KR100748655B1

KR100748655B1 - 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그제어방법

Info

Publication number: KR100748655B1
Application number: KR1020050123168A
Authority: KR
Inventors: 김주연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-08-10
Also published as: KR20070063191A

Abstract

본 발명은 오일제트가 엔진에 장착된 상태와 동일한 조건으로 오일 공급이 가능하도록 오일 공급장치를 구성하여 보다 신뢰성 있는 오일제트의 토출유량 및 통과유량을 측정하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그 제어방법를 제공한다.

피스톤, 오일제트, 유량측정장치, 토출유량, 통과유량

Description

디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그 제어방법{A oil measuring device for oil jet of Diesel engine piston and A control method thereof }

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 실시예에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 제어 흐름도이다.

본 발명은 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그 제어방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 오일제트가 엔진에 장착된 상태와 동일한 조건으로 오일 공급이 가능하도록 오일 공급장치를 구성하여 보다 신뢰성 있는 오일제트의 토출유량 및 통과유량을 측정하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연료와 공기가 일정 비율로 혼합된 혼합기를 압축열이나 스파크를 이용하여 연소시키고, 여기서 발생된 열에너지를 기계적인 에너지로 바꿔 주는 동력발생장치이다.

이러한 엔진은 구조에 의해 분류해 보면 실린더 블록과 같이 구조적인 정지부품과, 크랭크 샤프트 구조와 같은 운동부품과, 전기 및 윤활 등을 목적으로 설치되는 부속장치 부품으로 크게 구분할 수 있다.

여기서, 상기 크랭크 샤프트 및 이에 결합된 피스톤을 포함하는 운동부품은 혼합기의 연소에 의해 얻어지는 폭발력에 의해 열에너지를 기계적인 회전운동으로 바꿔 주는 장치로, 이러한 운동부품에는 각 운동부에서 마찰과 마모를 방지하기 위한 보조장치인 윤활장치에 의해 오일을 공급받게 된다.

상기 윤활장치는 오일팬으로부터 오일스크린을 거친 오일이 오일펌프의 구동에 의해 릴리프 밸브로 공급이 되며, 릴리프 밸브에 공급된 오일은 오일필터를 거쳐 메인 오일 통로(main oil gallery)로 공급된다.

특히, 상기 메인 오일 통로로 공급된 오일 중에서 운동부품 중 가장 큰 운동작용을 하는 피스톤으로도 오일 공급이 이루어지게 되는데, 이때의 경로는 릴리프 밸브 → 크랭크 샤프트 → 커넥팅 로드 → 오일 제트 → 실린더 및 피스톤 순으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 피스톤은 커넥팅 로드에 의해 크랭크 샤프트에 베어링 결합되는 구성요소로, 커넥팅 로드 또는 크랭크 샤프트를 지지하는 베어링 결합 부위에 설치된 오일제트에 의해 오일 공급을 받게 되는데, 이를 위해 상기 피스톤의 내부에는 오일제트로부터 분사된 오일을 공급받을 수 있도록 갤러리가 형성되어 있다.

한편, 상기 오일제트는 피스톤이 상사점에 있을 때 오일분사가 이루어지게 되는데, 이 오일제트의 분사 방향 및 기타 다른 성능을 측정하기 위해 유량 측정장치를 사용하게 된다.

상기 유량 측정장치는 연료탱크로부터 오일제트 사이의 구성에 있어서 실제로 장착된 상태와 가장 유사하게 구성하게 되는데, 그 구성은 엔진 구동으로 오일의 온도 상승을 위한 오일히터와, 오일을 압송시켜 주는 오일 펌프와, 압송된 오일을 공급받아 오일제트를 설치하기 위한 장착구로 이루어져 있다.

이러한 유량 측정장치는 엔진의 주행 조건에 맞춰 오일히터로 오일의 온도를 적절하게 맞춘 다음 유량측정을 하고자하는 오일제트를 장착구에 설치하고, 오일펌프를 구동시켜 일정 시간동안 오일제트로부터 분사된 오일의 체적을 계산하여 공급유량을 계산하게 된다.

이때, 오일제트는 피스톤의 재질에 따라 공급되는 유량, 즉 피스톤의 재질에 따라 3∼8L/Kw·hr의 유량이 공급되는지를 확인하게 되며, 이때 육안 검사를 통해 오일제트로부터 오일분사의 직진성을 검사하게 된다.

그러나, 기존 오일제트의 유량 측정장치는 단순히 메인 오일 통로에서 공급되는 오일로 상에 오일제트를 연결하여 실차상태로 오일량을 측정하는 단순히 지그 구성을 통해 단위시간당 유량을 포집하여 측정하기 때문에, 다음과 같은 문제점이 제기되었다.

(1) 피스톤이 상사점과 하사점 사이를 병진운동하기 때문에 단위시간당 유량의 포집을 통해서는 피스톤의 행정 거리에 있는 실린더 블럭 상에 공급되는 오일량을 확실하게 측정할 수 없다.

(2) 오일제트로부터 분사되는 방향을 통해 오일의 직진성을 육안으로 판단하기 때문에, 실제로 분사되는 오일이 피스톤의 상사점에 있을 경우 얼마나 골고루 공급되는지 정확하게 알 수 없다.

따라서 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 대한민국 특허출원 1999-0067222호에서는 오일제트가 엔진에 장착된 상태와 유사한 상태로 오일 공급이 가능하도록 오일 공급장치를 구성한 다음, 여기에 피스톤의 상하 높이에 맞도록 2중의 뷰렛을 연결하여 내부 뷰렛에 설치된 오일제트를 통해 분사가 이루어지게 하여, 오일제트로부터 분사된 오일이 내부뷰렛을 관통하여 외부뷰렛에 포집되게 함으로써, 오일의 분사량 합인 외부뷰렛에 포집된 양과 내부뷰렛에 포집된 양을 이용하여 시험중인 오일제트에서 분사된 오일이 피스톤의 상사점에서 얼마만큼 공급되는지를 정확하게 알 수 있을 뿐만 아니라 이와 함께 오일이 직진성에 대해서도 동시에 알 수 있는 엔진피스톤용 오일제트의 유량 측정장치를 제안하고 있다.

즉, 오일펌프를 구동시켜 일정시간 동안 오일제트로부터 분사된 오일 중 상면 외부뷰렛으로 분출된 오일을 뺀 나머지 양을 측정하고 핸드 타이머로 측정된 시간으로 나누어 통과된 오일제트 유량을 측정할 수 있도록 하였다.

그러나 신 엔진은 기존 엔진에 비해 비출력이 높고 열부하가 크며 재질도 알루미늄에서 스틸로 변경하는 추세이기 때문에 피스톤 냉각을 위한 오일제트 평가가 매우 중요하며, 상기한 기존 장치는 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 수동 타이머를 사용하므로 시간상 오차가 있을 수 있으며, 히터가 설정온도로 예열되어 있더라도 분사를 시작하면 분사되는 오일의 온도는 설정온도와 다 를 수도 있다.

또한, 가압챔버에서 설정압력으로 가압되더라도 분사 시작 직후 설정압력 도달까지는 시간이 소요된다는 점과, 엔진에 따라 피스톤 거리와 통과위치가 다르기 때문에 아크릴 통을 재 제작해야 한다는 등의 문제점을 여전히 내포하고 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 오일제트가 엔진에 장착된 상태와 동일한 조건으로 오일 공급이 가능하도록 오일 공급장치를 구성하여 보다 신뢰성 있는 오일제트의 토출유량 및 통과유량을 측정하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치 및 그 제어방법를 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치는 오일을 저장하는 오일 저장소; 상기 오일 저장소와 제1오일라인을 통하여 연결되는 오일온도 조절기; 상기 오일온도 조절기와 제2오일라인을 통하여 연결되며, 타켓에 대응하여 오일제트 지그상에 구성되는 오일제트; 상기 오일제트로부터 타켓을 통과한 오일을 측정호스를 통하여 저장하며, 제3오일라인을 통하여 상기 오일 저장소로 연결되는 비이커; 상기 오일 저장소와 제4오일라인을 통하여 연결되며, 상기 오일제트 지그와 타켓으로부터 떨어지는 오일을 수거하는 오일 받침판; 상기 제2오일라인 상에 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 제1순환펌프; 상기 제2오일라인 상에 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 오일의 압력을 조절하는 압력 조절기; 상기 제2오일라인 상에 설치되어 유량신호를 제어기로 출력하는 유량계; 상기 제2오일라인 상에 설치되어 온도신호를 제어기로 출력하는 온도계; 상기 제2오일라인 상에 설치되어 압력신호를 제어기로 출력하는 압력계; 상기 제3오일라인 상에 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 제2순환펌프; 상기 제4오일라인 상에 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 제3순환펌프; 및 상기 비이커를 올려놓은 상태로 그 중량을 검출하여 제어기로 중량신호를 출력하는 중량계; 상기 제3오일라인 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 제3오일라인을 단속하는 솔레노이드 밸브를 포함한다.

상기 제1오일라인 상에는 제1쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 제1순환펌프와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2오일라인 상에는 제1순환펌프와 압력 조절기 사이에 제2쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 상기 오일 저장소와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2오일라인 상에는 압력 조절기와 유량계 사이에 제3쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 상기 오일 저장소와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 오일 저장소에는 상부에 에어라인을 연결하며, 상기 에어라인 상에는 에어 레귤레이터가 장착되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상 세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 실시예에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 제어 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 구성은 오일을 저장하는 오일 저장소(1)가 구비된다.

상기 오일 저장소(1)는 제1오일라인(L1)을 통하여 오일온도 조절기(3)와 연결된다.

상기 오일온도 조절기(3)는 제2오일라인(L2)을 통하여 타켓(5)에 대응하여 오일제트 지그(7)상에 구성되는 오일제트(9)와 연결된다.

그리고 상기 오일제트(9)로부터 타켓(5)을 통과한 오일을 측정호스(11)를 통하여 저장하는 비이커(13)가 제3오일라인(L3)을 통하여 상기 오일 저장소(1)와 연결된다.

또한, 상기 오일 저장소(1)는 제4오일라인(L4)을 통하여 상기 오일제트 지그(7)와 타켓(5)으로부터 떨어지는 오일을 수거하는 오일 받침판(15)과 연결된다.

상기 제2오일라인(L2) 상에는 제1순환펌프(P1)가 설치되어 제어기(10)의 제어신호에 따라 작동하며, 상기 제2오일라인(L2) 상에는 압력 조절기(17)가 설치되어 제어기(10)의 제어신호에 따라 오일의 압력을 조절하게 된다.

또한, 상기 제2오일라인(L2) 상에는 유량신호를 제어기(10)로 출력하는 유량계(19)와 온도신호를 제어기(10)로 출력하는 온도계(21) 및 압력신호를 제어기로 출력하는 압력계(23)가 설치된다.

그리고 상기 제3오일라인(L3) 상에는 제2순환펌프(P2)가 설치되어 제어기(10)의 제어신호에 따라 작동하게 되며, 상기 제4오일라인(L4) 상에는 제3순환펌프(P3)가 설치되어 제어기(10)의 제어신호에 따라 작동하게 된다.

또한, 상기 비이커(13)를 올려놓은 상태로 그 중량을 검출하여 제어기(10)로 중량신호를 출력하는 중량계(25)가 구비되며, 상기 제3오일라인(L3) 상에는 솔레노이드 밸브(S)가 장착되어 제어기(10)의 제어신호에 따라 제3오일라인(L3)을 단속하도록 작동하게 된다.

그리고 상기 제1오일라인(L1) 상에는 제1쓰리웨이 밸브(V1)가 장착된 상태로 그 바이패스 라인(B1)이 제1순환펌프(P1)와 연결되며, 상기 제2오일라인(L2) 상에는 제1순환펌프(P1)와 압력 조절기(17) 사이에 제2쓰리웨이 밸브(V2)가 장착된 상태로 그 바이패스 라인(B2)이 상기 오일 저장소(1)와 연결된다.

또한, 상기 제2오일라인(L2) 상에는 압력 조절기(17)와 유량계(19) 사이에 제3쓰리웨이 밸브(V3)가 장착된 상태로 그 바이패스 라인(B3)이 상기 오일 저장소(1)와 연결된다.

또한, 상기 오일 저장소(1)에는 상부에 에어라인(AL)을 연결하며, 상기 에어라인(AL) 상에는 에어 레귤레이터(27)가 장착된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 제어는, 상기 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저 적용오일의 온도와 압력을 제어기(10)에 설정한다.(S1)

그리고 제어기(10)는 온도계(21)와 압력계(23)로부터 오일의 온도와 압력을 검출한다.(S2)

이어서 상기 제어기(10)는 상기 단계(S2)에서 검출된 오일의 온도와 압력이 설정온도와 설정압력에 도달하였는가는 판단하며,(S3) 상기 단계(S3)에서, 조건을 만족하지 않으면, 제어기(10)는 제1순환펌프(P1)와 오일온도 조절기(3) 및 압력 조절기(17)를 제어하여 오일의 온도와 압력을 재조정되도록 다시 상위 단계(S2)로 리턴한다.(S4)

상기단계(S3)에서, 조건을 만족하면, 제어기(10)는 측정시간을 설정하고, 솔레노이드 밸브(S)와 제2순환펌프(P2)를 오프(off)제어한다.(S5)

상기 단계(S5)에 이어, 제어기(10)는 오일의 압력, 온도, 유량 및 비이커(13) 내부 오일의 초기 중량값을 저장한 후, 측정을 시작한다.

상기 단계(S5)에서와 같이, 측정 중에, 제어기(10)는 측정시간을 카운트하여 측정시간이 경과하였는가는 판단한다.(S7)

상기 단계(S7)에서, 조건을 만족하는 경우, 제어기(10)는 그때의 최종 비이커(13) 내부 오일의 최종 중량값을 저장한다.(S8)

상기 단계(S8)에 이어, 제어기(10)는 상기 오일의 최종 중량값과 초기 중량값의 차이를 측정시간으로 나누어 통과유량을 산출하게 된다.(S9)

이외에, 본 발명의 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치는 상기 오일의 온도가 설정된 시험조건에 도달할 때까지 제1쓰리웨이 밸브(V1)와 제2쓰리웨이 밸브(V2)를 통하여 순환유로를 형성하도록 조정하여 오일을 오일온도 조절기(3)와 오일 저장소(1; OIL RESERVOIR)사이에서 순환시킬 수 있다.

그리고 오일이 설정 온도에 도달하면 배관 온도의 가열을 위해 오일제트 지그(7)로 오일을 공급한 후, 제3순환펌프(P3)를 작동하여 오일 받침판(15) 상의 오일을 오일 저장소(1)로 재순환시키며, 타겟(5)을 통과한 오일은 비이커(13)에 저장되고, 제2순환펌프(P2)의 작동에 의해 오일 저장소(1)로 재순환된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치에 의하면, 수동 타이머를 사용하지 않으므로 시간상 오차가 없으며, 오일의 분사 직전까지 배관내에 오일의 순환이 가능하여 오일의 온도를 설정온도로 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 오일이 설정압력으로 순환중에 오일의 측정시간을 카운트하여 초기 중량값과 최종 중량값의 차이로 오일의 통과유량을 산출함으로 더욱 신뢰성 있는 측정결과를 얻을 수 있으며, 특히 기존 엔진에 비해 비출력이 높고 열부하가 크며 재질도 알루미늄에서 스틸로 변경되어 피스톤 냉각을 위한 오일제트 평가가 매우 중요한 신 엔진의 중요한 개발 자료로 그 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims

오일을 저장하는 오일 저장소와 제1오일라인을 통하여 연결되는 오일온도 조절기;

상기 오일온도 조절기와 제2오일라인을 통하여 연결되며, 타켓에 대응하여 오일제트 지그 상에 구성되는 오일제트;

상기 오일제트로부터 타켓을 통과한 오일을 측정호스를 통하여 저장하며, 제3오일라인을 통하여 상기 오일 저장소로 연결되는 비이커;

상기 오일 저장소와 제4오일라인을 통하여 연결되며, 상기 오일제트 지그와 타켓으로부터 떨어지는 오일을 수거하는 오일 받침판;

상기 제2오일라인 상에 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 오일의 압력을 조절하는 압력 조절기;

상기 제2오일라인 상에 설치되어 유량, 온도 및 압력을 검출하여 그 신호를 제어기로 출력하는 계측수단;

상기 제2,3,4오일라인 상에 각각 설치되어 제어기의 제어신호에 따라 작동하는 순환펌프; 및

상기 비이커를 올려놓은 상태로 그 중량을 검출하여 제어기로 중량신호를 출력하는 중량계;

상기 제3오일라인 상에 장착되어 제어기의 제어신호에 따라 제3오일라인을 단속하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장 치.
제1항에 있어서,

상기 계측수단은 상기 제2오일라인 상에 설치되어 유량을 검출하는 유량계와 온도를 검출하는 온도계 및 압력을 검출하는 압력계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치.
제1항에 있어서,

상기 제1오일라인 상에는 제1쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 제2오일라인 상의 순환펌프와 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치.
제1항에 있어서,

상기 제2오일라인 상에는 순환펌프와 압력 조절기 사이에 제2쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 상기 오일 저장소와 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치.
제1항에 있어서,

상기 제2오일라인 상에는 압력 조절기와 계측수단 사이에 제3쓰리웨이 밸브가 장착된 상태로 그 바이패스 라인이 상기 오일 저장소와 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치.
제1항에 있어서,

상기 오일 저장소에는 상부에 에어라인을 연결하며, 상기 에어라인 상에는 에어 레귤레이터가 장착되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치.
디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 제어방법에 있어서,

적용오일의 온도와 압력을 설정하는 제1단계;

온도계와 압력계로부터 오일의 온도와 압력을 검출하는 제2단계;

상기 제2단계에서 검출된 오일의 온도와 압력이 설정온도와 설정압력에 도달하였는가는 판단하는 제3단계;

상기 제3단계에서, 조건을 만족하지 않으면, 제2오일라인 상의 순환펌프와 오일온도 조절기 및 압력 조절기를 제어하여 다시 제2단계로 리턴하는 제4단계;

상기 제3단계에서, 조건을 만족하면, 측정시간을 설정하고, 솔레노이드 밸브와 제3오일라인 상의 순환펌프를 오프(off)제어하는 제5단계;

상기 제5단계에 이어, 오일의 압력, 온도, 유량 및 비이커 내부 오일의 초기 중량값을 저장한 후, 측정을 시작하는 제6단계;

상기 제6단계에 이어 측정시간을 카운트하여 측정시간이 경과하였는가는 판단하는 제7단계;

상기 제7단계에서, 조건을 만족하는 경우, 그때의 최종 비이커 내부 오일의 최종 중량값을 저장하는 제8단계;

상기 제8단계에 이어, 상기 오일의 최종 중량값과 초기 중량값의 차이를 측정시간으로 나누어 통과유량을 산출하는 제9단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 피스톤용 오일제트의 유량측정장치의 제어방법.