KR20030000140A - 피스톤링의 축방향 거동 측정장치 - Google Patents

Abstract

피스톤링(piston ring)의 축방향 거동 측정장치가 개시된다. 개시된 피스톤링의 축방향 거동 측정장치는, 모터링 운전이 가능한 엔진과; 상기 엔진에 장착되고, 외주면에 피스톤링이 끼워진 피스톤과; 상기 피스톤링 상부에 설치된 갭센서와; 상기 갭센서에 연결되어 상기 엔진 외부로 인출되게 설치된 신호선과; 상기 엔진 흡기행정을 시작할 때, 대기중의 공기가 상기 엔진의 연소실로 유입되도록 하는 제1공기유입장치와; 상기 엔진이 압축행정을 시작할 때, 고압의 공기가 상기 연소실로 유입되도록 하는 제2공기유입장치와; 상기 제1,2공기유입장치와 연결되어 이들을 제어하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 연소실의 압력을 측정토록 상기 연소실 상부의 상기 엔진의 실린더헤드에 설치된 압력센서와; 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 엔진의 크랭크 각 위치를 감지토록 상기 크랭크 일측에 설치된 크랭크각 위치센서와; 상기 갭센서의 신호를 받아 측정하여 상기 피스톤링의 축방향 거동을 계산토록 하는 오실로스코프;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 오일 소모량을 저감시키고 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

피스톤링의 축방향 거동 측정장치{DEVICE FOR MEASURING PISTON RING AXIAL MOVEMENT}

본 발명은 피스톤링(piston ring)의 축방향 거동 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속운전 영역에서의 피스톤링 축방향의 거동을 측정하여 오일 소모 메커니즘을 규명하여 오일 소모량이 저감될 수 있도록 개선된 피스톤링의 축방향 거동 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 피스톤링의 축방향 거동은 엔진 오일 소모와 강한 상관성을 가진다. 그러므로 오일 소모 메커니즘을 규명하기 위해 피스톤링의 축방향 거동 특성에 대한 측정방법이 연구되어 왔다.

피스톤링의 축방향 거동은 피스톤링과 피스톤의 관성력, 연소실과 각 랜드의 압력 등의 영향을 받는다.

이를 측정하기 위한 방법의 일 실시예로 링키지 시스템(linkage system)을 이용한 측정장치가 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 피스톤링(11)과 피스톤(10)의 상대 거리를 측정하기 위하여 설치된 갭센서(gap sensor)(12)의 신호선(13)은 링키지 시스템(20)을 이용하여 엔진(1) 외부로 인출되어 데이터 처리장치로 전송된다. 도 2에는 상기와 같은 신호선(13)의 인출 경로를 나타내 보인 블록도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 갭센서에(12) 연결된 신호선(13)은, 피스톤(10)의 랜드 및 언더크라운(under-crown)을 지나서 핀보스(pin boss)(미도시)를 거치며, 피스톤핀(15) 및 컨로드(con-rod)(16)를 지나 링키지 시스템(20)을 빠져 나와 오실로스코프(oscilloscope)(30)에 연결된다.

그러나, 이와 같은 측정장치는 실제 엔진 운전중의 피스톤링(11)의 거동을 측정할 수는 있지만, 신호 인출 경로중에서 피스톤핀(15) 내부에서 신호선(13)이 토션(torsion)을 받게 되므로 고회전, 예컨대 3000rpm 이상의 고회전 영역에서는 신호의 안정성이 보장되지 않고, 저회전 영역에서도 일정 시간 이상은 운전을 할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 상기 신호선(13)의 연결과정이 복잡하여 설치가 난해하다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고속 운전 영역에서의 피스톤링의 축방향 거동을 측정할 수 있도록 한 피스톤링의 축방향 거동 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 피스톤링의 축방향 거동 측정장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 신호선 인출 경로를 나타내 보인 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤링의 축방향 거동 측정장치의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 신호선 인출 경로를 나타내 보인 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40. 피스톤41. 피스톤링

51. 갭센서52. 신호선

53. 압력센서54. 크랭크각 위치센서

70. 컨트롤러80. 오실로스코프

91. 제1스핀들92. 제2스핀들

93. 제1스텝모터94. 제2스텝모터

100. 엔진101. 연소실

102. 실린더헤드

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피스톤링의 축방향 거동 측정장치는, 모터링 운전이 가능한 엔진과; 상기 엔진에 장착되고, 외주면에 피스톤링이 끼워진 피스톤과; 상기 피스톤링 상부에 설치된 갭센서와; 상기 갭센서에 연결되어 상기 엔진 외부로 인출되게 설치된 신호선과; 상기 엔진 흡기행정을 시작할 때, 대기중의 공기가 상기 엔진의 연소실로 유입되도록 하는 제1공기유입장치와; 상기 엔진이 압축행정을 시작할 때, 고압의 공기가 상기 연소실로 유입되도록 하는 제2공기유입장치와; 상기 제1,2공기유입장치와 연결되어 이들을 제어하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 연소실의 압력을 측정토록 상기 연소실 상부의 상기 엔진의 실린더헤드에 설치된 압력센서와; 상기 컨트롤러와 연결되어 상기 엔진의 크랭크 각 위치를 감지토록 상기 크랭크 일측에 설치된 크랭크각 위치센서와; 상기 갭센서의 신호를 받아 측정하여 상기 피스톤링의 축방향 거동을 계산토록 하는 오실로스코프;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 피스톤링의 축방향 거동 측정장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 피스톤링의 축방향 거동 측정장치는, 모터링(motoring) 운전이 가능한 엔진(100)과, 상기 엔진(100)에 장착되고, 외주면에 피스톤링(41)이 끼워진 피스톤(40)과, 상기 피스톤링(40) 상부에 설치된 갭센서(51)와, 상기 갭센서(51)에 연결되어 엔진(100)의 외부로 인출되게 설치된 신호선(52)과, 상기 엔진(100) 또는 크랭크각이 흡기행정을 시작할 때, 대기중의 공기가 엔진(100)의 연소실(101)로 유입되도록 하는 제1공기유입장치와, 상기 엔진(100) 또는 크랭크 각(angle) 이 압축행정을 시작할 때, 고압의 공기가 연소실(101)로 유입되도록 하는 제2공기유입장치와, 상기 제1,2공기유입장치와 연결되어 이들을 제어하는 컨트롤러(controller)(70)와, 상기 컨트롤러(70)와 연결되어 연소실(101)의 압력을 측정토록 연소실(101) 상부의 엔진(100)의 실린더헤드 (102)에 설치된 압력센서(53)와, 상기 컨트롤러(70)와 연결되어 엔진(100)의 크랭크 각(angle) 위치를 감지토록 크랭크 일측에 설치된 크랭크각 위치센서(54)와, 상기 갭센서(51)의 신호를 받아 측정하여 피스톤링(41)의 축방향 거동을 계산토록 하는 오실로스코프(80)를 포함하여 구성된다.

상기 갭센서(51)에 연결된 신호선(52)은 피스톤(40)의 랜드 및 크라운 (crown)을 지나, 상기 실린더헤드(102)를 거치며 오실로스코프(80)에 연결된다. 따라서 상기 신호선(52)의 인출 경로가 단순하여 설치가 간단해진다.

그리고 상기 제1,2공기유입장치는, 실린더헤드(102)에 각각 설치되어 공기의 흐름을 제어하는 제1,2스핀들(91,92)과, 상기 제1,2스핀(91,92)들을 구동시키도록 이들에 연결 설치된 제1,2스텝모터(93,94)로 이루어진다.

또한 상기 제1,2스텝모터(93,94)의 위치는 컨트롤러(70)가 출력 데이터가 되도록 제1,2스텝모터(93,94)는 컨트롤러(70)와 연결된다. 반면에, 상기 컨트롤러(70)는 압력센서(53) 및 크랭크각 위치센서(54)와 연결되어 연소실(101)의 압력과 크랭크 각 위치를 입력 데이터로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 피스톤링의 축방향 거동 측정장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 우선, 상기 갭센서(51)를 장착한 피스톤(40)을 엔진에 장착하고, 상기 신호선(52)을 엔진(100) 외부로 인출한다. 그리고 상기 엔진 (100)을 모터링 상태에서 시험하고자 하는 회전수로 운전한다.

그런 후, 크랭크각이 흡기행정을 시작할 때, 상기 제2스텝모터(94)를 이송시켜 제2스핀들(92)을 개방하여 대기중의 공기가 연소실(101)로 유입되도록 한다.그리고 크랭크각이 압축 행정을 시작할 때, 제2스텝모터(94)를 이송시켜 제2스핀들 (94)을 닫는다.

이어서, 상기 제1스텝모터(93)를 이송시켜 제1스핀들(91)을 개방하여, 고압의 공기가 연소실(101)로 유입되도록 한다. 이 때, 연소실(101)의 압력을 측정하여, 제1스핀들(91)의 개방 속도와 연소실(101)의 압력 신호와 연동시킨다. 즉, 연소실(101)의 압력이 설정된 압력 곡선과 일치하도록 제1스핀들(91)의 개방 속도를 조절한다.

또한 연소실(101)의 압력이 설정 압력이 되면, 제1스텝모터(93)를 이송시켜, 제1스핀들(91)을 닫는다. 엔진의 크랭크각이 팽창행정을 시작할 때, 상기 제2스텝모터(94)를 이송시켜, 제2스핀들(92)을 개방한다. 이 때, 제2스핀들(92)의 개방 속도는 연소실 압력 신호와 연동시킨다. 그리고 배기행정이 끝날 때까지 제2스핀들 (92)은 개방된다.

상기와 같은 수행 과정중 갭센서(51)의 신호를 오실로스코프(80)로 측정하여, 피스톤링(41)의 축방향 거동을 계산한다. 그리고 상기와 같은 과정을 엔진 (100)의 회전수를 변경시키면서 측정하여, 엔진(100)의 회전수에 따른 피스톤링 (41)의 거동 변화를 측정한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 피스톤링의 축방향 거동 측정장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

고속 운전 영역에서의 피스톤링의 축방향 거동을 측정할 수 있고, 오일 소모메커니즘을 규명하여 오일 소모량을 저감시킬 수 있다. 따라서 경제적이며 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기와 같이, 고속 운전 영역에서의 오일 소모 메커니즘을 규명하여 오일 소모량을 저감할 수 있어서 배기가스 저감이 이루어질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 모터링 운전이 가능한 엔진과;

   상기 엔진에 장착되고, 외주면에 피스톤링이 끼워진 피스톤과;

   상기 피스톤링 상부에 설치된 갭센서와;

   상기 갭센서에 연결되어 상기 엔진 외부로 인출되게 설치된 신호선과;

   상기 엔진 흡기행정을 시작할 때, 대기중의 공기가 상기 엔진의 연소실로 유입되도록 하는 제1공기유입장치와;

   상기 엔진이 압축행정을 시작할 때, 고압의 공기가 상기 연소실로 유입되도록 하는 제2공기유입장치와;

   상기 제1,2공기유입장치와 연결되어 이들을 제어하는 컨트롤러와;

   상기 컨트롤러와 연결되어 상기 연소실의 압력을 측정토록 상기 연소실 상부의 상기 엔진의 실린더헤드에 설치된 압력센서와;

   상기 컨트롤러와 연결되어 상기 엔진의 크랭크 각 위치를 감지토록 상기 크랭크 일측에 설치된 크랭크각 위치센서와;

   상기 갭센서의 신호를 받아 측정하여 상기 피스톤링의 축방향 거동을 계산토록 하는 오실로스코프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤링의 축방향 거동 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 갭센서에 연결된 신호선은 상기 피스톤의 랜드 및 크라운을 지나, 상기 실린더헤드를 거치며 상기 오실로스코프에 연결되는 것을 특징으로 하는 피스톤링의 축방향 거동 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1,2공기유입장치는,

   상기 실린더헤드에 각각 설치되어 공기의 흐름을 제어하는 제1,2스핀들과;

   상기 제1,2스핀들을 구동시키도록 이들에 연결 설치된 제1,2스텝모터;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 피스톤링의 축방향 거동 측정장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1,2스텝모터의 위치는 상기 컨트롤러가 출력 데이터가 되도록 상기 제1,2스텝모터는 컨트롤러와 연결된 것을 특징으로 하는 피스톤링의 축방향 거동 측정장치.