KR20030090156A - 실린더 헤드의 변형량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 헤드의 변형량 측정 장치에 관한 것으로, 실제 형상으로 제작된 모형화된 실린더 헤드를 엔진의 작동시와 동일한 연소압을 작용할 수 있는 더미 정반상에 장착시켜 실린더 헤드의 변형량을 측정함으로써, 실린더 헤드의 내구성을 손쉽게 테스트할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실제 형상으로 모형화된 실린더 헤드(12)와 결합되어 실제 엔진에서 실린더 블럭의 역할을 도모하는 더미 블럭(14)과, 이 더미 블럭(14)에 실제 엔진의 작동시와 동일한 연소압을 생성하여 공급하는 압력 생성 및 공급부(16), 상기 실린더 헤드(12)에 다수 개소로 설치되어 이의 변형량을 검출하는 변형량 검출부(18) 및, 이 변형량 검출부(18)를 통해 검출된 상기 실린더 헤드(12)의 변형량을 기록 및 분석하여 실린더 헤드(12)의 강성 취약부를 검증하는 데이터 분석부(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

실린더 헤드의 변형량 측정 장치{deformation test system for cylinder head}

본 발명은 실린더 헤드의 변형량 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 엔진의 개발에 있어 실린더 헤드에 대한 내구력을 실험실 환경에서 테스트할 수 있도록 하여, 실린더 헤드의 개발에 드는 시간의 단축과 비용의 절감을 도모하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치에 관한 것이다.

최근 들어 새로운 엔진의 개발에 소요되는 기간이 단축되고 있는 추세인 바, 특히 디젤 엔진의 경우에는 연소압이 170 bar 정도의 고압으로 상승하기 때문에 엔진의 개발 과정 초기에서부터 개발 기간 내내 많은 문제점을 발생시키고 있다.

그 중에 하나가 실린더 헤드 부위에서 발생되는 크랙으로, 이 실린더 헤드에서 발생하는 크랙은 엔진의 개발 기간 내내 개발자로 하여금 많은 노력을 기울이도록 요구되고 있는 부분이다.

한편, 종래 새로운 엔진의 개발 과정에 있어 실린더 헤드에 대한 테스트는 새로이 개발된 엔진에 부하를 가한 상태에서 작동시키는 이른 바, 대상 내구 시험(엔진 다이다모 장치상에 이루어지는 시험)을 통해 이루어지거나, 새로이 개발된 엔진을 실제 차량내에 탑재하고서 주행 시험로 또는 정상적인 일반 도로상에서 차량을 주행시킴으로써 엔진에 대한 내구성을 테스트하게 된다.

이때, 새로이 개발된 엔진의 실린더 헤드에서는 강성 취약부로서 표면에 크랙이 생성되고, 이는 실린더 헤드의 파손으로 귀결됨에 따라 엔진 전체의 페일로 작용된다.

따라서, 종래 엔진의 실린더 헤드 내구성 테스트는 대상 내구 시험 및 실제 차량에서 이루어지기 때문에 시간이 너무 많이 소요되고 있는 실정이다.

또한, 종래의 내구성 테스트는 엔진 전체를 파손시킬 수 있으므로 비용적인 측면에서도 매우 불리한 상황이고, 아울러 대상 내구 시험에서 충분히 실린더 헤드에 대한 내구성이 테스트될 수 없으므로, 엔진의 개발 후기 시점에서 실린더 헤드에 발생되는 크랙은 개발 기간의 연장을 초래하게 되는 치명적인 단점으로 작용한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 실제 형상으로 제작된 모형화된 실린더 헤드를 엔진의 작동시와 동일한 연소압을 작용할 수 있는 더미 정반상에 장착시켜 실린더 헤드의 변형량을 측정함으로써, 실린더 헤드의 내구성을 손쉽게 테스트할 수 있도록 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실제 형상으로 모형화된 실린더 헤드와 결합되어 실제 엔진에서 실린더 블럭의 역할을 도모하는 더미 블럭과, 이 더미 블럭에 실제 엔진의 작동시와 동일한 연소압을 생성하여 공급하는 압력 생성 및 공급부, 상기 실린더 헤드에 다수 개소로 설치되어 이의 변형량을 검출하는 변형량 검출부 및, 이 변형량 검출부를 통해 검출된 상기 실린더 헤드의 변형량을 기록 및 분석하여 실린더 헤드의 강성 취약부를 검증하는 데이터 분석부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 실린더 헤드의 변형량 측정 장치를 도시한 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

12-실린더 헤드14-더미 블럭

16-압력 생성 및 공급부18-변형량 검출부

20-데이터 분석부22-작용압 분배부

24-신호 조절 증폭기26-체결 볼트

28-헤드 가스켓

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 실린더 헤드의 변형량 측정 장치를 도시한 구성도이다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 실제 형상의 모형화되게 제작된 실린더 헤드(12)에 엔진의 작동시와 동일한 압력을 가해 실린더 헤드(12)의 표면에서 발생하는 크랙에 의한 변형량을 검출하도록 구성된다.

이를 위해 상기 실린더 헤드(12)의 변형량 측정 장치는 실제 형상으로 모형화된 실린더 헤드(12)와 결합되어 실제 엔진에서 실린더 블럭의 역할을 도모하는 더미 블럭(14)과, 이 더미 블럭(14)에 실제 엔진의 작동시와 동일한 연소압인 예컨대 170 bar 정도의 압력을 생성하여 공급하는 압력 생성 및 공급부(16), 상기 실린더 헤드(12)에 다수 개소로 설치되어 이의 변형량을 검출하는 변형량 검출부(18) 및, 이 변형량 검출부(18)를 통해 검출된 상기 실린더 헤드(12)의 변형량을 기록 및 분석하여 실린더 헤드(12)의 강성 취약부를 검증하는 데이터 분석부(20)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 더미 블럭(14)에는 실제 연소실과 같은 다수개의 공간부(14a)와, 상기 압력 생성 및 공급부(16)로부터 공급되는 압력을 상기 다수개의 공간부(14a)에 안내하는 다수개의 유동 통로(14b) 및, 엔진의 연소시와 동일하게 내부에 냉각수와 오일을 각각의 갤러리를 통해 유동시키도록 이를 공급하는 냉각수 및 오일 공급 포트(14c,14d)를 갖추고 있다.

그리고, 상기 압력 생성 및 공급부(16)는 상기 더미 블럭(14)의 유동 통로(14b)와 압력 배관(15)을 매개로 연결되어 소정의 작용압을 생성하여 상기 실린더 헤드(12)에 대한 피로 시험을 도모하게 되는 것인 바, 이는 공압 내지 유압 펌프로 구현할 수 있다.

또한, 상기 압력 생성 및 공급부(16)에는 실제 엔진의 작동과 동일하게 주기적인 압력을 상기 더미 블럭(14)의 공간부(14a)에 공급하기 위해, 작용압 분배부(22)를 부가하여 구비하고 있는 바, 이 작용압 분배부(22)는 상기 압력 배관(15)상에 설치되어 이의 개폐를 조절하는 솔레노이드 밸브로 구현할 수 있다.

한편, 상기 변형량 검출부(18)는 실린더 헤드(12)상에 다수 개소로 설치되어 실린더 헤드(12)의 변형량을 검출하는 스트레인 게이지로 구현할 수 있다.

그리고, 상기 데이터 분석부(20)에는 상기 변형량 검출부(18)로부터 검출된 아날로그 형태의 전압값을 디지털화로 변환과 증폭 및 필터링시키도록 교류/직류 변환기를 내장한 데이터 획득 시스템(data acquisition system)을 갖춘 신호 조절 증폭기(signal conditioning amplifier;24)가 연결되어 있다.

또한, 상기 실린더 헤드(12)와 더미 블럭(14)의 사이에는 체결 볼트(26)를 매개로 하여 이들 사이의 기밀 유지를 위한 헤드 가스켓(28)이 설치된다.

따라서, 상기 실린더 헤드의 변형량 측정 장치를 매개로 실린더 헤드(12)의 내구성을 테스트할 때에는, 먼저 상기 실린더 헤드(12)에 다수 개소로 상기 변형량 검출부(18)를 장착하고, 상기 실린더 헤드(12)를 더미 블럭(14)상에 헤드 가스켓(28)을 사이에 두고 체결 볼트(26)를 매개로 설치하며, 상기 더미 블럭(14)의 유동 통로(14b)로 압력 배관(15)을 조립한 다음, 상기 압력 생성 및 공급부(16)를 작동시킨다.

이후, 상기 작용압 분배부(22)를 통해 상기 더미 블럭(14)의 공간부(14a)로 주기적으로 연소압과 동일한 수준의 압력이 장시간에 걸쳐 지속적으로 가함과 더불어, 상기 더미 블럭(14)의 냉각수 및 오일 공급 포트(14c,14d)를 통해 가열된 냉각수와 오일을 공급하게 된다.

이 결과, 상기 실린더 헤드(12)와 더미 블럭(14) 사이를 체결시키는 체결 볼트(26)에 변형이 발생되고, 이에 설치된 상기 변형량 검출부(18)의 스트레인 게이지를 통해 전압값이 발생하게 되며, 이를 상기 신호 조절 증폭기(24)가 데이터 분석부(20)로 출력하게 된다.

또한, 상기 실린더 헤드(12)에서는 상기 압력 생성 및 공급부(16)를 통해 공급되는 압력을 주기적으로 받게 되고, 이에 따라 상기 실린더 헤드(12)에 장착된 변형량 검출부(18)에서는 연소압과 동일한 수준의 압력에 의해 변형이 발생되며, 이에 설치된 상기 변형량 검출부(18)의 스트레인 게이지를 통해 전압값이 발생하게 되며, 이를 상기 신호 조절 증폭기(24)가 데이터 분석부(20)로 출력하게 된다.

그리고, 상기 데이터 분석부(20)에서는 변형량 검출부(18)를 통해 검출된 실린더 헤드(12)의 각 부위에 대한 변형량의 정도에 대한 정보를 분석 및 기록하게 되는 데, 이때 상기 실린더 헤드(12)에서 변형량이 크게 검출되는 부분이 곧 실린더 헤드(12)에 있어 강성의 취약부에 해당되는 것으로서, 이에 대한 설계적인 보완을 도모하게 된다면, 이를 통해 상기 실린더 헤드(12)의 내구력은 증대될 수 있는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 변형량 측정 장치를 이용하게 되면, 실제 형상으로 제작된 모형화된 실린더 헤드(12)를 실제 엔진의 실린더 블럭상에 조립하여 대상 내구 시험 내지 실제 차량의 주행 시험을 통해 상기 실린더 헤드(12)에 대한 내구성을테스트하지 않고도, 실험실내에서 간편하게 내구성을 테스트할 수 있으므로, 테스트에 소요되는 시간과 비용의 절감을 도모할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실린더 헤드의 변형량 측정 장치에 의하면, 실험실내에서 실제 형상으로 모형화되도록 제작된 실린더 헤드(12)를 엔진의 연소시와 같이 동일한 조건의 연소압을 제공하는 장비를 매개로 하여 내구성에 대한 테스트를 도모하게 됨으로써, 실린더 헤드(12)의 강성 취약부에 대한 검출에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 개발에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 실제 형상으로 모형화된 실린더 헤드(12)와,

   이 실린더 헤드(12)와 결합되어 실제 엔진에서 실린더 블럭의 역할을 도모하는 더미 블럭(14),

   이 더미 블럭(14)에 실제 엔진의 작동시와 동일한 연소압을 생성하여 공급하는 압력 생성 및 공급부(16),

   상기 실린더 헤드(12)에 다수 개소로 설치되어 이의 변형량을 검출하는 변형량 검출부(18) 및,

   이 변형량 검출부(18)를 통해 검출된 상기 실린더 헤드(12)의 변형량을 기록 및 분석하여 실린더 헤드(12)의 강성 취약부를 검증하는 데이터 분석부(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 더미 블럭(14)에는 실제 연소실과 같은 다수개의 공간부(14a)와, 상기 압력 생성 및 공급부(16)로부터 공급되는 압력을 상기 다수개의 공간부(14a)에 안내하는 다수개의 유동 통로(14b) 및, 엔진의 연소시와 동일하게 내부에 냉각수와 오일을 각각의 갤러리를 통해 유동시키도록 이를 공급하는 냉각수 및 오일 공급 포트(14c,14d)를 갖춘 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력 생성 및 공급부(16)에는 실제 엔진의 작동과 동일하게 주기적인 압력을 상기 더미 블럭(14)의 공간부(14a)에 제공하도록 상기 압력 배관(15)상에 설치되어 이의 개폐를 조절하는 작용압 분배부(22)가 구비된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터 분석부(20)에는 상기 변형량 검출부(18)로부터 검출된 아날로그 형태의 전압값을 디지털화로 변환과 증폭 및 필터링시키는 신호 조절 증폭기(24)가 구비된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더 헤드(12)와 더미 블럭(14)의 사이에는 체결 볼트(26)를 매개로 하여 이들 사이의 기밀 유지를 위한 헤드 가스켓(28)이 설치된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 변형량 측정 장치.