KR100749667B1 - 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템 및 그방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 특히, 수개의 실린더를 갖는 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결된 플라이 휠의 일측에 설치되어 각 실린더에 대응하는 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 회전속도를 검출하는 속도검출센서들과; 상기 속도검출센서들에 의해 실시간으로 검출되어 출력되는 각 실린더의 크랭크 축에 대한 회전속도를 입력받아 수집하고 필터링하는 속도 데이터 수집부와; 상기 속도 데이터 수집부에 의해 수집된 각 실린더들에 대한 회전속도 데이터를 유선 또는 무선망을 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전달하는 네트워크 인터페이스부와; 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 왕복동 엔진의 속도검출 데이타를 전송받아 자체내의 기억장치에 저장함과 동시에 엔진상태 분석 프로그램을 통해 이를 실시간으로 분석하여 그 결과를 모니터상에 표시함은 물론 시스템 운영자에게 알람 등으로 통보하는 데이터 저장 및 분석용 단말기;로 시스템을 구성하고, 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결되어 있는 플라이 휠의 일측에 설치된 속도검출센서들을 통해 각 실린더에 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 속도를 검출하는 단계와; 상기에서 검출된 속도검출신호를 수집 및 필터링한 후 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전송하는 단계와; 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기에서 크랭크 축 각속도 변화를 시간 축과 주파수 영역에서 분석하여 엔진의 이상 여부를 진단하되, 크랭크 축의 순간적인 각속도를 계산한 후 고속 푸리에 변환하여 각 실린더별 상태를 판단 하여 그에 해당하는 안전조치 내용 또는 알람을 통해 경보를 실시하는 단계;로 엔진 상태진단 방법을 구성한 것이다.

따라서, 엔진의 크랭크축 속도변화를 이용하여 엔진 회전축의 순간적인 속도 변화를 검출하는 방식을 통해 엔진 각 실린더의 상태를 진단하고, 그 결과 특정 실린더의 이상발생이 고장을 일으킬 정도까지 진전되지 않은 상태에서 필요한 조치를 빠른 시간 내에 취할 수 있는 예지 보전 시스템을 구축할 수 있는 것이다.

엔진, 속도검출센서, 속도 데이터 수집부, 데이터 저장 및 분석용 단말기

Description

크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템 및 그 방법{System and method for engine condition diagnosis from crankshaft angular speed}

도 1은 본 발명 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명 시스템에 따른 센서 설치 및 신호 검출 개념도.

도 3은 본 발명에서 사용한 센서 신호로부터 순간적인 크랭크축 속도를 구하는 형태를 보인 주기측정 개념도.

도 4는 엔진의 정상 운전시와 특정 실린더 이상발생시 시계열 속도 신호의 변화 상태를 보인 파형도.

도 5는 엔진의 정상 운전시와 특정 실린더 이상발생시 주파수계열 속도 신호 변화 상태를 보인 파형도.

도 6은 본 발명 시스템에서 크랭크 축 속도변화 파형을 고속푸리에 변환한 값을 이용한 엔진 이상 진행 정도를 판단하는 레벨 감시 개념도.

도 7은 본 발명에서 사용한 두 개의 입력신호를 이용하여 이상 발생 실린더를 확인하는 형태를 보인 파형도.

도 8은 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 왕복동 엔진

2 : 속도검출센서

3 : 속도 데이터 수집부

4 : 네트워크 인터페이스부

5 : 데이터 저장 및 분석용 단말기

11 : 플라이 휠

51 : 모니터

본 발명은 하나 이상의 실린더를 포함하는 엔진의 상태를 온라인으로 모니터링하고 진단하기 위하여 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 회전축의 순간적인 속도 변화를 이용하여 엔진 각 실린더의 상태를 진단하여 특정 실린더의 이상발생이 고장을 일으킬 정도까지 진전되지 않은 상태에서 이를 인지하고 필요한 조치를 빠른 시간 내에 취할 수 있도록 한 예지 보전(Preventive Maintenance) 시스템을 구축할 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 엔진 등의 왕복동 기계장비의 상태진단은, 엔진에 설치된 각종 센서(압력, 온도, 연료소모량 및 속도) 등의 신호를 종합하여 판단하고 있다.

이때, 압력(MIP : Mean Indicated Pressure) 데이터를 이용하는 방식은, 각 실린더에 압력센서를 설치하여 압축 행정시의 압력(Pcomp)과 폭발시의 압력(Pmax)을 측정하여 실린더 내 유효 압력(Pmep)을 자동으로 계산해 내는 시스템으로, 보통 작업자가 수작업으로 여러 실린더를 순차적으로 측정하여야 하는 구조로 되어있는 시스템이다.

이와 같은 압력 데이터를 이용한 엔진상태 진단방식은, 실린더 내부 압력을 직접 이용하므로 가장 확실한 방식이지만, 고가의 압력센서를 이용한 감지 시스템을 각 실린더별로 온라인화하기에는 상대적으로 고가이므로 온라인 감시방식으로는 적당하지 않다.

또한, 흡/배기압력 및 흡/배기 온도를 이용하는 방식은, 온라인화는 가능하지만 반응속도가 느리고, 문제 발생 부위(실린더)를 정확하게 파악하기 어렵다.

한편, 진동량을 이용하는 방식은 기계 장비의 상태를 진단하는데 가장 일반적으로 사용되며, 지식 데이터베이스가 가장 많이 축적된 방식이긴 하나, 대형 기계설비의 경우 크랭크축을 지지하기 위해서 저널 베어링을 사용하므로 크랭크축의 진동 성분이 저널 베어링을 지지하는 유막을 통과하는 과정에서 중요한 데이터가 손실되게 되므로 사용에 제약을 받게 된다.

또, 윤활유 분석 기법은 엔진의 특정 부위의 마모정보 등을 정확히 얻을 수 있으나, 작동유의 경우 왕복동장치의 운전에 따라 장기간 사용되므로 광 투과성이 떨어지게 되고, 대부분의 온라인 윤활유 분석 센서는 광투과 성질을 이용하여 작동유 내부의 불순물(Particle)의 수량, 크기 및 성분을 측정하는 시스템이므로 온라 인 분석에 한계가 있다.

즉, 종래의 방식들은 현재 유용하게 사용되고 있기는 하지만, 센서의 설치 및 유지 비용이 많이 들고, 장비의 상태가 어느 정도 악화된 후에야 이상발생을 감지할 수 있으며, 이상발생에 대한 응답속도가 느린 편이다.

또한, 비용적인 측면에서 모니터링의 온라인화가 어려운 상태 값도 존재하고 있음에 따라 순간적으로 발생하여 연속성을 가지지 않는 이상발생 현상이나 점진적으로 이상발생이 진행되는 상태 변화에 대한 감지는 어려운 측면이 있다.

따라서, 최근에는 이를 해결하기 위하여 엔진의 순간적인 회전속도 변화를 감시하여 엔진의 실화(Misfire) 발생을 진단하는 기법에 대한 연구가 수행되었고 유효한 방법으로 사용되고 있는데, 이 방식은 엔진의 극단적인 경우인 실화 등의 경우를 판단하는 데는 유용하게 이용될 수 있으나, 예지 보전 등의 기법으로 적용하기에는 실효성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 엔진의 크랭크축 속도변화를 이용하여 엔진 회전축의 순간적인 속도 변화를 검출하는 방식을 통해 엔진 각 실린더의 상태를 진단하고, 그 결과 특정 실린더의 이상발생이 고장을 일으킬 정도까지 진전되지 않은 상태에서 필요한 조치를 빠른 시간 내에 취할 수 있는 예지 보전(Preventive Maintenance) 시스템을 구축할 수 있도록 하여 엔진 상태진단에 따른 신뢰도를 대폭 증진시킬 수 있는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 시스템은, 수개의 실린더를 갖는 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결된 플라이 휠의 일측에 설치되어 각 실린더에 대응하는 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 회전속도를 검출하는 속도검출센서들과; 상기 속도검출센서들에 의해 실시간으로 검출되어 출력되는 각 실린더의 크랭크 축에 대한 회전속도를 입력받아 수집하고 필터링하는 속도 데이터 수집부와; 상기 속도 데이터 수집부에 의해 수집된 각 실린더들에 대한 회전속도 데이터를 유선 또는 무선망을 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전달하는 네트워크 인터페이스부와; 상기 네트워크 인터페이스부를 통해 왕복동 엔진의 속도검출 데이타를 전송받아 자체내의 기억장치에 저장함과 동시에 엔진상태 분석 프로그램을 통해 이를 실시간으로 분석하여 그 결과를 모니터상에 표시함은 물론 시스템 운영자에게 알람 등으로 통보하는 데이터 저장 및 분석용 단말기로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 속도 데이터 수집부에는 데이터를 수집하고 진단알고리즘을 구동하여 이상 발생이 추론되는 시점에 능동적으로 데이터를 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전송하는 기능을 더 포함한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결되어 있는 플라이 휠의 일측에 설치된 속도검출센서들을 통해 각 실린더에 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 속도를 검출하는 단계와; 상기에서 검출된 속도검출신호를 수집 및 필터링한 후 데이터 저장 및 분석 용 단말기로 전송하는 단계와; 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기에서 크랭크 축 각속도 변화를 시간 축과 주파수 영역에서 분석하여 엔진의 이상 여부를 진단하되, 시간 축에 대한 크랭크 축의 순간적인 속도신호(펄스)의 검출을 통해 구간별 속도를 계산한 후 고속 푸리에 변환하여 회전축 계의 상태를 판단하여 그에 해당하는 안전조치 내용 또는 알람을 통해 경보를 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기에서 왕복동 엔진의 이상 발생을 진단하는 단계는, 1X(RPS : Revolution Per Second) 또는 2X 주파수 성분(2 행정일 경우와 4 행정일 경우 감시 대상 주파수가 상이함)의 크기를 레벨별로 나누어 관리하는 단계와; 1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 특정 레벨에 도달할 경우 알람 통보 및 안전 동작을 수행하는 단계를 실시하되, 상기에서 주의상태나 감시상태로 판단되면 알람을 통해 이를 알리고, 특정 실린더의 상태가 경고상태나 고장상태로 판단되면 감속을 통한 안전조치를 취하고 알람을 통해 알려준 후 해당 실린더의 상태확인을 다시 실시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 시스템의 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 시스템에 따른 센서 설치 및 신호 검출 개념도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 시스템은, 수개의 실린더를 갖는 왕복동 엔진(1)의 크랭크 축과 연결된 플라이 휠(11)의 일측에 설치되어 각 실린더에 대응하는 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 회전속도를 검출하는 속도검출센서(2)들과;

상기 속도검출센서(2)들에 의해 실시간으로 검출되어 출력되는 각 실린더의 크랭크 축에 대한 회전속도를 입력받아 수집하고 필터링하는 속도 데이터 수집부(3)와;

상기 속도 데이터 수집부(3)에 의해 수집된 각 실린더들에 대한 회전속도 데이터를 유선 또는 무선망을 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전달하는 네트워크 인터페이스부(4)와;

상기 네트워크 인터페이스부(4)를 통해 왕복동 엔진(1)의 속도검출 데이타를 전송받아 자체내의 기억장치에 저장함과 동시에 엔진상태 분석 프로그램을 통해 이를 실시간으로 분석하여 그 결과를 모니터(51)상에 표시함은 물론 시스템 운영자에게 알람 등으로 통보하는 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 속도 데이터 수집부(3)에서는 데이터를 수집하고 진단알고리즘을 구동하여 이상 발생이 추론되는 시점에 능동적으로 데이터를 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전송하는 기능을 더 포함한다.

도 2는 본 발명 시스템에 따른 센서 설치 및 신호 검출 개념도를 나타낸 것 이고, 도 3은 본 발명에서 사용한 센서 신호로부터 순간적인 크랭크축 속도를 구하는 형태를 보인 주기측정 개념도를 나타낸 것이며, 도 4는 엔진의 정상 운전시와 특정 실린더 이상발생시 시계열 속도 신호의 변화 상태를 보인 파형도를 나타낸 것이고, 도 5는 엔진의 정상 운전시와 특정 실린더 이상발생시 주파수계열 속도 신호 변화 상태를 보인 파형도를 나타낸 것이다.

또한, 도 6은 본 발명 시스템에서 크랭크 축 속도변화 파형을 고속푸리에 변환한 값을 이용한 엔진 이상 진행 정도를 판단하는 레벨 감시 개념도를 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명에서 사용한 두 개의 입력신호를 이용하여 이상 발생 실린더를 확인하는 형태를 보인 파형도를 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 방법은, 왕복동 엔진(1)의 크랭크 축과 연결되어 있는 플라이 휠(11)의 일측에 설치된 속도검출센서(2)들을 통해 각 실린더 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 속도를 검출하는 단계(S1)와;

상기에서 검출된 속도검출신호를 속도 데이터 수집부(3)를 통해 수집 및 필터링한 후 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전송하는 단계(S2)와;

상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 크랭크 축 각속도 변화를 시간 축과 주파수 영역에서 분석하여 엔진(1)의 이상 여부를 진단하되, 시간 축에 대한 각 크랭크 축 속도 검출을 통해 순간적인 속도를 계산한 후 이 속도 변화 데이터를 고속 푸리에 변환하여 엔진 회전축 계의 상태를 판단하여 그에 해당하는 안전조치 내용 또는 알람을 통해 경보를 실시하는 단계(S3);로 이루어진 것을 특징으로 한 다.

이때, 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 왕복동 엔진(1)의 이상 발생을 진단하는 단계(S3)는, 1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 레벨별로 나누어 관리하는 단계와;

1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 특정 레벨에 도달할 경우 알람 통보 및 안전 동작을 수행하는 단계를 실시하되, 상기에서 판단한 결과 특정 실린더가 주의상태나 감시상태로 판단되면 알람을 통해 이를 알리고, 특정 실린더의 상태가 경고상태나 고장상태로 판단되면 감속을 통한 안전조치를 취하고 알람을 통해 알려준 후 해당 실린더의 상태확인을 다시 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 시스템 및 그 방법을 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 장치가 실치된 시스템은 크게 속도검출센서(2)와 속도 데이터 수집부(3), 네트워크 인터페이스부(4) 및 모니터(51)를 구비한 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 구성한 것을 주요 기술구성 요소로 한다.

이때, 상기 속도검출센서(2)는 수개의 실린더를 갖는 왕복동 엔진(1)에서 실린더의 크랭크 축과 연결된 플라이 휠(11)의 일측에 도 2와 같이 각각 설치하여 왕복동 엔진(1)의 구동시 각각의 실린더에 대응하는 크랭크 축의 각속도 변화에 부응하는 주파수의 펄스신호로써 회전속도를 검출하게 된다.

상기에 있어서 왕복동 엔진(1)은 가솔린 엔진, 디젤엔진 및 가스엔진 등과 같은 왕복동 내연기관을 포함하고, 또한 상기 속도검출센서(2)는 엔진의 플라이 휠에 형성시킨 기어에 설치되는 것으로 근접센서 및 엔코더를 포함하게 된다.

또한, 속도 데이터 수집부(3)는 상기 속도검출센서(2)들에 의해 실시간으로 검출되어 출력되는 각 실린더의 크랭크 축에 대한 회전속도를 입력받아 수집함과 동시에 각각의 속도검출신호에 포함되어 있는 잡음신호 등을 필터링하게 된다.

이때, 상기 속도검출센서(2)에서 측정한 엔진속도 펄스신호에는 플라이 휠에 형성한 기어의 가공 오차 및 디지털 샘플링의 오차 요인에 의한 잡음신호 등이 포함될 우려가 있으므로 속도 데이터 수집부(3)에서 이를 제거하기 위하여 적절한 필터링 처리를 하여 정확한 속도펄스를 추출할 수 있도록 하는데, 여기서 사용하는 필터링 기법으로는 소프트웨어적인 필터링과 하드웨어적인 필터링을 선택적으로 적용할 수 있다.

또, 네트워크 인터페이스부(4)에서는 상기 속도 데이터 수집부(3)에 의해 수집된 각 실린더들에 대한 회전속도 데이터를 유선 또는 무선망을 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전달하는 기능을 수행하게 된다.

따라서, 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서는 네트워크 인터페이스부(4)를 통해 왕복동 엔진(1)의 속도검출 데이타를 전송받아 자체내의 기억장치에 저장함과 동시에 엔진상태 분석 프로그램을 통해 이를 실시간으로 분석하여 그 결과를 모니터(51)상에 표시함은 물론 시스템 운영자에게 도시 생략된 알람 등을 통해 통보하게 된다.

이때, 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)는 속도검출센서(2)를 통해 측 정한 각 실린더의 속도 펄스신호로부터 순간적인 각속도 변화를 구하기 위하여 펄스 간의 간격을 측정하여 순간적인 각속도 성분을 추출하게 되며, 상기한 속도추출 방법 이외에도 F/V 컨버터를 적용하여 각속도를 추출할 수도 있다.

한편, 상기한 시스템에 의한 엔진상태 진단방법은, 먼저 왕복동 엔진(1)의 크랭크 축과 연결되어 있는 플라이 휠(11)의 일측에 설치된 속도검출센서(2)들을 통해 각 실린더 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 속도를 검출하게 된다(S1).

이어서, 상기에서 검출된 속도검출신호를 속도 데이터 수집부(3)를 통해 수집 및 필터링한 후 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전송하게 되므로 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서는 크랭크 축 각속도 변화를 시간 축과 주파수 영역에서 분석하여 엔진(1)의 이상 여부를 진단하게 된다.

즉, 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 시간 축에 대한 크랭크 축 속도 검출을 통해 순간적인 속도를 계산한 후 이 속도 변화 데이터를 고속 푸리에 변환하여 엔진 회전축 계의 상태를 판단하여 그에 해당하는 안전조치 내용 또는 알람을 통해 경보를 실시(S3)하게 된다.

이때, 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 왕복동 엔진(1)의 이상 발생을 진단하는 방법으로는, 1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 레벨별로 나누어 관리하고, 이어서 1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 특정 레벨에 도달할 경우 알람 통보 및 안전 동작을 수행하게 된다.

이와 같이 1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태에 대응되는 특정 레벨과 상호 비교하여 특정 실린더가 주의상태나 감시상태임으로 판단되면 알람을 통해 이를 알리고, 특정 실린더의 상태가 경고상태나 고장상태로 판단되면 감속을 통한 안전조치를 취하고 알람을 통해 알려준 후 해당 실린더의 상태확인을 다시 실시하게 된다.

즉, 본 발명은 진단 대상인 왕복동 엔진(1)으로부터 속도검출센서(2)를 통해 크랭크 축 회전 펄스와 기준 펄스(1회전 또는 2회전 시 1 펄스 출력)를 감지하고, 상기 속도검출센서(2)로부터 수집한 데이터를 속도 데이터 수집부(3)를 통해 수집 및 필터링하여 네트워크 인터페이스부(4)를 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)로 전송함으로써 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 펄스당 주기를 계산하여 순간 회전속도를 추출하고, 이렇게 추출한 속도신호를 고속 퓨리에 변환(FFT : Fast Fourierr Transform)하여 이상 발생 정도를 판단하게 된다.

상기와 같이 상기 데이터 저장 및 분석용 단말기(5)에서 판단한 결과 특정 실린더에 이상이 발생된 경우 기준 주파수와 회전속도 신호 및 실린더별 폭발 순서를 조합하여 문제 발생 실린더를 찾아내게 된다.

한편, 도 3은 도 2의 방식으로 측정한 펄스 신호로부터 순간적인 각속도 변화를 구하기 위하여 펄스 간의 간격을 측정하는 형태를 도시한 것으로, 상기 속도 데이터 수집부(3)를 통해 필터링이 이루어진 신호를 이용하여 순간적인 각속도 성분을 추출할 수 있게 된다.

도 4는 각속도 변화를 시간 축에 대해서 도시한 것으로, 정상 운전상태의 각 속도 변화 신호는 사인파 형태를 보여주고 있지만, 특정 실린더에 이상이 발생했을 경우에는 각속도 변화 파형에 변화가 생기게 된다.

도 4의 시간 축에 대해 도시한 각속도 변화를 고속 푸리에 변환을 하여 주파수축에 대해서 도시하면 도 5와 같은 형태가 된다.

이를 살펴보면 정상 운전상태에서는 2 사이클 엔진의 경우 엔진의 1X 또는 2X 혹은 RPS(Revolution Per Second)에 기통수(실린더 수)를 곱한 주파수가 크게 나타나게 된다.

이것은 균일한 실린더 내부 연소 압력에 의해서 실린더와 실린더 간의 생성 토크가 일정할 경우 완전한 사인파형을 이루기 때문이다.

하지만 한 개 또는 복 수개의 밸브에 이상 발생시 실린더 간의 연소압력 균형이 깨어지게 되고 그 결과 크랭크 축 1X 또는 2X 성분의 주파수를 크게 하는 방향으로 작용하게 된다.

도 6은 본 발명에서 목표로 하는 엔진 이상 발생 진단 기법으로 실린더 이상 발생시 발생하는 1X 또는 2X 성분(도면상에서는 1X 성분을 예시한 것임) 성분의 주파수를 레벨별로 나누어 관리하는 방법을 보여주고 있다.

정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 특정 레벨에 도달할 경우 작업자에게 알람을 통해 경고음을 발생시켜 줌과 동시에 엔진 속도감소(Slow down) 등의 안전 동작을 수행하게 됨으로써 해당 실린더의 이상으로 인한 엔진 전체의 피해를 저감시킬 수 있다.

도 7은 이상이 발생한 것으로 진단된 경우 이상 발생 실린더를 확인하는 방 법에 대한 것으로, 엔진 속도 펄스와 함께 받은 기준 주파수 신호의 한 주기를 엔진의 기통수와 같은 수의 타임 슬롯(Time Slot)으로 나누고, 이상이 발생한 타임슬롯과 엔진 실린더 폭발 순서를 연계하여 이상 발생 실린더를 찾아내게 된다.

이때, 타임 슬롯의 이상발생 여부는 육안 확인 이외에 시계열 상의 최대 각속도와 최소 각속도 사이의 관계를 비교하여 확인하는 방법을 사용하게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 엔진 장비의 상태를 크랭크축 각속도 변화를 이용하여 진단하고, 상태 진단 결과는 알람 통보 후 엔진 장비의 압력, 온도 및 속도 등 주변 운전 데이터를 이용하는 CBM(Condition Based Maintenance) 진단기법을 적용하여 이상 발생 컴포넌트를 찾아내는 기준 신호로 사용함으로써 정상운전 상태에서 벗어나는 엔진의 상태를 1 사이클의 엔진 펄스신호를 이용하여 실시간으로 엔진의 상태를 진단할 수 있는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진의 크랭크축 속도변화를 이용하여 엔진 회전축의 순간적인 속도 변화를 검출하는 방식을 통해 엔진 각 실린더의 상태를 진단하고, 그 결과 특정 실린더의 이상발생이 고장을 일으킬 정도까지 진전되지 않은 상태에서 필요한 조치를 빠른 시간 내에 취할 수 있는 예지 보 전(Preventive Maintenance) 시스템을 구축할 수 있도록 함으로써 엔진 상태진단에 따른 신뢰도를 대폭 증진시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 수개의 실린더를 갖는 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결된 플라이 휠의 일측에 설치되어 각 실린더에 대응하는 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 회전속도를 검출하는 속도검출센서들과;

   상기 속도검출센서들에 의해 실시간으로 검출되어 출력되는 각 실린더의 크랭크 축에 대한 회전속도를 입력받아 수집하고 필터링하는 속도 데이터 수집부와;

   상기 속도 데이터 수집부에 의해 수집된 각 실린더들에 대한 회전속도 데이터를 유선 또는 무선망을 통해 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전달하는 네트워크 인터페이스부와;

   상기 네트워크 인터페이스부를 통해 왕복동 엔진의 속도검출 데이타를 전송받아 자체내의 기억장치에 저장함과 동시에 엔진상태 분석 프로그램을 통해 이를 실시간으로 분석하여 그 결과를 모니터상에 표시함은 물론 시스템 운영자에게 알람 등으로 통보하는 데이터 저장 및 분석용 단말기;로 구성하되,

   상기 속도 데이터 수집부에서는 데이터를 수집하고 진단알고리즘을 구동하여 이상 발생이 추론되는 시점에 능동적으로 데이터를 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전송하는 기능을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 시스템.
3. 왕복동 엔진의 크랭크 축과 연결되어 있는 플라이 휠의 일측에 설치된 속도검출센서들을 통해 각 실린더에 크랭크 축의 각속도 변화에 부응되는 주파수의 펄스신호로 속도를 검출하는 단계와;

   상기에서 검출된 속도검출신호를 수집 및 필터링한 후 데이터 저장 및 분석용 단말기로 전송하는 단계와;

   상기 데이터 저장 및 분석용 단말기에서 크랭크 축 각속도 변화를 시간 축과 주파수 영역에서 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 분석하여 엔진의 이상 여부를 진단하되, 시간 축에 대한 크랭크 축 속도 검출을 통해 순간적인 속도를 계산한 후 이 속도 변화 데이터를 고속 푸리에 변환하여 엔진 회전축 계의 상태를 판단하여 그에 해당하는 안전조치 내용 또는 알람을 통해 경보를 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 데이터 저장 및 분석용 단말기에서 왕복동 엔진의 이상 발생을 실린더를 진단하는 단계는,

   1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 레벨별로 나누어 관리하는 단계와;

   1X 또는 2X 주파수 성분의 크기를 정상상태, 주의상태, 감시상태, 경고상태 및 고장상태로 나누어 특정 레벨에 도달할 경우 알람 통보 및 안전 동작을 수행하는 단계를 실시하되,

   상기에서 주의상태나 감시상태로 판단되면 알람을 통해 이를 알리고, 특정 실린더의 상태가 경고상태나 고장상태로 판단되면 감속을 통한 안전조치를 취하고 알람을 통해 알려준 후 해당 실린더의 상태확인을 다시 실시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 엔진의 상태 진단 결과는 알람 통보 후 엔진 장비의 압력, 온도 및 속도와 같은 주변 운전 데이터를 이용하는 CBM 진단기법을 적용하여 이상 발생 컴포넌트를 찾아내는 기준 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 방법.
6. 청구항 4에 있어서,

   이상 발생 실린더는, 엔진의 운전 펄스신호 중 사이클 당 1 펄스가 나오는 기준 주파수를 엔진의 기통수와 같은 타임슬롯으로 나눈 결과값으로 찾아내는 것을 특징으로 하는 크랭크축 속도 변화를 이용한 엔진 상태진단 방법.

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