KR20010059139A - 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 엔진 피스톤 링의 위치와 피스톤 및 라이너의 온도를 실시간으로 측정하여 피스톤 링의 회전운동에 따른 엔진 온도 분포를 측정할 수 있도록 한 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치에 관한 것으로,

본 발명은 피스톤 및 라이너의 온도를 측정하는 수단과; 상기 피스톤 링의 회전 운동을 측정하는 수단과; 상기 수단에서 계산된 링갭의 위치와 상기 피스톤 및 라이너의 온도 측정 결과를 비교하여 링갭 위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 측정하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 엔진 온도 분포 측정 장치{DEVICE FOR MEASURING AN ENGINE TEMPERATURE DISTRIBUTION OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 엔진 피스톤 링의 위치와 피스톤 및 라이너의 온도를 실시간으로 측정하여 피스톤 링의 회전운동에 따른 엔진 온도 분포를 측정할 수 있도록 한 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 실린더와 그 실린더의 내부에 피스톤과 라이너로 구성되고, 상기 피스톤의 상단에는 상부링과 하부링으로 구성되는데, 상기 상부링과 하부링간에는 갭이 형성되어, 상기 피스톤이 수직 운동시 이 수직 운동으로 인하여 피스톤 링은 회전하게 되는데, 이때 피스톤 링 회전시 고온 고압의 배기가스가 피스톤의 벽면과 피스톤 링의 갭을 통과하여 배출하게 된다.

이때 배출되는 고온 고압의 배기가스는 피스톤 벽면과 링갭을 통과시 통과 부위의 온도를 상승시키게 되고 이 상승 온도는 엔진의 온도 분포에 영향을 주게 되어, 결국 엔진 손상에 원인이 되게 된다.

그러나 상기 엔진 손상에 영향을 주는 엔진 온도 분포를 측정하는 장치는 여러 가지가 있으나, 이들 엔진 온도 분포 장치는 서미스터를 이용하여 단순히 엔진 온도만을 측정하였을 뿐, 엔진 피스톤 링의 위치, 피스톤 링의 회전운동에 따른 엔진 온도 분포를 측정하는 장치는 없고, 다만 배기가스 규제 관점에서 중요하게 다루어지는 엔진 피스톤 링의 위치 및 회전운동에 따른 엔진 운전중 소모되는 오일의 량을 줄임에 관한 오일의 소모에 대한 측정 방법은 여러 가지가 있을 뿐 이다.

따라서 본 발명의 목적은 차량의 엔진 피스톤 링 갭의 위치와 피스톤 및 라이너의 온도를 실시간으로 측정함으로써, 피스톤 링의 회전운동에 따른 피스톤 링위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 측정할 수 있는 장치를 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 본 발명 피스톤 및 라이너 온도 측정 장치의 구성도.

도 2는 본 발명 피스톤링 갭 회전 측정 장치의 구성도.

도 3은 도 2의 피스톤링 갭 회전 측정 동작 플로우챠트.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 피스톤 및 라이너의 온도를 측정하는 수단과; 상기 피스톤 링의 회전 운동을 측정하는 수단과; 상기 수단에서 계산된 링갭의 위치와 상기 피스톤 및 라이너의 온도 측정 결과를 비교하여 링갭 위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 측정하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면다음과 같다.

도 1은 본 발명 피스톤 및 라이너 온도 측정 장치의 구성도로서, 엔진 실린더(10)의 내부에 피스톤(11), 라이너(12)가 구비되고, 상기 라이너(12)에는 열전대(13)가 장착되며, 이 열전대(13)는 링크 시스템의 링크(14)내부를 통해서 외부로 인출한 열전대선(15)을 구비한다.

상기 열전대선(15)은 엔진의 온도를 측정하는 서모메터(16)에 연결하고, 상기 서모메터(16)는 데이터를 처리하는 장치인 컴퓨터(17)에 접속하게 된다.

이와 같이 구성되는 온도 측정 장치는 엔진 구동시 실린더(10)의 내부에서 발생된 고온 고압의 열이 전달되는 피스톤링(11)과 라이너(12)의 온도를 열전대(13)를 통해서 감지하게 되고, 이 감지되는 온도는 열전대선(15)를 통해서 외부의 서모메터(16)를 통해서 측정하게 되며, 이 측정된 온도는 컴퓨터(17)를 통해서 데이터 처리하여 측정 온도를 저장되게 된다.

도 2는 본 발명 피스톤링 갭 회전 측정 장치의 구성도로서, 피스톤(11)의 상부에 장착된 톱링과 세컨드링에는 직경 0.9 mm, 깊이 4.5mm의 구멍을 낸 후 상기 톱링에는 코발트(⁶⁰Co)를 삽입하고, 세컨드링(¹⁹²Ir) 동위원소를 삽입하고, 점 용점으로 상기 구멍 입구를 막고 링을 조립한다.

상기 조립된 링에는 엔진의 외부 4 개소에 방사능을 검출하여 증폭하는 γ-선검출기(21-24)를 배치하고, 상기 γ-선검출기(21-24)에는 증폭된 방사능을 측정하는 레이트 메터(25-28)로 구성하며, 상기 레이트 메터(25-28)는 데이터를 처리하는 장치인 컴퓨터(29)를 장착하게 된다.

이와 같이 구성된 링 회전 운동 측정 장치는 방사능 추적자법을 이용하여 피스톤링의 회전운동을 측정하게 된다.

그 측정 원리는 도 3 에 도시한 바와 같이 방사능 추적자법을 이용하여 피스턴링(11)의 회전운동을 측정하게 되는바, 즉 시료(방사능 원소 Co,Ir)를 원자로에 넣고 중성자를 조사하면, 상기 시료는 방사능을 갖는 방사능 동위원소로 변하게 되는데, 상기 동위원은 자연계에서 일정한 반감기를 갖고 계속 방사능을 방출하게 된다.

그래서 방사능을 가진 시료를 피스톤링(11)에 삽입하고 엔진의 실린더에 조립하면 피스톤링(11)의 방사선중 α,β 선은 실린더 블록에 의해서 차폐되고, γ-선 만은 실린더 블록 외부로 유출되는데, 이를 엔진 외부에 설치한 γ-선검출기(21-24)로 측정한다.

상기 γ-선검출기(21-24)에서 측정된 γ-선의 강도는 동위원소와 γ-선검출기(21-24)의 거리에 반비례하는 경향을 가진다. 즉 동위원소의 위치에 따라 γ-선검출기(21-24)에서 측정되는 γ-선의 강도가 달라지는데 이 관계를 이용하여 링갭의 위치를 구하게 된다.

상기 측정되는 γ-선 강도로부터 링갭의 위치를 계산하기 위하여, 링갭의 위치를 일정한 각도에 고정시킨 상태에서 γ-선의 강도를 측정하는 방식으로 수행하였다.

상기 피스톤의 수직 방향 운동에 의해 발생할 수 있는 오차를 감소시키기 위하여 크랭크 각도를 일정하게 회전시키면서 γ-선 강도를 측정하였다.

링갭을 고정시킨 상태에서 이러한 방법으로 한 각도에서의 γ-선 강도를 측정한 후 링갭을 시계방향으로 10°간격으로 회전시키면서 보정 실험을 수행한다.

보정 실험의 데이터 샘플링 주기는 10sec 이며, 10 회 측정하여 평균값을 구한다.

이때 상기 링갭 과 γ-선의 강도의 관계식은 측정된 γ-선 강도로부터 링갭의 위치를 결정하기 위하여 링갭의 위치(θ)와 γ-선 강도의 관계를 수학식으로 표현하면, 링갭의 위치와 γ-선 강도를 가우스 분포식은

I = A ·exp [-()²]

여기서 C 는 상수이고, A는 피크 증폭도, μ는 중심, σ는 표준 편차이다.

그러므로 상기 측정 오차를 최소화하기 위하여 검출기의 최대 강도가 발생하는 위상각을 조절하였으며, γ-선검출기(21)는 링갭의 위상각이 66°, γ-선검출기 (22)는 링갭의 위상각 124°, γ-선검출기(23)는 링갭의 위상각 245°, γ-선검출기(24)는 링갭의 위상각 299°인 지점에서 최대치가 발생한다.

따라서 상기 측정한 γ-선강도를 이용하여 랭갭 위치를 결정하고, 링갭의 위치는 최소 오차법의 원리를 이용하여 결정하였다.

그래서 상기 측정한 γ-선 강도와 보정 관계식에서 산출한 강도의 차이 E(θ)를 최소로 하는 위상각 θ를 링갭 위치로 선정한다.

E(θ) =

C₁C₂C₃C₄는 크기 방정식의 밀도

I₁I₂I₃I₄는 측정된 밀도

따라서 상기와 같은 피스톤 및 라이너에 열전대를 장착하고, 엔진 조립시 피스톤링에 방사능 동위원소를 삽입한 상태에서 엔진의 운전 조건-회전수, 부하, 냉각수 온도, 오일 온도 등을 변화시키며 데이터를 측정하게 되는데, 상기 엔진이 운전을 시작하게 되면 상기 피스톤 링은 자유롭게 회전운동을 하게 된다.

이때 링갭의 위치는 방사능 동위원소 변화량으로 계산하고, 이 계산된 링갭의 위치와 피스톤 및 라이너의 온도 측정 결과를 비교하여 링갭 위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 계산할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 피스톤 및 라이너의 온도를 측정하는 수단 및 상기 피스톤 링의 회전 운동을 측정하는 수단으로 차량의 엔진 피스톤 링 갭의 위치와 피스톤 및 라이너의 온도를 실시간으로 측정함으로써, 상기 측정된 링갭의 위치와 상기 피스톤 및 라이너의 온도 측정 결과를 비교하여 링갭 위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 측정할 수 있게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 피스톤 및 라이너의 온도를 측정하는 수단과; 상기 피스톤 링의 회전 운동을 측정하는 수단과; 상기 수단에서 계산된 링갭의 위치와 상기 피스톤 및 라이너의 온도 측정 결과를 비교하여 링갭 위치가 엔진 온도 분포에 미치는 영향을 측정하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 및 라이너의 온도 측정 수단은 엔진 실린더의 피스톤, 라이너가 구비되고, 상기 라이너에는 열전대가 장착되며, 이 열전대는 링크 시스템의 링크 내부를 통해서 외부로 인출한 열전대선과 상기 열전대선은 엔진의 온도를 측정하는 서모메터에 연결하고, 상기 서모메터는 데이터를 처리하는 장치인 컴퓨터에 접속하여서 된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 링의 회전 운동을 측정하는 수단은 피스톤의 상부에 장착된 톱링과 세컨드링에 방사선 동위원소를 삽입하여 하고, 상기 조립된 링에는 엔진의 외부 4 개소에 방사능을 검출하여 증폭하는 γ-선검출기와; 상기 γ-선검출기에는 증폭된 방사능을 측정하는 레이트메터와; 상기 레이트 메터는 데이터를 처리하는 장치인 컴퓨터를 접속하여서 된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 온도 분포 측정 장치.