KR102218770B1 - Ｔｄｃ 오차 보정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 장치는, 데이터를 수신하도록 구성된 통신부; 및 상기 통신부와 연결하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신부를 통해 선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 수신하고, 상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행하고, 상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하고, 상기 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하도록 구성된다.

Description

ＴＤＣ 오차 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TOP DEAD CENTER ERROR CORRECTION}
본 발명은 TDC 오차 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박 엔진 모니터링 장치는 선박 엔진의 유지관리를 위해서 필수 장비로 대두되고 있다. 특히, 선박 엔진 모니터링 장치는 엔진의 정밀하고 정확한 측정을 위하여 측정 오차를 최소화하는 기술이 필수적으로 요구되고 있으며, 이를 위하여 다양한 계측기술이 개발된 바 있다.
선박 엔진 모니터링 장치의 계측기술로는 선박 기관의 출력을 측정하기 위한 지압계측기가 대표적이며, 이러한 지압계측기는 기계식 방식과 전자식 방식이 있다.
다만, 기계식 방식은 측정하는 사람의 숙련도와 계측자의 오차로 인하여 실제 엔진의 상태와 계측결과 간에 약 10% 내외의 오차가 발생되는 문제점이 있어서, 최근에는 전자식 방식을 이용하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 TDC 오차 보정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선박 엔진 및 각도센서 간의 정확한 TDC 위치를 결정하기 위한 TDC 오차 보정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 장치는, 데이터를 수신하도록 구성된 통신부; 및 상기 통신부와 연결하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신부를 통해 선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 수신하고, 상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행하고, 상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하고, 상기 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 장치의 TDC 오차 보정 방법은, 선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 수신하는 단계; 상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행하는 단계; 상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하는 단계를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 사용자가 선박 엔진에서의 TDC 오차 발생 원인을 좀 더 구체적으로 인지할 수 있고, 각 오차 발생 원인에 알맞은 보정 방법을 이용하여 정확한 오차 보정을 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 선박 엔진의 출력성능 오차를 최소화하고, 정확한 연소 해석 결과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 정확한 엔진 해석 결과에 따라 엔진을 최적의 상태로 유지하여 엔진의 수명 및 연료소비율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 종래에 비해 더 정확한 엔진 분석이 가능하므로, 엔진 분석 및 점검을 위해 소요되는 작업 공정 및 시간을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명은 엔진의 상태를 진단하여 엔진사고를 예측 및 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진의 TDC(Top Dead Center) 오차 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진이 발전기를 구동하는 경우를 설명하기 위한 예시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진이 프로펠러를 구동하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 착화지연기간을 설명하기 위한 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정확한 TDC를 결정한 경우의 열발생율, 확인된 TDC가 실제 TDC보다 앞에 위치하는 경우의 열발생율 및 확인된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치하는 경우의 열발생율을 나타내는 선도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에서 제1 TDC 오차 보정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도들이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e, 도 7f, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에서 제2 TDC 오차 보정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도들이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는(3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~ 를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된)프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진의 TDC(Top Dead Center) 오차 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, TDC 오차 보정 시스템(100)은 대형 선박 등에 적용되는 대형 저속 4행정 엔진 또는 대형 저속 2행정 엔진의 한 사이클 동안의 엔진 출력을 측정하고, 측정된 엔진 출력에 기반하여 TDC 오차를 보정하기 위한 시스템이다.
이러한 TDC 오차 보정 시스템(100)은 선박 엔진(130)에 관한 다양한 데이터를 측정하는 복수의 센서, 복수의 센서와 전기적으로 연결된 선박 엔진(130), 및 선박 엔진(130)에 관한 엔진 출력을 산출하고, 이를 기반으로 TDC 오차를 보정하는 전자 장치(140)를 포함할 수 있다. 특히, 선박 엔진의 성능 분석의 정확도는 TDC 위치의 정확도에 의해 결정되므로, TDC 위치 오차가 발생되면 선박 엔진의 성능 분석 정확도가 저하될 수 있다. 이에, TDC 오차 보정 시스템(100)은 TDC 위치에 대한 오차 발생 여부를 결정하고, TDC 위치 오차가 발생되면 이를 보정하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
먼저, 복수의 센서는 압력 센서(110) 및 각도 센서(120)를 포함할 수 있다. 압력 센서(110)는 각 실린더(cylinder, 미도시)의 개별 연소압력에 관한 신호를 검출하고, 각도 센서(120)는 크랭크샤프트(crank shaft, 미도시)의 회전 각도에 관한 신호를 검출한다.
구체적으로, 압력 센서(110)는 선박 엔진의 인디케이터 콕(Indicator Cock, 미도시)에 설치되어 엔진에 복수로 구비된 각 실린더의 개별 연소압력을 검출하고, 검출된 각 실린더의 개별 연소압력에 관한 신호를 전자 장치(140)로 전달할 수 있다.
각도센서(120)는 플라이휠(fly wheel, 미도시)의 반대쪽에 배치된 크랭크샤프트의 단부에 설치되어 크랭크샤프트의 회전 각도를 검출하고, 크랭크샤프트의 회전 각도에 관한 신호를 전자 장치(140)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 각도 센서(120)는 앵글 엔코더(angle encoder) 및/또는 픽업 센서(pick-up sensor)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 크랭크샤프트의 회전 각도를 검출할 수 있는 다양한 각도 센서가 이용될 수 있다.
일반적으로 선박 엔진(130)은 구동 주체에 따라 발전기(generator)를 구동하는 엔진과 프로펠러(propeller)를 구동하는 엔진으로 구분되며, 이러한 엔진 각각에 대한 크랭크샤프트의 회전 각도를 측정하기 위해서 각도 센서는 서로 다른 위치에 장착될 수 있다. 이에 대해서, 구체적으로 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진이 발전기를 구동하는 경우를 설명하기 위한 예시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 선박 엔진이 프로펠러를 구동하는 경우를 설명하기 위한 예시도이다. 본 발명의 실시예에서 선박 엔진(200)은 도 1의 선박 엔진(130)을 의미하고, 각도 센서(240)는 도 1의 각도 센서(120)를 의미할 수 있다.
도 2a와 같이 선박 엔진(200)이 발전기(205)를 구동하는 경우 선박 엔진(200)과 발전기(205)가 연결되기 위해 선박 엔진(200)의 크랭크샤프트(210) 끝단에 플라이휠(220)이 장착되고, 이러한 플라이휠(220)이 발전기(205)의 발전기 샤프트(generator shaft)(215)의 끝단에 장착된 커플링(coupling)(225)과 연결될 수 있다.
도 2b와 같이 선박 엔진(200)이 프로펠러(250)를 구동하는 경우 선박 엔진(200)과 프로펠러(250)가 연결되기 위해 선박 엔진(200)의 크랭크샤프트(210) 끝단에 플라이휠(220)이 장착되고, 이러한 플라이휠(220)이 프로펠러(250)의 프로펠러 샤프트(255)의 끝단에 장착된 커플링(225)과 연결될 수 있다.
이러한 경우 각도 센서(240)는 크랭크샤프트 끝단인 엔진 댐퍼(engine damper)(230)의 측면(235) 및/또는 발전기 샤프트 끝단인 베어링(bearing) 측면(245)에 장착될 수 있다.
각도 센서(240)가 엔진 댐퍼 측면(235)에 장착되는 경우 선박 엔진(200)이 구동되면 엔진 부하가 증가하여 크랭크샤프트(210)와 각도 센서(240) 사이에 위치한 엔진 댐퍼(230)에 진동 감쇠작용으로 인한 유격이 발생될 수 있다. 이로 인해, 크랭크샤프트(210)와 각도 센서(240)가 서로 일체화되도록 회전하지 않으므로, 선반 엔진(200)에서 초기에 설정된 각도 센서(240)의 TDC 위치가 변하게 되어 엔진 출력에 오차가 발생될 수 있다. 또한 각도 센서(240)가 베어링 측면(245)에 설치될 경우 선박 엔진(200)이 구동되면 엔진 부하가 증가하여 플라이휠(220)에 장착된 커플링(225)에 비틀림 또는 유격이 발생될 수 있다. 일반적으로 커플링(225)은 플렉시블 커플링이 이용되며, 부하증가에 따라 이러한 유격이 증가하게 되고, 각도 센서(240)의 TDC 위치가 점점 변하게 되어 선박 엔진의 연소 해석에 오류가 발생될 수 있다.
이와 같이 엔진 출력의 오차 및 연소 해석의 오류를 최소화하기 위해 정확한 TDC 위치를 갖도록 각도 센서의 TDC 위치를 보정할 필요가 있다. 각도 센서의 TDC에 대한 오차는 상술한 엔진 댐퍼의 감쇠작용 오차 및 커플링의 유격 오차 이외에 플라이휠 TDC mark와 실제 TDC의 오차, 각도센서 세팅오차, 엔진과 발전기 사이의 슬립(즉, 회전 질량 관성 모멘트, 플렉시블 커플링, 엔진댐퍼 등), 크랭크샤프트 제작 오차(폭발각 오차) 중 적어도 하나에 의해 발생되는 TDC 오차를 보정하는 것을 의미할 수 있다.
나아가, 플라이휠 TDC mark와 실제 TDC의 오차, 각도센서 세팅오차, 엔진과 발전기 사이의 슬립(즉, 회전 질량 관성 모멘트, 플렉시블 커플링, 엔진댐퍼 등), 크랭크샤프트 제작 오차(폭발각 오차) 중 적어도 하나에 의해 발생된 위치 오차는 엔진 부하가 발생되지 않은 상태에서 확인되는 오차일 수 있다. 또한, 엔진 댐퍼의 유격 오차 및 커플링의 유격 오차에 의해 발생된 위치 오차는 엔진 부하가 발생된 상태에서 확인되는 오차일 수 있다.
이러한 오차들에 의한 각도 센서의 TDC 위치를 보정하기 위해 다시 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
다시 도 1을 참조하면, 전자 장치(140)는 엔진 부하 발생 여부에 따라 서로 다르게 발생될 수 있는 TDC 오차들을 보정하기 위해 복수의 오차 보정 동작들을 수행하기 위한 장치로서, 태블릿 PC(Personal Computer), 노트북 및/또는 PC 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 엔진 부하는 엔진이 구동하는 경우 발생할 수 있다.
구체적으로, 엔진 부하가 발생되지 않은 상태에서 확인되는 TDC 위치 오차를 보정하기 위해 전자 장치(140)는 압력 센서(110) 및 각도 센서(120)로부터 획득된 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전각도(즉, 크랭크 각도)별 압축압력, 및 압축압력별 크랭크 각도를 미분한 dp/dθ별 크랭크 각도를 산출할 수 있다. 다양한 실시예에서 전자 장치(140)는 이와 같이 산출된 회전 각도별 압축압력을 나타내는 압축압력선도(P-θ선도) 및 dp/dθ별 크랭크 각도에 해당하는 회전 각도별 압력변동율을 나타내는 압력변동율선도(dp/dθ=0 선도)를 전자 장치(140)의 표시부를 통해서 표시할 수도 있다.
전자 장치(140)는 회전 각도별 압축압력의 최고점(압축 TDC, Pcomp)을 검출하고, 검출된 최고점에 대응하는 크랭크 각도가 기 설정된 임계 크랭크 각도(즉, 임계 회전 각도)와 일치하는지를 결정할 수 있다. 또는, 전자 장치(140)는 dp/dθ별 크랭크 각도에서 dp/dθ이 0이 되는(즉, dp/dθ=0인) 크랭크 각도를 검출하고, 검출된 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도와 일치하는지를 결정할 수 있다. 여기서, 엔진의 1사이클이 720℃A(Crank Angle)인 경우 임계 크랭크 각도는 360℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 경우 각 실린더의 압축압력의 최고점은 각 실린더의 TDC로 볼 수 있다.
크랭크 각도가 임계 크랭크 각도에 해당하지 않으면 전자 장치(140)는 각도 센서(120)의 TDC 오차가 발생된 것으로 결정하고, 이에 대한 오차값을 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 실린더의 압축 TDC에 대응하는 크랭크 각도가 '360.5℃A'이고, 임계 크랭크 각도가 '360℃'인 경우 전자 장치(140)는 압축 TDC의 크랭크 각도인 '360.5℃A'에서 임계 크랭크 각도인 '360℃'를 뺀 값인 '0.5℃A'를 오차값으로 결정할 수 있다. 또는, 제1 실린더의 dp/dθ이 0이 되는 크랭크 각도가 '357℃A'인 경우 전자 장치(140)는 dp/dθ이 0이 되는 크랭크 각도인 '357℃A'에서 임계 크랭크 각도인 '360℃'를 뺀 값인 '-3℃A'를 오차값으로 결정할 수 있다.
다양한 실시예에서 전자 장치(140)는 검출된 압축 TDC에 대응하는 크랭크 각도 및 dp/dθ=0인 크랭크 각도 둘 다를 고려하여 오차값을 결정할 수도 있다.
이와 같이 오차값이 결정되면 전자 장치(140)는 결정된 오차값에 기반하여 각도센서에 대한 제1 TDC 위치 보정을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 압축 TDC의 크랭크 각도 및 dp/dθ이 0이 되는 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도를 가지도록 보정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(140)는 압축 TDC의 크랭크 각도인 '360.5℃A'가 '360℃'를 가지도록 보정하고, dp/dθ이 0이 되는 크랭크 각도인 '357℃A'가 '360℃'를 가지도록 보정할 수 있다.
검출된 압축 TDC의 크랭크 각도 및 dp/dθ이 0이 되는 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도에 해당하면 전자 장치(140)는 각도 센서(120)의 위치가 정상적인 것(또는 오차가 발생되지 않은 것)으로 결정하고, 이를 나타내는 결과 데이터를 저장하거나, 결과 데이터를 표시부를 통해서 표시할 수도 있다.
한편, 회전 각도별 압축압력과 dp/dθ별 크랭크 각도에 기반하여 각도 센서(120)의 위치 오차 발생 여부를 결정하는 경우 전자 장치(140)는 각도 센서의 장착 위치에 대한 오차, 각도 센서의 펄스 파형에서의 오차, 회전 질량 관성 모멘트에 의한 오차 및 크랭크샤프트의 크랭크 각도 오차 중 적어도 하나를 오차 발생의 원인으로 결정할 수 있다.
이어서, 엔진 부하가 발생된 상태에서 확인되는 TDC 위치 오차를 보정하기 위해 전자 장치(140)는 위치 오차에 따라 변동되는 크랭크샤프트의 회전 각도별 열발생율(Rate of heat release)을 이용할 수 있다.
이러한 열발생율은 엔진의 연소상태, 연료의 자발화에 의한 점화시점, 및 연료가 연소되어 발생한 열량 등을 계산하여 엔진의 연소성능을 해석하기 위해 주로 사용될 수 있다. 전자 장치(140)는 이러한 열발생율에 기반하여 각도센서에 대한 제2 TDC 위치 보정을 수행함으로써 엔진 TDC의 정확한 위치를 결정할 수 있다.
구체적으로, 전자 장치(140)는 압력 센서(110) 및 각도 센서(120)로부터 획득된 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전 각도별 압축압력, 및 압축압력별 크랭크 각도를 미분한 dp/dθ별 크랭크 각도에 해당하는 회전 각도별 압력변동율을 산출할 수 있다. 예를 들어, 산출된 회전 각도별 연소압력은 압축압력의 최고점인 압축 TDC(Pcomp) 및 연소최고압력(Pmax)을 가질 수 있다.
전자 장치(140)는 각 실린더에 대한 크랭크샤프트의 회전 각도별 체적변동율을 산출하고, 산출된 회전 각도별 체적변동율 및 압력변동율에 기반하여 회전 각도별 열발생율을 산출할 수 있다. 이어서, 전자 장치(140)는 산출된 dp/dθ별 크랭크 각도 및 열발생율에 기반하여 제2 오차 보정 동작을 수행할 수 있다. 다양한 실시예에서 전자 장치(140)는 이와 같이 산출된 회전 각도별 연소압력을 나타내는 연소압력선도(P-θ선도), dp/dθ별 크랭크 각도를 나타내는 압력변동율선도(dp/dθ=0 선도) 및 열발생율을 나타내는 열발생율 선도를 전자 장치(140)의 표시부를 통해서 표시할 수도 있다.
다양한 실시예에서 선박 엔진은 종류에 따라 실린더 내에 분사된 연료의 점화가 TDC 이후에 발생되거나, TDC 이전에 발생되는 경우로 구분될 수 있다. 실린더 내에 분사된 연료의 점화가 TDC 이전에 발생되는 경우 산출된 회전 각도별 연소압력은 압축 TDC가 나타나지 않으며, 이러한 경우 오차 보정을 위해 이용되는 데이터가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(140)는 엔진 점화가 TDC 이후에 발생되는 엔진인 경우 회전 각도별 압축압력, dp/dθ별 크랭크 각도 및 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 오차 보정을 수행할 수 있고, 엔진 점화가 TDC 이전 발생되는 엔진인 경우 회전 각도별 열발생율을 이용하여 제2 오차 보정을 수행할 수 있다.
이와 같이 전자 장치(140)는 다양한 결과 분석을 통해 각도 센서에 대한 복수의 TDC 오차 보정을 수행함으로써, TDC 오차 발생 원인을 좀 더 명확하게 인지할 수 있고, 정확한 TDC 위치 보정을 수행할 수 있다.
하기에서는 도 3을 참조하여 전자 장치에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에 대한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(300)는 통신부(310), 표시부(320), 저장부(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 제시된 실시예에서 전자 장치(300)는 도 1의 전자 장치(140)를 의미할 수 있다.
통신부(310)는 전자 장치(300)가 외부 장치와 통신이 가능하도록 연결한다. 통신부(310)는 유/무선 통신을 이용하여 복수의 센서와 연결되어 다양한 데이터를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 통신부(310)는 도 1에서 설명한 압력 센서(110) 및 각도 센서(120)로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도에 대한 데이터를 수신할 수 있다.
표시부(320)는 사용자에게 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 배너 또는 심벌 등)를 표시할 수 있다. 구체적으로, 표시부(320)는 압축압력선도, 압력변동율선도, 연소압력선도, 연소온도변동율선도 및 열발생율선도 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
다양한 실시예에서 표시부(320)는 터치스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치(touch), 제스처(gesture), 근접, 드래그(drag), 스와이프(swipe) 또는 호버링(hovering) 입력 등을 수신할 수 있다.
저장부(330)는 선박 엔진에 관한 엔진 출력을 산출하고, 이를 기반으로 TDC 위치 오차를 보정하기 위해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
다양한 실시예에서 저장부(330)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 전자 장치(300)는 인터넷(internet)상에서 상기 저장부(330)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
제어부(340)는 통신부(310), 표시부(320) 및 저장부(330)와 동작 가능하게 연결되며, 선박 엔진에 관한 엔진 출력을 산출하고, 이를 기반으로 TDC 위치 오차를 보정하기 위한 다양한 명령들을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제어부(340)는 엔진 부하가 존재하지 않는 경우 발생할 수 있는 TDC 위치 오차를 보정하기 위한 제1 TDC 오차 보정을 수행하고, 엔진 부하가 존재하는 경우 발생할 수 있는 TDC 위치 오차를 보정하기 위한 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
먼저, 제1 TDC 오차 보정을 수행하기 위해 제어부(340)는 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 획득하고, 획득된 연소압력 및 회전각도에 기반하여 회전 각도별 압축압력, 및 압축압력별 크랭크 각도를 미분한 dp/dθ별 크랭크 각도를 산출할 수 있다.
제어부(340)는 회전 각도별 압축압력의 최고점인 압축 TDC를 검출하고, 검출된 압축 TDC에 대응하는 크랭크 각도가 기 설정된 임계 크랭크 각도와 일치하는지를 결정할 수 있다. 검출된 압축 TDC에 대응하는 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도에 해당하지 않으면 제어부(340)는 압축 TDC의 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도에 해당하도록 제1 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에서 제어부(340)는 dp/dθ=0인 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도와 일치하는지를 결정하여 dp/dθ=0인 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도와 일치하지 않으면 크랭크 각도가 임계 크랭크 각도에 해당하도록 제1 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에서 제어부(340)는 압축 TDC 및 dp/dθ별 크랭크 각도 둘 다를 이용하여 제1 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
이어서, 제2 TDC 오차 보정을 수행하기 위해 제어부(340)는 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 수신하고, 수신된 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전 각도별 압축압력, 및 압축압력별 크랭크 각도를 미분한 dp/dθ별 크랭크 각도를 산출할 수 있다.
제어부(340)는 각 실린더에 대한 크랭크샤프트의 회전 각도별 연소실체적 및 압력변동율을 산출하고, 산출된 연소실체적 및 압력변동율에 기반하여 회전 각도별 열발생율을 산출할 수 있다.
이와 같이 회전 각도별 열발생율을 산출하기 위해 제어부(340)는 하기의 <수학식 1>을 이용할 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00001
여기서,
Figure 112020064211123-pat00002
는 일의 열당량,
Figure 112020064211123-pat00003
는 비열비로 하기의 <수학식 2>를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00004
또한,
Figure 112020064211123-pat00005
는 센서로부터 수집된 압력을 의미하며, 다시 말해서 연소압력을 의미할 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00006
는 체적이며, 하기의 <수학식 3>를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00007
한편,
Figure 112020064211123-pat00008
는 체적변동율이며, 하기의 <수학식 4>를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00009
다음으로,
Figure 112020064211123-pat00010
는 압력변동율이며, Stirling 보간 공식을 사용하여 하기의 <수학식 5>를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112020064211123-pat00011
이와 같이 산출된 열발생율은 엔진의 착화지연기간(Ignition lag duration)을 확인하기 위해 사용되는데, 이러한 착화지연기간은 TDC 오차를 결정 및 보정하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이 TDC 오차 보정을 위해 사용되는 착화지연기간에 대해서 구체적으로 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 착화지연기간을 설명하기 위한 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다.
도 4를 참조하면, 연료는 분사 후 어느 정도 시간이 경과한 후에 화염이 나타나는 점화지연기간(400)을 가지며, 연료의 점화지연기간(400)은 압축지연기간(hydraulic delay duration)(410) 및 착화지연기간(Ignition lag duration)(420)을 포함한다.
압축지연기간(410)은 연료펌프에서 압축을 시작하여 연료분사노즐(Ingector)이 열리는 순간까지 압력을 높이기 위해 지연하는 기간을 의미한다. 일반적으로 연료는 비압축성이므로 부하 변화에 영향을 받지 않아 압축지연기간(410)은 동일 엔진에서 동일한 기간을 가질 수 있다.
착화지연기간(420)은 엔진의 연소실(실린더)에 분사된 연료가 기화하여 자발화가 일어나는 기간을 의미한다. 이러한 착화지연기간(420)은 연소실의 압축온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 다시 말해서, 부하가 증가할수록 소기(흡기) 공기의 압력이 높아지고, 이에 따라 압축온도가 상승하게 되므로 이로 인해 착화지연기간은 점점 짧아질 수 있다. 나아가, TDC가 틀어질 경우 착화지연기간의 길이 또는 형태가 비정상적으로 변하기 때문에 제어부(340)는 회전각도별 열발생율을 분석하여 착화지연기간을 확인하고, 이러한 착화지연기간을 이용하여 TDC 오차를 결정 및 보정할 수 있다.
하기에서는 도 5를 참조하여 TDC 오차가 발생할 경우 열발생율 선도에서 나타나는 착화지연기간의 다양한 변화를 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정확한 TDC를 결정한 경우의 열발생율, 확인된 TDC가 실제 TDC보다 앞에 위치하는 경우의 열발생율 및 확인된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치하는 경우의 열발생율을 나타내는 선도이다. 제시된 실시예에서는 엔진부하가 50%이라고 가정한다.
도 5를 참조하면, 점선으로 표시한 열발생율 선도는 확인된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치하는 경우에 해당하고, 실선으로 표시한 열발생율 선도는 확인된 TDC가 실제 TDC보다 앞에 위치하는 경우에 해당한다. 확인된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치하는 경우 착화지연기간은 지나치게 짧거나 나타나지 않을 수 있다. 또한 확인된 TDC가 실제 TDC보다 앞에 위치하는 경우 착화지연기간은 지나치게 길게 나타날 수 있다. 예를 들어, 확인된 TDC가 실제 TDC보다 0.5℃A 앞에 위치하거나 뒤에 위치하는 경우 열발생율 선도에서 착화지연기간이 실제착화지연기간에서 크게 벗어나거나, 열발생율이 음수(-)값(즉, 증발 잠열에 의해 발생하는 열)을 가지는 영역이 존재하지 않을 수 있다. 이와 같이 TDC 오차가 0.5℃A만큼이라도 발생할 경우 착화지연기간은 실제착화지연기간과 큰 차이가 발생될 수 있으므로, 전자 장치(140)는 이러한 데이터를 이용하여 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제어부(340)는 회전 각도별 압축압력, dp/dθ별 크랭크 각도 및 회전 각도별 열발생율을 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(340)는 압축압력의 최고점인 압축 TDC 또는 dp/dθ=0인 크랭크 각도가 기 설정된 임계 TDC(즉, 각도 센서에 설정된 TDC 값인 실제 TDC)에 일치하는지 결정하여 압축 TDC 또는 dp/dθ=0인 크랭크 각도가 임계 TDC(즉, 실제 TDC)와 일치하지 않으면 회전 각도별 열발생율에 기반하여 압축 TDC 또는 dp/dθ=0인 크랭크 각도가 임계 TDC와 일치하도록 보정함으로써, 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
한편, 커플링 유격에 의해 선박 엔진의 TDC가 잘못 결정될 경우 엔진 부하가 증가하면 실린더에 분사된 연료가 기화하여 자발화(self Ignition)가 일어나는 시간인 착화지연기간 또한 오류가 발생할 수 있다. 또한, 선박 엔진의 부하가 증가하면 엔진 댐퍼의 감쇠작용에 의한 유격이 증가하여 각도 센서와 선박 엔진의 TDC가 감쇠작용에 의한 유격만큼 변동될 수 있다. 이에, 제어부(340)는 착화지연기간을 확인함으로써, 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제어부(340)는 회전 각도별 열발생율에 기반하여 착화지연기간을 확인하고, 확인된 착화지연시간이 해당 선박 엔진의 실제 착화지연기간과 일치하는지를 결정할 수 있다.
확인된 착화지연시간이 실제 착화지연시간과 일치하지 않으면 제어부(340)는 확인된 착화지연시간이 실제 착화지연시간과 적어도 일치하도록 보정할 수 있다. 예를 들어, 선박 엔진의 실제 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위가 4℃A인 경우 제어부(340)는 회전 각도별 열발생율에 기반하여 확인된 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위가 적어도 4℃A와 일치하도록 회전 각도별 압축압력 및 dp/dθ별 크랭크 각도 중 적어도 하나를 기반으로 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다시 말해서, 제어부(340)는 회전 각도별 압축압력 및 dp/dθ별 크랭크 각도 중 적어도 하나에서 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위가 4℃A를 갖도록 하는 TDC 값을 검출하고, 검출된 TDC 값과 일치하도록 오차 보정을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에서 제어부(340)는 도 5와 같은 다양한 TDC 오차에 따른 회전 각도별 열발생율 선도를 이용하여 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수도 있다. 여기서, 도 5의 TDC 오차에 따른 회전 각도별 열발생율 선도는 TDC 오차가 0, ±1.0, ±3.0, ±5.0℃인 경우 회전 각도별 열발생율 선도들을 포함한다. 이러한 열발생율 선도에서의 데이터 샘플링은 1.0 또는 2.0℃ 간격으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 보다 정확한 TDC를 결정하기 위해 전자 장치(140)는 기 수집된 샘플링 데이터를 보간법(Interpolation)을 기반으로 0.1℃ 간격으로 데이터 샘플링을 분해할 수도 있다.
제어부(340)는 이와 같이 TDC 오차에 따른 회전 각도별 열발생율 선도에 기반하여 상술한 착화지연기간과 일치하는 착화지연기간을 가지는 열발생율 선도를 확인하고, 확인된 열발생율 선도가 TDC 오차를 가지는 열발생율 선도인지 확인할 수 있다. 확인된 열발생율 선도가 TDC 오차(예: -1.0℃를 가지는 경우 전자 장치(140)는 해당 TDC 오차(예: -1.0℃를 기반으로 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
이를 통해 본 발명은 보다 정확한 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
하기에서는 제어부(340)가 다양한 오차 원인에 대한 TDC 오차 보정을 수행하기 위해 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에서 제1 TDC 오차 보정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도들이다. 제시된 실시예에서 선박 엔진은 크랭크 회전수 720rpm으로 발전기를 구동하고, 6개의 실린더를 포함하며, 1번 실린더 TDC 마커에 z펄스가 설정되었다고 가정한다.
먼저, 전자 장치(140)는 복수의 센서로부터 수신된 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도에 기반하여 회전 각도별 압축압력, 및 압축압력별 크랭크 각도를 미분한 dp/dθ별 크랭크 각도에 해당하는 회전 각도별 압력변동율을 산출할 수 있다. 여기서, 도 6a는 산출된 회전 각도별 압축압력을 나타내는 압축압력선도(P-θ선도)를 나타내고, 도 6b는 회전 각도별 압력변동율을 나타내는 압력변동율선도(dp/dθ=0 선도)를 나타낼 수 있다.
도 6a를 참조하면, 전자 장치(140)는 회전 각도별 압축압력에서 최고점인
Pcomp(600)를 검출하고, 검출된 Pcomp(600)에 대응하는 크랭크 각도를 확인할 수 있다. 예를 들어, 1사이클의 크랭크 회전각도가 720℃A인 경우 Pcomp의 크랭크 각도는 360℃일 수 있다. 이러한 경우 Pcomp(600)에 대응하는 크랭크 각도가 360℃와 일치하지 않으므로, 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 전자 장치(140)는 회전 각도별 압력변동율에서 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도를 확인할 수 있다. TDC 오차가 발생되지 않는다면 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도가 360℃와 일치할 수 있다.
전자 장치(140)는 제1 실린더의 회전 각도별 압력변동율(610)에서 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도가 360℃와 일치하는지 확인할 수 있다. dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도가 360℃와 일치하지 않으므로, 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
제1 TDC 오차 보정을 위해 전자 장치(140)는 Pcomp(600)에 대응하는 크랭크 각도가 360℃와 일치하도록 보정하거나, dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도가 360℃와 일치하도록 보정할 수 있다. 일반적으로 6개의 실린더 중 기준이 되는 제1 실린더와 나머지 5개의 실린더들 각각은 등간격오차(Equal Interval Error)를 가질 수 있으므로, 이러한 등간격오차를 고려하여 나머지 실린더들 각각에 대한 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
기준 실린더인 제1 실린더 및 나머지 5개의 실린더 각각에 대한 Pcomp 위치, TDC 오차 및 등간격오차는 다음의 <표 1>과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, <표 1>은 각도 센서를 1번 실린더 TDC mark에 세팅을 하여 측정한 결과이며, TDC 오차 0.4℃A는 플라이휠 TDC mark와 실제 TDC의 오차, 각도 센서 세팅의 오차, 및/또는 엔진과 발전기 사이의 슬립(즉, 플렉시블 커플링) 등으로 인하여 발생할 수 있는 오차를 의미한다.
실린더 번호 1 2 3 4 5 6
Pcomp 위치 (℃A) 360.4 359.9 360.9 361 360.6 360.7
TDC 오차 (℃A) 0.4 -0.1 0.9 1 0.6 0.7
등간격오차 (℃A) 0 -0.5 0.5 0.6 0.2 0.3
다음의 <표 2>는 1번 실린더의 TDC 오차를 기준으로 전체 실린더의 TDC 오차를 보정한 후 실린더의 폭발 순서에 따라 재정렬하여 실린더 간의 연소 간격(즉, 크랭크샤프트의 제작 각도)을 나타낸 표이다.
실린더 번호 1 2 3 4 5 6
Pcomp 위치(℃A) 360 359.5 360.5 360.6 360.2 360.3
TDC 오차(℃A) 0 -0.5 0.5 0.6 0.2 0.3
폭발순서 1 4 2 6 3 5
폭발각 오차(℃A) 0.6 -1.1 0.8 0.2 -0.3 -0.2
연소 간격(℃A) 120.6 118.9 120.8 120.2 119.7 119.8
제시된 실시예에서 선박 엔진은 4행정 엔진으로 가정하므로, 폭발 간격은 120℃로 일정해야 한다. 그러나, 하기에서 설명할 <표 2>의 연소 간격에서 보이는 바와 같이 폭발 간격은 일정하지 않을 수 있다. 이는 크랭크샤프트의 배치 간격이 일정하지 않아 발생되는 것이며, 크랭크샤프트 제작 과정에서 발생하는 오차인 크랭크샤프트 제작 오차(즉, 폭발각 오차)에 해당한다. 따라서, 전자 장치(140)는 이러한 오차를 고려하여 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다음으로, 제1 TDC 오차 보정이 완료된 후 회전 각도별 압축압력은 도 6c와 같이 나타낼 수 있고, 회전 각도별 압력변동율은 도 6d와 같이 나타낼 수 있다. 이러한 경우 제1 실린더의 회전 각도별 압축압력(600)에서 최고점인 압축 TDC는 360℃와 일치하고, 제1 실린더의 회전 각도별 압력변동율(610)에서 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도 또한 360℃와 일치할 수 있다.
또한, 4행정 엔진에서 손실각은 무시될 수 있으므로, 압축 TDC가 실제 TDC로 간주되더라도 출력성능에는 큰 차이가 없으며, 이를 이용한 엔진 연소성능 분석도 정확한 것으로 간주될 수 있다.
하기에서는 도 5, 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e, 도 7f, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하는 방법을 설명하도록 한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e, 도 7f, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e, 도 8f, 도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치에서 제2 TDC 오차 보정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도들이다. 제시된 실시예에서 선박 엔진은 발전기 또는 프로펠러를 구동한다고 가정한다.
전자 장치(140)는 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전 각도별 압축압력, 및 회전 각도별 압력변동율을 산출할 수 있다. 전자 장치(140)는 각 실린더에 대한 크랭크샤프트의 회전 각도별 체적변동율을 산출하고, 산출된 회전 각도별 체적변동율 및 압력변동율에 기반하여 회전 각도별 열발생율을 산출할 수 있다.
제2 TDC 오차 보정을 수행하기 위해 전자 장치(140)는 회전 각도별 압축압력, 회전 각도별 압력변동율 및 회전 각도별 열발생율을 이용할 수 있다. 또는 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율을 이용하여 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
하기에서는 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 및 7f를 참조하여 선박 엔진이 발전기를 구동하는 경우 커플링 유격 오차에 따른 TDC 오차를 보정하는 방법을 설명하도록 한다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따라 무 부하에서 선박 엔진의 압축 TDC를 확인하고, 이를 기준으로 각도 센서의 TDC 설정한 후(즉, 제1 TDC 오차를 보정한 후) 부하 증가에 따른 회전 각도별 연소압력을 나타내는 선도이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 회전 각도별 압력변동율을 나타내는 선도이다. 또한 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다. 제시된 실시예에서 실제 TDC는 360℃라고 가정한다.
도 7a를 참조하면, 전자 장치(140)는 회전 각도별 연소압력에서 압축 TDC를 확인하고, 확인된 압축 TDC가 실제 TDC와 일치하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 50% 부하의 회전 각도별 연소압력에서 확인된 압축 TDC(700)가 실제 TDC와 일치하지 않은 경우 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다. 이러한 경우 압축 TDC는 실제 TDC보다 작은 값(앞에 위치하는 값)을 가지므로, 전자 장치(140)는 선박 엔진(130)이 발전기를 구동하는 경우 커플링 유격 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 전자 장치(140)는 회전 각도별 압력변동율에서 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도(즉, 압축 TDC)(710)를 확인하고, 확인된 크랭크 각도가 실제 TDC와 일치하는지를 결정할 수 있다. dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도(710)가 실제 TDC와 일치하지 않은 경우 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다. 이러한 경우 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도의 위치(Pcomp position)가 실제 TDC보다 작은 값(앞에 위치하는 값)을 가지므로, 전자 장치(140)는 커플링 유격 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율에서 점화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위(720, 730)를 확인하고, 확인된 회전 각도 범위 중 착화지연기간이 실제 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위와 일치하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 25%, 50%, 60% 부하에 따른 소기 압력, TDC 오차 및 착화지연기간은 하기의 <표 3>과 같이 나타낼 수 있다.
부하(%) 25 50 60
소기 압력(bar) 0.15 0.75 0.95
TDC 오차(℃A) 1.6 2.1 2.5
착화지연기간(ms) 1.43 1.1 0.9
상기의 <표 3>을 참조하면, 720rpm으로 회전하는 엔진은 50% 부하에서 소기압력이 0.75bar이므로, 도 9b에 따른 실제 착화지연기간은 1.1ms에 해당한다. 이에, 실제 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위는 적어도 4.8℃A 정도일 수 있다.
여기서, 착화지연기간은 물리량이기 때문에 시간으로 나타내며, 이러한 물리량이 크랭크 각도로 환산되기 위해서는 엔진이 회전하고 있는 회전수를 이용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 720rpm으로 회전하는 엔진은 1℃의 시간이 0.23ms이며, 900rpm으로 회전하는 엔진은 1℃의 시간이 0.185ms일 수 있다.
상기에서 확인된 착화지연기간의 회전 각도 범위(720, 730)(예: 9℃는 실제 착화지연기간의 회전 각도 범위(TDC 범위)(예: 4.8℃A)와 일치하지 않으므로, 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
제2 TDC 오차 보정을 위해 전자 장치(140)는 압축 TDC(700)가 실제 TDC와 일치하도록 보정하거나, 크랭크 각도(710)가 실제 TDC와 일치하거나, 확인된 회전 각도 범위가 실제 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위와 일치하도록 보정할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 확인된 TDC를 <표 3>에서의 TDC 오차만큼 보정함으로써, 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
제2 TDC 오차 보정이 완료된 후 회전 각도별 압축압력은 도 7d와 같이 나타낼 수 있고, 회전 각도별 압력변동율은 도 7e와 같이 나타낼 수 있다. 또한 회전 각도별 열발생율은 도 7f와 같이 나타낼 수 있다.
이와 같이 보정이 완료된 후 회전 각도별 압축압력에서 최고점(700)은 도 7d에 도시된 바와 같이 실제 TDC에 해당하는 360℃와 일치하고, 제1 실린더의 회전 각도별 압력변동율에서 dp/dθ=0에 해당하는 크랭크 각도(710) 또한 도 7e에 도시된 바와 같이 실제 TDC에 해당하는 360℃와 일치할 수 있다. 이에 따라, 보정이 완료된 후 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(720, 730)는 도 7f에 도시된 바와 같이 적어도 4.5℃A 정도에 해당하므로, 착화지연기간은 실제 착화지연범위에 대응하는 적어도 4.8℃A에 근접하는 값을 가질 수 있다.
하기에서는 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d 및 도 8e를 참조하여 선박 엔진이 프로펠러를 구동하는 경우 댐퍼의 감쇠작용으로 인한 유격 오차에 따른 TDC 오차를 보정하는 방법을 설명하도록 한다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 선박 엔진의 회전 각도별 연소압력을 나타내는 선도이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이며, 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 도 8b의 도면부호 800에 해당하는 부하별 착화지연구간을 확대한 선도이다. 제시된 실시예에서 선박 엔진은 685rpm으로 회전하고, 75% 부하를 가지며, 엔진 구동 중 Pcomp가 나타나지 않아 TDC를 확인하기 어려운 엔진으로 가정한다.
도 8a를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 회전 각도별 연소압력에서 압축압력의 최고점인 압축 TDC가 나타나지 않으므로, 도 8b 및 도 8c와 같이 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위(800)는 양(+)의 열발생율 값을 가질 수 있다. 이는 실제 선박 엔진과 각도센서 사이의 엔진 댐퍼가 감쇠작용으로 인한 유격으로 축이 비틀려서 회전하므로, 실제 선박 엔진이 각도센서보다 늦게 회전하여 측정된 TDC가 실제 TDC 보다 큰 값(뒤에 위치하는 값)을 가지는 경우에 해당한다고 볼 수 있다. 이러한 엔진 댐퍼의 감쇠작용에 의한 축 비틀림은 부하와 회전 수가 증가할수록 크게 작용하므로, 도 8c와 같이 부하가 증가할수록 열발생율선도에서 착화지연시간에 해당하는 열발생율이 증발잠열에 의해 음(-)값을 가지는 영역(즉, 착화지연기간)은 너무 작게 나타나거나 나타나지 않을 수 있다.
이러한 댐퍼의 감쇠작용에 따른 TDC 오차를 보정하기 위해 전자 장치(140)는 상술한 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간이 실제 착화지연기간에 대응하도록 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
이와 같이 착화지연기간이 실제 착화지연기간에 대응하도록 보정할 경우 부하별 TDC 오차는 다음의 <표 4>와 같이 나타낼 수 있다.
부하(%) 25 50 75
TDC 오차(℃A) 0.8 1.5 1.8
전자 장치(140)는 상기의 <표 4>의 TDC 오차에 기반하여 TDC를 보정할 수 있다. 다양한 실시예에서 전자 장치(140)는 측정된 착화지연시간에 대응하는 크랭크 각도 범위가 실제 착화지연기간에 해당하는 크랭크 각도 범위와 적어도 일치하도록 보정함으로써, TDC 오차를 보정할 수도 있다.
제2 TDC 오차 보정이 완료된 후 회전 각도별 압축압력은 도 8d와 같이 나타낼 수 있고, 회전 각도별 열발생율은 도 8e와 같이 나타낼 수 있으며, 도 8e의 회전 각도별 열발생율에서 착화지연시간에 해당하는 회전 각도 범위(810)를 확대하면 도 8f와 같이 나타낼 수 있다.
도 8f는 본 발명의 실시예에 따라 TDC 보정이 완료된 후 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다. 도 8e 및 도 8f에서 도시된 바와 같이 착화지연시간(820, 830)에 대응하는 열발생율이 음(-)의 값을 가지도록 TDC 오차를 보정함으로써, 열발생율을 이용한 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
다양한 실시예에서 선박 엔진(130)의 회전 각도별 연소압력이 압축 TDC(Pcomp)를 가지는 경우 전자 장치(140)는 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 및 7f를 참조하여 상술한 동작과 적어도 동일하게 TDC 보정을 수행할 수 있다. 이러한 경우 전자 장치(140)는 부하 변화에 따른 회전 각도별 연소압력 및 회전 각도별 압력변동율에서의 TDC 변화, 및 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간의 변화를 확인하여 TDC 오차를 확인하고, 이를 기반으로 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
하기에서는 복수의 센서에 의해서 측정된 회전 각도별 연소압력이 압축 TDC(Pcomp)를 포함하지 않지만 각도센서의 TDC가 Pcomp 기준으로 설정된 경우 커플링 유격에 따른 TDC 오차를 보정하는 방법을 도 9a, 도 9b, 및 도 9c를 참조하여 설명하며, 검출된 TDC가 실제 TDC보다 작은(앞에 위치하는) 경우의 예를 보여준다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이고, 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 소기 압력 변화에 따른 착화지연기간의 변화를 나타내는 선도이며, 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 후 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다.
또한, 착화지연기간의 변화는 물리량으로 ms단위로 표시하고 있으며, 이 시간은 회전하는 엔진의 회전속도에 따라 각도 범위로 전환될 수 있다.
먼저, 전자 장치(140)는 복수의 센서를 통해서 획득된 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전 각도별 체적변동율을 산출하고, 산출된 회전 각도별 체적변동율 및 압력변동율에 기반하여 회전 각도별 열발생율을 산출할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 전자 장치(140)는 900rpm으로 회전하는 엔진으로 산출된 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(900, 910)(10℃를 확인하고, 확인된 회전 각도 범위(900, 910)가 실제 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위와 적어도 일치하는지를 결정할 수 있다. 도 9b를 참조하면, 900rpm으로 회전하는 선박 엔진의 소기 압력이 1.2bar인 경우 실제 착화지연기간은 0.7~0.8ms(3.8~4.3℃A)로 추정될 수 있다. 예를 들어, 도 9b에서 소기 압력에 따른 착화지연기간은 'Y=2.1130-1.52195X+0.30071X2'와 같은 2차 함수로 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(900, 910)는 실제 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위와 일치하지 않으므로, 전자 장치(140)는 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 커플링 유격에 따른 TDC 오차가 발생되었으며, 검출된 TDC가 실제 TDC보다 앞에 위치한다고 결정할 수 있다.
이러한 경우 전자 장치(140)는 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(900, 910)(10℃가 실제 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(3.8~4.3℃A)와 일치하도록 TDC를 보정할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율에 기반하여 TDC 오차를 산출하고, 산출된 TDC 오차에 따라 TDC를 보정할 수 있다. 예를 들어, 산출된 TDC 오차가 -0.9℃인 경우 전자 장치(140)는 TDC를 -0.9℃만큼 보정할 수 있다.
이와 같이 TDC를 보정한 후 회전 각도별 열발생율은 도 9c와 같이 나타낼 수 있다. 도 9c를 참조하면, TDC를 보정한 후 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(920, 930)(예: 대략 4.1℃A)는 실제 착화지연시간에 대응하는 회전 각도 범위인 3.8~4.3℃A에 포함되는 값을 가질 수 있다.
하기에서는 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간을 구분하기 어려운 경우 댐퍼 감쇠작용에 따른 TDC 오차를 보정하는 방법을 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명하도록 한다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이고, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 후 회전 각도별 열발생율을 나타내는 선도이다. 또한 여기서는 검출된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치하는 경우의 예를 보여준다.
도 10a를 참조하면, 산출된 회전 각도별 열발생율은 착화지연기간을 나타내는 음(-)의 값을 나타내지 않고, 0을 초과하는 값을 가진다. 이에, 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율에서 0 이하의 값을 가지는 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위를 확인할 수 없으므로, TDC 오차가 발생되었으며, 검출된 TDC가 실제 TDC보다 뒤에 위치한다고 결정할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 댐퍼 감쇠작용에 따른 TDC 오차가 발생되었다고 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 9b를 참조하면 685rpm으로 회전하는 선박 엔진의 소기 압력이 2.2bar인 경우 착화지연기간은 0.25ms가 되며, 이는 크랭크 각도로 대략 1.1℃ 범위로 추정될 수 있다. 즉, 착화지연기간은 1.1℃ 범위 정도의 크랭크 각도를 갖는다. 이러한 경우 전자 장치(140)는 착화지연기간이 1.1℃ 범위 정도의 크랭크 각도를 가지도록 TDC를 보정할 수 있다. 다시 말해서, 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율에 기반하여 TDC 오차 발생 여부를 확인하고, TDC 오차가 발생된 경우 회전 각도별 열발생율에서 확인된 착화지연기간이, 입력된 소기압력에 해당하는 착화지연기간이 되도록 TDC를 보정할 수 있다. 예를 들어, 도 9b에 따르면 소기압력이 2.2bar인 경우 착화지연기간이 약 0.25ms이므로, 전자 장치(140)는 확인된 착화지연기간이 0.25ms(즉, 크랭크 각도 1.1℃에 대응하는 착화지연기간)가 되도록 크랭크 각도를 1.8℃만큼 보정할 수 있다. 이러한 경우 TDC는 엔진댐퍼의 감쇠작용으로 인해 1.8℃만큼의 오차가 발생되었다고 볼 수 있다.
이와 같이 TDC를 보정한 후 회전 각도별 열발생율은 도 10b와 같이 나타낼 수 있다. 도 10b를 참조하면, TDC를 보정한 후 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위(1000, 1010)는 실제 착화지연시간에 대응하는 회전 각도 범위와 적어도 일치하거나 포함되는 값을 가질 수 있다.
상술한 실시예에서는 회전 각도별 열발생율에서 확인된 착화지연기간이 실제 착화지연기간과 일치하도록 TDC 보정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, TDC 오차에 따른 회전 각도별 열발생율 선도를 이용하여 제2 TDC 보정을 수행할 수도 있다.
이와 같이 회전 각도별 열발생율에서 착화지연기간은 TDC 변화에 따라 증폭되어 산출되므로, TDC 값을 확인하기 어려운 선박 엔진에서 TDC 오차를 보정하기 위해 효과적으로 이용될 수 있다.
하기에서는 전자 장치에서의 TDC 오차 보정 방법에 대해서 도 11을 참조하여 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 TDC 오차 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 제시된 실시예에서 TDC 오차 보정 방법은 전자 장치(140, 300)의 제어부(340)에 의해서 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 전자 장치(140)는 선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 수신한다(S1100). 전자 장치(140)는 수신된 개별 연소압력 및 회전각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행한다(S1110). 여기서, 제1 TDC 오차 보정은 플라이휠 TDC mark와 실제 TDC의 오차, 각도센서 세팅오차, 엔진과 발전기 사이의 슬립(즉, 플렉시블 커플링), 크랭크샤프트 제작 오차(폭발각 오차) 중 적어도 하나에 의해 발생되는 TDC 오차를 보정하는 것을 의미할 수 있다.
이러한 경우 전자 장치(140)는 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 기반하여 회전각도(즉, 크랭크 각도)별 압축압력, 및 압축압력별 압력변동율을 산출하고, 산출된 회전 각도별 압축압력 및 압축압력별 압력변동율을 이용하여 TDC 오차를 산출한 후 산출된 TDC 오차를 이용하여 제1 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 압축 TDC 값이 360℃인 경우 전자 장치(140)는 산출된 TDC 값이 360℃와 일치하는지를 결정하고, 일치하지 않으면 산출된 TDC 값과 360℃ 간의 차이값을 TDC 오차로서 산출할 수 있다. 전자 장치(140)는 이와 같이 산출된 TDC 오차를 이용하여 TDC를 보정할 수 있다.
다음으로 전자 장치(140)는 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하고(S1120), 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다(S1130). 여기서, 제2 TDC 오차 보정은 선박 엔진의 종류에 따른 커플링 유격 오차 및 댐퍼 감쇠오차 중 적어도 하나에 의해 발생되는 TDC 오차를 보정하는 것을 의미할 수 있다.
이러한 경우 전자 장치(140)는 회전 각도별 열발생율을 이용하여 TDC 오차를 산출하고, 이를 이용하여 TDC를 보정하거나, 회전 각도별 열발생율에서의 착화지연기간에 대응하는 회전 각도 범위를 이용하여 TDC 오차 보정을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 복수의 오차 보정을 수행함으로써, 사용자가 선박 엔진에서의 TDC 오차 발생 원인을 좀 더 구체적으로 인지할 수 있고, 각 오차 발생 원인에 알맞은 보정 방법을 이용하여 정확한 오차 보정을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: TDC 오차 보정 시스템
110: 압력 센서
120: 각도 센서
130: 선박 엔진
140: 전자 장치

Claims (6)

  1. TDC(Top Dead Center) 오차 보정 장치에 있어서,
    데이터를 수신하도록 구성된 통신부; 및
    상기 통신부와 연결하도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해 선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 수신하고,
    상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행하고,
    상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하고,
    상기 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하도록 구성되는, TDC 오차 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도에 기반하여 회전 각도별 압축압력, 회전 각도별 압력변동율 및 회전 각도별 체적변동율을 산출하고,
    상기 산출된 회전 각도별 압력변동율 및 회전 각도별 체적변동율을 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하고,
    상기 회전 각도별 압축압력 및 상기 회전 각도별 열발생율 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 TDC 오차를 보정하도록 구성되는, TDC 오차 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 회전 각도별 압축압력의 최고점인 압축 TDC가 실제 TDC와 일치하는지 결정하고,
    상기 압축 TDC가 상기 실제 TDC와 일치하지 않으면 상기 압축 TDC가 상기 실제 TDC와 일치하도록 보정하는, TDC 오차 보정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 회전 각도별 열발생율에 기반하여 상기 선박 엔진의 연소실에 분사된 연료가 기화하여 자발화가 일어하는 기간인 착화지연기간을 확인하고,
    상기 확인된 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위와 실제 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위가 일치하는지 결정하고,
    일치하지 않으면 상기 확인된 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위가 상기 실제 착화지연기간에 해당하는 회전 각도 범위와 일치하도록 보정하는, TDC 오차 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 회전 각도별 압축압력 및 회전 각도별 압력변동율을 산출하고,
    상기 산출된 회전 각도별 압축압력 및 회전 각도별 압력변동율에 기반하여 TDC 오차 발생 여부를 결정하고,
    TDC 오차가 발생되면 상기 발생된 TDC 오차에 대한 오차값을 산출하고,
    상기 산출된 오차값에 기반하여 상기 제1 TDC 오차 보정을 수행하는, TDC 오차 보정 장치.
  6. TDC 오차 보정 장치의 TDC 오차 보정 방법에 있어서,
    선박 엔진에 장착된 복수의 센서로부터 각 실린더의 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 수신하는 단계;
    상기 검출된 개별 연소압력 및 회전 각도에 기반하여 제1 TDC 오차 보정을 수행하는 단계;
    상기 복수의 센서로부터 수신된 개별 연소압력 및 크랭크샤프트의 회전 각도를 이용하여 회전 각도별 열발생율을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 회전 각도별 열발생율에 기반하여 제2 TDC 오차 보정을 수행하는 단계를 포함하는, TDC 오차 보정 방법.
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