JP2019190464A - 大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法 - Google Patents

大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの燃焼状態を判断する装置と方法を提供する。【解決手段】一サイクル中のエンジンの燃焼分析を行う大型低速エンジンの燃焼分析装置であって、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た後、各シリンダに対する燃焼実体積、圧力変動率、熱発生率及び燃焼ガス温度を分析して複数個の線図で示す燃焼分析部を含み、複数個の線図は、Ｐθ線図と、ＰＶ線図と、ｄＰ線図と、熱発生率線図と、燃焼ガス温度線図とを含む。本発明の実施例によると、複数個の線図を提供して多様な方式でエンジンの燃焼分析を行い、これを通じてエンジンの燃焼状態を解釈することで、正確なエンジンの燃焼状態が点検可能であり、これを通じてエンジンを最適な状態で維持してエンジンの寿命及び燃料消費率を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法であって、さらに詳しくは、船舶などに適用される大型低速２ストロークまたは４ストロークエンジンの燃焼状態を分析し、分析結果からエンジンの燃焼状態を解釈してエンジンの異常有無を判断することができる大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法に関する。
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（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時間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燃焼状態を診断している。
従って、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、収集された情報を利用してクランク角度別の圧力値を示すＰθ線図、燃焼実体積別の圧力値を示すＰＶ線図を生成し、これと共に、各シリンダ別の圧縮圧力、最高爆発圧力、出力などを測定し計算してエンジンの燃焼状態を診断する。
しかし、従来の船舶エンジンモニタリング装置は、単純にＰθ線図、ＰＶ線図などの情報だけを計測可能であるので、多様なエンジンの燃焼状態を診断することに限界があり、これにより、点検者は、制限された情報だけが確認できて、より正確かつ精密な診断が実質的に行われないという問題点があった。
また、大型低速４ストロークエンジンの場合、大型低速２ストロークエンジンとは違って別途のモニタリングシステムが存在せず、Ｐｍａｘゲージやエンジン側に装着された温度ゲージと圧力ゲージなどでエンジンの状態を判断するため、エンジンの状態を診断し難い。
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、エンジンの燃焼状態を判断することができる多様な基準を生成し、これを通じて正確かつ精密なエンジンの燃焼解釈を行いエンジンの燃料消費量を節減し、さらにエンジンの維持管理が容易な大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法を提供する。
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エンジンの燃焼分析装置は、一サイクル中のエンジンの燃焼分析を行う大型低速エンジンの燃焼分析装置であって、外部から入力を受け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た後、前記各シリンダに対する燃焼実体積、圧力変動率、熱発生率及び燃焼ガス温度を分析して複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示す燃焼分析部を含み、前記複数個の線図は、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燃焼圧力を示すＰθ線図と、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線図と、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線図と、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熱発生率を示す熱発生率線図と、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ガス温度を示す燃焼ガス温度線図とを含む。
前記燃焼分析部は、下記の数式１及び２によっ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実体積を計算することができる。
［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であり、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×ｂｏｒｅ２／４である）
［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である）
前記燃焼分析部は、下記の数式３によっ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を計算することができる。
［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である）
前記燃焼分析部は、下記の数式４、５及び６によっ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熱発生率を計算することができる。
［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は比熱比である）
［数式５］
（ここで、Ｃ０＝１．４３７３、Ｃ１＝−１．３１８×１０−４、Ｃ２＝３．１２×１０−８、Ｃ３＝−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である）
［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×ｂｏｒｅ２／４、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である）
前記燃焼分析部は、下記の数式７によっ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である）
前記数式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、Ｖは燃焼実体積、Ｔは初期温度、ｖｅはエンジンの吸入空気充填効率であり、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）
前記燃焼分析部は、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。
前記燃焼分析部は、下記の数式９によって前記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することができる。
［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である）
一方、本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法は、エンジンの燃焼状態を分析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を示すＰθ線図、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、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、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熱発生率を示す熱発生率線図、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ガス温度を示す燃焼ガス温度線図及び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大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法であって、前記Ｐθ線図、前記熱発生率線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料の空燃比状態を判断する段階と、前記ＰＶ線図及び前記熱発生率線図を通じて各シリンダ別の燃料噴射状態及び燃料消耗状態を判断する段階と、前記ＰＶ線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料量状態を判断する段階と、前記ｄＰ線図、前記熱発生率線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じてエンジンのノッキング及び各シリンダの後燃焼を判断する段階と、前記瞬間速度変動線図及び前記Ｐθ線図を通じてシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断する段階とを含む。
本発明の実施例によると、複数個の線図を提供して多様な方式でエンジンの燃焼分析を行い、これを通じてエンジンの燃焼状態を解釈することで、正確なエンジンの燃焼状態が点検可能であり、これを通じてエンジンを最適な状態で維持してエンジンの寿命及び燃料消費率を向上させることができる。
また、多様な複数個の線図を生成し、これを利用してエンジンの燃焼状態を分析することで、従来の船舶エンジンモニタリング装置に比べてさらに正確なエンジンの分析が可能であり、追加点検のために発生するその他の不要な作業を排除して作業工程及び作業時間を最小化することができる。
また、外部点検機関あるいは外部点検装置を利用せずに、複数個の線図を通じて自体的にエンジンの燃焼状態を確認することができ、持続的なエンジンの維持管理が可能であり、整備時期を自体的に判断可能で費用を節減することができる。
また、数式を利用して複数個の線図を生成し、これを通じてエンジンの状態を解釈することができ、大型低速２ストロークエンジン及び大型低速４ストロークエンジンに全て適用可能であり、活用性及び効率性が増大されることができる。
本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置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エンジンの燃焼分析装置を通じて分析された大型低速２ストロークエンジンの燃焼分析結果を示す図面である。 本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を通じて分析された大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析結果を示す図面である。 （ａ）は、残留ガスが残っている場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面であり、（ｂ）は、定常状態の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面である。 （ａ）は、大型低速２ストロークエンジンのｄＰ線図を示す図面であり、（ｂ）は、図５（ａ）の一区間を拡大して示す図面である。 後燃焼が発生する場合の大型低速４ストロークエンジンのｄＰ線図を示す図面である。 （ａ）は、定常状態の大型低速４ストロークエンジンの熱発生率線図を示す図面であり、（ｂ）は、後燃焼が発生した場合の大型低速４ストロークエンジンの熱発生率線図を示す図面である。 定常状態の大型低速２ストロークエンジンの温度線図を示す図面である。 （ａ）は、各シリンダ別の燃料量の差が設定範囲を超えた場合の大型低速４ストロークエンジンの温度線図を示す図面であり、（ｂ）は、燃料量の差が修正されたが、後燃焼が発生した場合の大型低速４ストロークエンジンの温度線図を示す図面である。 （ａ）は、シリンダ別の燃料噴射時点に差がある場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面であり、（ｂ）は、シリンダ別の燃料噴射時点が調整された場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面である。 燃料噴射時点が調整される前と後の瞬間速度変動線図を示す図面である。 本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断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エンジンの燃焼分析装置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エンジンの燃焼分析装置１００（以下、「燃焼分析装置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または大型低速４ストロークエンジンの一サイクル中の燃焼分析を行い、これを利用してエンジンの燃焼状態を解釈して使用者にエンジンの異常診断のための基礎データを提供することができる装置であって、燃焼分析部３０を含む。
燃焼分析部３０は、外部センサーと電気的に連結して外部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。ここで、外部センサーとは、各シリンダの個別燃焼圧力に関する信号を検出するセンサー及びクランクシャフトの回転角度に関する信号を検出する複数個のセンサーを意味し、外部センサーは、必要に応じて本燃焼分析装置１００に選択的に適用することができる。
また、燃焼分析部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、圧力変動率、熱発生率及び燃焼ガス温度を分析し、これを複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示す。
以下では、燃焼分析部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エンジンの燃焼分析装置を通じて分析された大型低速２ストロークエンジンの燃焼分析結果を示す図面であり、図３は、本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を通じて分析された大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析結果を示す図面である。
図２及び図３を参照すると、燃焼分析部３０は、クランクシャフトの回転角度を測定する外部センサーの信号をトリガー（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、本燃焼分析装置１００を通じて分析されるエンジンが大型低速２ストロークエンジンの場合、エンジンの一サイクル当り３６０度の角度で回転し、大型低速４ストロークエンジンの場合、エンジンの一サイクル当り７２０度の角度で回転するように設定される。
また、燃焼分析部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、これを図２及び図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×ｂｏｒｅ２／４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。
また、燃焼分析部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、これを図２及び図３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を示すｄＰ線図で示す。
即ち、燃焼分析部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、燃焼分析部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、これを図２及び図３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熱発生率を示す熱発生率線図で示す。
［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、Ｃ０＝１．４３７３、Ｃ１＝−１．３１８×１０−４、Ｃ２＝３．１２×１０−８、Ｃ３＝−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×ｂｏｒｅ２／４、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。
また、燃焼分析部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、これを図２及び図３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燃焼ガス温度を示す燃焼ガス温度線図で示す。
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、本燃焼分析装置１００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し、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。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。例えば、本実施例では、吸入、圧縮、膨脹、排気に対する個別ストロークが可能であり、大型低速２ストロークエンジンに比べて相対的にバルブの開閉が正確な大型低速４ストロークエンジンの吸入空気充填効率を８０％と仮定し、吸気バルブの代わりに吸気孔を具備して１ストローク時に２個のストロークが同時に進行され、残留ガスによって大型低速４ストロークエンジンに比べて効率が減少する大型低速２ストロークエンジンの体積効率を７５％と仮定した。
また、燃焼分析部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。
さらに詳しくは、燃焼分析部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、これを図２及び図３に示すように、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、本燃焼分析装置１００が適用される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。
一方、燃焼分析部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（ｔａｂｌｅ）をさらに示すことができる。
さらに詳しくは、燃焼分析部３０は、エンジンの燃焼状態を分析した後、分析結果を複数個の線図（ｇｒａｐｈ）と共に、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を同時に示すことができる。
また、本燃焼分析装置１００は、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を検出する複数個のセンサーをさらに含むことができる。
さらに詳しくは、図１を参照すると、本燃焼分析装置１００は、各シリンダの個別燃焼圧力に関する信号を検出する圧力センサー１０及びクランクシャフトの回転角度に関する信号を検出する角度センサー２０をさらに含むことができる。
圧力センサー１０は、エンジンのテストコック（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（図示せず）の個別燃焼圧力を検出することができる。そして、圧力センサー１０は、燃焼分析部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燃焼分析部３０に伝達することができる。
角度センサー２０は、クランクシャフト（図示せず）の端部に設置されてクランクシャフトの回転角度を検出し、燃焼分析部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燃焼分析部３０に伝達することができる。ここで、角度センサー２０の設置位置は、必ずクランクシャフトの端部に限定されるものではなく、クランクシャフトの回転角度を検出することができればいずれの位置でも構わない。さらに、クランクシャフトに角度センサー２０を設置し難い場合、角度センサー２０は近接センサーに代替されてフライホイール（図示せず）に設置されることができる。例えば、角度センサー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１０及び角度センサー２０）と燃焼分析部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、本燃焼分析装置１００は、燃焼解釈部４０をさらに含むことができる。
図１を参照すると、燃焼解釈部４０は、燃焼分析部３０と電気的に連結し、燃焼分析部３０を通じて生成され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、燃焼解釈部４０は、燃焼分析部３０と電気的に連結し、燃焼分析部３０を通じて生成され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。
以下では、図４〜図１１を参照して、燃焼解釈部４０についてさらに詳しく説明する。
図４の（ａ）は、残留ガスが残っている場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面であり、図４の（ｂ）は、定常状態の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面である。
図４を参照すると、燃焼解釈部４０は、Ｐθ線図を通じて各シリンダの燃焼最高圧力（Ｐｍａｘ）を確認することができる。ここで、燃焼解釈部４０は、本燃焼分析装置１００が適用されるエンジンが大型低速２ストロークエンジンの場合、圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）を共に確認することができる。参考として、本燃焼分析装置１００が適用される大型低速２ストロークエンジンの場合、上死点（ＴＤＣ）以前に燃料が噴射されたエンジンとは違って、燃焼室温度を下げるために燃料の噴射時点が上死点以後に調整されたエンジンであり、燃料が噴射される以前に燃焼室内の空気を圧縮する過程を行うことで、Ｐθ線図を通じて圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）を確認することができる。一方、大型低速４ストロークエンジンの場合、燃料の噴射時点が上死点より先であるため、圧縮最高圧力は確認することができない。
また、燃焼解釈部４０は、Ｐθ線図を通じて各シリンダ別の燃焼室内の残留ガスの程度の差を確認することができる。例えば、燃焼解釈部４０は、図４の（ａ）のように、圧力の上昇が始まる地点（Ａ１）及び圧力の上昇が最高値に到逹する地点（Ａ２）の各シリンダ別の偏差を確認して、各シリンダ別の燃焼室内の残留ガスの程度の差を確認することができる。即ち、燃焼室の圧力は、温度と掃気圧力で決まるため、同じ負荷における掃気圧力は同一であり、圧力上昇の程度が温度の差になる。従って、燃焼室内に残留ガスが多く残っているシリンダは、圧力が速く上昇するので、燃焼圧力の上昇程度の差を通じて各シリンダ別の燃焼室内の残留ガスの程度の差を確認することができる。
また、燃焼解釈部４０は、Ｐθ線図を通じた各シリンダ別の燃焼室内の残留ガスの程度の差を後述する熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図と同時に解釈することで、燃料の空燃比状態を判断することができる。即ち、燃焼解釈部４０は、シリンダ間の燃焼室内の残留ガスの程度の差、シリンダ間の熱発生率の差及びシリンダ間の燃焼ガスの差を比較して、各シリンダ別の燃料の空燃比状態を判断することができる。
例えば、図４の（ａ）に示すように、Ｐθ線図の各シリンダ別偏差が大きく、同一のクランク角度で熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図のシリンダ別偏差が大きい場合、燃焼解釈部４０は、燃料の空燃比状態が不足していると判断することができる。一方、図４の（ｂ）に示すように、Ｐθ線図の各シリンダ別偏差がほぼなく、同一のクランク角度で熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図のシリンダ別偏差がほぼない場合、燃焼解釈部４０は、燃料の空燃比状態が良好であると判断することができる。
また、燃焼解釈部４０は、ＰＶ線図、熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図を通じて、シリンダ別の燃料噴射時点の差及びシリンダ別の燃料量の差を把握することができる。
さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、ＰＶ線図を通じてシリンダ別出力の差を確認し、これを熱発生率線図で解釈してシリンダ別の燃料噴射時点の差を把握することができる。そして、燃焼解釈部４０は、シリンダ別の燃料噴射時点が一致した状態で、ＰＶ線図を通じてシリンダ別出力の差を確認し、これを燃焼ガス温度線図で解釈してシリンダ別燃料量の差を把握することができる。熱発生率線図を通じてシリンダ別の燃料噴射時点の差を確認する過程及び燃焼ガス温度線図を通じてシリンダ別燃料量の差を確認する過程については、後述する熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図の解釈過程を説明しながらさらに詳しく説明する。
即ち、ＰＶ線図に表れる各シリンダ別出力の差は、燃料量の差あるいは燃料噴射時点の差によって発生する。これにより、シリンダ別の燃料噴射時点を一致させた時に発生する各シリンダ別の出力の差は、シリンダ別の燃料量の差であると解釈することができる。
図５の（ａ）は、大型低速２ストロークエンジンのｄＰ線図を示す図面であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）の一区間を拡大して示す図面であり、図６は、後燃焼が発生する場合の大型低速４ストロークエンジンのｄＰ線図を示す図面である。
図５を参照すると、燃焼解釈部４０は、ｄＰ線図を通じてシリンダ別燃料の燃焼特性を把握することができる。
即ち、燃焼解釈部４０は、ｄＰ線図を通じて各シリンダの燃焼最高圧力（Ｐｍａｘ）を確認することができる。もし本燃焼分析装置１００が適用されるエンジンが大型低速２ストロークエンジンの場合、燃焼解釈部４０は圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）を共に確認することができる。参考として、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、大型低速２ストロークエンジンの場合、ｄＰ線図でｄｐ／ｄθ＝０地点は二つに表れ、クランク角度１８０度付近地点に先に表れるのが圧縮最高圧力の位置（Ｐｃｏｍｐ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、二番目に表れるのが燃焼最高圧力の位置（Ｐｍａｘ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。一方、図５には示していないが、大型低速４ストロークエンジンの場合、ｄＰ線図でｄｐ／ｄθ＝０地点は一つで表れる。
図６を参照すると、燃焼解釈部４０は、ｄＰ線図、熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図を同時に解釈して、エンジンのノッキング有無及び各シリンダの後燃焼有無を把握することができる。
例えば、図６を参照すると、ｄＰ線図で燃焼最高圧力以後に円で表された部分のように、複数の地点でシリンダ間圧力差が大きく発生する不完全燃焼区間（ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｒｅａ）が確認され、同一のクランク角度で熱発生率線図のシリンダ間偏差と燃焼ガス温度線図のシリンダ間偏差が大きい場合、燃焼解釈部４０は、エンジンにノッキングが発生し、シリンダに後燃焼が発生すると判断することができる。
図７の（ａ）は、定常状態の大型低速４ストロークエンジンの熱発生率線図を示す図面であり、図７の（ｂ）は、後燃焼が発生した場合の大型低速４ストロークエンジンの熱発生率線図を示す図面である。
図７の（ａ）を参照すると、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図を通じてシリンダ別の燃料点火時点とシリンダ別の燃料消化時点を把握することができる。
さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図で各シリンダがマイナス（−）になってからプラス（＋）となる地点（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）を確認して、各シリンダ別の燃料点火時点を把握することができる。即ち、燃焼室に噴射された燃料は燃焼室に入った瞬間、蒸発潜熱によって蒸発しながら熱を奪われることにより、熱発生率線図で燃料が噴射して蒸発される瞬間マイナスに位置し、点火される瞬間プラスに位置する。
反対に、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図で各シリンダがプラス（＋）になってからマイナス（−）となる地点（Ｂｕｒｎ ｏｕｔ）を確認して各シリンダ別の燃料消化時点を把握することができる。
また、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図を通じてシリンダ別の燃料噴射時点を把握することができる。
さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、各シリンダ別の燃料点火時点を通じて燃料の点火遅延期間を把握し、これを逆追跡して各シリンダ別の燃料噴射時点を把握することができる。即ち、燃焼解釈部４０は、各シリンダ別の燃料点火時点から燃料が燃焼室に噴射されて点火するまでの点火遅延期間を把握し、これを通じて燃料の点火遅延期間に比例する吸気温度と圧力を類推して各シリンダの燃料噴射時点を把握することができる。従って、燃料の点火遅延期間は、同じ負荷で同一であるため、各シリンダの点火時点の差は燃料噴射時点の差になることができる。
また、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図を通じてシリンダ別の燃料消耗量を把握することができる。さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、各シリンダの燃料点火時点と燃料消化時点との間の面積を計算して、これから各シリンダの燃料消耗量を把握することができる。参考として、熱発生率線図の面積は、Ｋｃａｌ／ｄｅｇの単位で計算され、これを燃料の低位発熱量と制動馬力（ＢＨＰ）で計算すれば、各シリンダの燃料消耗量となる。
また、燃焼解釈部４０は、熱発生率線図をｄＰ線図及び燃焼ガス温度線図と共に解釈して、エンジンのノッキング及びシリンダの後燃焼有無を把握することができる。
例えば、図７の（ｂ）を参照すると、熱発生率線図で円で表された部分のように、シリンダの熱発生率が再上昇する後燃焼（Ｐｏｓｔ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）地点が確認され、同一のクランク角度でｄＰ線図のシリンダ間偏差と燃焼ガス温度線図のシリンダ間偏差が大きい場合、燃焼解釈部４０は、エンジンにノッキングが発生し、シリンダに後燃焼が発生すると判断することができる。
図８は、定常状態の大型低速２ストロークエンジンの温度線図を示す図面であり、図９の（ａ）は、各シリンダ別の燃料量の差が設定範囲を超えた場合の大型低速４ストロークエンジンの温度線図を示す図面であり、図９の（ｂ）は、燃料量の差が修正されたが、後燃焼が発生した場合の大型低速４ストロークエンジンの温度線図を示す図面である。
図８及び図９の（ａ）を参照すると、燃焼解釈部４０は、燃焼ガス温度線図及びＰＶ線図を通じてシリンダ別燃料量を把握することができる。
即ち、燃焼解釈部４０は、図９の（ａ）に示すように、燃焼ガス温度線図のうち複数の地点（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）でシリンダ間の温度差を比較して各シリンダ別の燃料量の程度を把握し、これと共にＰＶ線図の面積を比較してシリンダ別燃料量の多少を判断することができる。さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、燃焼ガス温度線図から燃焼初期温度初付近（Ｂ１）のシリンダ別温度差、燃焼最高圧力（上死点後１５度地点）２５〜３０度の間で発生する燃焼最高温度（Ｔｍａｘ）付近（Ｂ２）のシリンダ別温度差及び燃焼後期温度付近（Ｂ３）のシリンダ別温度差を確認し、これをＰＶ線図の面積と共に比較して各シリンダ別の燃料量状態を判断することができる。
例えば、図８の燃焼最高温度付近を参照すると、６番シリンダの燃料量が他のシリンダに比べて相対的に多いことが確認されるが、燃焼初期温度付近と燃焼後期温度付近のシリンダ間の偏差が大きくないことが確認されるので、全体的に各シリンダの燃料量が良好な状態であると判断することができる。参考として、図８に対する解釈は、熱発生率線図とｄＰ線図のシリンダ別偏差が良好な状態であることを仮定した結果である。
また、燃焼解釈部４０は、燃焼ガス温度線図を熱発生率線図及びｄＰ線図と共に解釈して、エンジンのノッキング及びシリンダの後燃焼有無を判断することができる。さらに詳しくは、燃焼最高温度以後の膨脹過程の温度は後燃焼と関連があり、これにより燃焼解釈部４０は、燃焼最高温度と排気バルブが開かれる直前の各シリンダ間の線図差を確認して、これを熱発生率線図及びｄＰ線図と同時に分析することで、後燃焼を判断することができる。
例えば、図９の（ａ）を参照すると、燃焼ガス温度線図で燃焼最高温度付近（Ｂ２）のシリンダ間の偏差の大きいことが確認されるので、同一のクランク角度で熱発生率線図のシリンダ間偏差とｄＰ線図のシリンダ間偏差が大きい場合、燃焼解釈部４０は、全体的に各シリンダの燃料量が良好でない状態であると判断することができる。そして、図９の（ｂ）を参照すると、燃焼ガス温度線図で燃焼最高温度付近（Ｂ２）のシリンダ間の偏差は減ったが、燃焼後期温度付近（Ｂ３）のシリンダ間の偏差が大きいことが確認されるので、同一のクランク角度で熱発生率線図のシリンダ間偏差とｄＰ線図のシリンダ間偏差が大きい場合、燃焼解釈部４０は、特定のシリンダに後燃焼が発生した状態であると判断することができる。即ち、図９の（ｂ）を通じて、排気バルブが開かれる前にシリンダの間の温度差が非常に大きく表れていることを確認することができ、膨脹過程で２、５番シリンダは正常に膨脹過程が起きているが、１番シリンダは後燃焼が起きていることを確認することができる。
図１０の（ａ）は、シリンダ別の燃料噴射時点に差がある場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面であり、図１０の（ｂ）は、シリンダ別の燃料噴射時点が調整された場合の大型低速４ストロークエンジンのＰθ線図を示す図面であり、図１１は、燃料噴射時点が調整される前と後の瞬間速度変動線図を示す図面である。
図１０及び図１１を参照すると、燃焼解釈部４０は、瞬間速度変動線図及びＰθ線図を通じてシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断することができる。
さらに詳しくは、燃焼解釈部４０は、エンジンが定常状態である時、測定された基準瞬間速度変動線図とリアルタイムで測定された瞬間速度変動線図間の振動幅の差を確認し、これと共にＰθ線図の各シリンダ別の燃焼最高圧力の位置差を確認して、シリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断することができる。即ち、基準瞬間速度変動線図とリアルタイムで測定された瞬間速度変動線図間の振動幅の差が小さいほど、Ｐθ線図の各シリンダ別の燃焼最高圧力の位置偏差が減ることができる。
また、燃焼解釈部４０は、前記過程を通じて各シリンダの燃料噴射時点の一致有無、ミスファイア（ｍｉｓｓ ｆｉｒｅ）の発生有無、上死点の一致有無、エンジンの振動及び騷音の発生有無などをさらに把握することができる。
例えば、図１０の（ａ）及び図１１を参照すると、各シリンダの燃焼最高圧力地点間の偏差が大きく、調整前のエンジンの瞬間速度変動線図（図１１のＢｅｆｏｒｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）と基準瞬間速度変動線図（図示せず）間の振動幅が大きいことが確認されるので、燃焼解釈部４０は、各シリンダの燃料噴射時点に差があり、エンジンに振動及び騷音が基準値以上発生すると判断することができる。一方、図１０の（ｂ）及び図１１を参照すると、各シリンダ別の燃焼最高圧力地点がほぼ一致し、調整後のエンジンの瞬間速度変動線図（図１１の Ａｆｔｅｒ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）と基準瞬間速度変動線図間の振動幅が小さいことが確認されるので、燃焼解釈部４０は、各シリンダの燃料噴射時点及びエンジンの状態が正常であると判断することができる。参考として、基準瞬間速度変動線図は、直線または定常状態のエンジンを考慮して生成された波形の形状であることができる。
以下では、本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法（以下、「エンジンの燃焼状態判断方法」という）について説明する。
参考として、本エンジンの燃焼状態判断方法を説明するための各構成については、説明の便宜上、本燃焼分析装置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１２〜図１７は、本発明の実施例による大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法を示すフローチャートである。
図１及び図１２を参照すると、本エンジンの燃焼状態判断方法は、大型低速エンジンの燃焼分析装置１００を通じて行われる。
大型低速エンジンの燃焼分析装置１００は、一サイクル中のエンジンの燃焼分析を行い、詳しくは、各シリンダの個別燃焼圧力を検出する圧力センサー１０、クランクシャフトの回転角度を検出する角度センサー２０、圧力センサー１０及び角度センサー２０から検出された信号の入力を受け、入力を受けた信号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た後、各シリンダに対する燃焼実体積、圧力変動率、熱発生率、燃焼ガス温度及びエンジンの瞬間速度変動率を分析して複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示す燃焼分析部３０、及び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燃焼解釈部４０を含む。ここで、燃焼分析部３０を通じて表れる複数個の線図は、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示すＰθ線図、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、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、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、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及びクランクシャフトの回転角度別エンジンの瞬間速度に対する瞬間速度変動線図を含む。
以下、大型低速エンジンの燃焼分析装置１００（以下、「燃焼分析装置１００」という）を利用したエンジンの燃焼状態判断方法についてさらに詳しく説明する。
参考として、本エンジンの燃焼状態判断方法を通じて判断されたエンジンの燃焼状態は、線図間の比較結果によって不足、良好、過剰のいずれか一つの状態で判断されるか、有無状態などで判断されることができるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な方式に変更して適用されることができる。
先ず、燃焼分析装置１００は、Ｐθ線図、熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料の空燃比状態を判断する（Ｓ１００）。
さらに詳しくは、図１３を参照すると、燃焼分析装置１００は、Ｐθ線図及びｄＰ線図を通じて各シリンダ別の圧縮最高圧力（Ｐｍａｘ）及びシリンダ間の圧力上昇の差を確認することができる（Ｓ１１０）。ここで、測定されるエンジンが大型低速２ストロークエンジンの場合、圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）を共に確認することができる。そして、燃焼分析装置１００は、シリンダ間の圧力上昇の差からシリンダ間の残留ガスの差を確認することができる（Ｓ１２０）。即ち、燃焼室の圧力は、温度と掃気圧力で決まるため、同じ負荷における掃気圧力は同一であり、圧力上昇の程度が温度の差になる。従って、燃焼室内に残留ガスが多く残っているシリンダは、圧力が速く上昇するため、燃焼圧力の上昇程度の差を通じて各シリンダ別の燃焼室内の残留ガスの程度の差を確認することができる。そして、燃焼分析装置１００は、熱発生率線図を通じてシリンダ間の熱発生率の差を確認し（Ｓ１３０）、燃焼ガス温度線図を通じてシリンダ間の燃焼ガスの差を確認することができる（Ｓ１４０）。そして、燃焼分析装置１００は、シリンダ間の残留ガスの差、シリンダ間の熱発生率の差及びシリンダ間の燃焼ガスの差を互いに比較し、これらの間の対応程度を確認して各シリンダ別の燃料の空燃比状態を判断することができる（Ｓ１５０）。
再び図１２を参照すると、燃焼分析装置１００は、ＰＶ線図及び熱発生率線図を通じて各シリンダ別の燃料噴射状態及び燃料消耗状態を判断する（Ｓ２００）。
さらに詳しくは、図１４を参照すると、燃焼分析装置１００は、ＰＶ線図を通じてシリンダ間の出力の差を確認し（Ｓ２１０）、熱発生率線図を通じて各シリンダの燃料点火時点及び燃料消化時点を把握することができる（Ｓ２２０）。参考として、燃焼分析装置１００は、熱発生率線図で熱がマイナス（−）になってからプラス（＋）となる地点を通じて各シリンダ別の燃料点火時点を把握し、熱がプラスになってからマイナスとなる地点を通じて各シリンダ別の燃料消化時点を把握することができる。そして、燃焼分析装置１００は、各シリンダの燃料点火時点から各シリンダ別の燃料の点火遅延期間を把握し（Ｓ２３０）、各シリンダ別の燃料の点火遅延期間から各シリンダの吸気温度と圧力を導出して各シリンダの燃料噴射時点を把握することができる（Ｓ２４０）。即ち、燃料の点火遅延期間は、同じ負荷で同一であるため、各シリンダの点火時点の差は、燃料噴射時点の差になることができる。そして、燃焼分析装置１００は、各シリンダの燃料点火時点及び燃料消化時点間の面積を計算して、各シリンダの燃料消耗量を算出することができる（Ｓ２５０）。参考として、熱発生率線図の面積は、Ｋｃａｌ／ｄｅｇの単位で計算され、これを燃料の低位発熱量と制動馬力（ＢＨＰ）で計算すると、各シリンダの燃料消耗量を算出することができる。そして、燃焼分析装置１００は、各シリンダの燃料噴射時点を互いに比較して各シリンダ別の燃料噴射状態を判断し、各シリンダの燃料消耗量を互いに比較して各シリンダ別の燃料消耗状態を判断することができる（Ｓ２６０）。
再び図１２を参照すると、燃焼分析装置１００は、ＰＶ線図及び燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料量状態を判断する（Ｓ３００）。
さらに詳しくは、図１５を参照すると、燃焼分析装置１００は、ＰＶ線図を通じてシリンダ間の出力の差を確認し（Ｓ３１０）、燃焼ガス温度線図を通じてシリンダ間の燃焼最高温度（Ｔｍａｘ）周辺の温度の差を確認することができる（Ｓ３２０）。例えば、燃焼分析装置１００は、燃焼最高圧力（上死点後１５度地点）２５〜３０度の間で発生する燃焼最高温度付近の温度値の程度差を通じて各シリンダ別の燃料量の差を把握することができる。そして、燃焼分析装置１００は、シリンダ間の出力の差及びシリンダ間の燃焼最高温度周辺の温度の差を比較して、各シリンダ別の燃料量状態を判断することができる（Ｓ３３０）。
再び図１２を参照すると、燃焼分析装置１００は、ｄＰ線図、熱発生率線図及び燃焼ガス温度線図を通じてエンジンのノッキング及び各シリンダの後燃焼を判断する（Ｓ４００）。
さらに詳しくは、図１６を参照すると、燃焼分析装置１００は、ｄＰ線図を通じて燃焼最高圧力以後のシリンダ間の圧力の差を確認することができる（Ｓ４１０）。そして、燃焼分析装置１００は、熱発生率線図を通じてｄＰ線図と対応する地点（クランク角度が同一の地点）のシリンダ間の熱発生率の差を確認し（Ｓ４２０）、燃焼ガス温度線図を通じて燃焼最高温度以後のシリンダ間の燃焼ガス温度の差を確認することができる（Ｓ４３０）。そして、燃焼分析装置１００は、シリンダ間圧力の差、シリンダ間の熱発生率の差及びシリンダ間の燃焼ガス温度の差を比較して、エンジンのノッキング及び各シリンダの後燃焼を判断することができる（Ｓ４４０）。即ち、燃焼分析装置１００は、燃焼最高温度以後の膨脹過程の温度差（燃焼最高温度と排気バルブが開かれる直前の各シリンダ間の温度差）を同一地点における各シリンダ間の熱発生率の差及び圧力の差と同時に分析することで、後燃焼を把握することができる。
再び図１２を参照すると、燃焼分析装置１００は、瞬間速度変動線図及びＰθ線図を通じてシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断する（Ｓ５００）。
さらに詳しくは、図１７を参照すると、燃焼分析装置１００は、瞬間速度変動線図と基準瞬間速度変動線図を比較して振動幅の差を確認し（Ｓ５１０）、Ｐθ線図を通じてシリンダ間の燃焼最高圧力の位置差を確認することができる（Ｓ５２０）。そして、燃焼分析装置１００は、振動幅の差及びシリンダ間の燃焼最高圧力の位置差を比較してシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断することができる（Ｓ５３０）。これを通じて、燃焼分析装置１００は、各シリンダの燃料噴射時点の一致有無、ミスファイア（ｍｉｓｓ ｆｉｒｅ）の発生有無、上死点の一致有無、エンジンの振動及び騷音の発生有無などを把握することができる。
一方、本エンジンの燃焼状態判断方法は、 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、本エンジンの燃焼状態判断方法は、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、複数個の線図を提供して多様な方式でエンジンの燃焼分析を行い、これを通じてエンジンの燃焼状態を解釈することで、正確なエンジンの燃焼状態が点検可能であり、これを通じてエンジンを最適な状態で維持してエンジンの寿命及び燃料消費率を向上させることができる。
また、多様な複数個の線図を生成し、これを利用してエンジンの燃焼状態を分析することで、従来の船舶エンジンモニタリング装置に比べてさらに正確なエンジンの分析が可能であり、追加点検のために発生するその他の不要な作業を排除して作業工程及び作業時間を最小化することができる。
また、外部点検機関あるいは外部点検装置を利用せずに、複数個の線図を通じて自体的にエンジンの燃焼状態を確認することができ、持続的なエンジンの維持管理が可能であり、整備時期を自体的に判断可能で費用を節減することができる。
また、数式を利用して複数個の線図を生成し、これを通じてエンジンの状態を解釈することができ、大型低速２ストロークエンジン及び大型低速４ストロークエンジンに全て適用可能であり、活用性及び効率性が増大されることができる。

Claims (10)

  1. 一サイクル中のエンジンの燃焼分析を行う大型低速エンジンの燃焼分析装置であって、
    外部から入力を受け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た後、前記各シリンダに対する燃焼実体積、圧力変動率、熱発生率及び燃焼ガス温度を分析して複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示す燃焼分析部を含み、
    前記複数個の線図は、
    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燃焼圧力を示すＰθ線図と、
    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線図と、
    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線図と、
    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熱発生率を示す熱発生率線図と、
    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ガス温度を示す燃焼ガス温度線図と、
    を含む大型低速エンジンの燃焼分析装置。
  2. 前記燃焼分析部は、
    下記の数式１及び２によっ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実体積を計算する請求項１に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［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であり、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×ｂｏｒｅ２／４である）。
    ［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である）。
  3. 前記燃焼分析部は、
    下記の数式３によっ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を計算する請求項１または２に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［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である）。
  4. 前記燃焼分析部は、
    下記の数式４、５及び６によっ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熱発生率を計算する請求項１から３のいずれか一項に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［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は比熱比である）。
    ［数式５］
    （ここで、Ｃ０＝１．４３７３、Ｃ１＝−１．３１８×１０−４、Ｃ２＝３．１２×１０−８、Ｃ３＝−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である）。
    ［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×ｂｏｒｅ２／４、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である）。
  5. 前記燃焼分析部は、
    下記の数式７によっ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ガス温度を計算する請求項１から４のいずれか一項に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［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である）。
  6. 前記数式７のガス重量Ｇは、下記の数式８によって計算される請求項５に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［数式８］
    （ここで、Ｐは初期圧力、Ｖは燃焼実体積、Ｔは初期温度、ｖｅはエンジンの吸入空気充填効率であり、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）。
  7. 前記燃焼分析部は、前記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請求項１から６のいずれか一項に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
  8. 前記燃焼分析部は、
    下記の数式９によって前記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する請求項７に記載の大型低速エンジンの燃焼分析装置。
    ［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である）。
  9. エンジンの燃焼状態を分析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、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、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、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熱発生率を示す熱発生率線図、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ガス温度を示す燃焼ガス温度線図及び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大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法であって、
    前記Ｐθ線図、前記熱発生率線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料の空燃比状態を判断する段階と、
    前記ＰＶ線図及び前記熱発生率線図を通じて各シリンダ別の燃料噴射状態及び燃料消耗状態を判断する段階と、
    前記ＰＶ線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じて各シリンダ別の燃料量状態を判断する段階と、
    前記ｄＰ線図、前記熱発生率線図及び前記燃焼ガス温度線図を通じてエンジンのノッキング及び各シリンダの後燃焼を判断する段階と、
    前記瞬間速度変動線図及び前記Ｐθ線図を通じてシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無を判断する段階とを含む大型低速エンジンの燃焼分析装置を利用したエンジンの燃焼状態判断方法。
  10. 請求項９の方法をコンピュータで実行するためのプログラム。
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