[논문]엔진오일 누유 가시화 및 식별력 증대를 위한 기동화력장비 엔진 공정개선

서석호; 김지훈; 오대산

doi:10.5762/kais.2020.21.3.321

엔진오일 누유 가시화 및 식별력 증대를 위한 기동화력장비 엔진 공정개선
Process Improvement of Land System Engine for Visualization and Increasing Identification of Engine Oil Leakage 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.3, 2020년, pp.321 - 327

서석호 (국방기술품질원) , 김지훈 (국방기술품질원) , 오대산 (국방기술품질원)

초록
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최근 2년간 군 기동화력장비의 엔진 생산 공정 중에 발생한 주요 품질문제 중에는 엔진오일 누유가 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 이를 최소화하기 위해서는 엔진오일 누유에 대한 근본적인 원인 파악과 다빈도로 발생되는 누유 부위에 대한 파악이 필요할 뿐만 아니라 더 나아가 품질비용 감소를 위해서는 엔진 조립 및 검사공정에서 누유에 대한 사전식별이 필요하다. 본 연구에서는 형광염료가 주입된 엔진오일을 통하여 누유를 가시화하고 엔진오일 누유 현상에 대한 식별성을 증대시켜 군 기동화력장비 엔진의 생산품질을 향상시키고자 하였다. 이를 위하여 기존에 사용하는 엔진오일과 형광염료가 주입된 엔진오일의 특성분석을 통하여 대체 가능성에 대해 검토하였으며 엔진오일 주입 공정과 누유검사 공정을 개선하여 엔진오일 누유에 의하여 발생할 수 있는 정비기간 및 시간을 최소화 시키고자 하였다. 최종적으로 본 연구결과를 토대로 군 기동화력장비 엔진의 신뢰도 확보 및 엔진 생산업체의 품질관리 능력 향상을 통하여 엔진 생산 공정간 발생할 수 있는 품질비용을 최소화 시킬 수 있다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Engine oil leaks comprise the largest percentage of the major quality problems that have occurred during the engine production process for military land system equipment over the last two years. To minimize this, it is essential to understand the root cause of the engine oil leakage and perceive the more common leakage area, as well as reduce the quality costs of pre-identification for leaks in the engine assembly process and single items. Therefore, in this study, the mass production quality of engines installed and operated in power equipment was improved by visualizing the engine oil leakage injected with the fluorescent dye and increasing the identification of the engine oil leak phenomenon. For this reason, the possibility of substituting the engine oil was considered and the engine oil was injected with the fluorescent dye. The maintenance was improved by reforming the engine oil injection process and leakage inspection process. Finally, these results suggest that the quality costs between mass production processes can be minimized by ensuring the reliability of military engines by reducing the user's complaints and improving the quality control capabilities of engine manufacturers.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Engine oil with fluorescent dye irradiated by ultraviolet light
그림 Fig. 2. Fluorescent dye for detection of engine oil leakage
표 Table 1. Characteristic analysis of engine oil and engine oil with fluorescent dye
그림 Fig. 3. Observation of engine oil leakage area
그림 Fig. 4. Improved engine oil filling process with fluorescent dye automatic injection equipment
그림 Fig. 5. Schematic flow of automatic equipment for fluorescent dye included engine oil filling process
그림 Fig. 6. Improved engine oil leakage inspection process by ultraviolet lamp
표 Table 2. Inspection area of engine oil leakage parts for military engine

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

일반적으로 엔진오일 누유현상을 식별하려면 장비 외형에 빛을 비추어 육안으로 빛의 반사정도나 얼룩을 확인하여 누유여부를 판단하여야 하는데, 빛의 입사각도, 광원 및 주위환경 등에 따라 식별의 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 형광염료가 주입된 엔진오일을 통하여 누유 부위를 가시화하고 누유 식별력을 증대시켜 기동화력장비 엔진의 생산품질을 향상시키고자 하였다. 먼저, 형광염료의 적용가능성 여부를 판단하기 위하여 기존 엔진오일과 형광염료가 첨가된 엔진오일의 특성을 비교분석 하였고, 형광염료가 주입된 실제 엔진 성능시험을 통해 유효성 평가를 수행하였다.
반면, 본 연구에서는 기존의 엔진오일 주입공정에 형광염료 주입공정을 적용하고자 혐광염료 주입 시 형광염료 극소량에 대한 정량주입, 혼용제한, 청정처리 등을 주요 중점사항으로 고려하였으며, 주입되는 엔진오일과 형광염료의 혼입을 원활하게 유도하는 것을 주요 사안으로 판단하였다.
본 연구에서는 형광염료가 포함된 엔진오일을 기동화력장비 엔진으로의 적용 가능성을 알아보기 위해 기존에 사용하는 엔진오일과의 특성비교를 수행하였다.
또한, 본 개선방안에 대한 적용방법을 강구하고자 형광염료 자동주입 장치를 이용한 기동화력장비 엔진의 엔진오일 주입 공정에 대한 개선방안을 정량주입, 혼용제한, 청정처리 등을 고려하여 검토하였다. 이러한 검토결과를 바탕으로 실제 기동화력장비 엔진의 엔진오일 주입공정에 적용하여 실시하는 방안을 모색하였다.
본 연구에서는 기존 엔진오일에 형광염료를 첨가하고 자외선 조사방법을 누유검사에 적용함으로써 누유를 가시화하고 식별력을 증대시켰다. 이를 통하여 기동화력장비에 탑재되는 군용 엔진 양산품질을 향상시키고자 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.

제안 방법

또한, 본 개선방안에 대한 적용방법을 강구하고자 형광염료 자동주입 장치를 이용한 기동화력장비 엔진의 엔진오일 주입 공정에 대한 개선방안을 정량주입, 혼용제한, 청정처리 등을 고려하여 검토하였다. 이러한 검토결과를 바탕으로 실제 기동화력장비 엔진의 엔진오일 주입공정에 적용하여 실시하는 방안을 모색하였다.
또한, 본 연구에서는 개선된 공정 흐름도를 착안하여 형광염료 자동주입 장치가 추가된 엔진오일 주입 설비로 개량하였으며 이는 Fig. 5의 구조도를 통해 확인할 수 있다.
먼저 기존 엔진오일과 미소량(약 0.02 %)의 형광염료가 첨가된 엔진오일의 비교를 위하여 각각의 시료에 대한 특성분석을 수행하였다. 그 결과를 Table 1에 나타내었으며, 엔진 국방규격서의 인용규격인 내연기관용 윤활유(KS M 2121, SAE 15W40) 기준에 적합한지를 검토하였다[11].
따라서 본 연구에서는 형광염료가 주입된 엔진오일을 통하여 누유 부위를 가시화하고 누유 식별력을 증대시켜 기동화력장비 엔진의 생산품질을 향상시키고자 하였다. 먼저, 형광염료의 적용가능성 여부를 판단하기 위하여 기존 엔진오일과 형광염료가 첨가된 엔진오일의 특성을 비교분석 하였고, 형광염료가 주입된 실제 엔진 성능시험을 통해 유효성 평가를 수행하였다.
본 연구에서는 기존 엔진오일에 형광염료를 첨가하고 자외선 조사방법을 누유검사에 적용함으로써 누유를 가시화하고 식별력을 증대시켰다. 이를 통하여 기동화력장비에 탑재되는 군용 엔진 양산품질을 향상시키고자 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
하지만 본 연구를 통해 개선된 엔진 누유검사 공정은 기존 육안으로 실시하는 누유검사 공정에 자외선을 조사하는 공정(⑨, ⑩)을 추가하여 누유 여부를 판단하며, 누유검사 부위(12개소)를 Table 2와 같이 표준화하여 주요 누유부위에 대한 누유 여부를 판단하게 된다.
형광염료가 첨가된 엔진오일을 주입한 엔진의 성능시험을 통해 유효성 평가를 수행하였다. 그 결과 정격출력, 최대토크, 오일압력 등 엔진 규격의 성능 요구조건을 모두 충족하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 엔진 누유 부위의 미세 누유 검출력을 증대시키기 위하여 상용제품인 Fluorescent Yellow131SC(Rohm and hass Co.) 형광염료를 사용하였다. 일반적으로 Fig.

이론/모형

02 %)의 형광염료가 첨가된 엔진오일의 비교를 위하여 각각의 시료에 대한 특성분석을 수행하였다. 그 결과를 Table 1에 나타내었으며, 엔진 국방규격서의 인용규격인 내연기관용 윤활유(KS M 2121, SAE 15W40) 기준에 적합한지를 검토하였다[11].

성능/효과

형광염료가 첨가된 엔진오일을 주입한 엔진의 성능시험을 통해 유효성 평가를 수행하였다. 그 결과 정격출력, 최대토크, 오일압력 등 엔진 규격의 성능 요구조건을 모두 충족하였다.
5 이하이다. 기존 엔진오일의 점도비는 1.2, 그리고 형광염료가 첨가된 엔진오일의점도비는 0.98로 모두 충족하였다. 전산가의 증가량(Increase of acid number)은 시료 1g 안에 함유된 산성성분을 중화하는데 필요한 수산화칼륨(KOH)의 양을mg단위로 측정하는 것이며, 기존 엔진오일과 형광염료가 첨가된 엔진오일 각각 0.
4는 기존 엔진오일 주입공정(①~⑥)에 형광염료주입공정(⑦~⑨)을 적용하여 개선한 공정 흐름도이다. 기존공정 중 엔진오일 주입이 시작되는 공정(④)과 엔진 오일 주입 완료 후 엔진오일 주입상태(주입량/설정량)를 확인하는 공정(⑤) 사이에 실린더 내에서 형광염료 자동주입 장치를 적용한 형광염료 주입공정(⑦~⑨)이 추가된 것을 확인할 수 있다. 특히 엔진오일에 극소량의 형광염료를 주입하는데 있어 염료의 적정한 투입량 조절이 중요하며, 이를 혼합하는 과정도 중요하다.
동점도(Kinematic viscosity)는 중력 아래에서의 유체 흐름에 대한 저항으로 기존 엔진오일 측정결과 15.01㎟/s임을 확인하였으며, 형광염료가 첨가된 엔진오일은14.73 ㎟/s로 두 결과 값 모두 12.5 ~ 16.3 ㎟/s 기준에 만족하였다.
또한, 기존에 식별이 불가했던 엔진 조립공정에서 도포되거나 묻어 있던 엔진오일과 실제 엔진 내부에서 흘러나온 엔진오일의 구분이 가능하다는 가장 큰 장점이 있기 때문에 엔진 성능시험 간 엔진오일 누유에 대한 검출력을 증대 시킬 수 있었다.
형광염료가 첨가된 엔진오일은 내연기관용 윤활유의 한국산업표준과 동등이상임을 검증 하였으며, 엔진성능유효성 평가를 통해 기존 엔진오일과 동등한 윤활 및 마모방지 기능을 유지함을 확인할 수 있었다. 또한, 자외선조사 시 형광염료의 발광에 의한 엔진오일의 누유부위확인을 통하여 엔진 누유발생의 근본원인 파악과 공정 및 품질개선이 가능하다고 판단하였다.
6 mgKOH/g 이하 기준을 충족하였다. 마지막으로 슬러지 부착상태(Sludgeattachment state)는 오일이 실린더 벽면, 피스톤 링 등 각종 윤활부위에 눌어붙어 엔진 냉각불량, 윤활불량 등을 야기하는 슬러지 부착정도를 측정하는 것으로 기존 엔진오일과 형광염료가 첨가된 엔진오일 모두 기준조건인 부착 없음과 동일한 상태임을 확인하였다.
점도지수(Viscosity index)는 온도에 따른 석유제품의 점도 변화를 특정화하기 위해 일반적인 등급의 수를 사용하는 것이며, 기준은 85 이상이다. 시험결과 기존 엔진오일의 점도지수는 147, 그리고 형광염료가 첨가된 엔진오일의 점도지수는 155로 모두 기준을 만족하였다.
엔진 시운전 및 성능시험 간 누유 검출력을 증대하여 출하 후 발생할 수 있는 엔진오일 누유로 인한 부품간의마모, 소착 및 고장을 사전에 차단할 수 있으며, 이를 통해 엔진 납품 후 누유로 인하여 발생 가능한 정비시간 및 정비비용 과다소요 등 품질비용을 최소화 시킬 수 있다고 사료된다.
이러한 특성분석 결과는 형광염료가 혼입된 엔진오일을 기존 엔진오일의 대체 적용 가능함을 보여준다.
저온 겉보기 점도(Low temperature apparent viscosity)는 저온에서 시동할 때 측정한 엔진오일의 점도를 의미하며, 기존 엔진오일은 4.75 Pa·s, 형광염료가 첨가된 엔진오일은 6.10 Pa·s로 두 결과값 모두 저온 겉보기 점도7.00 Pa·s(-20 ℃)이하 기준을 충족하였다.
형광염료가 첨가된 엔진오일은 내연기관용 윤활유의 한국산업표준과 동등이상임을 검증 하였으며, 엔진성능유효성 평가를 통해 기존 엔진오일과 동등한 윤활 및 마모방지 기능을 유지함을 확인할 수 있었다. 또한, 자외선조사 시 형광염료의 발광에 의한 엔진오일의 누유부위확인을 통하여 엔진 누유발생의 근본원인 파악과 공정 및 품질개선이 가능하다고 판단하였다.

후속연구

또한, 엔진오일뿐만 아니라 이와 유사한 유압유를 사용하는 변속기, 유압펌프 등 기타장비의 누유검출 및 검사 시에 본 연구결과를 적용할 수 있다고 판단된다.
본 연구결과를 통하여 엔진 누유발생의 근본원인 파악과 공정 및 품질개선이 가능하다고 판단되며, 이를 통해 기동화력장비 엔진의 신뢰도 확보 및 생산업체 품질관리능력 향상에 의한 품질비용을 최소화 시킬 수 있다고 사료된다.
그러나 디젤 엔진 연료분사장치에 형광염료를 주입 후 자외선 조사를 통하여 미세 누유를 검출한 사례는 찾아볼 수 있다[10]. 이 사례는 연료뿐만 아니라 오일 등의 엔진 윤활계통에도 형광염료를 적용할 수 있다면, 엔진에서 발생할 수 있는 미세누유의 검출력을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엔진은 무엇인가?	엔진은 장갑차, 전차, 자주포 등 전투 궤도장비와 차륜형 장비에 탑재되어 심장과 같은 중요한 역할을 하는 동력발생장치이다[1-3]. 이러한 엔진 내부를 순환하는 윤활유인 엔진오일(Engine oil)은 동작부품의 냉각, 밀봉, 방청, 응력분산, 청정 등의 다양한 역할을 수행한다.
	최근 2년간 군 기동화력장비의 엔진 생산 공정 중에 발생한 주요 품질문제 중 가장 많은 비중을 차지하는 것은 무엇인가?	최근 2년간 군 기동화력장비의 엔진 생산 공정 중에 발생한 주요 품질문제 중에는 엔진오일 누유가 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 이를 최소화하기 위해서는 엔진오일 누유에 대한 근본적인 원인 파악과 다빈도로 발생되는 누유 부위에 대한 파악이 필요할 뿐만 아니라 더 나아가 품질비용 감소를 위해서는 엔진 조립 및 검사공정에서 누유에 대한 사전식별이 필요하다.
	엔진에서의 누유 현상이 지속되면 어떤 문제를 야기하는가?	한편, 엔진에서의 누유는 엔진오일의 소모를 빠르게 증가시키고 이로 인하여 엔진 내부 부품간의 지속적인마모를 발생시켜 이물질 생성을 야기 시킨다. 이러한 현상이 지속됨에 따라 장비 이상 현상 등을 포함한 사고 발생 가능성이 높아지며 장비 운용 간 최악의 경우 엔진 작동이 멈추는 치명적인 문제를 야기할 수 있다[7-8]. 그러므로 장비의 누유 발생 가능성을 최소화하는 과정으로써 엔진 검사공정에서의 누유 식별은 상당히 중요한 품질확인사항이라고 할 수 있다.

참고문헌 (11)

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Korea Standard, KS M 2121, "Internal Combustion Engine Oils", Dec. 2015.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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