KR101374656B1 - 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치 - Google Patents

노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치 Download PDF

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베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 디바이스(1) 내의 노이즈, 특히 내연 기관(internal combustion engine)의 동작 소음의 신호 패턴을 검출하는 장치에 관한 것이며, 상기 노이즈 검출 대상인 상기 디바이스에 음향적으로 연결되어 있는 센서(8)를 포함한다. 상기 필터 디바이스는, 상기 노이즈의 주파수 스펙트럼 중 사전에 결정가능한 범위를 필터링하여, 상기 신호 패턴을 생성할 수 있도록 제공된다.
노이즈, 신호 패턴, 내연기관, 미세 균열, 미세 파손, 마이크로 이벤트, 윤활유 필름, 윤활유 제어

Description

노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치 {APPARATUS FOR THE DETECTION OF A SIGNAL PATTERN OF A NOISE}
도 1은 평가 수단 내의 신호를 검출 및 평가하는 바람직한 실시예를 나타낸 것이다.
도 1a는 평가된 신호 패턴에 대해 가능한 신호 처리를 나타낸 것이다.
도 2는 평가된 신호 패턴에 대해 추가로 가능한 신호 처리를 나타낸 것이다.
도 3은 실린더/피스톤 유닛을 모니터링 디바이스와 함께 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 피스톤 링을 가지고 실린더 삽입부 내에 있는 피스톤의 종단면도이다.
본 발명은 디바이스 내의 노이즈의 신호 패턴 또는 스펙트럼을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면 미세 균열(micro-crack)과 같은 마이크로 이벤트(micro-event)는 디바이스에 음향적으로 연결되어 있는 센서에 의해 검출될 수 있는 노이즈를 발생시킨다. 상기 디바이스는 특히 내연기관을 포함하고, 이 내연 기관은 피스톤과, 실린더 장치, 특히 내부에서 피스톤이 전후방으로 움직이는 실린더 삽입부를 구비하는 장치를 가진다.
특허문헌 JP61135939에는, 적어도 하나의 피스톤 링을 실린더 라이너 내에서 슬라이딩하는 피스톤 링의 노이즈를 음향 센서(acoustic sensor)로 포착하는 것이 공지되어 있다. 신호는 이른바 파손 검출 유닛(fracture detection unit)이라고 하는 곳에 저장된 주파수 데이터와 비교된다. 여기서, 이것은 결함 검출을 위해, 피스톤 링에서 발생하는 진동을 측정하여 파손된 피스톤 링을 검출하는 것에 관한 것이다. 또, 파손된 피스톤 링의 주파수 범위는 마이크로 이벤트의 특징으로 간주되는 주파수 범위에서 멀리 이동되어 있다.
슬라이딩 쌍(sliding pair)을 모니터링하는 시스템은 특허문헌 EP-A-0 706 039에 개시되어 있으며, 이 시스템은 윤활유 필름의 모니터링과, 실린더 삽입부의 슬라이딩 쌍과 피스톤 또는 피스톤 링 각각의, 각 지점에서의 실제 마찰 관계의 모니터링이 가능하다.
특허문헌 EP1505270에는, 실린더 벽의 움직이는 면(running surface)에 대한 파라미터를 국부적으로 최적화하기 위해 윤활유 필름의 특성값을 나타내고 윤활유 노즐을 제어하는 조정 수단을 포함하는 제어 유닛에 공급될 수 있는, 윤활유 필름의 국부적인 상태(local state)에 대한 파라미터를, 센서에 의해 결정하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 또한 특허문헌 EP1505270에는, 이른바 구조체 전파 음 진동(structure-borne sound oscillation)이라고 하는 음향 진동(acoustic oscillation)을 검출하는 센서를 사용하는 것이 개시되어 있다. 여기서 사용된 측 정 원리는, 작동 상태에서 왕복 피스톤 연소기관의 각종 구성요소에 의해 방출되는 소위 구조체 전파 음 진동이라고 하는 음향 진동의 검출에 기초한 것이다.
이런 장치에서, 수동 구조체 전파 음 센서 자체는 단지 검출기, 예를 들면 압전 검출기(piezoelectric detector), 원칙적으로는 마이크로폰이며, 왕복 피스톤 연소기관 내에서 생성되고, 예를 들면 나중의 평가를 위해 전기 신호의 형태로 제어 유닛에 공급되는 구조체 전파 음파((structure-borne sound wave)를 검출하는 것이다.
결론은, 예를 들면 윤활유 필름의 특성값, 특히 실리더 벽의 움직이는 면에 대해 특정가능한 지점에서의 윤활유 필름의 두께에 대해, 검출된 구조체 전파 음파의 패턴으로부터 도출될 수 있다. 구조체 전파 음파는 또한 음향 방출(acoustic emission)이라고 할 수 있다. 이것들은 탄성 인장력(elastic tension)의 탄성파(elastic wave)이다. 즉, 예를 들면 실린더, 피스톤, 피스톤 링 등과 같은 왕복 피스톤 연소기관의 구성요소가 인장 에너지(tension energy)를 흡수하여 그것을 다시 방출하는 점에서 실질적으로 발생하는 탄성파이다. 따라서, 음향파는, 예를 들면 재료 내의 인장력의 갑작스런 변화, 특히 미세 파손(micro-fracture), 미세 균열(micro-crack)과 같은 마이크로 이벤트, 또는 자연발생적인 미시적인 재료의 변형에 의한 결과로서 발생할 수 있다. 실린더 내의, 대개는 적어도 부분적으로 금속 또는 코팅된 금속으로 이루어지는 실린더 벽의 움직이는 면, 피스톤, 피스톤 등에서, 대표적으로 위에서 언급한 마이크로 이벤트의 전형적인 선형 팽창은 약 1㎛ 내지 약 100㎛ 범위 내이고, 특히 연강(soft steel)이나 중간 강도의 강철인 경우 에 10㎛ 내지 약 100㎛ 범위 내이고, 특히 미립자(fine-grained) 알루미늄 합금의 경우에 약 1㎛ 내지 약 10㎛ 범위 내이다. 이 장치에서, 균열의 전파 속도와 음속(speed of sound), 즉 균열의 전파에 의해 발생하는 음파의 속도 간에 차이가 생길 수 있다. 전자는 50 내지 600 m/sec이고, 후자는 1000과 3700 m/sec 사이에 달한다. 이러한 관계에 있어서, 또한 공기 중에서의 음속은 대략 금속 중에서의 음속보다 한 단계 낮은, 즉 겨우 300 m/sec에 불과하다는 것에 유의하여야 한다. 특히 알루미늄 또는 니켈의 경우, 음속의 값은 3100 내지 3200 m/sec의 범위 내로 측정되었고; 철 또는 바나듐의 경우, 음속의 값은 3000 내지 3100 m/sec 범위 내로 측정되었으며; 크롬 또는 몰리브덴의 경우, 음속의 값은 3400 내지 3600 m/sec 범위 내로 측정되었다. 구리의 경우, 측정된 평균 음속은 낮다, 즉 2450 m/sec 근처이다. 그러므로 언급한 원소의 조합의 대부분을 이루는 합금의 음속은, 바람직하게는 금속에 특정된 범위 내에 있다.
될 수 있는 한 고려되는 재료 내의 진동의 감쇠(damping)와 함께, 진행 중에 방출되는 음향파의 진폭 및/또는 주파수 스펙트럼은 세기, 크기 및 어떤 종류의 마이크로 이벤트에 대한 측정값이다. 따라서, 음향파는 미세 파손, 미세 균열과 같은 마이크로 이벤트이나, 자연발생적인 미시적인 재료의 변형에 매우 직접적으로 연결되어 있으므로, 조사할 대상이 비록 매우 복잡한 기하학적 구조를 가지더라도, 실제 실시간으로 조사될 대상의 전부를 비파괴검사(non-destructive examination)에 매우 적합하다.
그러므로, 금속에서 음향 방출의 주요 소스는 자주 소성 변형 과정 및 예를 들면 재료 내의 균열이나 파손의 성장과 같은 손상의 성장이고, 특성 에너지 분포(characteristic energy distribution)를 나타낸다. 다른 것들 중에서, 폭발과 같은 음향 이벤트(acoustic event), 소위 버스트(burst)는 이러한 과정 및 다른 과정에 의해 생성될 수 있고, 음원의 유형 및 크기에 의존하고 가청 주파수에서 최대 극초단파 범위까지의 주파수를 포함할 수 있는 것으로 간주되는 재료의 음속에 의존한다. 이 과정에서, 두 가지 음향 압축파(acoustic compression wave), 즉 종파와 횡편파(transverse polarized wave)가 생성되고, 그것의 스펙트럼, 분극화(polarization), 전파 속도, 상대적인 감쇠 및 상대적인 세기는 마이크로 이벤트에 대한 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 목적은 신호 패턴으로부터 노이즈 자체에 대한 특성 정보를 결정하는 것이다.
하지만, 이러한 종류의 분석은 절대적인 정도(精度)로 대량의 데이터 자료(data material)의 처리를 필요로 하고, 일반적으로 그 중 적은 일부만이 중요하다.
그러므로, 본 발명의 다른 목적은, 한편으로는 처리가 단순화되고 가속화되도록, 다른 한편으로는 관계없는 것으로 알려진 데이터 자료가 처리에 포함되지 않도록 필터링을 수행하여, 센서가 제공하는 데이터 자료를 감축시키는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 청구범위 제1항에 의해 달성된다. 제1항은 디바이스 내의 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 제1항은 내연기관의 동작 노이즈를 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 노이즈의 검출을 위해 상기 디바이스에 음향적으로 연결되어 있는 센서를 포함한다. 상기 노이즈의 주파수 스펙트럼 중 사전에 결정가능한 범위를 필터링하여, 상기 신호 패턴의 생성을 할 수 있는 필터 디바이스가 제공된다.
상기 장치는, 예를 들면 특히 대형 디젤 엔진과 같은 내연기관에 사용될 수 있다. 이러한 종류의 내연기관은 실린더 삽입부(cylinder insert) 내에서 슬라이딩 가능하게 지지되어 있는 적어도 하나의 피스톤을 포함한다. 실린더 삽입부의 내면은 상응하는 기계적 특성을 갖는 슬라이딩 면(sliding surface)으로 형성되어 있다. 상기 피스톤의 전방 및 후방 이동은, 상기 실린더 삽입부의 면을 따른 피스톤 표면의 슬라이딩과 함께 실린더 삽입부 내에서 일어난다. 피스톤 자체가 실리더 삽입부의 면을 따라 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해, 피스톤은 보통 실린더 삽입부의 반대편에 있는 면을 형성하는 적어도 하나의 피스톤 링을 포함한다. 내연기관에 사용된 이러한 종류의 피스톤 링은 윤활유와 협력하여 실린더 삽입부와 피스톤 사이를 밀폐시킬 수 있는 슬라이딩 면을 가진다. 실시예에서, 상기 슬라이딩 면은, 특히 피스톤 링의 가장자리 구역(marginal zone)에 배치되어 있다.
최대 마모 깊이까지의 긁기 마모(abrasion wear)는 이 슬라이딩 면에서 적어도 부분적으로 관찰될 수 있다. 노이즈는 슬라이딩 거동(sliding behavior)에 의존하거나, 또는 오히려 슬라이딩 거동에 대한 추단을 할 수 있도록 하는 실린더 삽입부에 대한 슬라이딩 면의 이동에 의해 생성된다. 피스톤 및/또는 피스톤 링이 각각 동작하는 동안, 이들 노이즈는 센서 앞의 멤브레인 또는 특히 압전 수단과 같은 진동할 수 있는 다른 수단을 진동시켜, 센서가 기록할 수 있는 특히 피스톤이나 피스톤 링과 내연기관의 실린더 삽입부와 같은 마찰 쌍(friction pair)의 마찰 특성에 대한 정보를 검출할 수 있다. 캡 벽, 실린더 벽 등에 특히 접착 본드 연결에 의해 연결될 수 있기 때문에, 임의의 원하는 장소에 부착될 수 있는 압전 구조 타입의 센서와 더불어, 센서, 특히 고정 센서(stationary sensor)는 실린더 캡 또는 실린더 삽입부에 배치하는 것이 유리하다. 그러므로 원칙적으로, 예를 들면 내연기관의 피스톤 링 및/또는 피스톤과 같은 이동가능한 소자에 센서를 부착하는 것도 또한 가능하다. 접착 본드 연결과는 달리, 센서를 얇은 오일 층 위에 두고 고정가능한 브래킷과 함께 압착하는 것도 가능하다. 특히, 브래킷의 고정에는 자기 수단을 가질 수 있다.
노이즈는 센서에 의해 검출될 수 있어서, 센서에 의해 검출될 수 있는 음파가 전기적인 출력 신호로 변환될 수 있다. 센서 내에 배치된 리셉터(receptor)는 음파가 충돌하는 결과로서 진동을 일으킨다. 구조체 전파 음파로부터 받은 진동이 회로 내의 전하 캐리어(electrical charge carrier)의 존재로 압전 크리스탈의 분극화를 초래하고, 측정가능한 전압 변동을 초래하는데, 압전 센서가 유리하게 사용된다. 상기 전압 변동은 이 경우에 충돌하는 음파의 진폭(크기)의 일시적인 연속에 상응한다. 따라서 주기적인 전압 변동은 대역폭 내의 충돌하는 음파 형태의 센서 입력 신호에 대응한다.
제1 실시예에 따라 센서 입력 신호를 처리한 경우의 그에 따른 결과, 센서 입력 신호의 대역폭이 센서에 의해 검출되어 모두 처리될 수 있는 진동의 대역폭 내에 실질적으로 있는 상황을 만든다. 그 결과, 센서 입력 신호의 주파수 스펙트럼은 실질적으로 출력 신호 내에 유지된다.
두 번째 경우에, 센서 입력 신호의 대역폭은 공진 주파수 범위 내에서 센서에 의해 충분한 진폭을 가지고 검출되고 처리될 수 있는 진동의 대역폭을 실질적으로 초과한다. 이것은, 센서 입력 신호의 주파수 스펙트럼이 변화되어, 대역폭 내에 있는 신호가 더 강한 가중치를 부여받는 결과를 가지고, 반면 센서 입력 신호는 고유 주파수(proper frequency) 증가 범위에서 멀어짐에 따라 점점 더 약하게 수신한다. 이것은 센서가 대역 통과 필터에 상응하는 필터 기능을 부여받는 결과를 가진다.
그러므로 실린더 공간으로부터 엔진 노이즈를 필터링하기 위해, 센서가 신호를 기록하고 처리할 수 있는 범위는, 바람직한 실시예에서 센서 입력 신호의 대역폭보다 실질적으로 더 작은 대역폭을 가진다. 특히 마이크로 이벤트의 특성인 신호의 주파수들을 포함하는 대역폭을 갖도록 센서를 선택하는 것이 유리하다. 대역 통과의 효과로 인해, 엔진룸의 다른 노이즈에서 비롯된 대부분의 다른 신호는 측정값과는 관계가 없고, 그 주파수는 센서 내의 진동 가능한 크리스탈의 고유 주파수 범위로부터 떨어져 위치하고, 따라 실질적으로 검출되지 않거나 신호의 평가에 들어가지 않을 정도로 각기 낮은 가중치를 부여받는다. 일례로서, 연료 분사를 위한 밸브의 개폐에 의해 발생하는 흐름 노이즈(flow noises)를 언급할 수 있다. 이 음향 신호들은 대개 높은 주파수 범위에 있다. 신호들은 어느 것이든 마이크로 이벤 트로 인한 신호들과는 상당히 다르고, 따라서 대역 통과 필터에 의해 필터링되는 음향 엔진 동작 신호(acoustic engine running signal)에 기인한다. 반대로 신호들은 유사한 주파수 범위 내에 있어야 하고, 비정상적인 이벤트의 주기적인 신호와 동시에 발생하지 않는 주기성을 있다면 간단한 방식으로 식별될 수 있다. 이 경우에, 신호 패턴의 장기간 비교는 어떠한 노이즈의 주기적 특성이 정상 동작 노이즈에 속하는지, 그리고 비정상적인 이벤트에 기인한 것인지에 대한 명쾌함을 제공한다. 그것들의 주파수 스펙트럼이 센서의 공진 주파수로부터 상당히 멀리 떨어져 위치한다면, 센서에 의해 진동으로 변환될 수 없다. 센서는 고유 주파수, 즉 공진 주파수 범위 내에서 음향 신호에 대한 감도를 갖는다. 유리한 실시예에서, 600 kHz의 고유 주파수를 가지고 실질적으로 400 내지 800 kHz 범위를 포함하는 측정 범위를 가지는 센서를 사용하였다. 하지만, 상이한 대역폭을 가지는 매우 상이한 범위를 또한 상정할 수 있다. 선택된 고유 주파수들은 600 kHz 미만의 범위에 있을 수 있고, MHz 범위를 포함할 수도 있으며, 엔진의 종류, 크기, 구조의 타입, 사용된 재료에 의존하고, 관심의 대상인 비정상적인 이벤트들의 종류에는 전혀 종속되지 않는다.
신호 패턴은 센서의 필터링 기능 및/또는 수신된 주파수의 시간 종속의 진폭 패턴을 나타내는 평가 유닛의 필터링 기능에 의해 생성될 수 있다. 각 시점에서, 센서는 측정 공간 내에서 바로 이 시점에 발생한 노이즈를 나타내는 다수의 주파수에 대한 진폭을 기록한다.
청구범위의 제2항에 따르면, 상기 필터 디바이스는 미리 결정가능한 중심 주 파수에 대해, 미리 결정가능한 주파수 범위를 필터링하는 대역 통과 필터로 이루어진다. 상기 대역 통과 필터는 전자적 대역 통과 필터 및/또는 소프트웨어 대역 통과 필터를 포함한다. 이 대신에 또는 이와 결합하여, 상기 센서는 기계적 대역 통과 필터로서 형성된다. 만약 센서가 주어진 주파수 범위 내의 주파수의 진폭만을 수신하거나, 이 진폭들에 의해 각각 여자(勵磁)될 수 있으면, 센서 자체에 필터 기능이 부여된다. 이 경우에, 진폭에 속하고 측정될 장애(disturbance)의 크기와 관계가 있는 것으로 여겨지는, 처리될 수 있는 주파수 범위에 의해 센서를 선택하는 것이 바람직하다. 센서가 처리할 수 없지만 그럼에도불구하고 관련 범위에 있는, 주파수 범위 내의 음향 신호의 진폭이 중요하면, 다른 주파수 범위 및/또는 다른 대역폭을 갖는 센서를 추가로 사용할 가능성이 있다. 센서의 한정된 대역폭으로 인해 모든 관련된 음향 신호를 측정할 수 없다면, 상이한 크기의 고유 주파수 및/또는 대역폭을 가지는 복수의 센서를 사용할 수 있다. 원칙적으로, 대역 통과의 영역에서의 여기는 센서의 선택된 고유 주파수와는 무관하게 배경 노이즈(background noise)에 의해, 따라서 예를 들면 노킹 밸브(knocking valve)에 의해 발생하는, 흐름 노이즈 특히 격렬한 영역 내의 흐름에 의해 그리고 임펄스 노이즈(impulse noise)에 의해 발생할 것이다. 주파수가 증가함에 따라, 음향파의 감쇠는 증가할 수 있으므로, 더 높은 중심 주파수의 선택은, 더 높은 고유 주파수를 가지는 센서 또는 고역 통과 기능(high pass function)을 가지는 필터, 또는 고주파 노이즈의 범위 내의 대역 통과 기능을 가지는 것이고, 복수의 센서를 사용하는 것이 유리하다.
다른 실시예에 따르면, 센서는 고역 통과 필터로서 구성되고/되거나, 센서에 의해 검출된 시간(temporal) 신호 패턴은 전자적 고역 통과 필터에서 필터링된 주파수이다. 이와는 달리, 시간 신호 패턴은 또한 데이터 처리 프로그램에 의해 고역 통과 필터에 상응하는 필터링을 거칠 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 센서는 저역 통과 필터로서 구성되고/되거나, 이 센서에 의해 검출된 시간 신호 패턴은 전자적 저역 통과 필터에서 필터링된 주파수이다. 이와는 달리, 시간 신호 패턴은 또한 데이터 처리 프로그램에 의해 저역 통과 필터에 상응하는 필터링을 거칠 수도 있다.
청구범위 제3항에 따르면, 표준 신호 패턴, 특히 주기적인 표준 신호 패턴은 스토리지 디바이스에 저장될 수 있다. 이 신호 패턴은 장애(disturbance) 검출하기 위해 표준 신호 패턴과 비교될 수 있다.
신호 패턴의 진폭은 시간의 함수로서 기록되고 이런 식으로 스토리지 디바이스에 저장될 수 있다. 그 후, 노이즈가 예를 들면 내연기관과 같은 주기적으로 동작하는 디바이스에 의해 비롯된 것이면, 시간을 주기로 세분할 수 있다. 그러면 사이클 및/또는 주기는 피스톤 스트로크(stroke) 또는 크랭크축의 회전에 대응할 수 있다. 디바이스가 정상적으로 동작하고 있으면, 표준 신호 패턴은 위에서 언급한 주파수 스펙트럼의 진폭의 시간 패턴에 대한 기록에 의해 결정될 수 있고, 시간 신호 패턴을 가지는 것이다. 표준 신호 패턴은 정상 동작 상태 하의 디바이스에서 발생하는 노이즈의 시간 시퀀스를 나타낸다. 주기적으로 동작하는 기계 장치에서, 이런 종류의 노이즈의 시간 시퀀스는 또한 상이한 사이클들이 중첩되고/되거나 소 정의 시점에서 발생하는 표준 노이즈의 대한 특성값이 사이클로부터 계산적으로 결정되는 점에서 동일하거나 유사한 노이즈의 시퀀스를 가지는 일련의 사이클의 시퀀스로부터 결정될 수 있다. 노이즈의 주기적인 시퀀스의 경우에, 위에서 언급한 주파수 스펙트럼의 진폭들에 대한 평균 진폭값인, 이 상황에서 소정의 시점에 결정된 주파수 스펙트럼의 평균값은 표준 신호 패턴의 성분이 될 수 있다. 주파수 스펙트럼의 진폭이 좁은 범위 내에 있으면, 이상적인 경우에 대역 통과 효과에 기인하여 진폭에 대한 단일 값은 이미 생긴다.
주기 T 내의 시점 t1에서의 진폭에 대한 이 값은, 다름 주기의 시검 t1 + T에서의 진폭 t1의 값과 비교된다. 이 비교는 주기 (n + 1)*T까지 반복되며, 여기서
t(n+1) = t(n) + T = t1 +n*T
이고, 이것은 소정의 시점에서 표준 노이즈에 대한 통계적으로 의미 있는 평균값을 얻기 위한 것이다.
그 후 이 평균값의 시간 패턴은 스토리지 디바이스에 저장될 수 있는 신호 패턴을 생성한다.
이 신호 패턴으로, 디바이스의 노이즈 거동의 편차를, 실제로 측정된 노이즈 거동을 저장된 신호 패턴과 비교하여 직접 결정할 수 있다. 저장 또는 계산된 신호 패턴으로부터의 측정된 신호 패턴의 편차를 구하면, 그것으로부터 장애의 존재를 추단할 수 있고, 그 발생지(origin)를 노이즈의 도착 시점을 참조하여 결정할 수 있다. 기원의 결정, 즉 신호 발생지의 위치의 결정은, 노이즈가 검출된 시점에 서 노이즈가 발생한 위치를 알려져 있다면 가능하다. 내연기관에서, 이 시점과 크랭크 각 사이에 고유한 관계가 존재한다.
회전 동작이나 전후방 이동의 경우, 슬라이딩 쌍이 서로 마찰 접속할 때의 위치 범위는 어느 시점에서든 알려져 있기 때문에, 특히 두 개의 베어링 표면 또는 실린더 삽입부 내에서 이동가능한 피스톤과 같은 마찰 쌍의 노이즈를 이런 식으로 검출할 수 있다. 노이즈 발생지의 위치는 크랭크 각으로부터 결정될 수 있다. 슬라이딩 쌍의 마찰 상태의 범위에서 센서가 검출한 정보는 결과적으로 윤활유의 양을 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
청구범위 제4항에 따른 방법은, 디바이스 내의 노이즈, 특히 내연기관의 동작 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 방법으로서, 상기 디바이스에 음향적으로 연결되어 있는 센서에 의해 노이즈를 검출하는 단계를 포함하여, 상기 신호 패턴을 생성하기 위해 필터 디바이스를 사용하여 상기 노이즈의 주파수 스펙트럼 중 소정의 범위를 필터링한다. 이 방법은 앞서 설명한 조합 중 적어도 하나에서 특히 본 발명에 따른 장치로 수행될 수 있다.
청구범위 제5항에 따른 유리한 실시예에 따르면, 노이즈는 필터 디바이스, 특히 대역 통과 필터로서 작용하는 필터 디바이스를 사용하여 소정의 중심 주파수에 대해 소정의 주파수 범위 내에서 필터링된다. 상기 대역 통과 필터는 특히 전자적 대역 통과 필터 및/또는 소프트웨어 대역 통과 필터 및/또는 기계적 대역 통과 필터로서 구성된 센서에 의해 구성된다.
청구범위 제6항에 따른 유리한 실시예에 따르면, 표준 신호 패턴, 특히 주기 적인 표준 신호 패턴이 생성되어 스토리지 디바이스에 저장되며, 상기 신호 패턴은 그 후에 장애 검출을 위해 상기 표준 신호 패턴와 비교되고, 상기 표준 신호 패턴과 상기 신호 패턴의 비교에 의해 특히 장애 발생의 시점이 검출된다.
청구범위 제7항에 따른 유리한 실시예에 따르면, 상기 필터 디바이스에 의해 첫 번째 사이클에서 첫 번째 신호 패턴이 표준 신호 패턴으로서 검출되고, 상기 필터 디바이스에 의해 두 번째 사이클에서 두 번째 신호 패턴이 검출되며, 상기 첫 번째 사이클과 상기 두 번째 사이클을 비교한다. 이 비교는 필요한 만큼 자주 반복될 수 있다.
청구범위 제8항에 따른 방법은, 데이터 감축을 위해 상기 신호 배턴을 소정의 섹션으로 세분하여, 상기 신호 패턴을 특성값에 의해 소정의 섹션에 배치하는 것을 포함한다. 그러므로 시간에 의존하는 노이즈의 신호 패턴은 측정기간 동안에 센서에 의해 검출된 동작 노이즈를 포함한다. 이 곡선의 각 지점은 시점 t에서 받은 앞서 설명한 노이즈의 진폭 특성에 대응한다. 다음 단계에서, 특징점(characteristic point)의 선택이 데이터 감축의 관련하여 실행되어, 고려할 사항은 이러한 특징점으로 한정된다. 바람직한 실시예에 따르면, 임계값을 선택하여, 배경 노이즈로서 평가에 중요하지 않은, 이 임계값 미만의 진폭을 가지는 노이즈를 제거하는 데 사용한다. 이 임계값을 넘는 모든 진폭값은 잠재적으로 관련 있는 신호의 값을 나타낸다. 다음의 방법 중 하나를, 평가될 데이터량을 감축시키기 위해 사용하는 것이 유리하다. 첫 번째 실시예에서, 임계값을 넘는 피크값을 측정, 기록, 및 디지털화한다. 이 피크값에 대해, 회귀(regression) 또는 포락 선(regression)에 의해 구할 수 있는 근사 함수(approximation function)는 계산으로 결정될 수 있다. 원칙적으로, 최고 피크값을 스스로 제한하는 가능성도 또한 존재한다. 또, 주기, 즉 크랭크축이 완전히 회전하는 동안의 지속 시간을, 특히 세그먼트의 최대값만이 고려되어야 하는 복수의 시간 세그먼트(segment)로 세분할 수 있으며, 이것은 데이터를 더욱 감축시킬 수 있다. 세그먼트 내의 추가적인 최대값들을 결정하는 것이 특히 보다 큰 세그먼트 폭을 선택할 때 유리할 수 있다. 세그먼트 최대값들을 사용하는 대신에, 세그먼트 내의 함수값(functional value)은 가우시안 분포 또는 다른 통계적 분포에 의해 기술될 수도 있다. 내연기관의 정상 동작에 대한 곡선 특성은 이 방법들 중 적어도 하나를 사용하여 결정될 수 있다.
예를 들면 미세 균열의 발생과 같은, 고립된 마이크로 이벤트는 최대 진폭을 결정함으로써 결정될 수 있다. 이 경우에, 피크값은 어느 시점, 즉 특히 정상 동작에 대응하는 함수 패턴으로부터 현저히 벗어나는, 일정한 클랭크 각에서 검출할 수 있게 된다. 세그먼트 내의 모든 이벤트의 최대 진폭은 크랭크 각, 즉 완전한 피스톤 스트로크의 주기의 지속 시간에 걸쳐서 그려진다. 피스톤 공간 내의 센서의 위치에 따라, 진폭 레벨에 대한 특성도(caracteristic plot)를 얻는다. 한 주기 및/또는 사이클, 특히 크랭크축의 회전에 대한 시간의 지속 기간에 대해, 복수의 세그먼트로 세분하는 것은 유리한 것으로 입증되었다. 세그먼트이 절대 최대값만이 평가의 성분이 된다면, 세그먼트의 폭은 크랭크 각의 0.2와 1°사이로 산정되는 것이 유리하다.
청구범위 제9항에 따른 유리한 실시예에 따르면, 장애의 국부 화(localization)는 또한 장애에 의해 수신된 신호의 평가를 통해 가능해진다. 이 과정에서, 주기적으로 동작하는 디바이스의 사이클의 시점, 특히 크랭크 각과 상기 신호 패턴의 비정상적인 이벤트(anomalous event)가 연관되는, 상기 주기적으로 동작하는 디바이스, 특히 내연기관이 제공되고, 상기 비정상적인 이벤트의 발생지의 위치가 결정된다. 데이터 감축을 위한 전술한 방법 중 하나에 따라 얻은 상기한 특성 진폭에 대한 특성값은 어느 시점에 고유하게 연관되어 있다. 주기적으로 동작하는 디바이스에서, 상기 시점은 따라서 내연기관, 크랭크 각의 경우에, 이 사이클 내의 위치에 정확히 대응한다. 그러므로 실린더 삽입부에 대한 피스톤 또는 피스톤 링으로 구성되는 슬라이딩 쌍에 기인하여 신호가 생성된다고 가정함으로써, 신호 발생지의 위치를, 신호가 센서에 충돌하는 시점 및 크랭크 각에 의해 정확하게 결정할 수 있다. 신호가 마이크로 이벤트, 특히 미세 균열로 인한 것이면, 피스톤의 벽 및/또는 실린더 삽입부를 통해 센서에 전해진다. 특히 강철과 같은 금속 재료 중의 대략 5000 m/sec의 음속에서, 기계장치의 가동 속도와 비교할 때 신호의 이동 시간에 의해 측정 결과와 관련 있는 지연은 없어서, 신호가 센서에 즉가적으로 도달한다는 가정은 유효하다. 크랭크 각이 0.2와 1°사이에서 세분되면, 이 범위는 100과 200 r.p.m. 사이의 내연기관의 회전속도에 대응하고, 10-3 내지 10-4 sec의 시간 Δt에 대응한다. 피스톤 스크로크가 1과 5 m 사이 범위 내에 있다고 가정하면, 신호는 마찬가지로 10-3 내지 10-4 sec 내에서 최대 경로 거리를 이동하는데, 이것은 실린더 공간에서 발생하는 신호가 선택된 세그먼트 폭에 대응하는 시간 범위(time window) 내에 센서에 도달할 것이라는 것을 의미할 따름이다.
청구범위 제10항에 따른 유리한 실시예에 따르면, 두 개 이상의 센서가 제공되고, 상기 비정상적인 이벤트의 발생지의 위치는 이동 시간의 차에 의해 결정된다.
청구범위 제10항에 따른 방법의 유리한 변형예에 따르면, 신호 패턴 내의 비정상적인 것들(anomalies)은 마이크로 이벤트, 특히 미세 균열에 기인한 것이다. 이에 대한 예로서, 특히 주기적으로 동작하는 내연기관에서 슬라이딩 쌍의 재료 및 윤활유에 의해 생기는 온도 제한의 결과로서 고속 슬라이딩의 범위에 발생하는 마찰흠(scoring) 및 녹아 붙은 자국의 형성과 함께, 웜 시저(warm sei-zures)를 들 수 있다. 마찰흠 및 녹아 붙은 자국의 전개는 점진적으로 일어나서, 그것에 의해 생기는 신호 패턴 내의 피크값의 위치 및/또는 높이의 점진적 변화에 의해 장기 분석의 프레임워크(framework) 내에서 검출될 수 있다.
본 발명의 또한 내연기관에 관한 것이며, 특히 청구범위 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 대형 디젤 엔지에 관한 것으로서, 전후방으로 이동될 수 있고, 특히 피스톤 링과 함께 슬라이딩 폐어(sliding pair)를 형성하는 피스톤을 구비한 실린더를 포함하며, 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 동작된다.
종속항인 제13항은 윤활유의 양을 모니터링하는 본 발명에 따른 유리한 실시예에 관한 것이고, 최적의 윤활유 양 및/또는 피스톤 링의 상태 및/또는 슬라이딩 쌍의 표면 상태를 결정하기 위해 음향 방출의 발생지를 결정하는 방법에 관한 것이 다.
본 발명의 다른 목적은 피스톤 또는 피스톤 링/ 실린더 삽입부로 이루어지는 슬라이딩 쌍의 순간 마찰 상태를 결정하고, 상기 순간 마찰 상태에 기초하여 최적의 윤활유 양을 설정하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
상기 목적은 실린더의 표면에서 발생하는 마찰 노이즈에 대한 음향 측정하고 평가 유닛에 신호를 평가한 결과로써 최적의 윤활유 양을 설정함으로써 달성된다. 상기 목적은 청구범위 제13항에 기재된 내연기관에 의해 달성될 수 있다. 이것은 특히 실린더 내의 피스톤의 슬라이딩 동작의 결과로서 비정상적인 이벤트를 검출 가능한 내연기관이고, 상기 비정상적인 이벤트는 상기 슬라이딩 쌍의 마찰 거동(frictional behavior)에 특징이 있으며, 검출된 마찰 거동에 의존하여 윤활유 공급(lubricant supply)을 조정 및/또는 제어하기 위한 수단이 제공된다. 비정상적인 이벤트의 검출에 더해, 윤활유의 양과 윤활유 필름의 국부적인 두께를, 특히 음향 신호의 신호 패턴을 검출하는, 여기에서의 센서와 같은 검출수단과 함께 본 발명에 따른 방법에 의해 결정할 수 있다. 앞서 언급한 시호의 진폭은 평가 수단에 의해 분석되어 시간 축에 대해 그려진다.
그러므로, 하나 이상의 구조체 전파 음 센서를 사용하여 왕복 피스톤 연소기관의 구조체 전파 음을 검출하고, 적당한 평가에 의해, 그중에서도 특히 전술한 실시예들 중 하나에 따라, 실린더 벽의 움직이는 면에 대한 음원에 대응하여 정확히 국부화하고 윤활유 필름의 특성값, 특히 윤활유 필름의 두께를 추단하기 위해 , 예를 들면 다른 센서 사이에서 측정가능할 수 있는, 이동 시간 효과를 추가로 고려하 여, 상태 파라미터,예를 들면 윤활유 필름의 두께를 상응하게 국부적으로 최적화 할 수 있다.
단 하나의 단일 센서가 사용되는 경우, 예를 들면 크랭크 각 또는 주기적으로 반복되는 신호와 같은 추가적인 동작 파라미터를 사용하여, 측정될 수 있고 장애를 초래하는 장애 신호의 발생지를 식별할 수 있다. 이러한 종류의 노이즈 중 알려진 예로는 흡기 밸브(intake valve)인데, 이것은 시간적으로 더욱 정확하게 결정되고 주기적으로 반복된다.
바람직한 실시예에서, 피스톤의 상부 부동 중심(dead center)에 배치되어 있는 센서를 사용한다. 이 경우에, 내연기관 애의 센서의 설치는 간단하게 실현될 수 있다. 연소 챔버 내의 미세 균열을 나타내는 각 이벤트는 크랭크축의 범위 내의 마이크로 이벤트보다 실질적으로 더 큰 진폭을 가지는데, 이는 실린더 삽입부의 벽에서의 반사 및 이동 경로 자체로 인해, 음향 신호가 상이한 재료를 통과할 때 감쇠된다는 사실에 기인한다. 결과로서, 측정 결과에 대한 개별 센서 위치의 영향은 무시할 수 없고, 따라서 관련 사건의 기대값(expectation)에 따라 적당히 선택되어야 한다. 센서 위치의 선택은 일반적으로 거의 구조적 제한을 받지 않는데, 그 이유는 임의의 원하는 장소에 센서를 장착할 수 있기 때문이다. 이러한 종류의 센서를 사용하는데 따른 추가적 이점은 이미 동작 중인 피스톤 엔진에 간단히 개장할 수 있다는 것이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1에는, 신호원으로부터 평가 수단(9)의 출력 신호에 이르는 신호 경로를 개략적으로 나타나 있다. 여기서는 장치(1)의 일부인, 제조 공정 있는 제품(workpiece)(16)의 구조 내의 미세 균열과 같은 마이크로 이벤트에 의해 신호가 발생한다. 이 제품(16)은 온도 및/또는 기계적 및/또는 화학적 종류의 응력(stress)에 의해 응력을 받는 피스톤, 실린더 삽입부, 피스톤 링의 일부 또는 다른 구성요소와 같은, 특히 내연기관의 일부이다. 여기서 신호(17)는 파선(wave line)처럼 도시되어 있고, 이것은 특성 주파수를 갖는 음파이다. 시점 t0에서, 신호(17) 뿐만 아니라 다수의 다른 신호가 장치(1)로부터 방출되는데, 예로서 그 중 두 개를 파장이 짧은 파선으로 나타냈다. 이 예는 이 신호의 파장 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 더 긴 파장의 신호도 또한 장치(1)에서 방출될 수 있다. 장치(1)의 모든 음향 신호에 대한 주파수의 순간적인 기록은 그래프(18)에 도시되어 있다. 그 결과 주파수 스펙트럼은 중심 주파수 v0에 대해 정렬되어 있다. 최대 주파수 v2와 최소 주파수 v1이 마찬가지로 포함되며, 그 의미에 대해서는 후술한다. 하지만 도시된 경우에서, 센서(8)는 주파수 스펙트럼 전부를 처리하는 것이 아니라, 최대 주파수 v2와 최소 주파수 v1 사이에 위치된 주파수 스펙트럼의 범위에만 "주의를 기울인다".
그래프(19)는 센서에 의해 기록된 노이즈의 전기적 신호에 대해 센서에 의해 방출되는 주파수 스펙트럼을 개략적으로 나타낸 것이다. 중심 주파수 v0는, 관련 마이크로 이벤트에 의해 방출된 신호(17)의 예상 범위 내에 있다. 센서(8)의 출력 신호는 평가 수단(9)에 공급된다. 이 평가 수단(9)에서는, 주파수 스펙트럼의 진폭 또는 최대 진폭 또는 평균값 또는 통계적인 방법에 의해 결정된 다른 특성값과 같은 후자의 특성값을 시간 t에 따라 그린다. 가로좌표는 시간 축이고; 지속 기간 T는 주기성의 대상이 될 수 있는 신호 패턴에 대해 개략적으로 도시되어 있다. 내연기관에서, 지속 기간 은 특히 완전한 연소 사이클에 대응할 수 있다. 이 경우에, 또한 크랭크 각을 가로좌표 상에 그릴 수 있다. 세로좌표에는 신호 패턴이 그려져 있다.
도 1a에는 진폭 변조된 센서의 출력 신호에 대한 신호 패턴을 결정하는 방법이 도시되어 있다. 이 방법에 대해 개략 설명하기 위해, 예를 들면 중파(medium-wave radio)에 의해 입력 신호로서 수신된 것처럼, 저주파(NF)로 진폭 변조된 고주파 신호(HF)는 도 1a의 상부에 도시되어 있다. 그 후 저주파 신호 정보(NF)는 정류(rectification) 및 진폭 변조된 HF 신호의 저역 통과 필터링에 의해 취득되고, 그 후에 라디오의 확성기를 통해 원래의 음성 신호로서 다시 출력될 수 있다. 무선 기술에서 알려져 있는, 이 방법과 완전 유사한 방법에서, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서는 신호 패턴을, 센서의 중심 주파수에 대해 주파수 분포를 가지는, 대역 통과 필터링된 신호에서의 엔진의 진폭 변조된 노이즈 패턴을 정류하고 저역 통과 필터링하여 취득한다. 도 1a에 도시된 예에서, 센서는 중심 주파수가 600 kHz이고 대역폭이 200 kHz인 대역 통과 필터로서 형성된 센서를 사용한다. 센서에 의해 공급되는 전기 신호는 전술한 주파수 범위 내의 노이즈를 진폭 변조한 신호이고, 이것은 센서의 중심 주파수 및 대역폭에 의해 실질적으로 정해진다. 위 에서 이미 설명한 바와 같이, 정보는, 중파 송신기와 유사한 방식으로 캐리어 주파수의 진폭 변조 방식으로 부호화된다. 그러므로, 바로 진폭 변조된 중파 신호의 경우처럼, 고주파 성분을 적당한 저역 통과 필터로 필터링하고/하거나 신호의 대응하는 부분만을 정류하여 추가로 처리하는 점에서 관련 정보, 즉 포락선의 시간 패턴(temporal pattern)을 알 수 있다.
전압 진폭의 시간 시퀀스를 도 2에 다시 한번 도시하였다. 신호 패턴에 대응하는 곡선의 각 지점은 전기적 전압 신호로 변환되었다. 진폭에 대한 임계값 Ath는 신호 패턴의 임계값을 나타내는 그 밑에는 오직 무관한 배경 노이즈만 기록될 수 있다. 어떤 시점 t1에서, 임계값 Ath를 초과할 것이고, 이를 넘는 모든 값은 마이크로 이벤트의 트리거링에 대응하는 주파수 범위 내에서 잠재적으로 관련 있는 신호를 나타낸다. t1에서 t3까지 신호 패턴의 섹션 전부를 평가하고 싶으면, 개별 특성 진폭을 각각 고려하여야 하고, 이것은 상당한 양의 데이터를 수반한다. 이런 이유로, 데이터 감축을 위해 사용되는 신호 컨디셔닝(signal conditioning)이 일어난다. 관련 있는 신호가 오진 입계값 Ath와 최대값 Apk 사이에서만 발생한다고 가정할 수 있으면, 여러 근사법이 적당한 것으로 입증되었다. 한편, 최대 진폭값 Apk 자체가 장치(1)에서 신호(17)가 발생한 때에 대한 명확한 설명을 제공한다. 신호(17)의 발생지의 위치는 따라서 센서에 신호가 도착한 시점에 의해 알려진다.
도 3에 다른 가능성이 도시되어 있다. 이 경우에, 함수 패턴은 개별 세그먼 트로 세분된다. 이 세그먼트 각각에 대해, 데이터를 감축 또는 분배에 대한 전술한 방법 중 하나에 따른 특징점을 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 장치(1)는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 이 장치(1)는, 원래 알려진 방식으로 주변 방향으로의 왕복 피스톤 연소기관의 연소 챔버의 경계를 나타내는 실린더 벽(3)을 가지는 실리더 삽입부(4)를 포함한다. 피스톤(5)은 실린더 삽입부(4)를 구비하고 있고, 실린더 벽(3)의 움직이는 면(2)을 따라서 실린더 삽입부(4)의 세로축에 대해 축방향으로 전방 및 후방으로 이동가능하도록 배치되어 있다. 작동 상태에서 실리더 벽(3)의 움직이는 면(2)에 적용되는 윤활유 필름(7)에 의해, 적어도 하나의 윤활유 노즐(6)이 실린더 벽(3)에 배치되어 있다. 엔진 룸 내의 음향 신호의 기록은 센서(8)에 의해 이루어진다. 이를 위해, 센서(8)는, 센서(8)로부터 신호를 수신하여 처리하는 평가 수단(9)에 접속되어 있다. 신호 평가 및 신호 컨디셔닝은 이 평가 수단에서 이루어지고, 이것에 의해 예를 들면 광, 압력, 저항과 같은 물리 파라미터의 변환값, 이 경우에 센서(8)의 전압 신호를 측정값과 유사한 전압으로 변환한 값을 알 수 있고, 이것은 측정 디바이스에 의해 측정되 표시될 수 있다.
조정 수단(10)은 평가 수단(9)에 접속되어 있고 윤활유 노즐(6)은 조정 수단(10)에 신호 전송 방식으로 접속되어, 윤활유 노즐(6)은 센서(8)의 신호의 협조로 윤활유 필름(7)의 상태 파라미터 ZP가, 본 예에서는 실린더 벽(3)의 움직이는 면(2)에 대한 윤활유 필름(7)의 두께가 최적화되도록 제어된다. 이 상태에서, 도 4에서는 예로서 오직 하나의 윤활유 노즐(6)과 오직 하나의 센서가 도시되어 있다. 왕복 피스톤 연소기간 내의 각 실린더 삽입부(4)는, 각각의 경우에 복수의 유사하거나 비유사한 센서(8)와, 상이한 장소 및/또는 실린더 벽(3)에 부착될 수 있는 복수의 윤활유 노즐(6)을 가질 수 있음은 물론이다. 센서는 또한 (도시되지 않은) 실린더 캡 및/또는 피스톤 및/또는 피스톤 링에 수용되고/되거나 피스톤에 이동가능하게 접속될 수 있다. 중요한 것은 하나 이상의 특성값, 그 중에서 당연히 내연기관의 실린더 내에서 반대로 움직이는 대상들(partner) 사이의 윤활유 필름의 두께이다. 즉 예를 들면 음향 방출 및 상호 마찰 작용의 결과로서 발생하는 음파에 상응하는 효과를 가지는 움직이는 면 및/또는 피스톤(5) 및/또는 피스톤 링(20) 사이의 윤활유 필름의 두께이다.
바람직하게는 평가 수단(9)은, 여기서는 명시적으로 도시하지 않았지만, 센서(8)의 신호를 평가할 수 있는 데이터 처리 시스템을 포함하여, 윤활유 노즐(6)이 조정 수단(10)에 의해 상태 파라미터 ZP, 즉 여기서는 실린더 벽(3) 상의 윤활유 필름(7)의 두께 d가 최적화되도록 제어된다.
제1 센서(8)의 위 및/또는 아래에 직경 방향으로 대향하게 배치되는, 도시되지 않은 제2 센서를 가지는 경우, 음의 공간 전파(傳播) 시에 정상 상태로부터의 이탈이 발생하는지에 관해 설명할 수 있다. 두 센서의 신호는 이른바 상호상관(cross correlation)이라는 것에 의해 서로 비교된다. 두 신호의 중첩에 대해 분명한 피크값을 발생한 것으로 판명되면, 이것은 유체 윤활(hydrodynamic lubrication)이 존재하는 상태에서 슬라이딩 마찰에서 혼합 마찰로의 이동 시 또는 그 반대의 경우, 또는 미세 분열의 형성과 같은 고립된 마이크로 이벤트로의 이동 시에, 대개 윤활유의 공급 시의 비정상적인 것에 기인할 수 있는 노이즈 분포에 대응한다.
다른 실시예에서는, 피스톤 경로에 대한 다른 특성 파라미터를 제2 센서 대신에 선택된다. 이 장치에서, 예를 들면 크랭크 각 또는 흡기 밸브 또는 출구 밸브의 개폐 노이즈와 같은 주기적인 신호를 선택하는 것이 유리하다. 크랭크 각에 따라, 센서(8)는 엔진 노이즈에 의해 비롯된 신호를 수신한다. 이 경우에, 센서(8)에 의해 기록된 신호 패턴은 피스톤의 정상 동작중에 스토리지 유닛(13)에 저장된다. 이 신호 패턴은 평가 수단(9)에서 판독하여 측정 챔버 내의 센서의 위치 및 크랭크 각의 위치에 대해, 장애의 면 좌표(surface coordinate)를 결정할 수 있도록 평가되기 때문에, 장애의 위치를 결정할 수 있다. 평가 수단(9)은 적어도 하나의 데이터 접속부를 통해 스토리지 유닛(13)에 접속되어 있어, 스토리지 유닛(13)에 저장되어 있는 기준 데이터에 대해, 비교기 유닛에서 들어오는 신호와 기준 신호를 비교할 수 있다. 이 비교에 기초하여, 음 패턴 중 비정상적인 것을 검출할 수 있고 장애로서 국부화할 수 있다. 기준 데이터는 또한 교정 유닛(calibration unit)(15)을 통해 스토리지 유닛으로 판독되었을 수 있거나, 또는 컴퓨터(23) 내에서 시뮬레이션된 노이즈 분포에서 비롯될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 신호 패턴으로부터 노이즈 자체에 대한 특성 정보를 결정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 처리가 단순화되고 가속화되는 한편, 관계없는 것 으로 알려진 데이터 자료가 처리의 성분에 포함되지 않도록 필터링을 수행하여, 센서가 제공하는 데이터 자료를 감축시킬 수 있다.
또, 본 발명에 따르면, 피스톤 또는 피스톤 링/ 실린더 삽입부로 이루어지는 슬라이딩 쌍의 순간 마찰 상태를 결정하고, 순간 마찰 상태에 기초하여 최적의 윤활유 양을 설정하기 위한 수단을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 전후방으로 이동될 수 있고, 피스톤 링과 함께 슬라이딩 쌍(sliding pair)을 형성하는 피스톤을 구비한 실린더를 포함하는 내연기관의 동작 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치로서,
    상기 노이즈의 검출을 위해 상기 내연기관에 음향적으로 연결되어 있는 센서;
    상기 노이즈의 주파수 스펙트럼 중 사전에 결정가능한 범위를 필터링하여, 상기 신호 패턴을 생성하는 필터 디바이스; 및
    비교기를 포함하고,
    상기 필터 디바이스에 의해 첫 번째 사이클에서 첫 번째 신호 패턴이 표준 신호 패턴으로서 검출되고 두 번째 사이클에서 두 번째 신호 패턴이 검출되며, 상기 비교기에 의해 상기 첫 번째 사이클과 상기 두 번째 사이클이 비교되는,
    노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터 디바이스는, 미리 결정가능한 중심 주파수에 대해, 미리 결정가능한 주파수 범위를 필터링하는 대역 통과 필터로 이루어지고,
    상기 대역 통과 필터는 전자적 대역 통과 필터 및 소프트웨어 대역 통과 필터 중 하나 이상을 포함하고, 상기 센서는 기계적 대역 통과 필터로서 형성되는, 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 내연기관에 음향적으로 연결되어 있는 센서에 의해 노이즈를 검출하여, 상기 내연기관의 동작 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 신호 패턴을 생성하는 필터 디바이스를 사용하여 상기 노이즈의 주파수 스펙트럼 중 소정의 범위를 필터링하고,
    상기 필터 디바이스에 의해 첫 번째 사이클에서 첫 번째 신호 패턴이 표준 신호 패턴으로서 검출되며,
    상기 필터 디바이스에 의해 두 번째 사이클에서 두 번째 신호 패턴이 검출되고,
    비교기에 의해 상기 첫 번째 사이클과 상기 두 번째 사이클이 비교되는, 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노이즈는 상기 필터 디바이스에 의해 소정의 중심 주파수에 대해 소정의 주파수 범위 내에서 필터링되고,
    상기 필터 디바이스는 대역 통과 필터로서 작용하며,
    상기 대역 통과 필터는 전자적 대역 통과 필터 및 소프트웨어 대역 통과 필터 중 하나 이상으로 형성되고, 상기 센서는 기계적 대역 통과 필터로서 형성되는, 노이즈의 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 신호 패턴은 데이터 감축을 위해 소정의 섹션으로 세분되고,
    상기 신호 패턴은 특성값에 의해 소정의 섹션에 배치되는, 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    주기적으로 동작하는 내연기관의 사이클의 시점과 상기 신호 패턴의 비정상적인 이벤트(anomalous event)가 연관되는, 상기 주기적으로 동작하는 내연기관이 제공되고,
    상기 비정상적인 이벤트의 발생지의 위치가 결정되는, 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    두 개 이상의 센서가 제공되고,
    상기 비정상적인 이벤트의 발생지의 위치는 이동 시간의 차에 의해 결정되는, 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  11. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 신호 패턴 중의 비정상적인 것은 마이크로 이벤트(micro-event)로 역 추적되는, 신호 패턴을 검출하기 위한 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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