KR101613800B1 - 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘 - Google Patents

써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘에 관한 것으로, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법은 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도 측정 방법에 있어서, 상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제1 위치정보에 홀(hole)을 가공하는 단계; 가공된 홀(hole) 내에 써모커플을 삽입하는 단계; 상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제2 위치정보에 써모메트릭을 장착하는 단계; 엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계; 및 상기 써모커플로부터 제1위치정보에 대응하는 제1 온도정보를 획득하고, 상기 써모메트릭으로부터 상기 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하며, 획득된 정보를 토대로 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시 예에 따르면 연소실 금속표면의 온도 측정을 위해 써모커플을 이용할 수 없는 두께가 얇은 부분에 값싼 다수의 써모메트릭과 1개의 써모커플의 조합으로 측정함으로써 연소실 특정 표면의 온도를 추정하며, 연소실 표면의 온도를 추정할 수 있는 알고리즘을 제공함으로써 온도 측정/예측 데이터 확보가 가능한 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘을 제공할 수 있다.

Description

써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘{METHOD AND ALGORITHM OF PRESUMING A TEMPERATURE USING THERMOMETRIC AND THERMOCOUPLE}
본 명세서는 써모메트릭(Thermometric)과 써모커플(Thermocouple)을 이용한 온도 측정 방법 및 분석 알고리즘에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소실 금속표면의 온도 측정을 위해 써모커플을 이용할 수 없는 두께가 얇은 부분에 값싼 다수의 써모메트릭과 1개의 써모커플의 조합으로 측정함으로써 연소실 특정 표면의 온도를 추정하며, 연소실 표면의 온도를 추정할 수 있는 알고리즘을 제공함으로써 온도 측정/예측 데이터 확보가 가능한 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘에 관한 것이다.
일반적으로 디젤, 가솔린, 가스(CNG, LPG) 등의 연료를 사용하는 엔진의 연소실은 실린더 헤드, 실린더 라이너, 흡기/배기 밸브, 흡기/배기 밸브시트 인서트 및 피스톤 등과 같은 연소실 구성 부품이 장착된 공간으로, 공기와 연료가 혼합된 혼합 기체가 폭발하여 고온 고압의 분위기를 조성한다.
고온 고압의 환경은 상술한 바와 같은 연소실 구성 부품의 기계적 성질의 저하를 유발하기 때문에, 엔진 설계 및 유지 보수 등을 위해서는 실제 연소실을 구성하는 부품들이 어떠한 온도 상황에서 작동되는지 측정하는 것이 필요하다. 이러한 온도를 측정함으로써, 측정된 온도를 바탕으로 한 적합한 재질의 고온 소재를 선정하거나, 또는 연소 조건을 조절하여 연소실 온도를 적정 수준으로 조정하는 개선을 수행하는 것이 가능하다.
종래, 연소실 금속 표면의 온도와 같은 고온부 온도를 측정하는 방법으로서 써모커플(Thermocouple)을 설치하고 데이터 수집 장치(DAQ) 장비를 이용하여 실시간 고온부의 온도 데이터를 확보하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나, 연소실 온도 측정 시에 써모커플을 이용한 방법은 측정 방향으로 적어도 2곳을 측정해야 선형으로 연소실 표면의 실시간 온도 추정이 가능하나 측정하고자 하는 표면의 두께가 얇거나, 센서 설치용 홀(Hole) 가공이 불가능한 경우에 사용이 용이하지 않다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하기 위한 다른 방법으로 써모메트릭(Thermometric)를 이용하여 고온부 온도를 측정하는 방법이 있다.
써모메트릭을 이용한 고온부 온도 측정 방법은 측정하고자 하는 표면에 나사탭 가공 후 써모메트릭을 체결하고 일정 시간 동안 엔진을 시험 운전시켜 고온부 표면을 노출한 후 써모메트릭을 분리하여 고온부에 접촉된 면의 경도 변화를 측정하여 온도를 추정한다. 그러나, 써모커플에 비해 설치가 용이하고 저렴하나, 고온부의 실시간 온도를 측정할 수 없고 최대 온도만 측정할 수 있다는 단점이 있다.
이와 같이, 상대적으로 고가의 써모커플 비용을 줄일 수 있고, 얇은 부위에서도 고온부 온도 측정 데이터 확보가 가능하도록 상술한 써모메트릭과 써모커플을 이용한 방법의 각 장점을 조합하여 연소실 표면의 온도를 측정할 수 있는 방법 및 알고리즘의 개발이 요구되는 실정이다.
국내 등록특허공보 제10-1380443호(2009.07.01 공개) 국내 공개특허공보 제10-2008-0041902호(2008.05.14 공개) 일본 등록특허공보 제3252672호(1997.03.07 공개)
본 명세서의 일 실시 예는 연소실 금속표면의 온도 측정을 위해 써모커플을 이용할 수 없는 두께가 얇은 부분에 값싼 다수의 써모메트릭과 1개의 써모커플의 조합으로 측정함으로써 연소실 특정 표면의 온도를 추정하며, 연소실 표면의 온도를 추정할 수 있는 알고리즘을 제공함으로써 온도 측정/예측 데이터 확보가 가능한 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 알고리즘을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법은 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도 측정 방법에 있어서, 상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제1 위치정보에 홀(hole)을 가공하는 단계; 가공된 홀(hole) 내에 써모커플을 삽입하는 단계; 상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제2 위치정보에 써모메트릭을 장착하는 단계; 엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계; 및 상기 써모커플로부터 제1위치정보에 대응하는 제1 온도정보를 획득하고, 상기 써모메트릭으로부터 상기 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하며, 획득된 정보를 토대로 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 알고리즘은 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도 측정 알고리즘에 있어서, 엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계; 상기 소정 시간 동안에 상기 특정 부위에 대한 온도를 측정하고자 하는 제1 위치정보에 가공된 홀(hole)에 삽입된 써모커플로부터 획득된 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보의 변화를 확인하는 단계; 제2 위치정보에 장착된 써모메트릭으로부터 상기 제2위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하는 단계; 상기 확인 결과에 따라, 획득된 정보를 이용하여 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 측정하는 방식을 선택하는 단계; 및 선택된 방식에 따라 측정된 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 데이터베이스화하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 명세서의 일 실시 예에 따르면 시간대별로 정확한 온도 측정이 가능한 써모커플과 설치가 용이한 써모메트릭의 특성을 조합하여 두께가 비교적 얇거나 설치가 불가능한 온도 측정 부위에도 설치, 접근 및 온도 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시 예에 따르면 상대적으로 고가의 써모커플의 비용을 절감할 수 있으며 두께가 얇은 부위에서도 온도 측정 데이터 확보가 가능하다. 따라서, 온도 측정/예측 데이터 확보로 엔진 연소실의 온도 분석 알고리즘과 같은 데이터베이스 구축이 가능하다.
결국, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 방법 및 분석 알고리즘에 따라 추정된 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 바탕으로 한 적합한 고온 소재를 선정하거나, 또는 연소 조건을 조절하여 엔진 연소실 온도를 적정 수준으로 조정하는 개선을 수행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 과정의 순서도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 알고리즘의 흐름도이다.
도 3은 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플의 설치도이다.
도 3a는 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정한 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이다.
도 3b는 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정하지 않은 경우의 시간-온도 그래프이다.
도 4은 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플의 설치도이다.
도 4a는 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정한 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이다.
도 4b는 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정하지 않은 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 용어인 연소실 구성 부품은 엔진 연소실에 장착되는 실린더 헤드, 실린더 라이너, 흡기/배기 밸브, 흡기/배기 밸브시트 인서트 및 피스톤 등을 포함한다.
종래에는 써모커플(Thermocouple)을 이용하여 금속 표면의 두께 방향으로 적어도 2곳 이상의 온도를 측정함으로써 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 실시간 온도를 추정하였다. 그런데, 두께 방향으로 써모커플을 설치하는 것이 불가능할 정도로 금속 표면의 두께가 얇고, 써모커플을 삽입할 홀(Hole)을 가공하기가 어려운 경우가 종종 있다. 즉, 써모커플(Thermocouple)을 이용하여 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 것은 금속 표면의 두께가 써모커플을 설치할 수 있을 정도로 두껍고, 써모커플을 삽입할 홀을 가공할 수 있어야만 하는 한계가 있다.
본 명세서의 일 실시예는 금속 표면의 두께가 비교적 얇아서 써모커플이 설치되기에 불가능한 온도 측정 부위에도 설치, 접근 및 온도 측정이 용이한 써모메트릭을 장착한다. 즉, 1개 또는 다수개의 써모메트릭과 1개의 써모커플을 함께 이용함으로써 신뢰성 있는 연소실 금속 표면의 온도를 추정할 수 있다. 후술하는 도 3 및 도 4에서는 써모커플과 써모메트릭을 조합하여 설치된 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 과정의 순서도이다.
먼저, 종래와 마찬가지로 연소실 금속 표면의 온도를 측정하기 위해서는 금속 표면에서 써모커플을 삽입할 수 있을 정도로 두께가 두꺼우면서 온도를 측정하고자 하는 지점을 선정하여 홀(Hole)을 가공하고, 가공된 홀(Hole)에 써모커플을 삽입한다. 즉, 본 명세서의 일 실시예에서도 금속 표면의 온도를 측정하고자 하는 지점인 제1 위치정보를 선정하여 홀(Hole)을 가공한다(S100). 그리고, 가공된 홀(Hole) 내에 써모커플을 삽입한다(S110). 여기서, 써모커플은 상기 제1 위치정보에 대응하여 연소실 구성 부품에 가해진 실시간 온도 및 온도 변화를 측정할 수 있다. 여기까지는 종래 기술과 차이가 없는 것으로 보이나, 후술하는 단계에서는 종래 기술과의 차별되는 구성을 설명하고자 한다.
써모커플의 특성상 금속 표면의 두께 방향으로 적어도 2곳 이상을 측정해야 금속 표면의 실시간 온도 추정이 가능하나, 측정하고자 하는 금속 표면의 두께가 얇거나 삽입될 홀(Hole) 가공이 어려워 써모커플을 이용하여 금속 표면의 실시간 온도 추정이 불가능한 경우가 자주 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따르면 이때, 써모커플이 삽입될 수 있는 금속 표면의 두께가 두껍고 홀(Hole) 가공이 용이한 금속 표면의 1곳을 선정하여 1개의 써모커플을 삽입하고, 상기 써모커플이 삽입되기 어려운 지점에 써모커플의 한계를 보완할 수 있는 1개 또는 다수개의 써모메트릭을 장착함으로써 1개의 써모커플과 1개 또는 다수개의 써모메트릭으로부터 획득된 온도 정보를 통해 신뢰성 있는 금속 표면의 온도를 추정할 수 있다.
이를 위해, 단계 S100 이후에, 써모커플을 삽입할 수 없는 지점인 금속 표면의 두께가 얇은 곳에 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제2 위치정보를 선정하고, 선정된 제2 위치정보에 1개 또는 다수개의 써모메트릭을 장착한다(S120).
여기서 써모메트릭은 연소실 구성 부품에 장착 및 탈거가 용이하며 아울러 시험 운전 중 탈출이 발생하지 않도록 나사산 형태를 가지도록 할 수 있다. 이를 위해서 미리 연소실 구성 부품에 장착용 홈을 형성하는 것이 필요하다. 뿐만 아니라, 써모메트릭은 연소실 구성 부품에 장착 및 탈거가 용이하기 때문에 금속 표면의 두께가 얇아 금속 표면의 두께 방향으로 적어도 2곳 이상을 삽입해야만 하는 써모커플을 삽입하기 어려운 경우에 1개의 써모커플에 대응하여 1개 또는 다수 개의 써모메트릭을 장착할 수 있다.
단계 S120 이후, 엔진을 소정 시간(△t) 동안 시험 운전한다(S130). 예컨대, 써모메트릭 재질의 특성상 일정 온도에서 특정 시간 동안 연소실에서 노출되어야 경도의 변화가 발생한다. 단계 S130 에서 소정 시간(△t) 동안 엔진을 시험 운전 하는 이유는 엔진 운전 시간이 짧거나 온도가 변하는 경우에는 써모메트릭의 경도 변화가 발생되지 않아 금속 표면의 온도를 측정할 수 없다. 즉, 써모메트릭은 온도 변화에 따른 경도가 비례적으로 변화하는 특성이 있기 때문에, 써모메트릭을 실제 엔진 연소실에 장착하고 시운전하여 기확보된 써모메트릭의 온도-경도 그래프와 비교함으로써 연소실 내부에서 연소실 구성 부품에 가해진 최고 온도를 추정할 수 있다. 따라서, 써모메트릭을 이용하여 연소실 내부에서 연소실 구성 부품에 가해진 최고 온도를 추정하기 위해서 소정 시간(△t) 동안의 엔진 운전 시간은 확보되어야 한다. 즉, 써모메트릭의 경도 측정에 의한 온도 추정은 사전에 확보되어야 하며, 써모메트릭은 연소실 구성 부품에 가해진 최고 온도만을 측정할 수 있다.
단계 S130 이후, 써모커플로부터 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보를 획득하고, 상기 써모메트릭으로부터 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하며, 획득된 정보를 토대로 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정할 수 있다(S140). 여기서, 제1 온도정보는 측정하고자 하는 특정 부위에 삽입된 써모커플에 의해 측정된 연소실 구성 부품에 가해진 실시간 온도를 의미하고, 제2 온도정보는 제1 위치정보와 별개인 제2 위치정보에 장착된 써모메트릭에 의해 측정된 연소실 구성 부품에 가해진 최대 온도를 의미한다.
단계 S140에서는 제1 위치정보
Figure 112014126508944-pat00001
, 제1 온도정보, 제2 위치정보
Figure 112014126508944-pat00002
, 제2 온도정보를 획득하고, 획득된 정보를 토대로 연소실 금속 표면의 고온부인 화염면의 추정 온도
Figure 112014126508944-pat00003
를 예측하고, 이를 통해 상기 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00004
를 측정할 수 있다. 이에 따른 구체적인 온도 측정 알고리즘은 후술하는 도 2에서 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플을 이용한 온도 측정 알고리즘의 흐름도이다.
먼저, 앞서 상술한 도 1의 단계 S130 이후에, 소정 시간(△t) 동안에 써모커플로부터 획득된 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보의 변화를 확인한다(S200). 이후, 상기 제1 위치정보와 별개인 지점인 제2 위치정보에 장착된 써모메트릭으로부터 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득한다(S210). 이때, 제2 온도정보는 제2 위치정보에서 소정 시간(△t) 동안에 써모메트릭에 의해 측정된 연소실 구성 부품에 가해진 최대 온도를 의미한다.
이후, 단계 S200에서의 확인 결과에 따라, 앞선 단계에서 획득된 정보를 이용하여 연소실 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 측정하는 방식을 선택할 수 있다.
예컨대, 단계 S200에서의 확인 결과, 제1 온도정보의 변화가 일정한 패턴을 보이는 경우에는 단계 S230의 방식을 선택한다. 예컨대, 제1 온도정보의 변화가 일정한 경우에는 화염면의 추정 온도
Figure 112014126508944-pat00005
도 일정한 패턴을 보이며, 앞선 단계에서 획득된 정보인 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도인 '써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00006
'와 써모커플로부터 획득된 실시간 온도인 '써모커플 측정가능온도'를 선형보간을 수행하여 첨부된 도 3a 및 도 4a에서 도시된 바와 같은 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00007
를 측정할 수 있다(S230).
예컨대, 단계 S200에서의 확인 결과, 제1 온도정보의 변화가 일정한 패턴을 보이지 않는 경우에는 단계 S240 및 단계 S250의 방식을 선택할 수 있다. 제1 온도정보의 변화가 일정한 패턴을 보이지 않는 경우는 첨부된 도 3b 및 도 4b에서 도시된 바와 같이 제1 온도정보의 변화가 번갈아 발생한다는 것을 의미하기 때문에 적어도 소정 시간(△t) 대비 2배의 시간 동안에 엔진을 시험 운전함으로써(S240), 신뢰성 있는 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00008
를 예측할 수 있다. 또한 신뢰성 있는 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00009
는 제1 온도정보의 변화와 제2 온도정보를 이용하여 하기 수학식 1 및 2에 기초하여 측정될 수 있다(S250).
[수학식 1]
Figure 112014126508944-pat00010
또는
Figure 112014126508944-pat00011
상기 수학식 1에서,
Figure 112014126508944-pat00012
는 화염면 최대 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00013
는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00014
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00015
는 써모커플로부터 획득된 최소 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00016
는 보정 계수를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure 112014126508944-pat00017
또는
Figure 112014126508944-pat00018
상기 수학식 2에서,
Figure 112014126508944-pat00019
는 화염면 최대 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00020
는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00021
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00022
는 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00023
는 보정 계수를 나타낸다.
도 3은 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플의 설치도이며, 도 4는 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모메트릭과 써모커플의 설치도이다.
도 3을 참조하면, 금속 표면의 온도를 측정하고자 하는 지점인 제1 위치정보에 대응하면서 금속 표면의 두께 방향으로 가공된 홀(a)에 써모커플 1개가 삽입될 수 있다. 이때, 금속 표면의 두께가 얇아서 써모커플을 더 삽입하기에 어려운 경우에 써모메트릭(b)를 설치할 수 있다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 써모메트릭(b)은 화염면과 별개인 위치에 설치되거나, 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 써모메트릭(b)는 화염면과 직접 닿는 위치에 설치될 수 있다. 이와 같은 구조는 작업자가 써모커플 및 써모메트릭을 설치함에 있어 설치 작업에 따른 접근성에 따라 결정될 수 있다.
도 3a는 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정한 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이며, 도 4a는 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정한 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이다.
도 3a을 참조하면, 본 명세서의 제1실시 예에 따른 써모메트릭과 써모커플의 설치도인 도 3과 같이 써모커플이 써모메트릭보다 화염면에 가깝게 설치된 구조에서, 소정 시간(△t) 동안 써모커플의 온도 변화가 일정한 패턴을 보일 경우에 써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00024
와 써모커플 측정가능온도를 선형보간을 수행하여 추정되는 신뢰성 있는 화염면 추정 온도를 나타낸 것이다. 이때, 화염면에 가깝게 설치된 써모커플에 의해 측정된 온도인 '써모커플 측정가능온도'가 상대적으로 화염면에 멀게 설치된 써모메트릭에 의해 측정된 온도인 '써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00025
'보다 높은 온도의 그래프를 보이는 것은 자명하다.
도 3b는 본 명세서의 제1실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정하지 않은 경우의 시간-온도 그래프이다. 써모커플의 온도 변화가 일정한 패턴을 보이지 않는 경우에 도 3b와 같이 제1 온도정보의 변화가 번갈아 발생한다는 것을 의미하기 때문에 적어도 소정 시간(△t) 대비 2배의 시간 동안에 엔진을 시험 운전해야만 신뢰성 있는 화염면 추정 온도를 추정할 수 있다. 이때, 써모메트릭은 엔진을 소정 시간(△t) 동안 시험 운전하여 측정된 경도를 환산하여 소정 시간(△t)에 연소실 구성 부품에 가해진 최대 온도를 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 써모커플에 의해 측정된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 실시간 온도인 '써모커플 측정가능온도'의 값을 획득하고, 소정 시간(△t) 동안에 써모메트릭에 의해 측정된 '써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00026
'의 값을 획득하면, 상기 획득된 정보를 기초로 다음 수학식 1 및 2에 의해 신뢰성 있는 화염면의 최대 온도를 추정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014126508944-pat00027
또는
Figure 112014126508944-pat00028
상기 수학식 1에서,
Figure 112014126508944-pat00029
는 화염면 최대 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00030
는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00031
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00032
는 써모커플로부터 획득된 최소 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00033
는 보정 계수를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure 112014126508944-pat00034
또는
Figure 112014126508944-pat00035
상기 수학식 2에서,
Figure 112014126508944-pat00036
는 화염면 최대 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00037
는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00038
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00039
는 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00040
는 보정 계수를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 본 명세서의 제2실시 예에 따른 써모메트릭과 써모커플의 설치도인 도 4와 같이 써모메트릭이 화염면에 직접 닿게 설치되어 써모커플이 상대적으로 화염면에 멀게 설치된 구조에서, 소정 시간(△t) 동안 써모커플의 온도 변화가 일정한 패턴을 보일 경우에 써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00041
와 써모커플 측정가능온도를 선형보간을 수행하여 추정되는 신뢰성 있는 화염면 추정 온도를 나타낸 것이다. 이때, 도 3a와 반대로 화염면에 설치된 써모메트릭에 의해 측정된 온도인 '써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00042
'가 상대적으로 화염면에 멀게 설치된 써모커플에 의해 측정된 온도인 '써모커플 측정가능온도'보다 높은 온도의 그래프를 보이는 것은 자명하다.
도 4b는 본 명세서의 제2실시 예에 따르는 써모커플의 온도 변화가 일정하지 않은 경우에 상응하는 시간-온도 그래프이다. 써모커플의 온도 변화가 일정한 패턴을 보이지 않는 경우에 도 4b와 같이 제1 온도정보의 변화가 번갈아 발생한다는 것을 의미하기 때문에 적어도 소정 시간(△t) 대비 2배의 시간 동안에 엔진을 시험 운전해야만 신뢰성 있는 화염면 추정 온도를 추정할 수 있다. 이때, 써모메트릭은 엔진을 소정 시간(△t) 동안 시험 운전하여 측정된 경도를 환산하여 소정 시간(△t)에 연소실 구성 부품에 가해진 최대 온도를 측정할 수 있다.
도 3b에서 상술한 바와 같이, 도 4b의 경우도 써모커플에 의해 측정된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 실시간 온도인 '써모커플 측정가능온도'의 값을 획득하고, 소정의 시간(△t) 동안에 써모메트릭에 의해 측정된 '써모메트릭 측정온도
Figure 112014126508944-pat00043
'의 값을 획득하면, 상기 획득된 정보를 기초로 다음 수학식 1 및 2에 의해 신뢰성 있는 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00044
를 추정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014126508944-pat00045
또는
Figure 112014126508944-pat00046
상기 수학식 1에서,
Figure 112014126508944-pat00047
는 화염면 최대 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00048
는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00049
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00050
는 써모커플로부터 획득된 최소 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00051
는 보정 계수를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure 112014126508944-pat00052
또는
Figure 112014126508944-pat00053
상기 수학식 2에서,
Figure 112014126508944-pat00054
는 화염면 최대 온도이고, 는 화염면 추정 온도이고,
Figure 112014126508944-pat00056
은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
Figure 112014126508944-pat00057
는 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도값이며,
Figure 112014126508944-pat00058
는 보정 계수를 나타낸다.
상기 수학식 1 및 2에 의해 추정된 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00059
를 통해 특정 부위에 대한 온도를 데이터베이스화하여 저장하고, 저장된 정보를 바탕으로 상기 화염면의 최대 온도
Figure 112014126508944-pat00060
에 상기 연소실 구성 부품의 기계적 성질의 변형이 일어나지 않도록 고온 소재를 선정하거나, 또는 엔진 연소실 온도를 조정할 수 있다.
즉, 본 명세서의 일 실시 예에 따르면 연소실 금속표면의 온도 측정을 위해 써모커플을 이용할 수 없는 두께가 얇은 부분에 값싼 다수의 써모메트릭과 1개의 써모커플의 조합으로 측정함으로써 연소실 특정 표면의 온도를 추정하며, 써모메트릭과 써모커플의 온도 측정값으로 연소실 특정 표면의 온도를 추정할 수 있는 알고리즘을 제공함으로써 온도 측정/예측 데이터 확보가 가능하다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
a : 홀(Hole) b : 써모메트릭

Claims (10)

  1. 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도 측정 방법에 있어서,
    상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제1 위치정보에 홀(hole)을 가공하는 단계;
    가공된 홀(hole) 내에 써모커플을 삽입하는 단계;
    상기 연소실 구성 부품의 금속 표면 온도를 측정하고자 하는 제2 위치정보에 써모메트릭을 장착하는 단계;
    엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계; 및
    상기 써모커플로부터 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보를 획득하고, 상기 써모메트릭으로부터 상기 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하며, 획득된 정보를 토대로 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 단계는,
    상기 소정 시간 동안에 상기 써모커플로부터 획득된 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보의 변화를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 제1 온도정보의 변화가 일정한 경우에는, 상기 획득된 정보를 기초로 선형보간을 수행하여 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 측정하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 제1 온도정보의 변화가 일정하지 않은 경우에는 상기 소정 시간 대비 2배의 시간 동안에 엔진을 시험 운전하는 단계; 및
    상기 제1 온도정보의 변화와 상기 제2 온도정보를 이용하여 하기 수학식 1 및 2에 기초하여 상기 온도를 추정하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112015096832963-pat00083
    또는
    Figure 112015096832963-pat00084

    상기 수학식 1에서,
    Figure 112015096832963-pat00085
    는 화염면 최대 온도이고,
    Figure 112015096832963-pat00086
    는 화염면 추정 온도이고,
    Figure 112015096832963-pat00087
    은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
    Figure 112015096832963-pat00088
    는 써모커플로부터 획득된 최소 온도값이며,
    Figure 112015096832963-pat00089
    는 보정 계수를 나타낸다;

    [수학식 2]
    Figure 112015096832963-pat00090
    또는
    Figure 112015096832963-pat00091

    상기 수학식 2에서,
    Figure 112015096832963-pat00092
    는 화염면 최대 온도이고,
    Figure 112015096832963-pat00093
    는 화염면 추정 온도이고,
    Figure 112015096832963-pat00094
    은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
    Figure 112015096832963-pat00095
    는 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도값이며,
    Figure 112015096832963-pat00096
    는 보정 계수를 나타낸다;
  2. 제1항에 있어서,
    상기 써모메트릭을 장착하는 단계에서, 상기 금속 표면의 두께가 얇거나 또는 상기 홀(hole) 가공이 불가능하여 상기 써모커플을 삽입하기 어려운 상태에 1개 또는 다수개의 써모메트릭을 장착하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계에서, 상기 써모커플은 상기 금속 표면의 실시간 시간대별 온도인 제1 온도정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계에서, 상기 써모메트릭은 경도 변화가 발생하며, 상기 경도 변화와 기수집된 상기 써모메트릭의 온도-경도 그래프와 비교하여 상기 금속 표면의 최대 온도인 제2 온도정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 엔진 연소실에 장착된 연소실 구성 부품의 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도 측정 방법에 있어서,
    엔진을 소정 시간 동안 시험 운전하는 단계;
    상기 소정 시간 동안에 상기 특정 부위에 대한 온도를 측정하고자 하는 제1 위치정보에 가공된 홀(hole)에 삽입된 써모커플로부터 획득된 제1 위치정보에 대응하는 제1 온도정보의 변화를 확인하는 단계;
    제2 위치정보에 장착된 써모메트릭으로부터 상기 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하는 단계;
    상기 확인 결과에 따라, 획득된 정보를 이용하여 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 측정하는 방식을 선택하는 단계;
    선택된 방식에 따라 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 추정하는 단계; 및
    추정된 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 데이터베이스화하여 저장하는 단계
    를 포함하고,
    상기 온도를 측정하는 방식을 선택하는 단계에서,
    상기 확인 결과, 상기 제1 온도정보의 변화가 일정한 경우에는, 상기 상기 제1 온도정보의 변화와 상기 제2 온도정보를 기초로 선형보간을 수행하여 상기 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 측정하는 방식을 선택하며,
    상기 제2 위치정보에 대응하는 제2 온도정보를 획득하는 단계; 이전에,
    상기 금속 표면의 두께가 얇거나 또는 상기 홀(hole) 가공이 불가능하여 상기 써모커플이 삽입하기 어려운 상태인 상기 제2 위치정보에 1개 또는 다수개의 써모메트릭을 장착하는 단계;를 더 포함하는 온도 측정 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 제1 온도정보의 변화가 일정하지 않은 경우에는 상기 소정 시간 대비 2배의 시간 동안에 엔진을 시험 운전하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 온도를 측정하는 방식을 선택하는 단계에서, 상기 제1 온도정보의 변화와 상기 제2 온도정보를 이용하여 하기 수학식 1 및 2에 기초하여 상기 온도를 측정하는 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112016001068624-pat00061
    또는
    Figure 112016001068624-pat00062

    상기 수학식 1에서,
    Figure 112016001068624-pat00063
    는 화염면 최대 온도이고,
    Figure 112016001068624-pat00064
    는 화염면 추정 온도이고,
    Figure 112016001068624-pat00065
    은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
    Figure 112016001068624-pat00066
    는 써모커플로부터 획득된 최소 온도값이며,
    Figure 112016001068624-pat00067
    는 보정 계수를 나타낸다;

    [수학식 2]
    Figure 112016001068624-pat00068
    또는
    Figure 112016001068624-pat00069

    상기 수학식 2에서,
    Figure 112016001068624-pat00070
    는 화염면 최대 온도이고,
    Figure 112016001068624-pat00071
    는 화염면 추정 온도이고,
    Figure 112016001068624-pat00072
    은 써모커플로부터 획득된 최대 온도값이고,
    Figure 112016001068624-pat00073
    는 써모메트릭으로부터 획득된 최대 온도값이며,
    Figure 112016001068624-pat00074
    는 보정 계수를 나타낸다;
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수학식 1 및 2에 기초하여 측정된 금속 표면의 특정 부위에 대한 온도를 바탕으로 상기 온도에 상기 연소실 구성 부품의 기계적 성질의 변형이 일어나지 않도록 고온 소재를 선정하거나, 또는 상기 엔진 연소실 온도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200150282Y1 (ko) 1997-05-30 1999-07-01 양재신 자동차의 자동변속기 오일 온도 측정장치

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