The wear on engine valve and seat insert is one of the most important factors affecting engine performance. The engine valve and seat insert must be able to withstand the severe environment that is created by: high temperature exhaust gases generated while the engine is running, rapid movement of th...
The wear on engine valve and seat insert is one of the most important factors affecting engine performance. The engine valve and seat insert must be able to withstand the severe environment that is created by: high temperature exhaust gases generated while the engine is running, rapid movement of the valve spring, high pressure generated in the explosive process. In order to study such problems, a simulator has been developed to generate and control high temperatures and various speeds during motion. The wear simulator is considered to be a valid simulation of the engine valve and seat insert wear process with various speeds during engine activity. This work focused on the test of various degrees of wear on four different exhaust valve materials such as HRV40, HRV40-FNV (face nitrided valve), STL #32, STL #6,. Throughout all tests performed in this study, the outer surface temperature of the seat insert was controlled at $350^{\circ}C$, the cycle number was $4.0{\times}10^6$, the test load was 6860 N, the fuel was LPG the test speed was 20 Hz (2400 RPM) and the seat insert material was HVS1-2. The mean (standard deviation) maximum roughness of the exhaust valve and seat insert was $25.44\;(3.16)\;{\mu}m$ and $27.53\;(3.60)\;{\mu}m$ at the HRV40, $21.58\;(2.38)\;{\mu}m$ and $25.94\;(3.07)\;{\mu}m$ at the HRV40-FNV, $36.73\;(8.98)\;{\mu}m$ and $61.38\;(7.84)\;{\mu}m$ at the STL #32, $73.64\;(23.80)\;{\mu}m$ and $60.80\;(13.49)\;{\mu}m$ at the STL #6, respectively. It was discovered that the maximum roughness of exhaust valve was lower as the high temperature hardness of the valve material was higher under the same test conditions such as temperature, test speed, cycle number, test load and seat insert material. The set of the HRV40-FNV exhaust valve and the HVS1-2 seat insert showed the best wear resistance.
The wear on engine valve and seat insert is one of the most important factors affecting engine performance. The engine valve and seat insert must be able to withstand the severe environment that is created by: high temperature exhaust gases generated while the engine is running, rapid movement of the valve spring, high pressure generated in the explosive process. In order to study such problems, a simulator has been developed to generate and control high temperatures and various speeds during motion. The wear simulator is considered to be a valid simulation of the engine valve and seat insert wear process with various speeds during engine activity. This work focused on the test of various degrees of wear on four different exhaust valve materials such as HRV40, HRV40-FNV (face nitrided valve), STL #32, STL #6,. Throughout all tests performed in this study, the outer surface temperature of the seat insert was controlled at $350^{\circ}C$, the cycle number was $4.0{\times}10^6$, the test load was 6860 N, the fuel was LPG the test speed was 20 Hz (2400 RPM) and the seat insert material was HVS1-2. The mean (standard deviation) maximum roughness of the exhaust valve and seat insert was $25.44\;(3.16)\;{\mu}m$ and $27.53\;(3.60)\;{\mu}m$ at the HRV40, $21.58\;(2.38)\;{\mu}m$ and $25.94\;(3.07)\;{\mu}m$ at the HRV40-FNV, $36.73\;(8.98)\;{\mu}m$ and $61.38\;(7.84)\;{\mu}m$ at the STL #32, $73.64\;(23.80)\;{\mu}m$ and $60.80\;(13.49)\;{\mu}m$ at the STL #6, respectively. It was discovered that the maximum roughness of exhaust valve was lower as the high temperature hardness of the valve material was higher under the same test conditions such as temperature, test speed, cycle number, test load and seat insert material. The set of the HRV40-FNV exhaust valve and the HVS1-2 seat insert showed the best wear resistance.
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문제 정의
실험 중 밸브 착좌면의 온도를 측정하는 것은 구현이 힘들다. 따라서 본 연구에서는 시트 인서트 외경 부의 온도와밸브 착좌면과의 온도 관계를 측정하였다. 이때 밸브 착좌면의 온도가 760P일때 시트 인서트 외경부의 온도는 350를 나타내었고 이를 기준하여 실험 온도로 설정하였다.
본 연구에서는 디젤엔진 배기밸브의 고온 경도와 마모량과의 상관관계를 분석하고, 디젤엔진 배기밸브 종류별로 같은 재질의 시트 인서트와의 매칭 성을 알아보고자 한다.
본 연구에서는 배기밸브의 고온경도값과 평균 최 대거 칠기 값의 상관관계 에 대해서 분석 하였다. Table 5 은 각 배기밸브 재질의 종류에 따라 고온 경도값과 평균 최대거칠기값을 정리해 나타낸 것이다.
본 연구에서는 밸브 착좌면과 시트 인서트 착좌 면의 평균 최대거칠기를 관찰하였다. Tabel 4는 실험 결과값을 나타낸 것이다.
제안 방법
3) 배기밸브의 고온경도값과 평균 최대 거칠기 값의 상관관계에 대해서 분석하였다. 그 결과로 고온 경도값이 높아질수록 평균 최대거칠기값이 대체적으로 작아지는 경향성을 나타내었고, 이는 고온 경도값과 마모량의 관계를 추정할 주요한 근거가 된다고 판단된다.
그리는 것이다. 둘째, 마모가 발생한 밸브 착좌면과 시트 인서트 착좌면의 특정 부분을 3 차원 스캐너로 스캔하고 3차원 형상을 분석하는 것이다.
배기밸브의 고온경도 측정은 기계적 연마 후고온 미세 경도 시험기(DUH-201S, SHIMADZU, Japan) 를 이용하였고, 고온경도 시험은 시편별로 각각 5 회씩 측정하여 최대, 최소값을 제외한 값들의 평균치를 구하였다. 이러한 절차로 측정한 Val.
본 연구에서는 공촛점 레이저 스캐너(OLS 1100, Olympus, Japan, Resolution - 0.01)를 이용하여 밸브 착좌면과 시트 인서트 착좌면의 마모를 측정하였다. 이 방법은 측정된 3차원 범위 내에서 여러개의 2차원 단면을 발취해 낼 수 있고, 스타일러스의 크기에 영향을 받지 않고 측정이 가능한 장점이 있다.
본 연구에서는 밸브 및 시트 인서트 전용 마모 시험기를 사용하여 실차의 경우와 유사한 조건으로 밸브와 시트 인서트의 소재특성, 평균 최대 거칠기와 고온경도에 대해서 시험을 수행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
실험 횟수는 4 종류의 시편별로 6 회씩이며, 총 24회의 실험을 실시하였다.
온도는 밸브 착좌면의 온도를 의미한다. 실험에서는 측정상의 어려움으로 인하여 시트 인서트 바깥쪽 원주 부분온도를 측정하였으며, 이 부분의 온도를 900까지 가열 할 수 있다. 마모 실험기의 성능을 살펴보면 Table 2 과 같다.
위와 같은 방법을 통해 한 실험군당 6 개의 시편들을 평균하여 평균 최대거칠기값을 구하였다.
첫째, 마모가 발생한 밸브 착좌면과 시트 인서트 착좌면을 2차원 형상측정기 (Profiler)를 사용해 단면 형상을 그리는 것이다. 둘째, 마모가 발생한 밸브 착좌면과 시트 인서트 착좌면의 특정 부분을 3 차원 스캐너로 스캔하고 3차원 형상을 분석하는 것이다.
대상 데이터
본 연구는 산업자원부에서 시행한 부품 . 소재 종합 기술지 원사업 으로 수행하였습니 다.
본 연구에서 사용한 마모 실험장치는 고온 . 고압의 엔진 내부환경에서 구동되는 배기밸브와 시트 인서트를 실험할 수 있도록 제작된 것이다.
연료는 LPG 를 사용하였다. LPG 를 사용한 이유는 실험상 쉽게 Gas 의 양을 조절하여 온도를 제어할 수 있는 장점이 있고, 연소 후 윤활 물질 발생이 다른 연료에 비해 상대적으로 적어 마모 비율이 증가하기 때문에 가속실험으로서의 의미도 가질 수 있기 때문이다.
성능/효과
1) 배기밸브인 HRV40 의 평균 최대거칠기 (SD)는 25.44 (3.16) 이고, 시트 인서트의 평균 최대 거칠기 (SD)는 27.53 (3.60) ㎛이다. HRV40- FNV 의 평균 최대거칠기 (SD)는 21.
2) 배기밸브와 시트 인서트의 마모결과를 분석한 결과 HRV40-FNV 밸브와 HVS1-2 시트 인서트 세트가 가장 낮은 침하량의 합을 나타내었다. 따라서 매칭성 관점에서 볼 때 HRV40-FNV 밸브와 HVS1-2 시트 인서트가 가장 우수하다고 판단된다.
따라서 선형적 관계보다는 곡선적 지수 관계이다. 결론적으로 고온경도와 평균최대거칠기 값 사이에 음의 상관관계가 있으며 이는 고온 경도가 커질수록 평균최대거칠기값이 작아지는 결과를 나타낸다.
상관관계에 대해서 분석하였다. 그 결과로 고온 경도값이 높아질수록 평균 최대거칠기값이 대체적으로 작아지는 경향성을 나타내었고, 이는 고온 경도값과 마모량의 관계를 추정할 주요한 근거가 된다고 판단된다.
침하량을 나타내었다. 따라서 매칭성 관점에서 볼 때 HRV40-FNV 밸브와 HVS1-2 시트 인서트의 매칭이 가장 우수하다고 판단된다.
분석한 결과 HRV40-FNV 밸브의 경우 가장 낮은 침하량을 나타내었다. 따라서 매칭성 관점에서 볼 때 HRV40-FNV 밸브와 HVS1-2 시트 인서트의 매칭이 가장 우수하다고 판단된다.
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