KR100527942B1 - 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치는 로드셀상에 배치된 베이스의 빈 공간에 위치한 실린더헤드면위로 지그장치를 설치하고, 상기 지그장치내에서 상하로 유동이 가능한 플로우트밸브를 설치하며, 상기 지그장치 외부로는 지그장치를 통하여 실린더헤드로 용액이 주입되도록 한 용액주입관을 설치하고, 상기 용액주입관으로부터 유입된 용액이 상기 실린더헤드내에 충만하기 시작한 순간부터 상기 플로우트밸브가 상부로 유동하여 상기 지그장치의 내면과 폐쇄 밀봉되는 경우 이를 검지하기 위한 센서장치와 이 센서장치와 전기적으로 연결된 전자제어장치를 포함함으로써 연소실 용적을 정확하게 계량하고 있다.

Description

자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치{Device for measuring volume of combustion room of cylinder head of an automobile}

본 발명은 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 자동차 실린더헤드의 연소실 용적을 더욱 정확하게 계량하고, 연소실 용적을 연속적으로 측정할 수 개선된 발명에 관한 것이다.

자동차 엔진을 이루는 실린더헤드는 실린더 블록위에 설치되며, 가스나 물이 새는 것을 방지하기 위해 개스킷을 대고 볼트로 조여 블록에 결합되어 있다. 실린더헤드의 안쪽은 피스톤 및 실린더와 함께 반구형 혹은 쐐기형의 연소실을 형성하고 있으며, 헤드의 위쪽은 캠 축과 밸브 및 밸브개폐기구가 설치되어 있고 그 외부에는 흡배기 매니폴드 및 점화 플러그등이 부착되어 있다.

이러한 실린더헤드를 구비한 엔진의 성능은 여러 가지 인자에 의하여 영향을 받는다. 그중에서 압축비는 피스톤이 하사점에 있을 때의 총 체적(행정 체적(V) + 연소실 용적(Vc))에 대한 연소실 용적(Vc)의 비율을 말하며, "(V/Vc)+1"의 값으로 정의된다. 1은 상수이므로 현장 실무에서는 간단히 (V/Vc)의 값을 압축비로 사용하기도 한다. 여기서, 연소실 용적이 압축비에 큰 영향을 미침을 알 수 있다.

도 1에는 실린더헤드(1), 피스톤(1'), 실린더헤드가스켓(G) 및 피스톤용가스켓(G')을 구비한 실린더의 상부 구조를 도시하고 있다. 연소실 용적(Vc)은 실린더헤드 용적(S1), 가스켓(G)의 밀봉 면적(S2), 피스톤의 위치 체적(S3), 가공 형상을 반영한 피스톤의 S면 체적(S4) 및 피스톤 탑 랜딩부 체적(S5)을 모두 더한 값이다. 이중에서 (S2)는 대략 2-3cc, (S3)는 대략 2-3cc, (S4)는 대략 2-3cc, (S5)는 대략 1cc 정도의 소량으로서 압축비의 결정에 큰 영향을 미치지 않고, 또 형상이 정형화되어 용적을 구하기가 쉬운 편이나, 실린더헤드 용적(S1)은 약 50cc에 이르므로 정확한 부피(용적)를 구할 필요가 있다.

도 2a를 참조로 선행 기술에서 연소실 용적을 측정하는 과정을 살펴 보면, 상자형의 베이스의 빈 공간에 실린더헤드(1)를 전도하여 위치시키고, 커버 중앙의 개구부를 통하여 실린더 헤드(1)용액을 주입시켜 용액이 개구부면과 평행하게 충만 하였을때 용액의 주입을 중단하고, 이 때 읽은 용액주입부의 눈금을 목측하여 이 값을 연소실의 용적치로 결정하고 있다. 용액으로는 통상적으로 상온 상태의 물이 사용되고 있다.

그런데, 이러한 선행 기술은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

즉, 도 2b에 도시한 것과 같이, 용액은 그 표면 장력에 의하여 도시된 것과 같은 파면을 이루게 되는데, 그 파면의 기준선을 정하기가 어려우며 목측에 의해서는 다른 위치의 파면을 기준으로 삼는 것과 같은 오류가 발생할 우려가 있다. 이러한 경우 대개 0.6 - 0.8cc정도의 오차가 반복하여 발생할 수 있으며, 이는 압축비 계산의 편차와 엔진의 성능 평가 오차 유발의 원인이 된다. 이러한 문제에도 불구하고 종래의 연소실 용적 측정은 랜덤 샘플링 방식에 의존하고 있어 소재 부품 별, 가공 작업 별의 관리는 되지 않고 있다.

그러므로, 본 발명은 자동차 실린더헤드의 연소실 용적을 더욱 정확하게 계량하고, 연소실 용적을 연속적으로 측정할 수 개선된 연소실 용적 측정 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치는 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치에 있어서, 상기 장치는 로드셀과, 로드셀상에 배치된 베이스의 빈 공간에 위치한 실린더헤드면위로 지그장치를 설치하고, 상기 지그장치내에서 상하로 유동이 가능한 플로우트밸브를 설치하며, 상기 플로우트밸브가 상부로 유동하여 상기 지그장치의 내면과 폐쇄 밀봉되는 경우 이를 검지하기 위한 센서장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱, 본 발명은 상기 지그장치 외부로는 지그장치를 통하여 실린더헤드로 용액이 주입되도록 한 용액주입관을 설치하고, 상기 용액주입관으로부터 유입된 용액이 상기 실린더헤드내에 충만하기 시작한 순간부터 상기 플로우트밸브가 상부로 유동하여 상기 지그장치의 내면과 폐쇄 밀봉되는 경우 이를 검지하기 위한 센서장치와 이 센서장치와 전기적으로 연결된 전자제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 자동차 실린더 헤드의 연소실 용적 측정 장치의 측면도를 도시하고 있다.

실린더헤드(1)는 베이스(10')의 빈 공간에 전도되어 위치하고 있다. 베이스의 하부에는 로드셀(L)이 위치하고 있다. 베이스의 양측면으로부터 실린더헤드의 최상면(전도된 상태의 도면에서의 윗부분을 말한다.)으로는 이와 평행하게 면일을 이루어 수평프레임(12)이 설치되고, 수평프레임(12)과 연이어서는 상부에 목부(100; 도 4 참조)를 가진 수직프레임(10)이 설치되어 있다. 수평프레임(12)은 실린더헤드(1)를 완전히 커버하는 평판 형상인 것이 바람직하다. 수직프레임(10)은 전체적으로 원기둥 형상을 가지는 것이 바람직하며, 그 상부 위에는 용액주입관(20)이 펌프(P)와 연결되어 있다. 수평프레임과 수직프레임은 지그 장치를 형성한다.

본 발명의 연소실 용적 측정장치에 있어서는, 수직프레임(10)의 내벽을 통해서 플로우트밸브(30)가 상하로 유동하도록 하고 있다. 펌프(P)와 용액주입관(20)을 통하여 도입된 용액은 플로우트밸브(30)와 수직프레임(10)간의 내벽을 통하여 흘러 실린더헤드(1)안으로 주입된다. 도 3은 실린더헤드(1)에 용액이 충만한 상태에서 플로우트밸브(30)가 부유한 상태를 도시하고 있다.

도 4를 참조로, 본 발명의 수직프레임의 목부 구조 및 플로우트밸브(30)의 작용을 상세히 설명한다.

수직프레임(10)의 목부(100)는 상호 대향하여 좁은 통로의 쓰로틀을 형성하고 있으며, 목부(100)의 최상단 지점의 한쪽벽으로는 드레인(d)이 관통하여 탱크와 연결되어 있다. 목부(100)아래로는 부드러운 곡선의 경사면(102)이 연이어 형성되어 있다. 경사면(102) 아래 쪽의 수직프레임(10)에는 검사층(S')이 벽을 관통하여 설치되어 있으며, 검사층(S')과 대향한 외부에는 센서로서의 검지부(S)가 전자제어장치(ECU)에 연결되어 있다. ECU는 로드셀(L) 및 펌프(P)와 전기적으로 연결되며, 메모리, 프로그램, 인터페이스등을 구비하고 있다.

플로우트밸브(30)는 상부에 폭이 좁고 긴 형상의 가이드부(32)를 구비하고 있으며 몸체 하부에는 예를 들어 도전층이나 마그네틱 홀을 구성하는 피검사층(S")을 구비하고 있다. 가이드부(32)의 폭은 쓰로틀의 개구 크기와 일치하고, 플로우트밸브(30)의 가이드부(32)외면과 그 하부면은 목부(100) 및 경사면(102)의 형상과 정합되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또, 피검사층(S")은 바람직하게는 밸브외주면상에 부착되며, 촬상센서를 이용하는 경우에는 플로우트밸브와 구별되는 유색의 밴드 형상을 이용하여도 좋다.

도 4는 플로우트밸브(30)가 용액의 주입에 의하여 점차 상승하여 목부(100)의 쓰로틀에 접한 상태를 도시하고 있다. 이 때, 가이드부(32)는 쓰로틀을 밀봉 폐쇄하며, 가이드부(32)에 연이은 하부면은 상기 경사면(102)과 맞닿아 밀봉면을 제공한다. 도면의 사선 부분은 이와 같이 형성된 밀봉 영역을 도시하고 있다. 플로우트밸브(30)의 최대 상승 위치에서, 검사층(S')과 피검사층(S")은 수평 방향으로 정렬되어 대향하며, 예를 들어 촬상센서로 이루어진 검지부(S)는 이를 검지하여 ECU에 신호를 전송하며, ECU는 상기 신호를 토대로 펌프(P)의 작동을 정지시키는 신호를 송출함으로써 수직프레임(10)내부로의 용액의 주입이 중단된다. 본 발명의 신호 검출에 관련되는 구성(S, S', S")은 위치 탐지가 가능한 여하한 센서 구조로 치환할 수 있는 것이다.

이상 설명한 본 발명의 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치에 있어, 연소실 용적의 측정은 다음과 같이 행한다.

먼저, 도 4에서, 플로우트밸브(30)가 연소실의 최상면에서 부유하여 쓰로틀을 밀봉하기까지 이루는 수직프레임(10)내의 공간의 체적(V')을 구하여 이를 ECU의 메모리에 기입한다. 이 값은 용적실 측정 이전의 실험을 통하여 쉽게 구할 수 있다. 다음, 베이스(10')에 실린더헤드(1)를 위치시키고 본 발명의 지그장치, 플로우트밸브(30) 및 펌프(P)등의 부재를 위치시키고, 이때 로드셀(L)이 지시하는 초기 질량(G1)을 측정한다. 초기 질량(G1)은 베이스, 실린더헤드, 지그장치 및 플로우트밸브의 무게를 모두 더한 값을 나타낸다. 다음, 용액주입관(20)을 통하여 용액을 실린더헤드(1)안으로 주입하기 시작하면 어느 순간에는 실린더헤드(1)가 용액으로 완전히 충만한 상태가 된다. 이 순간을 넘어서면서부터는 플로우트밸브(30)가 수직 프레임(10)내를 상승 부유하게 되며, 이러한 상승 이동은 계속되는 용액의 주입으로 가이드부(32)가 쓰로틀을 밀봉할 때까지 지속된다. 이 상태에서 전술한 것과 같이 검지부(S)가 ECU로 신호를 전송하면 펌프(P)의 작동이 중단된다. 가이드부(32)가 쓰로틀을 밀봉한 후, 중력 혹은 신호 지연등의 이유로 용액주입관(20)을 타고 흘러 수직프레임(10)으로 도입되는 용액은 모두 드레인(d)을 통하여 외부로 빠져 나가게 된다. 상기 펌프(P)의 작동을 중단한 상태에서는, 로드셀(L)이 지시하는 최종 질량(G2)을 측정하게 된다. 최종질량(G2)은 초기질량(G1)에 지금까지 주입된 용액의 총 질량을 더한 값이다. 그런데, 용액의 총 질량은 실린더 헤드내에 완전히 충만한 용액의 질량 뿐만 아니라 플로우트밸브(30)가 상승 부유하는 동안 주입된 용액의 질량을 포함하고 있으므로 순수한 용액주입량을 알기 위해서는 후자의 값을 보상하여줄 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명의 ECU는 초기질량(G1)과 최종질량(G2)값의 편차치를 계산한 다음, 기 알려진 용액의 밀도(밀도=부피/질량)를 이용하여 체적의 편차치를 구하고, 이 체적값에서 처음에 구한 체적(V')을 차감한 체적값(Vt)을 구하여 이 값을 예를 들어 도시되지 않은 지시계에 표시한다. 이와 같이 최종 계산된 체적값(Vt)은 본 발명의 실린더헤드의 용적 측정 장치가 구하고자 한 순수한 실린더 헤드 내부의 용적값을 나타내는 것임을 알 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치는 용액으로서 물을 이용할 경우, 물의 상온에서의 밀도가 약 0.9712이고, 따라서 물 1g은 약 1.03cc의 체적에 상당하므로 로드셀의 측정 한계치가 통상 0.001g임을 고려하면 0.00103cc 단위까지 정확하게 체적값을 산출할 수 있음을 알 수 있다. 또, 본 발명의 장치는 종전과 같은 수동에 의한 목측에 의하지 않으므로 실린더헤드 운반 과정의 콘베이어 중간 지점에 설치하여 실린더헤드가 이송되면서 자동적으로 그 용적을 계산하도록 용이하게 적용할 수 있는 점에서 잇점을 가진다.

이상, 본 발명의 일실시예를 설명하였지만 본 발명은 이하 기술하는 청구범위에 기재된 범위 안에서 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 용액주입통로를 지그장치와 분리시켜 다른 외부에서 실린더헤드내로 용액이 주입되도록 하거나, 지그 장치의 형상이나 위치를 변경하는 것 역시 본 발명의 권리범위에 포함된다.

이상 기술한 본 발명은 자동차 실린더헤드의 연소실 용적을 더욱 정확하게 계량하고, 연소실 용적을 연속적으로 측정할 수 있도록 개선되어 정확한 압축비 산정과 엔진 효율 성능의 평가에 기여한다는 우월한 효과를 발휘한다.

도 1은 자동차의 실린더헤드 부근을 중심으로 연소실 용적을 구분하여 나타내기 위한 측단면도;

도 2a는 종래기술의 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치를 나타내는 도면;

도 2b는 상기 도 2a에 있어 용액의 충만 상태를 인식하는 여러 경우를 나타내는 도면;

도 3은 본 발명의 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치를 나타내는 측면도; 그리고

도 4는 상기 도 3에 있어 본 발명의 수직프레임의 목부 구조 및 플로우트밸브의 작용을 도시한 확대도이다.

< 도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명 >

(1): 실린더헤드 (10): 수직프레임 (12) : 수평프레임

(L): 로드셀 (30) : 플로우트밸브 (S) :센서

Claims (3)

1. 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치에 있어서, 상기 장치는

   로드셀과, 로드셀상에 배치된 베이스의 빈 공간에 위치한 실린더헤드면위로 지그장치를 설치하고, 상기 지그장치내에서 상하로 유동이 가능한 플로우트밸브를 설치하며, 상기 플로우트밸브가 상부로 유동하여 상기 지그장치의 내면과 폐쇄 밀봉되는 경우 이를 검지하기 위한 센서장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지그장치 외부로는 지그장치를 통하여 실린더헤드로 용액이 주입되도록 한 용액주입관을 설치하고, 상기 센서장치는 상기 용액주입관으로부터 유입된 용액이 상기 실린더헤드내에 충만하기 시작한 순간부터 상기 플로우트밸브가 상부로 유동하여 상기 지그장치의 내면과 폐쇄 밀봉되는 경우 이를 검지하며, 더욱 상기 센서장치와 전기적으로 연결된 전자제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 지그장치는 실린더헤드의 상부면을 폐쇄하는 수평프레임과 이 수평프레임에 수직으로 연설된 수직프레임을 포함하며, 상기 수직프레임은 그 내면이 좁아지도록 쓰로틀을 형성하는 목부를 구비하여 상기 플로우트밸브가 그 최대 상승 위치에서 상기 쓰로틀과 페쇄 밀봉되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 실린더헤드의 연소실 용적 측정 장치.