KR101262272B1 - 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 - Google Patents

엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 Download PDF

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Abstract

엔진과 연결되어 엔진오일이 유입되는 유입관과 이에 마련된 유입밸브; 일측에 상기 유입관과 연결되는 유입구가 형성되고 타측에 유출구가 형성된 측정용 뷰렛 및 측정용 뷰렛의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 측정카메라; 상기 뷰렛의 유출구에서 분기된 벤트관 및 벤트관에 마련된 벤트밸브; 일측에 상기 유출구와 연결된 드레인관이 마련되고, 드레인관에 드레인밸브가 구비된 드레인뷰렛; 일측이 상기 유입구에서 분기되고 타측이 드레인뷰렛에 연결된 보조드레인관 및 보조드레인관에 마련된 보조밸브; 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부;를 포함하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법이 소개된다.

Description

엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 {APPARATUS FOR MEASURING AIR AMOUNT OF ENGINE OIL AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 시험 효율성 및 시험 결과에 대한 신뢰성이 향상되고, 복잡한 장비 사용에 따른 고비용 및 소음 문제가 없으며, 오일 온도 제한 없이 사용가능한 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.
엔진 내 오일의 순환 과정에서 오일은 대기압에서부터 4~5bar 수준의 고압 상태까지 다양한 압력 조건을 가지게 된다. 또한 엔진 내부 각 부분에서 역할을 마친 오일은 오일펌프로 들어가기 전에 공기와 접촉하는 과정을 겪게 된다. 적절하게 설계된 윤활계에서는 이러한 과정을 통해 혼입된 공기는 일반적으로는 문제가 되지 않으나, 설계상의 문제나, 설계 사용 구간을 벗어나는 경우에는 오일 내 공기가 과도하게 혼입되어 문제를 발생하기도 한다.
한편, 오일 내 공기가 과도하게 혼입될 경우, 여러 부분에서 문제가 발생할 수 있다. 베어링의 경우 오일은 고압 조건에서 윤활과 동시에 하중을 지지해야하나, 오일 내 공기로 인해 하중 지지 능력이 떨어져 베어링 손상을 유발할 수 있다.
또한 CVVT와 같은 유압을 이용하는 기구에서 원하는 힘을 얻지 못할 수 있다. 상대적으로 저압 조건에서는 공기가 오일에서 기포로 빠져나와 HLA와 같은 기구에서 생성된 공기로 인해 캠이 눌러도 밸브를 제대로 누르지 못하는 스폰지 현상을 일으키며, 큰 소음을 발생한다.
이러한 문제를 막기 위해 엔진 개발 중에 공기 혼입량을 측정하여 최소 및 최대 오일 용량을 선정하고, 선정된 오일 용량 내에서 적절한 수준을 가지도록 하는 과정이 필수적이다.
공기 혼입량의 측정은 기본적으로 작업자가 직접 고속으로 회전하는 엔진 내부의 고온 상태의 오일을 일정량의 용기에 빼내어 오일과 공기를 분리하여 그 때의 공기량 또는 오일량을 측정한다. 그러나, 이러한 고속, 고온 상태의 작업은 매우 위험한 작업이며, 특히 수 시간만에도 파손되기도 하는 개발 엔진의 경우 심각한 안전 문제를 가진다.
이런 중대한 문제를 회피하기 위해, 다양한 방법의 측정법이 나와 있으며, 그러한 측정법을 이용한 상용 제품 또한 출시되었다. 그러나, 다음 장에서 보이듯이 각각의 방법 또한 그 나름의 문제를 가지고 있어, 아직까지도 위험하나 정확한 기본 측정법을 이용하고 있다.
종래의 다양한 측정방법 중 하나는, 채집된 오일을 피스톤을 이용하여 진공상태에서 오일/공기를 분리한 후 다시 피스톤으로 1 bar로 가압하여 측정하는 방법이 있으나, 이는 진공 형성 및 가압 장비가 필요하고, 진공 정도 및 가압 장비 정밀도에 따라 공기 분리 효율이 변화되며 측정 최고 온도가 120도 정도로서 제한되는 문제가 있다.
또한, 압축챔버에 오일을 채집한 후 오일을 200bar까지 가압하여 압축곡선을 분석하는 방법이 있으나, 이는 200bar까지 가압하기 위한 압축기가 필요하고, 압축시 소음이 발생되며 오일 열화 정도에 따른 특성(압축률) 변화는 고려가 안되는 문제가 있으며 15% 까지만 측정이 가능한 문제가 있다.
또한, 오일과 오일내 기포를 X-ray 투과하여 밀도를 측정 공기 혼입량을 계산하는 방법이 있으나, 이는 X-선에 대한 적절한 차폐가 필요하고 오일 내 용존 공기량이 보정이 안되며 기준값으로 0% 공기혼입의 오일이 필요하고 통과하는 기포 크기에 따라 측정값이 흔들리는 문제가 있다.
한편, 별도의 유로를 형성하여 그 유로를 지나는 오일을 밀도계, 온도계, 압력계로 측정하여 공기혼입량을 계산하는 방법도 있으나, 오일 열화 정도에 따른 특성(밀도, 압축률) 변화는 고려가 안되었고, 오일 내 용존 공기량이 보정되지 않으며 기준값으로 0% 공기혼입인 오일이 필요한 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 시험 효율성 및 시험 결과에 대한 신뢰성이 향상되고, 복잡한 장비 사용에 따른 고비용 및 소음 문제가 없으며, 오일 온도 제한 없이 사용가능한 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진오일 공기혼입량 측정장치는, 엔진과 연결되어 엔진오일이 유입되는 유입관과 이에 마련된 유입밸브; 일측에 상기 유입관과 연결되는 유입구가 형성되고 타측에 유출구가 형성된 측정용 뷰렛 및 측정용 뷰렛의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 측정카메라; 상기 뷰렛의 유출구에서 분기된 벤트관 및 벤트관에 마련된 벤트밸브; 일측에 상기 유출구와 연결된 드레인관이 마련되고, 드레인관에 드레인밸브가 구비된 드레인뷰렛; 일측이 상기 유입구에서 분기되고 타측이 드레인뷰렛에 연결된 보조드레인관 및 보조드레인관에 마련된 보조밸브; 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 엔진오일의 유입제어시 유입밸브와 드레인밸브를 개방하고, 측정제어시 유입밸브와 드레인밸브를 잠근 후 벤트밸브를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브와 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출토록 할 수 있다.
상기 측정용 뷰렛의 유출구에는 엔진과 연결된 유출관이 마련되고 유출관에는 제1유출밸브가 마련되며, 상기 드레인관은 유출밸브 후단의 유출관에서 분기되고, 엔진과 드레인관의 분기점 사이에는 제2유출밸브가 마련될 수 있다.
상기 제어부는 엔진오일의 유입제어시 유입밸브와 제1유출밸브를 개방하고 드레인밸브 또는 제2유출밸브를 개방하며, 측정제어시 유입밸브와 제1유출밸브를 잠근 후 벤트밸브를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브와 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출토록 할 수 있다.
상기 드레인 뷰렛의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 보조카메라;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 측정장치를 이용한 엔진오일 공기혼입량 측정방법은, 유입밸브와 드레인밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용 뷰렛에 유입시키는 유입단계; 유입밸브와 드레인밸브를 잠가 엔진오일을 측정용 뷰렛에 가두는 준비단계; 벤트밸브를 개방하여 뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계; 및 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하는 종료단계;를 포함한다.
또한, 또 다른 측정장치를 이용한 엔진오일 공기혼입량 측정방법은, 측정후의 엔진오일을 드레인할 경우 드레인밸브를 개방하고 엔진으로 다시 보낼 경우 제2유출밸브를 미리 개방하는 선택단계; 유입밸브와 드레인밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용 뷰렛에 유입시키는 유입단계; 유입밸브와 드레인밸브를 잠가 엔진오일을 측정용 뷰렛에 가두는 준비단계; 벤트밸브를 개방하여 뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계; 및 뷰렛을 비울 경우 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하고 비우지 않을 경우 벤트밸브를 잠그는 종료단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 따르면, 시험 효율성 및 시험 결과에 대한 신뢰성이 향상되고, 복잡한 장비 사용에 따른 고비용 및 소음 문제가 없으며, 오일 온도 제한 없이 사용가능하다.
또한, 기준값으로 0% 공기흡입의 오일이 불필요하며 복잡한 수식을 통한 환산이 불필요하고, 오일의 유출이 없으며 정확한 공기량과 그 공기를 제외한 나머지 오일만의 양을 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진오일 공기혼입량 측정장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 엔진오일 공기혼입량 측정장치를 이용한 측정방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엔진오일 공기혼입량 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진오일 공기혼입량 측정장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 엔진오일 공기혼입량 측정장치는, 엔진과 연결되어 엔진오일이 유입되는 유입관(100)과 이에 마련된 유입밸브(120); 일측에 상기 유입관(100)과 연결되는 유입구(320)가 형성되고 타측에 유출구(340)가 형성된 측정용뷰렛(300) 및 측정용 뷰렛(300)의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 측정카메라(360); 상기 측정용뷰렛(300)의 유출구(340)에서 분기된 벤트관(400) 및 벤트관(400)에 마련된 벤트밸브(420); 일측에 상기 유출구(340)와 연결된 드레인관(520)이 마련되고, 드레인관(520)에 드레인밸브(522)가 구비된 드레인뷰렛(500); 일측이 상기 유입구(320)에서 분기되고 타측이 드레인뷰렛(500)에 연결된 보조드레인관(540) 및 보조드레인관(540)에 마련된 보조밸브(542); 및 상기 밸브들을 제어하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 엔진오일의 유입제어시 유입밸브(120)와 드레인밸브(522)를 개방하고, 측정제어시 유입밸브(120)와 드레인밸브(522)를 잠근 후 벤트밸브(420)를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브(420)와 보조밸브(542)를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛(500)으로 토출토록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 엔진오일 공기혼입량 측정장치는 다수의 관과 밸브로 구성되고 밸브는 본래 닫혀있는 구성으로서 제어부의 제어에 의하여만 개방상태로 될 수 있다. 따라서, 유압계통의 오작동에 의하여도 개별 부품과 엔진의 보호가 가능하다.
한편, 측정용뷰렛에는 측정카메라가 설치되어 그 카메라를 보고 공기의 양을 정확히 확인할 수 있는바, 원격지에서의 측정과 관찰로 인하여 작업자의 보호가 가능해진다. 또한 이러한 카메라는 제어부에서 그 영상을 분석하여 눈금을 데이터로 변환하도록 할 경우 더욱 정확한 측정이 가능해진다.
한편, 상기 측정용뷰렛(300)의 유출구(340)에는 엔진과 연결된 유출관(200)이 마련되고 유출관(200)에는 제1유출밸브(220)가 마련되며, 상기 드레인관(520)은 유출관(200)의 제1유출밸브(220) 후단에서 분기되고, 엔진과 드레인관(520)의 분기점 사이에는 제2유출밸브(240)가 마련될 수 있다.
이를 통하여 상기 제어부는 최종적으로, 엔진오일의 유입제어시 유입밸브(120)와 제1유출밸브(220)를 개방하고 드레인밸브(522) 또는 제2유출밸브(240)를 개방하며, 측정제어시 유입밸브(120)와 제1유출밸브(220)를 잠근 후 벤트밸브(420)를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브(420)와 보조밸브(542)를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛(500)으로 토출토록 할 수 있다.
그리고, 상기 드레인뷰렛(500)의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 보조카메라(560);를 더 포함함으로써 드레인 되는 오일의 양 역시 원격지에서 정확히 파악하여 로스가 없도록 한다.
이러한 본 발명의 측정장치를 이용한 엔진오일 공기혼입량 측정방법은, 유입밸브와 드레인밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용 뷰렛에 유입시키는 유입단계; 유입밸브와 드레인밸브를 잠가 엔진오일을 측정용 뷰렛에 가두는 준비단계; 벤트밸브를 개방하여 뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계; 및 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하는 종료단계;를 포함한다.
더욱 상세하게는, 측정후의 엔진오일을 드레인할 경우 드레인밸브를 개방하고 엔진으로 다시 보낼 경우 제2유출밸브를 미리 개방하는 선택단계(S100); 유입밸브와 제1유출밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용뷰렛에 유입시키는 유입단계(S200); 유입밸브와 제1유출밸브를 잠가 엔진오일을 측정용뷰렛에 가두는 준비단계(S260); 벤트밸브를 개방하여 측정용뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계(S300); 및 측정용뷰렛을 비울 경우 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하고 비우지 않을 경우 벤트밸브를 잠그는 종료단계(S420,S480);를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 엔진오일 공기혼입량 측정장치를 이용한 측정방법의 순서도로서, 먼저 측정후의 오일을 어떻게 처리할지 결정하게 된다(S100). 오일은 드레인뷰렛으로 토출할 수도 있고 엔진으로 다시 회수할 수도 있을 것이다. 그에 따라 드레인할 경우 드레인밸브를 개방하고(S110) 엔진으로 다시 보낼 경우 제2유출밸브를 미리 개방(S130)하도록 하며 나머지 밸브는 폐쇄하도록 한다(S120,S140).
그리고나서 유입밸브와 제1유출밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용뷰렛에 유입시키도록 한다(S200). 측정용뷰렛의 눈금을 측정카메라를 통하여 보면서 측정레벨이 만족된 경우에는 유입밸브와 제1유출밸브를 잠가 엔진오일을 측정용뷰렛에 가두도록 한다(S220,S240,S260).
그 후 벤트밸브를 개방하여 측정용뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영한다(S300,S320,S340). 이를 통하여 원하는 양만큼의 엔진오일을 채취하여 그에 포함된 공기량을 정확히 측정할 수 있게 된다.
그 후 측정용뷰렛을 비우고자 할 경우(S400)에는 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출한다(S420,S440). 그리고 토출이 완료되면 보조밸브와 벤트밸브를 폐쇄한다(S460,S480).
또한 측정용뷰렛을 비우지 않고자 할 경우에는 벤트밸브만을 폐쇄한다(S480). 그리고 나서 연속적으로 다음 오일을 측정하고자 할 경우에는 다시 처음부터 진행하면 되는 것이다(S500). 측정의 종료시에는 드레인밸브와 제2유출밸브를 폐쇄토록 한다(S520).
이러한 과정을 통하여 본 발명은 엔진의 내부에 있는 오일을 원하는 양만큼만 채취하여 공기를 토출시키고 그 양을 측정하며, 이를 드레인으로 모을수도 있고 다시 엔진으로 회수할 수도 있다. 또한, 드레인에는 뷰렛식으로 눈금을 측정하며 이 역시 카메라로 촬영하여 제공하는바 측정과정에서 어떠한 오일의 누수나 유출이 없어 전체적인 오일의 측정량 관리가 용이하고 총량 대비 공기량의 파악이 용이한 것이다.
더욱이, 이러한 방법은 전체 오일을 시간적인 순서에 따라 나누어 측정하는 것이 가능한바, 오일 전체에 대한 공기량의 변화를 알아보는데에 매우 유용하고 잔여 오일 역시 철저히 관리되어 총량 대비 공기량의 파악이 정확해진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 유입관 200 : 유출관
300 : 측정용뷰렛 400 : 벤트관
500 : 드레인뷰렛

Claims (7)

  1. 엔진과 연결되어 엔진오일이 유입되는 유입관(100)과 이에 마련된 유입밸브(120);
    일측에 상기 유입관(100)과 연결되는 유입구(320)가 형성되고 타측에 유출구(340)가 형성된 측정용뷰렛(300) 및 측정용 뷰렛(300)의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 측정카메라(360);
    상기 측정용뷰렛(300)의 유출구(340)에서 분기된 벤트관(400) 및 벤트관(400)에 마련된 벤트밸브(420);
    일측에 상기 유출구(340)와 연결된 드레인관(520)이 마련되고, 드레인관(520)에 드레인밸브(522)가 구비된 드레인뷰렛(500);
    일측이 상기 유입구(320)에서 분기되고 타측이 드레인뷰렛(500)에 연결된 보조드레인관(540) 및 보조드레인관(540)에 마련된 보조밸브(542); 및
    상기 밸브들을 제어하는 제어부;를 포함하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 엔진오일의 유입제어시 유입밸브(120)와 드레인밸브(522)를 개방하고, 측정제어시 유입밸브(120)와 드레인밸브(522)를 잠근 후 벤트밸브(420)를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브(420)와 보조밸브(542)를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛(500)으로 토출토록 하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정용뷰렛(300)의 유출구(340)에는 엔진과 연결된 유출관(200)이 마련되고 유출관(200)에는 제1유출밸브(220)가 마련되며, 상기 드레인관(520)은 유출관(200)의 제1유출밸브(220) 후단에서 분기되고, 엔진과 드레인관(520)의 분기점 사이에는 제2유출밸브(240)가 마련된 것을 특징으로 하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 엔진오일의 유입제어시 유입밸브(120)와 제1유출밸브(220)를 개방하고 드레인밸브(522) 또는 제2유출밸브(240)를 개방하며, 측정제어시 유입밸브(120)와 제1유출밸브(220)를 잠근 후 벤트밸브(420)를 개방하며, 종료제어시 벤트밸브(420)와 보조밸브(542)를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛(500)으로 토출토록 하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 드레인뷰렛(500)의 측방에 마련되어 눈금을 촬영하는 보조카메라(560);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 공기혼입량 측정장치.
  6. 청구항 1의 측정장치를 이용한 엔진오일 공기혼입량 측정방법으로서,
    유입밸브와 드레인밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용 뷰렛에 유입시키는 유입단계;
    유입밸브와 드레인밸브를 잠가 엔진오일을 측정용 뷰렛에 가두는 준비단계;
    벤트밸브를 개방하여 뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계; 및
    보조밸브를 개방하여 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하는 종료단계;를 포함하는 엔진오일 공기혼입량 측정방법.
  7. 청구항 3의 측정장치를 이용한 엔진오일 공기혼입량 측정방법으로서,
    측정후의 엔진오일을 드레인할 경우 드레인밸브를 개방하고 엔진으로 다시 보낼 경우 제2유출밸브를 미리 개방하는 선택단계(S100);
    유입밸브와 제1유출밸브를 개방하여 엔진오일을 측정용뷰렛에 유입시키는 유입단계(S200);
    유입밸브와 제1유출밸브를 잠가 엔진오일을 측정용뷰렛에 가두는 준비단계(S260);
    벤트밸브를 개방하여 측정용뷰렛에 가둔 엔진오일내 공기를 토출하고 공기토출 전후의 눈금을 측정카메라로 촬영하는 측정단계(S300); 및
    측정용뷰렛을 비울 경우 보조밸브를 개방하여 엔진오일을 엔진오일을 드레인뷰렛으로 토출하고 비우지 않을 경우 벤트밸브를 잠그는 종료단계(S420,S480);를 포함하는 엔진오일 공기혼입량 측정방법.
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