디스플레이하고, 동시에 이렇게 가해지게 되는 하중에 의해 실린더 헤드(1) 자체가 변형이 되는 변형량을 측정하여 밸브 브릿지(4)의 한계 허용 응력값이 검출될 수 있도록 하는 것이 특징이다.According to the present invention, the amount of pushing the valve by the combustion pressure generated when the engine is driven is measured using a gap sensor, and based on the measured result, a significant load is applied to the combustion pressure previously measured by a valve mounted on a single cylinder head. By measuring the amount of deformation of the bridge between valves, and simultaneously measuring the amount of deformation of the cylinder head at this time, it is possible to detect the limit allowable stress value of the valve bridge, so that the validity of the bridge between the valve ports can be verified in the future engine design. The present invention relates to a stress measuring method and a measuring device according to the present invention. To this end, the push amount of the valve due to the combustion pressure when the engine is driven is measured using the gap sensor 3, and the controller 9 is based on the measurement result. Of the cylinder head 1 in a single state with a load corresponding to the combustion pressure in the measurement test by operating the hydraulic piston 7 by The strain amount of the bridge 4 is measured and displayed by the strain gauge 8 mounted on the bridge 4 between the valves 2 by pressurizing the valve 2, and at the same time, the cylinder head is subjected to the applied load. (1) It is a characteristic that the limit allowable stress value of the valve bridge 4 can be detected by measuring the deformation amount which is itself deformed.
Description
본 발명은 엔진의 연소압에 의해 변형되는 밸브간 브릿지의 변형량을 단품 시험을 통해 정확하게 측정할 수 있도록 하는 밸브 포트간 브릿지의 응력 측정방법 및 그에 따른 측정장치에 대한 것이다.The present invention relates to a stress measuring method and a measuring device according to the stress between the valve port bridge to be able to accurately measure the deformation amount of the bridge between the valve deformation by the combustion pressure of the engine through a single test.
현재 자동차에서 사용되는 기관은 크게 사용되는 연료에 따라서 가솔린 엔진과 디젤 엔진으로 분류되는 것이 일반적이며, 이들 엔진은 실린더 헤드에 형성된 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐시켜 공기 및 혼합기를 흡입하고, 압축과 폭발에 의해 연소되도록 한 뒤 연소가스를 외부로 배출시키는 작용에 의해 피스톤을 승강작동시키므로서 크랭킹(Cranking)되도록 하여 엔진이 구동될 수 있도록 하는 것이다.Engines currently used in automobiles are generally classified into gasoline engines and diesel engines according to fuels used widely, and these engines open and close the intake valves and exhaust valves formed in the cylinder heads to inhale air and mixer, compress and explode The engine is driven by cranking while raising and lowering the piston by the action of discharging the combustion gas to the outside after the combustion by the combustion.
이러한 차량 엔진의 구동시 가장 많은 열적 부하를 받게되는 부분은 실린더 헤드와 실린더 블록 상부간의 연소실인바 상기 연소실은 상부측 실린더 헤드의 각 밸브들로부터 혼합기 및 신선한 공기를 흡입하여 압축시킨 뒤 불꽃 점화하면 혼합기의 연소압에 의해서 하부의 피스톤을 승강작동시키도록 하는 것이며, 이렇게 연소된 가스는 배기 밸브를 통해서 외부로 배출되도록 하고 있다.The part that receives the most thermal load when driving the vehicle engine is a combustion chamber between the cylinder head and the upper part of the cylinder block. The combustion chamber inhales and compresses the mixer and fresh air from each valve of the upper cylinder head, and then, when the flame is ignited, the mixer By lowering the combustion pressure of the lower piston is to operate the operation, the gas so burned is discharged to the outside through the exhaust valve.
따라서 상기 연소실은 피스톤과 같이 압축력과 연소압에 의해 항상 고온의 상태를 유지하게 되므로 실린더 헤드는 이같은 연소실의 열적 부하를 최소화시키기 위해서 통상 열전도성이 좋은 재질로 형성하고, 실린더 블록으로부터는 냉각수가 유도될 수 있도록 하고 있다.Therefore, the combustion chamber is maintained at a high temperature at all times by the compression force and the combustion pressure like the piston, so that the cylinder head is generally formed of a material having good thermal conductivity in order to minimize the thermal load of the combustion chamber, and the coolant is guided from the cylinder block. To be.
하지만 연소실에는 여전히 혼합기의 강력한 압축력과 연소압, 그리고 흡배기 밸브 작동에 의해서 대단히 강한 충격을 받게 되므로 비교적 면적이 작은 밸브간 브릿지에서는 균열이 발생되곤 한다. 특히 디젤 엔진의 경우 연소력은 공기의 압축비에 의해서 효율이 좌우되므로 연소실내에는 대단히 높은 압축비가 형성되므로 과도한 압축비에 의해 밸브 시트가 실린더 헤드측으로 상당한 량이 밀려나면서 밸브간 브릿지에 변형 및 균열을 발생시키곤 한다. 이러한 밸브 브릿지에 가해지게 되는 충격에 의해 균열이 발생하게 되면 그 틈으로 압축 행정시 공기가 리킹(Leaking)되면서 충분한 압축비를 형성하지 못해 연소력을 크게 감소시키면서 엔진 출력을 저하시키기도 하고, 특히 상기의 균열 틈으로 냉각수가 연소실내로 유입되면서 엔진을 전혀 사용하지 못하도록 하는 문제점이 있게 된다.However, the combustion chamber is still subjected to very strong impacts by the strong compression force, combustion pressure, and intake / exhaust valve operation of the mixer, so that cracks occur in a relatively small area bridge between the valves. Particularly in the case of diesel engines, the combustion force depends on the compression ratio of air, so a very high compression ratio is formed in the combustion chamber. do. When a crack occurs due to the impact applied to such a valve bridge, air leaks during the compression stroke, so that a sufficient compression ratio is not formed, thereby greatly reducing combustion power and particularly reducing the engine power. As the coolant flows into the combustion chamber into the crack, there is a problem that the engine is not used at all.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 시정 보완시키기 위한 것으로서, 엔진이 구동시 발생되는 연소압에 의해 밸브가 밀리는 양은 갭 센서를 사용하여 측정하고, 이렇게 측정된 결과를 기초로 단품의 실린더 헤드에 장착된 밸브로 기측정한 연소압에 상당한 하중을 가하여 밸브간 브릿지의 변형량을 측정하고, 이때의 실린더 헤드 변형량을 동시에 측정하여 밸브 브릿지의 한계 허용 응력값을 검출할 수 있도록 하므로서 향후 엔진 설계에 반영하여 타당성을 검증할 수 있도록 하는 밸브 포트간 브릿지의 응력 측정방법 및 그에 따른 측정장치를 제공코자 하는데 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to compensate for the correction in view of the above problems, the amount of the valve is pushed by the combustion pressure generated when the engine is driven by using a gap sensor, based on the measured result of the single cylinder Future engine design by measuring the amount of deformation of the bridge between valves by applying considerable load to the combustion pressure previously measured by the valve mounted on the head, and by measuring the amount of deformation of the cylinder head at the same time to detect the limit allowable stress value of the valve bridge. It is an object of the present invention to provide a stress measuring method and a measuring device according to the bridge between the valve port to be reflected in the validity.
상기한 목적을 달성시키기 위한 수단으로 본 발명은The present invention as a means for achieving the above object
엔진 구동시 연소압에 의한 밸브의 밀림량은 갭 센서를 이용하여 측정하고, 상기의 측정결과를 토대로 컨트롤러에 의해서 유압 피스톤을 작동시켜 기측정시험에서의 연소압에 상당한 하중으로 단품상태인 실린더 헤드의 밸브를 가압하여 각 밸브간 브릿지에 장착시킨 스트레인 게이지에 의해서 상기 브릿지의 변형량을 측정하여 디스플레이하고, 동시에 이렇게 가해지게 되는 하중에 의해 실린더 헤드 자체가 변형이 되는 변형량을 측정하여 밸브 브릿지의 한계 허용 응력값이 검출될 수 있도록 하는 것이 특징이다.The amount of sliding of the valve due to combustion pressure during engine operation is measured using a gap sensor, and the cylinder head which is a single unit with a substantial load corresponding to the combustion pressure in the measurement test by operating a hydraulic piston by a controller based on the above measurement result. The strain gauge of the bridge is measured and displayed by the strain gauge mounted on the bridge between the valves by pressing the valve of the valve, and at the same time, the deformation amount of the deformation of the cylinder head itself is measured by the applied load so that the limit of the valve bridge is allowed. The stress value can be detected.
이를 위해서 단품의 실린더 헤드가 재치되도록 하는 베드와, 유압 피스톤에 의해 상기 실린더 헤드의 밸브를 일정 하중으로 가압하도록 하는 유압 엑츄에이터와, 상기 실린더 헤드의 밸브간 브릿지에 장착시켜 밸브간 브릿지의 변형량을 감지토록 하는 스트레인 게이지와, 상기 유압 엑츄에이터를 가동시키면서 하중값을 측정하는 컨트롤러와, 상기 스트레인 게이지로부터의 브릿지 변형량이 체크되면 이를 증폭시키도록 하는 증폭기와, 상기 증폭기로부터 출력되는 신호를 디스플레이화하는 오실로스코프와, 유압 엑츄에이터에 의해 가해지는 하중으로 인해 변형되는 실린더 헤드의 변형량을 체크토록 하는 마그네틱 게이지로서 이루어지도록 하는 구성이 특징이다.To this end, a bed for mounting a single cylinder head, a hydraulic actuator for pressurizing the valve of the cylinder head with a constant load by a hydraulic piston, and a valve-to-valve bridge of the cylinder head are mounted to detect deformation of the bridge between valves. A strain gauge, a controller for measuring a load value while operating the hydraulic actuator, an amplifier for amplifying the strain of the bridge strain from the strain gauge, an oscilloscope for displaying a signal output from the amplifier, And a magnetic gauge configured to check the amount of deformation of the cylinder head being deformed due to the load applied by the hydraulic actuator.
도 1 은 다이나믹상태에서의 밸브 밀림량 측정 구조도1 is a structural diagram of valve push amount measurement in a dynamic state
도 2 는 본 발명에 따른 밸브간 브릿지의 응력 측정 구조도2 is a structural diagram of the stress measurement of the bridge between valves according to the present invention
도 3 은 도 2 의 A부 확대도3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2;
※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of the code for the main part of the drawing
1 : 실린더 헤드 2 : 밸브1: cylinder head 2: valve
3 : 갭 센서 4 : 밸브 브릿지3: gap sensor 4: valve bridge
5 : 베드(Bed) 6 : 유압 액츄에이터5: Bed 6: Hydraulic Actuator
7 : 유압 피스톤 8 : 스트레인 게이지(Strain Gauge)7: Hydraulic Piston 8: Strain Gauge
9 : 컨트롤러 10 : 마그네틱 게이지9: controller 10: magnetic gauge
11 : 마그네틱 바 12 : 마이크로 체커11: magnetic bar 12: micro checkers
13 : 증폭기 14 : 오실로스코프13 amplifier 14 oscilloscope
첨부한 실시예 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1 은 다이나믹상태에서의 밸브 밀림량 측정 구조도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 밸브간 브릿지의 응력 측정 구조도이다.1 is a structural diagram of a valve push amount measurement in a dynamic state, and FIG. 2 is a structural diagram of stress measurement of an inter-valve bridge according to the present invention.
상기한 구조에서 보는바와 같이 본 발명은 우선 엔진을 구동시킨 다이나믹상태에서 밸브 스프링 리테이너(2A) 상단부로 장착시킨 갭 센서(3)에 의해서 엔진 연소압에 의해 발생되는 밸브(2)의 밀림량을 측정하고, 이때의 연소압을 유압에 의한 하중으로 바꿔 유압 피스톤(7)에 의해서 단품 상태인 실린더 헤드(1)에 장착된 밸브(2)를 가압하고, 이때 상기 밸브(2)에 의해서 밀리게 되는 밸브간 브릿지(4)의 변형량은 각 브릿지(4)에 장착시킨 스트레인 게이지(8, Strain Gauge)에 의해서 감지되도록 하여 이때 출력되는 신호를 증폭기(13)를 통해서 증폭시켜 오실로스코프(14)에서 모니터링하여 디스플레이시킨다.As shown in the above-described structure, the present invention first measures the amount of sliding of the valve 2 generated by the engine combustion pressure by the gap sensor 3 mounted to the upper end of the valve spring retainer 2A in the dynamic state of driving the engine. It measures and replaces the combustion pressure at this time with the load by hydraulic pressure, pressurizes the valve 2 attached to the cylinder head 1 by the hydraulic piston 7, and pushes it by this valve 2 at this time. The strain amount of the inter-valve bridge 4 is detected by a strain gauge 8 mounted on each bridge 4 so that the output signal is amplified through the amplifier 13 and monitored by the oscilloscope 14. To display.
또한 상기와 같이 유압 피스톤(7)에 의해 밸브(2)를 가압시 실린더 헤드(1) 자체도 변형이 될 수가 있으므로 이를 위해 별도로 마그네틱 게이지(10)를 사용하여 실린더 헤드(1)의 변형량을 측정하므로서 밸브 브릿지(4)의 변형량에 변수로서 사용하여 정확한 밸브 브릿지(4)의 한계 허용 응력값이 검출되도록 하는 것이다.In addition, since the cylinder head 1 itself may also be deformed when the valve 2 is pressurized by the hydraulic piston 7, as described above, the deformation amount of the cylinder head 1 is measured by using the magnetic gauge 10 separately. Therefore, it is used as a variable in the deformation amount of the valve bridge 4 so that the exact limit allowable stress value of the valve bridge 4 can be detected.
이러한 시험을 위해 먼저 다이나믹 상태에서 밸브 스프링 리테이너(2A) 상단부로는 갭 센서(3)가 장착되도록 하고, 상기 갭 센서(3)에 의해서는 엔진이 구동시 발생되는 연소압에 의한 밸브(2)의 변위량을 측정한다.For this test, a gap sensor 3 is first mounted to the upper end of the valve spring retainer 2A in a dynamic state, and the gap sensor 3 allows the valve 2 due to the combustion pressure generated when the engine is driven. Measure the displacement of.
그리고 상기와 같은 측정에 사용된 동일한 실린더 헤드를 별도의 단품으로 구비하여 시험용 베드(5, Bed)에 재치되도록 한 후 상기의 측정 결과를 기초로 상기 연소압에 상응하는 압력을 컨트롤러(9)에 의해서 유압 엑츄에이터(6)를 작동시켜 도 3 에서와 같이 유압 피스톤(7)이 상기 실린더 헤드(1)에 장착된 밸브(2)를 일정 하중으로 가압시키도록 한다.In addition, the same cylinder head used for the above measurement is provided as a separate unit so that it can be placed on the test bed (5, Bed), and then the pressure corresponding to the combustion pressure is supplied to the controller 9 based on the measurement result. The hydraulic actuator 6 is operated to cause the hydraulic piston 7 to pressurize the valve 2 mounted on the cylinder head 1 to a predetermined load as shown in FIG. 3.
이같은 방법으로 일정 하중에 대한 밸브간 브릿지(4)의 변형량은 각 브릿지(4)에 장착시킨 스트레인 게이지(8)에 의해서 감지되도록 하고, 상기 스트레인 게이지(8)에서 감지된 출력 신호는 증폭기(13)에서 증폭되도록 한 후 오실로스코프(14)에서 모니터링하여 디스플레이시켜 변형량을 정확하게 알 수가 있도록 한다.In this way, the amount of deformation of the inter-valve bridge 4 with respect to a certain load is detected by the strain gauge 8 mounted on each bridge 4, and the output signal detected by the strain gauge 8 is an amplifier 13. After the amplification in the ()) is monitored and displayed on the oscilloscope (14) to accurately determine the amount of deformation.
또한 밸브(2)에 가해지게 되는 하중에 의해서는 실린더 헤드(1) 자체에도 변형을 초래하게 되므로 동시에 상기 실린더 헤드(1)의 변형량을 측정할 수 있도록 하는 마그네틱 게이지(10)를 사용하여 측정값을 검출하므로서 이를 브릿지(4) 변형량에 대한 변수로서 이용한다.In addition, since the load applied to the valve 2 causes deformation to the cylinder head 1 itself, the measured value using the magnetic gauge 10 to measure the deformation amount of the cylinder head 1 at the same time. Is used as a variable for the bridge 4 deformation amount.
특히 상기 유압 피스톤(7)내에는 밸브(2)에 가해지게 되는 하중을 감지할 수 있도록 하는 로드 셀(7A, Load Cell)이 내장되도록 하고, 상기 마그네틱 게이지(10)는 마그네틱 바(11)가 실린더 헤드(1)의 변형에 따라 승강작동시 마이크로 체커(12, Micro Checker)에 의해서 가시적으로 표시될 수 있도록 한다.In particular, the hydraulic piston (7) has a load cell (7A, Load Cell) to be able to sense the load applied to the valve (2) is built in, the magnetic gauge 10 is a magnetic bar (11) According to the deformation of the cylinder head 1, it can be visually displayed by the micro checker 12 during the lifting operation.
한편 상기에서의 변수란 밸브(2)가 유압 액츄에이터(6)에 의해서 가압이 될 때 동시에 실린더 헤드(1)가 압축 변형이 되므로 사실상 유압 액츄에이터(6)에 의해 가해지게 되는 하중은 실제 연소압에 비해 적은 값이므로 실린더 헤드(1)가 압축된 만큼의 하중을 보상하여 밸브 가압이 이루어질 수 있도록 하는 값으로 이용을 하게 된다.On the other hand, the above variable means that when the valve 2 is pressurized by the hydraulic actuator 6, the cylinder head 1 is compressed and deformed at the same time, so that the load applied by the hydraulic actuator 6 is actually applied to the actual combustion pressure. Since it is a smaller value, the cylinder head 1 is used as a value for compensating the load as compressed so that the valve pressurization can be made.
이상에서 검출한 결과를 종합하여 밸브 브릿지(4)의 한계 허용 응력값을 검출할 수가 있게 되며, 이를 이용하여 일단 실린더 헤드의 샘플링 시뮬레이션을 제작하게 되고, 따라서 향후 엔진 설계시 본 발명과 같은 측정시험을 재수행하지 않고도 기제작된 시뮬레이션에 의해 설계의 타당성을 검증할 수가 있게 된다.By combining the results of the above detection, it is possible to detect the limit allowable stress value of the valve bridge 4, and by using this, a sampling simulation of the cylinder head is produced once. Pre-designed simulations can be used to verify the validity of the design without having to re-run it.
그러므로 본 발명은 엔진의 구동 중 발생할 수 있는 실린더 헤드(1)의 밸브 브릿지(4) 변형을 단품 상태에서 엔진 구동시의 연소압과 동일한 조건으로 변형량을 측정하여 한계 허용 응력값을 설정할 수 있도록 하게 되므로 향후 엔진 설계의 타당성을 시뮬레이션 비교에 따라 간단히 검증할 수가 있게 된다.Therefore, the present invention allows the deformation of the valve bridge 4 of the cylinder head 1, which may occur during driving of the engine, to measure the amount of deformation under the same conditions as the combustion pressure at the time of driving the engine in a single product, so that the limit allowable stress value can be set. Therefore, the validity of the engine design in the future can be verified simply by comparing the simulation.
또한 상기의 한계 허용 응력값을 이용하여 실린더 헤드 시뮬레이션을 제작하게 되면 차후에는 동일한 시험을 수행하지 않고도 단순히 시뮬레이션의 비교만으로 제작이 가능토록 하여 엔진 제작의 효율성을 향상시킬 수가 있게 되며, 특히 이같은 시험결과에 따라 제작된 엔진은 구동 중 밸브 브릿지(4)의 균열을 방지시키게 되므로서 엔진의 안정된 구동성과 내구력이 향상될 수 있도록 하는 매우 유용한 이점을 제공하게 되는 것이다.In addition, if the cylinder head simulation is made using the above limit allowable stress value, it is possible to improve the efficiency of engine fabrication by simply comparing the simulations without performing the same test in the future. The engine manufactured according to the present invention is to provide a very useful advantage to prevent the crack of the valve bridge (4) during operation to improve the stable driveability and durability of the engine.
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