KR20180072963A - 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법에 관한 것으로, 밸브리프트, 더미실린더, 서지탱크, 유량측정부 및 블로워를 포함한 스월비 자동 측정 장비를 이용하여 보다 신뢰성있는 자동화된 측정 방법을 제공할 수 있으며, 나아가 복수의 실린더헤드를 효과적으로 측정할 수 있는 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법이다.

Description

스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법{Automatic Measuring Apparatus for Swirl Ratio of Cylinder Head and Measuring Methods Thereof}
본 발명은 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 실린더 헤드에서 흡기 포트로 유입되는 흡기에서 발생하는 스월비를 자동으로 측정할 수 있는 장비와 이를 이용한 스월비 측정 방법에 관한 것이다.
엔진의 실린더 헤드에서 흡기 포트로 유입되는 흡기의 스월비(Swirl ratio)는 엔진의 성능과 직결되는 중요한 설계 요소이다. 만일 다기통의 엔진에서 각 실린더의 스월비가 일정하지 않고 편차가 발생하면, 엔진의 성능이 저하될 수 밖에 없는 것이다. 특히, 최근 환경 문제로 인해 디젤 엔진에서 가스 엔진으로 점차적으로 변화하는 추세에서 균일한 스월비의 확보의 중요성이 더욱 대두되고 있다. 또한 제품설계시에는 제작자가 원하는 스펙으로 설계되어도 생산과 가공의 과정에서 제품별로 편차가 발생하기 때문에, 편차를 줄일 수 있는 기술 개발과 동시에 편차를 줄이기 위한 전제로 스월비의 정확한 측정이 필요한 상황이다.
관련 기술로, 실린더헤드의 스월비를 측정하기 위한 시험장치인 한국공개특허 제2009-0071901호("연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기", 2009.07.02.)가 개시되어 있다. 상기한 공법은 도 1에서 보는 바와 같이 선반(1), 캡축회전부(2), 엔코더(3), 밸브위치감지부(4), 내압형성부(5)와 유량측정기(6)를 포함해서 구성되어 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 측정 장비는 실제 실린더헤드의 형상은 고려하지 않았으며, 실린더의 스월비를 효과적으로 측정하기가 힘들다. 즉 실린더에서 발생되는 스월비를 측정하기 위해서 장비를 수동으로 조작하여야 하며, 이에 따라 흡기 포트의 밸브 리프트 높이에 따른 단계별 측정이 힘들다. 또한 이러한 단계별 측정을 위해서도 내부 차압을 안정화하기 위해서 긴 대기시간이 필요하므로 작업 시간 및 노동의 소모가 극심하다. 그리고 해당 구성을 바탕으로 측정 시, 측정 결과에 대한 신뢰성을 얻기가 힘들며, 모든 측정이 마무리 된 후에 이를 취합하여 처리하기 위해서도 별도의 과정이 요구되기 때문에 실제 생산라인에서 적용하기 힘든 문제점이 발생한다. 마지막으로 상기한 공법으로는 다수의 실린더헤드에 대한 각각의 스월비를 측정하기가 곤란하다.
한국공개특허 제2009-0071901호("연속형 밸브 양정 변화기구를 갖춘 실린더헤드의 정상유동시험기", 2009.07.02.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실린더헤드의 밸브를 단계적으로 개방하여 이를 자동으로 측정할 수 있으며, 산출된 스월비가 올바른 값을 가질 수 있도록 서지탱크 내의 차압을 안정화하고, 산출된 스월비가 비선형일 경우에는 이를 더 미세하게 측정함으로써 정확성과 재현성이 높은 스월비 자동 측정 장비와 스월비 측정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스월비 자동 측정 장비는, 실린더헤드(10)의 흡기포트의 개방 또는 밀폐하는 밸브(110) 및 외부에서 전기적 신호를 받아 상기 밸브(110)를 제어하는 리프트제어부(120)를 포함하는 밸브리프트(100); 일측에서 타측으로 연통되어 형성되고, 일측에 상기 실린더헤드(10)가 장착되며, 내부에 패들(240)이 형성되어 스월에 의한 회전 값을 측정할 수 있는 더미실린더(200); 상기 더미실린더(200)의 타측과 연결되며, 내부 압력 또는 차압을 측정 및 제어할 수 있도록 압력센서 또는 차압계가 구비되고, 상기 더미실린더(200)에서 유입된 유체를 송풍관(20)으로 배출하는 서지탱크(300); 상기 송풍관(20) 상에 형성되며, 상기 송풍관을 지나는 유량을 측정하는 유량계(410)가 형성된 유량측정부(400); 및 상기 실린더헤드(10)의 밸브를 통해 유입된 유체를 상기 송풍관(20)까지 이송할 수 있도록 상기 송풍관(20)에 연결된 블로워(500);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 밸브리프트(100)는 상기 리프트제어부(120) 내부에 모터 및 엔코더가 구비되어 상기 밸브(110)의 정밀 제어가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 밸브리프트(100)는 상기 밸브(110)를 통해 상기 실린더헤드(10) 포트의 개폐수준을 측정할 수 있도록, 상기 밸브(110)가 내려간 길이를 측정하는 레이저센서(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 스월비 자동 측정 장비를 이용한 스월비 자동 측정 방법은, 상기 밸브(110)를 이용하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 밸브밀폐단계(S110); 상기 블로워(500)를 가동하는 블로워 가동단계(S120); 상기 리프트제어부(120)를 통해 상기 밸브(110)를 설정된 수준으로 개방하는 밸브개방단계(S130); 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 측정하는 차압측정단계(S140); 상기 서지탱크(300)가 일정한 차압에서 안정되었는지를 판단 후, 상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되지 않으면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하며, 상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되면 상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하고 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S150); 및 상기 유압계 및 패들값 측정단계(S150)를 통해 측정된 값들을 토대로 스월비를 연산하는 스월비 산출단계(S160);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 스월비 자동 측정 방법은 상기 밸브개방단계(S130) 내지 스월비 산출단계(S160)를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하며, 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트가 목표수치만큼 개방되면 상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 스월비들을 통해 평균스월비를 계산하는 평균스월비 계산단계(S170);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 스월비 자동 측정 방법은 상기 평균스월비 계산단계(S170) 이후, 측정 또는 산출된 값을 출력하는 출력단계(S180);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 평균스월비 계산단계(S170)는, 상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 스월비가 선형을 이루는지 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때 상기 스월비 자동 측정 방법은 상기 평균스월비 계산단계(S170)에서 스월비가 비선형을 이루는 구간이 있을 경우, 상기 스월비가 비선형을 이루는 구간을 확인하고 설정하는 구간설정단계(S200); 설정된 구간만큼 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 부분적으로 밀폐하는 밸브부분밀폐단계(S210); 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 상기 밸브개방단계(S130)의 설정된 수준보다 더 미세하게 재설정하여 개방하는 밸브미세개방단계(S230); 상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하며, 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S250); 및 상기 유압계 및 패들값 측정단계(S250)를 통해 측정된 값들을 토대로 스월비를 연산하는 스월비 산출단계(S260);를 더 포함하여 이루어지며, 상기 스월비 자동 측정 방법은 설정된 구간으로 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트가 개방될 때까지 상기 밸브미세개방단계(S230) 내지 스월비산출단계(260)를 반복하는 것을 특징으로 하고, 상기 실린더헤드(10)의 밸브가 설정된 구간만큼 개방되면, 상기 스월비산출단계(S260) 후, 구간설정된 부분의 산출된 스월비들의 평균스월비를 계산하는 산출된 평균스월비 계산단계(270);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 스월비 자동 측정 장비를 이용한 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은, 상기 더미실린더(200)의 일측에 하나의 실린더헤드(10)를 장착하는 실린더헤드 장착단계(S310); 상기 밸브(110)를 이용하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 밸브밀폐단계(S320); 상기 블로워(500)를 가동하는 블로워 가동단계(S330); 상기 리프트제어부(120)를 통해 상기 밸브(110)를 설정된 수준으로 개방하는 밸브개방단계(S340); 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 측정하는 차압측정단계(S350); 차압측정단계(S350)에서 상기 서지탱크(300)가 일정한 차압에서 안정되었는지를 판단 후, 상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되지 않으면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하며, 상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되면 상기 밸브(110)를 연속으로 개방하는 밸브리프트 연속개방단계(S360); 상기 연속개방단계(S360)와 병행하여, 상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하고 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S370); 상기 유압계 및 패들값 측정단계(S150)를 통해 측정된 연속개방 스월비를 산출하는 단계(S380); 및 측정되지 못한 실린더헤드(10)가 있는지 판단 후, 측정할 실린더헤드(10)가 있으면 실린더헤드를 교체하는 단계(S400);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은, 측정할 실린더헤드(10)가 남아 있으면 상기 밸브밀폐단계(S320) 내지 실린더헤드 교체단계(S400)를 반복수행하며, 더 이상 측정할 실린더헤드(10)가 없으면 상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 후, 측정된 복수의 실린더헤드(10)의 연속개방 스월비 간 편차를 계산하는 단계(410); 및 상기 측정값 및 계산값을 출력하는 출력단계(S420);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은, 상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 이후, 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 목표수치만큼 개방되었는지 판단하여, 목표수치만큼 개방되지 않을 경우에는 상기 밸브리프트 연속개방단계(S360) 내지 연속개방 스월비 산출단계(S380)를 반복하며, 목표수치만큼 개방되면 더 이상 측정할 실린더 헤드가 있는지를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법은, 밸브를 완전하게 밀폐한 후에 설정한 수치만큼 단계적으로 개방함과 동시에 각 단계의 스월비를 산출하여, 산출된 스월비의 평균스월비를 계산함으로써 보다 신뢰성이 높고 정밀한 측정이 가능하다.
또한 실린더헤드를 측정 장비에 올려두어 측정 장비를 가동시키면, 출력까지 모든 단계가 자동화되어 있기 때문에, 실린더헤드를 측정하는 시간이 보다 획기적으로 단축된다.
또한 하나의 실린더헤드의 구비된 복수의 흡기포트를 동시에 측정할 수 있으며, 나아가 복수의 실린더헤드를 모두 측정할 수 있는 방법을 제공하여, 복수의 실린더헤드 간의 스월비 편차를 최단 시간 내에 비교할 수 있도록 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 실린더헤드의 정상유동시험기의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브리프트의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 더미실린더의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 더미실린더의 내부투영도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지탱크의 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍관에 구비된 유량측정부의 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비 제어 흐름도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비 블럭도.
도 10은 본 발명인 스월비 자동 측정 방법의 일 실시예에 따른 플로우 차트.
도 11은 본 발명인 스월비 자동 측정 방법의 다른 실시예에 따른 플로우 차트.
도 12는 본 발명인 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법의 일 실시예에 따른 플로우 차트.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비 및 측정 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
[스월비 자동 측정 장비]
도 2는 본 발명의 스월비 자동 측정 장비로서, 도 2는 본 발명의 스월비 자동 측정 장비의 전체 사시도이다. 도 2를 참조하면, 실린더헤드(10)를 측정하기 위한 본 발명의 스월비 자동 측정 장비(1000)는 밸브리프트(100), 더미실린더(200), 서지탱크(300), 유량측정부(400) 및 블로워(500)를 포함하여 이루어질 수 있다. 각 구성에 대해서는 도 3 내지 도 7에서 보다 명확하게 설명할 것이며, 이에 앞서 도 2의 전체사시도를 통해 개략적으로 각 구성들의 관계를 간단하게 기재한다.
상기 밸브리프트(100)는 상기 실린더헤드(10)에 형성된 복수의 흡기포트의 개폐량을 조절할 수 있도록 구비된다.
상기 더미실린더(200)는 일측에 상기 실린더헤드(10)가 장착될 수 있으며, 상기 밸브리프트(100)를 통해 조절되는 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트에서 유입되는 유체의 스월(Swirl) 회전 값을 측정할 수 있다.
상기 서지탱크(300)는 상기 더미실린더(200)의 타측에 형성될 수 있으며, 내부 차압을 측정하여 장비를 전반적으로 안정화할 수 있도록 한다.
상기 유량측정부(400)는 송풍관(20)을 통해 상기 서지탱크(300)와 연결되며, 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 서지탱크(300)와 블로워(500) 사이를 연결하는 송풍관(20) 상에 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 스월비 자동 측정 장비로서, 도 3은 본 발명의 밸브리프트의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 밸브리프트(100)는 실린더헤드의 밸브를 개방 또는 밀폐하는 밸브(110) 및 외부에서 전기적 신호를 받아 상기 밸브(110)를 제어하는 리프트제어부(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 실린더헤드(10)는 복수의 흡기포트를 포함하고 있으며, 상기 밸브(110)는 실린더헤드의 하나의 흡기밸브를 개폐하는 제1밸브(111) 및 실린더헤드의 다른 흡기포트를 개폐하는 제2밸브(112)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 실린더헤드가 실제로 사용될 경우에는 상기 제1밸브(111) 및 제2밸브(112)를 통해 스월을 측정하기 때문에 배기포트는 배기밸브로 밀폐한 상태에서 측정함으로써 이루어질 수 있다. 또한 상기 제1밸브(111) 및 제2밸브(112)는 한 몸체로 동작하여 헤드실린더에 형성된 복수의 흡기포트를 동시에 개방 또는 밀폐할 수 있다.
상기 리프트제어부(120)는 상기 밸브(110)가 흡기포트를 개폐하는 수치를 제어할 수 있는 동력을 제공함과 동시에 엔코더와 같은 센서를 통하여 상기 밸브(110)의 개폐량 자체를 제어할 수 있다. 즉, 상기 리프트제어부(120) 내부에 모터 및 엔코더가 구비되어 상기 밸브(110)의 정밀 제어가 가능한 것이다.
또한 상기 밸브리프트(100)는 도 3에서 도시된 바와 같이 레이저센서(130) 및 커플링(140)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 레이저센서(130)는 상기 리프트제어부(120)에서 엔코더(Encoder) 정보를 이용하여 모터(Motor) 제어가 되면, 센싱을 통하여 상기 밸브(110)의 길이 값이 정확한지 재검증할 수 있는 장치이다. 이를 통하여 오차가 발생할 경우 피드백 제어를 통해 정확한 개폐량으로 조절할 수 있다. 상기 레어저센서(130)는 상기 리프트제어부(120)에 부착되어 상기 밸브(110)에 레이저를 조사함으로써 센싱이 가능하다. 이때 상기 레이저센서(130)는 "ㄷ"자 형상의 별도의 고정브라켓에 구비되어 상기 리프트제어부(120)의 하측과 결합될 수 있다. 그리고 상기 레이저센서(130)는 상기 레이저는 상하로 움직이는 상기 밸브(110)의 상판에 부착되는 반사테이프(131)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 상기 레이저센서(130)에서 조사되는 레이저가 상기 밸브(110)의 상판에 형성된 반사테이프(131)에서 반사되어 거리측정이 가능하며, 상기 밸브(110)가 상하로 움직인다는 것은 흡기포트의 개폐수준과도 연관되기 때문에, 이를 바탕으로 상기 리프트제어부(120)의 제어가 올바른지 재검증이 가능하다.
또한 상기 커플링(140)은 상기 리프트제어부(120)의 동력을 상기 밸브(110)로 전달하기 위한 장치로 상기 리프트제어부(120) 및 밸브(110) 사이에 구비될 수 있으며, 상기 리프트제어부(120)는 감속기어박스를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 스월비 자동 측정 장비로서, 도 4는 본 발명의 더미실린더의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 더미실린더의 내부투영도이다. 도 4를 참조하면, 상기 더미실린더(200)는 제1플랜지(210), 실린더몸체(220) 및 제2플랜지(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1플랜지(210)는 일측에 형성되어 실린더헤드가 장착되도록 볼트홈이 형성되며 실린더헤드의 일부와 대응하는 형상으로 이루어질 수 있고, 상기 제2플랜지(230)는 타측에 형성되어 상기 서지탱크(300)와 결합될 수 있는 연결부이다.
상기 실린더몸체(220)는 일측에서 타측으로 연통되어 형성되며, 일측에 장착된 실린더헤드에서 유입된 유체가 타측으로 배출될 수 있는 관으로 이루어져 있다. 또한 상기 실린더몸체(220)에는 윈도우(250)가 형성될 수 있으며, 상기 윈도우(250)의 외측에서 근접센서(Proximity Sensor)를 통해 내부의 회전값을 측정할 수 있다. 이를 보다 명확하게 설명하기 위해 도 5를 참조한다.
상기 더미실린더(200)는 상기 실린더몸체(220)의 내부에 투명실린더가 형성되어, 상기 윈도우(250)의 외측에서 내측을 측정할 수 있도록 한다. 또한 상기 더미실린더는 내부에 상기 패들(240)이 형성되며, 상기 패들(240)은 일측에서 타측으로 흘러가는 유체의 스월(Swirl)에 의해 회전한다. 또한 상기 패들(240)은 제2플랜지의 중심샤프트(231)와 베어링으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 패들중심(241) 및 상기 제2플랜지의 중심샤프트(231)가 회전이 가능하도록 결합되어 상기 패들(240)이 회전할 수 있도록 형성되는 것이다.
도 6은 본 발명의 스월비 자동 측정 장비로서, 도 6은 본 발명의 서지탱크의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 상기 서지탱크(300)는 상측에 더미실린더(200)가 결합될 수 있는 실린더장착부(310), 송풍관(20)과 결합되는 배관연결부(330) 및 탱크몸체(320)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 탱크몸체(320) 내부는 상기 실린더장착부(310)에서 유입된 유체가 상기 배관연결부(330)로 배출되는 과정에서 생기는 차압을 측정하는 차압계(Diff. Pressure Sensor)가 포함될 수 있으며, 또는 압력센서를 이용하여 상기 탱크몸체(320) 내부의 압력을 측정할 수 있다. 이때 차압계 또는 압력센서에서 검출된 값을 통해서 상기 탱크몸체(320)의 내부 유체가 안정화가 될 수 있도록 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 스월비 자동 측정 장비로서, 도 7은 본 발명의 유량측정부의 사시도이다. 도 7을 참조하면, 상기 유량측정부(400)는 제1배관(21) 및 제2배관(22) 사이에 형성되어 배관을 지나는 유체의 유량을 측정할 수 있는 유량계(410)를 포함할 수 있다. 즉 유량계(Flow Meter)를 이용하여 배관 상의 유량값을 측정하는 구성이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 스월비 자동 측정 장비를 제어시스템을 도시하기 위한 것으로서, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비 제어 흐름도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스월비 자동 측정 장비 블록도이다. 도 8을 참조하면, 앞서 언급한 근접센서(Proximity Sensor), 유량계(Flow Meter), 차압계(Diff. Pressure Sensor), 모터(Motor)와 엔코더(Encoder) 및 변위센서(Laser Sensor)의 제어방식을 알 수 있다. 별도의 제어 소프트웨어(Embedded PC)에서는 회전수, 유량값, 압력 및 길이값을 받아들여 이를 바탕으로 블로워(Blower) 및 모터(Motor)를 제어하도록 제공하는 것이다. 또한 상기 제어 소프트웨어는 HMI 소프트웨어와 연결되며, 상기 HMI 소프트웨어는 터치 패널 PC(Touch Panel PC)로 이루어져 사용자의 조작이 용이하도록 제공된다.
도 9를 참조하면, 상기 회전수는 상기 근접센서(Proximity Sensor)가 상기 더미실린더(200) 내 패들(240)이 유체의 스월(Swirl)에 의해 회전하는 것을 카운트 값을 측정한다. 또한 상기 유량값은 상기 송풍관(20) 상에 형성된 유량측정부(400)에서 상기 송풍관(20)을 지나는 유체의 유량을 유량계(Flow Meter)를 통해 측정함으로써 알 수 있다. 또한 상기 압력값은 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 측정하는 차압계 또는 압력센서를 통해 이루어질 수 있으며, 상기 압력값이 불안정할 경우에는 블로워(500)를 조작하여 안정화할 수 있다. 마지막으로 상기 길이값은 상기 밸브리프트(100)에 부착된 엔코더(Encoder)를 통해 알 수 있으며, 이를 보다 정확하게 검증할 수 있도록 변위센서인 레이저센서를 더 부착하여 재검증이 가능하도록 할 수 있다. 이때 상기 엔코더(Encoder)의 값을 통해 상기 모터(Motor), 보다 명확하게는 서보 모터(Servo Motor)를 제어할 수 있으며, 이를 통하여 설정된 수치만큼 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)를 개폐할 수 있다.
[스월비 자동 측정 방법]
<실시예 1>
도 10은 본 발명의 스월비 자동 측정 방법의 일 실시예로서, 도 10은 플로우 차트를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 스월비 자동 측정 방법은, 밸브밀폐단계(S110), 블로워 가동단계(S120), 밸브개방단계(S130), 서지탱크 차압측정단계(S140), 유량값 및 회전값 측정단계(S150), 스월비 산출단계(S160), 평균스월비 계산단계(S170) 및 출력단계(S180)를 포함하여 이루어질 수 있다. 도 2 내지 도 9의 스월비 자동 측정 장비를 참조하여, 각 단계구성을 설명하면 아래와 같다.
상기 밸브밀폐단계(S110)는 밸브리프트(100)의 밸브(110)를 이용하여 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 단계이다. 이때 상기 실린더헤드(10)는 상기 더미실린더(200)의 상측에 결합된 상태이며, 상기 실린더헤드(10)는 일반적으로 2개의 흡기포트를 구비하고 있기 때문에 복수의 밸브(110)를 이용하여 밀폐할 수 있다.
상기 블로워 가동단계(S120)는 상기 밸브밀폐단계(S110)를 통하여 실린더헤드(10)의 흡기포트가 모두 차단되면, 블로워(500)를 가동하는 단계이다. 또한 상기 블로워 가동단계(S120) 이후, 상기 밸브개방단계(S130) 통하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기밸브를 단계적으로 개방할 수 있다.
상기 밸브개방단계(S130)는 실시간으로 개방수치를 적용할 수 있으며, 기 설정된 수치를 사용할 수 있다. 즉, 밸브가 완전히 개방되는 수치가 30mm라 가정한다면 3mm 간격으로 개방할 수 있으며, 목표수치를 30mm 이내로 설정할 수 있고, 상기 밸브개방단계(S130)는 서보모터(Servo Motor)를 이용하여 상기 밸브(110)를 조작할 수 있으며, 상기 엔코더(Encoder) 및 레이저센서(130)를 이용하여 이를 즉각적으로 확인 및 조절할 수 있다.
상기 서지탱크 차압측정단계(S140)는 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 차압계(Diff. Pressur Sensor)를 통해 측정하는 단계이다. 이때 상기 차압계를 통해 측정된 값이 안정화되었는지를 판단하며, 측정값이 안정화되지 않는다면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하여 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 안정화할 수 있다. 이를 통하여 불안정한 기류를 최대한 억제하여 신뢰성 높은 측정값을 얻도록 유도할 수 있다.
상기 유압계 및 패들값 측정단계(S150)는 상기 서지탱크(300)가 일정한 차압에서 안정되었는지를 판단 후, 상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되면, 상기 유량측정부(400)의 유량계(Flow Meter)를 통해 송풍관(20)의 유량값을 측정하고, 상기 더미실린더(200)의 패들(240)이 스월(Swirl)에 의한 회전값을 근접센서(Proximity Sensor)를 통해 측정할 수 있다.
상기 스월비 산출단계(S160)는 상기 유량값 및 회전값을 토대로 스월비를 산출하는 단계이다. 이때 상기 스월비 산출단계(S160) 이후, 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 개방된 정도를 판단하여, 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 목표수치만큼 개방하지 않는다면, 목표수치만큼 개방될 때까지 상기 밸브개방단계(S130) 내지 스월비 산출단계(S160)를 반복하여 수행할 수 있다.
상기 평균스월비 계산단계(S170)는 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트가 목표수치만큼 개방되면 상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 모든 스월비들의 값을 토대로 평균스월비를 계산하는 단계이다. 이때 상기 평균스월비 계산단계(S170)는 밸브(110)의 개방 수준 별 스월비를 캠의 형상 프로파일에 따라서 해당 구간에 비례하는 적분 형태로 계산할 수 있으며, 동시에 이를 그래프와 같이 도시화할 수 있다. 또한 이와 같이 계산 및 도시된 수치들은 상기 출력단계(S180)를 통해 외부에서 확인할 수 있도록 출력될 수 있다.
<실시예 2>
도 11은 본 발명의 스월비 자동 측정 방법의 다른 실시예로서, 도 11은 플로우 차트를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 스월비 자동 측정 방법은, 상기 평균스월비 계산단계(S170)에서 상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 스월비가 선형을 이루는지를 판단할 수 있다. 이때 상기 스월비의 비선형 구간이 있다면, 본 발명의 스월비 자동 측정 방법은, 구간설정단계(S200), 밸브부분밀폐단계(S210), 밸브미세개방단계(S230), 서지탱크 차압측정단계(S240), 유량값 및 회전값 측정단계(S250), 스월비 산출단계(S260) 및 평균스월비 계산단계(S270)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 서지탱크 차압측정단계(S240) 내지 평균스월비 계산단계(S270)는, 상기 일 실시예의 서지탱크 차압측정단계(S140) 내지 평균스월비 계산단계(S170)와 유사하기 때문에, 보다 상세한 설명은 생략한다.
상기 구간설정단계(S200)는 비선형적 구간을 파악하여 구간을 정할 수 있다. 예컨대 30mm가 최대 개방인 밸브가 3mm 간격으로 개방되도록 상기 밸브개방단계(S130)가 설정이 되며 비선형적 구간이 6mm 개방 시에 나타난다면, 상기 구간설정단계(S200)는 3mm~9mm 사이의 구간으로 설정될 수 있다.
상기 밸브부분밀폐단계(S210)는 상기 구간설정단계(S200)에서 설정된 구간의 개방 값의 최저치 수준으로 상기 밸브(110)를 밀폐하도록 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)를 조작할 수 있다.
상기 밸브미세개방단계(S230)는 상기 구간설정단계(S200)에서 설정된 구간 상에서 순차적으로 개방될 수 있으며, 구간 최대치까지 기존 설정된 간격보다 더 미세하게 개방되도록 형성될 수 있다. 앞서 말한 예를 이어 간다면, 기존 3mm 간격으로 개방하도록 기 설정된 것을 1mm 간격으로 변경하며, 순차적으로 개방할 수 있도록 제공된다.
상기 평균스월비 계산단계(S270)는 상기 구간설정단계(S200)이후 미세하게 측정된 구간의 평균값을 별도로 계산하는 단계이며, 이를 통하여 상기 실린더헤드(10)의 신뢰성을 보다 높일 수 있으며, 이후 제작하는 실린더헤드에 문제점을 해결하도록 유도할 수 있다.
[복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법]
도 12는 본 발명의 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법로서, 도 12는 플로우 차트를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은, 실린더헤드 장착단계(S310), 밸브밀폐단계(S320), 블로워 가동단계(S330), 밸브개방단계(S340), 차압측정단계(S350), 연속개방단계(S360), 유압계 및 패들값 측정단계(S370), 연속개방 스월비 산출단계(S380)를 포함하며, 측정할 실린더헤드(10)가 남아있으면 실린더헤드 교체(S400)를 반복하고, 모든 실린더헤드(10)의 측정이 완료되면 모든 실린더헤드의 연속개방 스월비 편차 계산단계(S410) 및 출력단계(S420)를 통해 이를 외부 사용자에게 제공할 수 있다.
상기 실린더헤드 장착단계(S310)는 하나의 실린더헤드(10)를 더미실린더(200)의 일측에 장착하는 단계이다.
상기 밸브밀폐단계(S320)는 밸브리프트(100)의 밸브(110)을 이용하여 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 단계이다. 이때 상기 실린더헤드(10)는 상기 더미실린더(200)의 상측에 결합된 상태이며, 상기 실린더헤드(10)의 다수의 흡기밸브 를 테스트하도록 제1밸브(111) 및 제2밸브(112)를 포함하는 밸브(110)를 통해 상기 실린더헤드(10)에 구비된 흡기포트를 모두 밀폐할 수 있다.
상기 블로워 가동단계(S330)는 상기 밸브밀폐단계(S320)를 통하여 실린더헤드(10)의 흡기포트가 모두 차단되면, 블로워(500)를 가동하는 단계이다. 또한 상기 블로워 가동단계(S330) 이후, 상기 밸브개방단계(S130) 통하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기밸브를 단계적으로 개방할 수 있다.
상기 밸브개방단계(S340)는 상기 블로워(500)가 가동된 상태에서 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 일부만 개방하는 단계이다.
상기 서지탱크 차압측정단계(S350)는 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 차압계(Diff. Pressur Sensor)를 통해 측정하는 단계이다. 이때 상기 차압계를 통해 측정된 값이 안정화되었는지를 판단하며, 측정값이 안정화되지 않는다면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하여 상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 안정화할 수 있다. 이를 통하여 불안정한 기류를 최대한 억제하여 신뢰성 높은 측정값을 얻도록 유도할 수 있다.
상기 밸브리프트 연속개방단계(S360)는 상기 서지탱크 차압측정단계(S350)에서 서지탱크(300) 내부 차압이 안정화되면, 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 연속으로 개방하는 단계이다.
상기 유압계 및 패들값 측정단계(S370)는 상기 밸브리프트 연속개방단계(S360)와 병행하여 이루어지며, 연속개방이 되는 것과 동시에 상기 유량측정부(400)의 유량계(Flow Meter)를 통해 송풍관(20)의 유량값을 측정하고, 상기 더미실린더(200)의 패들(240)이 스월(Swirl)에 의한 회전값을 근접센서(Proximity Sensor)를 통해 측정할 수 있다.
상기 연속개방 스월비 산출단계(S380)는 상기 유량값 및 회전값이 연속으로 변화하는 것을 일정 간격마다 스월비를 산출하는 단계이며, 산출과 더불어 평균스월비를 계산할 수 있다.
상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 이후 더 이상 측정할 실린더 헤드가 있는지를 파악할 수 있으며, 더 측정할 실린더 헤드가 있는 경우에는 실린더 헤드를 교체(S400)하여 상기 밸브밀폐단계(S320) 내지 연속개방 스월비 산출단계(S400)를 반복하여 수행할 수 있다. 이때 상기 더 이상 측정할 실린더가 있는지를 파악하기에 앞서, 본 발명의 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은, 상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 이후 상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 목표수치만큼 개방되었는지를 판단하여, 목표수치만큼 개방되지 않을 경우에는 상기 밸브리프트 연속개방단계(S360) 내지 연속개방 스월비 산출단계(S380)를 반복하며, 목표수치만큼 개방되면 더 이상 측정할 실린더가 있는지를 판단하는 단계로 넘어갈 수 있다.
이후 더 이상 측정할 실린더가 없으면, 모든 실린더헤드의 연속개방 스월비 편차 계산단계(S410) 및 이를 출력하는 출력단계(S420)를 통하여 본 발명의 스월비 자동 측정 방법은 복수의 실린더헤드를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 스월비 자동 측정 장비
10 : 실린더헤드
20 : 송풍관
21 : 제1배관 22 : 제2배관
100 : 밸브리프트
110 : 밸브
111 : 제1밸브 112 : 제2밸브
120 : 리프트제어부 130 : 레이저센서
140 : 커플링
200 : 더미실린더
210 : 제1플랜지 220 : 실린더몸체
230 : 제2플랜지 231 : 중심샤프트
240 : 패들 241 : 패들중심
250 : 윈도우
300 : 서지탱크
310 : 실린더장착부 320 : 탱크몸체
330 : 배관연결부
400 : 유량측정부 410 : 유량계
500 : 블로워

Claims (11)

  1. 실린더헤드(10)의 흡기포트의 개방 또는 밀폐하는 밸브(110) 및 외부에서 전기적 신호를 받아 상기 밸브(110)를 제어하는 리프트제어부(120)를 포함하는 밸브리프트(100);
    일측에서 타측으로 연통되어 형성되고, 일측에 상기 실린더헤드(10)가 장착되며, 내부에 패들(240)이 형성되어 스월에 의한 회전 값을 측정할 수 있는 더미실린더(200);
    상기 더미실린더(200)의 타측과 연결되며, 내부 차압을 측정 및 제어할 수 있도록 차압계 또는 압력센서가 구비되고, 상기 더미실린더(200)에서 유입된 유체를 송풍관(20)으로 배출하는 서지탱크(300);
    상기 송풍관(20) 상에 형성되며, 상기 송풍관을 지나는 유량을 측정하는 유량계(410)가 형성된 유량측정부(400); 및
    상기 실린더헤드(10)의 밸브를 통해 유입된 유체를 상기 송풍관(20)까지 이송할 수 있도록 상기 송풍관(20)에 연결된 블로워(500);
    를 포함하는 스월비 자동 측정 장비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브리프트(100)는
    상기 리프트제어부(120) 내부에 모터 및 엔코더가 구비되어 상기 밸브(110)의 정밀 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 스월비 자동 측정 장비.

  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브리프트(100)는
    상기 밸브(110)를 통해 상기 실린더헤드(10) 포트의 개폐수준을 측정할 수 있도록, 상기 밸브(110)가 내려간 길이를 측정하는 레이저센서(130)를 더 포함하는 스월비 자동 측정 장비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 선택되는 어느 한 항의 스월비 자동 측정 장비를 이용한 스월비 자동 측정 방법에 있어서,
    상기 밸브(110)를 이용하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 밸브밀폐단계(S110);
    상기 블로워(500)를 가동하는 블로워 가동단계(S120);
    상기 리프트제어부(120)를 통해 상기 밸브(110)를 설정된 수준으로 개방하는 밸브개방단계(S130);
    상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 측정하는 차압측정단계(S140);
    상기 서지탱크(300)가 일정한 차압에서 안정되었는지를 판단 후,
    상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되지 않으면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하며,
    상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되면 상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하고 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S150); 및
    상기 유압계 및 패들값 측정단계(S150)를 통해 측정된 값들을 토대로 스월비를 연산하는 스월비 산출단계(S160);
    를 포함하는 스월비 자동 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스월비 자동 측정 방법은
    상기 밸브개방단계(S130) 내지 스월비 산출단계(S160)를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하며,
    상기 실린더헤드(10)의 흡기포트가 목표수치만큼 개방되면 상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 스월비들을 통해 평균스월비를 계산하는 평균스월비 계산단계(S170);
    를 더 포함하는 스월비 자동 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스월비 자동 측정 방법은
    상기 평균스월비 계산단계(S170) 이후,
    측정 또는 산출된 값을 출력하는 출력단계(S180);
    를 더 포함하는 스월비 자동 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 평균스월비 계산단계(S170)는,
    상기 스월비 산출단계(S160)를 통해 도출된 스월비가 선형을 이루는지 판단하는 것을 특징으로 하는 스월비 자동 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스월비 자동 측정 방법은
    상기 평균스월비 계산단계(S170)에서 스월비가 비선형을 이루는 구간이 있을 경우,
    상기 스월비가 비선형을 이루는 구간을 확인하고 설정하는 구간설정단계(S200);
    설정된 구간만큼 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 부분적으로 밀폐하는 밸브부분밀폐단계(S210);
    상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 상기 밸브개방단계(S130)의 설정된 수준보다 더 미세하게 재설정하여 개방하는 밸브미세개방단계(S230);
    상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하며, 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S250); 및
    상기 유압계 및 패들값 측정단계(S250)를 통해 측정된 값들을 토대로 스월비를 연산하는 스월비 산출단계(S260);
    를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 스월비 자동 측정 방법은 설정된 구간으로 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트가 개방될 때까지 상기 밸브미세개방단계(S230) 내지 스월비산출단계(260)를 반복하는 것을 특징으로 하고,
    상기 실린더헤드(10)의 밸브가 설정된 구간만큼 개방되면,
    상기 스월비산출단계(S260) 후,
    구간설정된 부분의 산출된 스월비들의 평균스월비를 계산하는 산출된 평균스월비 계산단계(270);
    를 더 포함하는 스월비 자동 측정 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 선택되는 어느 한 항의 스월비 자동 측정 장비를 이용한 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법에 있어서,
    상기 더미실린더(200)의 일측에 하나의 실린더헤드(10)를 장착하는 실린더헤드 장착단계(S310);
    상기 밸브(110)를 이용하여 상기 실린더헤드(10)의 흡기포트를 밀폐하는 밸브밀폐단계(S320);
    상기 블로워(500)를 가동하는 블로워 가동단계(S330);
    상기 리프트제어부(120)를 통해 상기 밸브(110)를 설정된 수준으로 개방하는 밸브개방단계(S340);
    상기 서지탱크(300) 내부의 차압을 측정하는 차압측정단계(S350);
    차압측정단계(S350)에서 상기 서지탱크(300)가 일정한 차압에서 안정되었는지를 판단 후,
    상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되지 않으면 상기 블로워(500)의 RPM을 제어하며,
    상기 서지탱크(300)의 내부 차압이 안정화되면 상기 밸브(110)를 연속으로 개방하는 밸브리프트 연속개방단계(S360);
    상기 연속개방단계(S360)와 병행하여, 상기 유량측정부(400)의 유량을 측정하고 상기 더미실린더(200)의 패들(240)의 회전값을 측정하는 유압계 및 패들값 측정단계(S370);
    상기 유압계 및 패들값 측정단계(S150)를 통해 측정된 연속개방 스월비를 산출하는 단계(S380); 및
    측정되지 못한 실린더헤드(10)가 있는지 판단 후, 측정할 실린더헤드(10)가 있으면 실린더헤드를 교체하는 단계(S400);
    를 포함하는 복수의 실린더헤드 자동 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은,
    측정할 실린더헤드(10)가 남아있으면 상기 밸브밀폐단계(S320) 내지 실린더헤드 교체단계(S400)를 반복수행하며,
    더 이상 측정할 실린더헤드(10)가 없으면 상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 후,
    측정된 복수의 실린더헤드(10)의 연속개방 스월비 간 편차를 계산하는 단계(410); 및
    상기 측정값 및 계산값을 출력하는 출력단계(S420);
    를 더 포함하는 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법은,
    상기 연속개방 스월비 산출단계(S380) 이후,
    상기 밸브리프트(100)의 밸브(110)가 목표수치만큼 개방되었는지 판단하여,
    목표수치만큼 개방되지 않을 경우에는 상기 밸브리프트 연속개방단계(S360) 내지 연속개방 스월비 산출단계(S380)를 반복하며,
    목표수치만큼 개방되면 더 이상 측정할 실린더 헤드가 있는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 복수의 실린더헤드 스월비 자동 측정 방법.
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