KR101527491B1 - 밸브 시트 마모 시험기 - Google Patents

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박성영
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공주대학교 산학협력단
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Abstract

밸브 시트 마모 시험기가 개시된 이 밸브 시트 마모 시험기는, 하우징과, 하우징의 측벽을 관통하도록 설치되고 컨트롤러에 의해 제어되는 모터에 의해 설정된 회전수로 회전하는 캠축과, 상기 캠축의 중간에 형성된 캠을 포함하는 하우징 모듈과; 상기 하우징의 상단벽에 형성된 장착 구멍을 통해 하부가 삽입되고 상부가 노출되는 밸브 시트 케이스 모듈을 포함한다. 상기 밸브 시트 케이스 모듈은 상부 중공 및 상기 상부 중공보다 작은 하부 중공을 갖는 밸브 시트 케이스와, 스템 및 밸브 헤드를 포함하고 상기 밸브 시트 케이스 내에서 상하 이동 가능하게 설치된 밸브와, 상기 스템의 하단에 마련되며 상기 캠의 회전에 따라 상하로 왕복 운동하여 상기 밸브를 상하 왕복 운동시키는 태핏과, 컨트롤러에 의해 제어된 온도로 발열되며 상기 밸브 시트 케이스에 결합되는 전기히터를 포함하며, 상기 상부 중공과 상기 하부 중공 사이의 단턱에는 상기 밸브 헤드의 후방면과 반복적으로 접촉하도록 밸브 시트가 설치되고, 상기 하부 중공에는 상기 스템과 지속적으로 접촉하는 밸브 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.

Description

밸브 시트 마모 시험기{VALVE SEAT ABRASION TESTER}
본 발명은 엔진용 밸브 시트의 마모 시험기에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 실제 엔진 구동 시 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드에 영향을 주는 요소들을 반영하여 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드의 마모 시험의 신뢰성을 높인 밸브 시트 마모 시험기에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에서 얻어지는 열에너지를 운동에너지로 바꾸어 동력을 발생시키는 역할을 하며, 실린더헤드, 실린더블록 및 크랭크케이스 등을 포함한다. 이러한 엔진은 예컨대 연소실로 연료를 공급시켜주고 연소가스를 배출하여 주는 밸브 구동 기구를 포함한다.
도 1은 일반적인 밸브 구동 기구를 보여준다.
도 1에 도시된 것과 같이, 밸브 구동 기구는, 밸브 개폐 수단으로 캠과 태핏과 스프링을 포함한다. 캠 구동 및 스프링 복원력에 의해 태핏은 상하로 구동될 수 있으며, 밸브는 태핏에 의해 전후로 이동하여 유로를 개방하거나 닫는다. 밸브는 밸브 스템과 밸브 헤드를 포함하며, 밸브 닫힘시, 밸브 헤드 후방의 밸브 면이 밸브 시트와 맞닿아 기밀을 유지한다. 또한 밸브 면과 밸브 시트의 밀착이 정확히 되도록, 밸브 가이드가 밸브 스템을 안내하도록 제공된다. 밸브 시트와 밸브 가이드는 밸브로부터 열을 전달받아 실린더 헤드로 전달한다. 이때, 밸브 시트는 밸브 면과의 반복적인 접촉으로 인해 마모가 발생하고 밸브 가이드는 밸브의 지속적인 왕복운동으로 인해 마모가 발생한다. 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드에 생긴 마모량은 그것이 극히 미미하다 하더라도 엔진 성능에 큰 악 영향을 미친다. 밸브 시트 및 밸브 가이드에 대한 연구에 필요한 다이나모 실험은 긴 시간과 고 비용을 요구한다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0170921호(1998.10.16.)가 있다.
밸브 시트 마모 시험기는 실제 엔진을 최대한으로 모사할 수 있도록 엔진 구동시 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드에 영향을 주는 요소들이 반영되어야 한다. 엔진 구동시에 밸브 시트 및 밸브 가이드에 영향을 주는 요소들은 다음과 같다.
- 밸브의 개폐 수에 영향을 주는 엔진의 회전수
- 밸브 온도에 영향을 주는 연소온도
- 밸브에 충격을 주는 연소폭발압력
한편, 도 2의 (a), (b) 및 (c)의 사진들에서 보이는 종래 마모 시험기가 실제 엔진 구동시를 모사하는데 다음과 같은 이유로 한계가 많다는 것을 본 발명의 발명자(들)는 알게 되었다.
- 불꽃 토치 이용으로 인한 연소 온도 모사의 비일관성
- 밸브 시트 안착 틀로 인한 편마모의 발생
- 편마모 방지를 위한 강제 회전
- 밸브 시트 안착 틀 사용으로 인한 밸브축, 밸브시트링 축 및 밸브가이드 축의 틀어짐
- 유압 시스템 구동을 통한 연소압의 모사가 실제 연소 현상과 상이함.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실제 엔진 구동 시 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드에 영향을 주는 요소들을 최대한 정확히 반영하여 밸브 시트 및/또는 밸브 가이드의 마모 시험의 신뢰성을 높인 밸브 시트 마모 시험기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 밸브 시트 마모 시험기는, 하우징과, 하우징의 측벽을 관통하도록 설치되고 컨트롤러에 의해 제어되는 모터에 의해 설정된 회전수로 회전하는 캠축과, 상기 캠축의 중간에 형성된 캠을 포함하는 하우징 모듈과; 상기 하우징의 상단벽에 형성된 장착 구멍을 통해 하부가 삽입되고 상부가 노출되는 밸브 시트 케이스 모듈을 포함한다. 상기 밸브 시트 케이스 모듈은 상부 중공 및 상기 상부 중공보다 작은 하부 중공을 갖는 밸브 시트 케이스와, 스템 및 밸브 헤드를 포함하고 상기 밸브 시트 케이스 내에서 상하 이동 가능하게 설치된 밸브와, 상기 스템의 하단에 마련되며 상기 캠의 회전에 따라 상하로 왕복 운동하여 상기 밸브를 상하 왕복 운동시키는 태핏과, 컨트롤러에 의해 제어된 온도로 발열되며 상기 밸브 시트 케이스에 결합되는 전기히터를 포함하며, 상기 상부 중공과 상기 하부 중공 사이의 단턱에는 상기 밸브 헤드의 안착면(seating area)과 반복적으로 접촉하도록 밸브 시트가 설치되고, 상기 하부 중공에는 상기 스템과 지속적으로 접촉하는 가이드가 설치된다.
일 실시예예 따라, 상기 캠에 의한 상기 태핏 및 상기 밸브의 상승시 압축되고 상기 캠에 의한 상기 태핏 및 상기 밸브의 하강시 신장되는 스프링이 상기 밸브와 상기 태핏 사이에 개재된다.
일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트 케이스 모듈은 상기 밸브 시트 케이스의 외주면에 형성된 리브가 상기 장착 구멍 주변에 걸려 유지되도록 상기 하우징에 장착된다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 상단벽에 체결되는 환형 고정 커버를 더 포함하고, 상기 고정 커버는 상기 리브를 상기 하우징 상단벽에 밀착시킨 상태로 상기 밸브 시트 케이스 모듈을 상기 하우징에 고정시킨다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징은 상기 캠의 교환을 위해 상기 하우징으로부터 분리되어 상기 하우징의 내부를 개방하는 분리 플레이트를 포함하며, 상기 하우징에는 상기 하우징 내 밸브 시트 케이스 모듈에 오일을 공급하기 위한 오일 인렛 노즐과 상기 하우징 내로 공급된 오일을 회수하기 오일 드레인 홀이 구비되며, 상기 하우징의 측벽에는 상기 하우징의 내부를 관찰하기 위한 관찰창이 마련된다.
일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트 케이스는 상기 하우징 내부에 위치한 하부와 상기 하우징의 상단벽을 지나 돌출한 상부를 포함하고, 상기 밸브 시트 케이스의 상부 외주면에 상기 전기히터가 결합된다.
일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트와 상기 밸브 가이드는 축이 일치하도록 배치된다.
일 실시예에 따라, 상기 밸브 시트 마모 시험기는 냉각 및 윤활 시스템과 연결되며, 상기 냉각 및 윤활 시스템은 오일 저장 탱크로부터 밸브 시트 마모 시험기에 오일을 공급하기 위한 오일 공급 라인과 밸브 시트 마모 시험기에서 냉각 및 윤활 작용을 마친 오일을 회수하기 위한 오일 회수 라인을 포함하며, 상기 오일 공급 라인은 상기 오일 저장 탱크로부터 상기 밸브 시트 마모 시험기까지 오일 펌프와, 유량 조정 밸브를 차례로 포함하고 상기 하우징에 형성된 오일 인렛 노즐과 접속하고, 상기 오일 회수 라인은 상기 하우징 하단에 형성된 오일 드레인 홀로부터 상기 오일 저장 탱크로 이어지며, 상기 오일 회수 라인에는 오일 쿨러가 배치된다.
일 실시예에 따라, 상기 캠의 프로파일은 상기 밸브의 시팅시 충격력 600 ~ 1600N, 상기 밸브의 시팅시 가속도 0.0188 ~ 0.0438 mm/Degree^2, 그리고, 상기 밸브의 시팅시 속도 0.05 ~ 0.10 mm/Degree이 되도록 설계된다.
본 발명에 따른 밸브 시트 마모 시험기는 불꽃 토치를 이용함으로 인해 연소 온도 모사가 일관적이지 못하였던 종래기술과 달리 전기 가열을 통해 전열량 및 온도 제어 최적화가 가능하고 이에 따라 실제 엔진의 연소 온도 모사가 가능하다는 장점을 갖는다. 또한 본 발명에 따른 밸브 시트 마모 시스템은 실제 엔진과 동일한 방식으로 밸브가 작동되면서 밸브 시트와 밸브 가이드에 대한 마모가 진행되며, 밸브와의 접촉에 의한 밸브 시트 및/또는 가이드의 마모를 보다 더 신뢰성 있게 측정할 수 있도록 해준다. 또한 본 발명에 따른 밸브 시트 마모 시험기는, 실제 엔진과 동일하게 밸브 시트와 밸브 가이드의 축, 즉 중심 축선이 일치하므로, 마모 시험에 정확성을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 밸브 시트 마모 시험기는 캠 프로파일의 설계 인자 변경을 통해 실제 엔진의 작동 및 연소압을 모사할 수 있다.
도 1은 일반적인 밸브 구동 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 마모 시험기를 보인 사진들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 시트 마모기의 전방 측을 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 시트 마모기의 후방 측을 보인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브 시트 마모기를 도시한 절개 사시도이다.
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 밸브 시트 마모기의 밸브 시트 케이스 모듈을 도시한 절개 사시도이다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 밸브 시트 마모기가 적용된 마모 시험 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1 내지 도 6에 도시된 밸브 시트 마모기가 적용된 마모 시험 설비의 냉각시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 3 내지 도 8에 도시된 밸브 시트 마모기의 캠 프로파일을 도시한 도면이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 캠 프로파일 변경을 통해 구현된 캠 회전에 따른 밸브 리프트 변화 추이, 밸브 속도 변화 추이, 밸브 가속도 변화 추이, 밸브 충격력 변화 추이를 보인 그래프들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 시트 마모기의 전방 측을 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 시트 마모기의 후방 측을 보인 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브 시트 마모기를 도시한 절개 사시도이고, 도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 밸브 시트 마모기의 밸브 시트 케이스 모듈을 도시한 절개사시도이고, 도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 밸브 시트 마모기가 적용된 마모 시험 설비를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 1 내지 도 6에 도시된 밸브 시트 마모기가 적용된 마모 시험 설비의 냉각 및 윤활 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 3 내지 도 8에 도시된 밸브 시트 마모기의 캠 프로파일을 도시한 도면이고, 도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 캠 프로파일 변경을 통해 구현된 캠 회전에 따른 밸브 리프트 변화 추이, 밸브 속도 변화 추이, 밸브 가속도 변화 추이, 밸브 충격력 변화 추이를 보인 그래프들이다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 시트 마모 시험기(1)는 하우징 모듈(2)과 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 포함한다.
하우징 모듈(2)은 하우징(22)과, 상기 하우징(22)의 측벽을 관통하도록 설치된 캠축(24)을 포함한다. 캠축(24)의 중간에는 상기 캠축(24)과 일체로 회전하여 이하 설명되는 태핏(44)을 상하로 왕복 운동시키는 캠(25)이 형성된다.
상기 하우징(22)의 양 측벽에는 상기 캠축(24)의 관통을 허용하는 축 구멍이 형성되고 상기 축 구멍에는 상기 캠축(24)을 회전가능하게 지지하는 볼 베어링(26a)과 상기 하우징(22) 내 오일이 캠축(24)과 축 구멍 사이로 유출되는 것을 막기 위한 오일 씰(26b)이 설치된다.
또한 상기 하우징(22)의 상단벽에 장착 구멍(27)이 형성되며, 상기 장착 구멍(27)을 통해 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)의 하부가 삽입된 상태로 유지된다. 이하 설명되는 바와 같이, 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)은 중공형 밸브 시트 케이스(42)를 포함하되, 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)이 장착될 때, 밸브 시트 케이스(42)의 외주면에 형성된 리브(429)가 장기 장착 구멍(27) 주변의 하우징(22) 상단벽에 걸려 유지된다.
볼트들에 의해 하우징(22)의 상단벽에 체결되는 환형 고정 커버(3)는 상기 리브(429)를 하우징(22)의 상단벽에 밀착시킨 상태로 고정하여 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 하우징(22)에 고정시킨다. 볼트 체결을 풀어 고정 커버(3)를 분리함으로써, 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 하우징 모듈(2)로부터 쉽게 분리할 수 있다.
또한 상기 하우징(22)은 4개의 측벽 중 하나의 측벽으로 볼트에 의해 분리 가능하게 결합된 분리 플레이트(224)를 포함한다. 분리 플레이트(224)는 밸브 시트 마모 시험기(1)의 정비를 위해 그리고 캠(25)의 교환을 위해 상기 하우징(22)으로부터 분리되어 상기 하우징(22)의 내부를 개방시킨다.
또한, 상기 하우징(22)의 측벽에는 상기 하우징(22) 내 밸브 시트 케이스 모듈(4)에 오일을 공급하기 위한 오일 인렛 노즐(28a)과 하우징(22) 내로 공급된 오일을 회수하기 위해 그 오일을 하우징(22) 외부로 드레인 하기 위한 오일 드레인 홀(28b)이 구비된다. 또한 상기 하우징(22)의 측벽에는 하우징(22) 내부를 관찰하기 위한 관찰창(29)이 마련된다.
밸브 시트 케이스 모듈(4)은 실제 엔진의 밸브 관련 구성과 유사한 것으로, 중공형 밸브 시트 케이스(42)와 밸브 시트 케이스(42) 내에서 상하 이동되게 설치된 밸브(43)와, 밸브(43)의 스템(431) 하단에 마련된 태핏(44)을 포함한다. 상기 태핏(44)은 전술한 캠(25)의 프로파일과 연속적으로 면하도록 배치되어 상기 캠(25)의 회전에 따라 상하로 왕복 운동하여 상기 밸브(43)를 상하 왕복 운동시킨다. 또한, 상기 태핏(44)과 상기 밸브(43) 사이에는 상기 캠(25)에 의한 상기 태핏(44) 및 상기 밸브(43)의 상승시에 압축되고 상기 캠(25)에 의한 상기 태핏(44) 및 상기 밸브(43)의 하강시에 신장(탄성 복원)되는 스프링(45)이 개재된다. 또한, 상기 밸브 시트 케이스(42)의 중공 내부를 밀봉하도록 중공 하부에서 스프링(45)의 주변으로 오일 씰(46)이 제공될 수 있다.
한편, 상기 밸브(43)는 스템(431)과 상기 스템(431) 상단에 형성된 밸브 헤드(432)로 이루어진다. 상기 밸브 시트 케이스(42)의 하부는 상기 하우징(22) 내에 위치하고 상기 밸브 시트 케이스(42)의 상부는 상기 하우징(22)의 상단벽을 지나 외부로 돌출된다. 또한 상기 밸브 시트 케이스(42)는 상기 밸브 헤드(432)가 수용되는 상부 중공(421)과, 상기 스템(431)의 왕복 운동이 주로 이루어지는 하부 중공(422)을 포함하며, 상기 상부 중공(421)이 상기 하부 중공(422)보다 큰 크기로 이루어져, 상기 상부 중공(421)과 상기 하부 중공(422) 사이에는 단턱(423)이 형성된다. 상기 단턱(423)에는 마모 시험 대상물인 환형의 밸브 시트(5)가 설치된다. 또한 상기 하부 중공(422)의 내벽면에는 밸브 가이드(6)가 상기 스템(431)과 슬라이딩 가능하게 접하도록 설치된다. 상기 캠(25)에 의해 상기 밸브(43)가 상하 왕복 운동하는 동안, 상기 밸브 시트(5)는 상기 밸브 헤드(432)의 후방면인 안착면(seating area), 즉, 밸브 면과 반복적으로 접촉하여 마모가 발생하며, 상기 밸브 가이드(6)는 상하로 왕복 이동하는 스템(431)과의 지속적인 마찰 접촉에 의해 마모가 발생한다. 따라서, 밸브 시트(5)와 밸브 가이드(6)의 마모 정도를 측정할 수 있다.
전술한 것과 같이 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 구성하는 부품들 및 마모 시험 객체들은 실제 엔진 내 부품들과 동일한 순서로 배치된다. 다만, 마모 시험기와 실제 엔진의 부품들이 상하 역순으로 배치된다.
한편, 밸브 시트 케이스 모듈(4)은 밸브 시트 케이스(42)에 결합된 전기히터(47)를 포함한다. 상기 전기 히터(47)는 전기에 의해 발열되는 열선을 포함하며 컨트롤러(C; 도 7 참조)에 의해 정확하게 제어된다. 따라서, 종래 기술의 경우, 불꽃 토치의 이용으로 인해 실제 엔진 연소 온도 모사의 일관성을 확보할 수 없지만, 본 실시예에 따르면, 전기 가열을 이용하는 전기 히터(47)의 이용을 통해 전열력 및 온도 제어의 최적화가 가능하고, 일관성 있는 연소 온도 모사가 가능하다. 이때, 상기 전기 히터(47)는 하우징(22)의 외부로 노출되어 있는 밸브 시트 케이스(42)의 상부 외주면에 설치되는 것이 바람직하다.
또한 밸브 시트 케이스 모듈(4)은, 종래 기술의 밸브 시트 안착틀 사용을 배재하고, 밸브 시트(5)와 밸브 가이드(6)의 축(즉, 중심 축선)이 동시 가공에 의해 일치하므로, 실제 엔진 조건과 동일하게 마모 시험을 할 수 있다. 또한 본 실시예에 따르면, 실제 엔진과 동일한 방식으로 캠 회전, 태핏 및 스프링을 이용하여 밸브를 구동시키므로, 실제 엔진과 거의 같게 밸브 시트(5)와 밸브 가이드(6)의 마모를 측정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전술한 밸브 시트 마모 시험기(1)가 적용된 밸브 시트 마모 시험 설비를 볼 수 있다. 밸브 시트 마모 설비는 벨트 시트 마모 시험기(1)가 탑재되는 베드(B)를 포함한다. 베드(B)는 모터(B)와, 모터(B)의 회전 동력을 밸브 시트 마모 시험기(1)에 구비된 캠축(24)에 전달하는 구동기구(D)를 포함한다. 본 실시예에서는, 구동기구로(D)로 벨트 구동기구가 이용되었다. 상기 모터(B)는, 컨트롤러(C)의 제어에 따라 정확한 모터 회전수로 구동하고, 그 컨트롤러(C)에 의한 제어가 실제 엔진의 조건을 모사할 수 있으므로, 밸브 시트 및 밸브 가이드의 정확한 마모 시험이 가능하다.
도 8은 전술한 밸브 시트 마모 시험기(1)에 대한 냉각 및 윤활 시스템을 볼 수 있다. 냉각 및 윤활 시스템은 오일 저장 탱크(T)로부터 밸브 시트 마모 시험기(1)로 오일을 공급하기 위한 오일 공급 라인(Lf)과 밸브 시트 마모 시험기(1)에서 냉각 및 윤활 작용을 마친 오일을 회수하기 위한 오일 회수 라인(Lw)을 포함한다. 상기 오일 공급 라인(Lf)은 상기 오일 저장 탱크(T)로부터 상기 밸브 시트 마모 시험기(l)까지 시스템 구동을 위한 오일 펌프(P)와, 오일 유량을 조정하기 위한 유량 조정 밸브(V)를 차례로 포함한다. 그리고, 상기 오일 공급 라인(Lf)은 오일 인렛 노즐(28a)을 통해 밸브 시트 마모 시험기(1)에 접속된다. 오일 인렛 노즐(28a)을 통해 분사된 오일은 밸브 시트 케이스(4)를 냉각함과 동시에 캠(25; 도 5 및 도 6 참조)과 태핏(44; 도 5 및 도 6 참조)에 대하여 윤활 작용을 한다. 또한 상기 오일 회수 라인(Lw)은 상기 밸브 시트 마모 시험기(1)와 상기 오일 저장 탱크(T) 사이에 오일 쿨러(Oc)를 포함한다. 상기 밸브 시트 마모 시험기(1)의 하단 오일 드레인(28b)을 통해 상기 밸브 시트 마모 시험기(1)로부터 나온 오일은 온도가 상승되어 있는데, 이 온도가 상승된 오일은 상기 오일 쿨러(Oc)를 통과하면서 냉각된 후 상기 오일 저장 탱크(T) 내로 회수된다.
도 9는 전술한 밸브 시트 마모기의 캠 프로파일을 보여주며, 도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 캠 프로파일 변경을 통해 구현된 캠 회전에 따른 밸브 리프트 변화 추이, 밸브 속도 변화 추이, 밸브 가속도 변화 추이, 밸브 충격력 변화 추이를 보여준다.
도 9에 도시된 것과 같이 캠의 램프 구간을 변경함으로써 도 10a에 도시된 것과 같이 밸브 리프트 값을 변경할 수 있으며, 미분 과정을 통해 속도와 가속도를 산출할 수 있고, 산출된 가속도로 밸브 충격력을 계산하면 기존의 캠 대비 8배에 해당하는 충격력을 가할 수 있다(도 10b 내지 도 10d). 이와 같이, 종래 밸브 시트 마모 시험기의 유압시스템 대신에 RPM 및 연소 폭발 압력 모사를 모터와 캠 프로파일의 변경으로 대체할 수 있다.
이때, 캠 프로파일 밸브의 유압시스템을 대신해 연소 폭발 압력을 모사할 수 있는 밸브 시팅(seating) 속도, 가속도 및 충격력을 충족시키도록 변경된다.
캠 프로파일 변경을 통해 600 ~ 1600N의 충격력을 발생시켜야 하고, 이를 위해, 밸브의 시팅(seating) 가속도가 0.0188 ~ 0.0438 mm/Degree^2이 되도록, 그리고, 밸브의 시팅 속도는 0.05 ~ 0.10 mm/Degree가 되도록 캠 프로파일이 설계되어야 한다.
아래의 [표 1]은 기존 캠 프로파일 이용시(Base)와, 본 발명에 따른 캠 프로파일 설계안들(1안 및 2안) 이용시, 밸브 시팅 속도, 밸브 시팅 가속도, 밸브 시팅 충격력을 구체적으로 비교하여 보여준다.
Figure 112014003310725-pat00001
2: 하우징 모듈 4: 밸브 시트 케이스 모듈
5: 밸브 시트 6: 밸브 가이드
22: 하우징 24: 캠축
25: 캠 43: 밸브
44: 태핏 46: 스프링
47: 전기 히터

Claims (9)

  1. 하우징(22)과, 하우징(22)의 측벽을 관통하도록 설치되고 컨트롤러에 의해 제어되는 모터에 의해 설정된 회전수로 회전하는 캠축(24)과, 상기 캠축(24)의 중간에 형성된 캠(25)을 포함하는 하우징 모듈(2); 및
    상기 하우징(22)의 상단벽에 형성된 장착 구멍(27)을 통해 하부가 삽입되고 상부가 노출되는 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 포함하며,
    상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)은 상부 중공(421) 및 상기 상부 중공(421)보다 작은 하부 중공(422)을 갖는 밸브 시트 케이스(42)와, 스템(431) 및 밸브 헤드(432)를 포함하고 상기 밸브 시트 케이스 내에서 상하 이동 가능하게 설치된 밸브(43)와, 상기 스템(431)의 하단에 마련되며 상기 캠(25)의 회전에 따라 상하로 왕복 운동하여 상기 밸브(43)를 상하 왕복 운동시키는 태핏(44)과, 컨트롤러에 의해 제어된 온도로 발열되며 상기 밸브 시트 케이스(42)에 결합되는 전기히터(47)를 포함하고,
    상기 상부 중공(421)과 상기 하부 중공(422) 사이의 단턱에는 상기 밸브 헤드(432)의 안착면(seating area)과 반복적으로 접촉하도록 밸브 시트(5)가 설치되고, 상기 하부 중공(422)에는 상기 스템(431)과 지속적으로 접촉하는 밸브 가이드(6)가 설치되며,
    상기 캠(25)에 의한 상기 태핏(44) 및 상기 밸브(43)의 상승시 압축되고 상기 캠(25)에 의한 상기 태핏(44) 및 상기 밸브(43)의 하강시 신장되는 스프링(45)이 상기 밸브(43)와 상기 태핏(44) 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)은 상기 밸브 시트 케이스(42)의 외주면에 형성된 리브(429)가 상기 장착 구멍(27) 주변에 걸려 유지되도록 상기 하우징(22)에 장착되는 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 하우징(22)의 상단벽에 체결되는 환형 고정 커버(3)를 더 포함하고, 상기 고정 커버(3)는 상기 리브(429)를 상기 하우징(22) 상단벽에 밀착시킨 상태로 상기 밸브 시트 케이스 모듈(4)을 상기 하우징(22)에 고정시키는 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징(22)은 상기 캠(25)의 교환을 위해 상기 하우징(22)으로부터 분리되어 상기 하우징(22)의 내부를 개방하는 분리 플레이트(224)를 포함하며, 상기 하우징(22)에는 상기 하우징(22) 내 밸브 시트 케이스 모듈(4)에 오일을 공급하기 위한 오일 인렛 노즐(28a)과 상기 하우징(22) 내로 공급된 오일을 회수하기 오일 드레인 홀(28b)이 구비되며, 상기 하우징(22)의 측벽에는 상기 하우징(22)의 내부를 관찰하기 위한 관찰창(29)이 마련된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 시트 케이스(42)는 상기 하우징(22) 내부에 위치한 하부와 상기 하우징(22)의 상단벽을 지나 돌출한 상부를 포함하고, 상기 밸브 시트 케이스(42)의 상부 외주면에 상기 전기히터(47)가 결합된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 시트(5)와 상기 밸브 가이드(6)는 축이 일치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 시트 마모 시험기는 냉각 및 윤활 시스템과 연결되며, 상기 냉각 및 윤활 시스템은 오일 저장 탱크(T)로부터 상기 밸브 시트 마모 시험기로 오일을 공급하기 위한 오일 공급 라인(Lf)과, 상기 밸브 시트 마모 시험기에서 냉각 및 윤활 작용을 마친 오일을 회수하기 위한 오일 회수 라인(Lw)을 포함하며, 상기 오일 공급 라인(Lf)은 상기 오일 저장 탱크(T)로부터 상기 밸브 시트 마모 시험기까지 오일 펌프와, 유량 조정 밸브를 차례로 포함하고, 상기 오일 회수 라인(Lw)은 상기 하우징(22) 하단에 형성된 오일 드레인 홀로부터 상기 오일 저장 탱크(T)로 이어지며, 상기 오일 회수 라인(Lw)에는 오일 쿨러(Oc)가 배치된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 캠(25)의 프로파일은 상기 밸브(43)의 시팅시 충격력 600 ~ 1600N, 상기 밸브(43)의 시팅시 가속도 0.0188 ~ 0.0438 mm/Degree^2, 그리고, 상기 밸브(43)의 시팅시 속도 0.05 ~ 0.10 mm/Degree이 되도록 설계된 것을 특징으로 하는 밸브 시트 마모 시험기.
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