엔진의 출력을 측정하기 위한 방법은 실린더의 연소압력을 측정하여 지시마력을 구하는 방법과 축토크를 측정하여 축마력을 구하는 방법이 있다. 축토크로 실린더의 상태를 확인하기에는 한계가 있으며, 엔진의 성능 측정과 실린더의 연소 해석을 위해서는 실린더의 연소 상태를 확인할 수 있는 연소압력을 측정하는 방법이 가장 정확하다. 측정에 있어 연소압력은 크랭크샤프트 회전 각도에 따른 실린더 압력이 도시되어야하기 때문에 정확한 실린더 앵글각도를 정확히 인지시키는 작업이 가장 중요하다. 본 연구에서는 실제 운항선의 발전기 엔진을 대상으로 실린더 압력을 측정하기 위하여 크랭크 앵글 센서로 엔코더를 사용하였고 엔코더에서 인지하는 TDC(TDCencoder)와 압축압력에 의한 TDC(TDCcomp) 간의 실측을 통하여 차이가 발생하는 원인에 대하여 고찰하였다. 또한 0 %, 25 %, 50 %와 60 % 부하에서 측정된 실린더의 TDCcomp와 TDCencoder 간의 차이를 통하여 크랭크샤프트의 제작에 의한 영향, 부하증가에 따른 엔진과 발전기 사이의 커플링 영향에 대한 결과를 고찰하였으며, 발전기의 부하가 증가할수록 최대 3°CA까지 TDC의 오차가 발생함을 확인하였다.
엔진의 출력을 측정하기 위한 방법은 실린더의 연소압력을 측정하여 지시마력을 구하는 방법과 축토크를 측정하여 축마력을 구하는 방법이 있다. 축토크로 실린더의 상태를 확인하기에는 한계가 있으며, 엔진의 성능 측정과 실린더의 연소 해석을 위해서는 실린더의 연소 상태를 확인할 수 있는 연소압력을 측정하는 방법이 가장 정확하다. 측정에 있어 연소압력은 크랭크샤프트 회전 각도에 따른 실린더 압력이 도시되어야하기 때문에 정확한 실린더 앵글각도를 정확히 인지시키는 작업이 가장 중요하다. 본 연구에서는 실제 운항선의 발전기 엔진을 대상으로 실린더 압력을 측정하기 위하여 크랭크 앵글 센서로 엔코더를 사용하였고 엔코더에서 인지하는 TDC(TDCencoder)와 압축압력에 의한 TDC(TDCcomp) 간의 실측을 통하여 차이가 발생하는 원인에 대하여 고찰하였다. 또한 0 %, 25 %, 50 %와 60 % 부하에서 측정된 실린더의 TDCcomp와 TDCencoder 간의 차이를 통하여 크랭크샤프트의 제작에 의한 영향, 부하증가에 따른 엔진과 발전기 사이의 커플링 영향에 대한 결과를 고찰하였으며, 발전기의 부하가 증가할수록 최대 3°CA까지 TDC의 오차가 발생함을 확인하였다.
Different methods are used for determining the output of engines to obtain the indicated horsepower by measuring the combustion pressure of cylinders, and to obtain the shaft horsepower by measuring the shaft torque. It is difficult to examine the shaft torque using the condition of the cylinder, an...
Different methods are used for determining the output of engines to obtain the indicated horsepower by measuring the combustion pressure of cylinders, and to obtain the shaft horsepower by measuring the shaft torque. It is difficult to examine the shaft torque using the condition of the cylinder, and the most accurate method used for determining the combustion pressure involves examining the combustion state of the cylinder to evaluate the engine performance and analyze the combustion of the cylinder. During the measurement, the combustion pressure is the most important parameter used for accurately determining the cylinder angle because the cylinder pressure is indicated based on the angle of the crankshaft. In this study, an encoder was used as the crank angle sensor to measure the cylinder pressure on the generator engine of the actual operating ship. The reasons for the differences between the top dead center (TDC) recognized by the encoder (TDCencoder) and the TDC recognized by the compression pressure (TDCcomp) were considered. The dif erences between the TDCcomp and TDCencoder of the cylinders measured at idle running, 25 %, 50 %, and 60 % loads were analyzed to determine for the crankshaft production effect, the crankshaft torsion effect owing to the increased rotational resistance from the increased load, and the coupling damping effect between the engine and generator. It was confirmed that the TDC error occurred up to 3° crank angle as the load of the generator increased.
Different methods are used for determining the output of engines to obtain the indicated horsepower by measuring the combustion pressure of cylinders, and to obtain the shaft horsepower by measuring the shaft torque. It is difficult to examine the shaft torque using the condition of the cylinder, and the most accurate method used for determining the combustion pressure involves examining the combustion state of the cylinder to evaluate the engine performance and analyze the combustion of the cylinder. During the measurement, the combustion pressure is the most important parameter used for accurately determining the cylinder angle because the cylinder pressure is indicated based on the angle of the crankshaft. In this study, an encoder was used as the crank angle sensor to measure the cylinder pressure on the generator engine of the actual operating ship. The reasons for the differences between the top dead center (TDC) recognized by the encoder (TDCencoder) and the TDC recognized by the compression pressure (TDCcomp) were considered. The dif erences between the TDCcomp and TDCencoder of the cylinders measured at idle running, 25 %, 50 %, and 60 % loads were analyzed to determine for the crankshaft production effect, the crankshaft torsion effect owing to the increased rotational resistance from the increased load, and the coupling damping effect between the engine and generator. It was confirmed that the TDC error occurred up to 3° crank angle as the load of the generator increased.
본 연구는 선박의 발전용 엔진을 대상으로 실험을 하였으며, 발전기 부하별로 발생할 수 있는 TDC 오차의 영향을 연구하였다. 압축압력의 피크에 의한 TDC와 실제 TDC와의 차이를 손실각(loss angle)이라 한다(Pipitone and Beccari, 2010).
제안 방법
따라서 본 연구는 실제 선박엔진에서 연료 분사 시기가 TDC 근처 또는 그 이후에 이루어지는 엔진을 실험 대상으로 하였다. 본 연구는 0 %, 25 %, 50 %, 60 %에서 테스트를 하였으며, 부하증가에 따라 발생하는 TDC 오차에 관한 영향을 연구하였다.
본 연구에서는 선박용 중속발전기 디젤엔진에 엔코더와 압력센서를 이용하여 크랭크 각도에 따른 실린더 압력을 측 정하였다. 발전용 정속 엔진은 무부하 상태와 부하상태에서 의 rpm은 동일하므로 해당 실린더의 연료를 차단한 후 압축 압력을 측정함으로서 TDCcomp를 찾을 수 있으며, 이렇게 찾 은 TDCcomp로부터 무부하 상태에서의 TDCerror를 확인할 수 있었다.
대상 데이터
1과 같이 P- 선도에서 압축압력을 확인할 수 있는 TDC 이후 연료분사가 이루어지는 엔진이 필요하다. 따라서 본 연구는 실제 선박엔진에서 연료 분사 시기가 TDC 근처 또는 그 이후에 이루어지는 엔진을 실험 대상으로 하였다. 본 연구는 0 %, 25 %, 50 %, 60 %에서 테스트를 하였으며, 부하증가에 따라 발생하는 TDC 오차에 관한 영향을 연구하였다.
성능/효과
본 연구에서는 선박용 중속발전기 디젤엔진에 엔코더와 압력센서를 이용하여 크랭크 각도에 따른 실린더 압력을 측 정하였다. 발전용 정속 엔진은 무부하 상태와 부하상태에서 의 rpm은 동일하므로 해당 실린더의 연료를 차단한 후 압축 압력을 측정함으로서 TDCcomp를 찾을 수 있으며, 이렇게 찾 은 TDCcomp로부터 무부하 상태에서의 TDCerror를 확인할 수 있었다.
본 실험에서 부하가 증가할수록 TDCerror 증가하고 최대 3°CA 내외까지 TDCerror가 발생함을 확인하였다. 이는 엔진출력의 측정 시 TDC 오차를 보정하지 않으면 최대 30 %까지 오차를 유발할 수 있으므로 반드시 이를 고려한 출력측정을 하여야 할 것이다.
부하증가로 엔진과 발전기 사이의 플렉시블 커플링의 감쇄 작용에 의한 슬립이 발생하기 때문에 TDC를 보정해야 정확한 출력이 산정될 수 있다.
후속연구
그리고 보다 정확도 높은 출력을 산정할 수 있도록 정확한 TDC 위치를 찾기 위한 기초연구를 수행하였다. TDCerror의 원인으로 판단되는 각각의 요소에 대한 오차는 추가 연구를 통하여 확인할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
손실각(loss angle)이란 무엇인가?
본 연구는 선박의 발전용 엔진을 대상으로 실험을 하였 으며, 발전기 부하별로 발생할 수 있는 TDC 오차의 영향을 연구하였다. 압축압력의 피크에 의한 TDC와 실제 TDC와 의 차이를 손실각(loss angle)이라 한다(Pipitone and Beccari, 2010). Jung et al.
엔진의 출력을 측정하는 방법으로 무엇이 있는가?
엔진의 출력을 측정하기 위한 방법은 실린더의 연소압력을 측정하여 지시마력을 구하는 방법과 축토크를 측정하여 축마력을 구하는 방법이 있다. 축토크로 실린더의 상태를 확인하기에는 한계가 있으며, 엔진의 성능 측정과 실린더의 연소 해석을 위해서는 실린더의 연소 상태를 확인할 수 있는 연소압력을 측정하는 방법이 가장 정확하다.
참고문헌 (13)
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Pipitone, E. and A. Beccari(2010), Determination of TDC in internal combustion engines by a newly developed thermodynamic approach, Applied Thermal Engineering Vol. 30, No. 14-15, pp. 1914-1926.
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