KR101416448B1 - 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치 - Google Patents

스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적어도 하나의 서브 밸브를 포함하는 몸체부, 상기 서브 밸브에 대응되도록 형성되는 적어도 하나의 실린더 보어를 포함하는 실린더 블록부, 상기 실린더 블록부의 상부에 형성되는 실린더 헤드부 및 상기 실린더 헤드부와 실린더 블록부의 기밀이 유지되도록 형성된 실린더 헤드 가스켓으로 이루어진 시험체와, 상기 실린더 블록부의 일측에서 실린더 보어에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록 형성된 열충격부와, 상기 실린더 보어의 외측에서 오일 누수를 검출하는 오일 센서부 및 상기 몸체부의 일측에 형성되며, 상기 서브 밸브가 형성된 몸체부의 연소압 및 진동을 제어하는 가압/가진부를 포함하고, 상기 시험체에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록, 상기 실린더 블록부와 상기 열충격부의 사이에 제1 제어밸브가 형성되며, 상기 실린더 헤드부에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 상기 열충격부로 회수되도록 상기 실린더 헤드부와 상기 열충격부 사이에 제2 제어밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치{A performance testing apparatus of cylinder head gasket using steam and oil pressure}
본 발명은 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실엔진 내구 조건과 유사한 환경을 구현하여 실엔진 내구 성능 평가와 유사한 결과를 도출할 수 있는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 헤드 가스켓의 밀봉 평가 방법에는 여러가지 방법이 있지만, 그 중에서 실제 연소압력이 작용하는 경우의 밀봉기능을 판단하기 위해서는 질소(N2)가스를 이용하여 평가하였다. 도 1은 종래 질소(N2)가스를 이용한 내연기관의 헤드 가스켓 밀봉 평가장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실더 블록(10)과 실린더 헤드(11) 사이에 시험 대상용 헤드 가스켓(12)을 배치한 상태에서 연소실(13)에 질소(N2) 가스 봄베(14)가 연결된다. 상기 연소실(13)과 질소(N2) 가스 봄베(14)는 관로(15)로 연결되어 있다. 또한, 상기 관로(15)와 질소(N2) 가스 봄베(14) 사이에 밸브(16)가 위치된다.
종래 내연기관의 헤드 가스켓 밀봉 평가는 상기 밸브(16)를 조작하여 질소(N2)가스를 연소실(13)로 공급하여 미도시된 냉각수 통로 또는 인접한 실린더로 누기되는 것이 있는지 판단하였다. 이 경우, 실제 내연기관에서의 연소 압력이 폭발 압력이므로 펄스를 가지고 작용하는데 반하여 정적인 압력이 부여되는 상태에서 측정이 이루어지기 때문에 내연기관 조건이 유사하지 않기 때문에 평가 방법이 부적합한 측면이 있다.
특히 실엔진 평가의 경우, 엔진을 조립하여 엔진 다이나모미터(dynamometer)와 연결 후 연료를 소모하며 정해진 싸이클을 운전하여 엔진의 성능 및 특성을 파악한다. 이때, 가스켓의 밀봉 성능이나 외관상태도 확인한다. 만약, 단품 엔진의 성능 및 특성을 평가하는 경우에, 엔진의 헤드와 블럭만 조립하여 고/저온의 부동액을 순환시켜 가스켓의 누수를 확인하거나, 실린더 보어(bore)의 연소압과 일치하는 유압을 가하여 상기 보어(bore)의 밀봉 성능 및 가스켓의 결합을 확인하는 평가과정을 별도로 시행하였다.
이러한 종래의 엔진 성능 및 특성 평가는 실엔진을 구동시켜 장시간 평가하기 때문에 연료비가 많이 들고, 인력과 평가 시간이 오래 걸리기 때문에 비효율적인 문제점이 있었다.
또한, 단품 엔진을 평가하는 경우에도 보어(bore)와 물을 저장하는 저장부에 대한 평가를 별도로 평가해야 하므로 실엔진 조건을 만족하지 못하기 때문에 평가결과에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 보어(bore)에 고압의 오일을 분사시켜 압력과 진동을 부여하고 열충격부에 고온의 스팀과 저온의 물을 순환시켜 온도 변화에 따른 충격을 가하여 실엔진 구동 조건과 유사하게 구현할 수 있는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실린더 헤드의 출구부에 오일 검출 센서부가 부착되어 상기 보어(bore)에서 오일이 새어나가는지 확인할 수 있는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치는 적어도 하나의 서브 밸브를 포함하는 몸체부, 상기 서브 밸브에 대응되도록 형성되는 적어도 하나의 실린더 보어를 포함하는 실린더 블록부, 상기 실린더 블록부의 상부에 형성되는 실린더 헤드부 및 상기 실린더 헤드부와 실린더 블록부의 기밀이 유지되도록 형성된 실린더 헤드 가스켓으로 이루어진 시험체와, 상기 실린더 블록부의 일측에서 실린더 보어에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록 형성된 열충격부와, 상기 실린더 보어의 외측에서 오일 누수를 검출하는 오일 센서부 및 상기 몸체부의 일측에 형성되며, 상기 서브 밸브가 형성된 몸체부의 연소압 및 진동을 제어하는 가압/가진부를 포함하고, 상기 시험체에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록, 상기 실린더 블록부와 상기 열충격부의 사이에 제1 제어밸브가 형성되며, 상기 실린더 헤드부에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 상기 열충격부로 회수되도록 상기 실린더 헤드부와 상기 열충격부 사이에 제2 제어밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 열충격부는 제1 물저장부, 제2 물저장부 및 제3 물저장부를 포함하고, 상기 제1 물저장부에는 히터가 형성되어 고온의 스팀이 형성되는 스팀생성부가 포함되며, 상기 제2 물저장부에는 상기 냉각수의 온도 제어를 위하여 냉각부가 형성되고, 상기 제2 물저장부 및 상기 제3 물저장부에 상기 실린더 헤드부에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 회수되도록 적어도 하나의 관로가 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 히터는 150 내지 170℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각부는 제2 물저장부에 저장된 물의 온도를 1 내지 6℃로 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 가압/가진부는 상기 서브 밸브에 순차적으로 압력을 가하는 고압펌프부 및 상기 몸체부에 50 내지 70Hz의 진동을 가하도록 주파수를 제어하는 진동제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치에 의하면, 보어(bore)에 고압의 오일을 분사시켜 압력과 진동을 부여하고 열충격부에 고온의 스팀과 저온의 물을 순환시켜 온도 변화에 따른 충격을 가하여 실제 엔진 구동 조건과 유사하게 구현할 수 있으므로 실엔진 내구 평가와 유사한 환경을 구현할 수 있으므로 실엔진 성능 평가의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치에 의하면, 실엔진 내구 평가와 함께 보어(bore)의 오일누출(oil leak) 평가 및 열충격부의 누출(leak) 평가를 동시에 시행할 수 있으므로 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 가스켓 밀봉 평가장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치를 도시한 구성도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치(100)의 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치를 도시한 구성도이다.
상기 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치(100)는 시험체(test object, 110), 열충격부(120) 및 가압/가진부(130)를 포함한다.
상기 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치(100)는 보어(bore)에 고압의 오일을 분사시켜 압력과 진동을 부여하고 열충격부(120)에서 형성된 고온의 스팀과 저온의 물을 순환시켜 온도 변화에 따른 충격을 가하여 실엔진 구동 조건과 유사하게 구현하여 실엔진 내구 평가와 유사한 결과를 도출하여 시험 결과의 신뢰도를 향상시키도록 하기 위한 것이다.
상기 시험체(110)는 몸체부(111), 실린더 블록부(112), 실린더 헤드부(113) 및 실린더 헤드 가스켓(114)를 포함한다. 상기 시험체(110)는 실제 내연기관에서 냉각수 자켓과 연소실만을 보유하도록 형성된 것일 수 있다. 상기 시험체(11)는 실린더 헤드 가스켓(114)의 밀봉 상태 및 소재의 결함 등을 평가하기 위한 것이다.
상기 몸체부(111)는 적어도 하나의 서브 밸브(115)를 포함한다. 상기 서브 밸브(115)는 가압/가진부(130)에서 가해지는 압력에 따라 순차적으로 제어된다.
상기 실린더 블록부(112)는 상기 서브 밸브에 대응되도록 형성되는 적어도 하나의 실린더 보어를 포함한다. 상기 실린더 헤드 가스켓(114)는 상기 실린더 블록부의 상부에 형성되는 실린더 헤드부(113)와 실린더 블록부(112)의 기밀이 유지되도록 형성된다.
상기 실린더 헤드부(113)의 일측에는 보어의 외측으로 오일이 누수되는 것을 검출하는 오일 센서부(140)을 더 포함한다. 상기 오일 센서부(140)는 시험체(110)의 내부에 오일과 압력이 실엔진 구동 조건과 유사하게 부여된 경우에 실린더 헤드부(113)의 외측에서 오일이 감지되는 것으로 오일 누수(oil leak) 여부를 확인할 수 있다.
상기 열충격부(120)는 제1 물저장부(121), 제2 물저장부(124) 및 제3 물저장부(126)을 포함한다. 상기 열충격부(12)는 실린더 블록부(112)의 일측에서 실린더 보어에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급한다.
상기 열충격부(120)는 다수의 관로(P1, P2, P3, P4, P5)를 이용하여 시험체(110)에 연결된다.
상기 제1 물저장부(121)는 물이 저장될 수 있는 공간을 형성하고, 물이 저장되는 공간 내부에는 히터(122)를 더 포함한다. 상기 히터(122)는 150 내지 170℃의 온도로 물을 가열한다. 상기 히터(122)는 제1 물저장부(121)의 내부에 저장된 물을 가열하고, 가열된 물은 수증기 형태로 제1 물저장부(121)의 상부측 공간(123)에 저장된다. 상기 상부측 공간(123)에 저장된 스팀은 제1 관로(P1)을 통하여 제1 제어밸브(150)의 일측에 연결되고, 상기 제1 제어밸브(150)의 타측에 연결된 제3 관로(P3)을 통하여 실린더 블록부(112)에 연결된다.
상기 제2 물저장부(124)는 물이 저장될 수 있는 공간을 형성하고, 저장된 물의 온도를 제어하기 위하여 일측에 냉각부(125)를 더 포함한다. 상기 냉각부는 저장된 물의 온도를 1 내지 6℃로 제어한다. 상기 제2 물저장부(124)는 냉각부(125)로 제어된 물(냉각수)가 제2 관로(P2)를 통하여 제1 제어밸브(150)에 연결된다.
상기 제1 제어밸브(150)는 3방향 제어 밸브인 것을 특징으로 하고, 제1 관로(P1)와 제2 관로(P2)를 통하여 흐르는 고온의 스팀 또는 냉각수를 흐름을 제어하여 제3 관로(P3)으로 배출하여 실린더 블록부(112)로 흐르도록 한다.
상기 제3 물저장부(126)는 실린더 헤드부(113)에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 회수되도록 형성된다. 상기 실린더 헤드부(113)는 외측인 출구측에 제6 관로(P6)가 연결된다. 상기 제6 관로(P6)는 제2 제어벨브(160)의 일측에 연결되고, 상기 제2 제어벨브(160)의 타측에는 두 개의 관로가 연결된다. 상기 제2 제어벨브(160)는 3방향 제어 밸브인 것을 특징으로 한다.
상기 제6관로(P6)에서 회수된 스팀 또는 냉각수는 제2 제어밸브(160)를 통하여 제4 관로(P4) 또는 제5 관로(P5)로 흘러서 제2 물저장부(124) 또는 제3 물저장부(126)에 저장된다. 예를 들면, 상기 제4 관로(P4)는 제3 물저장부(126)에 스팀 또는 냉각수가 회수되도록 한다. 상기 제5 관로(P5)는 제2 물저장부(124)에 스팀 또는 냉각수가 회수되도록 한다.
또한, 상기 제3 물저장부(126)는 제7 관로(P7)를 통하여 제1 물저장부(121)와 연결된다. 상기 제7 관로(P7)는 제3 물저장부(126)에 저장된 물을 제1 물저장부(121)에 공급한다.
상기 가압/가진부(130)는 몸체부(111)의 일측에 형성되어 연소압을 제어하고, 몸체부(111)에 가해지는 진동의 주파수를 제어한다. 상기 가압/가진부(130)는 고압펌프부(131)와 진동제어부(132)를 포함한다. 상기 진동제어부(132)는 50 내지 70Hz로 진동 주파수를 제어한다.
상기 고압펌프부(131)는 실엔진 연소압에 상응하는 압력을 생성한다. 상기 고압 펌프부(131)는 서브 밸브(115)에 폭발 순서대로 압력을 가한다. 또한, 상기 고압펌프부(131)는 실엔진 구동 조건과 유사하게 압력을 가하도록 고압펌프부(131)의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 시험체(110)의 내부 보어(bore)에는 고압의 오일을 분사시킨 후 고압펌프부(131)에서 압력을 가하고, 진동제어부(132)에서 50 내지 70Hz의 진동을 부여하여 실엔진 구동 조건과 유사하게 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치(100)는 고온의 스팀과 저온의 물을 순환시켜 온도 변화에 따른 열충격을 가하고, 가압/가진부(130)에서 압력과 진동을 부여하여 실제 엔진 구동 조건과 유사하게 구현할 수 있으므로 실엔진 성능 평가의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 오일 센서부(140)는 오일누출(oil leak)을 감지할 수 있으며, 열충격부(120)에 저장된 고온의 스팀 및 저온으로 온도가 제어된 냉각수가 시험체(110)에 순환되어 물의 누출(water leak) 평가를 동시에 시행할 수 있으므로 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치
110: 시험체 111: 몸체부
112: 실린더 블록부 113: 실린더 헤드부
114: 실린더 헤드 가스켓
120: 열충격부 121: 제1 물저장부
124: 제2 물저장부 126: 제3 물저장부
130: 가압/가진부 140: 오일센서부
150: 제1 제어밸브 160: 제2 제어밸브

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 서브 밸브를 포함하는 몸체부, 상기 서브 밸브에 대응되도록 형성되는 적어도 하나의 실린더 보어를 포함하는 실린더 블록부, 상기 실린더 블록부의 상부에 형성되는 실린더 헤드부 및 상기 실린더 헤드부와 실린더 블록부의 기밀이 유지되도록 형성된 실린더 헤드 가스켓으로 이루어진 시험체;
    상기 실린더 블록부의 일측에서 실린더 보어에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록 형성된 열충격부;
    상기 실린더 보어의 외측에서 오일 누수를 검출하는 오일 센서부; 및
    상기 몸체부의 일측에 형성되며, 상기 서브 밸브가 형성된 몸체부의 연소압 및 진동을 제어하는 가압/가진부를 포함하고,
    상기 시험체에 고온의 스팀 또는 냉각수를 공급하도록, 상기 실린더 블록부와 상기 열충격부의 사이에 제1 제어밸브가 형성되며,
    상기 실린더 헤드부에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 상기 열충격부로 회수되도록 상기 실린더 헤드부와 상기 열충격부 사이에 제2 제어밸브가 형성되고,
    상기 가압/가진부는 상기 서브 밸브에 폭발 순서에 따라 순차적으로 압력을 가하는 고압펌프부; 및
    상기 몸체부에 50 내지 70Hz의 진동을 가하도록 주파수를 제어하는 진동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열충격부는 제1 물저장부, 제2 물저장부 및 제3 물저장부를 포함하고,
    상기 제1 물저장부에는 히터가 형성되어 고온의 스팀이 형성되는 스팀생성부가 포함되며,
    상기 제2 물저장부에는 상기 냉각수의 온도 제어를 위하여 냉각부가 형성되고,
    상기 제2 물저장부 및 상기 제3 물저장부에 상기 실린더 헤드부에서 배출되는 고온의 스팀 또는 냉각수가 회수되도록 적어도 하나의 관로가 연결된 것을 특징으로 하는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터는 150 내지 170℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 제2 물저장부에 저장된 물의 온도를 1 내지 6℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 스팀과 유압을 이용한 실린더 헤드 가스켓의 성능 시험장치.

  5. 삭제
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