KR100552210B1

KR100552210B1 - 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의공기혼입율 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR100552210B1
Application number: KR1020040048847A
Authority: KR
Inventors: 하경표
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-02-13
Also published as: JP4709591B2; DE102005029824A1; JP2006010699A; KR20060000243A; US7130738B2; DE102005029824B4; US20050288848A1

Abstract

본 발명은 엔진의 설계과정에 반영하기 위한 엔진의 최소 오일 레벨을 구하기 위하여 시험실에서 행해지는 시험용 엔진의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하기 위한 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정방법에 관한 것으로,

밀도계에서 오일의 밀도(ρ)를 측정하는 단계와;

압력계에서 오일의 압력(P)을 측정하는 단계와;

온도계에서 오일의 온도(T)를 측정하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및, 0℃ 상태의 오일의 밀도(ρ_o,0)와, 열팽창계수(β)와, 압축률(γ)과, 공기의 기체상수(R)을 하기의 수학식1에 대입하여 순수 오일의 밀도(ρ_o)를 구하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및 공기의 기체상수(R)를 하기의 수학식2에 대입하여 오일 성분이 함유되지 않은 공기의 밀도(ρ_a)를 구하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 밀도(ρ) 및 오일의 압력(P) 및 순수 오일의 밀도(ρ_o)과 공기의 밀도(ρ_a)를 하기 수학식3에 대입하여 오일에 포함된 공기의 공기혼입율(Ψ)를 구하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

공기혼입율, 오일 라인, 시험용 엔진

Description

엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치 및 측정방법{Measurement system for oil aeration of internal combustion engine}

도 1은 본 발명에 의한 공기혼입율 측정장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 공기혼입율 측정방법에 순서별로 블럭화한 도면.

도 3 내지 도 4 는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 시험용 엔진 31 : 오일 팬

32 : 오일 펌프 33 : 오일 필터

34 : 오일 갤러리 40 : 오일 라인

41 : 밀도계 42 : 압력계

43 : 온도계

본 발명은 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 설계과정에 반영 하기 위한 엔진의 최소 오일 레벨을 구하기 위하여 시험실에서 행해지는 시험용 엔진의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하기 위한 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치 및 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 그 작동과정에서 발생되는 연소열과 마찰열이 발생되므로서, 원활한 엔진의 운전을 위해서는 적정량의 오일 및 냉각수의 공급이 이루어져야만 한다. 이를 위하여, 엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드의 도중에는 오일 공급을 위한 오일 펌프, 오일 갤러리, 오일 패시지, 오일 제트 등이 형성되며, 냉각수의 공급 및 순환을 위하여 워터 펌프, 워터 재킷 등이 형성된다.

엔진의 각 마찰부 및 작동부로 공급되는 오일은 엔진 하부측에 취부되는 오일 팬에 저장된다. 오일 팬에 저장된 오일은 엔진이 운전됨과 함께 오일 펌프에서 펌핑된 후, 오일 갤러리 및 오일 패시지를 통하여 각 윤활부에 적당한 압력으로 공급되어진다. 각 윤활부로 공급된 오일은 상기한 일련의 오일 라인을 따라 순환되어지고, 엔진의 시동이 정지됨과 함께 오일 팬으로 귀환되어진다.

이러한 오일의 순환과정에서 일부의 오일은 연소실 등에서 타거나 누유되어 없어지거나 변질되므로서, 차량의 운전자는 일정간격으로 엔진 오일량 및 오일의 상태를 점검하여 필요한 경우에는 보충을 해주어야만 한다.

한편, 엔진을 설계하는 차량 메이커의 시험실에서는 해당 엔진의 최적 설계를 위하여 엔진의 최소 오일 레벨을 설정하게 된다.

엔진의 최소 오일 레벨 설정을 위한 오래 전 방법으로는 시험용 엔진에서의 딥 스틱 형태의 게이지에 의한 측정방법이 사용되어 왔으나, 최근에는 시험용 엔진 에서의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하여 오일 레벨과의 상관관계에 의한 방법으로 적용되고 있다.

오일 내의 공기혼입율을 측정하기 위한 장치로는 독일 FEV사의 'Aerometer'와 IFP사의 'SMAC'이라는 장치가 적용되고 있다. 상기한 'Aerometer'(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 시험용 엔진 내의 오일을 일정량 취하여 진공 실린더(11)에서 오일에 포함된 공기를 신속하게 분리시킨 후에, 진공 실린더(11)를 재조정하여 진공 실린더(11) 내부의 압력을 1기압으로 맞추고 공기의 부피를 측정할 수 있도록 구성된다. 상기한 'SMAC'(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 시험용 엔진 내의 오일을 일정량 취한 후, 오일 공기 혼합물의 압축률을 측정하므로서 공기혼입율이 측정될 수 있도록 구성된다.

그런데 상기한 'Aerometer'와 'SMAC'은 모두 시험용 엔진 오일의 일정량을 실린더에 취한 후 가두어 시험해야만 하므로서, 실시간 측정이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 설계과정에 반영하기 위한 엔진의 최소 오일 레벨을 구하기 위하여 시험실에서 행해지는 시험용 엔진의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하기 위한 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 최소 오일 레벨을 설정하기 위해서 오일 팬, 오일펌프, 오일 필터, 오일 갤러리를 포함한 실제 엔진과 같은 오일계가 마련된 시험용 엔진에서 오일계의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하기 위한 공기 혼입률 측정장치에 있어서,

상기한 시험용 엔진에 부착된 오일 펌프와, 실린더 블럭 내의 오일 갤러리의 양측을 연결하는 오일 라인이 엔진의 외부측으로 노출되도록 형성되어지되,

상기한 오일 라인을 통과하는 오일의 공기혼입율을 구하기 위한 자료를 얻기 위해, 상기 오일 라인의 도중에 오일의 밀도측정을 위한 밀도계, 오일의 압력측정을 위한 압력계, 오일의 온도측정을 위한 온도계가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 밀도계에서 오일의 밀도(ρ)를 측정하는 단계와;

압력계에서 오일의 압력(P)을 측정하는 단계와; 온도계에서 오일의 온도(T)를 측정하는 단계와; 상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및, 0℃ 상태의 오일의 밀도(ρ_o,0)와, 열팽창계수(β)와, 압축률(γ)과, 공기의 기체상수(R)을 하기의 수학식1에 대입하여 순수 오일의 밀도(ρ_o)를 구하는 단계와; 상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및 공기의 기체상수(R)를 하기의 수학식2에 대입하여 오일 성분이 함유되지 않은 공기의 밀도(ρ_a)를 구하는 단계와; 상기 단계에서 얻어진 오일의 밀도(ρ) 및 오일의 압력(P) 및 순수 오일의 밀도(ρ_o)과 공기의 밀도(ρ_a)를 하기 수학식3에 대입하여 오일에 포함된 공기의 공기혼입율(Ψ)를 구하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치 및 그 측정방법에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 공기혼입율 측정장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 공기혼입율 측정방법에 순서별로 블럭화한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 상기 공기혼입율 측정장치가 적용되는 시험용 엔진을 지시하는 것이고, 도면부호 40은 공기혼입율 측정을 위해 상기한 시험용 엔진에 마련되는 오일 라인을 지시하는 것이다.

상기한 시험용 엔진(30)은 엔진의 설계과정에서 해당 엔진에 적용하기 위한 최소 오일 레벨을 설정하기 위해서, 엔진의 실제 운전상황에서 오일량의 변화와 오일 중에 포함된 공기혼입율과의 관계에서 최상의 값을 얻기 위한 것이다.

이를 위한 상기한 시험용 엔진(30)에는 실제 엔진에 적용되는 오일팬(31), 오일펌프(32), 오일 필터(33), 오일 갤러리(24)를 포함한 모든 오일계가 동일하게 마련된다. 다만, 상기한 오일 필터(33)가 장착되는 위치에서 오일펌프(32)에서 펌핑된 오일이 시험을 여러 장치들이 마련될 수 있도록 하기 위한 오일 라인(40)이 엔진(30)의 외측으로 노출된 채로 형성된다. 이 오일 라인(40)은 상기 시험용 엔진(30)에 반드시 노출되어야만 하는 것은 아니며, 본 발명을 위한 측정장치들의 장착에 지장이 없으면 시험용 엔진의 내측으로 오일 라인(40)이 형성되어도 무방하다.

상기와 같이 형성되는 오일 라인(40)의 도중에는 오일의 밀도를 측정하기 위 한 밀도계(41), 오일의 압력을 측정하기 위한 압력계(42), 오일의 온도를 측정하기 위한 온도계(43) 등이 장치된다.

한편, 상기한 측정장치(41,42,43)들에서 측정된 오일의 밀도(ρ), 오일의 압력(P), 오일의 온도(T)는 본 발명에 의한 오일의 공기혼입율(Ψ)을 얻는데 기초요소가 된다.

또한, 상기한 측정값(ρ,P,T)은 0℃ 상태의 오일의 밀도(ρ_o,0)와, 열팽창계수(β)와, 압축률(γ)과, 공기의 기체상수(R) 등의 수들과 함께 본 명세서에 명시된 수학식1, 수학식2, 수학식3에 적용된다.

상기한 수학식은 각각 순수 오일의 밀도(ρ_o)와 공기의 밀도(ρ_a)와 오일에 포함된 공기의 공기혼입율(Ψ)를 구하는 식으로 물리량을 계산하는데 일반적으로 자주 사용되는 식들이므로, 그 계산과정에 따른 불필요한 설명은 생략하기로 한다.

이상과 같이 오일 라인(40)의 도중에 마련된 밀도계(41), 압력계(42), 온도계(43)에서 측정된 측정값과, 각 식에 주어진 물리량에 따른 수와, 각 수학식에서 얻어지는 값을 기초로 시험용 엔진에서 오일의 공기혼입율을 측정하는 과정은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

우선, 밀도계(41)와 압력계(42)와 온도계(43)에서는 오일의 밀도(ρ), 오일의 압력(P) 및 오일의 온도(T)를 측정하는 단계를 거치게 된다.

다음에는 상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및 0℃ 상태의 오일의 밀도(ρ_o,0)와, 열팽창계수(β)와, 압축률(γ)과, 공기의 기체상수(R)을 하기의 수학식1에 대입하여 순수 오일의 밀도(ρ_o)를 구하는 단계를 거치게 된다.

그리고 상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및 공기의 기체상수(R)를 하기의 수학식2에 대입하여 오일 성분이 함유되지 않은 공기의 밀도(ρ_a)를 구하는 단계를 거치며, 상기 단계에서 얻어진 오일의 밀도(ρ) 및 오일의 압력(P) 및 순수 오일의 밀도(ρ_o)과 공기의 밀도(ρ_a)를 하기 수학식3에 대입하여 오일에 포함된 공기의 공기혼입율(Ψ)를 구하는 단계를 거치게 된다.

따라서 상기 단계에서 얻어지는 오일의 공기혼입율(Ψ)을 가지고 엔진의 최소 오일 레벨을 결정하게 된다. 즉, 시험실에서는 시험용 엔진(30)에 주입되는 오일량을 달리한 후 각 오일량 상태에서의 공기혼입율(Ψ)을 구하게 된다.

이렇게 얻어지는 오일량 대비 공기혼입율(Ψ)이 최적인 상태를 구해서 엔진 의 최소 오일 레벨을 최종적으로 설정하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 설계과정에서 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진에 공기혼입율을 얻기 위한 각종 측정장치를 설치하고, 측정된 측정값과 수학식1 수학식2 수학식3에서 계산에 필요한 각 물리량을 상기 수학식들에 대입하여 엔진에서의 오일에 포함된 공기혼입율을 보다 편리하게 설정할 수 있게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

엔진의 최소 오일 레벨을 설정하기 위해서 오일 팬, 오일펌프, 오일 필터, 오일 갤러리를 포함한 실제 엔진과 같은 오일계가 마련된 시험용 엔진에서 오일계의 오일에 포함된 공기혼입율을 측정하기 위한 공기 혼입률 측정장치에 있어서,

상기한 시험용 엔진에 부착된 오일 펌프(32)와, 실린더 블럭 내의 오일 갤러리(34)의 양측을 연결하는 오일 라인(40)이 엔진의 외부측으로 노출되도록 형성되어지되,

상기한 오일 라인(40)을 통과하는 오일의 공기혼입율을 구하기 위한 자료를 얻기 위해, 상기 오일 라인(40)의 도중에 오일의 밀도측정을 위한 밀도계(41), 오일의 압력측정을 위한 압력계(42), 오일의 온도측정을 위한 온도계(43)가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정장치.
제 1항에 의한 장치에 있어서,

밀도계에서 오일의 밀도(ρ)를 측정하는 단계와;

압력계에서 오일의 압력(P)을 측정하는 단계와;

온도계에서 오일의 온도(T)를 측정하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및, 0℃ 상태의 오일의 밀 도(ρ_o,0)와, 열팽창계수(β)와, 압축률(γ)과, 공기의 기체상수(R)을 하기의 수학식1에 대입하여 순수 오일의 밀도(ρ_o)를 구하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 압력(P)과 온도(T) 및 공기의 기체상수(R)를 하기의 수학식2에 대입하여 오일 성분이 함유되지 않은 공기의 밀도(ρ_a)를 구하는 단계와;

상기 단계에서 얻어진 오일의 밀도(ρ) 및 오일의 압력(P) 및 순수 오일의 밀도(ρ_o)과 공기의 밀도(ρ_a)를 하기 수학식3에 대입하여 오일에 포함된 공기의 공기혼입율(Ψ)를 구하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 설계시 최소 오일 레벨 설정을 위한 시험용 엔진의 공기혼입율 측정방법.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]