KR20110011209A - Test device and method for designing oil gallery and oil gallery inlet shape of engine piston - Google Patents
Test device and method for designing oil gallery and oil gallery inlet shape of engine pistonInfo
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Abstract
Description
본 발명은 엔진 피스톤의 냉각을 통한 내구수명의 향상을 위하여 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치 및 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 효율적으로 작동하는 엔진 피스톤을 제조하기 위해 피스톤에 구비되는 오일갤러리와 오일갤러리와 연통되는 오일유입구의 모양 및 크기 등을 비교 실험을 통해 오일갤러리의 주요 형상을 설계 및 검증하는데 사용되는 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.The present invention relates to a test apparatus and a test method for designing an oil gallery and an oil inlet shape of an engine piston to improve durability by cooling the engine piston, and more particularly, to a piston for manufacturing an engine piston that operates efficiently. The present invention relates to a test apparatus and a test method used for designing and verifying the main shape of an oil gallery through comparative experiments on the shape and size of an oil gallery provided and an oil inlet communicating with the oil gallery.
일반적으로 중력주조법은 용탕을 중력에 의해 금형에 주입하여 주물을 만드는 주조방법을 말하며, 현재 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 비철합금, 주철 또는 강철을 소재로 하여 피스톤, 슬리브, 크랭크 케이스, 실린더, 베어링 등을 제조하는데 널리 이용되고 있다. In general, the gravity casting method refers to a casting method in which a molten metal is injected into a mold by gravity to make a casting. At present, pistons are made of non-ferrous alloys such as aluminum (Al), magnesium (Mg), copper (Cu), cast iron, or steel. It is widely used to manufacture sleeves, crankcases, cylinders, bearings, and the like.
이러한 중력주조법에 사용되는 피스톤 제조장치는 래들을 이용하여 주조기의 금형에 용탕을 주입하고, 일정 시간 동안 성형/응고시킨 다음, 금형을 개방시켜 성형된 제품을 수조에서 냉각시키며, 제품이 냉각된 후에는 절단기를 이용하여 압탕부와 제품을 분리시킨다.The piston manufacturing apparatus used in the gravity casting method uses a ladle to inject molten metal into a mold of a casting machine, and to mold / solidify for a predetermined time, and then open the mold to cool the molded product in a water tank, and after the product is cooled Separates the hot water part and the product by using a cutter.
이러한 방식으로 생성된 차량용 엔진피스톤은 일반적으로 실린더 내에서 발생한 연소 폭발력을 받아 실린더 내부를 왕복운동하면서 커넥팅로드에 전달하여 크랭크샤프트에 회전력을 발생시키는 일을 하는 장치이다. 이 장치의 설계시에는 피스톤의 상부에 형성되는 연소실의 주변을 냉각시켜 피스톤의 과열을 막을 수 있도록 하기 위한 중공형상의 오일갤러리(Oil Gallery)를 설치하게 된다.The vehicle engine piston generated in this manner is generally a device that receives the combustion explosive force generated in the cylinder and transfers it to the connecting rod while reciprocating the inside of the cylinder to generate rotational force on the crankshaft. In the design of the device, a hollow oil gallery is installed to cool the periphery of the combustion chamber formed at the top of the piston to prevent the piston from overheating.
그러므로 이러한 오일갤러리에서는 오일의 순환이 쉽게 이루어질 수 있어야 하고, 상기 오일갤러리에 오일을 주입하는 오일유입구는 오일이 효율적으로 주입될 수 있는 형상인 것이 바람직하다. 특히, 피스톤은 주기적으로 빠른 속도로 왕복운동을 행하고 있을 뿐만 아니라 오일젯 노즐의 분사각도 변화 등에 기인하여 움직이는 피스톤의 오일유입구에 오일을 완벽하게 주입하는 것은 쉽지 않기 때문에 피스톤 설계시 오일유입구의 형상을 결정하는 것은 매우 중요하며, 피스톤의 상부에 형성되는 연소실의 주변을 효율적으로 냉각시키기 위해 상기 오일유입구를 통해 주입된 오일의 순환이 충분히 잘 이루어져야 하므로 오일갤러리의 크기 및 형상 또한 매우 중요하다.Therefore, in such an oil gallery, the circulation of the oil should be easily achieved, and the oil inlet for injecting oil into the oil gallery is preferably in a shape in which oil can be efficiently injected. In particular, the piston is not only reciprocating periodically at high speed, but also because it is not easy to completely inject oil into the oil inlet of the moving piston due to the change in the injection angle of the oil jet nozzle. Determination is very important, and the size and shape of the oil gallery is also very important because the circulation of the oil injected through the oil inlet must be well enough to efficiently cool the surroundings of the combustion chamber formed at the top of the piston.
종래 시험기술로 제작된 엔진 자체를 이용하여 비교 실험을 하는 것이 있었으나, 이는 크기가 큰 엔진을 전체적으로 시험기구에 장착하고 사용해야만 했으므로 시험이 어렵고 비용 및 시간이 많이 소요되었으며, 엔진개발 초기에 피스톤 자 체의 설계과정에서 오일갤러리와 오일유입구의 형상을 변화시켜 다수의 시험을 수행할 수 없는 단점이 있었으며, 또한 시험의 특성상 번거롭고 어렵게 시험을 수행해야 하는 실정이었다.There was a comparative experiment using the engine itself manufactured by the conventional test technique, but this was difficult and costly and time-consuming because the large engine had to be installed and used as a test apparatus as a whole. In the design process of the sieve, there were disadvantages in that it was not possible to carry out a number of tests by changing the shape of the oil gallery and the oil inlet, and it was also cumbersome and difficult to perform the tests.
본 발명은 엔진 피스톤에서 오일갤러리의 중요성을 인식하여 효율적으로 오일갤러리에 오일을 주입하기 위해 오일이 주입되는 오일유입구 및 오일갤러리의 모양 및 크기를 결정하는 시험장치 및 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a test apparatus and method for recognizing the importance of the oil gallery in the engine piston to determine the shape and size of the oil inlet and the oil gallery in which the oil is injected to efficiently inject the oil in the oil gallery.
본 발명에서는 종래기술에서 엔진을 전체적으로 사용하던 것을 피스톤만을 장착하여 사용할 수 있게 한 것으로 시험을 매우 간단하게 하여 비교 시험이 용이하게 하고자 한다. In the present invention, the use of the engine as a whole in the prior art can be used by mounting only the piston to make the test very simple to facilitate the comparative test.
또한, PC를 활용하여 시험과정의 유량 및 유속 등을 전체적으로 제어 및 기록하고, 시험시간을 자동제어 함으로써 시험의 정확성 및 편의성을 높이고자 한다.In addition, by using a PC to control and record the flow rate and flow rate of the test process as a whole, and to automatically control the test time to improve the accuracy and convenience of the test.
본 발명은 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계를 위한 시험장치 및 시험방법에 관한 것으로,The present invention relates to a test apparatus and test method for the oil gallery and oil inlet shape design of the engine piston,
프레임(10); 상기 프레임(10)의 내부 상단에 설치되는 척(chuck, 20); 상기 척(20)에 상단이 고정되고 하단에는 오일갤러리(oil gallery, 31)와 연통된 오일유입구(inlet, 32)를 구비하되, 상기 오일갤러리(31)의 윗부분은 절단되어 오일갤러리(31)가 노출된 피스톤(30); 상기 프레임(10)의 내부에 상하이동 가능하게 설치된 이송계(49)의 상면에 장착되고, 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)와 연결되어 상기 피스톤(30)의 오일유입구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 분사젯(41)을 구비한 스테이지(40); 및 상기 오일유입구(32)가 오일갤러리(31)와 연통되는 부분과 연결된 호스에 의해 오일유입구(32)로 유입되는 오일이 수거되는 비이커(50); 를 포함하여 구성되는 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치를 제공하고, 상기 시험장치를 이용한 시험방법도 제공한다.
본 발명을 실시하면, 실제 엔진을 구비하지 않고 모든 사양의 엔진에 대하여 손쉽게 피스톤의 오일유입구 및 오일갤러리 형상을 결정하는 시험을 수행하는 것이 가능하다. 또한, PC와 연동하여 시험을 수행하는 것이 가능하여 PC에 의해 주요 변수를 모니터링 및 제어하면서 시험을 수행할 수 있으며, 이에 따라 수작업에 의하는 것보다 더욱 정확한 결과치를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to perform a test for easily determining the oil inlet and the oil gallery shape of the piston for an engine of all specifications without having an actual engine. In addition, it is possible to perform the test in conjunction with the PC, so that the test can be performed while monitoring and controlling the main variables by the PC, thereby obtaining more accurate results than by manual work.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be construed in a common or dictionary sense, and the inventors will be required to properly define the concepts of terms in order to best describe their invention. Based on the principle that it can, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상은 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and not all of the technical idea of the present invention, at the time of the present application, various equivalents that can replace them It should be understood that there may be water and variations.
먼저, 본 발명인 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치에 대해서 설명한다.First, the test apparatus for oil gallery and oil inlet shape design of the engine piston of this invention is demonstrated.
도 1은 본 발명인 시험장치를 나타내는 개괄도이고, 도 2a는 본 발명인 시험장치에 사용되는 척의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 2b는 본 발명인 시험장치에 사용되는 척의 내부를 보여주는 사시도이고, 도 3a는 본 발명에서 오일유입구의 입수효율을 산정하는 경우에 사용되는 피스톤의 사시도이고, 도 3b는 본 발명에서 오일갤러리의 수집효율을 산정하는 경우에 사용되는 피스톤의 사시도이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명인 시험장치에 사용되는 스테이지의 모습을 보여주는 도면이다.Figure 1 is a schematic view showing a test device of the present invention, Figure 2a is a perspective view showing the appearance of the chuck used in the test device of the present invention, Figure 2b is a perspective view showing the inside of the chuck used in the test device of the present invention, Figure 3a is In the present invention, a perspective view of a piston used when calculating the inlet efficiency of the oil inlet, Figure 3b is a perspective view of a piston used when calculating the collection efficiency of the oil gallery in the present invention, Figures 4a to 4c The figure which shows the state of the stage used for the inventor's test apparatus.
본 발명에 따른 시험장치는 오일유입구(inlet, 32) 및 오일갤러리(31)의 크기 및 형상을 결정하기 위한 것으로, 사용되는 시험장치는 동일하나 시험장치에 장착되는 피스톤은 시험목적에 따라 적절히 변형되어 사용하게 된다.The test apparatus according to the present invention is for determining the size and shape of the oil inlet (32) and the oil gallery (31). The test apparatus used is the same, but the piston mounted to the test apparatus is appropriately modified according to the test purpose. Will be used.
즉, 오일유입구(32)의 형상을 결정하는 경우에는 순수하게 오일유입구(32)의 형상만이 변수이어야 하므로 피스톤(30)에서 오일갤러리(31)의 상단 부분은 잘라내어 오일갤러리(31)가 드러나게 한 피스톤(30)을 사용하게 된다(도 3a 참조). 이에 반해 오일갤러리(31)의 형상을 결정하는 경우에는 피스톤(30)이 온전하게 형상을 구비한 상태로 사용되게 된다(도 3b 참조). 이하, 그 구조를 설명한다.That is, when determining the shape of the
오일유입구(32)의 형상을 결정하기 위한 시험장치로, 프레임(10); 상기 프레 임(10)의 내부 상단에 설치되는 척(chuck, 20); 상기 척(20)에 상단이 고정되고 하단에는 오일갤러리(oil gallery, 31)와 연통된 오일유입구(inlet, 32)를 구비하되, 상기 오일갤러리(31)의 윗부분은 절단되어 오일갤러리(31)가 노출된 피스톤(30); 상기 프레임(10)의 내부에 상하이동 가능하게 설치된 이송계(49)의 상면에 장착되고, 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)와 연결되어 상기 피스톤(30)의 오일유입구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 분사젯(41)을 구비한 스테이지(40); 및 상기 오일유입구(32)가 오일갤러리(31)와 연통되는 부분과 연결된 호스에 의해 오일유입구(32)으로 유입되는 오일이 수거되는 비이커(50); 를 포함하여 구성되는 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치를 제공한다.A test apparatus for determining the shape of the
오일갤러리(31)의 형상을 결정하기 위한 시험장치로, 프레임(10); 상기 프레임(10)의 내부 상단에 설치되는 척(chuck, 20); 상기 척(20)에 상단이 고정되고 하단에는 오일갤러리(oil gallery, 31)와 연통된 오일유입구(inlet, 32)를 구비한 피스톤(30); 상기 프레임(10)의 내부에 상하이동 가능하게 설치된 이송계(49)의 상면에 장착되고, 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)와 연결되어 상기 피스톤(30)의 오일유입구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 분사젯(41)을 구비한 스테이지(40); 및 상기 피스톤(30)에 구비되고 오일갤러리(31)와 연통되어 오일유입구(32)로 유입된 오일이 유출되는 오일유출구(outlet, 33) 부분과 연결된 호스에 의해 오일이 수거되는 비이커(50); 를 포함하여 구성되는 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치도 제공한다.As a test apparatus for determining the shape of the
즉, 상기 설명한대로, 오일유입구(32) 및 오일갤러리(31)의 형상을 결정하기 위한 시험장치는 각각 사용되는 피스톤(30)의 형상이 상이하고, 이에 따라 오일을 수집하는 비이커(50)와 연결되는 호스의 위치가 약간 상이할 뿐 나머지는 동일한 구조이다.That is, as described above, the test apparatus for determining the shape of the
프레임(10)은 본 발명에 사용되는 시험장치를 지지하는 도구에 해당하며 특별하게 그 형상이 정해진 것은 아니다. 다만, 본 실험은 오일을 주입하여 그 입수효율 및 수집효율을 측정하는 장치이므로 오일이 사방으로 튀는 것을 방지하기 위해 프레임(10)은 밀폐된 공간을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(10)은 상하로 긴 형상이며 전체적으로 원기둥 혹은 사각기둥인 것이 바람직하며, 내부가 보이도록 투명한 벽체를 구비하는 것이 바람직하다.The
상기 프레임(10)의 내부 상단에는 척(chuck, 20)이 설치된다. 척은 일반적으로 공작기계의 하나인 선반의 주축 끝에 장치하여 공작물을 고정하는 부속장치이다. 본 발명에서는 피스톤(30)을 단단히 고정하는 장치가 필요하므로 이를 위해 척(20)을 프레임(10)의 내부 천장에 설치하여 피스톤(30)을 고정하게 된다.A
특히 본 시험기를 활용하여 시험하고자 하는 피스톤의 종류가 다양하기 때문에 피스톤의 직경 또한 크게 변화하게 된다. 따라서 불특정한 직경을 갖는 피스톤을 용이하게 고정하여 시험할 수 있도록 하는 것이 매우 중요한데, 본 발명에서는 척을 구비함으로써 피스톤의 직경에 무관하게 다양한 종류의 피스톤을 시험할 수 있도록 하였다.In particular, the diameter of the piston also changes significantly because of the variety of pistons to be tested using this tester. Therefore, it is very important to be able to easily fix and test a piston having an unspecified diameter. In the present invention, by providing a chuck, various types of pistons can be tested regardless of the diameter of the piston.
척(20)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 외부로 돌출되어 피스톤(30)을 고정하는 고정쇠(21)를 구비하며, 내부에는 척(20)의 중심을 기준으로 회전하는 회전판(22)과, 상기 회전판(22)에 맞물림 결합되어 회전판(22)의 회전에 따라 회전하여 이를 축방향 회전으로 바꿔주는 회전바(23)와, 상기 회전바(23)에 나사결합방식으로 결합되어 회전바(23)의 회전에 따라 회전바(23)의 길이방향으로 이동하는 상기 고정쇠(21)와 결합된 밀림장치(24)를 포함하여 구성된다. 즉, 회전판(22)의 회전 방향에 따라 상기 고정쇠(21)가 최종적으로 척(20)의 중심 혹은 바깥쪽 방향으로 움직이게 된다.2A and 2B, the
상기 척(20)에 고정되는 피스톤(30)은 본 발명에서 시험을 목적으로 하는 대상이다. 또한, 상기 설명한 바와 같이 오일유입구(32) 또는 오일갤러리(31) 중 어느 것의 형상을 결정하는 시험이냐에 따라 피스톤(30)의 형상은 차이가 있다.The
오일유입구(32)의 형상을 결정하는 것은 상기 피스톤(30)에 구비된 오일갤러리(31)에 오일이 잘 주입되는지 여부를 결정하는 것이므로, 오일유입구(32)의 형상 이외에 다른 어떠한 것이 영향을 미쳐서는 안된다.Determining the shape of the
즉, 피스톤(30)은 일반적으로 내부에 링 모양의 중공부로 오일갤러리(31)가 형성되고 하단으로 상기 오일갤러리(31)와 연통되는 오일유입구(32) 및 오일유출구(33)이 별도로 구비되어 상기 오일유입구(32)로 주입된 오일이 상기 오일갤러리(31)를 순환하면서 피스톤(30)을 냉각시킨 후 다시 오일유출구(33)을 통해 배출되게 된다. 그러므로, 피스톤(30)을 그 자체로 사용하게 되면, 오일유입구(32)로 주입된 오일은 바로 매우 좁은 통로인 오일갤러리(31)에 막히는 효과가 생기게 되어 정확한 입수효율 측정을 통한 오일유입구(32)의 형상을 결정하는 것이 어렵게 된다. That is, the
그리하여, 안출된 것이 상기 피스톤(30)에서 오일갤러리(31)의 상단 부분을 절단하여 상기 오일갤러리(31) 및 상기 오일갤러리(31)와 연통되는 오일유입구(32)의 상단 부분이 노출되게 변형시킨 피스톤(30)을 사용하는 것이다. 이렇게 하면 좁은 오일갤러리(31)에 오일유입구(32)를 통해 주입되는 오일이 걸리지 않으므로 순수하게 오일의 입수효율을 측정하는 것이 가능해진다. Thus, the draft is cut so as to cut the upper portion of the
다만, 이하 설명하겠지만 입수된 오일을 수거하는 비이커(50)와 연결되는 호스는 상기 오일갤러리(31)가 오일유입구(32)와 연통되는 부분에 장착되어 입수된 오일을 바로 비이커(50)로 보내게 된다.However, as will be described below, the hose connected to the
또한, 오일갤러리(31)의 형상을 결정하기 위한 시험에서는 온전한 피스톤(30)을 그대로 사용하게 된다. 그래야만 오일갤러리(31)의 형상이 그대로 유지되어 정확한 수집효율을 측정할 수 있기 때문이다. In addition, in the test for determining the shape of the
다만, 이하 설명하겠지만, 입수된 오일을 수거하는 비이커(50)와 연결되는 호스는 상기 오일갤러리(31)와 연통된 오일유출구(33) 부분에 장착되어 오일갤러리(31)를 순환하고 배출되는 오일을 바로 비이커(50)로 보내게 된다.However, as will be described below, a hose connected to the
프레임(10)의 내부에 상하이동 가능하게 설치된 이송계(49)의 상면에 장착되고, 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)와 연결되어 상기 피스톤(30)의 오일유입 구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 분사젯(41)을 구비한 스테이지(40)가 프레임(10)의 내부에 장착된다.The
원칙적으로는 엔진피스톤이 상하운동을 수행하고 고정된 오일분사젯(오일젯노즐)에서 오일을 분사해주는 것이 본래의 형상이나, 본 발명에서는 피스톤을 고정시키고 오일분사젯과 상기 피스톤의 이격 거리를 다양하게 하여 고정한 상태에서 오일을 분사한다. 여기서 이격 거리는 피스톤과 분사젯이 가장 가까운 거리, 중간 정도의 거리, 가장 먼 거리를 포함하여 3개 정도의 거리로 하는 것이 바람직하나, 제한은 없다.In principle, the engine piston performs vertical movement and sprays oil from the fixed oil jet nozzle (oil jet nozzle). However, in the present invention, the piston is fixed and the distance between the oil jet and the piston is varied. Spray oil in a fixed condition. Here, the separation distance is preferably one of three distances including the closest distance, the intermediate distance, and the longest distance between the piston and the jetting jet, but there is no limitation.
즉, 피스톤(30)은 상기 설명한 바와 같이 프레임(10)의 내부 상단에 척(20)에 의해 고정설치되고, 상기 분사젯(41)을 구비한 스테이지(40)는 이송계(49)의 상부에 고정설치되어 소정 이격 거리를 두고 고정되게 된다.That is, the
이송계(49)는 프레임(10)의 측벽에 레일 형식으로 장착되는 것이 바람직하나, 그 형식에 제한이 있는 것은 아니다. 이송계(49)는 단단하게 고정된 상태에서 상하 이동이 가능해야 하므로 최소한 2개 이상의 레일이 상기 프레임(10)의 측벽에 구비되는 것이 바람직하다.The
스테이지(40)는 상기 이송계(49)의 상면에 고정 장착되며, 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)와 연결되어 상기 피스톤(30)의 오일유입구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 분사젯(41)을 구비한다.The
상기 척(20)에 고정되는 피스톤(30)은 피스톤이 사용되는 엔진의 크기 및 종류에 따라 다양한 크기를 갖게 되므로, 피스톤(30)의 크기에 따라 오일유입구(32) 의 위치는 변하게 된다. 그러므로, 오일유입구(32)에 오일을 분사하는 분사젯(41)의 위치도 오일유입구(32)를 엔진설계사양과 동일하게 정확하게 조준할 수 있도록 피스톤(30)의 종류에 따라 변경될 수 있어야만 한다. 이러한 분사젯(41)의 수평위치, 분사각도 등을 조절해 주는 것이 스테이지(40)이다. 그러므로, 스테이지(40)는 X,Y 축 수평이동, 회전, 각도조절(틸팅)이 가능해야 한다. 이러한 스테이지(40)는 그 작동 방법에 제한은 없으며 다만 예시로 도 4a 내지 도 4c에 도시된 것을 사용 가능하다.Since the
도 4a 내지 도 4c에서 보듯이 스테이지(40)는 전후이동부(42), 좌우이동부(43), 회전부(44) 및 각도조절부(틸팅부, 45)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 4A to 4C, the
상기 전후이동부(42)의 전후이동은 전후이동바(42a)의 축회전운동을 수평이동운동으로 변환시켜주는 기어장치에 의하며, 상기 좌우이동부(43)의 좌우이동은 좌우이동바(43a)의 축회전운동을 수평이동운동으로 변환시켜주는 기어장치에 의한다. 또한, 상기 회전부(44)의 회전운동은 회전이동바(44a)의 축회전운동을 회전부(44)의 회전운동으로 변환시켜주는 기어장치에 의하며, 상기 각도조절부(45)의 각도조절은 상기 각도조절바(45a)의 축회전운동을 각도조절부(45)의 원호운동으로 변환시켜주는 기어장치에 의하게 된다. 이러한 기어장치는 이미 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.The front and rear movement of the front and
오일탱크(80)는 오일을 저장하는 탱크로 오일을 공급하거나 시험에 사용되고 남은 오일이 다시 주입되게 된다.The
펌프(85)는 오일탱크(80)의 오일을 분사젯(41)에 공급하여 오일유입구(32) 방향으로 오일을 분사하게 하는 역할을 하는 것으로 오일탱크(80)에 구비되게 된다.The
본 발명에서는 분사된 오일을 수거하여 질량을 측정하기 위한 수단으로 비이커(50)를 구비한다. 비이커(50)는 프레임(10)의 외부에 호스의 일단과 연결되어 설치되는 것이 바람직하며 상기 피스톤(30)의 형태에 따라 피스톤(30)과 연결되는 호스 타단의 위치가 상이하게 된다.In the present invention, the
즉, 피스톤(30)의 오일갤러리(31) 상단 부분이 잘려나간 경우(입수효율측정시험)에는, 상기 오일유입구(32)가 오일갤러리(31)와 연통되는 부분에 호스가 연결되고, 통상적인 수집효율측정을 위한 시험을 위한 피스톤(30)의 경우는 오일유출구(33) 부분에 호스가 연결되어 오일유입구(32)로 유입된 오일이 오일갤러리(31)를 순환한 후에 오일유출구(33)를 통해 비이커(50)로 수거되게 된다.That is, when the upper portion of the
소정 시간 동안 비이커(50)로 수거된 오일은 질량을 측정한 후에 다시 오일탱크에 넣게 된다.The oil collected by the
또한 본 발명은, 상기 스테이지(40)의 분사젯(41)에 공급되는 오일의 압력, 온도 및 유량을 측정하는 압력계, 온도계 및 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that it further comprises a pressure gauge, a thermometer and a flow meter for measuring the pressure, temperature and flow rate of the oil supplied to the
즉, 도 1에서 보듯이 상기 오일탱크(80)에서 상기 분사젯(41)에 오일을 공급하는 호스에 장착되어 분사젯(41)에 공급되는 오일의 압력, 온도 및 유량을 측정하 게 된다. 본 시험장치를 이용하여 시험을 하는 경우에는 오일의 압력, 온도가 일정해야 하며, 유량은 이하 시험방법에서 설명하겠지만, 입수효율 및 수집효율을 산정하는 과정에서 필요하기 때문이다.That is, as shown in Figure 1 is mounted on the hose for supplying oil to the
또한 본 발명인 시험장치는 시스템적으로 PC(70)와 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 압력계, 온도계 및 유량계는 데이터 로거를 구비한 PC(70)와 시스템적으로 연결되어 측정되는 오일의 압력, 온도 및 유량을 지속적으로 측정하여 모니터에 디스플레이해주는 것을 특징으로 한다. 즉, 데이터 로거를 구비하여 지속적으로 데이터를 저장하면서 PC(70)의 모니터에는 그 정보를 보여주는 것이다.In addition, the test apparatus of the present invention is preferably connected to the
또한, 본 시험장치의 작동의 편의 및 시험의 정확성을 높이기 위해, 비이커(50)와 연결된 호스에는 배출구가 2개로 분리되는 분배기(60)를 구비하여, 하나는 비이커(50)와 다른 하나는 오일탱크(80)와 연결되도록 하며, 상기 분배기(60)는 PC(70)와 시스템적으로 연결되어 상기 PC(70)에서 지정한 시간 동안에는 상기 비이커(50)로 오일을 배출하고, 그 외의 시간에는 상기 오일탱크(80)로 오일을 배출하도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to increase the convenience of the operation of the test device and the accuracy of the test, the hose connected to the
분배기(60)는 본 시험의 정확성을 높이고 시험장치를 편리하게 사용할 수 있도록 하는 장치로 배출되는 오일을 정해진 시간 동안만 비이커(50)로 보내주고, 그 외의 시간에는 오일탱크(80)로 보내주는 역할을 하는 것이다. 즉, 시험을 하여 얻고자 하는 것은 정해진 시간 동안의 오일 배출량이므로 이를 자동으로 해결하기 위해 분배기(60)를 설치하는 것이다.The
또한, 상기 분배기(60)도 PC(70)와 시스템적으로 연동하여 그 작동을 PC(70)가 조정하도록 할 수 있다.In addition, the
또한, 펌프(85)는 상기 PC(70)와 시스템적으로 연결되어 상기 PC(70)에서 조작이 가능하며, 상기 펌프(85)의 속도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the
즉, 오일을 공급해주는 펌프(85)의 작동도 컴퓨터에 의하도록 할 수 있으며, 필요에 따라 펌프(85)의 펌핑 속도를 조절하는 것도 가능하다.That is, the operation of the
다음으로, 본 발명인 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치를 이용하여 시험을 수행하는 방법에 대해서 설명한다.Next, a method of performing the test using the test apparatus for oil gallery and oil inlet shape design of the engine piston of the present invention will be described.
도 5는 본 발명에서 오일유입구의 입수효율을 산정하는 경우의 시험방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명에서 오일갤러리의 수집효율을 산정하는 경우의 시험방법을 나타내는 순서도이다.Figure 5 is a flow chart showing a test method for estimating the acquisition efficiency of the oil inlet in the present invention, Figure 6 is a flow chart showing a test method for estimating the collection efficiency of the oil gallery in the present invention.
본 시험방법은 상기 설명한 엔진 피스톤의 오일갤러리 및 오일유입구 형상 설계용 시험장치를 이용하여 시험을 수행하는 방법에 관한 것으로, 오일유입구(32)의 입수효율을 산정하는 경우와 오일갤러리(31)의 수집효율을 산정하는 경우의 시험방법을 병행하여 설명하도록 한다.This test method relates to a method of performing the test using the above-described test apparatus for the oil gallery and the oil inlet shape design of the engine piston, the case of estimating the water inlet efficiency of the
1. 피스톤 고정단계(1. Piston fixing step ( S11S11 , , S21S21 ))
프레임(10)의 내부 상단의 척(chuck, 20)에 오일갤러리(oil gallery, 31)의 윗부분은 절단되어 오일갤러리(31)가 노출된 피스톤(30) 또는 온전한 피스톤(30)을 고정시키는 단계이다.The upper part of the
2. 2. 분사젯Jet 위치조정단계( Position adjustment step S12S12 , , S22S22 ))
상기 고정된 피스톤(30)의 오일유입구(32)를 조준하도록 엔진설계 사양에 맞추어 스테이지(40)의 분사젯(41) 위치 및 각도를 조정하는 단계이다. 본 시험에 사용되는 피스톤은 그 사이즈가 다양하므로 매 시험마다 해당 피스톤(30)에 상응하도록 분사젯(41)의 위치를 엔진설계 및 사양에 맞추어 조절해 주어야 한다. 분사젯(41)의 위치는 스테이지(40)의 X, Y축 수평이동, 회전, 틸팅 등에 의해 자유롭게 조정이 가능하다.Adjusting the position and angle of the
3. 오일분사단계(3. Oil spraying step ( S13S13 , , S23S23 ))
실제 엔진의 설계사양을 참조하여 이송계(49)를 상기 피스톤(30)과 소정 거리 이격하여 고정하고 오일탱크(80)에 구비된 펌프(85)를 작동시켜 분사되는 오일의 양을 측정하면서 분사젯(41)에서 상기 오일유입구(32)에 오일을 주기적으로 분사하는 단계이다. 이때 오일의 점도, 분사압력 등은 실제 엔진설계 사양을 참조로 동일하게 한다.In reference to the actual engine design specifications, the
4. 시간설정단계(4. Time setting step ( S14S14 , , S24S24 ))
상기 오일유입구(32)가 오일갤러리(31)와 연통된 부분과 연결된 호스(오일갤 러리 상단 부분이 잘려나간 피스톤을 사용하는 경우) 또는 상기 오일유출구(33)와 연결된 호스(온전한 피스톤을 사용하는 경우)에 구비된 분배기(60)의 비이커(50) 오일 유입 시간을 설정하는 단계이다. 본 시험에서는 소정 시간 동안에 피스톤(30)의 오일유입구(32)에 주입되는 오일의 양 또는 소정 시간 동안에 오일갤러리(31)를 순환하고 오일유출구(33)로 배출되는 오일의 양을 측정하면 되므로, 분배기(60)에 시간을 설정하여 설정된 시간 동안에만 비이커(50)에 오일이 배출되도록 하는 것이다.The
5. 질량측정단계(5. Mass measurement step ( S15S15 , S25), S25)
상기 시간설정단계(S14, S24)에서 설정된 시간이 지난 후에 상기 비이커(50)에 수거된 오일의 질량을 측정하는 단계이다. It is a step of measuring the mass of the oil collected in the
6. 입수효율산정단계(6. Estimation efficiency step S16S16 ) 또는 수집효율산정단계() Or collection efficiency calculation step ( S26S26 ))
상기 질량측정단계(S15, S25)에서 측정된 질량을 이용하여 입수효율을 산정하거나(S16), 수집효율을 산정하는(S26) 단계이다.Using the mass measured in the mass measurement step (S15, S25) to calculate the acquisition efficiency (S16), or to calculate the collection efficiency (S26).
입수효율산정단계(S16)에서 입수효율을 산정하는 식은 하기의 [수학식 1]을 사용하기로 하며, [그림 1]은 입수효율을 산정하는 근거 그림을 나타낸 것이다.Equation 1 to calculate the efficiency in the acquisition efficiency calculation step (S16) is to use the following [Equation 1], and [Figure 1] is a diagram showing the basis for calculating the efficiency.
[수학식 1][Equation 1]
(ηt : 입수효율, Q1 : 분사젯에서 분사된 오일량(l/min), Q3=(60*m)/(1000*ρ*t)[l/min]로, m : 비이커에 수거된 오일의 질량(g), ρ: 오일의 밀도(g/cm3 ), t : 분배기에 설정된 시간(s))(η t : Efficacy efficiency, Q 1 : Quantity of oil injected from the jet (l / min), Q 3 = (60 * m) / (1000 * ρ * t) [l / min], m: into the beaker Mass of collected oil (g), ρ: density of oil (g / cm 3 ), t: time set in the distributor (s)
[그림 1][Figure 1]
상기 [그림 1]에서 보듯이, 분사젯(41)에서 분사해준 오일(Q1)에 대한 오일유입구(32)으로 유입된 오일(Q3)의 비가 입수효율에 해당하게 된다.As shown in [Fig. 1], the ratio of the oil Q 3 introduced into the
수집효율산정단계(S26)에서 수집효율을 산정하는 식은 하기의 [수학식 2]를 사용하기로 하며, [그림 2]는 수집효율을 산정하는 근거 그림을 나타낸 것이다.Equation 2 to calculate the collection efficiency in the collection efficiency calculation step (S26) is to use the following [Equation 2], and [Figure 2] shows a figure of the basis for calculating the collection efficiency.
[수학식 2][Equation 2]
(ηc : 수집효율, Q1 : 분사젯에서 분사된 오일량(l/min), Q3=(60*m)/(1000* ρ*t)[l/min]로, m : 비이커에 수거된 오일의 질량(g), ρ: 오일의 밀도(g/cm3 ), t : 분배기에 설정된 시간(s))(η c : collection efficiency, Q 1 : amount of oil injected from the jet (l / min), Q 3 = (60 * m) / (1000 * ρ * t) [l / min], m: in the beaker Mass of collected oil (g), ρ: density of oil (g / cm 3 ), t: time set in the distributor (s)
[그림 2][Figure 2]
상기 [그림 2]에서 보듯이, 분사젯(41)에서 분사해준 오일(Q1)에 대한 오일유출구(33)로 배출된 오일(Q3)의 비가 입수효율에 해당하게 된다.As shown in [Figure 2], the ratio of the oil (Q 3 ) discharged to the
7. 비교측정단계(7. Comparative measurement S17S17 , S27), S27)
상기 분사젯(41)과 피스톤(30)의 이격 거리를 엔진의 설계 사양을 바탕으로 다양하게 하고, 오일유입구(32)의 형상을 변경하면서 상기 S11 내지 S16 단계 또는 상기 S21 내지 S26 단계를 반복 시험하는 단계이다. 실제 엔진에서는 분사젯(41)과 피스톤(30)의 이격 거리가 가장 멀리 떨어진 거리와 가장 가까이 근접되어 있는 거리 사이를 수천 rpm의 속도로 반복 상하운동하기 때문에 본 시험장치를 이용할 경우 분사젯(41)과 피스톤(30) 오일유입구(32)의 이격 거리를 변화시키면서 시험을 하여 입수효율 및 수집효율을 측정할 필요가 있기 때문이다.The separation distance between the
또한, 본 시험의 목적은 가장 효율적으로 오일이 입수되는 오일유입구(32)의 형상을 결정하고, 입수된 오일의 순환에 장애를 받지 않는 오일갤러리(31)의 형상 및 최소 직경을 찾아내는 것이므로 오일유입구(32) 또는 오일갤러리(31)의 형상을 변화시키면서 시험을 수행하여, 형상의 변화에 따른 오일의 입수 및 순환의 변화를 파악해야 한다.In addition, since the purpose of this test is to determine the shape of the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
도 1은 본 발명인 시험장치를 나타내는 개괄도이다.1 is a schematic diagram showing a test apparatus of the present invention.
도 2a는 본 발명인 시험장치에 사용되는 척의 모습을 나타내는 사시도이고,Figure 2a is a perspective view showing the state of the chuck used in the test apparatus of the present invention,
도 2b는 본 발명인 시험장치에 사용되는 척의 내부를 보여주는 사시도이다.Figure 2b is a perspective view showing the interior of the chuck used in the present testing device.
도 3a는 본 발명에서 오일유입구의 입수효율을 산정하는 경우에 사용되는 피스톤의 사시도이고,Figure 3a is a perspective view of the piston used in the case of calculating the water inlet efficiency of the oil inlet in the present invention,
도 3b는 본 발명에서 오일갤러리의 수집효율을 산정하는 경우에 사용되는 피스톤의 사시도이다.Figure 3b is a perspective view of the piston used when calculating the collection efficiency of the oil gallery in the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명인 시험장치에 사용되는 스테이지의 모습을 보여주는 도면이다.Figures 4a to 4c is a view showing a state of the stage used in the test apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명에서 오일유입구의 입수효율을 산정하는 경우의 시험방법을 나타내는 순서도이고,Figure 5 is a flow chart showing a test method in the case of calculating the acquisition efficiency of the oil inlet in the present invention,
도 6은 본 발명에서 오일갤러리의 수집효율을 산정하는 경우의 시험방법을 나타내는 순서도이다.Figure 6 is a flow chart showing a test method for estimating the collection efficiency of the oil gallery in the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 기호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawing>
10 : 프레임10: frame
20 : 척20: Chuck
21 : 고정쇠21: clamp
22 : 회전판22: rotating plate
23 : 회전바23: rotating bar
24 : 밀림장치24: jungle device
30 : 피스톤30: piston
31 : 오일갤러리31: Oil Gallery
32 : 오일유입구32: oil inlet
33 : 오일유출구33: oil outlet
40 : 스테이지40: stage
41 : 분사젯41: jet jet
42 : 전후이동부42: front and rear moving part
42a : 전후이동바42a: forward and backward movement bar
43 : 좌우이동부43: left and right moving parts
43a : 좌우이동바43a: left and right moving bar
44 : 회전부44: rotating part
44a : 회전이동바44a: rotation bar
45 : 틸팅부(각도조절부)45: tilting part (angle adjusting part)
45a :각도조절바45a: Angle adjustment bar
49 : 이송계49: transfer system
50 : 비이커50: beaker
60 : 분배기60: divider
70 : PC70: PC
80 : 오일탱크80: oil tank
85 : 펌프85: pump
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