KR20220015990A - Engine status estimation apparatus, engine status estimation method and engine status estimation program - Google Patents

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도루 가와타니
마코토 후지와라
미키로 사사지마
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나부테스코 가부시키가이샤
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Abstract

Provided is an engine status estimating apparatus capable of estimating an engine status with a stable precision level. The engine status estimating apparatus (100) for estimating the engine (200) status comprises: an air density measurement data acquisition unit (110) which acquires measurement data of parameters related to air density which the engine (200) sucks in and supplies to a combustion unit; and a status estimation unit (120) for estimating the engine (200) status based on the air density measurement data and a fuel supply amount U to the combustion unit input to an engine model indicating characteristics of the engine (200).

Description

엔진 상태 추정 장치, 엔진 상태 추정 방법, 및 엔진 상태 추정 프로그램{ENGINE STATUS ESTIMATION APPARATUS, ENGINE STATUS ESTIMATION METHOD AND ENGINE STATUS ESTIMATION PROGRAM}Engine condition estimation apparatus, engine condition estimation method, and engine condition estimation program

본 발명은, 엔진의 상태 추정 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an engine state estimation technique.

엔진은 선박, 자동차, 항공기 등에서 널리 이용되고 있는데, 환경 문제에 대한 의식의 고양도 있고, 근년 더한층의 고효율화가 요구되고 있어, 그로 인한 다양한 기술의 개발이 진행되고 있다.Engines are widely used in ships, automobiles, aircraft, and the like, and there is also a heightened awareness of environmental problems, and in recent years, further high efficiency is required, and thus various technologies are being developed.

일본 특허 공개 제2005-307800호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2005-307800 일본 특허 공개 제2015-222074호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2015-222074 일본 특허 공개 제2015-3658호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2015-3658

그 일례로서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 엔진의 파라미터의 시뮬레이션 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1은, 엔진의 파라미터로서 흡기관 내의 압력파의 동조 주파수를 소정의 연산 모델을 사용하여 시뮬레이션하는 것이다. 그러나 엔진은 그 동작이나 상태가 시시각각 변화되는 것이며, 동일한 연산 모델을 사용하여 시뮬레이션을 행하였다고 해도, 그 정밀도에 변동이 발생한다고 하는 문제가 있었다.As an example, the simulation technique of the parameter of the engine disclosed by patent document 1 is known. Patent document 1 simulates the tuning frequency of the pressure wave in an intake pipe as a parameter of an engine using a predetermined|prescribed calculation model. However, there is a problem that the operation and state of the engine change every moment, and even if the simulation is performed using the same calculation model, there is a problem that the accuracy thereof fluctuates.

본 발명은 이러한 상황에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 안정된 정밀도로 엔진의 상태를 추정할 수 있는 엔진 상태 추정 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide an engine state estimating apparatus capable of estimating the state of the engine with stable precision.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태의 엔진 상태 추정 장치는, 공기와 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부와, 흡입한 공기의 압력을 높여 연소부에 공급하는 과급기를 구비하는 엔진의 상태를 추정하는 엔진 상태 추정 장치이며, 과급기가 흡입하는 공기 및 과급기가 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터의 측정 데이터를 취득하는 공기 밀도 측정 데이터 취득부와, 공기 밀도 측정 데이터와, 엔진의 특성을 나타내는 엔진 모델에 입력되는 연소부로의 연료 공급량에 기초하여 엔진의 상태를 추정하는 상태 추정부를 구비한다.In order to solve the above problems, an engine state estimating device of an aspect of the present invention is an engine having a combustion unit that generates power by burning air and fuel, and a supercharger that increases the pressure of inhaled air and supplies it to the combustion unit An engine state estimating device for estimating the state of: an air density measurement data acquisition unit configured to acquire measurement data of parameters related to the density of at least one of air sucked in by a supercharger and compressed air supplied to a combustion unit by the supercharger; and a state estimating unit for estimating the state of the engine based on the measurement data and the fuel supply amount to the combustion unit input to the engine model indicating the characteristics of the engine.

이 양태에서는, 과급기가 흡입하는 공기 및 과급기가 압력을 높여 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터를 측정하고, 그것을 사용하여 엔진의 상태의 추정을 행한다. 이 파라미터는, 연소부에 있어서의 연소에서 사용되는 공기의 밀도를 나타내는 것으로, 수많은 엔진 관련 파라미터 중에서도, 엔진의 동작 내지 상태에 미치는 영향이 특히 크다. 그 때문에, 이 파라미터가 변동되면, 엔진의 상태가 크게 변동되어, 상태 추정의 정밀도가 크게 편차가 생기는 요인이 된다. 본 발명에서는, 이와 같이 엔진의 상태에 대한 영향이 큰 파라미터를 공기 밀도 측정 데이터로서 측정하여, 상태 추정에 이용할 수 있으므로, 안정된 정밀도로 엔진의 상태 추정을 행할 수 있다.In this aspect, parameters relating to the density of at least one of the air sucked in by the supercharger and compressed air supplied to the combustion unit by increasing the pressure by the supercharger are measured, and the state of the engine is estimated using the parameters. This parameter represents the density of air used in combustion in the combustion section, and among many engine-related parameters, it has a particularly large influence on the operation or state of the engine. Therefore, when this parameter is fluctuated, the state of the engine is greatly fluctuated, and it becomes a factor in which the accuracy of state estimation is greatly varied. In the present invention, since the parameter having such a large influence on the engine state can be measured as air density measurement data and used for state estimation, the engine state can be estimated with stable accuracy.

본 발명의 다른 양태는, 엔진 상태 추정 방법이다. 이 방법은, 공기와 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부와, 흡입한 공기의 압력을 높여 연소부에 공급하는 과급기를 구비하는 엔진의 상태를 추정하는 엔진 상태 추정 방법이며, 과급기가 흡입하는 공기 및 과급기가 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터의 측정 데이터를 취득하는 공기 밀도 측정 데이터 취득 스텝과, 공기 밀도 측정 데이터와, 엔진의 특성을 나타내는 엔진 모델에 입력되는 연소부로의 연료 공급량에 기초하여 엔진의 상태를 추정하는 상태 추정 스텝을 구비한다.Another aspect of the present invention is an engine state estimation method. This method is an engine state estimation method for estimating the state of an engine having a combustion unit that generates power by burning air and fuel, and a supercharger that increases the pressure of intake air and supplies it to the combustion unit, an air density measurement data acquisition step of acquiring measurement data of a parameter relating to the density of at least one of air and compressed air supplied to the combustion unit by the supercharger; the air density measurement data; and a state estimation step of estimating the state of the engine based on the fuel supply amount to the bureau.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명의 표현을 방법, 장치, 시스템, 기록 매체, 컴퓨터 프로그램 등의 사이에서 변환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.In addition, any combination of the above components and conversion of the expression of the present invention between methods, apparatuses, systems, recording media, computer programs, and the like are also effective as aspects of the present invention.

본 발명에 따르면, 안정된 정밀도로 엔진의 상태를 추정할 수 있다.According to the present invention, it is possible to estimate the state of the engine with stable precision.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 엔진 상태 추정 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 4스트로크 엔진의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 2스트로크 엔진의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 4는 공기 밀도 측정 데이터가 엔진의 출력에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 5는 공기 밀도 측정 데이터가 엔진의 연비에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 6은 공기 밀도 측정 데이터가 엔진 내를 유통하는 기체의 온도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 7은 공기 밀도 측정 데이터가 엔진 내를 유통하는 기체의 압력에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 엔진 상태 추정 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the structure of the engine state estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment.
2 is a schematic diagram showing the configuration of a four-stroke engine.
3 is a schematic diagram showing the configuration of a two-stroke engine.
4 is a view showing the effect of air density measurement data on the output of the engine.
5 is a diagram illustrating an effect of air density measurement data on fuel efficiency of an engine.
6 is a view showing the effect of air density measurement data on the temperature of the gas flowing in the engine.
7 is a view showing the effect of air density measurement data on the pressure of the gas flowing in the engine.
8 is a schematic diagram showing the configuration of an engine state estimation device according to the second embodiment.

본 실시 형태의 엔진 상태 추정 장치는, 엔진의 특성을 나타내는 수학 모델을 사용하여 엔진의 상태를 추정한다. 수많은 엔진 관련 파라미터 중에서도, 엔진의 출력이나 연비에 미치는 영향이 큰 연료 연소용의 공기의 온도나 압력을 측정하여, 상태 추정에 이용함으로써, 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.The engine state estimation apparatus of this embodiment estimates the state of an engine using the mathematical model which shows the characteristic of an engine. Among many engine-related parameters, by measuring the temperature and pressure of air for fuel combustion, which has a large influence on engine output and fuel efficiency, and using it for state estimation, estimation accuracy can be improved.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 엔진 상태 추정 장치(100)의 구성을 도시하는 모식도이다. 엔진 상태 추정 장치(100)는, 엔진(200)의 상태를 추정하는 장치이며, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)와, 상태 추정부(120)를 구비한다.1 is a schematic diagram showing the configuration of an engine state estimation device 100 according to a first embodiment. The engine state estimating apparatus 100 is an apparatus for estimating the state of the engine 200 , and includes an air density measurement data acquisition unit 110 and a state estimating unit 120 .

엔진 상태 추정 장치(100)의 각 부의 설명을 행하기 전에, 그 상태 추정 대상인 엔진(200)에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.Before explaining each part of the engine state estimation apparatus 100, the engine 200 which is the state estimation object is demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3.

도 2는 엔진(200)의 일례로서의 이른바 4스트로크 엔진을 도시하는 모식도이다. 후술하는 바와 같이 4스트로크 엔진이란, 흡기, 압축, 연소, 배기의 4개의 행정으로 이루어지는 1사이클이, 피스톤의 4회의 상하 이동(2회의 상승과 2회의 하강)에 의해 행해지는 엔진이다.2 is a schematic diagram showing a so-called four-stroke engine as an example of the engine 200 . As will be described later, a four-stroke engine is an engine in which one cycle consisting of four strokes of intake, compression, combustion, and exhaust is performed by four vertical movements of the piston (two times of raising and two times of descending).

엔진(200)은, 공기와 연료를 혼합하여 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부(210)와, 흡입한 공기의 압력을 높여 연소부(210)에 공급하는 과급기(240)를 구비한다. 과급기(240)는, 이른바 터보 과급기이며, 연소부(210)에서의 연소 후에 배출되는 기체에 의해 회전하는 터빈(242)과, 축(243)에 의해 터빈(242)과 동축상에서 결합되어 연동하여 회전하는 컴프레서(241)를 구비한다.The engine 200 includes a combustion unit 210 for generating power by mixing air and fuel, and a supercharger 240 for supplying the combustion unit 210 by increasing the pressure of the inhaled air. The supercharger 240 is a so-called turbocharger, and the turbine 242 rotates by the gas discharged after combustion in the combustion unit 210, and the turbine 242 and the turbine 242 by the shaft 243 are coupled coaxially and interlocked. A rotating compressor 241 is provided.

컴프레서(241)는, 일단이 외기(대기)에 개방되고, 타단이 연소부(210)에 연통된 급기로(220) 내의 일단측에 마련되고, 그 회전에 의해 외기를 흡입하는 동시에 압축한다. 컴프레서(241)에 의해 압축되어 압력이 높아진 공기는 급기로(220)를 통해 연소부(210)에 공급되고, 거기서의 연료의 연소에 사용된다. 급기로(220)는 외기에 개방된 일단으로부터 컴프레서(241)가 흡입하는 공기가 유통하는 흡기관(221)과, 컴프레서(241)가 연소부(210)에 공급하는 압축 공기가 유통하는 급기관(222)과, 타단측의 연소부(210)에 가까운 위치에 마련되어 압축 공기를 수용하는 급기 수용부로서의 급기 리시버(223)를 구비한다. 또한, 컴프레서(241)에 의해 압축된 공기의 온도 상승에 의한 팽창을 방지하기 위해, 급기관(222)을 유통하는 압축 공기를 냉각하는 냉각기인 급기 쿨러(224)가 급기관(222)의 도중에 마련되어 있다. 이에 의해, 급기 쿨러(224)를 유통하는 동안에 냉각되어 급기 리시버(223)에 수용되는 압축 공기의 온도는 일정 범위 내로 유지되어 있다.The compressor 241 has one end open to the outside air (atmosphere) and the other end provided on one end side in the air supply passage 220 that communicates with the combustion unit 210 , and simultaneously compresses the outside air by its rotation. Air compressed by the compressor 241 and having an increased pressure is supplied to the combustion unit 210 through the supply path 220 and used for combustion of fuel there. The air supply path 220 includes an intake pipe 221 through which air sucked in by the compressor 241 flows from one end open to the outside air, and an air supply pipe through which the compressed air supplied by the compressor 241 to the combustion unit 210 flows. 222 and an air supply receiver 223 as an air supply receiving unit provided at a position close to the combustion unit 210 on the other end side to receive compressed air. In addition, in order to prevent expansion due to the temperature rise of the air compressed by the compressor 241 , the supply air cooler 224 , which is a cooler that cools the compressed air flowing through the air supply pipe 222 , is installed in the middle of the air supply pipe 222 . is provided. Thereby, the temperature of the compressed air cooled while flowing through the supply air cooler 224 and accommodated in the air supply receiver 223 is maintained within a predetermined range.

터빈(242)은, 일단이 연소부(210)에 연통되고, 타단이 외기(대기)에 개방된 배기로(230) 내의 타단측에 마련된다. 연소부(210)에서의 연소 후에 배출되는 기체는, 그 기세로 터빈(242)을 회전시킨 후, 배기로(230)의 타단으로부터 외기로 방출된다. 배기로(230)는, 일단측의 연소부(210)에 가까운 위치에 마련되어 연소부(210)에서의 연소 후에 배출되는 기체를 수용하는 배기 수용부로서의 배기 리시버(231)와, 배기 리시버(231)로부터 터빈(242)을 향하는 배기가 유통하는 배기관(232)과, 터빈(242)을 통과한 후의 타단으로부터 외기에 방출될 때까지의 배기가 유통하는 터빈 출구관(233)을 구비한다.The turbine 242 is provided on the other end side in the exhaust passage 230 in which one end communicates with the combustion unit 210 and the other end is open to outside air (atmosphere). The gas discharged after combustion in the combustion unit 210 rotates the turbine 242 with the momentum, and then is discharged from the other end of the exhaust path 230 to the outside air. The exhaust path 230 is provided at a position close to the combustion unit 210 at one end, and includes an exhaust receiver 231 serving as an exhaust receiving unit for receiving gas discharged after combustion in the combustion unit 210 , and an exhaust receiver 231 . ), the exhaust pipe 232 through which the exhaust gas toward the turbine 242 flows, and the turbine outlet pipe 233 through which exhaust gas from the other end after passing through the turbine 242 to the outside air flows through is provided.

연소부(210)는, 공기에 의한 연료의 연소가 일어나는 연소실(211)과, 연소실(211) 내에 1연소당의 연료 공급량 U에 의해 지정되는 양의 연료를 공급하는 연료 공급 노즐(212)과, 급기 리시버(223)로부터의 공기의 연소실(211)로의 공급을 제어하는 흡기 밸브(213)와, 연소실(211)로부터 배기 리시버(231)로의 기체의 배출을 제어하는 배기 밸브(214)와, 연소실(211)에 있어서의 연료의 연소에 따라서 직선상으로 구동되는 피스톤(215)과, 피스톤(215)의 직선상의 운동에 수반하여 회전 구동되는 회전 구동부로서의 크랭크 샤프트(216)와, 일단이 피스톤(215)에 고정되고 타단이 크랭크 샤프트(216)에 고정되어 피스톤(215)의 직선 운동을 크랭크 샤프트(216)의 회전 운동으로 변환하는 커넥팅 로드(217)를 구비한다. 또한, 상기에서는 연료 공급 노즐(212)에 의해 연료를 연소실(211) 내에 직접 공급하는 구성으로 하였지만, 가솔린 등의 휘발성이 높은 연료를 사용하는 경우는, 급기 리시버(223) 혹은 급기관(222) 내에 연료를 분사하여, 공기와 혼합한 상태에서 연소실(211) 내에 공급해도 된다.The combustion unit 210 includes a combustion chamber 211 in which combustion of fuel by air occurs, and a fuel supply nozzle 212 for supplying fuel in an amount specified by the fuel supply amount U per combustion into the combustion chamber 211; An intake valve 213 for controlling the supply of air from the supply air receiver 223 to the combustion chamber 211 , an exhaust valve 214 for controlling the discharge of gas from the combustion chamber 211 to the exhaust receiver 231 , and the combustion chamber The piston 215 linearly driven according to the combustion of fuel in (211), the crankshaft 216 as a rotational drive part rotationally driven with linear motion of the piston 215, and one end of the piston ( The connecting rod 217 is fixed to 215 and the other end is fixed to the crankshaft 216 to convert the linear motion of the piston 215 into the rotational motion of the crankshaft 216 . In addition, in the above configuration, fuel is directly supplied into the combustion chamber 211 by the fuel supply nozzle 212, but when using a highly volatile fuel such as gasoline, the air supply receiver 223 or the air supply pipe 222 You may inject fuel inside and supply it in the combustion chamber 211 in the state mixed with air.

상기한 구성에 있어서, 엔진(200)은 이하의 사이클로 구동된다. 여기서, 엔진(200)은 전사이클 이전의 구동 또는 다기통의 연소에 의한 구동에 의해 동작 상태에 있는 것으로 하고, 회전을 계속하는 크랭크 샤프트(216)의 동작에 따라서 피스톤(215)이 상승과 하강을 반복하는 것으로 한다.In the above configuration, the engine 200 is driven in the following cycle. Here, it is assumed that the engine 200 is in an operating state by driving before the previous cycle or driving by combustion of the multi-cylinder, and the piston 215 rises and falls according to the operation of the crankshaft 216 that continues to rotate. is to be repeated.

(1) 흡기: 흡기 밸브(213)가 개방되고, 배기 밸브(214)가 폐쇄되고, 피스톤(215)이 하강함으로써, 급기 리시버(223)로부터 연소실(211)에 공기가 공급된다.(1) Intake: The intake valve 213 is opened, the exhaust valve 214 is closed, and the piston 215 is lowered, whereby air is supplied from the supply air receiver 223 to the combustion chamber 211 .

(2) 압축: 흡기 밸브(213)가 폐쇄되고, 피스톤(215)이 상승함으로써, 연소실(211) 내의 공기가 압축된다.(2) Compression: The intake valve 213 is closed and the piston 215 rises, whereby the air in the combustion chamber 211 is compressed.

(3) 연소: 연료 공급 노즐(212)로부터 연소실(211) 내에 1연소당의 연료 공급량 U에 의해 지정되는 양의 연료가 공급되고, 압축된 공기 중에서 연소된다. 이에 의해 동력이 발생하고, 피스톤(215)이 하강한다.(3) Combustion: A fuel in an amount specified by the fuel supply amount U per combustion is supplied into the combustion chamber 211 from the fuel supply nozzle 212 and is combusted in compressed air. As a result, power is generated and the piston 215 descends.

(4) 배기: 배기 밸브(214)가 개방되고, 피스톤(215)이 상승함으로써, 연소 후의 기체가 연소실(211)로부터 배기 리시버(231)로 배출된다.(4) Exhaust: The exhaust valve 214 is opened and the piston 215 rises, so that the gas after combustion is discharged from the combustion chamber 211 to the exhaust receiver 231 .

도 3은 엔진(200)의 다른 예로서의 이른바 2스트로크 엔진의 연소부를 도시하는 모식도이다(도 2와 대응하는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 적절하게 설명을 생략함). 2스트로크 엔진에서는, 피스톤의 4회의 상하 이동으로 1사이클이 완료되는 도 2의 4스트로크 엔진과 달리, 피스톤의 1회의 상승과 1회의 하강의 합계 2회의 상하 이동으로 1사이클이 완료된다.FIG. 3 is a schematic diagram showing a combustion unit of a so-called two-stroke engine as another example of the engine 200 (the same reference numerals are attached to the components corresponding to those of FIG. 2 and description thereof is omitted appropriately). In the two-stroke engine, unlike the four-stroke engine of FIG. 2 in which one cycle is completed by four up-and-down movements of the piston, one cycle is completed by a total of two vertical movements of one rising and one lowering of the piston.

2스트로크 엔진의 연소부(210)는, 상술한 4스트로크 엔진과 마찬가지로, 연소실(211)에 있어서의 연료의 연소에 의해 피스톤(215)을 직선상으로 구동하고, 그것을 크랭크 샤프트(216)의 회전 동력으로 변환하는 것이다. 양 타입의 엔진에 있어서 주요한 구조는 거의 공통이지만, 2스트로크 엔진에서는, 연소부(210)에 있어서 크랭크 샤프트(216)를 수용하는 크랭크 케이스(218)와 연소실(211)을 연결하는 소기로(219)가 마련되어 있는 점이 하나의 차이이다.The combustion unit 210 of the two-stroke engine linearly drives the piston 215 by combustion of the fuel in the combustion chamber 211, similarly to the above-described four-stroke engine, and causes it to rotate the crankshaft 216. transforming it into power. Although the main structures of both types of engines are almost common, in the two-stroke engine, in the combustion section 210 , the crankcase 218 accommodating the crankshaft 216 and the scavenging path 219 connecting the combustion chamber 211 are ) is one difference.

피스톤(215)이 하강하고 있는 도시한 상태에 있어서, 크랭크 케이스(218), 소기로(219), 연소실(211), 배기로(230)를 통과하는 경로는 기체가 유통 가능하게 되어 있어, 크랭크 케이스(218) 내의 새로운 공기가, 소기로(219)를 통해 연소실(211)로 유입됨과 함께, 그 기세로 연소 후의 기체를 배기로(230)로 배출한다(소기).In the illustrated state in which the piston 215 is descending, the path passing through the crankcase 218, the scavenging path 219, the combustion chamber 211, and the exhaust path 230 allows gas to flow, While fresh air in the case 218 flows into the combustion chamber 211 through the scavenging path 219 , the gas after combustion is discharged to the exhaust path 230 with the momentum (scavenging air).

그것에 이어서 피스톤(215)이 상승하면, 소기로(219) 및 배기로(230)를 폐색하고, 연소실(211)이 밀폐되어 그 압력이 상승한다. 그리고 고압이 된 연소실(211) 내에 연료 공급 노즐(212)로부터 연료를 공급함으로써 연소가 야기되어, 피스톤(215)을 다시 하강시키는 동력이 발생한다. 한편, 피스톤(215)의 상승 시에는 크랭크 케이스(218)와 급기로(220)가 연통되어, 새로운 공기가 급기로(220)로부터 크랭크 케이스(218) 내로 유입된다. 이와 같이, 피스톤(215)의 상승 시에는, 연소실(211)에 있어서의 연소와 크랭크 케이스(218)로의 급기가 동시에 행해진다.Subsequently, when the piston 215 rises, the scavenging path 219 and the exhaust path 230 are blocked, the combustion chamber 211 is sealed, and the pressure rises. And, by supplying fuel from the fuel supply nozzle 212 into the high-pressure combustion chamber 211 , combustion is induced, and power to lower the piston 215 again is generated. On the other hand, when the piston 215 rises, the crankcase 218 and the air supply passage 220 communicate with each other, and new air flows into the crankcase 218 from the air supply passage 220 . In this way, when the piston 215 is raised, combustion in the combustion chamber 211 and air supply to the crankcase 218 are performed simultaneously.

이상과 같이, 2스트로크 엔진에 있어서는, 피스톤(215)의 1회 하강과 1회의 상승의 합계 2스트로크로 1사이클이 완료된다. 이러한 2스트로크 엔진에 있어서, 도 2에 도시되는 과급기(240)를 사용하면, 피스톤(215) 상승 시에 있어서의 크랭크 케이스(218)로의 급기와, 피스톤(215) 하강 시에 있어서의 연소실(211)로의 소기의 압력을 높일 수 있다.As described above, in the two-stroke engine, one cycle is completed with a total of two strokes of one lowering and one raising of the piston 215 . In such a two-stroke engine, when the supercharger 240 shown in Fig. 2 is used, air supply to the crankcase 218 when the piston 215 is raised and the combustion chamber 211 when the piston 215 is lowered. ) can increase the desired pressure in the furnace.

또한, 2스트로크 엔진으로서는, 특허문헌 2에 개시되어 있는 구성의 것을 사용해도 된다. 이 2스트로크 엔진에서는, 도 3에 대한 상기한 설명과 마찬가지로, 피스톤(41: 특허문헌 2 중의 부호(이하 동일함))이 하강하고 있는 상태에 있어서, 급기 리시버(223)에 대응하는 소기 리시버(2), 크랭크 케이스(218) 및 소기로(219)에 대응하는 소기구(17), 연소실(211)에 대응하는 실린더(1), 배기로(230)에 대응하는 배기 덕트(6)를 통과하는 경로는 기체가 유통 가능하게 되어 있어, 소기 리시버 내의 새로운 공기가, 소기구를 통해 실린더로 유입됨과 함께, 그 기세로 연소 후의 기체를 배기 덕트로 배출하는 소기 동작이 행해진다. 또한, 이러한 구성에 있어서 과급기(240)를 사용하면, 소기 리시버 내의 소기의 압력을 높일 수 있다.In addition, you may use the thing of the structure disclosed by patent document 2 as a two-stroke engine. In this two-stroke engine, in the state in which the piston 41 (symbol in Patent Document 2 (hereinafter the same)) is descending, similarly to the above description for Fig. 3, the scavenging air receiver ( 2), the crankcase 218 and the scavenging mechanism 17 corresponding to the scavenging path 219, the cylinder 1 corresponding to the combustion chamber 211, and the exhaust duct 6 corresponding to the exhaust path 230 pass through The path to which gas can flow is made possible, and while new air in the scavenging air receiver flows into the cylinder through the scavenging port, the scavenging operation of discharging the gas after combustion to the exhaust duct with the force is performed. In addition, if the supercharger 240 is used in such a configuration, the pressure of the scavenging air in the scavenging air receiver can be increased.

본 실시 형태는, 선박용, 차량용, 항공기용 등의 용도를 불문하고, 상기와 같은 다양한 타입의 엔진(200)에 대해 적용할 수 있지만, 특히 정격 회전수가 매분 1000회전 이하인 선박용의 엔진에 대해 사용하는 것이 적합하다. 일반적으로, 선박용의 엔진은 차량용의 엔진과 비교하여 상기와 같은 낮은 정격 회전수로 구동된다. 그리고 특히 대형의 선박에 있어서는, 엔진에서 발생된 동력이 선박의 실제의 움직임에 반영될 때까지 시간을 요하기 때문에, 정확한 엔진 구동이 요구된다. 이와 같이, 선박용의 엔진에 있어서는, 엔진의 상태를 고정밀도로 추정하여 정확한 구동을 행하는 요청이 강해, 본 실시 형태의 엔진 상태 추정 장치(100)를 사용하는 것이 바람직하다.The present embodiment can be applied to the various types of engines 200 as described above, regardless of uses for ships, vehicles, aircraft, etc., but especially for marine engines with a rated rotation speed of 1000 rotations per minute or less. it is suitable In general, an engine for a ship is driven at a lower rated rotational speed as described above as compared with an engine for a vehicle. And especially in large ships, since it takes time until the power generated by the engine is reflected in the actual movement of the ship, accurate engine driving is required. Thus, in the engine for ships, the request of estimating the state of an engine with high precision and performing accurate driving is strong, and it is preferable to use the engine state estimation apparatus 100 of this embodiment.

또한, 선박으로서는, 예를 들어 특허문헌 3에 개시되어 있는 구성의 것에, 본 실시 형태의 엔진(200)을 사용할 수 있다. 즉, 선박의 추진력을 발생시키는 주 기관(10: 특허문헌 3 중의 부호(이하 동일함))으로서 본 실시 형태의 엔진(200)을 사용하고, 거기서 발생한 동력이 구동축을 통해 프로펠러(14)에 전달됨으로써, 프로펠러(14)가 회전하여 선박의 추진력이 생겨난다.In addition, as a ship, the engine 200 of this embodiment can be used for the thing of the structure currently disclosed by patent document 3, for example. That is, the engine 200 of this embodiment is used as the main engine (10: code|symbol (the same below) in patent document 3) which generates the propulsion force of a ship, and the power generated there is transmitted to the propeller 14 via a drive shaft. As a result, the propeller 14 rotates to generate the thrust of the ship.

상기와 같은 구성의 엔진(200)에 있어서, 연료의 연소에 사용되는 기체는 다음 경로를 유통한다. 외기→흡기관(221)→컴프레서(241)→급기관(222)→급기 리시버(223)→연소부(210)(연소실(211))→배기 리시버(231)→배기관(232)→터빈(242)→터빈 출구관(233)→외기.In the engine 200 having the above configuration, the gas used for combustion of fuel flows through the following path. Outside air → intake pipe (221) → compressor (241) → air supply pipe (222) → supply air receiver (223) → combustion section (210) (combustion chamber (211)) → exhaust receiver (231) → exhaust pipe (232) → turbine ( 242)→Turbine outlet pipe (233)→Outside air.

본 실시 형태에서는 상기한 기체의 유통 경로의 각 처에 공기의 밀도에 관한 파라미터, 구체적으로는 압력, 온도 등의 파라미터를 측정하는 센서가 설치 가능하다. 도시되는 바와 같이, 센서의 설치 위치는 S0 내지 S2의 다음의 3개소로 분류된다.In the present embodiment, a sensor for measuring a parameter related to the density of air, specifically, a parameter such as a pressure and a temperature, can be provided at each location of the gas flow path. As shown, the installation positions of the sensors are classified into the following three places from S0 to S2.

S0: 흡기관(221) 내S0: in the intake pipe (221)

S1: 급기관(222) 내S1: in the air supply pipe (222)

S2: 급기 리시버(223) 내S2: in the supply air receiver (223)

흡기관(221) 내의 센서 설치 위치 S0에는, 컴프레서(241)가 흡입하는 외기의 압력, 온도를 측정하는 센서가 설치 가능하다. 흡기관(221) 내의 센서 설치 위치 S0은, 안정된 측정을 가능하게 하기 위해, 흡기관(221)의 외기에 개방된 개방단 및 컴프레서(241)의 입구로부터 소정 거리를 이격시킨 위치로 하는 것이 바람직하다. 외기로의 개방단에 지나치게 가까우면 외기의 돌발적인 변화에 측정 데이터가 영향받기 쉬워져 버리고, 또한 컴프레서(241)의 입구에 지나치게 가까우면 회전하는 컴프레서(241)가 발생시키는 기류의 영향에 의해 측정 환경이 안정되지 않을 가능성이 있다.At the sensor installation position S0 in the intake pipe 221 , a sensor for measuring the pressure and temperature of the external air sucked by the compressor 241 can be installed. The sensor installation position S0 in the intake pipe 221 is preferably set a predetermined distance apart from the open end of the intake pipe 221 open to the outside air and the inlet of the compressor 241 in order to enable stable measurement. do. If it is too close to the open end to the outside air, the measurement data is easily affected by sudden changes in the outside air, and if it is too close to the inlet of the compressor 241, it is measured by the influence of the airflow generated by the rotating compressor 241. There is a possibility that the environment will not be stable.

급기관(222) 내의 센서 설치 위치 S1에는, 컴프레서(241)가 압력을 높여 연소부(210)에 공급하는 압축 공기의 압력, 온도를 측정하는 센서가 설치 가능하다. 온도에 관해서는, 압축 공기의 온도를 직접적으로 측정해도 되고, 압축 공기를 냉각하는 급기 쿨러(224)에 의한 냉각 온도, 즉 냉각수 등의 냉매의 온도를 간접적으로 측정해도 된다. 또한, 급기 쿨러(224)에 의한 냉각 온도가 일정하고, 급기관(222) 내의 압축 공기의 온도가 일정하다고 간주할 수 있는 경우는, 센서 설치 위치 S1에서 온도를 측정하는 중요성은 낮으므로, 압력을 측정하는 것이 바람직하다.At the sensor installation position S1 in the air supply pipe 222 , a sensor for measuring the pressure and temperature of the compressed air supplied to the combustion unit 210 by the compressor 241 increasing the pressure may be installed. Regarding the temperature, the temperature of the compressed air may be directly measured, or the cooling temperature by the supply air cooler 224 for cooling the compressed air, that is, the temperature of a refrigerant such as cooling water may be measured indirectly. In addition, when the cooling temperature by the supply air cooler 224 is constant and it can be considered that the temperature of the compressed air in the air supply pipe 222 is constant, the importance of measuring the temperature at the sensor installation position S1 is low, so the pressure It is preferable to measure

또한, 급기관(222) 내의 센서 설치 위치 S1은, 안정된 측정을 가능하게 하기 위해, 컴프레서(241)의 출구로부터 소정 거리를 이격시킨 위치로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 급기 쿨러(224)보다 후단이며, 압축 공기가 충분히 냉각된 후의 위치로 하면, 더 안정된 측정이 가능하다. 특히, 급기 쿨러(224)에 의한 냉각 온도가 일정하다고 간주할 수 있는 경우는, 압축 공기의 온도도 일정하다고 간주할 수 있으므로, 압력만의 측정에 의해 급기관(222) 내의 압축 공기의 상태를 고정밀도로 파악할 수 있다.In addition, it is preferable to set the sensor installation position S1 in the air supply pipe 222 to a position spaced apart a predetermined distance from the outlet of the compressor 241 in order to enable stable measurement. More preferably, it is the rear end of the supply air cooler 224, and if the position is set after the compressed air is sufficiently cooled, more stable measurement is possible. In particular, when the cooling temperature by the supply air cooler 224 can be regarded as constant, the compressed air temperature can also be considered constant, so the state of the compressed air in the air supply pipe 222 can be determined by measuring only the pressure. can be detected with high precision.

급기 리시버(223) 내의 센서 설치 위치 S2에는, 연소부(210)에 공급되는 압축 공기의 압력, 온도를 측정하는 센서가 설치 가능하다. 상기한 급기관(222)과 마찬가지로, 급기 쿨러(224)에 의한 냉각 온도가 일정하고, 급기 리시버(223) 내의 압축 공기의 온도가 일정하다고 간주할 수 있는 경우는, 센서 설치 위치 S2에서 온도를 측정하는 중요성은 낮으므로, 압력을 측정하는 것이 바람직하다.A sensor for measuring the pressure and temperature of the compressed air supplied to the combustion unit 210 may be installed at the sensor installation position S2 in the air supply receiver 223 . Like the air supply pipe 222 described above, when the cooling temperature by the supply air cooler 224 is constant and it can be considered that the temperature of the compressed air in the air supply receiver 223 is constant, the temperature is set at the sensor installation position S2. Since the measurement is of low importance, it is desirable to measure the pressure.

또한, 급기 리시버(223) 내의 센서 설치 위치 S2는, 안정된 측정을 가능하게 하기 위해, 급기관(222)으로부터의 압축 공기의 유입구 및 연소부(210)로의 압축 공기의 유출구로부터 소정 거리를 이격시킨 위치로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이들 개소에서 발생할 수 있는 변칙적인 기류의 영향을 피하여 안정된 측정이 가능해진다. 또한, 급기 쿨러(224)에 의한 냉각 온도가 일정하다고 간주할 수 있는 경우는, 급기 리시버(223) 내의 압축 공기의 온도도 일정하다고 간주할 수 있으므로, 압력만의 측정에 의해 급기 리시버(223) 내의 압축 공기 상태를 고정밀도로 파악할 수 있다.In addition, the sensor installation position S2 in the supply air receiver 223 is spaced a predetermined distance from the inlet of the compressed air from the air supply pipe 222 and the outlet of the compressed air to the combustion unit 210 in order to enable stable measurement. position is preferable. Thereby, the influence of the anomalous airflow which may generate|occur|produce in these places is avoided, and stable measurement becomes possible. In addition, when the cooling temperature by the supply air cooler 224 can be considered to be constant, the temperature of the compressed air in the supply air receiver 223 can also be considered to be constant, so by measuring only the pressure, the supply air receiver 223 The condition of the compressed air inside can be grasped with high precision.

이상에서 설명한 3개의 센서 설치 위치 S0 내지 S2에서 측정 가능한 파라미터는, 연소부(210)에 있어서의 연소에서 사용되는 공기의 밀도를 나타내는 것이며, 후술하는 바와 같이 엔진 상태 추정 장치(100)에 의한 엔진(200)의 상태를 추정하기 위해 사용된다. 여기서, 3개의 센서 설치 위치 S0 내지 S2의 전부에 센서를 설치할 필요는 없고, 적어도 하나에 센서를 설치하면, 엔진(200)의 상태를 추정할 수 있다. 한편, S0 내지 S2 중 복수의 센서 설치 위치에 센서를 설치한 경우나, 하나의 센서 위치에 종류가 다른 복수의 센서를 설치한 경우는, 거기서 얻어지는 복수의 측정 데이터에 기초하여, 엔진(200)의 상태 추정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.The parameters measurable at the three sensor installation positions S0 to S2 described above represent the density of air used in combustion in the combustion unit 210 , and as will be described later, the engine by the engine state estimating device 100 . (200) is used to estimate the state. Here, it is not necessary to install a sensor in all of the three sensor installation positions S0 to S2, and if a sensor is installed in at least one, the state of the engine 200 can be estimated. On the other hand, when a sensor is installed at a plurality of sensor installation positions among S0 to S2, or when a plurality of sensors of different types are installed at one sensor position, based on a plurality of measurement data obtained there, the engine 200 can improve the precision of state estimation of

도 1로 돌아가, 엔진(200)의 상태 추정을 행하는 엔진 상태 추정 장치(100)의 각 부(공기 밀도 측정 데이터 취득부(110), 상태 추정부(120))에 대해 설명한다.Returning to FIG. 1, each part (air density measurement data acquisition part 110, state estimation part 120) of the engine state estimation apparatus 100 which performs state estimation of the engine 200 is demonstrated.

공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)는, 센서 설치 위치 S0 내지 S2에서 측정된 각종 공기 밀도 측정 데이터를 취득한다. 구체적으로는, 컴프레서(241)가 흡입하는 외기의 측정 데이터를 센서 설치 위치 S0(흡기관(221) 내)로부터 취득하고, 컴프레서(241)가 압력을 높여 연소부(210)에 공급하는 공기의 측정 데이터를 센서 설치 위치 S1(급기관(222) 내), S2(급기 리시버(223) 내)로부터 취득한다.The air density measurement data acquisition unit 110 acquires various types of air density measurement data measured at sensor installation positions S0 to S2. Specifically, measurement data of external air sucked by the compressor 241 is acquired from the sensor installation position S0 (in the intake pipe 221 ), and the compressor 241 increases the pressure of the air supplied to the combustion unit 210 . Measurement data is acquired from sensor installation positions S1 (inside the air supply pipe 222) and S2 (inside the supply air receiver 223).

엔진(200)의 상태를 추정하는 상태 추정부(120)는, 엔진(200)의 특성을 나타내는 엔진 모델에 기초하여 엔진(200)의 상태에 관한 파라미터인 상태 변수를 계산하는 계산부(121)를 구비한다. 계산부(121)의 엔진 모델은, 열 효율, 동력 전달 효율, 동적 특성, 과급기 효율, 외란 영향 등의 엔진(200)의 여러 특성을 수학적으로 모델화한 것이며, 연소부(210)에 공급되는 1연소당의 연료 공급량 U, 연소부(210)에 있어서 회전 동력을 발생시키는 크랭크 샤프트(216)의 회전수의 측정 데이터 Ne 등을 입력 데이터로 하여 계산을 행하고, 엔진(200)의 각 상태 변수의 추정값을 엔진 상태 추정 결과로서 출력한다. 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 연료 공급량 U와 회전수 Ne 외에도, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)에서 취득된 공기 밀도 측정 데이터도 엔진 모델에 입력함으로써, 고정밀도로 엔진(200)의 상태를 추정할 수 있다. 또한, 엔진 모델을 구성하는 방법은 다양한 것을 생각할 수 있지만, 간단한 예로서는, 입력인 연료 공급량 U, 회전수 Ne, 공기 밀도 측정 데이터 등에 대해, 출력이다The state estimator 120 for estimating the state of the engine 200 includes a calculator 121 that calculates a state variable, which is a parameter related to the state of the engine 200 , based on an engine model indicating characteristics of the engine 200 . to provide The engine model of the calculation unit 121 is a mathematical model of various characteristics of the engine 200 such as thermal efficiency, power transmission efficiency, dynamic characteristics, supercharger efficiency, and disturbance effect, and 1 supplied to the combustion unit 210 is The calculation is performed using, as input data, the fuel supply amount U per combustion, measurement data Ne of the rotation speed of the crankshaft 216 that generates rotational power in the combustion unit 210 , and the like, and the estimated value of each state variable of the engine 200 . is output as the engine state estimation result. As will be described later, in the present embodiment, in addition to the fuel supply amount U and the rotation speed Ne, the air density measurement data acquired by the air density measurement data acquisition unit 110 is also input into the engine model, so that the state of the engine 200 with high accuracy. can be estimated. In addition, although various methods of constructing the engine model can be considered, as a simple example, it is an output with respect to the input fuel supply amount U, rotation speed Ne, air density measurement data, etc.

엔진(200)의 각 상태 변수의 추정값을 대응시킨 테이블로서 구성할 수 있다.It can be configured as a table in which the estimated values of the respective state variables of the engine 200 are matched.

상태 추정부(120)에서 추정 가능한 엔진(200)의 상태 변수는, 예를 들어 이하와 같은 것을 들 수 있다.The state variables of the engine 200 that can be estimated by the state estimator 120 may include, for example, the following.

연소부(210)의 동작에 관한 파라미터:Parameters related to the operation of the combustion unit 210:

·크랭크 샤프트(216)의 회전수(연소부(210)의 회전수 Ne)The number of rotations of the crankshaft 216 (the number of rotations Ne of the combustion unit 210)

과급기(240)의 동작에 관한 파라미터:Parameters relating to the operation of the supercharger 240:

·컴프레서(241), 터빈(242), 축(243)의 회전수(과급기(240)의 회전수 Ntc)・The number of revolutions of the compressor 241, the turbine 242, and the shaft 243 (the number of revolutions of the supercharger 240 Ntc)

또한, 본 실시 형태에서는, 회전수 Ne는 측정 데이터로서 취득되므로, 상태 추정부(120)에서의 추정을 행할 필요는 없다.In addition, in this embodiment, since rotation speed Ne is acquired as measurement data, it is not necessary to estimate by the state estimation part 120. As shown in FIG.

이하는 엔진(200)의 상태 변수 중, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)가 측정 데이터로서 취득 가능한 것이다. 본 실시 형태에서는, 이와 같이 측정 데이터로서 취득되는 상태 변수에 대해서는, 상태 추정부(120)에서의 추정을 행할 필요는 없다.The following are the state variables of the engine 200 that the air density measurement data acquisition unit 110 can acquire as measurement data. In the present embodiment, it is not necessary to estimate the state variables obtained as measurement data in this way by the state estimating unit 120 .

컴프레서(241)가 흡입하는 외기에 관한 파라미터(흡기관(221) 내 S0에서 측정 가능):Parameters related to the external air inhaled by the compressor 241 (measurable at S0 in the intake pipe 221):

·외기의 압력(외기압 Pa)·External air pressure (external air pressure Pa)

·외기의 온도(외기온 Ta)·Temperature of outside air (outside temperature Ta)

컴프레서(241)가 압력을 높여 연소부(210)에 공급하는 압축 공기(급기)에 관한 파라미터(급기관(222) 내 S1, 급기 리시버(223) 내 S2에서 측정 가능):Parameters related to compressed air (supply air) supplied to the combustion unit 210 by increasing the pressure by the compressor 241 (measurable at S1 in the air supply pipe 222 and S2 in the supply air receiver 223):

·급기의 압력(급기압 Pb/소기 동작을 행하는 2스트로크 엔진에 있어서는 소기압 Ps라고도 표기됨)·Supply air pressure (supply air pressure Pb/in a two-stroke engine that performs scavenging operation, it is also denoted as scavenging air pressure Ps)

·급기의 온도(급기온 Tb/소기 동작을 행하는 2스트로크 엔진에 있어서는 소기온 Ts라고도 표기됨)·Supply air temperature (supply air temperature Tb/in a two-stroke engine that performs scavenging operation, it is also denoted as scavenging air temperature Ts)

·급기 쿨러(224)의 냉각수의 온도(냉각수온 Tw)The temperature of the cooling water of the supply air cooler 224 (cooling water temperature Tw)

상기 외에, 엔진(200) 내의 각 부를 유통하는 기체에 관한 파라미터:In addition to the above, parameters related to the gas flowing through each part in the engine 200:

·흡기관(221), 급기관(222), 급기 리시버(223) 내의 유량Flow rate in intake pipe 221, air supply pipe 222, and air supply receiver 223

·배기 리시버(231), 배기관(232), 터빈 출구관(233) 내의 압력, 온도, 유량· Pressure, temperature, flow rate in the exhaust receiver 231 , the exhaust pipe 232 , and the turbine outlet pipe 233 .

상기한 각 파라미터를 이용하여 엔진 모델로 계산 가능한 엔진(200)의 각종 성능:Various performances of the engine 200 that can be calculated as an engine model using each of the above parameters:

·엔진(200)이 발생시키는 동력에 관한 성능(토크, 출력 등)Performance related to the power generated by the engine 200 (torque, output, etc.)

·엔진(200)의 연료 소비에 관한 성능(단위 시간당의 연료 소비량(이하, 연비라고 약기함), 단위 시간 및 단위 출력당의 연료 소비율, 연료의 단위 용량당의 진행 거리 등)Performance related to fuel consumption of engine 200 (fuel consumption per unit time (hereinafter abbreviated as fuel economy), fuel consumption rate per unit time and unit output, travel distance per unit capacity of fuel, etc.)

상기한 각 상태 변수는, 모두 적당한 센서를 마련함으로써 측정 가능하지만, 실제의 엔진(200)에서는 비용이나 설치상의 제약에 의해 모든 상태 변수를 측정하는 것은 현실적이지 않다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 회전수 Ne와, 상태 추정부(120)에서의 추정 정밀도의 향상에 사용되는 일부의 공기 밀도 측정 데이터만을 측정하고, 그 이외의 상태 변수는 상태 추정부(120)가 추정값을 계산하는 구성으로 하고 있다.Although all of the above-described state variables can be measured by providing an appropriate sensor, in the actual engine 200, it is not realistic to measure all the state variables due to cost or installation constraints. Therefore, in the present embodiment, only the rotational speed Ne and the partial air density measurement data used for improvement of the estimation accuracy in the state estimating unit 120 are measured, and the other state variables are the state estimating unit 120 . is configured to calculate the estimated value.

또한, 엔진(200)으로의 구동 입력인 1연소당의 연료 공급량 U는, 연소부(210)의 회전수 Ne의 측정 데이터에 기초하여 설정된다. 즉, 연소부(210)의 목표 회전수를 Ne0으로 하였을 때, 측정값인 Ne와 목표값인 Ne0의 차분이 연산되고, 그 차분이 작아지는 1연소당의 연료 공급량 U가 소정의 테이블이나 알고리즘에 기초하여 설정된다.In addition, the fuel supply amount U per combustion which is a drive input to the engine 200 is set based on the measurement data of the rotation speed Ne of the combustion part 210 . That is, when the target rotation speed of the combustion unit 210 is set to Ne0, the difference between the measured value Ne and the target value Ne0 is calculated, and the fuel supply U per combustion at which the difference becomes smaller is calculated in a predetermined table or algorithm. is set based on

계속해서, 본 발명자가 실험을 통해 찾아낸, 공기 밀도 측정 데이터를 사용한 상태 추정 정밀도의 향상 기술에 대해 설명한다. 도 4 내지 도 7은, 공기 밀도 측정 데이터인 외기온 Ta, 외기압 Pa, 냉각수온 Tw가 엔진(200)의 다양한 상태 변수에 미치는 영향에 대해 실험한 결과를 나타내는 것이다. 구체적으로는, 도 4는 출력에 미치는 영향을, 도 5는 연비에 미치는 영향을, 도 6은 급기관(222) 내의 컴프레서(241)의 출구 부근의 온도(컴프레서 출구 온도 Tc), 급기 리시버(223) 내의 소기온 Ts, 배기 리시버(231) 내의 배기온 Tex의 각각에 미치는 영향을, 도 7은 급기 리시버(223) 내의 소기압 Ps, 배기 리시버(231) 내의 배기압 Pex, 터빈 출구관(233) 내의 압력(터빈 출구 압력 P0)의 각각에 미치는 영향을 나타내는 것이다. 각각의 실험에서는, 엔진(200)의 부하를 변화시키면서 측정을 행하고 있고, 각 도면에 있어서, 엔진(200)의 부하가 최대 부하의 50%, 75%, 85%, 100%인 각각의 경우의 결과가 제각기 나타나 있다.Then, the technique of improving the state estimation precision using the air density measurement data discovered through experiment by this inventor is demonstrated. 4 to 7 show the results of experiments on the effect of the outdoor temperature Ta, the outdoor pressure Pa, and the cooling water temperature Tw, which are air density measurement data, on various state variables of the engine 200 . Specifically, Fig. 4 shows the effect on output, Fig. 5 shows the effect on fuel efficiency, and Fig. 6 shows the temperature near the outlet of the compressor 241 in the air supply pipe 222 (compressor outlet temperature Tc), the air supply receiver ( The effect on each of the scavenging air temperature Ts in 223 and the exhaust temperature Tex in the exhaust receiver 231, FIG. 7 shows the scavenging air pressure Ps in the supply air receiver 223, the exhaust pressure Pex in the exhaust receiver 231, and the turbine outlet pipe ( 233) shows the influence on each of the internal pressures (turbine outlet pressure P0). In each experiment, measurement is performed while changing the load of the engine 200, and in each figure, the load of the engine 200 is 50%, 75%, 85%, 100% of the maximum load in each case. The results are different.

각각의 도면에 있어서는, 외기온 Ta, 외기압 Pa, 냉각수온 Tw가, 각각 상정되는 환경 조건의 변동 범위 내에서 변화되었을 때, 각 도면에서 대상으로 하는 상태 변수가 변화된 비율이 그래프로서 나타나 있다. 예를 들어, 출력을 대상으로 하는 도 4의 외기온 Ta를 보면, 부하 100%일 때에 약 -1.2%의 영향이 있는데, 이것은 외기온 Ta가 상정 범위 내에서 하한일 때의 출력에 비해, 외기온 Ta가 상정 범위 내에서 상한일 때의 출력이 약 1.2% 작아진 것을 의미한다. 마찬가지로, 연비를 대상으로 하는 도 5의 외기온 Ta를 보면, 부하 50%일 때에 약 1.5%의 영향이 있는데, 이것은 외기온 Ta가 상정 범위 내에서 하한일 때의 연비에 비해, 외기온 Ta가 상정 범위 내에서 상한일 때의 연비가 약 1.5% 커진 것을 의미한다.In each figure, when the external temperature Ta, the external atmospheric pressure Pa, and the cooling water temperature Tw change within the variation ranges of the assumed environmental conditions, the ratio of the change in the target state variable in each figure is shown as a graph. For example, looking at the outdoor temperature Ta of FIG. 4 for the output, when the load is 100%, there is an effect of about -1.2%, which is compared to the output when the outdoor temperature Ta is the lower limit within the assumed range, the outdoor temperature Ta is It means that the output at the upper limit within the assumed range is reduced by about 1.2%. Similarly, looking at the outdoor temperature Ta of FIG. 5 for fuel economy, when the load is 50%, there is an influence of about 1.5%, which is compared to the fuel efficiency when the outdoor temperature Ta is the lower limit within the assumed range, compared to the fuel efficiency when the outdoor temperature Ta is within the assumed range It means that the fuel efficiency at the upper limit is increased by about 1.5%.

이상의 실험 결과 중, 엔진(200)의 중요 지표인 출력과 연비에 관한 도 4와 도 5에 의하면, 3개의 공기 밀도 측정 데이터 중, 외기온 Ta가 돌출되어 출력과 연비에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서, 외기온 Ta를 센서 설치 위치 S0에서 측정하고, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)를 통해 상태 추정부(120)에 공급함으로써, 상태 추정부(120)는 출력과 연비를 고정밀도로 추정할 수 있다.Of the above experimental results, according to FIGS. 4 and 5 related to the output and fuel efficiency, which are important indicators of the engine 200, among the three air density measurement data, it can be seen that the outside temperature Ta protrudes, which greatly affects the output and fuel efficiency. have. Therefore, by measuring the outdoor temperature Ta at the sensor installation position S0 and supplying it to the state estimator 120 through the air density measurement data acquisition unit 110, the state estimator 120 can estimate the output and fuel efficiency with high precision. have.

엔진(200) 내를 유통하는 기체의 온도에 관한 도 6에 의하면, 컴프레서 출구 온도 Tc에 대한 영향은 외기온 Ta가 가장 크고(이어서 냉각수온 Tw), 소기온 Ts에 대한 영향은 냉각수온 Tw가 가장 크고, 배기온 Tex에 대한 영향은 외기온 Ta가 가장 큰(이어서 냉각수온 Tw) 것을 알 수 있다.According to FIG. 6 regarding the temperature of the gas circulating in the engine 200 , the external temperature Ta has the greatest influence on the compressor outlet temperature Tc (then the cooling water temperature Tw), and the influence on the scavenging temperature Ts is the cooling water temperature Tw the most. It can be seen that the external temperature Ta has the largest effect on the exhaust temperature Tex (then the cooling water temperature Tw).

또한, 엔진(200) 내를 유통하는 기체의 압력에 관한 도 7에 의하면, 소기압 Ps에 대한 영향은 외기온 Ta가 가장 크고(이어서 냉각수온 Tw), 배기압 Pex에 대한 영향은 외기온 Ta가 가장 크고(이어서 냉각수온 Tw), 터빈 출구 압력 P0에 대한 영향은 외기압 Pa가 가장 큰 것을 알 수 있다.In addition, according to FIG. 7 regarding the pressure of the gas flowing in the engine 200 , the external temperature Ta has the greatest effect on the scavenging air pressure Ps (then the cooling water temperature Tw), and the influence on the exhaust pressure Pex is the external temperature Ta the most. It can be seen that the effect on the turbine outlet pressure P0 is large (then the cooling water temperature Tw), and the external air pressure Pa is the largest.

따라서, 외기온 Ta(센서 설치 위치 S0), 외기압 Pa(센서 설치 위치 S0), 냉각수온 Tw(센서 설치 위치 S1)를 각각 측정하고, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)를 통해 상태 추정부(120)에 공급함으로써, 상태 추정부(120)는 각각의 공기 밀도 측정 데이터에 의한 영향이 큰 상태 변수를 고정밀도로 추정할 수 있다.Therefore, the outside air temperature Ta (sensor installation position S0), outside air pressure Pa (sensor installation position S0), and the cooling water temperature Tw (sensor installation position S1) are respectively measured, and the state estimation unit ( By supplying to 120), the state estimating unit 120 can estimate with high precision the state variable having a large influence by each air density measurement data.

또한, 상기에서는 3개의 공기 밀도 측정 데이터에 관하여 실험을 행하였지만, 여기서 얻어진 시사는 그 밖의 공기 밀도 측정 데이터에도 이하와 같이 적용할 수 있다.In addition, although the experiment was performed with respect to three air density measurement data above, the suggestion obtained here is applicable also to other air density measurement data as follows.

도 4와 도 5에 나타난 출력과 연비에 대한 영향은 외기온 Ta가 최대였는데, 이것은 외기의 상태가 엔진(200)의 기본 동작, 즉 연소부(210)에서의 연료의 연소와 동력의 발생에 직접적으로 영향을 미치기 때문이라고 생각된다. 즉, 외기는 컴프레서(241)에 흡입되어 연소부(210)에 공급되므로, 외기의 상태가 엔진(200)의 출력과 연비에 미치는 영향이 크다고 이해된다.The influence on the output and fuel efficiency shown in FIGS. 4 and 5 was the maximum at the outdoor temperature Ta, which indicates that the state of the outside air directly affects the basic operation of the engine 200 , that is, the combustion of fuel in the combustion unit 210 and the generation of power. is thought to be due to the influence of That is, since the outdoor air is sucked into the compressor 241 and supplied to the combustion unit 210 , it is understood that the state of the outdoor air has a large effect on the output and fuel efficiency of the engine 200 .

한편, 도 4와 도 5에 있어서, 외기의 상태를 나타내는 또 하나의 파라미터인 외기압 Pa가 출력과 연비에 미치는 영향은 거의 보이지 않는다. 이것은, 상정되는 외기압 Pa의 변동의 범위 내에서는 출력과 연비에 거의 영향을 미치지 않기 때문이라고 생각된다.Meanwhile, in FIGS. 4 and 5 , the influence of the external air pressure Pa, which is another parameter indicating the state of the external air, on the output and fuel efficiency is hardly seen. This is considered to be because the output and fuel efficiency are hardly affected within the range of the assumed fluctuation of the external atmospheric pressure Pa.

이상과 같은 외기가 컴프레서(241)에 의해 흡입 압축되어, 급기관(222) 및 급기 리시버(223)로 들어가면, 이번에는 그 압력인 급기압 Pb 내지 소기압 Ps가 출력 및 연비에 영향을 미치는 주요한 파라미터가 될 것이라고 생각된다. 왜냐하면, 급기관(222)의 도중에 마련된 급기 쿨러(224)에 의해 급기온 Tb 내지 소기온 Ts는 일정 범위 내로 냉각되므로, 연소부(210)에 공급되는 공기의 밀도는 주로 압력에 의해 결정되기 때문이다. 따라서, 급기 쿨러(224)가 마련된 엔진(200)에 있어서는, 냉각된 공기의 급기압 Pb 내지 소기압 Ps를 공기 밀도 측정 데이터로서 측정하고, 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)를 통해 상태 추정부(120)에 공급함으로써, 상태 추정부(120)는 출력과 연비를 고정밀도로 추정할 수 있다. 한편, 급기 쿨러(224)가 마련되지 않는 엔진(200)에 있어서는, 외기온 Ta와 마찬가지로, 급기온 Tb 내지 소기온 Ts가 계속해서 출력과 연비에 큰 영향을 미칠 것이라고 생각되므로, 이들을 측정함으로써 출력과 연비를 고정밀도로 추정할 수 있다.When the outside air as described above is sucked and compressed by the compressor 241 and enters the air supply pipe 222 and the air supply receiver 223, this time the pressure, the supply air pressure Pb to the scavenging air pressure Ps, is a major factor affecting the output and fuel efficiency. I think it will be a parameter. This is because, by the supply air cooler 224 provided in the middle of the supply pipe 222, the supply air temperature Tb to the small air temperature Ts are cooled within a certain range, so the density of the air supplied to the combustion unit 210 is mainly determined by pressure. to be. Accordingly, in the engine 200 provided with the supply air cooler 224 , the supply air pressure Pb to the scavenging air pressure Ps of the cooled air are measured as air density measurement data, and the state estimation unit is passed through the air density measurement data acquisition unit 110 . By supplying to 120 , the state estimating unit 120 can estimate the output and fuel efficiency with high precision. On the other hand, in the engine 200 in which the supply air cooler 224 is not provided, similarly to the outside temperature Ta, the supply air temperature Tb to the small air temperature Ts will continue to have a great influence on output and fuel efficiency. Fuel economy can be estimated with high precision.

이상을 정리하면, 엔진(200)의 중요 지표인 출력과 연비의 추정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 이하의 공기 밀도 측정 데이터를 이용하는 것이 바람직하다.Summarizing the above, it is preferable to use the following air density measurement data in order to improve the estimation accuracy of the power and fuel efficiency, which are important indicators of the engine 200 .

·외기온 Ta・Outside temperature Ta

·급기압 Pb 내지 소기압 Ps·Supply air pressure Pb to small air pressure Ps

·급기온 Tb 내지 소기온 Ts(급기 쿨러(224)가 마련되지 않는 경우)·Supply air temperature Tb to small air temperature Ts (when the supply air cooler 224 is not provided)

도 4 내지 도 7로부터 얻어진 상기와 같은 지견은, 각 공기 밀도 측정 데이터와 각 상태 변수의 관계를 나타내는 정보로서, 계산부(121)의 엔진 모델에 미리 내장해 두는 것이 바람직하다. 이러한 엔진 모델에 의하면, 측정된 각 공기 밀도 측정 데이터에 따라서, 도 4 내지 도 7에 나타나는 바와 같은 영향도를 가미하여 각 상태 변수의 계산을 고정밀도로 행할 수 있다.The above knowledge obtained from FIGS. 4 to 7 is information indicating the relationship between each air density measurement data and each state variable, and it is preferable to pre-build it in the engine model of the calculation unit 121 . According to such an engine model, according to each measured air density measurement data, calculation of each state variable can be performed with high precision in consideration of the degree of influence as shown in FIGS. 4 to 7 .

또한, 도 4 내지 도 7을 통해, 엔진(200)의 부하가 최대 부하의 50%라고 하는 낮은 부하인 경우에, 각 기체 밀도 측정 데이터의 각 상태 변수에 대한 영향이 크게 발생하는 경향이 있음을 알 수 있다. 이것은 엔진(200)이 저부하에서 가동되고 있을 때에는, 엔진(200) 내외의 다양한 변화의 영향을 받기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 따라서, 상태 추정부(120)는, 엔진(200)의 저부하 가동 시, 예를 들어 최대 부하의 50% 이하에서의 가동 시에 기체 밀도 측정 데이터를 사용하여 엔진(200)의 상태를 추정하는 것이 바람직하다. 한편, 기체 밀도 측정 데이터에 의한 영향이 비교적 작은 고부하 가동 시, 예를 들어 최대 부하의 50%보다 높은 부하에서의 가동 시에는, 기체 밀도 측정 데이터를 사용하지 않고 상태 추정을 행해도 되고, 상태 추정 자체의 빈도를 저하시켜도 된다.In addition, through FIGS. 4 to 7, when the load of the engine 200 is a low load such as 50% of the maximum load, the influence of each gas density measurement data on each state variable tends to occur greatly. Able to know. It is considered that this is because, when the engine 200 is operating at a low load, it is easy to be affected by various changes inside and outside the engine 200 . Accordingly, the state estimating unit 120 is configured to estimate the state of the engine 200 using the gas density measurement data when the engine 200 is operated under a low load, for example, when it is operated at 50% or less of the maximum load. it is preferable On the other hand, when operating at a high load in which the influence of the gas density measurement data is relatively small, for example, during operation at a load higher than 50% of the maximum load, state estimation may be performed without using the gas density measurement data, and state estimation may be performed. You may reduce the frequency of itself.

상기와 같은 엔진 상태 추정 장치(100)가 출력하는 엔진 상태 추정 결과는, 예를 들어 이하의 용도로 사용할 수 있다.The engine state estimation result output by the engine state estimating apparatus 100 as described above may be used, for example, for the following purposes.

엔진 상태 추정 결과는, 엔진(200)의 각종 제어에 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 엔진(200)의 상태 추정 정밀도를 향상시킬 수 있으므로, 그것에 수반하여 제어의 정밀도도 향상시킬 수 있다.The engine state estimation result can be used for various control of the engine 200 . According to this embodiment, since the state estimation precision of the engine 200 can be improved, the precision of control can also be improved with it.

엔진 상태 추정 결과는, 엔진(200)의 감시나 열화 진단에 사용할 수 있다. 엔진의 이상을 적확하게 특정하여 신속한 대처를 행할 수 있다.The engine state estimation result can be used for monitoring the engine 200 and diagnosing deterioration. An engine abnormality can be accurately identified and a prompt response can be performed.

도 8은 제2 실시 형태에 관한 엔진 상태 추정 장치(100)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시되는 제1 실시 형태에 관한 엔진 상태 추정 장치(100)와는, 상태 추정부(120)의 구성만이 다르다. 상태 추정부(120)는, 계산부(121)와, 엔진 모델 보정부(122)를 구비한다.8 is a schematic diagram showing the configuration of the engine state estimation device 100 according to the second embodiment. Only the configuration of the state estimating unit 120 is different from the engine state estimating device 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 . The state estimation unit 120 includes a calculation unit 121 and an engine model correction unit 122 .

계산부(121)는, 연료 공급량 U와 회전수 Ne를 입력 데이터로 하여, 엔진(200)의 특성을 나타내는 엔진 모델에 기초하여, 엔진(200)의 상태 변수의 추정값을 계산하고, 엔진 상태 추정 결과로서 출력한다. 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와는 달리, 공기 밀도 측정 데이터가 계산부(121)의 엔진 모델에 입력되지 않고, 후단의 엔진 모델 보정부(122)에 공급된다. 그 대신에, 계산부(121)는, 상기한 엔진 모델에 기초하는 계산 중에서, 기체 밀도 측정 데이터의 추정값인 공기 밀도 추정 데이터를 계산한다. 제1 실시 형태 중에서 설명한 바와 같이, 외기압 Pa, 외기온 Ta, 급기압 Pb/소기압 Ps, 급기온 Tb/소기온 Ts, 냉각수온 Tw 등의 공기 밀도에 영향을 미치는 측정 데이터는 모두 엔진(200)의 상태 변수이므로, 계산부(121)는 엔진 상태 추정 결과를 구하는 통상의 계산 중에서 기체 추정 데이터를 구할 수 있다.The calculation unit 121 uses the fuel supply amount U and the rotation speed Ne as input data, based on the engine model indicating the characteristics of the engine 200 , calculates an estimated value of the state variable of the engine 200 , and estimates the engine state output as a result. In this embodiment, unlike 1st Embodiment, the air density measurement data is not input to the engine model of the calculation part 121, but is supplied to the engine model correction|amendment part 122 of a rear stage. Instead, the calculation unit 121 calculates air density estimation data, which is an estimated value of the gas density measurement data, among calculations based on the engine model described above. As described in the first embodiment, all measurement data affecting the air density, such as external air pressure Pa, external temperature Ta, supply air pressure Pb/scavenge pressure Ps, supply air temperature Tb/surge temperature Ts, and cooling water temperature Tw, are ), the calculation unit 121 may obtain gas estimation data from a normal calculation for obtaining an engine state estimation result.

엔진 모델 보정부(122)는, 계산부(121)로부터 공급되는 공기 밀도 추정 데이터와 공기 밀도 측정 데이터 취득부(110)로부터 공급되는 공기 밀도 측정 데이터의 차분이 작아지도록, 계산부(121)에 있어서의 엔진 모델을 보정한다. 여기서, 추정값인 공기 밀도 추정 데이터와 실측값인 공기 밀도 측정 데이터 사이에 차분이 있는 경우는, 그 추정값의 산출 기초의 된 엔진 모델이 실제의 엔진(200)의 특성으로부터 괴리되어 있으므로, 엔진 모델 보정부(122)에 의해 엔진 모델을 보정하여, 실제의 엔진(200)의 특성에 근접시키려고 하는 것이다. 이상적으로는 공기 밀도 추정 데이터와 공기 밀도 측정 데이터의 차분이 항시 제로가 되면, 엔진 모델이 실제의 엔진(200)의 특성을 정확하게 나타내게 된다. 이러한 보정에 의해 엔진 모델은 실제의 엔진(200)의 특성을 더 잘 반영한 것이 되므로, 엔진 상태 추정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히 본 실시 형태에서는, 엔진(200)의 출력이나 연비라고 하는 각 상태 변수에 대한 영향이 큰 공기 밀도 측정 데이터를 사용함으로써, 효과적으로 엔진 모델의 보정을 행할 수 있다.The engine model correction unit 122 sends the calculation unit 121 so that the difference between the air density estimation data supplied from the calculation unit 121 and the air density measurement data supplied from the air density measurement data acquisition unit 110 becomes small. Calibrate the engine model in Here, when there is a difference between the air density estimation data, which is an estimated value, and the air density measurement data, which is an actual measured value, the engine model that is the basis for calculating the estimated value is separated from the characteristics of the actual engine 200, so the engine model information By correcting the engine model by the government 122 , it is intended to approximate the characteristics of the actual engine 200 . Ideally, when the difference between the air density estimation data and the air density measurement data is always zero, the engine model accurately represents the actual characteristics of the engine 200 . Since the engine model better reflects the characteristics of the actual engine 200 by such correction, the precision of engine state estimation can be improved. In particular, in the present embodiment, the engine model can be effectively corrected by using the air density measurement data having a large influence on each state variable such as the output of the engine 200 and the fuel economy.

이상, 본 발명을 실시 형태에 기초하여 설명하였다. 실시 형태는 예시이며, 그것들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.As mentioned above, this invention was demonstrated based on embodiment. The embodiment is an illustration, and it is understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component or each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention.

실시 형태에서는, 공기 밀도 측정 데이터로서 온도 또는 압력을 예시하였지만, 공기의 밀도에 관한 다른 파라미터를 측정해도 된다. 예를 들어, 기체의 농도, 밀도, 성분량을 들 수 있다.Although the temperature or pressure was exemplified as the air density measurement data in the embodiment, other parameters related to the density of the air may be measured. For example, the concentration, density, and component amount of the gas are mentioned.

또한, 실시 형태에서 설명한 각 장치의 기능 구성은 하드웨어 자원 또는 소프트웨어 자원에 의해, 혹은 하드웨어 자원과 소프트웨어 자원의 협동에 의해 실현할 수 있다. 하드웨어 자원으로서 프로세서, ROM, RAM, 그 밖의 LSI를 이용할 수 있다. 소프트웨어 자원으로서 오퍼레이팅 시스템, 애플리케이션 등의 프로그램을 이용할 수 있다.In addition, the functional configuration of each device described in the embodiment can be realized by hardware resources or software resources, or by cooperation between hardware resources and software resources. As a hardware resource, a processor, ROM, RAM, or other LSI may be used. As a software resource, programs such as an operating system and an application may be used.

본 명세서에서 개시한 실시 형태 중, 복수의 기능이 분산되어 마련되어 있는 것은, 당해 복수의 기능의 일부 또는 전부를 집약하여 마련해도 되고, 반대로 복수의 기능이 집약되어 마련되어 있는 것을, 당해 복수의 기능의 일부 또는 전부가 분산되도록 마련할 수 있다. 기능이 집약되어 있는지 분산되어 있는지에 관계없이, 발명의 목적을 달성할 수 있도록 구성되어 있으면 된다.Among the embodiments disclosed in the present specification, those in which a plurality of functions are provided in a distributed manner may be provided by integrating some or all of the plurality of functions, and conversely, those in which a plurality of functions are integrated and provided are examples of the plurality of functions. Some or all of it may be arranged to be dispersed. Regardless of whether the functions are integrated or distributed, it may be configured so as to achieve the object of the invention.

100: 엔진 상태 추정 장치
110: 공기 밀도 측정 데이터 취득부
120: 상태 추정부
121: 계산부
122: 엔진 모델 보정부
200: 엔진
210: 연소부
220: 급기로
221: 흡기관
222: 급기관
223: 급기 리시버
224: 급기 쿨러
230: 배기로
231: 배기 리시버
232: 배기관
233: 터빈 출구관
240: 과급기
241: 컴프레서
242: 터빈
100: engine state estimation device
110: air density measurement data acquisition unit
120: state estimator
121: calculator
122: engine model correction unit
200: engine
210: combustion unit
220: air supply
221: intake pipe
222: air supply pipe
223: supply air receiver
224: supply air cooler
230: exhaust path
231: exhaust receiver
232: exhaust pipe
233: turbine outlet pipe
240: supercharger
241: Compressor
242: turbine

Claims (14)

공기와 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부와, 흡입한 공기의 압력을 높여 상기 연소부에 공급하는 과급기를 구비하는 엔진의 상태를 추정하는 엔진 상태 추정 장치이며,
상기 과급기가 흡입하는 공기 및 상기 과급기가 상기 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터의 측정 데이터를 취득하는 공기 밀도 측정 데이터 취득부와,
상기 공기 밀도 측정 데이터와, 상기 엔진의 특성을 나타내는 엔진 모델에 입력되는 상기 연소부로의 연료 공급량에 기초하여 상기 엔진의 상태를 추정하는 상태 추정부를
구비하는, 엔진 상태 추정 장치.
An engine state estimating device for estimating the state of an engine, comprising: a combustion unit that generates power by burning air and fuel; and a supercharger that increases the pressure of intake air and supplies it to the combustion unit,
an air density measurement data acquisition unit configured to acquire measurement data of parameters relating to the density of at least one of the air sucked in by the supercharger and compressed air supplied to the combustion unit by the supercharger;
a state estimator for estimating the state of the engine based on the air density measurement data and the amount of fuel supplied to the combustion unit input to the engine model representing the characteristics of the engine
provided, an engine state estimating device.
제1항에 있어서,
상기 엔진은, 정격 회전수가 매분 1000회전 이하인 선박용의 엔진인,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The engine is an engine for ships having a rated rotation speed of 1000 rotations per minute or less,
engine condition estimation device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상태 추정부는, 상기 공기 밀도 측정 데이터를 상기 엔진 모델에 입력하여 상기 엔진의 상태를 추정하는,
엔진 상태 추정 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The state estimating unit for estimating the state of the engine by inputting the air density measurement data to the engine model,
engine condition estimation device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상태 추정부는,
상기 엔진 모델에 기초하여 상기 공기 밀도 측정 데이터의 추정값인 공기 밀도 추정 데이터를 계산하는 계산부와,
상기 공기 밀도 추정 데이터와 상기 공기 밀도 측정 데이터의 차분이 작아지도록 상기 엔진 모델을 보정하는 엔진 모델 보정부를
구비하는, 엔진 상태 추정 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The state estimating unit,
a calculation unit for calculating air density estimation data that is an estimated value of the air density measurement data based on the engine model;
An engine model correction unit for correcting the engine model so that a difference between the air density estimation data and the air density measurement data is small
provided, an engine state estimating device.
제1항에 있어서,
상기 공기 밀도 측정 데이터의 측정기는, 상기 과급기가 흡입하는 공기가 유통하는 흡기관에 마련되는,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The measuring device of the air density measurement data is provided in the intake pipe through which the air sucked by the supercharger flows,
engine condition estimation device.
제1항에 있어서,
상기 공기 밀도 측정 데이터의 측정기는, 상기 압축 공기를 수용하는 급기 수용부에 마련되는,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The measuring device of the air density measurement data is provided in the air supply receiving unit for accommodating the compressed air,
engine condition estimation device.
제1항에 있어서,
상기 공기 밀도 측정 데이터는, 상기 과급기가 흡입하는 공기 및 상기 압축 공기의 온도 및 압력 중 적어도 하나의 측정 데이터인,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The air density measurement data is at least one measurement data of the temperature and pressure of the air and the compressed air sucked by the supercharger,
engine condition estimation device.
제7항에 있어서,
상기 공기 밀도 측정 데이터는, 상기 과급기가 흡입하는 공기의 온도의 측정 데이터인,
엔진 상태 추정 장치.
8. The method of claim 7,
The air density measurement data is measurement data of the temperature of the air sucked by the supercharger,
engine condition estimation device.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 엔진은, 상기 압축 공기를 냉각하는 냉각기를 구비하고,
상기 공기 밀도 측정 데이터는, 상기 냉각기에 의해 냉각된 압축 공기의 압력의 측정 데이터인,
엔진 상태 추정 장치.
9. The method according to claim 7 or 8,
The engine includes a cooler for cooling the compressed air,
The air density measurement data is measurement data of the pressure of the compressed air cooled by the cooler,
engine condition estimation device.
제1항에 있어서,
상기 엔진은, 상기 압축 공기를 냉각하는 냉각기를 구비하고,
상기 공기 밀도 측정 데이터는, 상기 냉각기의 냉각 매체의 온도의 측정 데이터인,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The engine includes a cooler for cooling the compressed air,
The air density measurement data is measurement data of the temperature of the cooling medium of the cooler,
engine condition estimation device.
제1항에 있어서,
상기 상태 추정부는, 상기 연소부에 있어서 회전 동력을 발생시키는 회전 구동부의 회전수의 측정 데이터에 기초하여 상기 엔진의 상태를 추정하는,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The state estimating unit estimating the state of the engine based on measurement data of a rotation speed of a rotational driving unit generating rotational power in the combustion unit,
engine condition estimation device.
제1항에 있어서,
상기 상태 추정부는, 상기 엔진의 부하가 그 최대 부하의 50% 이하인 경우에 상기 엔진의 상태를 추정하는,
엔진 상태 추정 장치.
According to claim 1,
The state estimating unit estimates the state of the engine when the load of the engine is 50% or less of the maximum load,
engine condition estimation device.
공기와 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부와, 흡입한 공기의 압력을 높여 상기 연소부에 공급하는 과급기를 구비하는 엔진의 상태를 추정하는 엔진 상태 추정 방법이며,
상기 과급기가 흡입하는 공기 및 상기 과급기가 상기 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터의 측정 데이터를 취득하는 공기 밀도 측정 데이터 취득 스텝과,
상기 공기 밀도 측정 데이터와, 상기 엔진의 특성을 나타내는 엔진 모델에 입력되는 상기 연소부로의 연료 공급량에 기초하여 상기 엔진의 상태를 추정하는 상태 추정 스텝을
구비하는, 엔진 상태 추정 방법.
An engine state estimation method for estimating the state of an engine having a combustion unit that generates power by burning air and fuel, and a supercharger that increases the pressure of intake air and supplies it to the combustion unit,
an air density measurement data acquisition step of acquiring measurement data of parameters related to the density of at least one of the air sucked in by the supercharger and the compressed air supplied to the combustion unit by the supercharger;
a state estimation step of estimating the state of the engine based on the air density measurement data and the amount of fuel supplied to the combustion unit input to an engine model representing the characteristics of the engine;
provided, an engine state estimation method.
공기와 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소부와, 흡입한 공기의 압력을 높여 상기 연소부에 공급하는 과급기를 구비하는 엔진의 상태를 추정하는 기록 매체에 저장된 엔진 상태 추정 컴퓨터 프로그램이며,
상기 과급기가 흡입하는 공기 및 상기 과급기가 상기 연소부에 공급하는 압축 공기 중 적어도 하나의 밀도에 관한 파라미터의 측정 데이터를 취득하는 공기 밀도 측정 데이터 취득 스텝과,
상기 공기 밀도 측정 데이터와, 상기 엔진의 특성을 나타내는 엔진 모델에 입력되는 상기 연소부로의 연료 공급량에 기초하여 상기 엔진의 상태를 추정하는 상태 추정 스텝을
컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 저장된 엔진 상태 추정 컴퓨터 프로그램.
It is an engine state estimation computer program stored in a recording medium for estimating the state of an engine having a combustion unit that generates power by burning air and fuel, and a supercharger that increases the pressure of intake air and supplies it to the combustion unit,
an air density measurement data acquisition step of acquiring measurement data of parameters related to the density of at least one of the air sucked in by the supercharger and the compressed air supplied to the combustion unit by the supercharger;
a state estimation step of estimating the state of the engine based on the air density measurement data and the amount of fuel supplied to the combustion unit input to an engine model representing the characteristics of the engine;
An engine state estimation computer program stored in a recording medium to be executed by a computer.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005307800A (en) 2004-04-20 2005-11-04 Nissan Motor Co Ltd Tuning frequency estimating device and intake pressure estimating device for internal combustion engine
JP2015003658A (en) 2013-06-21 2015-01-08 独立行政法人海上技術安全研究所 Hybrid propulsion system and hybrid propulsion vessel equipped with the same
JP2015222074A (en) 2014-05-22 2015-12-10 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド Large slow-running turbocharged two-stroke internal combustion engine with scavenge air receiver and exhaust gas receiver

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102575577B (en) * 2010-02-09 2014-08-20 三菱重工业株式会社 Control device for engine with turbocharger
US8695567B2 (en) * 2010-10-29 2014-04-15 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for estimating engine operating parameters
US9835094B2 (en) * 2015-08-21 2017-12-05 Deere & Company Feed forward exhaust throttle and wastegate control for an engine
JP6900034B2 (en) * 2017-07-19 2021-07-07 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 Engine control method using engine state observer, engine control program and engine control device
JP2019019802A (en) * 2017-07-21 2019-02-07 日野自動車株式会社 Control device for engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005307800A (en) 2004-04-20 2005-11-04 Nissan Motor Co Ltd Tuning frequency estimating device and intake pressure estimating device for internal combustion engine
JP2015003658A (en) 2013-06-21 2015-01-08 独立行政法人海上技術安全研究所 Hybrid propulsion system and hybrid propulsion vessel equipped with the same
JP2015222074A (en) 2014-05-22 2015-12-10 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド Large slow-running turbocharged two-stroke internal combustion engine with scavenge air receiver and exhaust gas receiver

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