KR100448123B1 - 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 가압된 압력의 저하로 실린더 헤드의 크랙이 발생하였음을 파악하는 방법과는 달리 일정한 압력을 냉각수 통로에 가압한 후, 각각의 부위의 압력 상승을 측정하여 실린더 헤드의 크랙 발생 위치 및 여부를 정확하게 파악할 수 있도록 한 자동차용 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 제공하고자 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 엔진블럭의 냉각수 입구와 실린더헤드의 냉각수 출구에 연결된 엔진 냉각수 온도 조절기와, 상기 냉각수 출구쪽에 동시에 연결된 냉각수 바이패스 호스를 포함하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 있어서, 실린더헤드의 양쪽에 위치하는 흡기 및 배기 매니폴드와, 실린더헤드의 상면쪽에 위치하는 블로바이 가스 파이프에 압력 측정용 호스를 연결하고, 상기 압력 측정용 호스의 끝에는 압력계를 연결 설치하며, 상기 냉각수 바이패스 호스에는 정압밸브와 압력공급원을 나란히 연결 설치하여서 달성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 제공한다.

Description

실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치{Device for knowing crack of cylinder head}

본 발명은 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대상 및 차량의 엔진 내구 시험시 실린더 헤드 부위에 크랙이 발생하여, 워터 재킷과 관통되었는지를 판단/확인할 수 있도록 한 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 엔진의 구성을 보면, 피스톤의 왕복운동이 이루어지는 다수개의 실린더를 갖는 엔진블럭과, 이 엔진블럭의 위에 설치되는 실린더 헤드를 포함하고, 특히 실린더 헤드의 안쪽에 피스톤과 실린더와 함께 연소실이 형성되어 있고, 실린더 헤드의 위쪽에는 캠축과 밸브 및 밸브개폐기구가 설치되어 있으며, 그 외부에는 흡배기 매니폴드 및 점화플러그등이 설치되어 있다.

또한, 엔진블럭과 실린더헤드에는 냉각수의 순환통로로서 워터재킷이 내부에 형성되어 있는 바, 이 워터재킷은 통상 실린더블럭 또는 실린더헤드와 일체로 주조되어 있다.

현재 개발중에 있는 승용디젤엔진의 내구성에서 가장 큰 문제로 부상되고 있는 것이 실린더 헤드의 크랙 발생에 관한 것으로서, 더욱 강화되는 환경규제와 보다 높은 성능을 구현하기 위하여 개발중인 엔진의 연소압이 180bar에 이르고 향후 200bar를 넘을 것으로 추정되고 있다.

이렇게 연소압이 증가함에 따라, 실린더 헤드의 볼트 체결력이 상승하고, 또한 엔진 운전중의 실린더 헤드 리프트(lift)량이 증가하여 실린더헤드에서 발생하는 응력과다로 인한 크랙이 발생하고, 이로 인하여 워터재킷과의 관통으로 인하여 냉각수가 실린더헤드의 내부로 유입되는 현상이 발생할 수 있다.

이에, 엔진 대상 시험중에 실리더 헤드의 크랙 발생에 따른 워터 재킷과의 관통유무를 확인하기 위하여 현재 엔진 냉각수를 가압하여 확인하는 방법을 채택하여 사용하고 있다.

이러한 엔진 내구시험시, 실린더 헤드의 크랙 발생에 의한 워터재킷과의 관통 유무를 확인하는 기존의 시험장치 및 방법을 첨부한 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.

엔진블럭(10)의 냉각수 입구(12)와 실린더헤드(14)의 냉각수 출구(16)에 각각 엔진 냉각수 온도 조절기(22)를 연결 설치하고, 냉각수 출구(16)쪽에는 동시에 냉각수 바이패스 호스(24)를 연결하며, 이 냉각수 바이패스 호스(24)에는 개폐밸브(44)와 가압펌프(46)를 나란히 연결 설치하게 된다.

또한, 상기 실린더헤드(14)의 냉각수 출구(16)와 상기 엔진냉각수 온도 조절기(18) 사이를 연결하는 냉각수 출구라인(20)상에는 압력계(38)가 설치되어진다.

물론, 상기 엔진을 구동시키기 위한 동력계가 엔진블럭의 일측에 연결 설치되어 있다.

이러한 구성으로 이루어진 기존의 시험장치의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 동력계에 의한 엔진의 구동과 함께 냉각수가 순환을 하게 되는 바, 엔진 냉각수 온도 조절기로부터 냉각수 입구라인을 따라 냉각수가 엔진블럭의 냉각수 입구로 유입된다.

이어서, 냉각수는 엔진블럭의 워터재킷을 순환하는 동시에 실린더헤드의 워터재킷을 순환한 후, 실린더헤드의 냉각수 출구를 빠져나가 냉각수 출구라인을 따라 다시 엔진 냉각수 온도 조절기로 복귀되어 냉각이 되어진다.

이와 같은 엔진의 구동과 냉각수의 순환중에 상기 밸브를 개방하는 제1단계, 가압펌프를 작동시켜 상기와 같은 엔진 냉각순환회로에 압력을 가하게 되는 제2단계, 상기 압력계를 보면서 압력을 약 2bar수준이 되도록 가압하는 제3단계를 진행하게 된다.

이와 같은 3단계 진행 후, 상기 밸브를 닫고 압력계의 표시값이 변화하는지를 관찰한다.

상기 압력계의 관찰결과, 압력이 내려가면 엔진 냉각수 시스템에 문제가 발생된 것으로 판단하게 되는데, 특히 상기 밸브를 닫은 상태에서 압력이 떨어지면 실린더헤드에 문제가 있는 것으로 판단하게 된다.

즉, 실린더헤드에 크랙이 발생하여 냉각수의 누수가 일어나는 것으로 판단하게 된다.

상기 실린더 헤드에 크랙이 미세한 경우에는 실린더헤드를 절단하여 평가하여도 크랙의 위치를 파악하기 어렵기 때문에, 흡기 매니폴드를 탈거한 후, 흡기포트가 육안으로 확인이 가능하도록 조치한 다음, 상술한 3단계 작업을 반복적으로 실시하여, 실린더헤드의 크랙 유무(냉각수의 누수유무)를 확인하게 된다.

일반적으로 포트부는 연소실쪽으로 기울어져 있어서 누수된 냉각수는 연소실(피스톤 상부)로 먼저 유입되고, 그런 다음 포트부 바깥으로 흘러나와 관찰이 가능하다.

보다 상세하게는 피스톤이 상사점에 위치하여 연소실체적을 줄여줌으로써, 냉각수 압력이 가압된 상태에서 엔진을 천천히 회전시키면 이상 현상을 조기에 확인할 수 있다.

그러나, 위와 같은 종래의 시험 장치 및 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 실질적으로 실린더헤드에 의한 압력저하보다는 엔진 냉각수 온도 조절장치와 엔진의 냉각수 통로에서 발생하는 누수에 의한 압력 저하가 더 빈번하여, 누수를 차단하는 것이 불가능하였다.

둘째, 기존의 방법은 대상 내구시험실에서는 확인 가능하였으나, 차량 내구 시험시에는 흡배기 매니폴드를 탈거하기 위하여 엔진 전체를 탈거하여야 하는 작업상 문제점이 있다.

셋째, 가압에 의해 누수된 냉각수의 양이 매우 적을 경우에는 누수의 확인이 어렵고, 누수확인을 위해서는 다량의 냉각수가 누수될 때까지 장시간 기다려야 하는 단점이 있다.

넷째, 특히 실린더 헤드의 크랙에 의한 워터재킷과의 관통 발생 부위가 흡배기 매니폴드에서는 확인 가능하나, 실린더헤드 상면에서 발생할 경우 확인할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명한 것으로서, 기존의 가압된 압력의 저하로 실린더 헤드의 크랙이 발생하였음을 파악하는 방법과는 달리 일정한 압력을 냉각수 통로에 가압한 후, 각각의 부위의 압력 상승을 측정하여 실린더 헤드의 크랙 발생 위치 및 여부를 정확하게 파악할 수 있도록 한 자동차용 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은:

엔진블럭의 냉각수 입구와 실린더헤드의 냉각수 출구에 연결된 엔진 냉각수 온도 조절기와, 상기 냉각수 출구쪽에 동시에 연결된 냉각수 바이패스 호스를 포함하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 있어서,

실린더헤드의 양쪽에 위치하는 흡기 및 배기 매니폴드와, 실린더헤드의 상면쪽에 위치하는 블로바이 가스 파이프에 압력 측정용 호스를 연결하고, 상기 압력 측정용 호스의 끝에는 압력계를 연결 설치하며, 상기 냉각수 바이패스 호스에는 정압밸브와 압력공급원을 나란히 연결 설치하여서 달성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 흡기 매니폴드 및 블로바이 가스 파이프와, 상기 압력 측정용 호스간은 일측단에 밀폐 삽입형 단차부를 갖는 지그에 의하여 연결된것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 배기 매니폴드에는 압력측정용 호스를 연결하기 위하여 지그가 볼팅으로 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력공급원은 일반 압축공기 또는 고압의 질소 압축공기를 이용하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 나타내는 개략도,

도 2와 3은 본 발명에 따른 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 이용되는 지그를 나타내는 개략도,

도 4는 종래의 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진블럭 12 : 냉각수 입구

14 : 실린더 헤드 16 : 냉각수 출구

18 : 냉각수 입구라인 20 : 냉각수 출구라인

22 : 엔진 냉각수 온도 조절기 24 : 냉각수 바이패스 호스

26 : 정압밸브 28 : 압력공급원

30 : 흡기 매니폴드 32 : 배기 매니폴드

34 : 블로바이 가스 파이프 36 : 압력 측정용 호스

38 : 압력계 40, 42 : 지그

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 기존의 방법과는 달리 엔진을 탈거하지 않고도 냉각수 회로에서의 누수와 상관없이 실린더헤드의 크랙 발생 부위를 정확하게 파악할 수 있도록 한 것이다.

여기서 본 발명에 따른 장치의 구성을 상세하게 설명한다.

엔진블럭(10)에 형성된 냉각수 입구(12)와 실린더헤드(14)에 형성된 냉각수 출구(16)에 각각 냉각수 입구라인(18)과 냉각수 출구라인(20)을 이용하여 엔진 냉각수 온도 조절기(22)가 연결 설치되고, 상기 냉각수 출구(16)쪽에는 동시에 냉각수 바이패스 호스(24)를 연결되어진다.

이때, 상기 냉각수 바이패스 호스(24)에는 정압밸브(26)와 압력공급원(28)을 나란히 연결 설치하는 바, 상기 압력공급원은 일반 압축공기 또는 질소와 같은 고압의 압축공기를 이용하는 것이 바람직하고, 단 5Bar 이상의 압력을 확보할 수 있는 수단이어야 한다.

특히, 상기 실린더헤드(14)의 양쪽에 위치하는 흡기 및 배기 매니폴드(30,32)와, 실린더헤드(14)의 상면쪽에 위치하는 블로바이 가스 파이프(34)에 압력 측정용 호스(36)를 연결하게 되는데, 이 각각의 압력 측정용 호스(36)의 끝에는 측정을 위한 압력계(38)를 연결 설치하게 된다.

바람직하기로는, 상기 압력계는 최대 1bar까지 측정할 수 있는 것을 설치하여 미세한 압력의 변동도 확인할 수 있게 한다.

이때, 상기 흡기 매니폴드(30) 및 블로바이 가스 파이프(34)에 러버호스를 밀폐 삽입하고, 이 러버 호스에는 도 2에 나타낸 바와 같이 일측단에 밀폐 삽입형 단차부를 갖는 지그(40)를 삽입 연결하며, 이 지그(40)에 압력 측정용 호스(36)를 연결하게 된다.

또한, 상기 배기 매니폴드(32)에는 압력측정용 호스(36)를 연결하기 위하여 도 3에 도시한 바와 같은 'T'자 형상의 지그(42)가 볼팅으로 장착되고, 이 지그(42)에 압력 측정용 호스(36)가 연결되어진다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 시험장치의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 엔진의 냉각수 경로에 있는 냉각수를 빼낸 다음, 상기 압력공급원(28)을 이용하여 압력을 공급하게 되는 바, 이때의 압력은 상기 정압밸브(26)에서 2bar로 설정하여 항상 일정하게 공급되어진다.

즉, 엔진의 냉각수 경로에서 누수가 발생하더라도, 일정한 압력을 정압밸브에서 계속 공급함에 따라, 냉각수 회로에 일정한 압력을 유지할 수 있어 완벽한 실링을 유지할 필요가 없어진다.

이렇게 압력을 제공하여 일정 시간이 지난 후, 압력계의 압력변화를 관찰하게 되는 바, 흡기 매니폴드(30)에서 크랙이 발생하였다면 흡기 매니폴드(30)내의 압력이 상승하여 연결된 압력계(38)의 압력게이지가 상승하게 된다.

또한, 배기 포트에서 크랙이 발생하였다면, 배기 매니폴드(32)와 연결된 압력계(38)의 압력게이지가 상승하게 된다.

또한, 실린더헤드(14)의 상면에서 크랙이 발생하였다면, 헤드커버 및 오일 팬의 내부 압력이 상승하여 블로바이 가스 파이프(34)와 연결된 압력계(38)의 압력게이지가 상승하게 된다.

물론, 압력계의 압력변동이 없다면, 실린더헤드 및 워터재킷간의 크랙에 의한 관통 현상이 발생되지 않은 것으로 판단하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 의하면, 기존의 방법과는 달리 엔진을 탈거하지 않고도 냉각수의 경로에서 발생되는 누수와 상관없이 실린더헤드의 크랙 발생 여부와 위치를 정확하게 파악할 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 실린더 헤드의 크랙 위치를 정확하게 파악하여 실제 크랙을 관찰하고 분석하기가 용이하며, 기존에 장시간을 필요로 하는 실린더헤드의 크랙 발생 내구 시험을 정기적인 검사로 단축할 수 있고, 실린더헤드의 개발기간을 단축시킬 수 있는 파장효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 엔진블럭의 냉각수 입구와 실린더헤드의 냉각수 출구에 연결된 엔진 냉각수 온도 조절기와, 상기 냉각수 출구쪽에 동시에 연결된 냉각수 바이패스 호스를 포함하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치에 있어서,

   실린더 헤드(14)의 양쪽에 위치하는 흡기 및 배기 매니폴드(30,32)와, 실린더헤드(14)의 상면쪽에 위치하는 블로바이 가스 파이프(34)에 압력 측정용 호스(36)를 연결하고, 상기 압력 측정용 호스(36)의 끝에는 압력계(38)를 연결 설치하며, 상기 냉각수 바이패스 호스(24)에는 정압밸브(26)와 압력공급원(28)을 나란히 연결 설치하여서 달성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡기 매니폴드(30) 및 블로바이 가스 파이프(34)와, 상기 압력 측정용 호스(36)간은 일측단에 밀폐 삽입형 단차부를 갖는 지그(40)에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 매니폴드(32)에는 압력측정용 호스(36)를 연결하기 위하여 지그(42)가 볼팅으로 장착되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 압력공급원(28)은 일반 압축공기 또는 고압의 질소 압축공기를 이용하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 크랙 발생 확인 장치.