KR100292876B1 - Method for measuring moment of rotating inertia in engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 엔진의 회전 관성 모멘트 측정 방법에 관한 것으로써, 상세하게는 엔진을 분해하지 않고 실린더 압력 및 엔진의 속도를 측정함으로써 실험적으로 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정할 수 있게 하는 엔진의 회전 관성 모멘트 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring the rotational moment of inertia of an engine, and in detail, by measuring the cylinder pressure and the speed of the engine without disassembling the engine, it is possible to experimentally measure the rotational moment of inertia of the engine. It relates to a measuring method.
일반적으로 엔진의 회전 관성 모멘트는 실린더의 압력으로 발생하는 엔진의 토크에 대한 결과치이며, 이는 실린더압을 크랭크 각 기준으로 측정한 실린더의 평균 압력으로부터 일정한 관계식을 통해 계산하게 된다.In general, the rotational moment of inertia of the engine is a result of the torque of the engine generated by the pressure of the cylinder, which is calculated through a constant relationship from the average pressure of the cylinder measured by the crank angle.
또한, 실린더의 평균 압력은 도시 평균 압력(IMEP)과 펌핑 평균 압력(PMEP)과 제동 평균압력(BMEP)과 마찰 평균 압력(FMEP)으로 구분되며 구분된 여러 평균압력을 관계식에 적용하면 원하는 측정 값을 산출 할 수 있게 된다.In addition, the average pressure of the cylinder is divided into the city average pressure (IMEP), the pumping average pressure (PMEP), the braking average pressure (BMEP), and the friction average pressure (FMEP). Can be calculated.
또한, 일반적으로 실린더의 압력을 측정하기 위하여 사용되는 스파크 플러그형 압전 센서는 스파크 플러그에 부착되어 스파크 플러그와 함께 엔진에 결합됨으로써 엔진 실린더 내의 압력을 측정할 수 있게 한다.In addition, a spark plug type piezoelectric sensor, which is generally used to measure the pressure of the cylinder, is attached to the spark plug to be coupled to the engine with the spark plug to measure the pressure in the engine cylinder.
또한, 제동 평균 압력은 다이나모 메타로부터 측정 할 수 있다.In addition, a braking average pressure can be measured from dynamo meta.
하지만, 엔진의 각 실린더에 대한 펌핑 평균압력을 구하려면 흡배기 과정의 압력 선도가 필요하게 되는데 상기 스파크 플러그형 압전 센서는 저압 영역에서 낮은 해상도와 압전 센서의 온도차이 때문에 신빙성 있는 값을 얻지 못하게 하고, 실차 상태에서는 엔진의 마찰 평균 압력을 측정할 마땅한 방법을 찾지 못하였다.However, to obtain the pumping average pressure for each cylinder of the engine, a pressure curve of the intake and exhaust process is required, and the spark plug type piezoelectric sensor prevents obtaining reliable values due to the low resolution in the low pressure region and the temperature difference between the piezoelectric sensors. In a real vehicle situation, no suitable way to measure the average friction pressure of the engine was found.
따라서, 종래에는 상기와 같은 여러 문제에 의해 엔진의 회전 관성 모멘트를 얻기위한 체계적인 연구 방법이 제시되지 못하였으며, 일부에서는 도면에 의한 수치 계산으로 회전 관성 모멘트를 산출하였지만 연산 방법이 복잡하고 계산 방법에 따라 오차를 크게 발생하였으며, 얻어진 결과를 충분하게 검증하지 못함으로써 관련 분야의 연구에 여러 어려움을 발생하였다.Therefore, conventionally, a systematic research method for obtaining the rotational moment of inertia of the engine has not been proposed due to the above problems. In some cases, the rotational moment of inertia is calculated by numerical calculation according to the drawings, but the calculation method is complicated and As a result, a large error was generated and various difficulties were found in related fields because the obtained results were not sufficiently verified.
즉, 종래에는 엔진의 회전 관성 모멘트를 실차로부터 얻기 위한 체계적인 연구 및 측정 방법이 제시되지 못하였으며, 도면으로부터 계산되어진 엔진의 회전 관성 모멘트는 계산과정이 복잡하고 얻어진 결과를 충분하게 검증하지 못함으로써 관련 분야의 연구에 어려움을 초래하는 문제점이 있었다.That is, in the related art, a systematic research and measurement method for obtaining the rotational moment of inertia of an engine from a real vehicle has not been presented, and the rotational moment of inertia of an engine calculated from the drawings is complicated and does not sufficiently verify the results obtained. There was a problem that caused difficulties in the field of research.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로써, 다양한 측정 기준에 따른 엔진의 회전 관성 모멘트를 실차로부터 측정가능 하게 하는 방법을 제시함으로써 관련 분야의 연구는 물론 엔진의 동특성 및 동력 성능과 전후 진동 방향 등의 연구에 획기적으로 기여 할 수 있게 하는 엔진의 회전 관성 모멘트 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, by presenting a method for measuring the rotational inertia moment of the engine according to various measurement criteria from the actual vehicle, as well as in the related fields as well as the dynamic characteristics of the engine and The purpose is to provide a method of measuring the moment of rotational inertia of an engine that can significantly contribute to the study of power performance and vibration direction.
도 1 은 본 발명이 적용된 시험 장비 및 구성을 도시한 시험 상태도.1 is a test state diagram showing the test equipment and configuration to which the present invention is applied.
도 2 는 본 발명의 회전 관성 모멘트를 측정하기 위한 전제 조건으로 도시 평균 압력과 제동 평균 압력과의 관계를 도시한 그래프 및 관계식.2 is a graph and a relation showing the relationship between the average pressure and the braking average pressure as a precondition for measuring the rotational moment of inertia of the present invention.
도 3 은 본 발명에 따라 엔진의 아이들시 엔진 회전수에 따른 도시 평균 압력을 도시한 그래프 및 관계식.3 is a graph and a relational diagram showing the average city pressure according to the engine speed when the engine is idle according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의해 질량 관성 모멘트가 측정된 결과 및 이론 값이 비교 도시된 그래프.Figure 4 is a graph showing the comparison between the results and theoretical values measured mass moment of inertia by the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 **** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings **
10 : 엔진 20 : E.C.U.10: engine 20: E.C.U.
30 : 챠지 앰프 40 : 트랜스미션30: charge amplifier 40: transmission
50 : (링 기어의) 씨피 센서(CP senser)50: CP senser (of ring gear)
60 : 데이터 획득(DSP) 70 : 컴퓨터(PC)60: Data Acquisition (DSP) 70: Computer (PC)
80 : 휠 스피드 메타 90 : 조작 회로부(DVIDING CIRCUIT)80: wheel speed meta 90: operation circuit (DVIDING CIRCUIT)
100 : 휠100: Wheel
따라서, 본 발명은 예시된 도 1과 같이 구성된 측정 장비 및 설비로부터 실린더의 여러 평균 압력을 측정 및 산출하여 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정 할 수 있게 하되, 플러그에 부착된 압전 센서를 통해 도시 평균 압력 및 그 합계를 검출하고 다이나모메타를 통해 제동 평균 압력을 검출하여 관계되는 각각의 관계식을 통해 그 기울기 및 상수를 산출함으로써 도시 평균 압력과 제동 평균 압력의 상관 관계를 연구하는 전제 단계와, 상기 전제 단계에서 분석된 결과를 기초하여 엔진에 부하가 없는 무부하 상태 즉 아이들 상태에서의 도시 평균 압력의 합을 검출하고 얻어진 결과와 관계식을 통해 제동 토크를 계산하는 제동 토크 계산 단계와, 상기 전제 단계 및 제동 토크 계산 단계에서 얻어진 결과와 연소압에 의해 생성된 토크의 전달과정 및 과도상태에서 개입되는 엔진의 관성향을 기준하고 해당 관계식을 통해 엔진의 회전 관성 모멘트를 계산하는 회전 관성 모멘트의 계산 단계와, 상기 분석된 회전 관성 모멘트를 기초하고 무부하 상태에서 엔진을 가속함으로써 각 회전수별로 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정하며 관계식을 통해 이론적인 회전 관성 모메트를 산출함으로써 이를 비교 및 분석하는 비교/분석 단계를 포함하여 구성하는 것을 그 특징으로 한다.Accordingly, the present invention is to measure and calculate the various average pressure of the cylinder from the measurement equipment and equipment configured as shown in Figure 1 to measure the rotational moment of inertia of the engine, but through the piezoelectric sensor attached to the plug shown in the average And a preliminary step of studying the correlation between the city average pressure and the braking mean pressure by detecting the sum and detecting the braking average pressure through the dynameta and calculating the slope and the constant through the respective relational expressions. A braking torque calculation step of detecting a sum of city average pressures in an unloaded state, i.e., in an unloaded state without an engine, and calculating a braking torque based on a result and a relational expression; The transient and transient transmission of torque generated by the results obtained in the calculation step and the combustion pressure Calculating the rotational moment of inertia based on the inertia of the engine involved in the calculation and calculating the rotational moment of inertia through the relation, and accelerating the engine under no load based on the analyzed moment of inertia for each revolution It is characterized in that it comprises a comparison / analysis step of measuring the rotational moment of inertia of the engine and comparing and analyzing it by calculating the theoretical rotational moment of inertia through a relationship.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 방법에 대하여 예시한 도면을 참조하여 단계별로 설명하면 다음과 같다.When described step by step with reference to the drawings illustrating a method of the present invention for achieving the above object is as follows.
예시된 도면의 도 1 은 본 발명이 적용된 시험 장비 및 구성을 도시한 시험 상태도이며, 도 2 는 본 발명의 회전 관성 모멘트를 측정하기 위한 전제 조건으로 도시 평균 압력과 제동 평균 압력과의 관계를 시험 결과로부터 작성한 그래프 및 해당되는 관계식이며, 도 3 은 본 발명에 따라 엔진의 아이들시(무부하시) 얻어진 엔진 회전수에 따른 도시 평균 압력의 시험 결과와 결과를 토대로 5차식에 의해 피팅(fitting)된 그래프 및 해당되는 관계식이며, 도 4는 본 발명에 의해 질량 관성 모멘트가 측정된 결과와 이론값이 비교 도시된 그래프이다.Figure 1 of the illustrated drawings is a test state diagram showing the test equipment and configuration to which the present invention is applied, Figure 2 is a prerequisite for measuring the rotational moment of inertia of the present invention to test the relationship between the average pressure and the average braking pressure Fig. 3 shows a graph prepared from the results and a corresponding relation, and Fig. 3 is fitted by a fifth order based on the test results and results of the city average pressure according to the engine speed obtained at idle (no load) of the engine according to the present invention. Figure 4 is a graph and corresponding relations, Figure 4 is a graph showing the comparison between the theoretical value and the result of measuring the mass moment of inertia by the present invention.
즉, 본 발명은 예시된 도 1과 같이 구성된 측정 장비 및 설비로부터 실차에 대한엔진 실린더의 여러 평균 압력을 측정 및 산출하여 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정 할 수 있게 하되, 그 전제 조건으로 플러그에 부착된 압전 센서를 통해 도시 평균 압력 및 그 합계를 검출하게 하고, 다이나모메타를 통해 제동 평균 압력을 검출하며, 검출된 각각의 결과와 해당되는 여러 관계식을 통해 그 기울기 및 상수를 산출함으로써 도시 평균 압력과 제동 평균 압력의 상관 관계를 연구하는 전제 단계를 갖는다.That is, the present invention is to measure and calculate the various average pressure of the engine cylinder for the actual vehicle from the measurement equipment and equipment configured as shown in FIG. 1 to measure the rotational moment of inertia of the engine, attached to the plug as a precondition The average piezoelectric sensor is used to detect the average urban pressure and its sum, the average brake pressure is detected through the dynamometer, and the slope and the constant are calculated from each detected result and various relations. It has a premise stage to study the correlation of braking mean pressure.
상기 전제 단계에서 검출하는 도시 평균 압력(IMEP : indicated mean effective presser)과 제동 평균 압력(BMEP : break mean effective presser)은 다음과 같은 관계식에 의하여 그 기울기 및 그 상수가 구체화된다.The indicated mean effective presser (IMEP) and break mean effective presser (BMEP) detected in the preliminary step are specified in terms of their slopes and constants by the following relationship.
b=atIMEPgross.idleb = atIMEPgross.idle
BMEP=at(IMEPgross-IMEPgross.idle)BMEP = at (IMEPgross-IMEPgross.idle)
따라서, 실차 상태에서는 예시된 도 2보다 상수 b가 증가하지만 기울기 a는 변화가 없을 것이라는 것을 알 수 있으며, 무부하 IMEP_gross(즉,BMEP=0)를 특정하면 2번째 식과 같이 대상에서보다는 큰 상수 b를 구할 수 있으며, 엔진의 제동토크를 3번째 식으로 계산 할 수 있게 된다.Therefore, it can be seen that in the real vehicle state, the constant b increases but the slope a will not change than illustrated in FIG. 2, and specifying a no-load IMEP_gross (i.e., BMEP = 0) gives a larger constant b than in the target as in the second equation The braking torque of the engine can be calculated by the third equation.
또한, 상기 전제 단계에서 분석된 결과를 기초하여 엔진에 부하가 없는 무부하 상태 즉 아이들 상태에서의 도시 평균 압력의 합을 검출하고, 얻어진 결과와 해당 관계식을 통해 제동 토크를 계산하는 제동 토크 계산 단계를 갖는다.Also, a braking torque calculation step of detecting the sum of the average city pressures in the no-load state, i.e., the state where there is no load on the engine, based on the result analyzed in the preliminary step, and calculating the braking torque through the obtained result and the relational expression Have
상기 제동 토크 계산 단계는 무부하 상태에서 도시 평균 압력의 합계를 측정하는 것으로, 무부하 상태는 클러치만 밟아주면 쉽게 만들 수 있으며 엔진 속도는 액셀 페달로 조정하게 되며, 엔진의 속도가 일정하게 유지되면 측정을 실시하여 그 결과를 예시된 도 3과 같이 얻을 수 있으며, 각 데이터의 포인트는 50 사이클의 평균 값이며, 실선은 얻어진 결과로부터 5차식에 의해 피팅(fitting)한 것이며, 아이들 상태의 도시 평균 압력의 합을 엔진 속도의 함수로 계산하는데 사용하게 되며, 이 값과 대상 시험 결과인 도 2에서의 피팅(fitting)한 식의 기울기인 1.08을 3번째 식에 대입하면 제동 평균 압력을 구할 수 있다.The braking torque calculation step is to measure the sum of the average city pressure in the no-load state, the no-load state can be easily made by stepping on the clutch only, the engine speed is adjusted by the accelerator pedal, the measurement is made when the engine speed is kept constant The results can be obtained as shown in Fig. 3, where the points of each data are the average values of 50 cycles, and the solid line is fitted by the fifth order from the obtained results, The sum is calculated as a function of engine speed, and the braking average pressure can be found by substituting this value and the slope of the fitted equation in Fig. 2, the test result, in the third equation.
상기 3번째 식에서 제동 평균 압력을 구하면 다음의 수학식 2에서 엔진의 브레이크 토크를 계산 할 수 있다.When the braking average pressure is obtained from the third equation, the brake torque of the engine can be calculated by the following equation (2).
또한, 상기 전제 단계 및 제동 토크 계산 단계에서 얻어진 결과와 연소압에 의해 생성된 토크의 전달과정 및 과도상태에서 개입되는 엔진의 관성향을 기준하고 해당 관계식을 통해 엔진의 회전 관성 모멘트를 계산하는 회전 관성 모멘트의 계산 단계를 갖는다.In addition, the rotation based on the result obtained in the preliminary step and the braking torque calculation step, the torque transfer process generated by the combustion pressure, and the inertia of the engine involved in the transient state, and calculating the rotational inertia moment of the engine through the relational expression. Has a step of calculating the moment of inertia.
상기 회전 관성 모멘트의 계산 단계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.The calculation step of the rotational moment of inertia will be described in detail as follows.
매뉴얼 차량에서 클러치로 토크가 전달되는 과정을 보면 실린더 연소압에 의해 생성된 토크는 정상 상태일 경우 일부 마찰로 빠져 나가고 나며지 토크가 클러치로 전달된다. 과도 상태에서는 여기에 엔진의 관성향이 들어가게 된다. 이를 수식으로표현하면 다음과 같다.When the torque is transmitted from the manual vehicle to the clutch, the torque generated by the cylinder combustion pressure is released by some friction in the normal state, and the torque is transmitted to the clutch. In transient state, this is the inertia of the engine. If this is expressed as an expression, it is as follows.
Tbrake: 엔진의 제동 토크 IE: 엔진의 회전 관성 모멘트T brake : Engine braking torque I E : Engine moment of inertia
a : 엔진의 각가속도 Tclutch: 클러치로 전달되는 토크a: Angular acceleration of the engine T clutch : Torque transmitted to the clutch
클러치 페달을 밟은 상태에서는 토크의 전달이 없기 때문에 상기 식의 우항이 0이되어 엔진의 제동 토크와 각가속도만 알면 엔진의 회전 관성 모멘트를 계산 할 수 있다. 상기 수학식 2에서 구한 엔진 토크는 사이클 평균값이기 때문에 상기 식을 아래의 식과 에너지 방정식으로 재구성하여 한 사이클 마다 엔진의 관성을 구할 수 있다.Since no torque is transmitted when the clutch pedal is pressed, the right inertia of the above equation becomes 0, so that only the braking torque and the angular acceleration of the engine can be known to calculate the rotational moment of inertia of the engine. Since the engine torque obtained in
BMEPi=1.08t(IMEPi,1gross+IMEPi,2gross+IMEPi,3gross+IMEPi,4gross-4tIMEPgross,idle)BMEPi = 1.08t (IMEPi, 1gross + IMEPi, 2gross + IMEPi, 3gross + IMEPi, 4gross-4tIMEPgross, idle)
Ti,brake: 사이클 평균 엔진 제동 토크 Ω1,Ω2: 사이클의 시작 및 끝의 엔진 속도T i, brake : Cycle average engine braking torque Ω 1 , Ω 2 : Engine speed at the beginning and end of the cycle
IMEPi,k_gross: K 번 실린더의 GROSS IMEPIMEP i, k_gross : GROSS IMEP of cylinder K
또한, 상기 분석된 회전 관성 모멘트를 기초하고 무부하 상태에서 엔진을 가속함으로써 각 회전수별로 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정하며 관계식을 통해 이론적인 회전 관성 모멘트를 산출함으로써 이를 비교 및 분석하는 비교/분석 단계를 갖는다.In addition, a comparison / analysis step of measuring the rotational inertia moment of each engine by the number of revolutions based on the analyzed rotational moment of inertia and accelerating the engine under no load, and comparing and analyzing the theoretical moment of inertia by calculating a theoretical rotational moment of inertia through a relational equation. Has
이는 상기의 전단계에서와 같이 클러치를 밟은 상태에서 엔진을 가속시키면서(액셀 페달을 밟는다)측정을 수행하면 예시된 도 4와 같은 측정치 및 계산치를 구할 수 있다. 그림에서 각 사이클 마다 측정상의 오차로 인하여 관성 모멘트 값의 변이가 있음을 알 수 있으며 평균치 대비 ±2%의 오차율을 보이며 평균치는 0.175kg.m2이다.This can be obtained by measuring and calculating the values shown in FIG. 4 by performing the measurement while accelerating the engine (pressing the accelerator pedal) while pressing the clutch as in the previous step. Figure in each cycle due to an error on the measurement of the moment of inertia variation can be seen, and showed the error of ± 2% compared to the average mean is 0.175kg.m 2.
따라서, 본 발명의 방법을 이용하여 엔진의 회전 관성 모멘트를 측정할 수 있게 됨으로써 측정된 값을 다양한 연구에 사용하여 엔진의 동특성 및 동력 성능을 연구 할 수 있게 되고, 엔진의 전후 진동 방향 등을 구별 할 수 있게 된다.Therefore, the rotational moment of inertia of the engine can be measured using the method of the present invention, so that the measured values can be used in various studies to study the dynamic characteristics and power performance of the engine, and to distinguish the engine's front and rear vibration directions. You can do it.
이와 같이 본 발명에 따른 엔진의 회전 관성 모멘트의 측정 방법은 도면을 통해 계산하던 종래의 회전 관성 모멘트보다는 오차를 줄일수 있으며 계산 방법 및 과정이 프로세싱 됨으로써 시험자를 편리하게 하며, 이론값과 시험의 결과값을 그래프로 비교 할 수 있게 됨으로써 엔진의 여러 특성을 다양한 각도에서 용이하게 파악되게 하여 여러분야의 엔진 연구에 기여하게 된다.As described above, the method of measuring the rotational inertia moment of the engine according to the present invention can reduce the error than the conventional rotational inertia moment calculated through the drawings, and the calculation method and the process are processed to facilitate the tester, and the theoretical values and the results of the test. Being able to compare the values graphically makes it easy to identify the various characteristics of the engine from various angles, contributing to your engine research.
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