KR100412557B1 - 헤드갤러리의 공기혼입률 측정장치 - Google Patents

헤드갤러리의 공기혼입률 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치에 관한 것으로서,
종래의 공기 혼입률 측정방법은 고온, 고압의 오일을 유리재질로 된 메스실린더에 담아서 오일의 부피변화를 측정하기 때문에 메스실린더가 깨질 염려가 있으며, 또 엔진 운전조건에서 공기 혼입률을 측정하므로 측정도중 메스실린더가 깨질경우 작업자가 화상을 입는등 상해의 위험이 존재하는 문제점이 있었다.
또, 오일을 드레인시키고, 공기가 오일에서 완전히 빠져나오길 기다렸다가 측정하므로 매 측정시마다 약 5분 정도의 시간이 걸리고, 순간순간 공기 혼입률의 측정이 불가능하여 공기혼입률의 실시간 측정이 불가능한 문제점이 있었으며, 메스실린더에 담겨진 오일로부터 공기가 빠져나오는 동안 등온상태가 유지되어야 하나 이 등온조건이 만족되지 못하면 측정결과에 큰 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기위한 본 발명은 헤드갤러리에 'U' 모양의 우회관을 연결 설치하고, 이 우회관을 통과하는 오일의 압력과 온도를 복수의 지점에서 측정하며, 그 측정결과를 이용하여 오일에 포함되어있는 공기의 혼입률을 실시간으로 측정하도록 하므로서, 헤드갤러리에 존재하는 오일의 공기혼입률을 실시간으로 측정할 수 있고, 그 측정된 결과에 대한 신뢰도를 한층 더 높일 수 있으며, 공기혼입률 측정시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 혼입률 측정을 보다 안전하게 실시할 수 있도록 한 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치에 관한 것이다.

Description

헤드갤러리의 공기혼입률 측정장치{Aeration measuring device of head gallery}
본 발명은 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치에 관한 것으로서, 특히 헤드갤러리에 존재하는 오일의 공기혼입률을 실시간으로 측정할 수 있고, 그 측정된 결과에 대한 신뢰도를 한층 더 높일 수 있으며, 공기혼입률 측정시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 혼입률 측정을 보다 안전하게 실시할 수 있도록 한 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 오일내의 공기 혼입률은 엔진 윤활유의 윤활특성을 결정짓는 중요한 인자의 하나로 이에 대한 측정은 매 엔진 개발시와 문제 발생시마다 이루어지고 있는 실정이다.
도 1 은 종래의 공기 혼입률 측정방법을 설명하기위한 도면으로서,
먼저, 엔진 구동시 헤드갤러리에 존재하는 고온 고압 상태의 오일을 도 1 의 (a)와같이 메스실린더(50)에 드레인시킨다.
메스 실린더(50)에 담겨진 고온 고압의 오일은 등온 팽창, 즉 온도가 일정하게 유지되는 상태에서 팽창을 시작하며, 이 등온 팽창과정에서 도 1 의 (b)와같이 오일과 공기가 서서히 분리된다.
상기와같은 등온 팽창 동작을 일정시간 이상 실시하게되면, 메스실린더
(50) 내부의 오일과 공기의 압력이 대기압(atm)과 동일해지게되며, 공기가 오일로부터 완전히 분리되고, 이때의 오일높이(hoil,atm)와 공기높이(hair.atm)를 이용하여 공기 혼입률(Xa=hair.atm/ hoil,atm+hair.atm)---식(1) 을 측정하였다.
그러나, 종래의 공기 혼입률 측정방법은 고온, 고압의 오일을 유리재질로 된메스실린더에 담아서 오일의 부피변화를 측정하기 때문에 메스실린더가 깨질 염려가 있으며, 또 엔진 운전조건에서 공기 혼입률을 측정하므로 측정도중 메스실린더가 깨질경우 작업자가 화상을 입는등 상해의 위험이 존재하는 문제점이 있었다.
또, 오일을 드레인시키고, 공기가 오일에서 완전히 빠져나오길 기다렸다가 측정하므로 매 측정시마다 약 5분 정도의 시간이 걸리고, 순간순간 공기 혼입률의 측정이 불가능하여 공기혼입률의 실시간 측정이 불가능한 문제점이 있었으며, 메스실린더에 담겨진 오일로부터 공기가 빠져나오는 동안 등온상태가 유지되어야 하나 이 등온조건이 만족되지 못하면 측정결과에 큰 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 헤드갤러리에 'U' 모양의 우회관을 연결 설치하고, 이 우회관을 통과하는 오일의 압력과 온도를 복수의 지점에서 측정하며, 그 측정결과를 이용하여 오일에 포함되어있는 공기의 혼입률을 실시간으로 측정하도록 하므로서, 헤드갤러리에 존재하는 오일의 공기혼입률을 실시간으로 측정할 수 있고, 그 측정된 결과에 대한 신뢰도를 한층 더 높일 수 있으며, 공기혼입률 측정시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 혼입률 측정을 보다 안전하게 실시할 수 있도록 한 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치를 제공함을 목적으로 한다.
도 1 은 종래의 공기혼입률 측정방법을 설명하기위한 도면.
도 2 는 본 발명의 공기혼입률 측정장치를 보인 블럭도.
도 3 은 본 발명에 적용된 우회관을 보인 도면.
도 4 는 본 발명의 측정장치의 전면판넬을 보인 정면도.
도 5 는 본 발명의 측정장치에 의해 구현되는 공기혼입률 측정과정을 보인
블럭 다이어그램.도 6 은 본 발명의 우회관이 접속되는 헤드갤러리의 위치를 보인 엔진의 윤활계를 보인 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 우회관 2~5 : 압력센서
6,7: 비교기 8,9 : 온도센서
10,11: 신호처리부 12 : A/D 컨버터
13 : 프로세서 14~16 : 표시부
17 : 키이부 18 : 진단전압 출력단자
도 2 내지 도 5 는 상기 목적달성을위한 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것으로서 이 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 구성을 설명하면,
'U'자 모양으로 형성되고, 그 양측 끝부분이 헤드 갤러리에 연결되어 그 내부로 헤드갤러리의 오일이 순환되며, 오일유입단으로부터 오일배출단에 이르기 까지 제 1 내지 제 4 의 측정점(S1~S4)을 갖는 우회관(1)과;
상기 제 1 내지 제 4 측정점(S1~S4)에 설치되어 그곳을 통과하는 오일의 압력(P1~P4)을 각각 측정하여 전기신호로 출력하는 제 1 내지 제 4 압력센서(2~5)와, 상기 제 1 측정점(S1)과 제 4 측정점(S4)에 설치되어 오일의 온도(T1,T4)를 측정하여 전기신호로 출력하는 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)와, 상기 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)의 출력값을 증폭 및 신호처리하는 제 1 및 제 2 신호처리부(10,11)와, 상기 제 1 압력센서(2)와 제 2 압력센서의 측정값을 비교하여 제 1 및 제 2 측정점(S1,S2)을 통과하는 오일의 압력차(ΔP12)를 검출하는 제 1 비교기(6)와, 상기 제 3 압력센서(4)와 제 4 압력센서(5)의 측정값을 비교하여 제 3 및 제 4 측정점(S3,S4)을 통과하는 오일의 압력차(ΔP34)를 검출하는 제 2 비교기(7)와, 상기 제 1 및 제 4 압력센서(2,5), 제 1 및 제 2 비교기(6,7), 제 1 및 제 2 신호처리부(10,11)의 출력신호를 디지탈신호로 변환하여 프로세서(13)에 공급하는 A/D컨버터(12)와, 상기 A/D컨버터(12)를 통해 입력되는 여러가지 감지값을 이용하여 식(2)에 의해 공기 혼입률을 연산하며, 그 연산결과가 표시되도록 제어하는 프로세서(13)와, 상기 프로세서(13)에 의해 연산된 공기 혼입률을 % 단위로 표시하는 제 1 표시부(14)와, 상기 프로세서(13)에 의해 연산된 오일압력을 표시하는 제 2 표시부(15)와, 상기 프로세서(13)에의해 연산된 오일온도를 표시하는 제 3표시부(16) 로 구성된 측정장치;
로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 프로세서(13)는 입력되는 정보(P1,P4,ΔP12,ΔP34,T1,T4)들을 이용하여 식(3), 식(4), 식(5)에 의해 ρ1: 공기가 혼입된 오일의 평균밀도, ρair: 공기의 밀도, ρoil: 오일의밀도 를 구하여 공기 혼입률(Xa)을 구하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 측정장치에는,
제 1 압력센서(2)의 출력단, 제 4 압력센서(5)의 출력단, 제 1 비교기(6)의 출력단, 제 2 비교기(7)의 출력단과 각각 연결되는 복수개의 진단전압 출력단자(18)가 형성되어 이 진단전압 출력단자(18)를 통해 압력센서(2~5)와 비교기(6,7)의 정상동작여부를 평가할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
도 3 은 오일에 포함되어있는 공기 혼입률을 측정하기위해 헤드 갤러리에 연결설치되는 우회관(1)를 도시한 것이다.
상기 우회관(1)은 'U'자 모양으로 형성되어 그 양끝부분이 도 6 에 도시된 바와같이 실린더헤드 내부에 형성된 헤드갤러리에 연결되고, 헤드갤러리를 순환하는 오일이 상기 우회관(1)의 내부로 이동되는 것이며, 상기 우회관(1)의 오일유입단으로부터 오일배출단에 이르기까지 제 1 내지 제 4 의 측정점(S1~S4)을 갖는다.
제 1 및 제 2 측정점(S1,S2)은 오일 유입단에 일정 단차를 갖도록 형성되고, 제 3 및 제 4 측정점(S3,S4)은 오일 배출단에 일정 단차를 갖도록 형성된다.
상기 제 1 측정점(S1)과 제 4 측정점(S4)의 높이가 동일하고, 또 제 2 측정점(S2)과 제 3 측정점(S3)의 높이가 동일하며, 우회관(1)의 중간부분은 중력방향으로 수직 설치된다.상기한 헤드갤러리는 실린더블럭 내의 메인갤러리(주오일통로)를 통해 공급되는 오일을 실린더헤드 내에 구비된 다수의 부품, 예를들면 캠, 캠샤프트 등과같은 부품에 공급하는 기능을 갖는다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 4 측정점(S1~S4)에는 그 지점을 통과하는 오일의 압력(P1~P4)을 측정하기위한 제 1 내지 제 4 압력센서(2~5)가 설치되어 있고, 제 1 측정점(S1)과 제 4 측정점(S4)에는 그 지점을 통과하는 오일의 온도(T1,T4)를 측정하기위한 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)가 각각 설치되어 있다.
여기서, 상기 우회관(1)을 이용한 오일의 공기혼입률(Xa) 연산식은 다음의 식(2)와 같이 표현된다.
식(2) ----(단, ρ1: 공기가 혼입된 오일의 편균밀도. ρair: 공기의 밀도, ρoil: 오일의 밀도, Patm: 대기압, P: 공기가 혼입된 오일의 압력)
여기서, 공기의 밀도(ρair)는 공기가 혼입된 오일의 온도(T)와 압력(P)으로부터 다음과 같이 구할 수 있고,
식(3)-----
오일의 밀도(ρoil)는 온도의 함수로 나타나므로 참고문헌으로부터 다음과같은 식(4)로 구할 수 있다.
식(4)----- ρoil= 899.48 - 0.5902×T - 0.00001247×T2
단, T: 오일온도,
공기가 혼입된 오일의 평균밀도(ρ1)는 헤드갤러리에 연결되고, 중력방향으로 설치된 우회관(1)에서 높이차가 h 인 두지점의 압력차(△P)로부터 구할수 있다.
식(5)-----
이때 상기 우회관(1) 내부를 흐르는 오일 유동에 의한 압력강하를 고려하여 상기 압력차(△P)는 식(6)에 의해 구할 수 있고,
식(6)-----
이를 이용해서 공기가 혼입된 오일의 압력(P)은 식(7)과같이 유추할 수 있다.
식(7)-----
또한, 우회관(1)을 따라 오일이 흐르면서 대기와 열전달에 의해 오일온도가 떨어지므로 오일의 평균온도(T)는 식(8)과같이 제 1 측정점(S1)과 제 4 측정점(S4)의 온도 T1,T4의 산술평균으로부터 구할수 있다.
식(8)-----
도 5 는 제 1 내지 제 4 압력센서(2~5)와 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)에서감지되는 감지값과 앞서 설명된 식(2) 내지 식(8)을 이용하여 공기혼입률(Xa)을 구하는 과정을 표시한 블럭다이어그램이다.
도 2 는 상기와같은 블럭다이어그램과 같은 과정에 의해 오일에 포함되어있는 공기혼입률(Xa)을 연산하는 측정장치를 도시한 것이다.
제 1 압력센서(2)의 출력값과 제 4 압력센서(5)의 출력값이 A/D컨버터(12)에 직접 인가되고, 제 1 압력센서(2)와 제 2 압력센서(3)의 출력값을 비교하여 제 1 측정점(S1)과 제 2 측정점(S2)의 오일압력차(ΔP12)를 검출하는 제 1 비교기(6)의 출력신호가 A/D컨버터(12)에 공급되도록 연결되어 있으며, 제 3 압력센서(4)와 제 4 압력센서(5)의 출력값을 비교하여 제 3 측정점(S3)과 제 4 측정점(S4)의 오일압력차(ΔP34)를 검출하는 제 2 비교기(7)의 출력신호가 A/D컨버터(12)에 공급되도록 연결되어 있다.
그리고, 제 1 온도센서(8)와 제 2 온도센서(9)의 후단에는 각각의 센서(8,9)로부터 출력되는 신호를 증폭및 신호처리하여 A/D컨버터(12)로 출력하는 제 1 및 제 2 신호처리부(10,11)가 연결되어 있다.
상기 측정장치에 사용되는 온도센서(8,9)는 열전대를 이용하여 온도를 측정하므로, 열전대신호를 증폭하고, 냉접점 온도 보상기능을 수행할 수 있는 열전대 신호변환기를 통해 전압신호를 얻고, 이로부터 온도를 측정한다.
도면부호 13은 A/D컨버터(12)를 통해 공급되는 각종 감지신호(P1,P4,ΔP12,ΔP34,T1,T4)를 이용하여 앞서 설명한 식들을 이용하여 공기혼입률(Xa)을 연산하는 프로세서를 나타낸다.
상기 프로세서(13)는 얻어진 공기혼입률(Xa)을 제 1 표시부(14)를 통해 출력하고, 공기혼입상태의 오일압력(P)은 제 2 표시부(15)를 통해 출력하며, 공기혼입상태의 오일온도(T)는 제 3 표시부(16)를 통해 출력한다.
도면부호 18은 진단전압 출력단자를 나타내는데 이 진단전압 출력단자(18)들은 제 1 압력센서(2)의 출력단, 제 4 압력센서(5)의 출력단, 제 1 비교기(6)의 출력단, 제 2 비교기(7)의 출력단과 각각 연결되어 작업자가 상기 진단전압 출력단자(18)를 통해 압력센서(2~5)와 비교기(6,7)의 정상동작여부를 평가할 수 있게된다.
도면부호 17은 키이부를 나타내는데 이 키이부(17)는 프로세서(13)의 연산동작을 위한 여러가지 백 데이타를 입력하기위한 것들이다.
도 4 는 측정장치의 전면판넬을 도시한 것으로서,
측정결과의 출력을 위한 제 1 내지 제 3 표시부(14~16)가 전면 좌측에 형성되어 있고, 우측 상단에는 복수개의 키이부(17)가 형성되어 있으며, 그 하단으로는 진단전압 출력단자(18)가 형성되어 있다.
또 상기 진단전압 출력단자(18)의 일측으로 압력센서(2~5)와 온도센서(8,9)가 접속되기위한 입력단자가 형성되어 있다.
본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
우회관(1)을 헤드갤러리에 연결한상태에서 엔진을 구동시키면 헤드갤러리내의 오일이 우회관(1)을 따라 이동한다.
이때, 상기 우회관(1)에 설치된 제 1 내지 제 4 압력센서(2~5)와 제 1 및 제2 온도센서(8,9)는 제 1 내지 제 4 측정점(S1~S4)을 통과하는 오일의 압력(P1~P4)과 온도(T1,T4)를 측정하여 출력한다.
제 1 비교기(6)와 제 2 비교기(7)는 상기 압력센서(2~5)로부터 출력되는 압력값을 이용하여 ΔP12와 ΔP34를 구하여 출력한다.
상기 센서와 비교기의 출력신호는 A/D컨버터(12)를 통해 디지탈신호로 변환되어 프로세서(13)로 입력된다.
프로세서(13)는 입력되는 정보들을 이용하여 식(3), 식(4), 식(5)에 의해 ρ1: 공기가 혼입된 오일의 평균밀도, ρair: 공기의 밀도, ρoil: 오일의밀도 를 구하고, 구해진 인자들을 이용하여 최종적으로 공기 혼입률(Xa)을 연산한다.
프로세서(13)는 연산과정에서 얻어진 공기혼입률(Xa)을 제 1 표시부(14)를 통해 출력하고, 또 그때의 압력(P)과 온도(T)를 제 2 및 제 3 표시부(15,16)를 통해 출력한다.
상기 설명과같은 본 발명에 의하면, 엔진 구동상태에서 헤드갤러리를 순환하는 오일의 공기혼입률을 실시간으로 측정할 수 있게되며, 측정을 위해 고온, 고압의 오일을 따로 드레인시키는 작업을 수행하지 않아도 되므로 안전하게 측정을 수행할 수 있게된다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 헤드갤러리에 'U' 모양의 우회관을 연결 설치하고, 이 우회관을 통과하는 오일의 압력과 온도를 복수의 지점에서 측정하며, 그 측정결과를 이용하여 오일에 포함되어있는 공기의 혼입률을 실시간으로 측정하도록 하므로서, 헤드갤러리에 존재하는 오일의 공기혼입률을 실시간으로 측정할 수 있고, 그 측정된 결과에 대한 신뢰도를 한층 더 높일 수 있으며, 공기혼입률 측정시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 혼입률 측정을 보다 안전하게 실시할 수 있도록 한 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

  1. 'U'자 모양으로 형성되고, 그 양측 끝부분이 헤드 갤러리에 연결되어 그 내부로 헤드갤러리의 오일이 순환되며, 오일유입단으로부터 오일배출단에 이르기 까지 제 1 내지 제 4 의 측정점(S1~S4)을 갖는 우회관(1)과;
    상기 제 1 내지 제 4 측정점(S1~S4)에 설치되어 그곳을 통과하는 오일의 압력(P1~P4)을 각각 측정하여 전기신호로 출력하는 제 1 내지 제 4 압력센서(2~5)와, 상기 제 1 측정점(S1)과 제 4 측정점(S4)에 설치되어 오일의 온도(T1,T4)를 측정하여 전기신호로 출력하는 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)와, 상기 제 1 및 제 2 온도센서(8,9)의 출력값을 증폭 및 신호처리하는 제 1 및 제 2 신호처리부(10,11)와, 상기 제 1 압력센서(2)와 제 2 압력센서의 측정값을 비교하여 제 1 및 제 2 측정점(S1,S2)을 통과하는 오일의 압력차(ΔP12)를 검출하는 제 1 비교기(6)와, 상기 제 3 압력센서(4)와 제 4 압력센서(5)의 측정값을 비교하여 제 3 및 제 4 측정점(S3,S4)을 통과하는 오일의 압력차(ΔP34)를 검출하는 제 2 비교기(7)와, 상기 제 1 및 제 4 압력센서(2,5), 제 1 및 제 2 비교기(6,7), 제 1 및 제 2 신호처리부(10,11)의 출력신호를 디지탈신호로 변환하여 프로세서(13)에 공급하는 A/D컨버터(12)와, 상기 A/D컨버터(12)를 통해 입력되는 여러가지 감지값을 이용하여 식(2)에 의해 공기 혼입률을 연산하며, 그 연산결과가 표시되도록 제어하는 프로세서(13)와, 상기 프로세서(13)에 의해 연산된 공기 혼입률을 % 단위로 표시하는 제 1 표시부(14)와, 상기 프로세서(13)에 의해 연산된 오일압력을 표시하는 제 2표시부(15)와, 상기 프로세서(13)에의해 연산된 오일온도를 표시하는 제 3 표시부(16) 로 구성된 측정장치;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서(13)는 입력되는 정보(P1,P4,ΔP12,ΔP34,T1,T4)들을 이용하여 식(3), 식(4), 식(5)에 의해 ρ1: 공기가 혼입된 오일의 평균밀도, ρair: 공기의 밀도, ρoil: 오일의밀도 를 구하여 공기 혼입률(Xa)을 구하는 것을 특징으로 하는 공기 혼입률 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정장치에는,
    제 1 압력센서(2)의 출력단, 제 4 압력센서(5)의 출력단, 제 1 비교기(6)의 출력단, 제 2 비교기(7)의 출력단과 각각 연결되는 복수개의 진단전압 출력단자(18)가 형성되어 이 진단전압 출력단자(18)를 통해 압력센서(2~5)와 비교기(6,7)의 정상동작여부를 평가할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 헤드갤러리의 공기 혼입률 측정장치.
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