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KR101296395B1 - 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치 - Google Patents

엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치 Download PDF

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KR101296395B1
KR101296395B1 KR1020120047618A KR20120047618A KR101296395B1 KR 101296395 B1 KR101296395 B1 KR 101296395B1 KR 1020120047618 A KR1020120047618 A KR 1020120047618A KR 20120047618 A KR20120047618 A KR 20120047618A KR 101296395 B1 KR101296395 B1 KR 101296395B1
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engine exhaust
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오상택
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서울산업기술주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치에 관한 것으로, 실험장치를 이용하여 실제 동력계통의 엔진과 같은 환경을 모사하여 엔진사양에 대응하여 구성된 엔진 배기계통을 실제 동력계통에 적용하기 전에 최적으로 설계되었는지를 시험하여 엔진 배기계통의 최적 설계를 가능하게 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치는, 연료 펌프에서 펌핑된 연료가 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 연료공급라인; 및 에어 펌프에서 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 에어공급라인; 연료와 공기를 혼합하여 점화를 통해 화염을 발생시키도록 형성되며, 일단측에 공기유입구를 포함한 연소실; 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 배출을 위한 배기관; 상기 배기관에 부착되어 배기가스를 이용하여 엔진 배기계통을 동작시켜 조건별로 실험하기 위해 장착하는 실험조건수단; 실제 엔진 운전 조건 변화에 따라 발생하는 상황을 재현할 수 있는 엔진운전 조건의 변화에 따라 발생하는 상황을 동일하게 재현하는 제어부; 상기 엔진 운전 조건에 따른 엔진 배기계통 실험 결과를 측정하는 측정부;로 이루어진다.

Description

엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치{Performance and durability experiment of engine exhaust system}
본 발명은 엔진 배기계통 부품의 성능 및 내구성 실험장치에 관한 것으로, 구체적으로는 실험장치를 이용하여 실제 동력계통의 엔진과 같은 환경을 모사하여 엔진사양에 대응하여 구성된 엔진 배기계통을 실제 동력계통에 적용하기 전에 최적으로 설계되었는지를 시험하여 엔진 배기계통의 최적 설계를 가능하게 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관으로 된 엔진을 기동시킬 때 연료의 연소로 인하여 배기가스의 발생이 필수적으로 수반되었고, 이러한 배기가스는 엔진의 외부로 배출되어 다양한 배기계통과 연결된다.
한편, 일 종래 기술로서, 대한민국 특허출원번호 제10-2006-0001463(출원일: 2006년01월05일)에는 "자동차 ＥＧＲ 쿨러 열사이클 시험장치"이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 선 등록된 시험장치는 EGR 쿨러(10)에 배기가스와 대응하는 고온, 고압의 공기를 주입하는 공기유도장치와, EGR 쿨러에 냉각수를 주입하는 냉각수유도장치를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 공기유도장치는 폐기 열교환기(67), 1차가열 열교환기(70), 2차가열 열교환기(71)로 구성되어 공기압축기(61)에서 고압으로 압축된 공기를 순차적으로 가열한 후 EGR 쿨러(10)에 공급한다.
하지만, 선 등록된 시험장치의 1차가열 열교환기(70) 및 2차가열 열교환기(71)는 통상적인 열매체 보일러 방식, 예컨대 물 또는 그 밖의 유체가 적용되는 열매체를 전기히터 또는 버너에 의해 가열한 후 열매체와 공기를 열교환되게 하는 열매체 보일러 방식을 채택하고 있어서, 공기를 소정온도 이상 가열할 수 없는 문제점이 있다. 다시 말하면, 열매체 보일러 방식은 열매체인 유체를 일정온도이상으로 가열할 경우 유체가 증발하기 때문에 고압의 공기를 소정온도 이상(400℃이상)으로 가열할 수 없는 문제점이 있다. 한편, 버너의 직화방식으로 공기를 가열할 경우 열교환기 내부에 고온, 고압의 환경이 조성되면 화염이 꺼지는 문제점이 있다.
따라서, 선 등록된 시험장치의 열교환기들은 성능시험 및 내구시험에 적합한 공기온도를 얻을 수 없어서 정확한 시험을 수행할 수 없으며, 특히 EGR 쿨러에 공급되는 고온 공기의 온도변화를 주기적으로 변화기시키거나 급격하게 변화시키는 열사이클 시험 및 열 충격시험을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 배기가스는 엔진의 외부로 배출되어 다양한 배기계통에 소음 및 급격한 알피엠 조정에서도 범주내에서 존재하는지 평가, 모의실험, 신뢰성 평가등 다양한 배기계통 장치에 대한 다양한 실험을 하는데 한계가 있다.
상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 실험장치를 이용하여 실제 동력계통의 엔진과 같은 환경을 모사하여 엔진사양에 대응하여 구성된 엔진 배기계통을 실제 동력계통에 적용하기 전에 최적으로 설계되었는지를 시험하여 엔진 배기계통의 최적 설계를 가능하게 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치를 제공함에 있다.
또한, 종래는 간접가열 방식이기 때문에 엔진 배기 열(온도)재현에 제한이 따랐으나, 본 발명은 직접가열 방식으로 엔진 연소 온도와 같은 조건의 배기열, 압력, 유량 등을 재현 기능을 하는 특징이 있는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치는, 연료 펌프에서 펌핑된 연료가 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 연료공급라인; 및 에어 펌프에서 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 에어공급라인; 연료와 공기를 혼합하여 점화를 통해 화염을 발생시키도록 형성되며, 일단측에 공기유입구를 포함한 연소실; 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 배출을 위한 배기관; 상기 배기관에 부착되어 배기가스를 이용하여 엔진 배기계통을 동작시켜 조건별로 실험하기 위해 장착하는 실험조건수단; 실제 엔진 운전 조건 변화에 따라 발생하는 상황을 재현할 수 있는 엔진운전 조건의 변화에 따라 발생하는 상황을 동일하게 재현하는 제어부; 상기 엔진 운전 조건에 따른 엔진 배기계통 실험 결과를 측정하는 측정부;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연료공급라인과 에어공급라인은 공급량에 따른 각각의 파이프로 공급하는 것을 더 포함한다.
바람직하게, 상기 연소실은, 공기유입구를 통해 상온공기를 공급받아 연소실 내부온도와 배기관으로 배출되는 배출가스의 온도를 조절하는 것을 더 포함한다.
바람직하게, 상기 실험조건수단은, 배기관 측에 장착되어 실험하기 위한 엔진 배기계통의 터보 엔진차지, 이지알(EGR)쿨러, 배기 파이프, 배기 소음기, 정화기 중 어느 하나를 장착하여 실험하는 것을 더 포함한다.
바람직하게, 상기 제어부는, 엔진 알피엠의 배기조건에 따른 연료와 공기 조절로 온도, 에어량, 압력을 제어하는 것을 더 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 실험장치를 이용하여 실제 동력계통의 엔진과 같은 환경을 모사하여 엔진사양에 대응하여 구성된 엔진 배기계통을 실제 동력계통에 적용하기 전에 최적으로 설계되었는지를 시험하여 엔진 배기계통의 최적 설계를 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 엔진의 배기 시스템의 시뮬레이터로서 배기 시스템을 가시적으로 확인 할 수 있고 시뮬레이터 상의 제어기에 따라 실제 엔진 동작시 운전 조건의 변화에 따라 배기 시스템에서 발생하는 상황을 동일하게 재현하여 엔진 배기계통의 성능을 실시간으로 표시 및 분석할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 엔진 배기계통의 시험장치를 설명하기 위한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치의 전체 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치의 연소실 공급라인을 설명하기 위한 부분 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치의 연소실을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치의 연소실을 전기히터 구성에 대한 도면.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
연료 펌프에서 펌핑된 연료가 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 연료공급라인; 및
에어 펌프에서 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 에어공급라인;
연료와 공기를 혼합하여 점화를 통해 화염을 발생시키도록 형성되며, 일단측에 공기유입구를 포함한 연소실;
상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 배출을 위한 배기관;
상기 배기관에 부착되어 배기가스를 이용하여 엔진 배기계통을 동작시켜 조건별로 실험하기 위해 장착하는 실험조건수단;
실제 엔진 운전 조건 변화에 따라 발생하는 상황을 재현할 수 있는 엔진운전 조건의 변화에 따라 발생하는 상황을 동일하게 재현하는 제어부;
상기 엔진 운전 조건에 따른 엔진 배기계통 실험 결과를 측정하는 측정부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치를 제공함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치의 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진 배기계통의 성능 실험장치는 실험장치를 이용하여 실제 동력계통의 엔진과 같은 환경을 모사하여 엔진사양에 대응하여 구성된 엔진 배기계통(102)을 실제 동력계통에 적용하기 전에 최적으로 설계되었는지를 시험하여 엔진 배기계통(102)의 최적 설계를 가능하게 한다.
이러한, 상기 엔진 배기계통(102)의 성능 실험장치는 크게 연료공급라인(110), 에어공급라인(120), 연소실(130), 배기관(140), 실험조건수단, 제어부(150), 측정부(160)로 구성된다.
상기 연료공급라인(110)은 연료 펌프(112)에서 펌핑된 연료가 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 것이다.
그리고, 에어공급라인(120)은 에어 펌프(124)에서 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 것이다.
여기서, 상기 연료공급라인(110)과 에어공급라인(120)은 공급량에 따른 각각의 파이프로 공급하게 된다.
상기 연료공급라인(110)과 에어공급라인(120)은 각각 대, 중, 소 공급라인으로 각각 구성되며, 상기 대, 중, 소 공급라인은 각각 적정의 공급량을 연소실(130)로 공급하게 된다.
상기 연소실(130)은 연료와 공기를 혼합하여 점화를 통해 화염을 발생시키도록 형성된다.
이때, 상기 연소실(130)은 전기 및 가스를 모두 사용하는 연소 버너이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 연소실(130)에는 항시 소량의 가스가 공급되고, 연소실(130) 내부에는 미소한 점화불꽃이 항상 존재한다.
이때, 상기 연소실(130)의 일단측에 공기유입구(132)를 구성한다.
상기 공기유입구(132)는 에어펌프에서 별도의 공급라인을 형성하여 전기히터부(122)를 거쳐 상온공기를 연소실(130) 내부로 공급하게 된다.
상기 공기유입구(132)를 통한 상온공기는 연소실(130) 내부에 대한 냉각효과와 연소실(130) 일측의 배기관(140)을 통해 배출되는 배기가스의 온도를 조절할 수 있도록 한다.
이러한, 상기 연소실(130)은 공기유입구(132)를 통해 상온공기를 공급받아 연소실(130) 내부온도와 배기관(140)으로 배출되는 배출가스의 온도를 조절하는 것이다.
즉, 배기가스의 온도 조절은 연료와 공기에 의해 연소실(130)에서 연소할 때 연소실(130) 온도는 1300℃를 유지하게 되며, 상기 온도를 실험자가 엔진 배기계통(102)에 대한 실험에 필요한 적정온도로 맞추기 위해 공기유입구(132)를 통해 상온공기를 연소실(130) 내부로 투입시켜 온도를 조절하게 된다.
아울러, 배기관(140)을 통해 배출되는 배기가스의 온도는 100℃ ~ 1200℃ 사이에서 제어가능하게 된다.
한편, 상기 배기관(140)은 연소실(130)로부터 배출되는 배기가스의 배출을 위한 것이다.
그리고, 상기 배기관(140)에는 엔진 배기계통(102)들이 부착되는데 실험조건수단인 엔진 배기계통(102)은 배출되는 배기가스를 이용하여 엔진 배기계통(102)을 동작시켜 조건별로 실험하기 위해 장착한다.
아울러, 상기 실험조건수단으로 배기관(140) 측에 장착되어 실험하기 위한 엔진 배기계통(102)의 터보 엔진차지, 이지알(EGR)쿨러, 배기 파이프, 배기 소음기, 정화기 중 어느 하나를 장착하여 실험하는 것이다.
이렇게, 연소실(130)에 실험하기 위한 엔진 배기계통(102)들 중 어느 하나가 장착되어 실험을 하게 위한 준비가 되면, 제어부(150)는 실제 엔진 운전 조건 변화에 따라 발생하는 상황을 재현할 수 있는 엔진운전 조건의 변화에 따라 발생하는 상황을 동일하게 재현한다.
상기 제어부(150)는 엔진 알피엠의 배기조건에 따른 연료와 공기 조절로 온도, 에어량, 압력을 제어한다.
또한, 엔진 회전수에 대한 흡입되는 에어량은 실제 엔진과 동일하도록 설정되어있다.
상기 온도 조절은 위에서 설명한 바와 같이 공기유입구(132)를 통해 상온공기를 연소실(130) 내부로 투입시켜 배기가스의 온도를 적절히 조절한다.
그리고, 에어량은 에어공급라인(120)을 통해 연소실(130)에 필요한 에어를 공급한다.
또, 압력은 엔진에서의 알피엠(RPM)을 배기조건에 따라 다양하게 변화를 주는 것이다.
즉, 엔진의 환경조건에 따라 온도, 에어량, 압력을 제어하여 엔진 배기계통 들의 성능을 실험하게 된다.
여기서, 상기 온도는 100℃ ~ 1300℃ 범위 내이며, 에어량은 1 ~ 10,000㎏/hr 범위 내이고, 압력은 1 ~ 5bar 범위 내이다.
이를 통해 실제 엔진 조건과 같은 환경을 모사할 수 있다.
이때, 측정부(160)는 상기 엔진 운전 조건에 따른 엔진 배기계통(102) 실험 결과를 측정하여 기록한다.
이같이, 연소실(130) 일측의 배기관(140)에는 실험조건수단의 엔진 배기계통(102)의 터보 엔진차지, 이지알(EGR)쿨러, 배기 파이프, 배기 소음기, 정화기 중 어느 하나를 장착하게 되고, 엔진 배기계통(102)이 다양하게 변화되는 엔진의 환경 조건에 따라 각각 다르게 배출되는 배기가스를 통해 엔진 배기계통(102)들이 작동하게 되고 그 성능을 실험하게 된다.
일예로 터보 엔진차지, 이지알(EGR)쿨러, 배기 소음기에 대한 측정은 엔진 환경 조건을 기서, 온도는 100℃ ~ 1300℃ 범위 내, 에어량은 1 ~ 10,000㎏/hr 범위 내, 압력은 1 ~ 5bar 범위 내에서 다양한 배기가스를 조성하여 배기가스에 대한 성능 실험을 하게 된다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치에 있어서, 고온을 발생시키도록 하며, 일단측에 공기유입구를 포함한 연소실 구성을 전기에 의한 고온이 발생하도록 하는 전기히터(170)로 구성할 수 있다.
상기 전기히터(170)는 열전달 효과를 높이기 위해 구성된다.
이와 같이, 엔진의 배기 시스템의 시뮬레이터로서 배기 시스템을 가시적으로 확인 할 수 있고, 시뮬레이터 상의 제어기에 따라 실제 엔진 동작시 운전 조건의 변화에 따라 배기 시스템에서 발생하는 상황을 동일하게 재현하여 엔진 배기계통(102)의 성능을 실시간으로 표시 및 분석할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 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 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
102:엔진 배기계통 110:연료공급라인
112:연료 펌프 120:에어공급라인
122:전기히터부 124:에어 펌프
130:연소실 132:공기유입구
140:배기관 150:제어부
160:측정부 170:전기히터

Claims (5)

  1. 연료 펌프에서 펌핑된 연료가 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 연료공급라인; 및
    에어 펌프에서 파이프를 거쳐 안내되도록 하기 위한 에어공급라인;
    연료와 공기를 혼합하여 점화를 통해 화염을 발생시키도록 형성되며, 일단측에 형성되어 상기 에어펌프와 별도의 공급라인에 의해 연장되며, 전기히터부를 거쳐 상온공기를 제공하는 공기유입구를 포함하고, 상기 공기 유입구를 통해 상온공기를 공급받아 연소실 내부온도와 배기관으로 배출되는 배출가스의 온도를 조절하하는 연소실;
    상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 배출을 위한 배기관;
    상기 배기관에 장착되어 배기가스를 이용하여 엔진 배기계통을 동작시켜 조건별로 실험하기 위해 엔진 배기계통의 터보 엔진차지, 이지알(EGR)쿨러, 배기 파이프, 배기 소음기, 정화기 중 어느 하나를 장착하여 실험하는 실험조건수단;
    실제 엔진 운전 조건 변화에 따라 발생하는 상황을 재현할 수 있는 엔진운전 조건의 변화에 따라 발생하는 상황을 동일하게 재현하는 제어부; 및
    상기 엔진 운전 조건에 따른 엔진 배기계통 실험 결과를 측정하는 측정부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급라인과 에어공급라인은 공급량에 따른 각각의 파이프로 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    엔진 알피엠의 배기조건에 따른 연료와 공기 조절로 온도, 에어량, 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기계통의 성능 및 내구성 실험장치.
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Cited By (3)

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