KR20020054013A - 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 냉각수온과 연소압력에 의한 실린더 헤드의 거동을 모사할 수 있으며, 실제 실린더 헤드와 블록 및 가스켓을 이용하여 시험을 실시할 수 있는 실차 운전 조건과 유사한 실험 결과를 얻을 수 있는 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기를 제공 하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 실린더 헤드와 실린더 블록을 가스켓을 개재하여 실린더 헤드 체결 볼트로 체결한 실차 엔진에 있어서,

연소실과 연통하도록 스파크 플러그 장착홀에 일단이 접속되는 유압 공급 관로와;

그 유압 공급 관로를 통하여 고주파의 연소 압력 변화에 상응하는 유압을 공급하는 컴프레셔와;

상기 실린더 블록의 워터 재킷에 일단이 접속되는 냉온수 공급관과;

상기 냉온수 공급관에 온수를 공급하기 위하여 접속되는 온수 탱크 및 온수 공급 펌프와;

상기 냉온수 공급관에 냉수를 공급하기 위하여 접속되는 냉수 탱크 및 냉수 공급펌프와;

상기 냉,온수의 공급을 절환하기 위하여 관로의 분기 지점에 설치되는 솔레노이드 밸브;

로 구성되며, 상기 실차 엔진의 피스톤은 왕복 구동하지 않도록 고정되어지는 것을 특징으로 한다.

Description

실린더 헤드 체결 볼트의 피로시험기{Head bolt tester}

본 발명은 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기에 관한 것이다.

실린더 헤드는 실린더와 함께 연소실의 일부를 형성하고, 그의 외부에는 밸브기구, 흡기 및 배기매니폴드, 점화 플러그등이 장치되며, 고온 고압의 가스 및 엔진 냉각을 위해 순환하는 냉각수의 누설을 방지하기 위해 기밀 유지용 가스켓을 개재시켜 실린더 헤드 체결 볼트에 의해 실린더 블록에 체결되고 있다.

실린더 헤드 체결 볼트는 일반 볼트와는 달리 기능 볼트로서 열처리와 제조 공정이 까다롭다. 이는 실린더와 헤드 사이에 가스켓의 시일성을 확보하는 문제와 직결되기 때문으로서 체결 조건도 일반 볼트와는 달리 하이텐션(High tension), 영역이다.

실린더 헤드 체결 볼트의 체결 방법은 크게 탄성역 체결법과 소성역 체결법의 두가지로 나누어지는데, 탄성역 체결법은 지금까지 일반적으로 써오던 방법으로 서 체결점을 볼트의 항복 강도 이전에 위치시키게 되나 동일한 체결 조건으로 체결하였다 하더라도 볼트 마다의 축력 산포가 각기 다른 단점을 가지고 있다.

이에 반하여 소성역 체결법은 최종 체결점을 항복 강도 이후 인장 강도 이내에 위치시키는 방법으로 동일 조건으로 체결시 축력 산포가 볼트마다 일정한 장점이 있어 최근 실린더 헤드 체결에 많이 사용되고 있다.

실린더 헤드 체결 볼트가 갖는 또 하나의 특징은 엔진에서 운전시 동적인 축력 거동을 갖는다는 것이다. 동적인 거동을 가지게 되는 요인은 두가지가 있는데, 첫째는 냉각수 온도 변화에 따른 축력 변화, 둘째, 연소 압력에 따른 축력변화가 있다. 이중 연소압력에 의한 고주파(High frequency)의 축력 거동 보다는 냉각 수온의 변화에 따른 축력 변화가 더 크다는 것이 여러 시험을 통하여 알려져 있다.

실험 결과에 의하면 냉각 수온이 상온에서 정상 운전 조건인 90℃까지 상승할 때 일반적으로 0.5~0.8ton의 축력이 상승하는 것으로 나타나고 있다.

이러한 실린더 헤드 체결 볼트의 특성 때문에 기술 개발에 어려운 점이 가중되고 있음에도 불구하고 실린더 헤드 체결 볼트의 내구성등을 측정할 수 있는 전용의 시험 장치가 없이 직접 체결 대상 내구 엔진에 장착하여 평가하게 되므로써 많은 시험 기간의 소요와 비용의 과다를 초래하고 있는 실정이다.

또한 해외에서 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기가 개발되어 일부 적용되고 있으나, 실차 운전 조건과는 상이한 면이 많은 것으로서, 냉각 수온 변화에 따른 헤드와 블록 사이의 가스켓의 변위와 변형등이 고려되지 못하고 있으며, 또 실린더 헤드 체결 볼트가 체결되는 부위에 전용의 지그를 사용하게 되므로써 실제 냉각수온에 따른 헤드와 블록의 변형 및 추종성등이 전혀 고려되고 있지 못하다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 냉각수온과 연소압력에 의한 실린더 헤드의 거동을 모사할 수 있으며, 실제 실린더 헤드와 블록 및 가스켓을 이용하여 시험을 실시할 수 있는 실차 운전 조건과 유사한 실험 결과를 얻을 수 있는 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실린더 헤드와 실린더 블록을 가스켓을 개재하여 실린더 헤드 체결 볼트로 체결한 실차 엔진에 있어서,

연소실과 연통하도록 스파크 플러그 장착홀에 일단이 접속되는 유압 공급 관로와;

그 유압 공급 관로를 통하여 고주파의 연소 압력 변화에 상응하는 유압을 공급하는 컴프레셔와;

상기 실린더 블록의 워터 재킷에 일단이 접속되는 냉온수 공급관과;

상기 냉온수 공급관에 온수를 공급하기 위하여 접속되는 온수 탱크 및 온수 공급 펌프와;

상기 냉온수 공급관에 냉수를 공급하기 위하여 접속되는 냉수 탱크 및 냉수 공급펌프와;

상기 냉,온수의 공급을 절환하기 위하여 관로의 분기 지점에 설치되는 솔레노이드 밸브;

로 구성되며, 상기 실차 엔진의 피스톤은 왕복 구동하지 않도록 고정되어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 실린더 헤드 체결 볼트의 피로시험기를 나타내는 시스템 구성도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 실린더 블록

3 : 실린더 헤드 4 : 가스켓

5 : 실린더 헤드 체결 볼트 6 : 피스톤

7 : 연소실 8 : 스파크 플러그 장착공

9 : 유압 공급 관로 11 : 컴프레셔

12 : 온,오프 밸브 13 : 압력제어 레귤레이터

14 : 바이패스라인 16 : 워터재킷

17 : 냉온수 공급관 18,19 : 분기관

20 : 냉수탱크 21 : 펌프

22 : 온수탱크 23 : 펌프

24 : 솔레노이드 밸브

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기를 나타내는 도면으로 부호 1은 엔진이다. 엔진(1)은 실차 상태의 것을 그대로 이용하며, 실린더 블록(2)과 실린더 헤드(3)는 가스켓(4)을 개재하여 실린더 헤드 체결 볼트(5)에 의해 체결되어 있다.

피스톤(6)은 연소실(7)에 연소압에 해당하는 고압이 작용하더라도 왕복 운동하지 않도록 고정시킨다.

도면중 부호 8은 스파크 플러그 장착홀(8)로서 스파크 플러그를 제거하고 유압 공급 관로(9)의 일단을 나사(10)를 통해 접속한다.

이에따라 유압 공급 관로(9)는 연소실(7)에 연통하게 된다.

유압 공급 관로(9)의 타단에는 고주파의 연소 압력 변화에 상당하는 유압을 연소실(7)에 공급할 수 있는 컴프레셔(11)가 장착되며, 유압공급관로(9)의 도중에는 유압 공급의 온, 오프를 위한 밸브(12)가 마련되고, 또 유압을 조정하기 위한 압력 제어 레귤레이터(13)와 바이패스라인(14)이 마련되어 있다.

실린더 블록(2)의 워터재킷(16)에는 냉,온수 공급관(17)의 일단이 접속되며, 냉,온수 공급관(17)의 타단에는 2개의 분기관(18)(19)을 통하여 각기 냉수 탱크(20)와 냉수 공급 펌프(21) 및 온수 탱크(22)와 온수 공급 펌프(23)가 접속되어 있다.

그리고 냉온수 공급관(17)과 2개의 분기관(18)(19)의 분기 접속 지점에는 냉수와 온수를 선택적으로 공급하도록 절환 작동되는 솔레노이드 밸브(24)가 설치되어 있다.

이하 본 발명의 피로 시험기에 의한 시험 과정에 대하여 설명한다.

1)연소압력 시뮬레이터

고주파(High frequency)의 연소 압력 변화에 따른 실린더 헤드 체결 볼트(5)의 피로 시험을 위해 실제 연소를 시키지 않고, 온,오프 밸브(12)를 개방하고 컴프레셔(1)를 작동하여 연소 압력 변화에 상당하는 유압을 연소실(7)에 연통하는 유압 공급 관로(9)를 통하여 연소실(7)에 공급한다.

이때 피스톤(6)은 고정 상태에 있으므로 실린더 헤드(3)에 작용하는 면압에 의해 실린더 헤드 체결 볼트(5)에 인장력이 작용하며, 유압이 변화하면 볼트(5)의 축방향을 따라 작용하는 축력이 변화하게 된다.

이러한 변화된 유압을 반복적으로 공급하면 실제 연소 효과에 유사한 결과를 얻을 수 있으며, 실린더헤드 체결 볼트(5)의 피로도 및 사용 수명을 빠른 시간안에 알 수 있게 된다.

2)냉열 시뮬레이터

냉각수의 온도 변화에 따른 실린더 헤드 볼트의 축력변화에의 영향을 고려하기 위하여 냉수와 온수를 교대로 공급해 주게 되는 데 먼저 솔레노이드 밸브(24)를 조작하여 냉수를 워터재킷(16)에 공급한다. 펌프(21)가 가동하여 냉수탱크(20)의 냉수(상온)가 워터재킷(16)에 유입되면, 실린더 블록(2)과 실린더 헤드(3)를 순환하면서 그 냉열에 의해 실린더 헤드 체결 볼트(5)는 냉각되어 수축된다.

다음에는 솔레노이드 밸브(24)를 개방하여 펌프(23)와 온수탱크(22)에 의해 엔진(1)에 온수(90°)를 공급한다. 이에따라 열을 받은 실린더헤드 체결볼트(5)는 신장되며, 축력은 급격히 변한다.

이러한 냉온수의 즉각적인 교번 공급 효과는 실차 운전 조건에서는 얻을 수 없는 것으로서 볼트(5)의 축력 변화에 따른 내구성 시험기간을 크게 단축할 수 있다.

왜냐하면 실차 운전 조건에서는 엔진이 시동되고 일정시간이 경과하면 초기의 냉간시동 상태에서 벗어나 웜업된 상태가 되기 때문에 일단 초기 조건으로 돌아가기 위해서는 많은 냉각 시간을 필요로 하나 본 발명의 경우 냉온수 공급의 즉각적인 절환 공급이 가능하므로 볼트(5)의 축력 변화를 빠르게 변화시킬 수 있는 것이다.

이러한 본 발명의 피로 시험기는 실린더 헤드 체결 볼트의 내구성 시험을 위한 것이나 실린더 헤드 가스켓에 의해 실린더 헤드와 실린더 블록에 미치는 동적인 면압 변화량을 측정하기 위해서도 사용될 수 있으며, 또 상기 연소압력 및 냉열 시뮬레이터가 동시적으로 시험 될 수 있는 것임을 명백하다.

이상과 같은 본 발명은 실차 상태의 엔진 구조를 그대로 이용하되, 연소압력대신 유압을 이용하고 또 외부로부터 엔진 내부로 냉수와 온수를 교번하여 공급할 수 있는 장치를 마련하는 것에 의해 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험 기간을 크게 단축할 수 있어 실린더 헤드 체결 볼트의 개발 기간의 단축 및 시험에 따른 비용의 절감이 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실린더 헤드와 실린더 블록을 가스켓을 개재하여 실린더 헤드 체결 볼트로 체결한 실차 엔진에 있어서,

   연소실과 연통하도록 스파크 플러그 장착홀에 일단이 접속되는 유압 공급 관로와;

   그 유압 공급 관로를 통하여 고주파의 연소 압력 변화에 상응하는 유압을 공급하는 컴프레셔와;

   상기 실린더 블록의 워터 재킷에 일단이 접속되는 냉온수 공급관과;

   상기 냉온수 공급관에 온수를 공급하기 위하여 접속되는 온수 탱크 및 온수 공급 펌프와;

   상기 냉온수 공급관에 냉수를 공급하기 위하여 접속되는 냉수 탱크 및 냉수 공급펌프와;

   상기 냉,온수의 공급을 절환하기 위하여 관로의 분기 지점에 설치되는 솔레노이드 밸브;

   로 구성되며, 상기 실차 엔진의 피스톤은 왕복 구동하지 않도록 고정되어지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유압 공급 관로에는 온,오프용 밸브가 마련되고, 유압을 조절하기 위한유압 제어 레귤레이터와 바이패스관로가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 체결 볼트의 피로 시험기.