본 논문에서는 직접분사 가솔린엔진 부품에 의해서 발생하는 진동에 대한 기여도를 분석하는 방법을 제시한다. 본 연구에서는 부분기여도함수를 적용하여 부품 상호간의 관련성에 대한 진동원을 규명 하는데 사용하였다. 직접분사 가솔린 엔진 부품의 진동원을 규명하는데 부분기여도함수 방법을 사용하기 위해서는 시스템의 모델링이 필요하며 본 연구에서는 진동 발생 경로를 2 입력과 단일 출력계로 시스템을 모델링하였다. 이 모델링을 증명 하기 위해서, 직접분사가솔린 엔진의 진동원인 고압펌프, 연료레일, 인젝터, 고압센서에 3 축 가속도계 센서로 각 부품의 진동을 측정했다. 이 모델링을 바탕으로 각각의 진동원에 대한 부분기여도 함수를 구했으며, 직접분사 부품들의 각각의 진동 기여도를 계산하였다. 부분기여도 함수를 바탕으로 한 모델링을 통해 각 부품들에서 발생되는 진동 출력 기여 값을 정량적으로 도출하였다.
본 논문에서는 직접분사 가솔린엔진 부품에 의해서 발생하는 진동에 대한 기여도를 분석하는 방법을 제시한다. 본 연구에서는 부분기여도함수를 적용하여 부품 상호간의 관련성에 대한 진동원을 규명 하는데 사용하였다. 직접분사 가솔린 엔진 부품의 진동원을 규명하는데 부분기여도함수 방법을 사용하기 위해서는 시스템의 모델링이 필요하며 본 연구에서는 진동 발생 경로를 2 입력과 단일 출력계로 시스템을 모델링하였다. 이 모델링을 증명 하기 위해서, 직접분사가솔린 엔진의 진동원인 고압펌프, 연료레일, 인젝터, 고압센서에 3 축 가속도계 센서로 각 부품의 진동을 측정했다. 이 모델링을 바탕으로 각각의 진동원에 대한 부분기여도 함수를 구했으며, 직접분사 부품들의 각각의 진동 기여도를 계산하였다. 부분기여도 함수를 바탕으로 한 모델링을 통해 각 부품들에서 발생되는 진동 출력 기여 값을 정량적으로 도출하였다.
This paper presents a method for estimating the contribution of vibration sources in gasoline direct injection engine parts with a multiple-input system. A partial coherence function was used to identify the cause of the linear dependence indicated by an ordinary coherence function. To apply the par...
This paper presents a method for estimating the contribution of vibration sources in gasoline direct injection engine parts with a multiple-input system. A partial coherence function was used to identify the cause of the linear dependence indicated by an ordinary coherence function. To apply the partial coherence function to vibration source identification in the powertrain system of a gasoline direct injection engine, a virtual model of a two-input and single-output system is simulated. For the validation of this model, the vibration of the powertrain parts was measured by using triaxial accelerometers attached to the selected vibration sources-a high-pressure pump, fuel rail, injector, and pressure sensor. After calculating the partial coherence between each source based on the virtual model, the vibration contribution of the powertrain system is calculated. This virtual model based on the partial coherence function is implemented to determine the quantitative vibration contribution of each powertrain part.
This paper presents a method for estimating the contribution of vibration sources in gasoline direct injection engine parts with a multiple-input system. A partial coherence function was used to identify the cause of the linear dependence indicated by an ordinary coherence function. To apply the partial coherence function to vibration source identification in the powertrain system of a gasoline direct injection engine, a virtual model of a two-input and single-output system is simulated. For the validation of this model, the vibration of the powertrain parts was measured by using triaxial accelerometers attached to the selected vibration sources-a high-pressure pump, fuel rail, injector, and pressure sensor. After calculating the partial coherence between each source based on the virtual model, the vibration contribution of the powertrain system is calculated. This virtual model based on the partial coherence function is implemented to determine the quantitative vibration contribution of each powertrain part.
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문제 정의
Gii와 Gyy는 입력과 출력 신호에 대한 자기스펙트럼이다. 본 연구에서는 엔진에 부착 되어 있는 대부분의 시스템을 2 입력/ 단일출력으로 모델링을 단순화하여 부분 기여도 함수와 스펙트럼 분석법을 적용하여 각 부품에 대한 지동기여도를 구하고자 한다. 2 입력과 단일 출력의 경우는 Fig.
제안 방법
(2) 다차원 스펙트럼을 해석법을 이용한 부품 별 진동 경로 해석을 통해 엔진과 펌프 및 전장 부품들의 진동기여도를 각 주파수 별로 규명하였다.
(3) 부분기여도 함수를 계산하여 직접분사 가솔린 엔진 부품들의 진동경로 분석과 기여도 분석을 시행하였다.
(1) 본 연구에서는 엔진전장부품들의 진동기여도를 알아보기 위함이므로 출력 진동에 직접적으로 전달되는 진동 입력과 출력 자체 가진력 입력이 출력진동에 기여하기 때문에 2 입력/ 단일 출력 시스템(3,4)으로 모델링 할 수 있다. 2 입력 1 출력으로 다차원 스펙트럼 해석법인 부분기여도 함수를 적용한 후 전장 부품들의 진동기여도를 각 주파수 별로 규명하였다. 직접분사가솔린 엔진부품들의 전달경로 간의 상호 간섭작용에 의해 출력으로 나타나는 경우에 부품간의 상관성분을 제거하여 각 부품들의 순수한 기여량을 알아 볼 수 있다.
따라서 다차원 스펙트럼 해석이 GDI 파워트레인 진동원 검출에 적용이 가능 하다는 것을 알 수 있다. 고압펌프로 흘러 들어가는 진동량에 대해서는 기계적 특성을 고려하여 Fig. 6 과 같이 모델링을 작성하였으며, 다차원 스펙트럼 바탕으로 출력에 대한 입력원들의 서로간의 상관관계를 해석적으로 고려하여 잔차 스펙트럼 각각 구한다. 잔차 스펙트럼 바탕으로 부분기여도 함수를 구하였으며, 각각의 부분기여도 함수에 특정 입력의 출력량파워를 나타내주어 각각의 기여 출력스펙트럼을 나타내준다.
1 과 같이 다입력/단일 출력으로 모델링 해야하며, 다차원 스펙트럼 해석법으로 분석 하여야 한다. 그리고 다차원 스펙트럼 해석법의 하나인 부분기여도 함수를 통해 여러 개의 입력에 대한 각 기여도를 분석하였다.(5)
각각의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하였고, 이 데이타들은 Matlab을 이용하여 처리 되었다. 데이터 처리 순서는 Fig. 5에서와 같이 각종 스펙트럼 밀도함수를 구하고 이를 이용하여 일반기여도 함수, 잔류 스펙트럼, 부분 기여도 함수, 기여출력스펙트럼을 계산하였다.
본 연구에서는 직접분사 가솔린엔진 부품들을 2입력/ 단일 출력 시스템으로 구성하여 입력성분들의 진동기여도를 다차원 스펙트럼인 부분기여도 함수를 통해서 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구의 실험은 ㈜ 케피코 측의 샤시 다이나모에서 실험이 진행되었고, 실험에 이용된 차량의 엔진은 Gamma GDI 엔진이다. 실험은 Steady 상태로 Idle 에서 6000rpm 까지 1000rpm 씩 증가시키면서 10 초간 측정했고, 본 연구 논문에 나타난 실험 데이타는 5000rpm 기준으로 작성하였다.
진동량을 측정하기 위해서 엔진과 고압펌프, 인젝터, 연료레일, 고압센서의 21 측정 포인트에 3 축가속도계(ENDEVCO Type 65-10)센서를 부착하여 입력신호를 측정하였다. 실험은 두 차례로 나누어서 실험이 진행되었고, 엔진 피스톤의 운동방향에 맞추어 Z 축 방향의 데이터들을 적용하였다.
(f)가 연료레일 출력 진동량을 나타낸다. 엔진에서 오는 상관성을 제거한 연료레일의 부분기여 출력 스펙트럼 진동량과인젝터, 고압 펌프, 압력 센서의 부분기여 출력 스펙트럼 진동량을 Fig. 15 의 모델링 바탕으로 분석하였다. 펌프와 인젝터의 분석 방법과 동일하게 적용하였으며, 부분기여도 분석기법을 적용하여 각 입 력에 대한 기여도를 알아 볼 수 있었다.
6 과 같이 모델링을 작성하였으며, 다차원 스펙트럼 바탕으로 출력에 대한 입력원들의 서로간의 상관관계를 해석적으로 고려하여 잔차 스펙트럼 각각 구한다. 잔차 스펙트럼 바탕으로 부분기여도 함수를 구하였으며, 각각의 부분기여도 함수에 특정 입력의 출력량파워를 나타내주어 각각의 기여 출력스펙트럼을 나타내준다. Fig.
진동량을 측정하기 위해서 엔진과 고압펌프, 인젝터, 연료레일, 고압센서의 21 측정 포인트에 3 축가속도계(ENDEVCO Type 65-10)센서를 부착하여 입력신호를 측정하였다. 실험은 두 차례로 나누어서 실험이 진행되었고, 엔진 피스톤의 운동방향에 맞추어 Z 축 방향의 데이터들을 적용하였다.
15 의 모델링 바탕으로 분석하였다. 펌프와 인젝터의 분석 방법과 동일하게 적용하였으며, 부분기여도 분석기법을 적용하여 각 입 력에 대한 기여도를 알아 볼 수 있었다. Fig.
대상 데이터
Fig. 4 에서 나타 나는 것처럼 본 연구에 사용된 데이타는 LMS 사에서 제작한 32 채널로 구성된 Test mobile 에 의해서 측정하였다. 각각의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하였고, 이 데이타들은 Matlab을 이용하여 처리 되었다.
본 연구의 실험은 ㈜ 케피코 측의 샤시 다이나모에서 실험이 진행되었고, 실험에 이용된 차량의 엔진은 Gamma GDI 엔진이다. 실험은 Steady 상태로 Idle 에서 6000rpm 까지 1000rpm 씩 증가시키면서 10 초간 측정했고, 본 연구 논문에 나타난 실험 데이타는 5000rpm 기준으로 작성하였다.
데이터처리
18 과 같이 모델링을 하였다. 앞에 분석한 것과 동일하게 다차원 해석법을 바탕으로 분석을 하였으며, 압력센서의 기여 출력 스펙트럼을 바탕으로 Fig. 19 의 결과 값을 도출 하였다. 압력센서의 순수 진동량은 연료레일에서 오는 진동의 상관성을 제거한 진동량을 계산 한 것이며, 엔진, 펌프, 인젝터의 진동량은 연료레일이 직접적으로 압력 센서까지 끼치는 진동량을 선형적으로 제거한 각 진동량을 나타내 준 것이다.
이론/모형
4 에서 나타 나는 것처럼 본 연구에 사용된 데이타는 LMS 사에서 제작한 32 채널로 구성된 Test mobile 에 의해서 측정하였다. 각각의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하였고, 이 데이타들은 Matlab을 이용하여 처리 되었다. 데이터 처리 순서는 Fig.
성능/효과
7 이상의 높은 값이 나타내고 있는데 이와 같은 결과로부터 입력간 및 입출력간에 상관이 존재하고 있는 것으로 생각 된다. 따라서 다차원 스펙트럼 해석이 GDI 파워트레인 진동원 검출에 적용이 가능 하다는 것을 알 수 있다. 고압펌프로 흘러 들어가는 진동량에 대해서는 기계적 특성을 고려하여 Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
직접분사가솔린 엔진에서 발생하는 고압에 의한 문제점은 무엇인가?
자동차의 가솔린 엔진의 경우는 많은 연구가 되고 있지만, 직접분사가솔린 엔진의 경우는 연구가 필요한 상황이다. 직접분사가솔린 엔진에서 발생하는 고압에 의한 연료 분사장치의 진동 및 소음발생이 실내로 유입되어 고객의 불만이 되고 있다. 따라서 기존 기술에서는 발생하지 않는 엔진 전장 부품의 진동 기여도 분석이 필요하다.
직접분사가솔린 엔진의 경우 어떤 부품이 합성되어 있는가?
따라서 기존 기술에서는 발생하지 않는 엔진 전장 부품의 진동 기여도 분석이 필요하다. 직접분사가솔린 엔진의 경우에 고압펌프, 연료레일, 인젝터, 압력센서 등의 부품이 상호 합성되어 실내로 유입됨으로 각각의 부품의 실내 유입경로 및 기여도 분석이 필요하다. 직접분사가솔린 엔진부품들을 보면 독자적으로 발생하는 것이 아니라 대부분 서로 결합된 형태로 존재하고 있어서 특정 진동원의 영향을 분석하거나 파악하고자 할 때는 각각의 진동 파워량을 해석하기에 까다로워진다.
직접분사가솔린 엔진 부품들과 같은 경우에는 어떤 방법을 사용하여 파악하는 것이 유리한가?
독립적인 시스템일 경우 기존의 주파수 응답 함수법을 적용하여 스펙트럼을 통한 주파수 분석이 가능하나, 직접분사가솔린 엔진 부품들과 같은 경우 부품들 사이에 상관성이 존재하기 때문에 분석 시 제약이 따른다. 이런 경우에는 입력원과 출력원 과의 모델링을 통해서 각각의 상관관계를 알고 각각의 영향을 분석하는 부분기여도 함수를 사용 하는 것이 유리하다.(1) 본 연구에서는 엔진전장부품들의 진동기여도를 알아보기 위함이므로 출력 진동에 직접적으로 전달되는 진동 입력과 출력 자체 가진력 입력이 출력진동에 기여하기 때문에 2 입력/ 단일 출력 시스템(3,4)으로 모델링 할 수 있다.
참고문헌 (5)
Choi, K. S. and Jeong, W. B., 2009, "Noise Identification of Evaporator Using Partial Coherence Function," Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Enginnering, Vol. 19, No. 4, pp. 347-354.
Leclere, Q., Pezerat, C., Laulagnet, B. and Polac, L., 2005, "Application of Multi-Channel Spectral Analysis to Identify the Source of a Noise Amplitude Modulation in a Disel Engine Opearating at Idle," Applied Acoustics, 66(7), pp. 779-798.
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