KR20190002745U - Distinction apparatus for knocking of engine - Google Patents

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Abstract

본 고안은, 엔진 실린더의 압력 데이터를 이용하여 노킹을 판별하는 엔진 노킹 판별 장치 및 방법이 제공하기 위한 것으로, 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치는 엔진의 실린더의 압력을 검출하는 압력 센서, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력 데이터를 기초하여 주파수 분석하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (Field-Programmable Gate Array; FPGA), 상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이에의해 분석된 주파수에 기초하여 상기 엔진의 노킹을 판별하는 중앙 처리 장치 (Central Processing Unit; CPU)를 포함할 수 있다. The present invention is to provide an engine knocking determination device and method for determining knocking using the pressure data of the engine cylinder, the engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention is a pressure for detecting the pressure of the cylinder of the engine A field programmable gate array (FPGA) for frequency analysis based on a sensor, pressure data detected by the pressure sensor, and knocking of the engine is determined based on a frequency analyzed by the field programmable gate array. It may include a Central Processing Unit (CPU).

Description

엔진 노킹 판별 장치{DISTINCTION APPARATUS FOR KNOCKING OF ENGINE}Engine knocking discrimination apparatus {DISTINCTION APPARATUS FOR KNOCKING OF ENGINE}

본 고안은 엔진 노킹 판별 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an engine knocking determination device.

선박 등에는 DF(Dual Fuel)엔진, GAS 엔진 등이 사용되는데, DF 엔진, GAS 엔진에서는 노킹이 일어나기 직전 수준에서 엔진을 구동하여 엔진의 효율을 높이는 방법을 사용하고 있다. A DF (Dual Fuel) engine and a GAS engine are used for ships, and the DF engine and the GAS engine use a method of increasing the efficiency of the engine by driving the engine at the level just before knocking occurs.

여기서 노킹이란 내연기관 실린더 내부의 이상연소에 의해 발생하는 것으로, 엔진의 심각한 파손을 발생할 수 있기에 노킹 센서를 이용하여 제어기에서 엔진의 노킹 발생 여부를 판별하여 노킹 발생 시 점화각을 지각시켜 노킹을 발생하지 않도록 엔진을 구동하고 있다. Here, knocking is caused by abnormal combustion inside the cylinder of the internal combustion engine, and since serious damage to the engine may occur, the knocking sensor is used to determine whether or not the engine is knocked by the controller. The engine is running so as not to.

현재 사용하고 있는 노킹 센서는 센서에서 획득되는 진동 주파수 분석 결과를 이용하여 각 주파수 대역에서의 강도(intensity)를 통해 노킹을 판별한다. The knock sensor currently used determines the knocking by the intensity in each frequency band by using the vibration frequency analysis result obtained from the sensor.

그러나, 노킹 센서는 노킹 시 발생하는 엔진의 구조적 진동을 측정하기에 센서의 위치에 따라 출력의 차이가 발생하여 노킹을 감지하는 것의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.However, the knocking sensor has a problem in that the accuracy of detecting knocking is inferior due to a difference in output depending on the position of the sensor in order to measure structural vibration of the engine generated when knocking.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0119557호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0119557

본 고안의 일 실시예에 따르면, 엔진 실린더의 압력 데이터를 이용하여 노킹을 판별하는 엔진 노킹 판별 장치가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, there is provided an engine knocking determination device for determining knocking by using pressure data of an engine cylinder.

상술한 본 고안의 과제를 해결하기 위해, 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치는 엔진의 실린더의 압력을 검출하는 압력 센서, 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력 데이터를 기초하여 주파수 분석하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (Field-Programmable Gate Array; FPGA), 상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이에의해 분석된 주파수에 기초하여 상기 엔진의 노킹을 판별하는 중앙 처리 장치 (Central Processing Unit; CPU)를 포함할 수 있다. In order to solve the above problems of the present invention, the engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention is a pressure sensor for detecting the pressure of the cylinder of the engine, frequency analysis based on the pressure data detected by the pressure sensor A field programmable gate array (FPGA) may include a central processing unit (CPU) that determines knocking of the engine based on a frequency analyzed by the field programmable gate array.

본 고안의 일 실시예에 따르면, 노킹 센서를 제거하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect that can reduce the cost by removing the knocking sensor.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 동작을 개략적으로 나타내는 플로우챠트이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 압력 데이터 및 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 노킹 판별을 위한 커미셔닝 수행시 압력 데이터 및 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic configuration diagram of an engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart schematically illustrating an operation of an engine knocking determining device according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a pressure data and a frequency analysis result of the engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing pressure data and frequency analysis results when commissioning for knocking determination of an engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치(100)는 압력 센서(110), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120) 및 중앙 처리 장치(130)를 포함할 수 있고, 픽업 센서(140)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the engine knocking determining apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a pressure sensor 110, a field programmable gate array 120, and a central processing unit 130, and a pickup sensor. 140 may further include.

압력 센서(110)는 엔진의 실린더 내의 압력을 검출할 수 있다.The pressure sensor 110 may detect the pressure in the cylinder of the engine.

필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)는 압력 센서(110)로부터의 압력 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)하여 주파수 분석을 수행할 수 있다.The field programmable gate array 120 may perform frequency analysis by performing fast Fourier transform (FFT) on the pressure data from the pressure sensor 110.

중앙 처리 장치(130)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)로부터의 주파수 분석 결과에 기초하여 엔진의 노킹 유무를 판별할 수 있다.The CPU 130 may determine whether the engine is knocked based on a frequency analysis result from the field programmable gate array 120.

픽업 센서(140)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)에 주파수 분석의 시작점을 제공할 수 있다.The pickup sensor 140 may provide the field programmable gate array 120 with a starting point for frequency analysis.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 동작을 개략적으로 나타내는 플로우챠트이다.2 is a flowchart schematically illustrating an operation of an engine knocking determining device according to an embodiment of the present invention.

도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 압력 센서(110)는 엔진의 실린더 내의 압력을 검출하여 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)에 전달할 수 있다(S10).Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the pressure sensor 110 may detect a pressure in a cylinder of an engine and transmit the detected pressure to the field programmable gate array 120 (S10).

필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)는 압력 센서(110)로부터의 압력 데이터를 전달받을 수 있고, 픽업 센서(140)로부터 노킹 판별을 위한 시작점을 제공받을 수 있다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)는 노킹 판별을 위한 시작점을 제공받은 경우(S20), 주파수 분석을 위한 압력 데이터를 저장할 수 있다(S30).The field programmable gate array 120 may receive pressure data from the pressure sensor 110 and may receive a starting point for knocking determination from the pickup sensor 140. When the field programmable gate array 120 is provided with a starting point for knocking determination (S20), the field programmable gate array 120 may store pressure data for frequency analysis (S30).

필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)는 고속 동작이 가능하여 실린더 압력 데이터를 기반으로 한 주파수 분석을 각 실린더 별로 매 사이클(4행정) 수행할 수 있다. 주파수 분석은 정해진 샘플 레이트(sampling rate) 기반의 압력 데이터를 이용할 수 있다.The field programmable gate array 120 may operate at high speed, and thus may perform frequency analysis based on cylinder pressure data every cycle (four strokes) for each cylinder. Frequency analysis may use pressure data based on a predetermined sampling rate.

즉, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)는 주파수 분석을 위한 샘플링 데이터가 준비되면(S40), 압력 데이터를 고속 푸리에 변환하여 주파수 분석을 수행하고, 그 결과값을 도출할 수 있다(S50).That is, when sampling data for frequency analysis is prepared (S40), the field programmable gate array 120 may perform frequency analysis by performing fast Fourier transform on the pressure data and derive the result value (S50).

각 실린더의 동시 사이클에 대한 압력 데이터 및 주파수 분석 결과를 같이 볼 수 있고 저장할 수 있다. 따라서 신뢰성 높은 데이터를 기반으로 노킹 분석의 정확도를 향상 시킬 수 있다.Pressure data and frequency analysis results for the simultaneous cycles of each cylinder can be viewed and stored together. Therefore, the accuracy of knocking analysis can be improved based on reliable data.

결과 도출이 완료되면(S60), 중앙 처리 장치(130)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)로부터의 주파수 분석 결과에 따라 엔진의 노킹 유무를 판별할 수 있다(S70).When the derivation of the result is completed (S60), the CPU 130 may determine whether the engine is knocked according to the frequency analysis result from the field programmable gate array 120 (S70).

엔진 실린더를 설계함에 있어 장치의 크기 및 엔진의 구동 속도에 따라 나타날 수 있는 주파수 영역이 존재하는데, 이를 이용하면 주파수 분석 결과에 나타나지 않아야 하는 주파수 영역대의 데이터를 기반으로 현재 실린더의 상태를 추론할 수 있는 정보로도 사용할 수 있다.In designing an engine cylinder, there is a frequency range that can appear depending on the size of the device and the driving speed of the engine. By using this, the state of the current cylinder can be inferred based on data in the frequency range that should not appear in the frequency analysis results. Can also be used as information.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 압력 데이터 및 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the pressure data and the frequency analysis results of the engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.

도 1과 함께, 도 3을 참조하면, 도시된 도 3의 (a)와 같이 엔진의 노킹이 없을 경우의 압력 데이터 및 주파수 분석 결과에서 780Hz이하의 주파수 영역이 존재하는 것을 볼 수 있다. 이에 대비하여, 도시된 도 3의 (b)와 같이 엔진의 노킹이 있을 경우 압력 데이터 및 주파수 분석 결과에서 1.6KHz ~1.9KHz 대역의 주파수 영역이 존재하는 것을 볼 수 있다. 중앙 처리 장치(130)는 주파수 분석 결과에 나타나지 않아야 하는 주파수 영역대의 데이터를 기반으로 현재 실린더의 노킹 여부를 판별할 수 있다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 1, it can be seen that a frequency range of 780 Hz or less exists in the pressure data and the frequency analysis result when there is no knocking of the engine as shown in FIG. In contrast, when there is knocking of the engine as shown in FIG. 3 (b), it can be seen that a frequency range of 1.6KHz to 1.9KHz band exists in the pressure data and the frequency analysis result. The CPU 130 may determine whether the current cylinder is knocked based on the data of the frequency domain that should not appear in the frequency analysis result.

한편, 센서의 종류, 센서의 신호선의 연결에 따라 나타나는 주파수 영역이나 강도(intensity)가 달라지기에 단순 주파수 분석 결과만으로 노킹을 판별할 수 없기 때문에, 중앙 처리 장치(130)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(120)로부터의 주파수 분석 결과를 기반으로 엔진의 노킹 유무 판별을 위해 커미셔닝(Commissioning) 과정을 거쳐야 한다.On the other hand, since the frequency range or intensity that appears depending on the type of sensor and the connection of the signal lines of the sensor is different, knocking cannot be determined only by the result of the simple frequency analysis, and thus the central processing unit 130 may use a field programmable gate array ( On the basis of the frequency analysis result from 120, a commissioning process is required to determine whether the engine is knocked.

도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 엔진 노킹 판별 장치의 노킹 판별을 위한 커미셔닝 수행시 압력 데이터 및 주파수 분석 결과를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing pressure data and frequency analysis results when commissioning for knocking determination of an engine knocking determination device according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 노킹 판별을 위한 커미셔닝 수행시 해당 실린더의 압력 데이터를 볼 수 있고, 도 4의 (b)를 참조하면, 노킹 판별을 위한 커미셔닝 수행시 해당 실린더의 주파수 분석 결과를 볼 수 있다.Referring to (a) of FIG. 4, the pressure data of a corresponding cylinder may be viewed when commissioning for knocking is performed. Referring to FIG. 4 (b), a frequency analysis result of the corresponding cylinder when commissioning for knocking is performed. Can be seen.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 노킹 센서를 제거하여 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the cost by removing the knocking sensor.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 고안의 구성은 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is defined by the claims below, and the configuration of the present invention may be modified in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be changed and modified.

100: 엔진 노킹 판별 장치
110: 압력 센서
120: 필드 프로그래머블 게이트 어레이
130: 중앙 처리 장치
140: 픽업 센서100: engine knocking determination device
110: pressure sensor
120: field programmable gate array
130: central processing unit
140: pickup sensor

Claims (3)

엔진의 실린더의 압력을 검출하는 압력 센서;
상기 압력 센서에 의해 검출된 압력 데이터를 기초하여 주파수 분석하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (Field-Programmable Gate Array; FPGA); 및
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이에의해 분석된 주파수에 기초하여 상기 엔진의 노킹을 판별하는 중앙 처리 장치 (Central Processing Unit; CPU)
를 포함하는 엔진 노킹 판별 장치.
A pressure sensor detecting a pressure of a cylinder of the engine;
A field-programmable gate array (FPGA) for frequency analysis based on the pressure data detected by the pressure sensor; And
A central processing unit (CPU) for determining knocking of the engine based on the frequency analyzed by the field programmable gate array
Engine knocking determination device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이에 주파수 분석 시점을 제공하는 픽업(pick-up) 센서를 더 포함하는 엔진 노킹 판별 장치.
The method of claim 1,
And a pick-up sensor for providing a frequency analysis viewpoint to the field programmable gate array.
제1항에 있어서,
상기 필드 프로그래머블 게이트 어레이는 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)하는 엔진 노킹 판별 장치.
The method of claim 1,
And the field programmable gate array performs a Fast Fourier Transform (FFT) on the pressure data detected by the pressure sensor.
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