KR101180410B1 - 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조를 이용하여 디젤엔진이나 가스엔진 및 가솔린엔진 등과 같은 내연기관을 운전하는 도중에 발생할 수 있는 실화를 검출함과 아울러 다기통 엔진에서 실화가 발생한 실린더까지 검출할 수 있도록 한 내연기관의 실화 검출방법 및 장치에 관한 것으로서,
내연기관의 실화 검출방법은, 기관 회전축의 회전각속도와 기준 실린더의 상사점 위치를 검출하는 단계와; 회전각속도에 따른 회전 주파수와 기관의 회전속도에 따른 주파수를 비교하여 실화 발생 여부를 판단하는 단계와; 실화 발생이 확인되면 회전각속도에 따른 신호 중 기관의 회전속도에 해당하는 주파수만 통과하도록 필터링하는 단계와; 기준 실린더의 상사점 위치에 따른 펄스신호를 실린더의 수만큼 분할한 후 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치에 대응되는 위치의 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
내연기관의 실화 검출장치는, 기관 회전축의 회전각속도 및 기준실린더의 상사점 위치를 각각 검출하는 검출부(10)와; 검출부(10)에서 감지된 회전각속도 신호와 기준실린더의 상사점 신호를 분석 및 처리하여 실화 발생 여부를 판단하고 실화 발생 실린더를 검출하는 신호처리부(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 신호처리부(20)는, 회전각속도 검출부(11)에 의해 검출된 펄스신호를 시간 영역과 주파수 영역에서 분석 및 처리하여 피크치를 나타내는 주파수의 변화에 따라 실화 발생 여부를 판단함과 아울러 기준실린더 검출부(12)에 의해 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할하여 각 실린더의 상사점 위치에 대응하도록 매치한 후, 밴드패스필터 신호의 피크치 위치에 매칭된 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하게 된다.
이에 따라 내연기관에서의 실화 발생 여부는 물론 실화 발생 실린더를 조기에 검출하여 미리 대비하도록 함으로써 내연기관의 정지와 같은 큰 사고를 예방할 수 있음은 물론 기관의 내구 수명을 증대시킬 수 있게 된다.

Description

내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치{Detecting Method and Device of Misfiring in Internal Combustion Engines }

본 발명은 디젤엔진이나 가스엔진 및 가솔린엔진 등과 같은 내연기관을 운전하는 도중에 발생할 수 있는 실화를 검출할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 간단한 구조를 이용하여 실화의 발생 여부는 물론 실화가 발생한 실린더까지 검출할 수 있도록 한 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치에 관한 것이다.

현재 지구상에서 운용되고 있는 내연기관으로는 디젤엔진과 가스엔진 및 가솔린엔진 등이 있으며, 각 기관들이 동력을 얻는 방식은 기관의 종류에 따라 상이하다. 그러나 이들 내연기관들이 동력을 얻는 과정에는 공통적으로 연소라는 과정이 포함되며, 이들 기관의 연소 특성은 해당 기관의 성능에 커다란 영향을 끼치게 된다.

한편, 대부분의 내연기관에서는 운전 도중 어떤 이유에서인지 연소가 일어나지 않는 현상이 발생하기도 하는데, 이러한 현상을 실화(Misfiring)라 한다. 이러한 실화가 발생하게 되면 기관의 운전 과정에서 여러 가지 악영향이 발생한다. 먼저, 발생 토크가 저하되어 운전성능이 감소하고, 연료의 불완전 연소에 따라 환경유해물질의 배출량이 증가하며, 크랭크샤프트(Crankshaft)나 중간축(Intermediate Shaft) 및 플렉시블 커플링(Flexible Coupling) 등과 같은 여러 가지 축계 요소(Crankshaft, Intermediate Shaft, Flexible Couplings)의 손상 가능성이 증대된다. 그 중에서도 축계 요소의 치명적 손상은 기관의 운전 중단으로 이어지기 때문에, 실화 발생시 따르는 위험 및 악영향을 최소화하기 위한 노력이 절실히 요구되고 있다.

이와 관련하여 선박용 디젤엔진의 경우에는 축계 장치의 설계단계에서부터 실화를 가정한 후 사전 계산을 수행하여 그 영향이 허용 범위 내에 있는 지 사전에 예측하고, 일부 선급 규정에서는 해상 시운전을 할 때 임의로 기관을 실화에 노출시켜 그 위험 및 안정도를 판단하게 하는 등 여러 가지 규제가 진행되고 있다. 게다가 최근에는 교토 협약 및 탄소 배출권 규제 등과 같이 각종 국제환경규제가 발표되고 있으며, 이에 따라 선박의 경우에도 배출가스 규제에 대응해야 한다. 그런데 선박이 기관에서 실화가 발생할 경우에는 기관의 배출가스가 이러한 규제를 초과하는 현상을 초래하게 되므로, 실화 발생을 최소화해야 한다.

그리고 실화발생은 기관의 정비효율에도 영향을 미치게 되므로 실화 발생으로 기관의 지속적인 운전이 어려운 경우에는 긴급하게 실린더를 교체해야 한다. 그런데 최근에 사용되고 있는 일반적인 내연기관에서는 4개 이상의 실린더를 포함하고 있는 경우가 대부분이므로, 실화 발생 실린더를 빠르게 찾을 필요가 있고, 어떤 실린더에서 실화가 발생하였는지 불분명한 경우에는 모든 실린더에 대한 전수검사를 통해 실화 발생 실린더를 찾고 있다. 이에 따라 정비시간이 길어지고 기관의 운전 재개 시간이 지연되는 등 여러 가지 문제가 발생한다. 따라서, 내연기관의 안정적인 운전을 위해서는 실화 및 실화발생 실린더를 조기에 검출하여 운전자로 하여금 즉각적으로 대응할 수 있도록 할 필요가 있다.

이러한 실화 검출과 관련한 연구는 주로 자동차 엔진 분야에서 활발하게 이루어져왔다. 이와 관련하여 미국 캘리포니아 주에서는 운행 중인 자동차에 대하여 의무적으로 엔진의 실화를 검출할 수 있는 알고리즘이 탑재된 제어부를 장착하도록 규제(OBD-Ⅱ)하고 있으나, 다른 분야에서는 기관의 실화와 관련한 강제적인 조항이 없는 실정이다.

다만, 선박용 디젤엔진의 경우에는 축계 이음요소인 플렉시블 커플링 또는 비틀림감쇠장치인 바이브레이션 댐퍼(Vibration Damper) 등의 제작업체에서 자신들의 제품에 대한 안정성을 모니터링(Monitoring)하기 위한 장치에 옵션(Option)으로 실화검출 기능을 추가하는 경우도 있다. 그러나, 실제로 실화 검출 기능이 있는 장치가 부착되는 사례가 드물고 정상적인 실화 검출이 가능한 지에 대해서도 아직까지는 확인되지 않고 있는 실정이다.

실화를 검출하기 위해서는 기관의 연소실에 직접 압력센서를 부착하여 연소압력을 직접 모니터링하는 것이 가장 신뢰성이 높다 할 수 있지만, 압력센서가 고온/고압의 연소환경에 노출되어야 함을 감안할 때 압력센서의 수명 문제와 비용문제가 발생한다. 이에 따라 직접적인 방식 대신에 간접적으로 실화를 검출할 수 있는 방법이 주로 연구되고 있으며, 이때 실화 검출을 위한 알고리즘에 사용되는 인자들에는 회전축 각속도, 폐 기관 배기가스의 압력변동, 연소실 내 압력신호, 기관 본체의 진동 가속도 신호 등이 있다.

종래의 실화 검출 방법을 구체적으로 살펴보면, 기관의 회전각속도를 이용하는 방법과 기관 본체의 진동신호를 이용하는 방법으로 구분되고 있다. 기관의 회전각속도를 이용하는 방법으로는, 실화가 발생하여 기관의 회전각속도 또는 회전토크가 순간적으로 감소하는 변동이 발생할 때 회전각속도가 사전에 입력된 레벨 이하로 떨어지면 실화로 판정하는 방법과, 회전각속도의 변동에 따른 회전 토크의 변동이 작은 실린더를 검출하여 실화로 판정하는 방법, 실린더의 행정 내의 회전각속도의 최대/최소값을 인덱스화한 후 인덱스의 크기를 상호 비교하여 실화를 검출하는 방법, 정상적인 상태의 기관에 대한 동역학을 모델링한 후 측정된 회전각속도를 통계적인 방법으로 비교하여 실화를 검출하는 방법 등이 있다. 그리고 기관 본체의 진동신호를 이용하는 방법에서는, 가속도 신호의 주파수 스펙트럼을 패턴화한 후 정상 동작시의 패턴과 실린더별 실화발생시의 패턴을 비교하여 실화를 검출하도록 하고 있다.

그러나, 상기의 실화검출 방법은 기종 별로 표준화되어 대량 생산되는 자동차용 엔진에는 효과적일 수 있으나, 고객의 요구 조건에 따라 기관의 주요 사양에 변경되는 선박용 엔진이나 발전용 엔진의 경우에는 사전에 기관의 동역학을 모델링하여 비교하거나 기준 레벨을 설정하기가 쉽지 않다. 또한 경우에 따라 실화 발생 상황의 검출이나 예측은 가능할 수도 있지만 어떤 실린더에서 실화가 발생하였는지에 대한 정보를 얻는 것은 더욱 쉽지 않다.

다시 말해서 표준화되지 않은 선박용 엔진 또는 발전용 엔진에서는 기존의 실화검출 방법을 이용하여 실화를 검출하기가 쉽지 않고 실화가 발생한 실린더를 확인하기는 더욱 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실화 검출을 위해 기관의 회전각속도를 실화 검출의 주요 인자로 사용하면서도 대상 기관의 사양이나 타입에 관계없이 범용적으로 적용할 수 있고 실화의 발생 여부와 더불어 실화 발생 실린더까지 검출할 수 있도록 한 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 기관의 회전각속도와 함께 기준실린더의 위치 신호만으로 실화의 발생 여부와 더불어 실화 발생 실린더를 검출할 수 있도록 하여 신호처리과정을 단순화하고 연산시간을 줄일 수 있도록 한 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법은, 기관 회전축의 회전각속도와 기준 실린더의 상사점 위치를 검출하는 단계와; 상기 회전각속도에 따른 회전 주파수와 기관의 회전속도에 따른 주파수를 비교하여 실화 발생 여부를 판단하는 단계와; 실화 발생이 확인되면 상기 회전각속도에 따른 신호 중 기관의 회전속도에 해당하는 주파수만 통과하도록 필터링하는 단계와; 상기 기준 실린더의 상사점 위치에 따른 펄스신호를 실린더의 수만큼 분할한 후 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치에 대응되는 위치의 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치는, 기관 회전축의 회전각속도 및 기준실린더의 상사점 위치를 각각 검출하는 검출부와; 상기 검출부에서 감지된 회전각속도 신호와 기준실린더의 상사점 신호를 분석 및 처리하여 실화 발생 여부를 판단하고 실화 발생 실린더를 검출하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치에 따르면, 상기 검출부는, 기관에 구비된 회전부재의 회전을 감지하여 상기 회전부재의 회전각속도에 비례하는 신호를 발생하는 회전각속도 검출부와, 상기 기준실린더의 상사점 위치에서 신호를 발생하는 기준실린더 검출부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치에 따르면, 상기 신호처리부는, 상기 회전각속도 검출부에 의해 검출된 펄스신호를 시간 영역과 주파수 영역에서 분석 및 처리하여 피크치를 나타내는 주파수의 변화를 계측하여 실화 발생 여부를 판단하는 제1처리부와, 상기 회전각속도 검출부에 의해 발생된 펄스신호 중 상기 기관의 정상적인 회전각속도에 해당하는 주파수 대역의 신호만 통과시키는 밴드패스필터와, 상기 기준실린더 검출부에 의해 검출된 펄스신호와 상기 밴드패스필터를 통과한 신호를 분석하여 실화 발생 실린더를 판정하는 제2처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치에 따르면, 상기 제2처리부는, 상기 기준실린더 검출부에 의해 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할하여 각 실린더의 상사점 위치에 대응하도록 매치한 후, 상기 밴드패스필터에 의해 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치 위치에 매칭된 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치에 따르면, 상기 신호처리부에서 처리된 신호 및 판정 결과를 화면으로 나타내는 표시장치를 더 포함하고, 상기 신호처리부는 상기 표시장치로 처리결과를 전송하는 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치는, 기관 회전축의 회전각속도에 따른 주파수 변화를 통해 실화 발생 여부를 검출함과 아울러 기준실린더의 상사점 위치에 대한 개별 실린더의 상사점 위치를 상대적으로 매칭하여 밴드패스필터에 의해 필터링된 회전각속도 신호의 피크 위치에 따라 실화 발생 실린더를 조기에 검출할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치에 따르면, 실화의 발생은 물론 실화 발생 실린더를 조기에 검출함으로써 기관의 실화 발생시 운전자에 의한 조기 대응으로 환경 유해 물질의 배출량을 감소시키고 축계 요소를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치에 따르면, 다수의 실린더를 구비한 기관에서 실화 검출과 동시에 실화 발생 실린더를 검출할 수 있으므로 실화 발생시 전수 검사를 실시하지 않아도 됨은 물론 실화 발생 실린더에 대한 조기 대응으로 기관 정지와 같은 대형 사고가 미연에 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 장치를 개념적으로 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 실화 검출장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치를 이용한 실화 검출 방법이 도시된 순서도.
도 4는 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치가 적용되는 일반 내연기관에서인위적으로 실화를 발생시켰을 때 시간에 따른 회전각속도, 기준실린더의 상사점 신호 및 실화 발생 여부를 나타낸 참고도.
도 4a는 도 4의 #1 실린더의 확대도.
도 5는 정상적인 내연기관에서의 밴드패스 필터 신호와 피크 주파수를 나타낸 참고도.
도 6 내지 도 11은 6기통 엔진의 각 실린더에서 실화가 발생할 때의 밴드패스 필터 신호와 피크 주파수를 나타낸 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 내연기관의 실화 검출방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 기관 회전축의 회전각속도와 기준 실린더의 상사점 위치를 검출하는 단계와; 상기 회전각속도에 따른 회전 주파수와 기관의 회전속도에 따른 주파수를 비교하여 실화 발생 여부를 판단하는 단계와; 실화 발생이 확인되면 상기 회전각속도에 따른 신호 중 기관의 회전속도에 해당하는 주파수만 통과하도록 필터링하는 단계와; 상기 기준 실린더의 상사점 위치에 따른 펄스신호를 실린더의 수만큼 분할한 후 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치에 대응되는 위치의 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이를 위한 본 발명의 내연기관의 실화 검출장치는, 도 1 내지 도2에 도시된 바와 같이, 기관 회전축의 회전각속도 및 기준실린더의 상사점 위치를 각각 검출하는 검출부(10)와; 상기 검출부(10)에서 감지된 회전각속도 신호와 기준실린더의 상사점 신호를 분석 및 처리하여 실화 발생 여부를 판단하고 실화 발생 실린더를 검출하는 신호처리부(20)와; 상기 신호처리부(20)에서 처리된 회전각속도 신호 및 기준실린더 위치를 외부로 표출하는 표시장치(40);를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 검출부(10)는, 기관(30)에 구비된 크랭크축(Crank Shaft)나 플라이 휠(Fly Wheel)과 같은 회전부재(35)의 회전을 감지하여 상기 기관 회전축의 회전각속도에 비례하는 신호를 발생하는 회전각속도 검출부(11)와, 상기 기준실린더의 상사점(TDC; Top Dead Center) 위치에서 신호를 발생하는 기준실린더 검출부(12)로 이루어진다.

그리고, 상기 회전각속도 검출부(11)는, 상기 회전부재(35)의 회전속도에 비례하는 펄스신호를 발생하는 단주기형 펄스발생장치로서, 상기 회전부재(35)에 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된 돌기(31)를 감지할 때마다 펄스신호를 발생하는 회전각속도 센서(32) 등을 사용한다. 또, 상기 기준실린더 검출부(12)는, 상기 회전부재(35)의 1회전시 하나의 펄스신호를 발생하는 장주기형 펄스발생장치로서, 상기 회전부재(35)에 설치되는 기준돌기(33)를 검출하는 기준실린더 검출 센서(34) 또는 상기 회전부재(35)에 설치되어 회전수를 감지하는 엔코더(Encoder)를 사용한다. 여기서, 상기 기준실린더 검출부(12)는, 상기 기관(30)의 행정에 따른 폭발 순서 중 가장 먼저 폭발하는 기준실린더의 상사점 위치에서 펄스신호가 발생하도록 한다.

따라서, 상기 기준실린더 검출부(12)는 4행정 1사이클 기관에서는 하나의 사이클이 이루어지는 동안 기관 회전축이 2회전하게 되므로 검출된 2개째의 펄스신호가 입력될 때마다 기준실린더로 판정하고, 2행정 1사이클 기관에서는 기관 회전축이 1회전하는 동안 1개의 펄스신호만 검출하여 기준실린더로 판정한다. 다만, 본 발명에서는 선박에서 사용되는 2행정 1사이클 기관을 위주로 설명하므로 기관 회전축이 1회전하는 동안 1개의 펄스신호만 발생하는 것으로 간주하여 설명하기로 한다.

한편, 상기 신호처리부(20)는, 상기 회전각속도 검출부(11)에 의해 검출된 펄스신호를 시간 영역과 주파수 영역에서 분석 및 처리하여 피크치를 나타내는 주파수의 변화를 계측하여 실화 발생 여부를 판단하는 제1처리부(21)와, 상기 회전각속도 검출부(11)에 의해 발생된 펄스신호 중 상기 기관(30)의 정상적인 회전각속도에 해당하는 주파수 대역의 신호만 통과시키는 밴드패스필터(Band-Pass Filter; 22)와, 상기 기준실린더 검출부(12)에 의해 검출된 펄스신호와 상기 밴드패스필터(22)를 통과한 신호를 분석하여 실화 발생 실린더를 판정하는 제2처리부(23)와, 상기 제1처리부(22) 및 제2처리부(23)에서 처리된 신호를 상기 표시장치(40)에 전송하는 전송부(24)를 포함한다.

여기서, 상기 제2처리부(23)는, 상기 기준실린더 검출부(12)에 의해 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할한 후 상기 밴드패스필터(22)에 의해 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치 위치에 대응하는 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하게 된다. 본 발명에서 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할하는 이유는 2행정 1사이클 기관을 기준으로 하고 있기 때문이며, 4행정 1사이클 기관인 경우에는 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더 수의 1/2만큼 분할하여야 함은 당연하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 장치는 실화 발생시 실화 발생 여부와 아울러 실화 발생 실린더를 조기에 검출할 수 있도록 한다.

검출부(10)의 회전각속도 센서(32)는 기관(30)의 회전부재(35)에 부착된 돌기(31)를 감지하여 일정한 펄스신호를 규칙적으로 발생하며, 이 펄스신호는 신호처리부(20)의 제1처리부(21)에 입력된다. 상기 제1처리부(21)는 이 펄스신호를 이용하여 회전각속도를 계측하고 최대 토크를 발생하는 주파수, 즉 피크(peak)치로 나타나는 주파수의 변화를 통해 실화 발생 여부를 판단한다. 만약, 피크치의 주파수가 변화되면 실화가 발생한 것으로 판단하여 실화 발생 신호를 전송부(24)를 통해 표시장치(40)에 전송함으로써 상기 표시장치(40)에 실화 발생이 표시되도록 하여 작업자에게 경고하게 된다.

일반적으로 상기 기관(30)의 회전부재(35)는 회전체로 간주되므로, 상기 제1처리부(21)에서 회전각속도를 주파수 영역에서 분석하면, 상기 회전부재(35)의 회전 속도에 해당하는 주파수와 실린더의 수를 곱한 값의 주파수에서 가장 큰 토크가 발생하여 피크치를 보이게 된다. 그러나, 실화가 발생한 경우에는 실린더의 수에 관계없이 상기 회전부재(35)의 회전 속도에 해당하는 주파수에서 피크치를 보이게 된다. 따라서, 상기 제1처리부(21)에서는 상기 회전부재(35)의 회전각속도 및 그에 따른 주파수의 변화를 계속 모니터링 하다가 피크치의 주파수가 상기 회전부재(35)의 회전각속도에 따른 주파수에 해당하는 경우에 실화로 판정한다.

상기 제1처리부(21)의 처리 결과 실화가 발생한 것으로 판정되면, 상기 회전각속도 센서(32)로부터 전송되는 회전각속도 신호를 회전 속도에 대응하는 주파수 대역만을 통과시키는 밴드패스필터(22)에 통과시켜 처리한다. 상기 밴드패스필터(22)는 회전각속도 신호를 입력으로 하여 현재 기관의 회전속도에 해당하는 주파수만을 통과시키게 되는데, 이 통과 주파수의 구간을 밴드폭(BandWidth)이라 하고, 상기 밴드폭 이외의 주파수는 무시한다. 상기 밴드패스필터(22)를 통과한 밴드패스필터 신호의 피크치가 발생하는 부분이 실화 발생 부분이 된다.

한편, 상기 검출부(10)의 기준실린더 검출부(11)는 상기 기관(30)의 회전부재가 회전하는 동안 기준실린더의 상사점(TDC) 위치를 검출한다. 즉, 기준실린더 감지 센서(34)로 상기 회전부재(35)에 설치된 기준돌기(33)를 감지하거나 상기 회전부재(35)에 설치된 엔코더의 신호를 이용하여 기준실린더의 상사점(TDC) 위치를 검출하는 것이다. 이때, 상기 기관(30)이 2행정 1사이클 기관이므로, 상기 기관(30)의 회전부재가 1회전할 때마다 하나의 펄스신호가 발생한다. 따라서, 상기 기준실린더의 상사점 검출에 따른 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할하고, 각 실린더의 상사점 사이의 시간차를 고려하여 각 실린더의 상사점 위치를 분할된 시간 간격에 대응시킨다. 이때, 상기 밴드패스필터 신호의 피크치가 발생한 위치는 각 실린더의 상사점 위치 중 어느 하나와 일치하게 되므로, 해당 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하여 상기 표시장치(40)에 나타내게 된다.

결국, 본 발명의 내연기관의 실화 감지방법 및 그 장치는 기관의 회전부재의 회전각속도를 검출하는 회전각속도 검출부 및 기준실린더의 상사점 위치를 검출하는 기준실린더 검출부와 같은 간단한 구조만으로 실화 발생 여부는 물론 실화 발생 실린더를 조기에 검출할 수 있도록 한다.

<실험 예>

본 발명의 내연기관의 실화 검출방법 및 그 장치를 이용한 실화 검출 및 실화 발생 실린더의 검출이 정확한 지를 확인하기 위한 공장에서 시운전 중인 엔진에 인위적으로 실화를 발생시키는 실험을 실시하여 그 데이터를 분석한 결과, 도 4 내지 도 11과 같이 나타났다. 실험에서는 기관에 설치된 복수의 실린더 중 #1 실린더를 기준실린더로 하였으며, 각 실린더에서 상사점에 도달하는 시간이 #1 실린더, #5 실린더, #3 실린더, #4 실린더, #2 실린더, #6 실린더의 순이 되도록 설정한 6기통 기관을 사용하였다.

도 4는 시간의 경과에 따라 실화를 발생시키면서 회전각속도 센서에 의해 감지된 회전각속도와 기준실린더 검출 센서에 의해 감지된 기준실린더의 상사점 위치와 각 실린더에 실화를 발생시키기 위한 인위적인 신호를 나타내는 것으로써 실화를 발생시킨 실린더의 순서는 #1, #5, #3, #4, #2, #6을 나타낸 참고도이고, 도 4a는 도 4의 #1 실린더 확대도이며, 도 5는 실화가 발생하기 전의 밴드패스필터 신호와 기준실린더 상사점 신호 사이의 관계 및 주파수에 따른 토크 변화의 그래프이다. 상기 도 5의 그래프에 따르면 피크치를 나타내는 주파수가 13.8㎐로서 기관의 회전 속도에 따른 주파수인 2.3㎐의 6배에 해당하므로, 실화가 발생하지 않았음을 알 수 있다.

도 6 내지 도 11은 각 실린더에서 실화가 발생하였을 때의 밴드패스필터 신호와 기준실린더 상사점 신호 사이의 관계 및 주파수에 따른 토크 변화의 그래프이다. 도 6 내지 도 11에서 피크치를 나타내는 주파수를 살펴보면 기관의 회전 속도에 따른 주파수인 2.3㎐ 근처에서 피크치를 보이고 있으므로 실화가 발생하였음을 알 수 있다. 그리고, 도 6 내지 도 11에서 밴드패스필터 신호와 기준실린더의 상사점 위치의 그래프를 참조하면, 밴드패스필터 신호의 피크치에 해당하는 위치에 대응하는 상사점 위치를 가진 실린더를 알 수 있으므로, 어떤 실린더에서 실화가 발생되었는지를 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

10: 검출부
11: 회전각속도 검출부
12: 기준실린더 검출부
20: 신호처리부
21: 제1처리부
22: 밴드패스필터
23: 제2처리부
24: 전송부
30: 기관
31: 돌기
32: 회전각속도 센서
33: 기준돌기
34: 기준실린더 검출 센서
40: 표시장치

Claims (6)

1. 기관 회전축의 회전각속도와 기준 실린더의 상사점 위치를 검출하는 단계와;
   상기 회전각속도에 따른 회전 주파수와 기관의 회전속도에 따른 주파수를 비교하여 실화 발생 여부를 판단하는 단계와;
   실화 발생이 확인되면 상기 회전각속도에 따른 신호 중 기관의 회전속도에 해당하는 주파수만 통과하도록 필터링하는 단계와;
   상기 기준 실린더의 상사점 위치에 따른 펄스신호를 실린더의 수만큼 분할한 후 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치에 대응되는 위치의 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 검출방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 기관 회전축의 회전각속도 및 기준실린더의 상사점 위치를 각각 검출하는 검출부(10)와;
   상기 검출부(10)에서 감지된 회전각속도 신호와 기준실린더의 상사점 신호를 분석 및 처리하여 실화 발생 여부를 판단하고 실화 발생 실린더를 검출하는 신호처리부(20);를 포함하고,
   상기 검출부(10)는, 기관(30)에 구비된 회전부재(35)의 회전을 감지하여 상기 기관 회전축의 회전각속도에 비례하는 신호를 발생하는 회전각속도 검출부(11)와, 상기 기준실린더의 상사점 위치에서 신호를 발생하는 기준실린더 검출부(12)로 이루어지고,
   상기 신호처리부(20)는, 상기 회전각속도 검출부(11)에 의해 검출된 펄스신호를 시간 영역과 주파수 영역에서 분석 및 처리하여 피크치를 나타내는 주파수의 변화를 계측하여 실화 발생 여부를 판단하는 제1처리부(21)와, 상기 회전각속도 검출부에(11) 의해 발생된 펄스신호 중 상기 기관(30)의 정상적인 회전각속도에 해당하는 주파수 대역의 신호만 통과시키는 밴드패스필터(22)와, 상기 기준실린더 검출부(12)에 의해 검출된 펄스신호와 상기 밴드패스필터(22)를 통과한 신호를 분석하여 실화 발생 실린더를 판정하는 제2처리부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 검출장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2처리부(23)는, 상기 기준실린더 검출부(12)에 의해 검출된 펄스신호 사이의 간격을 실린더의 수만큼 분할하여 각 실린더의 상사점 위치에 대응하도록 매치한 후, 상기 밴드패스필터(22)에 의해 필터링된 밴드패스필터 신호의 피크치 위치에 매칭된 실린더를 실화 발생 실린더로 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 검출장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 신호처리부(20)에서 처리된 신호 및 판정 결과를 화면으로 나타내는 표시장치(40)를 더 포함하고,
   상기 신호처리부(20)는, 상기 표시장치(40)로 처리 결과를 전송하는 전송부(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 검출장치.

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