KR20150124724A

KR20150124724A - 엔진 단열막 열적 거동 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150124724A
Application number: KR1020140051622A
Authority: KR
Inventors: 백홍길; 이승우; 여인웅; 김보경; 서지연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-11-06
Also published as: KR101646111B1

Abstract

엔진 단열막 열적 거동 측정장치가 개시된다. 개시된 엔진 단열막 열적 거동 측정장치는 엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동을 평가하기 위한 것으로서, ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)베이스 프레임에 설치되며, 단열막이 코팅된 시편을 고정하는 홀딩부와, ⅲ)시편을 기준으로 베이스 프레임의 일측에 구비되며, 시편을 가열하는 가열부와, ⅳ)가열부에 대응하여 베이스 프레임의 다른 일측에 구비되며, 단열막을 냉각하는 냉각부와, ⅴ)베이스 프레임에 구비되며, 단열막의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함할 수 있다.

Description

엔진 단열막 열적 거동 측정장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR DETECTING THERMAL BEHAVIOR OF ENGINE INSULATION COATING LAYER}

본 발명의 실시예는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동 특성을 평가하기 위한 엔진 단열막 열적 거동 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스 그 자체가 직접 피스톤 또는 터빈블레이드(깃) 등에 작용하여 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말한다.

실린더 내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈·제트기관·로켓 등도 내연기관이다.

내연기관을 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 석유기관, 디젤기관 등으로 분류된다. 석유·가스·가솔린 기관은 점화플러그(점화전)에 의해 전기불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온 및 고압의 공기 속에 분사하여 자연발화시킨다. 피스톤의 행정·동작에 따라 4행정, 2행정 사이클 방식이 있다.

통상적으로 자동차의 내연 기관은 15% 내지 35% 내외의 열효율을 갖는 것으로 알려져 있는데, 이러한 내연 기관의 최대 효율에서도 내연 기관의 벽을 통하여 외부로 방출되는 열에너지와 배기 가스 등으로 인하여 전체 열에너지 중 약60% 이상이 소모되어 버린다.

이와 같이 내연 기관의 벽을 통하여 외부로 방출되는 열에너지의 양을 줄이면 내연 기관의 효율을 높일 수 있기 때문에, 내연 기관의 외부에 단열 재료를 설치하거나 내연 기관의 재질이나 구조의 일부를 변경하거나 내연 기관의 냉각 시스템을 개발하는 방법들이 사용되었다.

특히, 내연 기관 내에서 발생하는 열이 내연 기간의 벽을 타고 외부로 방출되는 것을 최소화하면 내연 기관의 효율 및 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는데, 최근에는 반복적인 고온 및 고압의 조건이 가해지는 내연 기관의 내부 부품에서 장시간 유지될 수 있는 단열 재료나 단열 구조 등에 관한 연구에 몰두하고 있는 실정이다.

한편, 이와 같은 단열 재료나 단열 구조를 개발하는데 있어서는 실제 엔진 연소실내 작동 상태를 최대한 유사하게 구현하여 많은 수의 단열 재료나 단열 구조의 열적 거동 특성을 평가할 필요가 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 실제 엔진 연소실 내 작동 상태를 유사하게 구현하여 엔진 연소실 및 엔진 부품에 적용되는 엔진 단열막의 열적 거동 특성을 간단하게 평가할 수 있도록 한 엔진 단열막 열적 거동 측정장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치는, 엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동을 평가하기 위한 것으로서, ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)상기 베이스 프레임에 설치되며, 상기 단열막이 코팅된 시편을 고정하는 홀딩부와, ⅲ)상기 시편을 기준으로 상기 베이스 프레임의 일측에 구비되며, 상기 시편을 가열하는 가열부와, ⅳ)상기 가열부에 대응하여 상기 베이스 프레임의 다른 일측에 구비되며, 상기 단열막을 냉각하는 냉각부와, ⅴ)상기 베이스 프레임에 구비되며, 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 홀딩부는 상기 베이스 프레임 상에 직립하게 설치되는 지지판과, 상기 지지판에 설치되며 상기 시편을 고정하는 홀더를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 지지판에는 상기 시편을 상기 가열부 측으로 개방하는 오픈홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 홀더는 상기 오픈홀의 가장자리 측에 슬라이드 이동 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 홀더는 상기 지지판에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며 상기 시편의 일부를 지지하는 제1 홀딩 블록과, 상기 지지판에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며 상기 시편의 나머지 부분을 지지하는 제2 홀딩 블록을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀딩 블록은 볼트에 의해 상기 지지판에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 가열부는 상기 시편 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 지지판에는 상기 히팅 블로워에서 분사된 열풍을 상기 시편으로 유도하는 열풍 가이드가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 냉각부는 상온의 에어를 상기 단열막으로 분사하는 에어 인젝터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 에어 인젝터는 에어를 공급하는 에어 공급유닛과 연결되며, 유량 조절밸브를 통해 에어의 분사량을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 에어 공급유닛은 에어의 압력을 조절하는 레귤레이터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 있어서, 상기 온도 측정부는 비접촉 식으로 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 적외선 온도계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치는, 상기 가열부 및 냉각부를 제어하며, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 단열막의 표면 온도를 표시하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법은, 상술한 바와 같은 엔진 단열막 열적 거동 측정장치를 이용하여 엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동을 평가하기 위한 것으로서, (a) 단열막이 코팅된 시편을 홀더에 고정하고, (b) 가열부를 통해 열풍을 상기 시편으로 분사하며, (c) 냉각부를 통해 상온의 공기를 상기 단열막으로 분사하고, (d) 온도 측정부를 통해 상기 단열막의 표면 온도를 측정하며 그 측정값을 디스플레이를 통해 표시할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법에 있어서, 상기 가열부는 상기 시편 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워를 제공하며, 상기 히팅 블로워는 100~200℃의 열풍을 상기 시편으로 분사할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법에 있어서, 상기 냉각부는 20℃ 이하의 에어를 상기 단열막으로 분사하는 에어 인젝터를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법에 있어서, 상기 에어 인젝터는 에어를 0.5~500kg/h의 유량으로서 상기 단열막으로 분사할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법에 있어서, 상기 온도 측정부는 비접촉 식으로 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 적외선 온도계를 제공하며, 상기 적외선 온도계는 5msec 이하의 응답 속도를 만족할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 실제 엔진 연소실 내 작동 상태를 유사하게 구현하여 엔진 연소실 및 엔진 부품에 적용되는 단열막의 열적 거동 특성을 간단하게 평가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진 운전 조건을 고려한 단열막의 열적 거동 특성을 간단한 구성으로 손쉽게 측정할 수 있으므로, 많은 종류의 단열막에 대한 열적 거동 특성을 용이하게 비교 평가할 수 있고, 단열막의 열적 거동 특성 평가에 따른 비용 및 작업 시간을 절감할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 적용되는 홀딩부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100)는 고온 및 고압의 조건이 가해지는 차량 엔진에 적용될 수 있는 단열 재료나 단열 구조의 열적 거동 특성을 평가하기 위한 것이다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100)는 엔진의 연소실 내 가스 온도에 따라 피스톤 상면의 온도가 1싸이클 이내에서 변동하는 저열용량 및 저열전도도 특성을 지닌 엔진 단열막(1)(이하에서는 편의상 "단열막"이라고 한다)의 열적 거동 특성을 평가하는데 적용될 수 있다.

이러한 단열막(1)은 낮은 열전도도 및 낮은 체적 열용량을 가지면서도 기계적 물성과 내열성을 확보할 수 있고, 외부로 방출되는 열에너지를 저감하여 엔진의 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 단열 코팅층을 예로 들 수 있다.

여기서, 상기 단열막(1)은 엔진의 내부면 또는 각종 내부 부품 예를 들면, 흡기 밸브, 배기 밸브, 실린더 헤드 및 피스톤 등에 코팅 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100)는 실제 엔진 연소실 내 작동 상태를 유사하게 구현하여 엔진 연소실 및 엔진 부품에 적용되는 단열막(1)의 열적 거동 특성을 간단하게 평가할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100)는 기본적으로, 베이스 프레임(10), 홀딩부(20), 가열부(50), 냉각부(60), 온도 측정부(70) 그리고 제어부(80)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서, 상기 베이스 프레임(10)은 이하에서 설명될 각종 구성 요소들을 지지하는 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임일 수도 있다.

상기 베이스 프레임(10)에는 구성 요소들을 지지하기 위한 각종 브라켓, 바아, 로드, 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 칼라 등과 같은 부속요소들을 포함하고 있다.

그러나, 상기한 부속 요소들은 각각의 구성 요소들을 베이스 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 베이스 프레임(10)으로 통칭한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 홀딩부(20)는 위에서 언급한 바 있는 단열막(1)이 코팅된 시편(3)을 고정하기 위한 것으로, 베이스 프레임(10)에 설치될 수 있다.

여기서, 상기 시편(3)은 사이즈에 제한이 없으며, 엔진 부품과 동일한 소재로 이루어지고, 한 쪽 면에는 단열막(1)이 코팅 형성되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치에 적용되는 홀딩부를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 홀딩부(20)는 베이스 프레임(10)에 설치되는 지지판(30)과, 지지판(30)에 설치되는 홀더(40)를 포함한다.

상기 지지판(30)은 플레이트 형태로서 베이스 프레임(10)의 일측 상에 직립되게 설치된다. 상기 지지판(30)에는 시편(3)을 뒤에서 더욱 설명될 가열부(50) 측으로 개방하는 오픈홀(31)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 홀더(40)는 시편(3)을 지지판(30)에 고정하기 위한 것으로, 그 지지판(30)에서 오픈홀(31)의 가장자리 측에 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.

이러한 홀더(40)는 지지판(30)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며 시편(3)의 일부를 지지하는 제1 홀딩 블록(41)과, 지지판(30)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며 시편(3)의 나머지 부분을 지지하는 제2 홀딩 블록(42)을 포함하고 있다.

상기 제1 홀딩 블록(41)은 시편(3)의 일 부분(도면을 기준할 때 상측 가장자리 부분)을 지지하는 블록으로, 대략 "ㄷ" 형태로 이루어지며, 오픈홀(31)의 상측 가장자리에 구비된 제1 레일홈(33)을 따라 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.

상기 제2 홀딩 블록(42)은 시편(3)의 다른 일 부분(도면을 기준할 때 하측 가장자리 부분)을 지지하는 블록으로, 대략 "ㄷ" 형태로 이루어지며, 오픈홀(31)의 하측 가장자리에 구비된 제2 레일홈(35)을 따라 상하 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.

여기서, 상기 제1 홀딩 블록(41)에는 제1 레일홈(33)에 슬라이딩 결합 가능한 제1 결합 돌기(43)가 형성되어 있으며, 상기 제2 홀딩 블록(42)에는 제2 레일홈(35)에 슬라이딩 결합 가능한 제2 결합 돌기(44)가 형성되어 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)은 시편(3)의 크기에 맞게 제1 및 제2 결합 돌기(43, 44)를 통해 제1 및 제2 레일홈(33, 35)을 따라 상하 방향으로 슬라이드 이동할 수 있다.

그리고, 상기한 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)은 볼트(B)에 의해 지지판(30)에 고정되는 바, 시편(3)의 크기에 맞게 상하 방향으로 슬라이드 이동한 상태에서, 볼트(B)에 의해 지지판(30)에 고정될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 가열부(50)는 엔진 연소실에서의 고온 분위기(팽창 행정)를 구현하기 위한 것으로, 단열막(1)이 코팅된 시편(3)을 가열할 수 있다.

즉, 상기 가열부(50)는 엔진 연소실 내부의 작동 상태 및 연소실 내부의 표면 온도를 고온으로 유지한 상태를 최대한 유사하게 구현하기 위해 단열막(1)이 코팅된 시편(3)을 가열하는 것이다.

상기 가열부(50)는 홀더(40)에 고정된 시편(3)을 기준으로, 베이스 프레임(10)의 일측에 구비된다. 이러한 가열부(50)는 시편(3) 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워(51)를 포함한다.

상기 히팅 블로워(51)는 공기를 흡입하여 히팅수단(열선 등)을 통해 공기를 가열하고, 이렇게 가열된 공기를 시편(3) 측으로 분사할 수 있는 구조로 이루어진다. 이러한 히팅 블로워(51)는 열풍의 온도를 100~200℃ 범위에서 가변적으로 조절하며 시편(3)으로 열풍을 분사할 수 있다.

한편, 상기한 지지판(30)에는 히팅 블로워(51)에서 분사된 열풍을 오픈홀(31)을 통해 시편(3)으로 유도하기 위한 열풍 가이드(55)가 설치되어 있다.

상기 열풍 가이드(55)는 별도의 지지대를 통해 베이스 프레임(10) 상에 설치된다. 상기 열풍 가이드(55)에는 히팅 블로워(51)의 열풍 분사단에 가까운 쪽에서 오픈홀(31) 측으로 멀어질수록 내부의 직경이 점차 작아지는 열풍 유도 통로(57)를 형성하고 있다.

여기서, 상기 오픈홀(31) 측에 위치하는 열풍 가이드(55)의 단부에는 열풍 유도 통로(57)를 통해 유도되며 시편(3)에 부딪힌 열풍을 외부로 배출하기 위한 배출구(59)를 형성하고 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 냉각부(60)는 엔진 연소실의 흡입 행정 시, 흡기 밸브를 통해 상온의 공기를 연소실 내부로 유입되는 분위기를 구현하기 위한 것으로, 시편(3) 상의 단열막(1)을 냉각시킬 수 있다.

즉, 상기 냉각부(60)는 엔진 연소실 내부의 작동 상태 및 연소실 내부의 표면 온도가 흡입 공기에 의해 냉각되는 상태를 최대한 유사하게 구현하기 위해 시편(3) 상의 단열막(1)을 냉각시키는 것이다.

상기 냉각부(60)는 시편(3)을 기준으로, 가열부(50)에 대응하여 베이스 프레임(10)의 다른 일측에 구비된다. 이러한 냉각부(60)는 상온의 에어를 시편(3) 상의 단열막(1)으로 분사하는 에어 인젝터(61)를 포함한다.

상기 에어 인젝터(61)는 대기 중의 공기를 흡입하여 시편(3) 상의 단열막(1)으로 분사할 수 있는 구조로 이루어진다. 이러한 에어 인젝터(61)는 20℃ 이하의 에어를 시편(3) 상의 단열막(1)으로 분사할 수 있다.

여기서, 상기 에어 인젝터(61)는 에어를 공급하는 에어 공급유닛(63)과 연결된다. 상기 에어 공급유닛(63)은 압축 공기를 저장하는 탱크를 포함할 수 있으며, 그 에어 공급유닛(63)에는 에어의 압력을 조절하는 레귤레이터(65)가 설치될 수도 있다.

그리고, 상기 에어 인젝터(61)에는 에어의 공급 유량(에어 분사량)을 조절하기 위한 유량 조절밸브(67)가 설치될 수 있다. 이러한 에어 인젝터(61)는 유량 조절밸브(67)를 통해 에어 분사량을 0.5~500kg/h의 범위에서 가변적으로 조절하며 단열막(1)으로 에어를 분사할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 온도 측정부(70)는 가열부(50) 및 냉각부(60)에 의해 가열 및 냉각되는 단열막(1)의 표면 온도를 측정하기 위한 것이다.

상기 온도 측정부(70)는 베이스 프레임(10)에 구비되는 바, 단열막(1)의 표면 온도 거동을 비 접촉 식으로 측정할 수 있는 적외선 온도계(71)를 포함한다.

여기서, 상기 적외선 온도계(71)는, 엔진 연소실의 1 싸이클(크랭크 2회전) 시간이 엔진 회전수에 비례하므로, 예를 들면 600rpm:200msec, 3000rpm:40msec, 6000rpm:20msec를 만족하므로, 1 싸이클 중 최대 회전수에서도 최소 4개 이상의 데이터 확보할 수 있도록 5msec 이하의 응답 속도가 필요하다.

이러한 온도 측정부(70)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 적외선 온도계로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 제어부(80)는 전체 장치(100)의 전반적인 운영을 컨트롤 하기 위한 것으로, 위에서 언급한 바 있는 가열부(50), 냉각부(60) 및 온도 측정부(70)의 작동을 제어한다.

여기서, 상기 제어부(80)는 가열부(50)의 히팅 블로워(51)를 제어하여 열풍 온도를 조절하고, 냉각부(60)에서 에어 인젝터(61)의 유량 조절밸브(67)를 제어하여 에어 분사량을 조절하며, 온도 측정부(70)의 적외선 온도계(71)를 통해 측정된 단열막(1)의 표면 온도를 디스플레이를 통해 표시할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100)를 이용한 엔진 단열막 열적 거동 측정방법을 앞서 개시한 도면들 및 하기의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 단열막(1)이 코팅된 시편(3)을 지지판(30)의 오픈홀(31) 측에 위치시키는데, 그 오픈홀(31)을 통해 열풍 가이드(55)의 열풍 유도 통로(57) 측을 향하도록 위치시킨다.

이 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 홀더(40)의 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)을 통해 시편(3)을 지지판(3)에 고정한다(S11 단계).

상기에서는 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)을 시편(3)의 크기에 맞게 상하 방향으로 슬라이드 이동시킨 상태에서, 볼트(B)를 통해 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)을 지지판(30)에 고정시킨다.

여기서, 상기 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)은 시편(3)의 크기에 맞게 제1 및 제2 결합 돌기(43, 44)를 통해 제1 및 제2 레일홈(33, 35)을 따라 상하 방향으로 슬라이드 이동할 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 홀딩 블록(41, 42)은 시편(3)의 상측 가장자리 부분 및 하측 가장자리 부분을 견고하게 지지한 상태로, 볼트(B)를 통해 지지판(30)에 고정될 수 있다.

상기와 같이 시편(3)을 홀더(40)에 고정한 상태로 본 발명의 실시예에서는 엔진 연소실에서의 고온 분위기를 구현하기 위해 가열부(50)의 히팅 블로워(51)를 통해 열풍을 시편(3) 측으로 분사하며 그 시편(3)을 가열한다(S21 단계).

즉, 상기 가열부(50)의 히팅 블로워(51)는 엔진 연소실 내부의 작동 상태 및 연소실 내부의 표면 온도를 고온으로 유지한 상태를 최대한 유사하게 구현하기 위해 단열막(1)이 코팅된 시편(3)으로 열풍을 분사하여 그 시편(3)을 가열한다.

이 경우, 상기 히팅 블로워(51)로부터 분사되는 열풍은 열풍 가이드(55)의 열풍 유도 통로(57)를 따라 유도되며, 오픈홀(31) 측의 시편(3)으로 공급된다. 그리고 시편(3)에 부딪힌 열풍은 열풍 가이드(55)의 배출구(59)를 통해 외부로 배출된다.

여기서, 상기 히팅 블로워(51)의 작동은 제어부(80)에 의해 제어되는 바, 그 히팅 블로워(51)는 열풍의 온도를 100~200℃ 범위에서 가변적으로 조절하며 시편(3)으로 열풍을 분사할 수 있다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에 의한 온도 측정부(70)의 적외선 온도계(71)는 히팅 블로워(51)에 의해 가열된 시편(3) 상의 단열막(1)의 표면 온도 거동을 비 접촉 식으로 측정한다(S31 단계). 이 때 적외선 온도계(71)는 5msec 이하의 응답 속도로서 단열막(1)의 표면 온도 변화를 측정한다.

그러면, 제어부(80)는 적외선 온도계(71)를 통해 측정된 단열막(1)의 표면 온도를 디스플레이를 통해 표시한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 엔진 연소실의 흡입 행정 시, 흡기 밸브를 통해 상온의 공기를 연소실 내부로 유입되는 분위기를 구현하기 위해 냉각부(60)의 에어 인젝터(61)를 통해 상온(20℃ 이하)의 에어를 시편(3) 상의 단열막(1)으로 분사하여 그 단열막(1)을 냉각시킨다(S41 단계).

즉, 상기 냉각부(60)의 에어 인젝터(61)는 엔진 연소실 내부의 작동 상태 및 연소실 내부의 표면 온도가 흡입 공기에 의해 냉각되는 상태를 최대한 유사하게 구현하기 위해 시편(3) 상의 단열막(1)으로 에어를 분사하여 그 단열막(1)을 냉각시킨다.

이 경우, 상기 에어 인젝터(61)는 에어 공급유닛(63)에 저장된 상태에서 레귤레이터(65)에 의해 압력이 조절된 압축 공기를 단열막(1) 측으로 분사한다. 이 때 상기 에어 인젝터(61)의 작동은 제어부(80)에 의해 제어되는 바, 그 에어 인젝터(61)는 유량 조절밸브(67)를 통해 에어 분사량을 0.5~500kg/h의 범위에서 가변적으로 조절하며 단열막(1)으로 에어를 분사할 수 있다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시예에 의한 온도 측정부(70)의 적외선 온도계(71)는 상기 S31 단계에서와 같이, 냉각부(60)에 의해 냉각된 단열막(1)의 표면 온도 거동을 비 접촉 식으로 측정한다. 그러면, 제어부(80)는 적외선 온도계(71)를 통해 측정된 단열막(1)의 표면 온도를 디스플레이를 통해 표시한다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 단열막 열적 거동 측정장치(100) 및 방법에 의하면, 실제 엔진 연소실 내 작동 상태를 유사하게 구현하여 엔진 연소실 및 엔진 부품에 적용되는 단열막(1)의 열적 거동 특성을 간단하게 평가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진 운전 조건을 고려한 단열막(1)의 열적 거동 특성을 간단한 구성으로 손쉽게 측정할 수 있으므로, 많은 종류의 단열막(1)에 대한 열적 거동 특성을 용이하게 비교 평가할 수 있고, 단열막(1)의 열적 거동 특성 평가에 따른 비용 및 작업 시간을 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

1... 단열막 3... 시편
10... 베이스 프레임 20... 홀딩부
30... 지지판 31... 오픈홀
33... 제1 레일홈 35... 제2 레일홈
40... 홀더 41... 제1 홀딩 블록
42... 제2 홀딩 블록 43... 제1 결합 돌기
44... 제2 결합 돌기 50... 가열부
51... 히팅 블로워 55... 열풍 가이드
57... 열풍 유도 통로 59... 배출구
60... 냉각부 61... 에어 인젝터
63... 에어 공급유닛 65... 레귤레이터
67... 유량 조절밸브 70... 온도 측정부
71... 적외선 온도계 80... 제어부
B... 볼트

Claims

엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동을 평가하기 위한 엔진 단열막 열적 거동 측정장치로서,
베이스 프레임;
상기 베이스 프레임에 설치되며, 상기 단열막이 코팅된 시편을 고정하는 홀딩부;
상기 시편을 기준으로 상기 베이스 프레임의 일측에 구비되며, 상기 시편을 가열하는 가열부;
상기 가열부에 대응하여 상기 베이스 프레임의 다른 일측에 구비되며, 상기 단열막을 냉각하는 냉각부; 및
상기 베이스 프레임에 구비되며, 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 온도 측정부;
를 포함하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제1 항에 있어서,
상기 홀딩부는,
상기 베이스 프레임 상에 직립하게 설치되는 지지판과,
상기 지지판에 설치되며 상기 시편을 고정하는 홀더
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제2 항에 있어서,
상기 지지판에는 상기 시편을 상기 가열부 측으로 개방하는 오픈홀이 형성되며,
상기 홀더는 상기 오픈홀의 가장자리 측에 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제3 항에 있어서,
상기 홀더는,
상기 지지판에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며, 상기 시편의 일부를 지지하는 제1 홀딩 블록과,
상기 지지판에 슬라이드 이동 가능하게 결합되며, 상기 시편의 나머지 부분을 지지하는 제2 홀딩 블록
을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제4 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 홀딩 블록은 볼트에 의해 상기 지지판에 고정되는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제1 항에 있어서,
상기 가열부는,
상기 시편 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제3 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 시편 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워를 포함하며,
상기 지지판에는 상기 히팅 블로워에서 분사된 열풍을 상기 시편으로 유도하는 열풍 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉각부는,
상온의 에어를 상기 단열막으로 분사하는 에어 인젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제8 항에 있어서,
상기 에어 인젝터는 에어를 공급하는 에어 공급유닛과 연결되며, 유량 조절밸브를 통해 에어의 분사량을 조절하고,
상기 에어 공급유닛은 에어의 압력을 조절하는 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제1 항에 있어서,
상기 온도 측정부는,
비접촉 식으로 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 적외선 온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
제1 항에 있어서,
상기 가열부 및 냉각부를 제어하며, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 단열막의 표면 온도를 표시하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정장치.
청구항 1의 엔진 단열막 열적 거동 측정장치를 이용하여 엔진에 적용되는 단열막의 열적 거동을 평가하기 위한 엔진 단열막 열적 거동 측정방법으로서,
단열막이 코팅된 시편을 홀더에 고정하고;
가열부를 통해 열풍을 상기 시편으로 분사하며;
냉각부를 통해 상온의 공기를 상기 단열막으로 분사하고;
온도 측정부를 통해 상기 단열막의 표면 온도를 측정하며 그 측정값을 디스플레이를 통해 표시하는 엔진 단열막 열적 거동 측정방법.
제12 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 시편 측으로 열풍을 분사하는 히팅 블로워를 제공하며,
상기 히팅 블로워는 100~200℃의 열풍을 상기 시편으로 분사하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정방법.
제12 항에 있어서,
상기 냉각부는 20℃ 이하의 에어를 상기 단열막으로 분사하는 에어 인젝터를 제공하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막 열적 거동 측정방법.
제14 항에 있어서,
상기 에어 인젝터는 에어를 0.5~500kg/h의 유량으로서 상기 단열막으로 분사하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막의 열적 거동 측정방법.
제12 항에 있어서,
상기 온도 측정부는 비접촉 식으로 상기 단열막의 표면 온도를 측정하는 적외선 온도계를 제공하며,
상기 적외선 온도계는 5msec 이하의 응답 속도를 만족하는 것을 특징으로 하는 엔진 단열막의 열적 거동 측정방법.