(57)【要約】      （修正有）【課題】大型低速４ストロークエンジンの正確な１サイクルデータを獲得して、正確な燃焼分析及び出力測定を可能にすること。【解決手段】予め設定された基準シリンダの燃料を遮断し、基準シリンダから圧縮圧力データを収集して基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力に関する線図を生成する段階と、前記圧縮圧力データをクランクシャフトの回転角度に対して微分して基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図を生成する段階と、前記圧力変動率に関する線図から圧縮ＴＤＣの位置を検出し、この位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を格納する段階と、前記回転角度値に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値を加えて吸・排気ＴＤＣの開始位置を決める段階と、前記開始位置から１サイクル中の基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集する段階とを含む。【選択図】図１
2019190462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法であって、
予め設定された基準シリンダの燃料を遮断し、前記基準シリンダから圧縮圧力データを収集して前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力に関する線図を生成する段階と、
前記基準シリンダから収集された圧縮圧力データを前記クランクシャフトの回転角度に対して微分して前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図を生成する段階と、
前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から圧縮ＴＤＣの位置を検出し、検出された前記圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を格納する段階と、
前記圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値を加えて吸・排気ＴＤＣの開始位置を決める段階と、
前記吸・排気ＴＤＣの開始位置から１サイクル中の前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力を収集する段階と、
を含む大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項２】
大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法であって、
予め設定された基準シリンダのＴＤＣをフライホイールのＴＤＣマーカーに位置させ、角度センサーのＺパルス信号を前記基準シリンダのＴＤＣに一致させる段階と、
前記角度センサーのＡまたはＢパルス信号をトリガー信号として１サイクル中の燃焼圧力データを収集する段階と、
を含む大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項３】
大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法であって、
クランクシャフトの回転時に発生する角度センサーのＺパルス信号を１サイクル中に順次に０と１で認識するように設定する段階と、
１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階と、
判別結果によって前記角度センサーの信号設定を維持または変更して設定位置から１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する段階と、
を含む大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項４】
前記１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階は、
収集された前記１サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して前記信号発生地点のＴＤＣを圧縮ＴＤＣまたは吸・排気ＴＤＣと判断する請求項３に記載の大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項５】
前記１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階は、
前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力以上の場合、圧縮ＴＤＣと判断する請求項４に記載の大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項６】
前記判別結果によって前記角度センサーの信号設定を維持または変更して設定位置から１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する段階は、
前記信号発生地点のＴＤＣが吸・排気ＴＤＣの場合、前記角度センサーの信号設定手順を維持して、前記角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集し、
前記信号発生地点のＴＤＣが圧縮ＴＤＣの場合、前記角度センサーの信号設定手順を変更し、変更された前記角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する請求項３に記載の大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項７】
大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法であって、
予め設定された角度センサーのパルス信号を開始信号として１．５サイクル中の燃焼圧力データを収集する段階と、
収集された前記１．５サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して１サイクルにあたるデータ収集範囲を決める段階と、
決められた前記１サイクルにあたるデータ収集範囲から前記燃焼圧力データを収集する段階と、
を含む大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項８】
前記収集された前記１．５サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較してデータ収集範囲を決める段階は、
前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力未満の場合、前記燃焼圧力データを最初収集した位置から１サイクルまでの位置を前記データ収集範囲と決め、
前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力以上の場合、０．５サイクルが経過した位置から１．５サイクルまでの位置を前記データ収集範囲と決める請求項７に記載の大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項の方法をコンピュータで実行するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法であって、さらに詳しくは、船舶などに適用される大型低速４ストロークエンジンの１サイクル中のデータを収集することができる大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、船舶エンジンモニタリング装置は、船舶エンジンの維持管理のために必須装備として台頭している。特に、船舶エンジンモニタリング装置は、エンジンの精密かつ正確な測定のために測定誤差を最小化する技術が必須的に要求されており、そのため多様な計測技術が開発された。
【０００３】
船舶エンジンモニタリング装置の計測技術としては、船舶機関の出力を測定するための指圧計測器が代表的であり、このような指圧計測器は、機械式方式と電子式方式がある。
【０００４】
機械式指圧計測器は、既存の船舶で普遍化して使用されており、エンジンのテストコック（Ｔｅｓｔ  Ｃｏｃｋ）に装着され、燃焼室の圧力を紙上に描き、その面積をプラニメーターという計測スケールで計算して計測を行う。しかし、機械式指圧計測器の場合、測定する人の熟練度と計測スケールの誤差により、実際エンジンの状態と計測結果の間に約１０％程度の誤差が発生するという問題点があった。
【０００５】
従って、最近では、機械式指圧計測器の短所が補完された電子式指圧計測器が主に利用されている傾向にある。
【０００６】
電子式指圧計測器は、機械式指圧計測器とは異なり、デジタル装備を通じてエンジンの一サイクル中の圧力をサンプリング（Ｓａｍｐｌｉｎｇ）して体積線図を描き、その面積を自動で計算して船舶機関の出力を測定する。
【０００７】
しかし、上記の指圧計測器は、主に大型低速２ストロークエンジンの出力を計測するのに最適化されており、これにより大型低速４ストロークエンジンの出力を測定するのに困難があった。
【０００８】
即ち、従来は、大型低速４ストロークエンジンの燃焼状態及び出力などを計測するための別途の計測装備が開発されず、Ｐｍａｘゲージやエンジン側に装着された各種の温度計及び圧力ゲージを利用してエンジンの状態を診断しなければならず、正確なエンジンの燃焼状態及び出力が測定できないという問題点があった。
【０００９】
一方、大型低速４ストロークエンジンの１サイクルは、吸入、圧縮、爆発（膨脹）、排気の４ストロークがクランクシャフトの２回転の間に行われる。従って、１サイクルとは、吸入ストロークから始まって圧縮、爆発、排気ストロークを行った後、再び吸入ストロークの開始までを１サイクルという。このような、１サイクル中に２回のＴＤＣ（上死点、Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）が来るようになり、２個のＴＤＣは吸・排気ＴＤＣ及び圧縮ＴＤＣ（圧縮・爆発ＴＤＣ）という。
【００１０】
従って、角度センサーを装着してデータを収集するにあたって、大型低速２ストロークエンジンは、基準シリンダにＺパルスをセットすれば爆発手順によってＴＤＣとＢＤＣ（下死点）が決まるため、１サイクルのデータ収集が容易なことに対し、大型低速４ストロークエンジンは、１サイクルのデータを収集するにあたって角度センサーのＺパルスが２回発生するため、基準となるＺパルスを探し難く、常に変わらない一定のデータを収集し難いという問題点があった。
【００１１】
さらに、正確な出力と燃焼解釈のためには、１サイクルのデータを収集することが何より重要であり、特に、ＴＤＣ誤差１度は出力誤差を１０％誘発するため、必ず正確なデータを収集することが何より重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、大型低速４ストロークエンジンに対する正確な１サイクルデータを獲得することで、正確なエンジンの燃焼分析及び出力測定が可能な大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の一実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法は、予め設定された基準シリンダの燃料を遮断し、前記基準シリンダから圧縮圧力データを収集して前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力に関する線図を生成する段階と、前記基準シリンダから収集された圧縮圧力データを前記クランクシャフトの回転角度に対して微分して前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図を生成する段階と、前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から圧縮ＴＤＣの位置を検出し、検出された前記圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を格納する段階と、前記圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値を加えて吸・排気ＴＤＣの開始位置を決める段階と、前記吸・排気ＴＤＣの開始位置から１サイクル中の前記基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集する段階とを含む。
【００１４】
また、本発明の他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法は、予め設定された基準シリンダのＴＤＣをフライホイールのＴＤＣマーカーに位置させ、角度センサーのＺパルス信号を前記基準シリンダのＴＤＣに一致させる段階と、前記角度センサーのＡまたはＢパルス信号をトリガー信号として１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する段階とを含む。
【００１５】
また、本発明のまた他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法は、クランクシャフトの回転時に発生する角度センサーのＺパルス信号を１サイクル中に順次に０と１で認識するように設定する段階と、１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階と、判別結果によって前記角度センサーの信号設定を維持または変更して設定位置から１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する段階とを含む。
【００１６】
前記１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階は、収集された前記１サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して前記信号発生地点のＴＤＣを圧縮ＴＤＣまたは吸・排気ＴＤＣと判断することができる。
【００１７】
前記１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する段階は、前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力以上の場合、圧縮ＴＤＣと判断することができる。
【００１８】
前記判別結果によって前記角度センサーの信号設定を維持または変更して設定位置から１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集する段階は、前記信号発生地点のＴＤＣが吸・排気ＴＤＣの場合、前記角度センサーの信号設定手順を維持して、前記角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集し、前記信号発生地点のＴＤＣが圧縮ＴＤＣの場合、前記角度センサーの信号設定手順を変更し、変更された前記角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集することができる。
【００１９】
また、本発明のさらに他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法は、予め設定された角度センサーのパルス信号を開始信号として１．５サイクル中の燃焼圧力データを収集する段階と、収集された前記１．５サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して１サイクルにあたるデータ収集範囲を決める段階と、決められた前記１サイクルにあたるデータ収集範囲から前記燃焼圧力データを収集する段階とを含む。
【００２０】
前記収集された前記１．５サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較してデータ収集範囲を決める段階は、前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力未満の場合、前記燃焼圧力データを最初収集した位置から１サイクルまでの位置を前記データ収集範囲と決め、前記最初収集された燃焼圧力データが前記基準圧力以上の場合、０．５サイクルが経過した位置から１．５サイクルまでの位置を前記データ収集範囲と決めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の実施例によると、大型低速４ストロークエンジンに対する正確な１サイクルデータを獲得することで、正確なエンジンの燃焼分析及び出力測定をすることができる。
【００２２】
また、圧縮ＴＤＣ、角度センサーのＺパルスセット、初期検出圧力の比較などのように多様な方法を通じて大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータを獲得可能なことにより、獲得した１サイクルデータを互いに比較して正確度を判断することができ、これを通じて作業の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、従来に比べて相対的に簡便な方法で大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータが獲得可能であり、作業者の便宜性及び作業性を向上させることができることはもちろん、大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータ獲得のための他の装備の使用を排除することで、費用を節減することができる。
【００２４】
また、正確な大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータを提供することにより、エンジンの出力測定と燃焼解釈を行うことができ、これを通じて各シリンダの燃料の点火時点と噴射時点、シリンダ別の燃料噴射量、ノッキング、後燃焼及びターボチャージャマッチング関係などを正確に把握することができ、さらに最適燃焼のためのソリューションを提供して燃料の噴射時点、燃料噴射量及びターボチャージャマッチングなどを必要に応じて選択的に調整し、燃焼を最適化してエンジンの寿命及び燃料消費効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートである。
【図２】基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力を示す線図である。
【図３】（ａ）は、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示す線図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の「Ａ」部分を拡大した図面である。
【図４】図２と図３（ａ）に対する線図をクランクシャフトの回転角度を基準として並べた線図である。
【図５】本発明の他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、角度センサーのパルスを示す図面であり、（ｂ）は、角度センサーの分解能及びクランク角度に関する表を示す図面である。
【図７】（ａ）は、１サイクル中に圧縮ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図であり、（ｂ）は、１サイクル中に吸・排気ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図である。
【図８】本発明のまた他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明のまた他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は、１．５サイクル中に吸・排気ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図であり、（ｂ）は、１．５サイクル中に圧縮ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図である。
【図１１】大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析を行う大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析装置を通じて生成された測定結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法（以下、「１サイクルデータ収集方法」という）は、船舶などに適用される大型低速４ストロークエンジンの１サイクル中のデータを収集することができる１サイクルデータ収集方法であって、本１サイクルデータ収集方法は、１サイクル中の大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析及び出力測定を行うことができる燃焼分析装置（図示せず）を通じて行われる。
【００２７】
燃焼分析装置（図示せず）は、複数個のセンサー部を含むことができる。
【００２８】
複数個のセンサー部は、各シリンダの個別圧縮圧力及び燃焼圧力に関する信号を検出する圧力センサー及びクランクシャフトの回転角度に関する信号を検出する角度センサーを含むことができる。
【００２９】
圧力センサーは、エンジン（Ｅ／Ｇ）のテストコック（Ｔｅｓｔ  Ｃｏｃｋ、図示せず）に設置され、エンジンに複数で具備された各シリンダの個別燃焼圧力を検出することができる。そして、圧力センサーは、後述する燃焼分析部と電気的に連結して検出されたシリンダの個別燃焼圧力に関する信号を燃焼分析部に伝達することができる。
【００３０】
角度センサーは、エンジンのクランクシャフトの端部に設置され、クランクシャフトの回転角度を検出し、燃焼分析部と電気的に連結して検出されたクランクシャフトの回転角度に関する信号を燃焼分析部に伝達することができる。しかし、角度センサーは、必ずしもエンジンのクランクシャフトの端部に設置されると限定されるものではなく、クランクシャフトと共にクランクシャフトに対して一定の割合で回転する回転体（例えば、カムシャフトなど）に設置されることもできる。また、角度センサーは、大型低速４ストロークエンジンを発電機用エンジンとして使用する場合、エンジンのフライホイール側に設置され、大型低速４ストロークエンジンを主機関用エンジンとして使用する場合、エンジンのフライホイールの反対側に設置されることができる。そして、角度センサーのＺパルス（１回転に１回パルスを発生する信号）は、予め設定された基準シリンダの実際ＴＤＣと一致することができる。ここで、基準シリンダは、クランクシャフトと連結してエンジンの駆動時に最初に爆発を起こす１番シリンダを意味することができる。そして、実際ＴＤＣとは、ダイヤルゲージでピストンを測定する場合、ピストンが上死点の位置に到逹してダイヤルゲージの動きが止まった瞬間と、再びダイヤルゲージの動きが始まる瞬間との間の中心地点を意味することができる。参考として、実際ＴＤＣは、エンジンのフライホイールにマークされている。例えば、角度センサーは、予め設定された分解能を持つエンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）に適用されることができる。
【００３１】
一方、上述した複数個のセンサーと燃焼分析部との間には、各センサーから伝達されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（図示せず）がさらに具備されることができる。
【００３２】
また、本燃焼分析装置は、燃焼分析部を含むことができる。
【００３３】
燃焼分析部は、複数個のセンサーと電気的に連結して各センサーから検出された各シリンダの個別燃焼圧力に関する信号及びクランクシャフトの回転角度に関する信号の入力を受け、入力を受けた各信号からエンジンの一サイクル中の各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集することができる。
【００３４】
また、燃焼分析部は、収集したデータを予め設定された数式に代入して各シリンダに対する燃焼実体積及び圧力変動率を分析し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力、各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力及び各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する複数個の線図（ｇｒａｐｈ）で示すことができる。
【００３５】
以下では、燃焼分析部を通じて分析された各分析項目及び線図について、さらに詳しく説明する。
【００３６】
図１１は、大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析を行う大型低速４ストロークエンジンの燃焼分析装置を通じて生成された測定結果を示す図面である。
【００３７】
図１１を参照すると、燃焼分析部は、クランクシャフトの回転角度を測定する角度センサーのＡまたはＢパルス信号をトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）としてエンジンの一サイクル中の各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を収集し、これをＸ軸に各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度を示し、Ｙ軸に回転角度による燃焼圧力を示すＰθ線図で示すことができる。参考として、クランクシャフトは、エンジンの一サイクル当り３６０度の角度で回転するように設定されることができる。
【００３８】
そして、燃焼分析部は、予め設定された数式を利用して各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼実体積を計算し、これを各シリンダに対する燃焼実体積別の燃焼圧力を示すＰＶ線図で示すことができる。参考として、燃焼実体積、即ち、ＰＶ線図における面積は、シリンダの出力（図示馬力）を意味することができる。従って、各シリンダの出力の総合は、エンジンの出力を意味することができる。
【００３９】
また、燃焼分析部は、各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示すｄＰ線図で示すことができる。
【００４０】
即ち、燃焼分析部は、Ｐθ線図で確認が難しい微細な圧力の変化を確認するために、予め設定された数式を利用して各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力値を微分し、これをｄＰ線図で示すことができる。
【００４１】
一方、燃焼分析部は、各センサー部から収集したデータを予め設定された数式に代入して各シリンダに対する熱発生率及び燃焼ガス温度をさらに分析し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率及び各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度に関する複数個の線図で示すことができる。
【００４２】
さらに詳しくは、燃焼分析部は、予め設定された数式を利用して各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の熱発生率を示す熱発生率線図で示すことができる。
【００４３】
そして、燃焼分析部は、予め設定された数式を利用して各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を計算し、これを各シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を示す燃焼ガス温度線図で示すことができる。
【００４４】
即ち、燃焼室で起こる燃焼の過程は、非常に短い時間で起こるため、現存する温度計では燃焼室の燃焼ガス温度を測定するのに限界がある。従って、燃焼分析部は、理想気体の状態方程式を利用してクランクシャフトの回転角度別の燃焼ガス温度を計算することができる。
【００４５】
また、燃焼分析部は、生成した複数個の線図のうち少なくとも二つ以上の線図を解釈してエンジンの燃焼状態を判断することができる。
【００４６】
さらに詳しくは、燃焼分析部は、複数個の線図のうち少なくとも二つ以上の線図を解釈して各シリンダ別の燃料の空燃比状態、各シリンダ別の燃料の燃料噴射状態、各シリンダ別の燃料消耗状態、各シリンダ別の燃料量状態、エンジンのノッキング状態、各シリンダの後燃焼状態及びシリンダ間の燃焼最高圧力の一致有無のうち少なくとも一つに関するエンジンの燃焼状態を判断することができる。
【００４７】
また、燃焼分析部は、複数個の線図と共に、少なくとも一つの分析データを含む表をさらに示すことができる。
【００４８】
図１１を参照すると、燃焼分析部は、エンジンの出力を測定した後、測定結果を各シリンダに対するエンジンの回転数（ｒｐｍ）、圧縮最高圧力（Ｐｃｏｍｐ）、燃焼最高圧力（Ｐｍａｘ）、燃焼最高圧力のクランク角度位置、平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｍｅａｎ  ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＰｒｅｓｓｕｒｅ）、指示馬力（ＩＨＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  ＨｏｒｓｅＰｏｗｅｒ）、制動馬力（ＢＨＰ：Ｂｒａｋｅ  ＨｏｒｓｅＰｏｗｅｒ）、熱発生率（ＲＯＨＲ：Ｒａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｌｅａｓｅ）及び燃料消耗量（ＳＦＣ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）のうち少なくともいずれか一つのデータを含む表で表すことができる。
【００４９】
以下では、本発明の実施例による１サイクルデータ収集方法について説明する。
【００５０】
参考として、本発明の実施例による１サイクルデータ収集方法を説明するための各構成については、説明の便宜上、上述した燃焼分析装置を説明しながら使用した図面符号を同一に使用し、同一であるか重複した説明は省略する。
【００５１】
先ず、本発明の第１実施例による１サイクルデータ収集方法を説明する。
【００５２】
図１は、本発明の一実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートであり、図２は、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力を示す線図である。また、図３の（ａ）は、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率を示す線図であり、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の「Ａ」部分を拡大した図面であり、図４は、図２と図３の（ａ）に対する線図をクランクシャフトの回転角度を基準として並べた線図である。
【００５３】
図１を参照すると、燃焼分析装置は、予め設定された基準シリンダの燃料を遮断し、基準シリンダから圧縮圧力データを収集して基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力に関する線図を生成する（Ｓ１１０）。
【００５４】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、予め設定された基準シリンダの燃料を遮断し、基準シリンダのクランクシャフトの末端に別途のセットなく装着された角度センサーから限定なく検出された圧縮圧力に関するデータを収集して、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力に関する線図を生成する。これを通じて、燃焼分析装置は、図２に示すように、Ｘ軸にはクランクシャフトの角度を示し、Ｙ軸は圧力値に転換される前のデジタル（Ｄｉｇｉｔａｌ）値を示す線図を確認することができる。参考として、図２の線図でＹ軸のシリンダ圧力は、空気だけを圧縮した圧縮圧力のデジタル値を示す。
【００５５】
ここで、燃焼分析装置は、正確な地点を探すために収集されたデータのノイズを除去することができる。例えば、燃焼分析装置は、ノイズを除去するためにＨｉｇｈ／Ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ回路を構成するか、別途の後処理プログラムを通じてＳｍｏｏｔｈｉｎｇ処理を行うことができる。
【００５６】
次に、燃焼分析装置は、図３（ａ）に示すように、基準シリンダから収集された圧縮圧力データをクランクシャフトの回転角度に対して微分した後、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図を生成する（Ｓ１２０）。
【００５７】
次に、燃焼分析装置は、図３（ｂ）に示すように、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から圧縮ＴＤＣの位置を検出し、検出された圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を格納する（Ｓ１３０）。
【００５８】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧力変動率に関する線図から圧縮圧力の最高点（Ｐｃｏｍｐ）の位置、即ち、ｄｐ／ｄθ＝０となる地点を探して圧縮ＴＤＣの正確な位置を検出し、これにあたるクランクシャフトの回転角度値を格納する。例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、基準シリンダの圧縮ＴＤＣは１８６．６度に位置することが分かる。即ち、これは、角度センサーのＺパルスと圧縮ＴＤＣの位置関係が１８６．６度の差を置いていることを意味する。参考として、大型低速４ストロークエンジンは、損失角を無視するため、実際ＴＤＣと同一であることができる。
【００５９】
一方、燃焼分析装置は、圧縮ＴＤＣの位置を検出し、検出された圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を格納した後、圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの角度値をオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）して格納することができる。さらに詳しくは、燃焼分析装置は、圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの角度値を計測した後、計測された角度値の小数点以下の数をオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）させて格納することができる。例えば、図３（ｂ）に示した基準シリンダの圧縮ＴＤＣは、上述した燃焼分析装置のオフセットを通じて１８６．６度〜１８７度で格納されることができる。
【００６０】
次に、燃焼分析装置は、圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値を加えて吸・排気ＴＤＣの開始位置を決める（Ｓ１４０）。
【００６１】
即ち、圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値を基準点０度と設定し、圧縮ＴＤＣから吸・排気ＴＤＣに転換されるクランクシャフトの回転角度値に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値３６０を加えて吸・排気ＴＤＣの開始位置を決める。ここで、大型低速４ストロークエンジンの場合、１サイクル当り７２０度の角度で回転するように設定されるため、０．５サイクルは３６０度を意味する。
【００６２】
従って、図３（ｂ）及び図４を参照すると、燃焼分析装置は、０と設定された圧縮ＴＤＣの位置にあたるクランクシャフトの回転角度値１８７に０．５サイクルにあたるクランクシャフトの回転角度値３６０を加えた位置を吸・排気ＴＤＣの開始位置で決める。即ち、燃焼分析装置は、角度センサーのＡパルスを開始信号としてデータ収集の開始点となる５４７度の位置を吸・排気ＴＤＣの開始位置として決める。
【００６３】
次に、燃焼分析装置は、吸・排気ＴＤＣの開始位置から１サイクル中の基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力を収集する（Ｓ１５０）。
【００６４】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、ＴＤＣの開始位置を決めた後、決められたＴＤＣの開始位置の角度値を再びオフセット値を通じて補正した後、補正されたＴＤＣの開始位置を０度として、以後、角度から角度センサーの分解能によって１サイクル（７２０度）中の基準シリンダに対するクランクシャフトの回転角度別の圧縮圧力を収集する。
【００６５】
参考として、基準シリンダ外に他のシリンダは、爆発手順によってＴＤＣの位置が決められるので、爆発手順を入力してＴＤＣを決めることができる。例えば、６シリンダの場合爆発順序は、１−５−３−６−２−４の手順によって１２０度間隔でＴＤＣが決められることができる。
【００６６】
これにより、エンコーダのＺパルス信号を基準シリンダにセットする過程を排除することができ、これを通じて迅速かつ正確な１サイクル中のデータを収集することができる。
【００６７】
次に、本発明の第２実施例による１サイクルデータ収集方法を説明する。
【００６８】
図５は、本発明の他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートであり、図６（ａ）は、角度センサーのパルスを示す図面であり、図６（ｂ）は、角度センサーの分解能及びクランク角度に関する表を示す図面である。また、図７（ａ）は、１サイクル中に圧縮ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図であり、図７（ｂ）は、１サイクル中に吸・排気ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図である。
【００６９】
図５を参照すると、先ず作業者が予め設定された基準シリンダのＴＤＣをフライホイールのＴＤＣマーカーに位置させ、角度センサーのＺパルス信号を基準シリンダのＴＤＣに一致させる（Ｓ２１０）。参考として、図６（ａ）を参照すると、角度センサーのＡ、Ｂパルスはエンコーダの分解能を示し、データを収集する時にトリガー信号として使用されることができる。そして、このようなトリガー信号は、クランク角度になることができる。即ち、図６（ｂ）には、角度センサー（エンコーダ）の分解能と、これに換算されるトリガー間の角度表示及び１サイクルを完成するデータ数を示している。従って、３６０度を分解能に分ければトリガー信号に対するクランクシャフトの角度間隔となり、これをカウンターすればクランクシャフトが動いた角度になることができる。
【００７０】
例えば、角度センサーのＺパルス信号は、１回転に１番信号が発生するように設定されることにより、角度センサーのＺパルス信号が上昇エッジ（ｅｄｇｅ）、即ち５Ｖとなる場合、船舶に具備された制御装置（図示せず）に駆動され、これを通じて作業者が角度センサーのＺパルス信号と基準シリンダのＴＤＣ間の一致有無を確認することができる。
【００７１】
次に、作業者は、燃焼分析装置を通じて角度センサーのＺパルス信号は開始信号とし、角度センサーのＡまたはＢパルス信号をトリガー信号として１サイクル中の燃焼圧力データを収集する（Ｓ２２０）。
【００７２】
即ち、角度センサーのＺパルスを１番シリンダ（基準シリンダ）のＴＤＣに合わせ、角度センサーのＡパルスや、Ｂパルスをトリガー信号として１サイクル中の燃焼圧力データを収集する。ここで、角度センサーのＢパルス信号は、９０゜±２０後に上昇エッジが来るため、トリガーとして利用する時、オフセット値を０．２５度と設定することができる。そして、各パルス信号の上昇エッジ（ｕｐ  ｅｄｇｅ）を開始信号とトリガー信号の基準とし、下降エッジを基準とすることができる。
【００７３】
従って、燃焼分析装置は、上記の方法で収集されたデータを図７（ａ）及び（ｂ）の線図で形成し、これを順次に整列して１サイクルデータを収集することができる。例えば、燃焼分析装置を通じて整列された複数個の線図は、吸・排気ＴＤＣが先に来て、中間に圧縮・爆発ＴＤＣが来るように整列されることができる。
【００７４】
次に、本発明の第３実施例による１サイクルデータ収集方法を説明する。
【００７５】
図８は、本発明のまた他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートである。
【００７６】
図８を参照すると、燃焼分析装置は、クランクシャフトの回転時に発生する角度センサーのＺパルス信号を１サイクル中に順次に０と１で認識するように設定する（Ｓ３１０）。
【００７７】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、クランクシャフトの回転時に角度センサーから検出される二つのＴＤＣのうち一番目のＴＤＣに発生する角度センサーのＺパルス信号を０、そして、二つのＴＤＣのうち二番目のＴＤＣに発生する角度センサーのＺパルス信号を１で認識するように設定する。従って、角度センサーから検出される信号は、０と１が限りなく繰り返され、二つのＴＤＣのいずれか一つは圧縮ＴＤＣであり、他の一つは吸・排気ＴＤＣである。
【００７８】
次に、燃焼分析装置は、１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、収集されたデータから信号発生地点のＴＤＣを判別する（Ｓ３２０）。
【００７９】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、収集された１サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して信号発生地点のＴＤＣを圧縮ＴＤＣまたは吸・排気ＴＤＣと判断することができる。例えば、最初収集された燃焼圧力データが基準圧力以上の場合、燃焼分析装置は、信号発生地点のＴＤＣを圧縮ＴＤＣと判断することができる。ここで、予め設定された基準圧力とは、掃気圧力と圧縮圧力を区分する基準となる圧力を意味し、大部分のエンジンで掃気圧力は５ｂａｒ未満であり、ディーゼルエンジンの圧縮比による圧縮圧力は、大体２０ｂａｒ以上となるので、このような圧力の値が吸・排気ＴＤＣと圧縮ＴＤＣとを区分する基準圧力となる。即ち、ミラーサイクル（Ｍｉｌｌｅｒ  ｃｙｃｌｅ）を使用するエンジンは、掃気圧力がさらに高い値で表れるため、この基準圧力は、掃気圧力によって調整されることができる。従って、誤差を減らすために最初収集された燃焼圧力データ５〜１０個の平均値を計算し、この平均値が５ｂａｒ以下であれば吸・排気ＴＤＣ、２０ｂａｒ以上であれば圧縮ＴＤＣと判断することができる基準圧力として決めることができる。そして、ターボチャージャのセットと圧縮比によって、基準圧力の範囲は調整されることができる。
【００８０】
次に、燃焼分析装置は、信号発生地点のＴＤＣに対する判別結果によって角度センサーの信号設定を維持または変更して、設定位置から１サイクル中の燃焼圧力データを収集する（Ｓ３３０）。
【００８１】
さらに詳しくは、燃焼分析装置は、信号発生地点のＴＤＣが吸・排気ＴＤＣの場合、角度センサーの信号設定手順を維持して、角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、反対に信号発生地点のＴＤＣが圧縮ＴＤＣの場合、角度センサーの信号設定手順を変更し、変更された角度センサーの信号設定手順によって順次に１サイクル中の前記燃焼圧力データを収集することができる。
【００８２】
即ち、燃焼分析装置は、信号発生地点のＴＤＣが吸・排気ＴＤＣの場合、角度センサーの信号設定手順（０と１）に従って、現状態を維持して１サイクル中の燃焼圧力データを収集し、反対に信号発生地点のＴＤＣが圧縮ＴＤＣの場合、角度センサーの信号設定手順（０と１）を反対に変更（１と０）して、１サイクル中の燃焼圧力データを収集することができる。
【００８３】
次に、本発明の第４実施例による１サイクルデータ収集方法を説明する。
【００８４】
図９は、本発明のまた他の実施例による大型低速４ストロークエンジンの出力測定及び燃焼分析のための１サイクルデータ収集方法を示すフローチャートであり、図１０（ａ）は、１．５サイクル中に吸・排気ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図であり、図１０（ｂ）は、１．５サイクル中に圧縮ＴＤＣが先に検出された場合のクランクシャフトの回転角度別の燃焼圧力を示す線図である。
【００８５】
図９を参照すると、燃焼分析装置は、予め設定された角度センサーのパルス信号（Ｚ）を開始信号として１．５サイクル中の燃焼圧力データを収集する（Ｓ４１０）。例えば、１．５サイクルは１０８０度を意味することができる。
【００８６】
次に、燃焼分析装置は、収集された１．５サイクル中の燃焼圧力データのうち最初収集された燃焼圧力データを予め設定された基準圧力と比較して１サイクルにあたるデータ収集範囲を決める（Ｓ４２０）。
【００８７】
ここで、燃焼分析装置は、図１０（ａ）に示すように、最初収集された燃焼圧力データが基準圧力未満の場合、燃焼圧力データを最初収集した位置から１サイクルまでの位置（７２０度）を前記データ収集範囲と決め、反対に図１０（ｂ）に示すように、最初収集された燃焼圧力データが基準圧力以上の場合、０．５サイクルが経過した位置（３６０度）から１．５サイクルまでの位置（１０８０度）をデータ収集範囲として決めることができる。
【００８８】
次に、燃焼分析装置は、決められた１サイクルにあたるデータ収集範囲から燃焼圧力データを収集する（Ｓ４３０）。
【００８９】
一方、本１サイクルデータ収集方法は、 多様なコンピュータ手段を通じて行われることができるプログラム命令形態で実現されて、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されることができる。ここで、記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを含むことができる。また、記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。例えば、記録媒体は、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｄｉａ）、及びロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリーなどのようなプログラム命令を格納し行うように特に構成されたハードウェア装置を含むことができる。そして、プログラム命令は、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行されることができる高級言語コードを含むことができる。そして、ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることができる。
【００９０】
また、本エンジンの出力測定方法は、記録媒体に格納されるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムまたはアプリケーションの形態でも実現されることができる。
【００９１】
このように本発明の実施例によると、大型低速４ストロークエンジンに対する正確な１サイクルデータを獲得することで、正確なエンジンの燃焼分析及び出力測定をすることができる。
【００９２】
また、圧縮ＴＤＣ、角度センサーのＺパルスセット、初期検出圧力の比較などのように多様な方法を通じて大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータを獲得可能なことにより、獲得した１サイクルデータを互いに比較して正確度を判断することができ、これを通じて作業の信頼性を向上させることができる。
【００９３】
また、従来に比べて相対的に簡便な方法で大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータが獲得可能であり、作業者の便宜性及び作業性を向上させることができることはもちろん、大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータ獲得のための他の装備の使用を排除することで、費用を節減することができる。
【００９４】
また、正確な大型低速４ストロークエンジンの１サイクルデータを提供することによって、エンジンの出力測定と燃焼解釈を行うことができ、これを通じて各シリンダの燃料の点火時点と噴射時点、シリンダ別の燃料噴射量、ノッキング、後燃焼及びターボチャージャマッチング関係などを正確に把握することができ、さらに最適燃焼のためのソリューションを提供して燃料の噴射時点、燃料噴射量及びターボチャージャマッチングなどを必要に応じて選択的に調整し、燃焼を最適化してエンジンの寿命及び燃料消費効率を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019190462.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019190462.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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