KR20180020564A - 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 각 실린더에 대한 중요 파리미터를 이용하여 엔진의 현재 상태를 모니터링하고, 엔진의 결함을 조기에 예측할 수 있도록 하는 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서에 의해 계측된 압력 데이터를 실시간 수집하고, 수집된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출하는 실린더 모니터링부; 상기 실린더 모니터링부로부터 수신한 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 실린더별로 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 실린더별로 저장된 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 산출하고, 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 파라미터 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별하는 메인 제어부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 엔진의 현재 상태뿐만 아니라 엔진의 결함을 조기에 예측할 수 있게 됨에 따라, 유지 보수를 보다 효율적으로 수행할 수 있게 되고, 엔진의 고장 예방과 운전 신뢰도를 높일 수 있게 된다.

Description

엔진 상태 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING ENGINE CONDITION}
본 발명은 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진의 각 실린더에 대한 중요 파리미터를 이용하여 엔진의 현재 상태를 모니터링하고, 엔진의 결함을 조기에 예측할 수 있도록 하는 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
운항중인 선박 엔진에 고장이 발생하면 운항이 중단되거나 해상사고로 이어질 수 있는 긴박한 상황이 벌어질 수 있으며, 운항이 중단된 시간만큼의 비용과 막대한 수리비가 발생하게 된다.
따라서 선박 엔진의 이상상태(Abnormal Stats)를 관리자에게 알려주는 모니터링 시스템은 선박의 운용 상태 파악에 있어서 매우 중요하다.
엔진 상태 진단을 위해 종래에는 실린더 내부 압력을 기반으로 엔진의 현재 상태를 진단한다.
즉, 실린더 모니터링부는 엔진 실린더 내의 압력 데이터를 기반으로 실린더별 상태를 실시간으로 계산하고, 연산을 통해 계산되는 중요 파라미터(예를 들어, IMEP(Indicated Mean Effective Pressure), SoC(Start of Combustion), Pmax, 노킹 등)를 CAN(Controller Area Network), TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 등의 통신 방식을 통해 메인 제어부로 전송한다.
실린더 모니터링부로부터 중요 파라미터(예를 들어, IMEP, SoC, Pmax, 노킹 등)를 수신한 메인 제어부는, 수신한 중요 파라미터(예를 들어, IMEP, SoC, Pmax, 노킹 등)를 과거 데이터와 비교하여 두 값의 차가 설정된 값 범위를 벗어나거나, 임계값과 비교하여 임계값을 벗어나는 지를 판단하여, 엔진의 현재 상태를 진단한다.
그리고 진단 결과에 따라 엔진의 실린더에서 균일한 파워를 발생하도록 밸런싱 제어를 수행하여 엔진의 동작 상태를 최적으로 유지시킨다.
전술한 바와 같이, 종래에는 엔진의 현재 상태에 대한 모니터링은 가능하지만, 고장이 발생할 수 있는 부분에 대한 예측은 할 수 없는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2013-0049232호(공개일 2013.05.14.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진의 각 실린더에 대한 중요 파라미터를 이용하여 엔진의 현재 상태를 모니터링하고, 엔진의 결함을 조기에 예측할 수 있도록 하는 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 장치는, 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서에 의해 계측된 압력 데이터를 실시간 수집하고, 수집된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출하는 실린더 모니터링부; 상기 실린더 모니터링부로부터 수신한 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 실린더별로 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 실린더별로 저장된 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 산출하고, 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 파라미터 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별하는 메인 제어부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 방법은, 실린더 모니터링부가 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서에 의해 계측된 압력 데이터를 실시간 수집하는 단계; 상기 실린더 모니터링부가 상기 수집된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출하는 단계; 상기 실린더 모니터링부가 상기 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 메인 제어부로 전송하는 단계; 상기 메인 제어부가 상기 실린더 모니터링부로부터 수신한 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 실린더별로 저장하는 단계; 상기 메인 제어부가 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 산출하는 단계; 상기 산출된 변동 계수가 임계값을 벗어나는 지를 판단하는 단계; 및 상기 판단결과 상기 산출된 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법에 따르면, 엔진의 현재 상태뿐만 아니라 엔진의 결함을 조기에 예측할 수 있게 됨에 따라, 유지 보수를 보다 효율적으로 수행할 수 있게 되고, 엔진의 고장 예방과 운전 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 화면 표시부를 예시적으로 보인 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 1에서, 복수의 압력 센서(10)는 엔진을 구성하는 복수의 실린더에 각각 설치되어, 각 실린더의 내부 압력을 계측하고, 계측된 압력 데이터를 실린더 모니터링부(20)로 실시간 출력한다.
실린더 모니터링부(20)는 각각의 압력 센서(10)에서 출력되는 아날로그 신호 형태의 압력 데이터를 수집하고, 수집한 아날로그 신호 형태의 압력 데이터를 A/D(Analog to Digital) 변환한 후, 디지털 신호로 변환된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출한다.
그리고 산출된 파라미터(IMEP, Pmax)를 일정 시간 간격으로 CAN, TCP/IP 등의 통신 방식을 통해 메인 제어부(30)로 전송한다.
또한, 실린더 모니터링부(20)는 압력 센서(10) 외에도 크랭크 축 속도 센서 등에서 계측된 계측 데이터를 수집하고, 수집한 계측 데이터를 이용하여 IMEP, Pmax 외에 노킹(Knocking), SoC 등과 같은 파라미터를 산출할 수도 있다.
메인 제어부(30)는 실린더 모니터링부(20)로부터 수신한 파마리터(IMEP, Pmax)를 메모리부(40)에 실린더별로 구분하여 저장한다.
그리고 메모리부(40)에 실린더별로 저장된 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 수학식 1을 통해 산출한다.
Figure pat00001
수학식 1에서 σ는 표준편차,
Figure pat00002
는 평균, N은 표본 개수이다.
이후, 메인 제어부(30)는 수학식 1을 통해 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나는 지를 판단한다. 그리고 판단결과에 따라 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 파라미터 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별한다.
예를 들어, 메인 제어부(30)는 메모리부(40)에 실린더별로 저장된 Pmax을 이용하여 동일 시점에 모든 실린더의 압력 변동 계수를 수학식 1을 통해 실린더별로 산출하거나, 메모리부(40)에 실린더별로 저장된 IMEP를 이용하여 동일 시점에 모든 실린더의 IMEP 변동 계수를 수학식 1을 통해 실린더별로 산출한다.
압력 변동 계수 또는 IMEP 변동 계수를 실린더별로 산출한 메인 제어부(30)는 실린더별 압력 변동 계수 또는 IMEP 변동 계수가 임계값을 벗어나는지를 판단하여, 임계값을 벗어나는 실린더(예를 들어, 3번 실린더)가 있으면, 해당 실린더(예를 들어, 3번 실린더)를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별한다.
메인 제어부(30)는 실린더 모니터링부(20)로부터 수신한 파마리터(IMEP, Pmax)를 비슷하게 유지하기 위해 특정 실린더의 파라미터가 다른 실린더에 비하여 낮거나 높으면 밸런싱 제어를 수행하여 각 실린더의 파라미터를 비슷하게 유지한다.
밸런싱 제어가 제대로 이루어진 경우, 모든 실린더의 파라미터 변동 계수는 낮게 나타나고, 실린더별 파라미터 변동 계수의 편차도 작다.
그러나 밸런싱 제어가 제대로 이루어지지 않게 되면, 해당 실린더의 파라미터 변동 계수가 다른 실린더의 파라미터에 비해 크게 나타날 수 있다.
이에, 메인 제어부(30)는 임계값을 벗어나는 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별할 수 있다.
전술한 바와 같이, 고장 발생이 예측되는 실린더를 판별한 메인 제어부(30)는 고장 발생이 예측되는 실린더에 대한 알람 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
고장 발생이 예측되는 실린더에 대한 알람 정보를 제공받은 사용자는 고장 발생이 예측되는 실린더의 흡기구(Intake port), 연료 분사기(Fuel injector), 배기구(Exhaust port)에 대한 이상 여부를 미리 점검한다.
또한, 메인 제어부(30)는 메모리부(40)에 실린더별로 저장된 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여 산출된 파라미터 변동 계수를 현재 파라미터에 적용시켜 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 산출한다.
이와 같이, 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수 및 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 산출한 메인 제어부(30)는 화면 표시부(50)에 각 파라미터에 대한 실린더별 변동 계수, 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 상태 모니터링 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 실린더 모니터링부(20)는 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서(10)에 의해 계측된 아날로그 신호 형태의 압력 데이터를 실시간 수집한다(S10).
상기한 단계 S10을 통해 복수의 압력 센서(10)로부터 아날로그 신호 형태의 압력 데이터를 수집한 실린더 모니터링부(20)는 수집한 아날로그 신호 형태의 압력 데이터를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호로 변환된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출한다(S12).
이후, 실린더 모니터링부(20)는 상기한 단계 S12를 통해 산출된 파라미터(IMEP, Pmax)를 일정 시간 간격으로 CAN, TCP/IP 등의 통신 방식을 통해 메인 제어부(30)로 전송한다(S14).
메인 제어부(30)는 실린더 모니터링부(20)로부터 수신한 파라미터(IMEP, Pmax)를 메모리부(40)에 실린더별로 구분하여 저장한다(S16).
이후, 메인 제어부(30)는 메모리부(40)에 실린더별로 저장된 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 수학식 1을 통해 산출한다(S18).
그리고 상기한 단계 S18을 통해 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나는 지를 판단한다(S20).
상기한 단계 S20의 판단결과 상기한 단계 S18을 통해 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 파라미터 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별한다(S22).
그리고 메인 제어부(30)는 상기한 단계 S22를 통해 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별된 실린더에 대한 알람 정보를 사용자에게 제공한다(S24).
또한, 메인 제어부(30)는 상기한 단계 S18을 통해 산출된 파라미터 변동 계수를 현재 파라미터에 적용시켜 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 산출하고(S26), 상기한 단계 S18을 통해 산출된 파라미터 변동 계수와 상기한 단계 S26을 통해 산출된 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 도 3에 도시하는 바와 같이 화면 표시부(50)에 표시한다(S28).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 화면 표시부를 예시적으로 보인 도면으로, 화면 표시부(50)는 수학식 1에 의해 산출된 각 파라미터의 변동 계수와 실린더별 현재 Pmax, 실린더별 현재 IMEP 등을 표와 그래프 등으로 표시한다(a).
그리고 화면 표시부(50)는 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 표시한다(b).
또한, 화면 표시부(50)는 실린더별 압력 곡선 정보를 함께 표시할 수도 있다(c).
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10. 압력 센서, 20. 실린더 모니터링부,
30. 메인 제어부, 40. 메모리부,
50. 화면 표시부

Claims (5)

  1. 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서에 의해 계측된 압력 데이터를 실시간 수집하고, 수집된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출하는 실린더 모니터링부;
    상기 실린더 모니터링부로부터 수신한 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 실린더별로 저장하는 메모리부; 및
    상기 메모리부에 실린더별로 저장된 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 산출하고, 산출된 파라미터 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 파라미터 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별하는 메인 제어부;를 포함하여 이루어지는 엔진 상태 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부에 의해 산출된 각 파라미터에 대한 실린더별 변동 계수와 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 표시하는 화면 표시부;를 더 포함하며,
    상기 메인 제어부는,
    상기 산출된 파라미터 변동 계수를 현재 파라미터에 적용시켜 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 산출하는 엔진 상태 모니터링 장치.
  3. 실린더 모니터링부가 각각의 실린더에 설치된 복수의 압력 센서에 의해 계측된 압력 데이터를 실시간 수집하는 단계;
    상기 실린더 모니터링부가 상기 수집된 압력 데이터로부터 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 산출하는 단계;
    상기 실린더 모니터링부가 상기 실린더별 파라미터(IMEP, Pmax)를 메인 제어부로 전송하는 단계;
    상기 메인 제어부가 상기 실린더 모니터링부로부터 수신한 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 실린더별로 저장하는 단계;
    상기 메인 제어부가 상기 파라미터(IMEP, Pmax)를 이용하여, 동일 시점에 실린더별로 각 파라미터(IMEP, Pmax)에 대한 변동 계수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 변동 계수가 임계값을 벗어나는 지를 판단하는 단계; 및
    상기 판단결과 상기 산출된 변동 계수가 임계값을 벗어나면, 임계값을 벗어나는 변동 계수가 산출된 실린더를 고장 발생이 예측되는 실린더로 판별하는 단계;를 포함하여 이루어지는 엔진 상태 모니터링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 제어부가 상기 고장 발생이 예측되는 실린더에 대한 알람 정보를 사용자에게 제공하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 엔진 상태 모니터링 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 메인 제어부가 상기 산출된 파라미터 변동 계수를 현재 파라미터에 적용시켜 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 파라미터 변동 계수와 각 파라미터에 대한 실린더별 예측 데이터를 화면 표시부에 표시하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 엔진 상태 모니터링 방법.
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