KR20040046374A - 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치에 관한 것으로, 실린더블록(2), 오일팬(3), 크랭크샤프트(4), 커넥팅로드(5), 피스톤(6)을 갖춘 모의 엔진을 사용하되, 상기 크랭크샤프트(4)는 주모터(8)에 의해 구동하고, 상기 피스톤(6)은 상부가 회전할 수 있는 분할형으로 형성하되, 그 상부에 가이드봉(7)을 연결하여 이 가이드봉(7)을 보조모터(9)로 구동할 수 있는 구조로 이루어진다.

따라서, 콘트롤러(10)를 조작하여 상기 주모터(8)의 회전수를 임의로 조작하고, 또한 주모터(8)의 회전수에 따라 상기 피스톤(6)의 상부를 회전시켜 상하행정중 피스톤링의 회전여부를 선택할 수 있게 됨으로써 보다 실제 작동조건에 가까운 상태하의 여러 회전수 영역에서 시험을 진행할 수 있게 된다.

따라서, 시험결과의 신뢰성이 향상됨은 물론, 실제적인 마모패턴과 다른 문제점들을 파악할 수 있게 됨으로써 보다 효율적으로 개선방안을 세울 수 있다.

Description

엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치{a wear testing apparatus for piston ring and liner of engine}

본 발명은 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치에 관한 것으로, 특히 실제 엔진 가동 조건을 구현하여 시험함으로써 보다 신뢰할 수 있는 시험결과를 얻을 수 있도록 된 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치에 관한 것이다.

엔진에 있어서 피스톤링과 라이너는 피스톤의 왕복행정시 실제로 접촉하여 연소실과 크랭크케이스를 격리하여 연소실의 압력을 유지하고 연소가스가 크랭크케이스로 유입되는 것을 막으며, 또한 크랭크케이스의 윤활유가 연소실로 침투되는 것을 방지하는 역할을 하고 있다.

따라서, 피스톤링과 라이너는 고속의 마찰에 견디기 위하여 내마모성이 우수한 재질로 제작하고 있다.

그러나, 어떤 제품의 제작에 있어, 재질을 선정하고 그 재질을 사용하는 재품을 양산하기 전에 과연 그 제품이 실제 상태에서 어느정도의 성능을 발휘할 것인가를 항상 시험해 보아야 하는 바, 상기 피스톤링과 라이너에 있어서도 그것은 예외가 아니다.

따라서, 종래에는 피스톤링과 라이너의 마모량을 시험하기 위해 다음과 같은 방법을 사용하였다.

그 중 하나는 도 1에 도시된 바와 같은 방법으로서, 피스톤링과 같은 재질의 핀형 부재(11)를 라이너와 같은 재질의 플레이트(12)에 가압접촉시킨 상태에서 소량의 윤활유를 공급하면서 상기 플레이트(12)를 고속 왕복시켜 상호 마찰하게 한뒤, 소정 시간이 지난뒤 상기 핀형 부재(11)와 플레이트(12)의 마모상태(마모량 및 스커프(scuff)상태)를 검사함으로써 실제상태에서의 피스톤링과 라이너의 마모상태를 예측하도록 된 것이다.

또 다른 하나는 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤링과 같은 재질의 핀형 부재(13)를 라이너와 같은 재질의 드럼형 부재(14)에 가압접촉시키고, 이 드럼형 부재(14)를 고속 회전시킴으로써 상호 마찰토록 하여, 소정시간 경과후 핀형 부재(13)와 드럼형 부재(14)의 표면 마모상태를 검사하여 실제상태에서의 피스톤링과 라이너의 마모상태를 예측할 수 있도록 된 것이다.

이와 같이, 종래의 방법들은 실제 엔진 가동 조건과는 거리가 먼 상태에서 시험을 진행하게 되므로, 단시간 동안의 시험진행을 통해 단지 피스톤링과 라이너 재질에 대한 비교평가를 목적으로 하고 있으며, 따라서 선택된 재질로 실차 적용하였을 경우의 마모상태 예측결과는 그 신뢰도가 저하되며, 특히 실제적인 마모패턴 및 문제점을 알 수 없으므로 그에 따른 개선방안을 세우기가 거의 불가능하였다.

또한, 별도의 윤활유를 공급해 주는 장치가 필요하다는 단점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보다 실제 작동조건에 가까운 상태를 조성하여 피스톤링과 라이너의 마모시험을 실시할 수 있게 됨으로써 시험결과의 신뢰성이 향상되고, 실제적인 마모패턴과 문제점을 발견할 수 있게 됨에 따라 그 개선 방안을 정확히 수립할 수 있게 되며, 별도의 윤활유 공급장치도 필요없도록 된 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 피스톤링과 라이너 마모 시험장치의 개략도,

도 2는 종래의 또 다른 마모 시험장치의 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 피스톤링과 라이너 마모 시험장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 사용되는 피스톤의 부분 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 바닥판,2 : 실린더블록,

3 : 오일팬,4 : 크랭크샤프트,

5 : 커넥팅로드,6 : 피스톤,

7 : 가이드봉,8 : 주모터,

9 : 보조모터,10 : 콘트롤러.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방진장치를 구비한 바닥판과,이 바닥판에 형성된 마운팅부에 장착되고 보어에 시험대상이 되는 라이너가 삽입되는 실린더블록과, 이 실린더블록의 하부에 장착되는 오일팬과, 상기 실린더블록의 내부에 설치되는 크랭크샤프트와, 이 크랭크샤프트에 연결된 커넥팅로드와, 이 커넥팅로드의 상부에 연결되고 시험대상이 되는 피스톤링이 설치되는 피스톤과, 이 피스톤에 연결되어 상부로 연장되는 가이드봉과, 상기 바닥판에 설치되고 상기 가이드봉이 삽입되는 가이드공이 형성된 지지틀과, 상기 크랭크샤프트를 구동하는 주모터와, 상기 가이드봉을 회전시켜 피스톤을 회전시키는 보조모터와, 이 보조모터 및 상기 주모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 피스톤과 실린더블록에 피스톤링과 라이너를 실제로 설치하고, 크랭크샤프트를 회전시켜 엔진의 실제 작동상태와 같은 상태를 구현함으로써 보다 실제적인 결과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 피스톤링과 라이너 마모 시험장치의 구성도로서, 상기 바닥판(1)은 본 발명을 이루는 구성부들이 모두 그 위에 설치되는 것으로서, 바닥과의 사이에 진동을 흡수할 수 있는 방진장치(1a)를 구비한다. 방진장치(1a)로서는 단순한 스프링을 사용할 수도 있고, 스프링과 유압의 완충력을 겸비한 쇽업소버를 사용할 수도 있을 것이다.

상기 바닥판(1)의 상부에는 마운팅부(1b)가 형성되는데, 이 마운팅부(1b)는 실린더블록(2)을 장착하기 위한 일종의 틀과 같은 것으로서, 이 마운팅부(1b)에 오일팬(3)이 장착된 상태의 실린더블록(2)이 장착된다. 실린더블록(2) 장착시 상기마운팅부(1b)에 보울트나 클램프 같은 체결수단을 사용하여 직접 장착하거나 이에 더하여 실제 엔진이 엔진룸내 프레임에 장착될 때와 같이 진동감쇄체인 인슐레이터를 매개로 장착할 수도 있다.

상기 실린더블록(2)에는 실제 엔진과 같이 크랭크샤프트(4)가 구비되어 있으며, 이 크랭크샤프트(4)의 저널에 커넥팅로드(5)의 하단부가 연결되고, 이 커넥팅로드(5)의 상단부는 상기 실린더블록(2)의 보어에 삽입되는 피스톤(6)의 피스톤핀(6a)에 연결된다.

상기 피스톤(6)에는 상방으로 연장되는 가이드봉(7)이 연결되며, 이 가이드봉(7)은 상기 바닥판(1)에 고정설치된 지지틀(1c)의 수평부분에 형성된 가이드공(1d)에 삽입된다.

상기 크랭크샤프트(4)는 바닥판(1)에 설치되는 주모터(8)에 의해 구동되며, 크랭크샤프트(4)와 주모터(8)는 각각의 축단부에 장착된 기어(4a,8a)들이 치합됨으로써 연결된다.

한편, 상기 피스톤(6)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)와 하부몸체(6d)로 이루어지고, 이들을 관통한 상기 가이드봉(7)의 하단에 형성된 플랜지(7a)와 상부로부터 조여지는 너트(7b)에 의해 결합되며, 상기 플랜지(7a)와 하부몸체(6d)의 사이 및 상기 중간몸체(6c)와 하부몸체(6d)의 사이에는 베어링(6e)이 설치된다.

또한, 상기 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)는 보울트(6f)들에 의해 결합된다.

상기 피스톤(6)의 외주면에는 3개의 피스톤링홈이 형성되는데, 상부의 두 홈은 압축링이 설치되는 홈이고, 하부의 한 홈은 오일링이 설치되는 홈으로서, 최상부 홈(6g)은 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)의 경계에 설치되고, 나머지 두 홈은 중간몸체(6c)에 설치된다.

그리고, 상기 최상부 홈(6g)의 내측부분으로는 홈(6g)에 연통된 챔버(6h)가 형성되는데, 이 챔버(6h)는 상부몸체(6b)의 외측으로 개방되되, 입구에 체크밸브기능을 갖춘 마개(6i)가 구비되며, 내부에는 수지나 오일등의 유체가 충진된다.

또한, 상기 챔버(6h)의 좌우측(피스톤의 중심측과 외측)에는 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)의 경계면 사이, 상부몸체(6b)와 최상부 홈(6g)에 삽입되는 압축링 사이, 이 압축링과 중간몸체(6c)의 사이에 각각 상기 챔버(6h)에 충진된 유체의 누출을 막는 시일링(6j)이 설치된다.

한편, 상기 지지틀(1c)에는 상기 주모터(8)와 구별되는 보조모터(9)가 설치되고, 이 보조모터(9)와 상기 가이드봉(7)은 벨트(9a)로 연결되어, 가이드봉(7)이 보조모터(9)에 의해 회전될 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 주모터(8)와 보조모터(9)는 콘트롤러(10)를 통해 전력을 공급받고, 이에 의해 회전수를 조절할 수 있도록 되어 있다.

이하, 본 발명을 이용한 피스톤링과 라이너의 마모시험방법을 설명한다.

우선, 시험하고자 하는 피스톤링(R)을 상기 피스톤(6)의 최상부 홈(6g)에 설치하고, 실린더블록(2)의 보어에는 라이너(L)를 삽입한다.

이어, 시험자는 콘트롤러(10)를 조작하여 주모터(8)를 원하는 회전수로 작동시키며, 이에 의해 크랭크샤프트(4)가 회전되고, 커넥팅로드(5)를 매개로피스톤(6)이 실린더블록(2)의 보어에서 상하 왕복운동하게 되므로, 시험대상 피스톤링(R)과 라이너(L)간에 마모가 발생하게 된다.

한편, 피스톤(6)의 상하 왕복 행정중 피스톤링(R)에는 회전력이 발생하게 되는데, 이 회전에 따른 마모량을 배제시킬 수 있도록 상기 보조모터(9)를 작동시켜 가이드봉(7)을 회전시킴으로써 상기 상부몸체(6b)와 하부몸체(6c)를 회전시킬 수 있다.(이때 베어링(6e)이 작용한다.)

상기 보조모터(9)의 회전수는 임의의 주모터(8) 회전수에 대해 피스톤링(R)의 회전을 억제할 수 있는 회전수로서 미리 시험을 거쳐 제작된 맵데이터(map data)값에 따르며, 시험자는 콘트롤러(10)를 조작하여 주모터(8) 가동시 보조모터(9)가 맵데이터에 따라 상시 가동될 것인지, 아니면 정지해 있을 것인지를 선택할 수 있으며, 이로 인해 시험 조건을 여러 가지로 변경 실시할 수 있게 되어 보다 다양한 조건에서의 시험 실시가 가능해진다.

한편, 상기 오일팬(3)에는 윤활유가 저장되어 있으며, 이 윤활유는 비산식으로 흩뿌려져 피스톤링과 라이너의 사이를 윤활할 수도 있고, 또는 실제 엔진에서와 같이 상기 크랭크샤프트에 의해 작동되는 오일펌프를 설치하여 오일통로로 오일을 압송하여 윤활시키는 압송방식을 선택할 수도 있는 바, 이는 상기 실린더블록(2)이 어떤 윤활방식을 채용하고 있는가에 따라 자연히 결정되며, 따로이 윤활장치를 구비할 필요는 없다.

한편, 시험대상 피스톤링(R)이 그 마모량에 상관없이 항상 충분한 압력으로 라이너(L)에 밀착될 수 있도록 상기 챔버(6h)에는 액상의 수지나 오일 등의 유체를충진시키며, 유체 주입은 상기 마개(6i)를 통해 이루어지고, 주입장치를 분리한 후에는 마개(6i)내의 체크밸브에 의해 역유출이 방지되도록 되어 있으며, 상기 시일링(6j)들에 의해 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)의 사이로 유체가 누출되는 것이 방지된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마모 시험장치를 이용하면, 보다 실제 작동조건에 가까운 상태에서 피스톤링과 라이너의 마모시험을 실시할 수 있게 됨으로써 시험결과의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

따라서, 보다 실제에 가까운 마모패턴과 그 문제점을 알 수 있게 됨으로써 올바른 개선 방안을 수립할 수 있게 되는 장점이 있다.

또한, 피스톤의 스트로크 스피드를 원하는 대로 조절할 수 있음은 물론, 피스톤링의 회전여부를 시험자 임의로 조절할 수 있으므로, 보다 다양한 조건에서의 시험도 가능하다.

또한, 채용되는 실린더블록에 적용된 윤활장치를 그대로 사용하게 되므로 종래와 같이 윤활유 공급을 위한 별도의 윤활유 공급장치를 구비할 필요가 없게 되는 장점도 있다.

Claims (4)

1. 방진장치(1a)를 구비한 바닥판(1)과, 이 바닥판(1)에 형성된 마운팅부(1b)에 장착되고 보어에 시험대상이 되는 라이너(L)가 삽입되는 실린더블록(2)과, 이 실린더블록(2)의 하부에 장착되는 오일팬(3)과, 상기 실린더블록(2)의 내부에 설치되는 크랭크샤프트(4)와, 이 크랭크샤프트(4)에 연결된 커넥팅로드(5)와, 이 커넥팅로드(5)의 상부에 연결되고 시험대상이 되는 피스톤링(R)이 설치되는 피스톤(6)과, 이 피스톤(6)에 연결되어 상부로 연장되는 가이드봉(7)과, 상기 바닥판(1)에 설치되고 상기 가이드봉(7)이 삽입되는 가이드공(1d)이 형성된 지지틀(1c)과, 상기 크랭크샤프트(4)를 구동하는 주모터(8)와, 상기 가이드봉(7)을 회전시켜 피스톤(6)을 회전시키는 보조모터(9)와, 이 보조모터(9) 및 상기 주모터(8)의 작동을 제어하는 컨트롤러(10)를 포함하여 이루어지는 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤(6)은 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c) 및 하부몸체(6d)로 이루어지며, 이중 상부몸체(6d)와 중간몸체(6c)는 상호 보울트(6f)로 체결되어 상기 가이드봉(7)의 하부에 회전가능하도록 장착되는 한편, 상기 상부몸체(6d)와 중간몸체(6c)의 경계면 외주부에 상기 피스톤링(R)이 삽입되는 최상부 홈(6g)이 형성되고, 이 최상부 홈(6g)에 연결형성되어 유체가 충진되는 챔버(6h)가 형성되며, 이 챔버(6h)의 주입구에는 체크밸브기능을 갖춘 마개(6i)가구비되고, 상기 챔버(6h) 주위의 상부몸체(6b)와 중간몸체(6c)의 경계면과 상기 피스톤링(R)과 상부몸체(6b) 및 중간몸체(6c)의 경계면에는 각각 시일링(6j)이 설치되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 콘트롤러(10)는 주모터(8)를 원하는 회전수로 작동시키고, 입력된 맵데이터에 따라 상기 주모터(8) 회전수에 대해 피스톤링(R)의 회전을 억제할 수 있는 회전수로 보조모터(9)를 작동시키며, 시험자의 선택에 의해 상기 보조모터(9)의 작동여부를 선택할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 실린더블록(2)에는 기존의 비산식 또는 압송식 윤활장치가 적용되어 별도의 윤활유 공급장치가 필요 없도록 된 것을 특징으로 하는 엔진의 피스톤링과 라이너 마모 시험장치.