JP2019190463A - 大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム及び出力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトのねじれ誤差及び爆発角誤差による各シリンダの出力誤差を除去し、正確なエンジンの出力測定が可能な大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム及び出力測定方法を提供する。【解決手段】大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムは、各シリンダの個別燃焼圧力を検出する圧力センサー部１０と、Ｚパルスが予め設定された基準シリンダの実際ＴＤＣと一致してクランクシャフトの回転角度を検出する角度センサー部２０と、圧力センサー部及び角度センサー部から各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、各シリンダに対する複数個の線図から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認して、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整した後、各シリンダの出力を測定する出力測定部３０とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム及び出力測定方法であって、さらに詳しくは、クランクシャフトのねじれ誤差と爆発角誤差を除去して、より正確なエンジンの出力測定が可能な大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム及び出力測定方法に関する。

一般的に、船舶エンジンモニタリング装置は、船舶エンジンの維持管理のために必須装備として台頭している。特に、船舶エンジンモニタリング装置は、エンジンの精密かつ正確な測定のために測定誤差を最小化する技術が必須的に要求されており、そのため多様な計測技術が開発された。

船舶エンジンモニタリング装置の計測技術としては、船舶機関の出力を測定するための指圧計測器が代表的であり、このような指圧計測器は、機械式方式と電子式方式がある。

機械式指圧計測器は、既存の船舶で普遍化して使用されており、エンジンのテストコック（Ｔｅｓｔ Ｃｏｃｋ）に装着され、燃焼室の圧力を紙上に描き、その面積をプラニメーターという計測スケールで計算して計測を行う。しかし、機械式指圧計測器の場合、測定する人の熟練度と計測スケールの誤差により、実際エンジンの状態と計測結果の間に約１０％程度の誤差が発生するという問題点があった。

従って、最近では、機械式指圧計測器の短所が補完された電子式指圧計測器が主に利用されている傾向にある。

電子式指圧計測器は、機械式指圧計測器とは異なり、デジタル装備を通じてエンジンの一サイクル中の圧力をサンプリング（Ｓａｍｐｌｉｎｇ）して体積線図を描き、その面積を自動で計算して船舶機関の出力を測定する。

一方、電子式指圧計測器は、時間基準方式または角度基準方式を通じてエンジンの一サイクル中の圧力をサンプリングする。

時間基準方式を通じたサンプリングは、設定時間単位によってエンジンの一サイクル中の圧力を収集する方式であり、角度基準方式を通じたサンプリングは、設定角度単位によってエンジンの一サイクル中の圧力を収集する方式を意味する。

しかし、時間基準方式を通じたサンプリングは、エンジンの瞬間速度変動を無視してＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ、上死点）誤差を大きく誘発するという問題点があった。

従って、従来は、角度センサー（エンコーダ）をクランクシャフト末端に設置して圧力を収集する角度基準方式を通じたサンプリングが主に適用されている。

即ち、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、正確かつ精密な計測のために、角度基準方式を通じたサンプリング技術が適用された電子式指圧計測技術を活用してエンジンの出力を測定している。

一方、エンジンの出力測定において、ＴＤＣ１度（ｄｅｇ．）の誤差はエンジン出力の約１０％の誤差を誘発するため、エンジンの出力測定時にＴＤＣの計測は非常に重要であり、先行研究ではＴＤＣ誤差を最小０．１度範囲内にあるように勧奨している。

しかし、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、大型低速２ストロークエンジンの出力測定時にクランクシャフトのねじれと各シリンダの爆発角度誤差などが考慮できていない。即ち、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、フライホイール反対側のクランクシャフト末端に装着される角度センサーのＺパルス（１回転に１回パルスを発生する信号）を１番シリンダの実際ＴＤＣと一致させるため、１番シリンダに対しては正確な測定が可能であるが、残りのシリンダに対しては、クランクシャフトのねじれ誤差及び爆発角誤差が考慮されず、実際のエンジンの出力と測定された出力との誤差が基準誤差範囲を超えるという問題点があった。即ち、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、エンジンのフライホイールが角度センサーがセットされた１番シリンダの反対側に位置するため、回転によるねじれが発生して相対的に先に回転すると計算し、これによりＴＤＣの位置を実際より先に置かれるように計算して算出された出力値が実際のエンジンの出力値より大きく計算されるという問題点があった。

一例として、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、６シリンダの大型低速２ストロークエンジンの出力を測定する場合、角のシリンダに対する爆発角が６０度間隔で設計されるため、爆発手順によって２番シリンダのＴＤＣが６０度後に発生すると仮定して計算する。しかし、実際の大型低速２ストロークエンジンの場合、爆発手順による爆発角が正確に６０度間隔で進行されないことはもちろん、クランクシャフトは、回転によるねじれが発生して実際のエンジンの出力と測定された出力との誤差が１５％以上発生するという問題点があった。参考として、クランクシャフトのねじれは、大型及び低速であるほどその程度がさらに大きく発生する。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、複数個の線図を利用して基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置間の偏差を確認し、角度センサー部の検出時点を調整して各シリンダ間の偏差を補正することで、クランクシャフトのねじれ誤差及び爆発角誤差による各シリンダの出力誤差を除去し、これを通じて正確なエンジンの出力測定が可能な大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム及び出力測定方法を提供する。

上記課題を解決するための本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムは、一サイクル中のエンジンの出力を測定する大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムであって、各シリンダの個別燃焼圧力を検出する圧力センサー部と、Ｚパルスが予め設定された基準シリンダの実際ＴＤＣと一致してクランクシャフトの回転角度を検出する角度センサー部と、前記圧力センサー部及び前記角度センサー部から前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力、前記各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力及び前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する複数個の線図（ｇｒａｐｈ）を示し、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角（Ｌｏｓｓ ｏｆ ａｎｇｌｅ）を確認して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整した後、前記各シリンダの出力を測定する出力測定部とを含む。

前記出力測定部は、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図で前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させることができる。

前記出力測定部は、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する場合、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に対する流れ線を示す線図と、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表をさらに生成することができる。

前記出力測定部は、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する場合、前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異を計算して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を示す表をさらに生成することができる。

一方、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法は、一サイクル中のエンジンの出力を測定する大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法であって、予め設定された基準シリンダに装着された角度センサー部のＺパルスを前記基準シリンダの実際ＴＤＣと一致させる段階と、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示すＰθ線図及び前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図を生成する段階と、前記ｄＰ線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階と、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して、前記ｄＰ線図で前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させる段階と、前記各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図を生成して前記各シリンダの出力を測定する段階とを含む。

前記ｄＰ線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階は、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図と、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を生成する段階と、前記ｄＰ線図、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図及び前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を通じて前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階と、前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異を計算して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を示す表を生成する段階とを含むことができる。

本発明の実施例によると、複数個の線図を利用して基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置間の偏差を確認し、角度センサー部の検出時点を調整して各シリンダ間の偏差を補正することで、クランクシャフトのねじれ誤差及び爆発角誤差による各シリンダの出力誤差を除去して正確なエンジンの出力測定をすることができる。

また、従来の出力測定装備に比べて迅速かつ正確なエンジンの出力測定が可能であるため、装備の信頼度を向上させることができる。

また、角度信号によって各シリンダに対する正確なエンジンデータを収集することで、Ｐｍａｘの正確な位置把握と、出力測定が可能であり、さらに収集されたデータを利用して燃焼解釈を行うことで、各シリンダ別の燃料の点火時点と噴射時点、シリンダ別の燃料噴射量、ノッキング、後燃焼及びターボチャージャマッチング関係などを正確に把握することができ、最適燃焼のためのソリューションを提供して燃料の噴射時点、燃料噴射量及びターボチャージャマッチングなどを必要に応じて選択的に調整して燃焼を最適化することはもちろん、エンジンの寿命及び燃料消費効率を向上させることができる。

本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを概略的に示す構成図である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示すＰθ線図である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図である。 図４の「Ａ」部分を拡大したｄＰ線図である。 （ａ）は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図であり、（ｂ）は、各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置を示す表である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて算出された各シリンダに対する圧縮ＴＤＣの位置補正値を示す表である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて補正された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて生成された出力測定結果を示す図面である。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを概略的に示す構成図である。

図１を参照すると、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム１００（以下、「出力測定システム１００」という）は、船舶などに適用される大型低速２ストロークエンジンの一サイクル中の出力を測定する出力測定システムであって、複数個のセンサー部を含む。

複数個のセンサー部は、各シリンダ（図示せず）の個別燃焼圧力に関する信号を検出する圧力センサー部１０及びクランクシャフト（図示せず）の回転角度に関する信号を検出する角度センサー部２０を含む。

圧力センサー部１０は、エンジン（Ｅ／Ｇ）のテストコック（Ｔｅｓｔ Ｃｏｃｋ、図示せず）に設置され、エンジンに複数で具備された各シリンダの個別燃焼圧力を検出する。そして、圧力センサー部１０は、後述する出力測定部３０と電気的に連結して検出されたシリンダの個別燃焼圧力に関する信号を出力測定部３０に伝達する。

角度センサー部２０は、フライホイール（図示せず）の反対側に配置されたクランクシャフトの端部に設置され、クランクシャフトの回転角度を検出し、出力測定部３０と電気的に連結して検出されたクランクシャフトの回転角度に関する信号を出力測定部３０に伝達する。そして、角度センサー部２０のＺパルス（１回転に１回パルスを発生する信号）は、予め設定された基準シリンダの実際ＴＤＣと一致する。ここで、基準シリンダは、クランクシャフトと連結して、エンジンの駆動時に最初に爆発を起こす１番シリンダを意味する。そして、実際ＴＤＣとは、ダイヤルゲージでピストンを測定する場合、ピストンが上死点の位置に到逹してダイヤルゲージの動きが止まった瞬間と、再びダイヤルゲージの動きが始まる瞬間との間の中心地点を意味する。参考として、実際ＴＤＣは、エンジンのフライホイールにマークされている。例えば、角度センサー部２０は、予め設定された分解能を持つエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）に適用されることができる。

一方、図示されてはいないが、上述した複数個のセンサー（圧力センサー部１０及び角度センサー部２０）と出力測定部３０との間には、各センサーから伝達されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（図示せず）がさらに具備されることができる。

また、本出力測定システム１００は、出力測定部３０を含む。

出力測定部３０は、複数個のセンサーと電気的に連結して各センサーから検出された各シリンダの個別燃焼圧力に関する信号及びクランクシャフトの回転角度に関する信号の入力を受け、入力を受けた各信号からエンジンの一サイクル中の各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集する。

また、出力測定部３０は、収集したデータを予め設定された数式に代入して各シリンダに対する燃焼実体積及び圧力変動率を分析し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力、各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力及び各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示す。

以下では、出力測定部３０を通じて分析された各分析項目及び線図について、さらに詳しく説明する。

図２は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示すＰθ線図であり、図３は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図であり、図４は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図であり、図５は、図４の「Ａ」部分を拡大したｄＰ線図である。また、図６の（ａ）は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて測定された各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図であり、図６の（ｂ）は、各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置を示す表であり、図７は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて算出された各シリンダに対する圧縮ＴＤＣの位置補正値を示す表である。また、図８は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて補正された各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図であり、図９は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムを通じて生成された出力測定結果を示す図面である。

図２を参照すると、出力測定部３０は、クランクシャフトの回転角度を測定する角度センサー部２０の信号をトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）としてエンジンの一サイクル中の各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集し、これをＸ軸に各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度を示し、Ｙ軸に回転角度による燃焼圧力を示すＰθ線図で示す。参考として、クランクシャフトは、エンジンの一サイクル当り３６０度の角度で回転するように設定される。

図３を参照すると、出力測定部３０は、下記の数式１及び２によって各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼実体積を計算し、これを各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図で示す。参考として、燃焼実体積、即ち、ＰＶ線図における面積は、シリンダの出力（図示馬力）を意味することができる。従って、各シリンダの出力の総合は、エンジンの出力を意味することができる。

［数式１］
ここで、Ｖ（ｉ）は回転角度別の燃焼実体積、ｖｃは間隙体積、ｓはシリンダの断面積、Ｘ（ｉ）はクランクシャフトの回転に対するピストン変位を意味し、ｖｃ＝ｖｈ（ストローク体積）／（Ｃｏｍｒａｔｉｏ（圧縮比）−１．０）、ｖｈ＝ｓ×ｓｔｒｏｋｅ（上死点から下死点までの高さ）、ｓ＝３．１４×ｂｏｒｅ^２／４で定義されることができる。例えば、クランク角度を示すｉは、サンプリングによって１゜、０．５゜、０．２゜などで設定されることができる。

［数式２］
ここで、ｒｒはクランク半径、ｄｅはクランク角度、ｒａｍｄａ＝Ｌ（コネクティングロッドの長さ）／ｒｒを意味する。

図４を参照すると、出力測定部３０は、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図で示す。

即ち、出力測定部３０は、Ｐθ線図で確認が難しい微細な圧力の変化を確認するために、下記の数式３によって各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力値を微分し、これをｄＰ線図で示す。

［数式３］
ここで、ｄＰは回転角度別の圧力変動率、Ｐはサンプリングした圧力、ｉはクランクシャフトの回転角度を意味する。ここで、サンプリングした圧力を示すＰは、絶対圧力を意味する。例えば、サンプリングした圧力がＰ０というと、Ｐ＝Ｐ０＋Ｐａｔｍ（大気の圧力）で定義されることができる。

また、出力測定部３０は、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図、即ち、ｄＰ線図から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角（Ｌｏｓｓ ｏｆ ａｎｇｌｅ）を確認する。

さらに詳しくは、出力測定部３０は、図４に示したｄＰ線図を通じてクランクシャフトが１８０度付近に位置した時のｄｐ／ｄθ＝０となる地点から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置を確認する。即ち、圧縮ＴＤＣの位置は、燃料が噴射される前にシリンダ内の空気を圧縮してシリンダ内部の圧力が最高値となる地点であるＰｃｏｍｐ位置を示すので、ｄＰ線図でＰｃｏｍｐ位置、即ち、ｄｐ／ｄθ＝０となる１番目の地点（１８０度付近）を通じて基準シリンダは勿論、各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置を確認することができる。参考として、図４でクランクシャフトが１９５度付近に位置した時のｄｐ／ｄθ＝０となる地点は、燃料が燃焼されて燃焼最高圧力となるＰｍａｘ位置を示す。そして、図５を参照すると、出力測定部３０は、シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を確認した後、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの誤差を確認すると同時に、基準シリンダの損失角を算出する。即ち、角度センサー部２０のＺパルスは、基準シリンダの実際ＴＤＣに一致しているので、出力測定部３０は、基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置に対応するクランクシャフトの角度と、ピーク基準となる１８０度との差異を計算して基準シリンダの損失角を算出する。

ここで、出力測定部３０は、ｄＰ線図から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する場合、図６の（ａ）に示すように、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置と、ねじれの程度に対する流れ線を示す線図、そして図６の（ｂ）に示すように、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表をさらに生成することができる。参考として、図６の（ａ）において、基準シリンダ（１番シリンダ）の圧縮ＴＤＣは、エンコーダのＺパルスが一致した状態で設定されているため正確なＴＤＣと仮定するので、０の位置に設定されており、基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣは、基準シリンダの圧縮ＴＤＣとの偏差ほど離隔した位置で示される。従って、出力測定部３０は、図６の（ａ）に示す線図を通じて各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と流れ線を比較し、各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置が流れ線から外れた程度を確認して、クランクシャフトのねじれ有無、ねじれ程度及び爆発角誤差有無などを容易に把握することができる。そして、出力測定部３０は、図７に示すように、基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異をそれぞれ計算して、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を算出して表で表すことができる。

また、出力測定部３０は、ｄＰ線図から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認した後、算出された補正値を角度センサー部２０に適用して、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整する。

即ち、出力測定部３０は、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整することで、図８に示すように、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図（ｄＰ線図）で基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させることができる。

また、出力測定部３０は、角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させた後、各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図を生成して各シリンダの出力を測定する。

一方、出力測定部３０は、各センサー部から収集したデータを予め設定された数式に代入して、各シリンダに対する熱発生率及び燃焼ガス温度をさらに分析し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率及び各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度に関する複数個の線図で示すことができる。

図９を参照すると、出力測定部３０は、下記の数式４、５、６によって各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率を示す熱発生率線図で示すことができる。

［数式４］
ここで、ＲＯＨＲ（Ｒａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｔ Ｒｅｌｅａｓｅ）は回転角度別の熱発生率、Ａ＝１．０／４２７００．０、κは比熱比を意味する。

［数式５］
ここで、Ｃ_０＝１．４３７３、Ｃ_１＝−１．３１８×１０^−４、Ｃ_２＝３．１２×１０^−８、Ｃ_３＝−４．８×１０^−２、ａｉｒは空気過剰率、Ｔは回転角度別の燃焼ガス温度を意味する。参考として、燃焼ガス温度Ｔは、理想気体の状態方程式を通じて計算され、理論的空気量は、ディーゼル油の理論的空気量である１４．５ｋｇｆで適用されることができる。

［数式６］
ここで、ｄＶは微分された燃焼実体積、ｄｒ＝ｐａｉ（３．１４１５９３）／１８０、ｓ＝３．１４×ｂｏｒｅ^２／４、ｒｒはクランク半径、ｄｅはクランクシャフトの回転角度、ｒａｍｄａ＝Ｌ（コネクティングロッドの長さ）／ｒｒを意味する。参考として、エンコーダ分解能は、エンコーダの固有パルス値を意味し、３６０／エンコーダ分解能の数式を通じて如何なる分解能を持ったエンコーダでも全て前記数式６に適用することができる。

そして、出力測定部３０は、下記の数式７によって各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を示す燃焼ガス温度線図で示すことができる。

即ち、燃焼室で起こる燃焼の過程は、非常に短い時間で起こるため、現存する温度計では燃焼室の燃焼ガス温度を測定するのに限界がある。従って、出力測定部３０は、理想気体の状態方程式を利用してクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を計算することができる。

［数式７］
ここで、Ｔ（ｉ）は回転角度別の燃焼ガス温度、Ｇはガス重量、Ｒはガス定数、Ｐ（ｉ）は回転角度別の燃焼室圧力、Ｖ（ｉ）は回転角度別の燃焼実体積を意味する。

そして、数式７のガス重量Ｇは、下記の数式８によって計算されることができる。

［数式８］
ここで、Ｐは初期圧力（または掃気圧力）、Ｖは燃焼実体積、Ｔは初期温度（または掃気温度）、ｖｅはエンジンの吸入空気充填効率を意味する。例えば、エンジンの吸入空気充填効率は、４ストロークでは０．８、２ストロークでは０．７５で適用されることが好ましいが、これに限定されるものではなく、充填効率によって調整されることができる。即ち、４ストロークの場合、２ストロークエンジンに比べてストロークが明確であるため、エンジンの吸入空気充填効率が２ストロークエンジンより高く適用されることができる。

また、出力測定部３０は、クランクシャフトの回転角度別エンジンの瞬間速度を分析して、瞬間速度変動線図をさらに示すことができる。

図９を参照すると、出力測定部３０は、下記の数式９によってエンジンの一サイクル中のクランクシャフトの回転角度別エンジンの瞬間速度を計算し、これをエンジンの一サイクル中のクランクシャフトの回転角度別エンジンの瞬間速度を示す瞬間速度変動線図で示すことができる。

参考として、エンジンは、各シリンダで圧縮過程と爆発過程による瞬間速度が変動するため、１回転する時に一定の速度で回転しない。従って、大型低速エンジンは、低速で回転するため、１回転時にシリンダの数だけの瞬間速度が変動する。

エンジンの瞬間速度は、下記の数式９を通じて定義されることができる。

［数式９］
ここで、Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｓｐｅｅｄはエンジンの瞬間速度、ｅｎｃｏｄｅｒ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎはエンコーダのパルスの数（分解能）、ｃｏｕｎｔ ｃｌｏｃｋ ｔｉｍｅはパルス間の内部カウント信号の速度、ｃｏｕｎｔ ｎｕｍｂｅｒは各パルス間の内部カウント信号の速度によって計算された内部カウント信号の数を意味する。

また、出力測定部３０は、生成した複数個の線図のうち少なくとも二つ以上の線図を解釈してエンジンの燃焼状態を判断することができる。

さらに詳しくは、出力測定部３０は、複数個の線図のうち少なくとも二つ以上の線図を解釈して、各シリンダ別の燃料の空燃比状態、各シリンダ別の燃料の燃料噴射状態、各シリンダ別の燃料消耗状態、各シリンダ別の燃料量状態、エンジンのノッキング状態、各シリンダの後燃焼状態及びシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無のうち少なくとも一つに関するエンジンの燃焼状態を判断することができる。

また、出力測定部３０は、複数個の線図と共に、少なくとも一つの分析データを含む表をさらに示すことができる。

図９を参照すると、出力測定部３０は、エンジンの出力を測定した後、測定結果を各シリンダに対するエンジンの回転数（ｒｐｍ）、圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）、燃焼最高圧力（Ｐｍａｘ）、燃焼最高圧力のクランク角度位置、平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｍｅａｎ ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＰｒｅｓｓｕｒｅ）、指示馬力（ＩＨＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ＨｏｒｓｅＰｏｗｅｒ）、制動馬力（ＢＨＰ：Ｂｒａｋｅ ＨｏｒｓｅＰｏｗｅｒ）、熱発生率（ＲＯＨＲ：Ｒａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｔ Ｒｅｌｅａｓｅ）及び燃料消耗量（ＳＦＣ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）のうち少なくともいずれか一つのデータを含む表で表すことができる。

以下では、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法（以下、「エンジンの出力測定方法」という）について説明する。

参考として、本エンジンの出力測定方法を説明するための各構成については、説明の便宜上、本出力測定システムを説明しながら使用した図面符号を同一に使用し、同一であるか重複した説明は省略する。

図１０〜図１１は、本発明の実施例による大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法を示すフローチャートである。

本エンジンの出力測定方法は、一サイクル中のエンジンの出力を測定する大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法であって、本出力測定システム１００を通じて行われる。

図１０を参照すると、本出力測定システム１００は、予め設定された基準シリンダに装着された角度センサー部２０のＺパルスを基準シリンダの実際ＴＤＣと一致させる（Ｓ１００）。

次に、本出力測定システム１００は、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示すＰθ線図及び各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図を生成する（Ｓ２００）。

即ち、本出力測定システム１００は、角度センサー部２０のＺパルスを基準シリンダの実際ＴＤＣと一致させた後、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して図２に示すようなＰθ線図を生成すると同時に、収集したデータを予め設定された数式に適用して図４に示すようなｄＰ線図を生成する。

次に、本出力測定システム１００は、図１０に示すように、ｄＰ線図から基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する（Ｓ３００）。

さらに詳しくは、図１１を参照すると、本出力測定システム１００は、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図と、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を生成した後（Ｓ３１０）、ｄＰ線図、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図及び各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を通じて基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認し（Ｓ３２０）、これから基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異を計算して、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を表す表を生成することができる（Ｓ３３０）。

即ち、本出力測定システム１００は、図４及び図５に示したｄＰ線図と、図６の（ａ）に示した各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図、そして図６の（ｂ）に示した各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を通じて、各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置（クランクシャフトが１８０度付近に位置した時のｄｐ／ｄθ＝０となる地点）、基準シリンダの損失角、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの誤差、クランクシャフトのねじれ有無及び爆発角誤差などを確認した後、基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異をそれぞれ計算して、図７のような基準シリンダを除いた残りのシリンダの位置補正値に対する表で表すことができる。例えば、図５及び図６の（ｂ）を参照すると、基準シリンダ（１番シリンダ）の圧縮ＴＤＣの位置は１７９．８５度であり、基準シリンダは０．１５度の損失角が発生しており、各シリンダ別の圧縮ＴＤＣ誤差は最高約１度程度であることを確認することができる。そして、図６の（ａ）を参照すると、爆発手順によって各シリンダの圧縮ＴＤＣの位置が流れ線から外れた状態にあるため、これを通じて爆発角誤差が発生していることを確認することができる。これにより、図７のように、残りのシリンダに対する補正値を算出することができる。

次に、本出力測定システム１００は、図１０に示すように、算出された位置補正値を通じて基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して、ｄＰ線図で基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させる（Ｓ４００）。

即ち、本出力測定システム１００は、基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整することで、図８に示すように、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図（ｄＰ線図）で基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させることができる。

次に、本出力測定システム１００は、各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図を生成して、各シリンダの出力を測定する（Ｓ５００）。

即ち、本出力測定システム１００は、角度センサー部２０のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させた後、図３に示すように、各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図を生成し、この線図の面積を予め設定された数式を利用して計算することで、各シリンダ当り出力（ＩＨＰ、図示馬力）を測定することができる。

また、本出力測定システム１００は、図９に示した複数個の線図を通じてエンジンの燃焼状態をさらに判断することができる。

一方、本エンジンの出力測定方法は、多様なコンピュータ手段を通じて行われることができるプログラム命令形態で実現されて、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されることができる。ここで、記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを含むことができる。また、記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。例えば、記録媒体は、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリーなどのようなプログラム命令を格納し行うように特に構成されたハードウェア装置を含むことができる。そして、プログラム命令は、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行されることができる高級言語コードを含むことができる。そして、ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることができる。

また、本エンジンの出力測定方法は、記録媒体に格納されるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムまたはアプリケーションの形態でも実現されることができる。

このように、本発明の実施例によると、複数個の線図を利用して基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置間の偏差を確認し、角度センサー部２０の検出時点を調整して各シリンダ間の偏差を補正することで、クランクシャフトのねじれ誤差及び爆発角誤差による各シリンダの出力誤差を除去して正確なエンジンの出力測定をすることができる。

また、従来の出力測定装備に比べて迅速かつ正確なエンジンの出力測定が可能であるため、装備の信頼度を向上させることができる。

また、角度信号によって各シリンダに対する正確なエンジンデータを収集することで、Ｐｍａｘの正確な位置把握と、出力測定が可能であり、さらに収集されたデータを利用して燃焼解釈を行うことで、各シリンダ別の燃料の点火時点と噴射時点、シリンダ別の燃料噴射量、ノッキング、後燃焼及びターボチャージャマッチング関係などを正確に把握することができ、最適燃焼のためのソリューションを提供して燃料の噴射時点、燃料噴射量及びターボチャージャマッチングなどを必要に応じて選択的に調整して燃焼を最適化することはもちろん、エンジンの寿命及び燃料消費効率を向上させることができる。

Claims (7)

1. 一サイクル中のエンジンの出力を測定する大型低速２ストロークエンジンの出力測定システムであって、
   各シリンダの個別燃焼圧力を検出する圧力センサー部と、
   Ｚパルスが予め設定された基準シリンダの実際ＴＤＣと一致してクランクシャフトの回転角度を検出する角度センサー部と、
   前記圧力センサー部及び前記角度センサー部から前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力、前記各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力及び前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する複数個の線図（ｇｒａｐｈ）を示し、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角（Ｌｏｓｓ ｏｆ ａｎｇｌｅ）を確認して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整した後、前記各シリンダの出力を測定する出力測定部と、
   を含む大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム。
2. 前記出力測定部は、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図で前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させる請求項１に記載の大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム。
3. 前記出力測定部は、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する場合、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に対する流れ線を示す線図と、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表をさらに生成する請求項１に記載の大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム。
4. 前記出力測定部は、前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する場合、前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異を計算して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を示す表をさらに生成する請求項１に記載の大型低速２ストロークエンジンの出力測定システム。
5. 一サイクル中のエンジンの出力を測定する大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法であって、
   予め設定された基準シリンダに装着された角度センサー部のＺパルスを前記基準シリンダの実際ＴＤＣと一致させる段階と、
   各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集して、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示すＰθ線図及び前記各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図を生成する段階と、
   前記ｄＰ線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階と、
   前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する前記角度センサー部のクランクシャフトの回転角度検出時点を調整して、前記ｄＰ線図で前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置とを一致させる段階と、
   前記各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図を生成して前記各シリンダの出力を測定する段階と、
   を含む大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法。
6. 前記ｄＰ線図から前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階は、
   前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図と、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を生成する段階と、
   前記ｄＰ線図、前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置及びねじれの程度に関する流れ線を示す線図及び前記各シリンダ別の圧縮ＴＤＣの位置を示す表を通じて前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置及び損失角を確認する段階と、
   前記基準シリンダの圧縮ＴＤＣの位置と、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダの圧縮ＴＤＣの位置との差異を計算して、前記基準シリンダを除いた残りのシリンダに対する位置補正値を示す表を生成する段階と、
   を含む請求項５に記載の大型低速２ストロークエンジンの出力測定方法。
7. 請求項５または６に記載の方法をコンピュータで実行するためのプログラム。