KR100911012B1

KR100911012B1 - 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의정상유동시험기

Info

Publication number: KR100911012B1
Application number: KR1020070139838A
Authority: KR
Inventors: 정재우; 김남호; 강정호; 강우; 김병수; 강문영
Original assignee: 자동차부품연구원
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-08-06
Also published as: KR20090071901A

Abstract

자동차용 엔진 실린더헤드의 유량 및 각운동량 측정 실험시 별도로 밸브 작동용 지그를 제작 및 설치하지 않고도 실험을 수행할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라 실험시에 실험조건의 변경 및 스월비(swirl ratio)의 계산에 필요한 밸브 양정곡선의 측정 및 거동상태를 손쉽게 시험할 수 있도록 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기가 개시된다. 이 시험기는 실린더헤드가 상면에 배치되는 선반과; 상기 선반의 일측에 설치되고, 상기 실린더헤드에 안치된 캠축의 일단부에 연결되어 상기 캠축을 회전시키는 캠축회전부와; 상기 캠축회전부에 설치되고, 상기 캠축의 회전변위를 측정하는 엔코더와; 상기 캠축의 상부로 상기 선반의 상면에 설치되고, 상기 실린더헤드에 설치되는 밸브의 개폐위치를 감지하는 밸브위치감지부와; 상기 실린더헤드의 하부에 연결되고, 상기 실린더헤드의 내부로 내압을 형성하는 내압형성부와; 상기 내압형성부에 설치되고, 상기 밸브를 통해 상기 실린더헤드의 내부로 유입된 후에 상기 내압형성부를 통해 배출되는 공기의 유량을 측정하는 유량측정기를; 포함한다.

실린더헤드, 밸브, 유동, 스월, 엔진

Description

연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기{Steady state flow tester for a cylinder head with continuous valve profile control jig}

본 발명은 실린더헤드의 유량 및 각운동량을 시험하는 실린더헤드 유동 특성 시험기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 엔진 실린더헤드의 유량 및 각운동량 측정 실험시 별도로 밸브 작동용 지그를 제작 및 설치하지 않고도 실험을 수행할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라 실험시에 실험조건의 변경 및 스월비(swirl ratio)의 계산에 필요한 밸브 양정곡선의 측정 및 거동상태를 손쉽게 시험할 수 있도록 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 자동차를 주행시키는 데 필요로 하는 동력을 발생시키는 장치로 크게 크랭크케이스와 실린더블록 및 실린더헤드로 구성되는데, 상기 실린더헤드는 실린더블록과의 사이에 기밀유지용 개스킷을 집어넣고 피스톤과 함께 연소실의 일부를 형성한다.

엔진의 출력은 토크와 엔진회전속도의 곱으로 정의되며, 엔진의 토크를 높이 기 위하여서는 연료의 공급량을 증가시킨다. 그러나 일반적인 내연기관에서 연료의 연소에는 공기가 필수적으로 필요하며, 따라서 토크의 증대 즉, 출력의 증대를 위하여서는 효율적인 공기도입에 대한 밸브계 및 흡기계의 설계가 필수적이다.

한편으로 밸브계를 포함한 흡기계에 유동이 통과시 공기저항을 가지게 되며, 따라서 공기저항을 최소화하는 설계가 필요하며, 이러한 밸브계 및 흡기계의 성능실험을 위하여 유량 특성의 확인을 위한 정상유동실험이 적용된다.

또한 연소실내로 유입된 공기의 회전은 연소 및 연료 공기의 혼합에 지대한 영향을 미쳐 엔진의 연소성능에 많은 영향을 미치며, 따라서 흡기되는 공기의 수평회전정도를 측정할 필요가 있으며, 공기의 각운동량을 측정함으로서 이를 평가한다. 이때 사용되는 실험이 또한 정상유동실험이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 정상유동실험은 정상유동실험장치를 통해 흡기밸브의 전후의 압력차를 일정하게 유지한 상태에서 흡기밸브의 개도(또는 양정)를 규칙적으로 변화시켜 가며, 각 조건에서의 유량 및 각운동량을 유동의 하류쪽에 설치된 유량계 및 각운동량 측정장치를 통하며 측정하여, 각 양정별 유량계수 및 무차원 스월비(non dimensional swirl ratio)를 측정하도록 하고 있다. 또한 실제 엔진 흡기밸브의 양정곡선을 적용하여, 하나의 유량계수 및 스월비(swril ratio)를 제공한다.

그러나 실런더헤드의 흡기밸브의 장착상태는 엔진에 따라 상이하며, 따라서 흡기밸브의 개도 또는 양정을 조정하기 위하여서는 매 실험시마다 장착지그를 새로이 구성하여야 할 뿐 아니라 밸브의 양정곡선의 취득은 불가능하다.

따라서, 상기와 같이 실린더헤드의 유량특성 및 스월특성을 포함한 밸브리프터의 작동성을 시험하기 위해서는 실린더헤드의 제원을 고려하여 각각의 실린더헤드마다 별도로 새롭게 시험용 지그를 제작 및 설치해야 하고, 그에 따라 실린더헤드의 정상유동 시험이 매우 번거로운 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 자동차용 엔진 실린더헤드의 유량 및 각운동량 측정 실험시 별도로 밸브 작동용 지그를 제작 및 설치하지 않고도 실험을 수행할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라 실험시에 실험조건의 변경 및 스월비(swirl ratio)의 계산에 필요한 밸브 양정곡선의 측정 및 거동상태를 손쉽게 시험할 수 있도록 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기는 실린더헤드가 상면에 배치되는 선반과; 상기 선반의 일측에 설치되고, 상기 실린더헤드에 안치된 캠축의 일단부에 연결되어 상기 캠축을 회전시키는 캠축회전부와; 상기 캠축회전부에 설치되고, 상기 캠축의 회전변위를 측정하는 엔코더와; 상기 캠축의 상부로 상기 선반의 상면에 설치되고, 상기 실린더헤드에 설치되는 밸브의 개폐위치를 감지하는 밸브위치감지부와; 상기 실린더헤드의 하부에 연결되고, 상기 실린더헤드의 내부로 내압을 형성하는 내압형성부와; 상기 내압형성부에 설치되고, 상기 밸브를 통해 상기 실린더헤드의 내부로 유입된 후에 상기 내압형성부를 통해 배출되는 공기의 유량을 측정하는 유량측정기를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내압형성부에 설치되고, 상기 실린더헤드의 내부로 흡기된 후에 상기 내압형성부를 통해 배출되는 공기의 토크량을 측정하는 토크미터를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠축회전부는, 상기 캠축의 일단을 분리 가능하게 고정하는 고정척과, 상기 고정척에 회전 가능하게 결합되는 회전몸체와, 상기 회전몸체에 연결되어 상기 회전몸체를 회전시키는 회전손잡이를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브위치감지부는, 상기 선반의 상면에 설치되는 지지대와, 상기 지지대에 수평이동 가능한 상태로 상기 캠에 대응되게 설치되어 상기 캠의 높이차를 감지하는 위치센서를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내압형성부는, 상기 실린더헤드의 하부에 기밀되게 연결되는 연결배관과, 상기 연결배관의 끝에 설치되어 공기를 흡입하는 블로어를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 별도로 밸브 작동용 지그를 제작 및 설치하지 않고도 실린더헤드의 유동특성 및 밸브양정을 연속적으로 손쉽게 변경 및 측정할 수 있고, 그에 따라 시험의 수행이 손쉽게 이루어지면서 시험기의 효용성이 현저히 높아지며, 토크미터를 통해 흡기의 토크량 즉 흡기의 각운동량을 측정하여 실린더헤드의 스월특성을 손쉽게 시험할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설 명한다.

도 1은 본 발명에 따른 시험기의 설치상태를 보인 정면도이고, 도 2는 도 1에 따른 A-A선의 개략적인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 정상유동시험기는 실린더헤드(H)가 배치되는 선반(10)과, 상기 실린더헤드(H)의 캠축(S)을 회전시키는 캠축회전부(20)와, 상기 캠축(S)의 회전변위를 측정하는 엔코더(30)와, 상기 실린더헤드(H)에 설치되는 밸브(V)의 높이를 감지하는 밸브위치감지부(40)와, 상기 실린더헤드(H)의 내부로 내압을 형성하는 내압형성부(50)와, 상기 밸브(V)를 통해 상기 실린더헤드(H)로 흡입된 유량을 측정하는 유량측정기(60)를 포함한다.

상기 선반(10)은 실린더헤드(H)가 상면에 배치되는 것으로, 시험을 수행할 실린더헤드(H)를 지지하는 역할을 한다.

상기 캠축회전부(20)는 선반(10)의 일측에 설치된 상태로 실린더헤드(H)에 안치된 캠축(S)의 일단부에 연결되어 상기 캠축(S)을 회전시킴으로써, 밸브(V)를 작동시키는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 캠축회전부(20)는 캠축(S)의 일단을 분리 가능하게 고정하는 고정척(21)과, 상기 고정척(21)에 회전 가능하게 결합되는 회전몸체(22)와, 상기 회전몸체(22)에 연결되어 상기 회전몸체(22)를 회전시키는 회전손잡이(23)를 포함한다.

상기 고정척(21)은 회전몸체(22)에 지지된 상태로 캠축(S)의 일단을 분리 가능한 상태로 고정하여 상기 회전몸체(22)의 회전과 함께 상기 캠축(S)이 회전될 수 있도록 하는 것이다.

상기 회전몸체(22)는 고정척(21)을 지지하는 역할을 하면서 동시에 일측에 엔코더(30)가 설치될 수 있도록 하는 것이다. 상기 회전손잡이(23)는 회전몸체(22)에 연결된 상태로 사용자에 의해 회전되면서 상기 회전몸체(22)의 내부로 고정척(21)을 수동으로 회전시킴으로써, 사용자에 의해 수동으로 캠축(S)을 회전시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 엔코더(30)는 캠축회전부(20)의 회전몸체(22)의 일측에 설치되는 것으로, 고정척(21)의 회전변위를 감지하여 상기 고정척(21)에 고정된 캠축(S)의 회전변위를 측정하는 역할을 한다.

상기 밸브위치감지부(40)는 캠축(S)의 상부로 선반(10)의 상면에 설치되는 것으로, 실린더헤드(H)에 설치되는 밸브(V)의 개폐위치를 감지하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 밸브위치감지부(40)는 선반(10)의 상면에 설치되는 지지대(41)와, 상기 지지대(41)에 수평이동 가능한 상태로 캠(C)에 대응되게 설치되어 상기 캠(C)의 높이차를 감지하는 위치센서(42)를 포함한다.

상기 밸브위치감지부(40)는 지지대(41)와 위치센서(42)를 통해 캠(C)의 높이차를 감지하여 상기 캠(C)에 연동되는 밸브(V)의 높이차를 감지하게 되는 것이다.

상기 내압형성부(50)는 실린더헤드(H)의 하부에 연결되는 것으로, 상기 실린더헤드(H)의 내부로 내압을 형성하는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 내압형성부(50)는 실린더헤드(H)의 하부에 기밀되게 연결되는 연결배관(51)과, 상기 연결배관(51)의 끝에 설치되어 공기를 흡입하 는 블로어(52)를 포함한다.

상기 블로어(52)는 사용자에 의해 지정된 동력으로 작동되면서 연결배관(51)을 통해 밸브(V)에 의해 폐쇄된 상태의 실린더헤드(H)의 내부에서 공기를 흡입하여 상기 실린더헤드(H)의 내부로 내압을 형성하여 상기 실린더헤드(H)의 내외로 압력차를 형성시키는 것이다.

이와 같이 상기 블로어(52)에 의해 압력차가 형성된 상태에서 캠축회전부(20)를 작동시켜 캠축(S)을 회전시키면 밸브(V)가 개방되면서 외부의 공기가 실린더헤드(H)의 내부로 유입된다.

이때, 상기 실린더헤드(H)로 유입된 흡기의 유량을 측정하여 실린더헤드(H)의 유량특성과 밸브(V)의 작동성을 시험하게 된다.

상기 유량측정기(60)는 내압형성부(50)의 연결배관(51)에 설치되는 것으로, 밸브(V)를 통해 실린더헤드(H)의 내부로 유입된 후에 상기 연결배관(51)을 통해 배출되는 공기의 유량을 측정하는 것이다.

본 정상유동시험기는 내압형성부(50)의 연결배관(51)에 설치되는 토크미터(70)를 더 포함한다. 상기 토크미터(70)는 실린더헤드(H)의 내부로 흡기된 후에 내압형성부(50)의 연결배관(51)을 통해 배출되는 공기의 토크량 즉 흡기의 각운동량을 측정함으로써, 상기 실린더헤드(H)의 내부에 형성되는 스월의 특성을 시험할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 본 정상유동시험기는 캠축(S)의 회전변위를 측정하는 엔코더(30)와, 캠(C)의 높이차를 감지하는 위치센서(42)와, 흡기 유량을 측정하는 유량측정 기(60)와, 흡기의 토크량을 측정하는 토크미터(70)를 구비함으로써, 실린더헤드(H)에 설치된 밸브(V)의 양정곡선을 손쉽게 취득할 수 있으면서 동시에 실린더헤드(H)의 유량특성 및 스월특성에 대한 측정과 밸브(V)의 작동성에 대한 시험을 손쉽게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시험기의 설치상태를 보인 정면도,

도 2는 도 1에 따른 A-A선의 개략적인 단면도,

도 3은 종래의 밸브양정별 공기유량계수 및 무차원스월비의 측정방법을 보인 단계도,

도 4는 종래의 정상유동실험장치를 보인 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 선반

20 : 캠축회전부

21 : 고정척 22 : 회전몸체

23 : 회전손잡이

30 : 엔코더

40 : 밸브위치감지부

41 : 지지대 42 : 위치센서

50 : 내압형성부

51 : 연결배관 52 : 블로어

60 : 유량측정기

70 : 토크미터

Claims

실린더헤드가 상면에 배치되는 선반(10)과;

상기 선반(10)의 일측에 설치되고, 상기 실린더헤드에 안치된 캠축의 일단부에 연결되어 상기 캠축을 회전시키는 캠축회전부(20)와;

상기 캠축회전부(20)에 설치되고, 상기 캠축의 회전변위를 측정하는 엔코더(30)와;

상기 캠축의 상부로 상기 선반(10)의 상면에 설치되고, 상기 실린더헤드에 설치되는 밸브의 개폐위치를 감지하는 밸브위치감지부(40)와;

상기 실린더헤드의 하부에 연결되고, 상기 실린더헤드의 내부로 내압을 형성하는 내압형성부(50)와;

상기 내압형성부(50)에 설치되고, 상기 밸브를 통해 상기 실린더헤드의 내부로 유입된 후에 상기 내압형성부(50)를 통해 배출되는 공기의 유량을 측정하는 유량측정기(60)를;

포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기.
제1항에 있어서,

상기 내압형성부(50)에 설치되고, 상기 실린더헤드의 내부로 흡기된 후에 상기 내압형성부(50)를 통해 배출되는 공기의 토크량을 측정하는 토크미터(70)를;

더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기.
제1항에 있어서 상기 캠축회전부(20)는,

상기 캠축의 일단을 분리 가능하게 고정하는 고정척(21)과,

상기 고정척(21)에 회전 가능하게 결합되는 회전몸체(22)와,

상기 회전몸체(22)에 연결되어 상기 회전몸체(22)를 회전시키는 회전손잡이(23)를,

포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기.
제1항에 있어서 상기 밸브위치감지부(40)는,

상기 선반(10)의 상면에 설치되는 지지대(41)와,

상기 지지대(41)에 수평이동 가능한 상태로 상기 캠에 대응되게 설치되어 상기 캠의 높이차를 감지하는 위치센서(42)를,

포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기.
제1항에 있어서 상기 내압형성부(50)는,

상기 실린더헤드의 하부에 기밀되게 연결되는 연결배관(51)과,

상기 연결배관(51)의 끝에 설치되어 공기를 흡입하는 블로어(52)를,

포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기.