KR100412592B1 - 밸브오버랩시 역류가스 유속 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치에 관한 것으로서,

종래에는 오버랩시 연소실로 역류되는 배기가스의 유속과 양을 정확히 측정하는 장치가 제공되지 않았기 때문에 연소실로 역류되는 배기가스의 양을 줄이기위한 정보를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 실린더헤드상에 배기밸브의 상면에 레이저빔을 조사하는 레이저프로브를 설치하고, 엔진 구동중 흡배기밸브가 오버랩되는 시점에서 상기 레이저프로브에서 조사되는 레이저빔을 이용하여 오버랩시 순간적으로 역류되는 배기가스의 유속을 정확하게 측정할 수 있도록 하므로서, 오버랩시 흡기의 원활한 충진을 방해하는 배기가스의 역류 속도 및 역류량을 정확히 측정하여 엔진설계에 중요자료로 사용할 수 있도록 한 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치에 관한 것이다.

Description

밸브오버랩시 역류가스 유속 측정장치{Velocity measuring device of backward gas on valve over-lab}

본 발명은 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치에 관한 것으로서, 특히 오버랩시 흡기의 원활한 충진을 방해하는 배기가스의 역류 속도 및 역류량을 정확히측정하여 엔진설계에 중요자료로 사용할 수 있도록 한 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 흡기포트와 배기포트상에 흡기밸브와 배기밸브가 설치되어 있고, 흡기행정→압축행정→팽창행정→배기행정으로 이루어지는 일련의 행정을 거치면서 연소실로 공급된 혼합기가 연소되면서 동력을 발생시키고 있다.

이러한 엔진은 배기행정과 흡기행정 사이에 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열리는 오버랩 구간이 존재한다.

이 오버랩 구간에는 흡기밸브와 배기밸브가 모두 열림에 따라 흡기포트를 통해 혼합기가 유입됨과 동시에 배기포트를 통해 배기가스가 배출되어 진다.

그러나, 오버랩 구간에서 배기포트의 압력이 연소실 내부의 압력보다 높게되므로 배기포트로 배출되던 배기가스가 연소실 측으로 역류하는 현상이 발생하게된다.

이와같은 배기가스의 역류는 연소실로의 혼합기 유입을 방해하는 원인으로 작용하게되어 엔진의 성능을 저하시키게 된다.

그러나, 종래에는 오버랩시 연소실로 역류되는 배기가스의 유속과 양을 정확히 측정하는 장치가 제공되지 않았기 때문에 연소실로 역류되는 배기가스의 양을 줄이기위한 정보를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

따라서,상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 실린더헤드상에 배기밸브의 상면에 레이저빔을 조사하는 레이저프로브를 설치하고, 엔진 구동중 흡배기밸브가오버랩되는 시점에서 상기 레이저프로브에서 조사되는 레이저빔을 이용하여 오버랩시 순간적으로 역류되는 배기가스의 유속을 정확하게 측정할 수 있도록 하므로서, 오버랩시 흡기의 원활한 충진을 방해하는 배기가스의 역류 속도 및 역류량을 정확히 측정하여 엔진설계에 중요자료로 사용할 수 있도록 한 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 밸브오버랩시 역류가스 유속 측정장치를 보인 블럭도.

도 2 는 본 발명에 적용된 레이저 프로브의 설치상태를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 레이저발생부, 2: 중계기,

3: 레이저 프로브, 4: PM튜브,

5: 분석기, 6: 오실로스코프,

7: PC, 8: 제 1 아답터,

9: 쿼츠윈도우, 10: 제 2 아답터,

11: 실링부재, 12: 실린더헤드,

13: 배기밸브, 16: 배기포트,

도 1 과 도 2 는 상기 목적달성을 위한 본 발명의 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치의 바람직한 실시예를 도시한 것으로서, 이 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 구성을 설명하면,

실린더헤드(12)에 형성되는 흡기포트(15)와 배기포트(16)를 개폐하기위한 흡기밸브(13)와 배기밸브(14)가 형성되어 있는 것에 있어서,

역류가스 유속측정을 위한 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부(1)와;

상기 레이저발생부(1)에서 발생된 레이저빔을 파장이 다른 두 빔으로 분리하여 레이저프로브(3)에 공급하고, 레이저프로브(3)로부터 공급되는 산란빛을 PM튜브(4)를 통해 증폭시켜 분석기(5)로 공급하는 중계기(2)와;

배기밸브(14)의 상면을 향하도록 실린더헤드(12)상에 압입설치되고, 중계기(2)로부터 공급되는 레이저를 배기밸브(14)의 상면을 향해 조사하고, 배기밸브(14)의 상면을 통과하는 배기가스의 금속입자에 의해 산란되는 빛을 수광하여 중계기(2)로 공급하는 레이저프로브(3)와;

PM튜브(4)를 통해 공급되는 산란빛을 이용하여 배기가스의 순간역류속도를 검출하는 분석기(5)와;

상기 분석기(5)에서 검출된 순간역류속도를 분석 표시하는 오실로스코프(6)와;

상기 분석기(5)에서 검출된 순간역류속도를 저장하는 PC(7); 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 레이저 프로브(3)를 실린더헤드(12)에 고정하는 수단으로서,

관형태의 제 1 아답터(8)를 실린더헤드(12)상에 압입하고, 제 1 아답터(8)의 출구측에 레이저 프로브(3)에서 조사된 일정 파장대역의 레이저빔을 투과시키는 쿼츠윈도우(9)(Quartz window)를 설치하며, 제 1 아답터(8)의 내측으로 쿼츠윈도우(9)의 고정 및 레이저프로브(3)의 장착을 위한 제 2 아답터(10)를 끼워 삽입하여 이 제 2 아답터(10)의 내측으로 레이저프로브(3)가 삽입될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 쿼츠윈도우(9)와 제 2 아답터(10)의 사이에 석면재질로 형성된 실링부재(11)를 결합한 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 조립과정을 설명하면,

실린더헤드(12)상에 관형태의 제 1 아답터(8)를 압입한다.

상기 제 1 아답터(8)는 그 출구측이 배기밸브(14)의 상면을 향하도록 하고, 이 제 1 아답터(8)의 출구측에는 레이저프로브(3)에서 조사되는 일정파장(200~600nm)의 레이저빔을 투과시키는 쿼츠윈도우(9)가 형성된다.

상기 쿼츠윈도우(9)는 고온, 고압 환경에서 견딜 수 있도록 제작하는 것이 바람직하다.

제 1 아답터(8)가 설치되면, 이 제 1 아답터(8)의 안쪽으로 관형태의 제 2 아답터(10)를 끼워넣는다.

제 2 아답터(10)는 제 1 아답터(8)에 삽입되면서 쿼츠윈도우(9)를 고정하며, 이 제 2 아답터(10)의 출구측 안쪽으로는 석면재질로 형성된 실링부재(11)를 설치하여 기밀유지가 구현되도록 하였다.

상기 제 2 아답터(10)에는 레이저빔 조사를 위한 레이저 프로브(3)를 끼워 넣는다.

레이저프로브(3)는 광섬유에 의해 중계기(2)와 연결되고, 중계기(2)는 레이저발생기(1)로부터 레이저빔을 공급받아 레이저 프로브(3)로 공급한다.

중계기(2)는 PM튜브(4)를 통해 분석기(5)와 연결되어 레이저프로브(3)로부터 공급되는 산란빛을 분석기(5)로 공급한다.

상기 레이저프로브(3)에서 조사된 레이저빔은 배기밸브(14)의 상면에 모아지도록 하며, 상기 배기밸브(14)의 상면이 유속 측정영역(A)이 되는 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면,

오버랩시 레이저발생부(1)에서 레이저빔이 발생되어 중계기(2)로 공급되고, 중계기(2)는 공급되는 레이저빔을 파장이 다른 2개의 빔으로 분리하여 광섬유를 통해 레이저 프로브(3)로 공급한다.

상기 레이저 프로브(3)는 광섬유를 통해 공급되는 레이저를 배기밸브(14)의 상면을 향해 조사하며, 상기 레이저 프로브(3)에서 조사된 레이저빔은 쿼츠윈도우(9)를 통과하면서 배기밸브(14)의 상면에 형성되는 유속 측정영역(A)에 한데 모아져 일정크기의 유속 측정 체적을 만들게된다.

오버랩시 배기포트(16) 측에서 연소실(17)측으로 순간 역류하는 배기가스가 상기 유속측정영역(A)을 통과하면, 배기가스에 포함되어있는 금속입자(TiO₂) 에 의해 레이저빔이 산란되면서 그 산란빛이 다시 레이저 프로브(3)를 통해 중계기(2)로 공급된다.

상기 중계기(2)는 레이저 프로브(3)로부터 유입되는 산란빛을 PM튜브(4)를 통해 증폭시켜 분석기(5)로 공급한다.

상기 분석기(5)는 PM튜브(4)를 통해 공급되는 산란빛을 이용하여 배기포트(16)에서 연소실(17) 측으로 역류하는 배기가스의 순간속도를 측정한다.

상기 분석기(5)에서 측정되는 배기가스의 순간속도는 오실로스코프(6)에 표시되며, 또 PC(7)에 저장되어 작업자가 후에 저장된 데이타를 분석할 수 있게된다.

이와같이 동작하는 본 발명을 이용하면 오버랩 영역에서 배기포트 측에서 연소실 측으로 역류하는 배기가스의 유속 및 유량을 정확히 측정할 수 있게되므로서, 이를 방지하기위한 데이타로서 적극 참조할 수 있으므로 엔진개발에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 실린더헤드상에 배기밸브의 상면에 레이저빔을 조사하는 레이저프로브를 설치하고, 엔진 구동중 흡배기밸브가 오버랩되는 시점에서 상기 레이저프로브에서 조사되는 레이저빔을 이용하여 오버랩시 순간적으로 역류되는 배기가스의 유속을 정확하게 측정할 수 있도록 하므로서, 오버랩시 흡기의 원활한 충진을 방해하는 배기가스의 역류 속도 및 역류량을 정확히 측정하여 엔진설계에 중요자료로 사용할 수 있도록 한 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 실린더헤드(12)에 형성되는 흡기포트(15)와 배기포트(16)를 개폐하기위한 흡기밸브(13)와 배기밸브(14)가 형성되어 있는 것에 있어서,

   역류가스 유속측정을 위한 레이저빔을 발생시키는 레이저발생부(1)와;

   상기 레이저발생부(1)에서 발생된 레이저빔을 파장이 다른 두 빔으로 분리하여 레이저프로브(3)에 공급하고, 레이저프로브(3)로부터 공급되는 산란빛을 PM튜브(4)를 통해 증폭시켜 분석기(5)로 공급하는 중계기(2)와;

   배기밸브(14)의 상면을 향하도록 실린더헤드(12)상에 압입설치되고, 중계기(2)로부터 공급되는 레이저를 배기밸브(14)의 상면을 향해 조사하고, 배기밸브(14)의 상면을 통과하는 배기가스의 금속입자에 의해 산란되는 빛을 수광하여 중계기(2)로 공급하는 레이저프로브(3)와;

   상기 레이저프로브(3)에서 조사된 레이저 빔이 배기밸브(14)의 상면에 형성되는 유속측정영역(A)에 한데 모아지도록 하는 쿼츠윈도우(9)와;

   PM튜브(4)를 통해 공급되는 산란빛을 이용하여 배기가스의 순간역류속도를 검출하는 분석기(5)와;

   상기 분석기(5)에서 검출된 순간역류속도를 분석 표시하는 오실로스코프(6)와;

   상기 분석기(5)에서 검출된 순간역류속도를 저장하는 PC(7); 로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브오버랩시 역류가스 유속 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 프로브(3)를 실린더헤드(12)에 고정하는 수단으로서,

   관형태의 제 1 아답터(8)를 실린더헤드(12)상에 압입하고, 제 1 아답터(8)의 출구측에 일정 파장의 레이저빔을 통과시키는 쿼츠윈도우(8)를 설치하며, 제 1 아답터(8)의 내측으로 쿼츠윈도우(9)의 고정 및 레이저프로브(3)의 장착을 위한 제 2 아답터(10)를 끼워 삽입하여 이 제 2 아답터(10)의 내측으로 레이저프로브(3)가 삽입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 쿼츠윈도우(9)와 제 2 아답터(10)의 사이에 석면재질로 형성된 실링부재(11)를 결합한 것을 특징으로 하는 밸브 오버랩시 역류가스 유속 측정장치.