KR101789062B1

KR101789062B1 - 디젤기관차 엔진회전수 검사장치

Info

Publication number: KR101789062B1
Application number: KR1020160113475A
Authority: KR
Inventors: 조재남; 이민주; 김광; 김해곤; 박해근
Original assignee: 한국철도공사
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-10-23

Abstract

본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치는, 보조발전기, 상기 보조발전기에 전기적으로 연결되어 상기 보조발전기로부터 입력되는 교류신호와 이를 정류한 직류전원을 출력하는 VR모듈, 및 엔진 회전수를 조절하는 전자변 A, B, C, D를 포함하고 스로틀 위치신호를 출력하는 조속기를 포함하는 디젤기관차 엔진의 회전수 검사장치로서, 상기 VR모듈로부터 출력되는 교류신호에서 노이즈를 제거하여 정제된 교류신호를 출력하는 노이즈 필터부; 상기 노이즈 필터부에서 출력된 상기 정제된 교류신호의 주파수를 측정하는 주파수 측정부; 상기 주파수 측정부에서 측정된 주파수를 입력받아 엔진의 회전수를 연산하며, 상기 조속기에서 출력되는 상기 스로틀 위치신호를 입력받고, 상기 스로틀 위치신호로 지시되는 미리 결정된 회전수 범위와 상기 연산된 엔진 회전수를 비교하여, 상기 연산된 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 회전수 범위에 포함되는지 여부를 결정하기 위한 회전수 검사를 수행하는 연산부: 상기 연산부와 연결되며, 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 표시하는 표시부; 및 DC/DC 컨버터를 포함하며, 상기 VR모듈로부터 공급받은 직류전원을 상기 DC/DC 컨버터를 통하여 전압을 변경하여 출력하는 전원공급부;를 포함하여 이루어진다.

Description

디젤기관차 엔진회전수 검사장치{Apparatus for Inspecting Diesel Locomotive Engine RPM}

본 발명은 엔진의 회전수를 검사하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 디젤기관차에 적용되는 엔진 회전수 검사장치에 관한 것이다.

엔진의 회전수가 균일하지 못하고 출렁거린다거나 튀는 등의 불량 증상을 나타낼 경우에는 출력부하의 급격한 변동이 발생하거나 심한 경우 기관 정지의 상태에 이를 수도 있다. 특히 다수의 승객이 탑승한 객차를 견인하는 디젤기관차에서 이런 엔진 회전수 불량이 발생할 경우, 열차의 속도에 급격한 변동이 발생하여 승차감을 저해하거나 심한 경우 승객에게 상해를 입히게 될 수도 있고, 여타의 교통수단이 여의치 않은 산간오지 지역에서 기관 정지의 상태가 발생한다면 승객들이 오도 가도 못하고 큰 불편을 겪게 될 수도 있다. 이는 액체식 변속기를 탑재한 디젤액체식기관차뿐 아니라 디젤기관으로 발전기를 구동하고 그 전력으로 전동기를 가동시켜 차륜을 구동하는 디젤전기식기관차의 경우도 마찬가지이다.

이에 따라, 디젤기관차로 견인되는 열차를 이용하여 승객 또는 화물의 운송 서비스를 제공하는 사업자는 정기적으로 엔진 회전수 검사를 시행하여 열차의 안전운행을 담보할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.

디젤기관차의 엔진 회전수를 측정하고 검사하는 방법으로, 종래에는 엔진의 과속방지장치에 설치된 측정 설치공을 이용하는 방법이 있었다. 이와 관련하여, 디젤기관차 엔진의 과속방지장치의 작동구성을 살펴보면, 우선 피스톤의 왕복운동에 따라 회전운동하게 되는 크랭크축과, 크랭크축에 연결된 플라이휠에 연동되어 회전하는 캠축구동 치차, 캠축구동 치차와 연결되어 회전하는 캠축, 그리고 캠축과 연결되어 축 회전을 하는 과속방지장치와 같은 순서로 연결되어, 엔진 크랭크축의 동력이 과속방지장치로 전달되도록 구성된다. 이때 회전수 측정기는 측정 설치공을 통하여 과속방지장치의 축 중심에 밀착시킴으로써 과속방지장치의 회전수를 측정할 수 있다.

이와 같이 과속방지장치에서 측정하는 종래의 엔진 회전수 측정방법을 살펴보면, 측정자1이 기관실 내 제어대에 위치한 가감간을 조작하여 각 단계별 스로틀 위치를 선택하면, 측정자2가 회전수 측정기를 과속방지장치 축 중심에 밀착시켜 회전수를 측정하고, 측정자3이 현재의 가감간 위치를 측정자2에 통보하는 한편 회전수 측정값을 기록함으로써, 측정자1이 선택한 특정 단계에 대응하는 1회의 회전수 측정이 완료된다.

이러한 회전수 측정은, 디젤기관차 차량에 따라 다소 차이가 있을 수 있지만, 유전(Idle)을 제외하고 저유전(Low Idle)과 1단에서 8단까지 총 9개 스로틀 위치에 걸쳐 순차적으로 이뤄질 수 있다. 이러한 다단계 순차 측정을 엔진 회전수를 상승시키면서 8단까지 실시한 후, 8단부터 엔진 회전수를 하강시키면서 각 단계별로 다시 실시한다. 측정자3은 기록한 측정값들을 각 단계별 기준값과 비교하여, 측정값이 기준값의 소정 오차범위 내에 들어오는지를 검토함으로써 각 단계별 엔진 회전수의 양부를 판단한다.

이러한 종래의 엔진 회전수 측정 및 검사 방법은, 엔진에서 직접 측정하기 때문에, 과다한 소음과, 엔진에서 발생되는 열에 의한 열화상의 위험과, 엔진에 부착되거나 연결된 각종 회전체에 의한 안전사고의 위험 등에 측정자가 노출되는 안전상의 문제점이 있었다. 또한, 측정기와 과속방지장치 축과의 밀착도에 따라 측정값이 달라질 수 있기 때문에, 측정자에 따른 오차 발생의 소지가 있었다. 한편, 측정자 3명이 1조로 측정작업에 투입되어야 하므로, 인력활용면에서도 비효율적인 측면이 있었다.

이처럼 과속방지장치 등 엔진의 일부에 직접 접근하여 엔진의 회전수를 측정하는 방법에 따른 문제점들을 개선하고자 하는 시도가 이뤄졌으며, 그 중 하나가 공개특허 제10-2011-0090106호 (2011.08.10.) “발전기 출력특성을 이용한 엔진 회전수 검출기”에 개시되어 있다. 이는 엔진에 연결된 발전기의 출력 전압에 의하여 빛을 매개로 엔진 회전수에 대응하는 전기적 출력 신호를 생성하고, 생성된 상기 전기적 출력 신호의 특성으로부터 상기 엔진의 회전수를 검출하는 장치이다.

즉, 교류전압 형태로 출력되는 발전기 출력 전압을 발광부를 거쳐 빛으로 변환하고, 이 빛을 수광부에서 수신한 후 다시 신호출력 전기신호로 변환하며, 변환된 신호출력에서 펄스의 주파수를 검출함으로써 엔진의 회전수를 검출하도록 작동된다. 이때 상기 발광부 및 수광부는 광 커플러로 일체로 형성될 수 있다.

이와 같은 종래의 엔진 회전수 검출장치는 부가적인 센서가 필요없고, 적은 수의 전자 부품만으로 엔진 회전수를 검출할 수 있어 장착공간과 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 전원단과 신호처리단을 분리하여 구성함으로써 안정적인 신호처리가 가능하고, 입력 임피던스가 큰 연산증폭기 대신 광 커플러를 이용함으로써 외부 전기 노이즈에도 강한 특성을 갖는다.

이러한 엔진 회전수 검출장치를 디젤기관차 엔진 회전수 측정에 적용하게 되면, 과속방지장치 같은 엔진 부품과의 직접적인 접촉 없이 발전기의 출력 전압에 전기적으로 연결하는 것만으로 엔진 회전수 측정이 가능하게 되어 상기한 바와 같은 3인1조 측정방식의 여러 문제점들을 해소할 수 있는 이점이 있다.

다만, 이러한 종래의 엔진 회전수 검출장치는, 엔진으로 구동되는 발전기에서 엔진 회전수를 측정하기 위한 장치로서, 그 구성이 디젤기관차 엔진에 적용되는 것을 염두에 둔 것이 아니므로, 디젤기관차 엔진에 그대로 적용하기에는 무리가 있다.

공개특허 제10-2011-0090106호 (2011.08.10.) “발전기 출력특성을 이용한 엔진 회전수 검출기”

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우선 작업자가 상기 여러 가지 위험에 노출되는 것을 최소화함으로써 안전사고에 대한 염려를 불식시키고 작업환경을 개선할 수 있는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 엔진 회전수 검사의 정밀도를 높이는 동시에 정상여부 판정을 보다 용이하게 해주는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 인력활용 측면에서도 보다 효율적으로 엔진 회전수 검사가 이뤄질 수 있도록 하는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태로서, 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치는, 보조발전기, 상기 보조발전기에 전기적으로 연결되어 상기 보조발전기로부터 입력되는 교류신호와 상기 교류신호를 정류한 직류전원을 출력하는 VR모듈, 및 엔진 회전수를 조절하는 전자변 A, B, C, D를 포함하고 스로틀 위치신호를 출력하는 조속기를 포함하는 디젤기관차 엔진의 회전수 검사장치로서, 상기 VR모듈로부터 출력되는 교류신호에서 노이즈를 제거하여 정제된 교류신호를 출력하는 노이즈 필터부; 상기 노이즈 필터부에서 출력된 상기 정제된 교류신호의 주파수를 측정하는 주파수 측정부; 상기 주파수 측정부에서 측정된 주파수를 입력받아 엔진의 회전수를 연산하며, 상기 조속기에서 출력되는 상기 스로틀 위치신호를 입력받고, 상기 스로틀 위치신호로 지시되는 미리 결정된 회전수 범위와 상기 연산된 엔진 회전수를 비교하여, 상기 연산된 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 회전수 범위에 포함되는지 여부를 결정하기 위한 회전수 검사를 수행하는 연산부: 상기 연산부와 연결되며, 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 표시하는 표시부; 및 DC/DC 컨버터를 포함하며, 상기 VR모듈로부터 공급받은 직류전원을 상기 DC/DC 컨버터를 통하여 전압을 변경하여 출력하는 전원공급부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

더욱이, 상기 조속기와 상기 연산부 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 전자변 A, B, C, D의 작동을 위하여 다수의 위치 중 하나로 설정될 수 있는 가감간이 기계적 또는 전기적으로 연결되는 TH모듈을 더 포함하고, 상기 TH모듈은 상기 가감간의 설정된 위치에 대응하도록 미리 결정된 조합으로 상기 전자변 A, B, C, D를 작동시키는 전자변 제어신호를 공급하는 동시에, 상기 가감간의 상기 설정된 위치에 대응하는 스로틀 위치신호와 전자변 제어신호를 상기 연산부로 전달하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 주파수 측정부는 포토커플러를 포함하며, 상기 교류신호를 상기 포토커플러를 통해 펄스 신호로 변환하여 주파수를 측정하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 표시부는 상기 전자변 A, B, C, D의 작동 상태를 더 표시하도록 구성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태로서, 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사방법은, 가감간에 의해 설정된 스로틀 위치에 따라 엔진의 회전수를 설정하고 스로틀 위치신호를 출력하는 조속기와, 보조발전기를 포함하는 디젤기관차 엔진의 회전수 검사방법으로서, 스로틀 위치를 설정하는 스로틀 위치 설정단계; 상기 보조발전기로부터 출력되는 교류신호를 입력받는 RPM신호 입력단계; 상기 입력받은 교류신호에서 노이즈를 제거하여 정제된 교류신호를 출력하는 노이즈 필터링단계; 상기 정제된 교류신호의 주파수를 측정하는 주파수 측정단계; 상기 조속기에서 출력되는 스로틀 위치신호를 입력받는 스로틀 위치신호 입력단계; 상기 주파수 측정단계에서 측정된 주파수에 기하여 디젤기관차 엔진의 회전수를 연산하고, 상기 스로틀 위치신호 입력단계에서 입력받은 스로틀 위치신호에 대응되는 미리 결정된 회전수 범위를 상기 연산된 엔진 회전수와 비교하여, 상기 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 회전수 범위에 포함되는지 여부를 결정하는 회전수 검사단계; 및 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 표시하는 표시단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치에 의하면, 디젤기관차의 기관실에 직접 접근하지 않고서도 엔진 회전수 검사작업을 수행할 수 있으므로, 작업자의 안전사고 위험을 크게 저감하고 작업환경을 개선시키는 이점이 있다.

또한, 종래기술에 비해 보다 정밀한 측정이 가능하게 됨으로써, 디젤기관차 엔진 회전수의 정상여부 판정이 보다 용이하게 되는 이점이 있다.

더욱이, 종래와 달리 작업자 1인이 엔진 회전수 검사의 모든 과정을 수행할 수 있게 되므로, 보다 경제적으로 디젤기관차 엔진 회전수 검사작업을 수행할 수 있게 되는 우수한 효과가 있다.

나아가, 상기 이점들 덕분에, 디젤기관차의 정기적인 유지보수 작업이나, 엔진의 출력부족, 부하변동 등의 문제 발생시의 원인조사를 보다 용이하고 신속하게 수행할 수 있고, 시운전 차량의 성능검사에도 활용하는 등 폭넓고 다양한 활용이 가능하게 되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치를 연결되는 장치들과 함께 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치의 표시부의 일실시예를 도시한 도면이다.

이하 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치에 대하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치를 연결되는 장치들과 함께 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사방법을 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치의 표시부의 일실시예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치는 노이즈 필터부(130), 주파수 측정부(140), 연산부(110), 표시부(150), 그리고 DC/DC 컨버터를 포함하는 전원공급부(120)로 이루어진다.

노이즈 필터부(130)는 디젤기관차 기관실에 구비된 VR모듈(220), 즉 전압조정모듈(Voltage Regulator Module)에 연결되고, VR모듈(220)은 엔진에 장착된 보조발전기(210)와 연결된다. 디젤기관차 기관실에 구비된 TH모듈(320), 즉 스로틀 응동모듈(Throttle Response Module)은 조속기(310)와 전기적으로 연결되는 동시에 연산부(110)와도 연결된다. 연산부(110)는 또한 외부 통신 인터페이스(도시되지 않음)를 통해 외부의 노트북(410) 등의 장치와 연결될 수 있다.

노이즈 필터부(130)는 VR모듈(220)로부터 출력되는 교류신호에서 노이즈를 제거하여 이론적인 사인(Sine)파에 가까운 정제된 교류신호를 출력하기 위한 장치로서, 상기 교류신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거하기 위한 로우패스필터이거나, 보다 복합적인 노이즈 제거 작용을 하는 복합형 필터, 예를 들어 밴드패스필터일 수도 있다. 디젤기관차 내부에는 전기 노이즈 발생원이 다수 존재하므로, 보조발전기(210)에서 VR모듈(220)을 거쳐 출력되는 교류신호의 주파수를 정확히 측정하기 위해서는 이 교류신호로부터 노이즈 성분을 최대한 제거할 필요가 있다.

VR모듈(220)은 엔진에 장착된 보조발전기(210)에 전기적으로 연결되며, 상기 보조발전기(210)에서 발생되는 교류전력(전력의 관점에서) 또는 교류신호(신호의 관점에서)를 입력받아서, 일부는 특정 범위의 전압을 갖는 직류로 정류하여 출력하고, 나머지 일부는 전력제한 등의 조치를 거쳐 가공된 교류신호로서 출력하거나 또는 단순히 입력을 바이패스한 교류신호로서 출력할 수 있다. 디젤기관차의 VR모듈(220)에서 직류전원 출력전압은 통상적으로 74V를 기준으로 하며, 설정에 따라 ±1∼2V의 오차범위를 가진다. 이러한 직류전압 조정은 VR모듈(220)이 보조발전기(210) 계자의 여자전류를 조정함으로써 이뤄질 수 있다.

주파수 측정부(140)는 노이즈 필터부(130)를 통해 정제된 교류신호를 입력받아서 이 교류신호의 주파수를 측정한다. 주파수 측정부(140)는 포토커플러(도시되지 않음)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 정제된 교류신호를 상기 포토커플러를 통해 펄스 신호로 변환하여 펄스의 주파수를 측정함으로써 상기 교류신호의 주파수를 측정하도록 구성될 수 있다.

포토커플러는 일반적으로 발광 다이오드와 광 트랜지스터를 포함하여 구성되며, 발광 다이오드는 입력된 교류신호로부터 빛을 발생시키고, 광 트랜지스터는 발생된 빛에 대응하여 미리 정해진 임계 전압 이상에서는 턴온되어 도통 상태가 되는 등 임계 전압을 기준으로 스위칭 동작을 함으로써 펄스 신호의 생성을 제어할 수 있다. 포토커플러는 양방향 또는 단방향일 수 있는데, 양방향 포토커플러는 교류전압을 전파정류하는 것이고, 단방향 포토커플러는 교류전압을 반파정류하는 것이다. 포토커플러를 이용하여 교류신호를 펄스 신호로 변환하는 기술에 관한 자세한 사항은 앞서 선행기술문헌으로 인용한 바 있는 공개특허 제10-2011-0090106호의 공보에 기재되어 있으며, 이로써 상기 공개특허공보는 본 명세서의 일부분으로 간주한다.

주파수 측정부(140)는 상기 포토커플러의 펄스 신호를 카운트하여 주파수를 측정하기 위한 계수기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 계수기는 펄스 신호의 단위시간당 개수를 카운트하여 펄스 신호의 주파수를 측정한다. 이와 달리, 주파수 측정부(140)는 계수기를 포함하지 않고 단순히 펄스 신호 자체를 그대로 출력하며, 펄스 신호를 입력받은 연산부(110)에서 펄스 신호를 카운트하여 주파수를 측정하도록 할 수도 있다. 이 경우 연산부(110)는 연산부(110) 내의 대부분의 연산을 처리하는 중앙처리장치(도시되지 않음)에서 계수 기능을 수행하도록 할 수도 있고, 중앙처리장치와 별도로 구비된 독립적인 계수기(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.

연산부(110)는 상기 주파수 측정부(140)에서 측정된 주파수 값을 입력받아 디젤기관차 엔진의 회전수를 연산한다. 또는, 상기 주파수 측정부(140)에서 펄스 신호를 입력받은 후 연산부(110) 내에서 펄스 신호를 카운트하여 주파수를 측정하고, 측정된 주파수 값에 기하여 디젤기관차 엔진의 회전수를 연산하도록 구성될 수도 있다. 이 경우 연산부(110) 내의 중앙처리장치(도시되지 않음)가 펄스 신호를 카운트하는 계수기 기능을 수행하거나, 중앙처리장치와 별도의 계수기를 구비할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

상기 측정된 주파수 값은 보조발전기(210)의 회전수와 직접 관련이 있고, 또한 보조발전기(210)의 회전수는 엔진의 회전수와 직접적으로 관련되어 있다. 우선, 보조발전기(210)의 회전수(RPM)는

로 나타낼 수 있다. 여기서, n은 보조발전기(210)의 분당 회전수(RPM), fag는 상기 펄스 신호의 주파수이고, p는 보조발전기(210)의 극수, 그리고 C는 상수로서, 상기 포토커플러에서 교류신호가 반파 정류되는 경우에는 60, 전파 정류되는 경우에는 120 이 된다. 즉, 상기 포토커플러가 양방향이면 상수 C는 120 이 되고, 단방향이면 60 이 된다. C가 120인 경우에는 펄스 신호의 주파수와 보조발전기(210)의 교류신호의 주파수가 일치한다.

한편, 보조발전기(210)의 회전수는 엔진의 회전수, 즉 크랭크축의 회전수와 직접 연관되어 있다. 즉, 보조발전기(210)는 여러 단계의 치차를 거쳐서 크랭크축으로부터 동력을 전달받도록 구성되므로, 크랭크축부터 보조발전기(210)에 이르기까지의 치차 기어비를 계산하면, 이 기어비와 보조발전기(210)의 회전수로부터 간단하게 엔진의 회전수를 계산해낼 수 있다.

엔진 회전수 연산은 미리 결정된 시간내에 입력된 상기 펄스 신호만을 대상으로 연산하도록 설정될 수 있고, 측정 개시 후 일정 시간 경과 후부터 미리 결정된 시간 범위 내에 입력된 상기 펄스 신호만을 대상으로 연산하도록 설정될 수도 있다.

조속기(310)는 전자변 A, B, C, D(도시되지 않음)를 포함하고, 상기 A, B, C, D의 4개 전자변 각각의 On/Off 조합에 의해 정지, 저유전(Low Idle), 유전(Idle), 그리고 1 내지 8단까지의 스로틀 위치를 조절할 수 있다. 조속기(310)의 스로틀 위치 설정은 디젤기관차 기관실의 제어대(도시되지 않음)에 위치한 가감간(도시되지 않음)을 통해 수행되며, 상기 가감간은 기계적인 구조(다수의 전기접점과 선택적으로 접촉될 수 있는 피벗가능한 레버 등) 또는 전기적인 구조(중복선택이 불가능한 다수의 스위치의 집합 등)로 이루어져, 조속기(310)의 설정가능한 다수의 스로틀 위치 중 하나를 선택할 수 있다.

상기 가감간은 TH모듈과 연결되어 상기 가감간으로 선택한 스로틀 위치가 TH모듈(320)에 입력되고, TH모듈(320)은 상기 스로틀 위치를 TH모듈(320)과 전기적으로 연결된 조속기(310)에 전달한다. 이때, TH모듈(320)은, 가감간의 각 스로틀 위치에 대응하도록 미리 설정된 전자변 A, B, C, D의 On/Off 작동조합에 따라, 가감간으로 선택된 스로틀 위치에 대응하는 작동조합으로 전자변 A, B, C, D를 작동시키는 전자변 제어신호를 조속기(310)에 전송한다.

예를 들어, 스로틀 위치 "유전"에 대응하는 전자변 A, B, C, D의 작동조합이 모든 전자변이 Off 인 것이라면, 전자변 A, B, C, D 모두에 대해 Off 신호를 조속기(310)로 전송할 수 있다. 만약, 전자변이 무신호 입력시에 Off 상태를 유지하거나 Off 상태로 전환되도록 구성되어 있다면, 조속기(310)에 아무 신호도 전송하지 않음으로써 전자변 A, B, C, D가 스로틀 위치 "유전"에 대응하도록 작동하게 할 수 있다. 다른 예로, 스로틀 위치 "4단"에 대응하는 전자변 A, B, C, D의 작동조합이 전자변 A, C는 On이고, 전자변 B, D는 Off인 것이라면, 전자변 A, C에 대해서는 On 신호를, 전자변 B, D에 대해서는 Off 신호 또는 무신호를 조속기(310)로 보낼 수 있다.

전자변 A, B, C, D의 정상작동이 확인되면 조속기(310)는 전자변 A, B, C, D에 의해 설정된 스로틀 위치에 대응하는 스로틀 위치신호를 TH모듈(320)에 전달한다. TH모듈(320)은 상기 스로틀 위치신호와 상기 전자변 제어신호를 연산부(110)로 입력한다.

연산부(110)는 데이터를 전기적으로 저장하는 저장부(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 상기 저장부에는 각 스로틀 위치에 대응하는 미리 결정된 엔진 회전수 범위 데이터가 미리 저장된다. 연산부(110)는 조속기(310)에서 TH모듈(320)을 거쳐 입력되는 상기 스로틀 위치신호로 지시되는 스로틀 위치에 대응하는 미리 결정된 엔진 회전수 범위를 상기 저장부로부터 가져와서, 상기 연산된 엔진 회전수와 비교한다. 상기 연산된 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 엔진 회전수 범위에 포함되면, 연산부(110)는 해당 스로틀 위치에서 엔진 회전수가 양호한 것으로 판정한다. 상기 연산된 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 엔진 회전수 범위를 벗어나면, 연산부(110)는 해당 스로틀 위치에서 엔진 회전수가 불량한 것으로 판정한다.

가감간을 조정하여 스로틀 위치를 변경 설정한 다음, 전술한 바와 같이 엔진 회전수를 다시 연산하고, 이를 해당 스로틀 위치에 대응하는 미리 결정된 엔진 회전수 범위와 비교하여 다시 양부를 판정한다. 이러한 엔진 회전수 양부 판정을 앞서 언급한 바와 같이 저유전과 1단 내지 8단 등 총 9개 스로틀 위치에 대하여 수행할 수 있으며, 다만 이는 디젤기관차 차량에 따라 다소 차이가 있을 수 있다.

연산부(110)는 각 스로틀 위치별로 회전수 양부 판정이 완료되면 이에 관련된 정보를 표시부(150)로 보내어 시각적으로 표시하도록 할 수 있다.

연산부(110)는 연산된 엔진 회전수, 스로틀 위치신호, 양부 판정 결과, 전자변 동작 상태 등의 데이터를 상기 저장부에 저장해둘 수 있다. 이러한 저장은 표시부(150)로 데이터를 전송하기 전에 임시로 저장하는 것일 수도 있고, 추후에 다시 데이터를 확인해볼 수 있도록 영구적으로 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 데이터 저장은 각 스로틀 위치별로 엔진 회전수 양부 판정이 완료된 때마다 이뤄지도록 할 수 있다. 이렇게 저장된 데이터는 상기 언급한 바 있는 외부 통신 인터페이스(도시되지 않음)를 통해 프린터 등 외부 출력장치로 보내질 수도 있고, 외부 통신 인터페이스를 통해 연결된 노트북(410)으로 보내져 데이터의 백업이나 가공 등에 활용될 수도 있다.

바람직하게는, 이러한 연산부(110)는 PLC, 즉 프로그래머블 로직 컨트롤러로써 구성될 수 있다.

표시부(150)는 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 엔진 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 연산부(110)로부터 수신하여 표시할 수 있다. 추가적으로, 상기 전자변 A, B, C, D 각각의 작동 상태를 표시하도록 구성할 수도 있다.

앞서 표시부(150)는 회전수 검사 결과를 시각적으로 표시하도록 할 수 있다고 언급한 바 있으나, 회전수 검사 결과를 포함한 상기 정보들을 시각적으로 표시하는 대신 청각적으로 표시하도록 표시부(150)를 구성할 수도 있고, 시각적 정보와 청각적 정보를 동시에 표시하도록 표시부(150)를 구성할 수도 있다. 표시부(150)가 청각적 정보를 표시하도록 구성되는 경우에는 스피커(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

도 2에 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치의 표시부의 일실시예를 도시하였다. 표시부(150)는 연산된 엔진회전수 표시(151), 스로틀 위치신호 표시(155), 미리 결정된 엔진 회전수 범위 표시(157), 회전수 검사 결과 표시(159) 등을 표시하고 있음을 알 수 있다.

연산된 엔진회전수 표시(151)는 실시간으로 변동되는 엔진 회전수 값을 RPM 수치로서 표시하도록 할 수 있다. 스로틀 위치신호 표시(155)는 현재 가감간에 의해 설정한 스로틀 위치를 다른 스로틀 위치들과 색상을 달리하여 표시할 수 있다.

미리 결정된 엔진 회전수 범위 표시(157)는 상기 저장부에 저장되어 있는 각 스로틀 위치별로 미리 결정된 엔진 회전수 범위 값을 그대로 RPM수치로서 표시하고 있다. 다만, 이러한 미리 결정된 엔진 회전수 범위 값은 엔진 회전수 검사를 실시하고자 하는 디젤기관차 차량에 따라 달라질 수 있고, 또한 동일한 엔진이라 하더라도 엔진의 세부 구성이나 튜닝 상태에 따라 달라질 수 있으므로, 각 차량별로 또한 각 엔진 구성 별로 별도로 저장될 필요가 있을 것이다. 이 경우, 검사 개시 전에, 차량 또는 엔진 구성을 선택할 수 있는 방법을 제공해야 할 필요가 있을 것이고, 이러한 선택 루틴이 연산부(110)에 포함될 수 있다. 또한, 표시부(150)에 이러한 선택 과정에 필요한 화면 표시와 선택방법(터치 버튼 등)이 표시되도록 구성할 수 있다.

회전수 검사 결과 표시(159)는 해당 스로틀 위치에 대한 회전수 검사 결과를 양부 판정에 따라 각각 색상을 달리하여 표시할 수 있다. 다른 예로, 불량 판정의 경우에는 색상변화가 없고, 양호 판정의 경우에만 색상을 달리하여 표시할 수도 있고, 그 반대로 할 수도 있을 것이다.

표시부(150)가 청각적 정보를 표시하도록 구성된 경우에는, 예를 들어 현재 검사중인 스로틀 위치(스로틀 위치의 번호), 회전수 양부 판정 결과(양호 또는 불량) 등을 음성합성이나 녹음된 음성을 통해 표시부(150)의 스피커로 음성출력하도록 할 수 있다.

그 외에도 표시부(150)는 엔진 회전수를 나타낸 엔진 회전수 그래프(153), 측정중 표시(161), 전자변 동작상태 표시(163) 등의 추가적인 표시를 더 구비할 수 있다. 도시된 실시예에서 엔진 회전수 그래프(153)는 엔진 회전수 수치인 RPM값을 막대그래프로 나타낸다. 엔진 회전수 그래프(153)에는 각 스로틀 위치에 해당하는 RPM 수치 부근에 스로틀 위치 표시를 부가함으로써, 현재 측정중인 스로틀 위치를 한눈에 보다 쉽게 파악할 수 있도록 구성할 수 있다. 스로틀 위치 표시는 1단 내지 8단을 나타내는 각 숫자로 간단히 표시할 수 있고, 이때 저유전(또는 유전)은 숫자 0으로 표시할 수 있다.

측정중 표시(161)는 엔진 회전수 측정이 진행중일 때 다른 색상으로 점등되도록 할 수도 있고, 점멸이 반복되도록 할 수도 있으며, 이 둘을 조합하여 표시하도록 구성할 수도 있다. 전자변 동작상태 표시(163)는 전자변 A, B, C, D 중에서 해당 스로틀 위치에서 여자되어 작동중인 전자변을 색상을 달리하여 표시함으로써, 선택된 스로틀 위치와 해당 스로틀 위치를 선택하기 위한 전자변의 작동이 일치하는지 여부를 확인하여 오류 유무를 쉽게 검출할 수 있다.

측정중 표시(161)가 점등되거나 점멸하는 때에 동시에 스피커를 통해 단속적인 비프음을 발생시켜 엔진 회전수 측정이 진행중임을 측정자나 주변인들에게 환기시킬 수 있다. 표시부(150)가 후술하는 바와 같이 터치 디스플레이로 구성되는 경우, 전자변 동작상태 표시(163)를 터치함으로써 전자변 A, B, C, D 중에서 현재 여자되어 동작중인 전자변을 음성으로 안내하도록 설정할 수도 있을 것이다.

이 같은 표시 사항들 외에, 표시부(150)는 측정 버튼(165), 정지 버튼(167), 처음으로 버튼(169) 등의 작동제어 버튼들을 포함할 수 있다. 측정 버튼(165)은 가감간에 의해 스로틀 위치가 선택된 후에 측정을 개시하는 버튼이고, 정지 버튼(167)은 측정을 정지하는 버튼이다. 처음으로 버튼(169)은 본 발명에 따른 엔진 회전수 검사장치를 측정 초기상태로 되돌리는 버튼이다.

이러한 버튼들을 구비한 경우 표시부(150)는 터치 입력을 받을 수 있는 터치 디스플레이로 구성되어야 할 것이고, 터치 입력을 제어할 수 있는 터치 제어부(도시되지 않음)가 표시부(150) 내에 구비되어야 할 것이다. 터치 제어부는 표시부(150) 대신 연산부(110) 내에 구비될 수도 있을 것이다.

정지 버튼(167)은 각 스로틀 위치별 엔진 회전수 양부 판정이 이뤄진 후에 더 이상의 불필요한 연산을 중지하도록 구성된 것일 수도 있고, 엔진 회전수 양부 판정이 완료되기 전에 엔진 회전수 검사를 중지하고자 할 때 누르도록 구성될 것일 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 엔진 회전수 연산은 미리 정해진 시간 범위 내에 입력된 펄스 신호만을 대상으로 실시될 수 있고, 이 경우 엔진 회전수 양부 판정 역시 소정 시간 경과 후에는 자동적으로 결정될 수 있으므로, 이러한 경우에는 각 스로틀 위치에서 엔진 회전수 양부 판정이 완료되었음을 이유로 누르는 정지 버튼은 불필요할 수도 있다.

처음으로 버튼(169)은 당해 엔진 회전수 검사중에 연산부(110) 내의 저장부에 저장된 데이터를 삭제하거나 표시부(150)에 표시된 사항들을 삭제하는 기능을 포함할 수 있다.

상기 측정 버튼(165), 정지 버튼(167), 처음으로 버튼(169) 등의 작동제어 버튼을 누를 때에는 표시부(150)에 내장된 스피커를 통해 비프음이 송출되도록 함으로써 버튼이 정상적으로 입력되었는지 여부를 바로 확인할 수 있다.

전원공급부(120)는 DC/DC 컨버터(도시되지 않음)를 포함하며, VR모듈(220)로부터 공급받은 74V의 직류전원을 상기 DC/DC 컨버터를 통하여 전압을 변경하여 연산부(110) 등에 공급한다. 일 실시예에서 상기 전원공급부(120)는 DC 24V의 전압을 출력하여 이를 연산부(110)에 공급하고, 또한 연산부(110)를 통해서 또는 연산부(110)를 거치지 않고, 본 발명의 회전수 검사 장치의 다른 부분들, 예컨대 주파수 측정부(140), 표시부(150) 등에 공급한다. 이처럼 DC/DC 컨버터를 포함함으로써 디젤기관차의 기관실 내에 공급되는 74V의 차량 직류전원을 그대로 사용할 수 있는 이점이 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 연산부(110)는 외부 통신 인터페이스(도시되지 않음)를 구비할 수 있는데, 이러한 인터페이스로는 USB, RS-232C 포트 등이 구비될 수 있다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 일 형태로서, 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진 회전수 검사방법에 대하여 설명한다.

검사를 시작하면(S100), 먼저 가감간에 의해 스로틀 위치를 설정한다(S200). 스로틀 위치가 설정되면 조속기(310)가 전자변 A, B, C, D를 제어하여 엔진 회전수를 설정하고, 스로틀 위치신호를 출력한다.

이어서, 엔진에 장착된 보조발전기(210)로부터 출력되는 교류신호, 즉 엔진의 RPM을 연산하기 위한 기초 데이터가 되는 신호를 입력받는다(S300).

상기 교류신호는 기관차 내에서 발생되는 여러 종류의 전기 노이즈를 포함하고 있는 바, 이러한 노이즈를 걸러내고 깨끗한 교류신호를 얻기 위하여 노이즈 필터링 단계를 거친다(S400).

다음으로 정제된 교류신호의 주파수를 측정한다(S500). 주파수 측정에는 전술한 바와 같이 포토커플러 등이 사용될 수 있다.

상기 노이즈 필터링 단계, 주파수 측정 단계 등과 병행하여, 조속기(310)에서 출력되는 스로틀 위치신호를 입력받는다(S600).

회전수 검사단계(S700)에서는, 상기 주파수 측정단계(S50)에서 측정된 주파수에 기하여 디젤기관차 엔진의 회전수를 연산하고, 상기 스로틀 위치신호 입력단계(S600)에서 입력받은 스로틀 위치신호에 대응되는 미리 결정된 회전수 범위를 상기 연산된 엔진 회전수와 비교하여, 상기 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 회전수 범위에 포함되는지 여부를 결정하여, 엔진 회전수의 양부를 판정한다.

상기 양부 판정이 완료되면, 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 표시부(150)에 표시하여(S800) 검사자가 그 결과를 확인할 수 있도록 한다.

이어서 스로틀 위치를 변경 설정하고(S200), 위 단계들을 다시 수행한다.

모든 스로틀 위치에 대한 회전수 검사가 완료되면, 검사를 종료한다(S900).

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 디젤기관차 엔진의 회전수 검사장치 및 방법에 대하여 자세히 설명하였으나, 이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 오직 하기의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여지는 것임에 유의해야 할 것이다.

110 : 연산부 120 : 전원공급부
130 : 노이즈 필터부 140 : 주파수 측정부
150 : 표시부 151 : 엔진회전수 표시
153 : 엔진 회전수 그래프 155 : 스로틀 위치신호 표시
157 : 미리 결정된 엔진 회전수 범위 표시 159 : 회전수 검사 결과 표시
161 : 측정중 표시 163 : 전자변 동작상태 표시
165 : 측정 버튼 167 : 정지 버튼
169 : 처음으로 버튼 210 : 보조발전기
220 : VR모듈 310 : 조속기
320 : TH모듈 410 : 노트북

Claims

보조발전기, 상기 보조발전기에 전기적으로 연결되어 상기 보조발전기로부터 입력되는 교류신호와 상기 교류신호를 정류한 직류전원을 출력하는 VR모듈, 및 엔진 회전수를 조절하는 전자변 A, B, C, D를 포함하고 스로틀 위치신호를 출력하는 조속기를 포함하는 디젤기관차 엔진의 회전수 검사장치로서,
상기 VR모듈로부터 출력되는 교류신호에서 노이즈를 제거하여 정제된 교류신호를 출력하는 노이즈 필터부;
상기 노이즈 필터부에서 출력된 상기 정제된 교류신호의 주파수를 측정하는 주파수 측정부;
상기 주파수 측정부에서 측정된 주파수를 입력받아 엔진의 회전수를 연산하며, 상기 조속기에서 출력되는 상기 스로틀 위치신호를 입력받고, 상기 스로틀 위치신호로 지시되는 미리 결정된 회전수 범위와 상기 연산된 엔진 회전수를 비교하여, 상기 연산된 엔진 회전수가 상기 미리 결정된 회전수 범위에 포함되는지 여부를 결정하기 위한 회전수 검사를 수행하는 연산부:
상기 연산부와 연결되며, 상기 연산된 엔진 회전수, 상기 스로틀 위치신호, 상기 미리 결정된 회전수 범위 및 상기 회전수 검사의 결과 중 하나 이상의 정보를 표시하는 표시부; 및
DC/DC 컨버터를 포함하며, 상기 VR모듈로부터 공급받은 직류전원을 상기 DC/DC 컨버터를 통하여 전압을 변경하여 출력하는 전원공급부;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 조속기와 상기 연산부 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 전자변 A, B, C, D의 작동을 위하여 다수의 위치 중 하나로 설정될 수 있는 가감간이 기계적 또는 전기적으로 연결되는 TH모듈을 더 포함하고,
상기 TH모듈은 상기 가감간의 설정된 위치에 대응하도록 미리 결정된 조합으로 상기 전자변 A, B, C, D를 작동시키는 전자변 제어신호를 공급하는 동시에, 상기 가감간의 상기 설정된 위치에 대응하는 스로틀 위치신호와 전자변 제어신호를 상기 연산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 주파수 측정부는 포토커플러를 포함하며, 상기 교류신호를 상기 포토커플러를 통해 펄스 신호로 변환하여 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 표시부는 상기 전자변 A, B, C, D의 작동 상태를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 디젤기관차 엔진 회전수 검사장치.
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