본 연구에서는 기계 기구의 각속도 변동을 줄이는데 사용되는 플라이휠을 운동에너지의 법칙을 이용하여 해석하고, 주어진 허용 각속도 변동률을 정확히 만족하 는 플라이휠의 크기를 결정하는 새로운 방법을 제시하였다. 또한 수치 해석을 통하 여 본 해석방법에 의해 설계된 플라이휠과 종래 방법에 의한 플라이휠의 성능을 비교 하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권7호
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pp.722-728
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2015
2013년 1월 1일 이후 발효된 선박 에너지효율관리계획(SEEMP) 규정에 따라 선박에서는 점차 에너지관리에 대한 요구가 증가되고 있다. 이에 따라, 선박의 에너지 사용에 가장 많은 부분을 차지하는 주기관의 연료 사용량 및 출력과 관련된 요소들이 엄격하게 모니터링 되어 질 필요가 있다. 현재 주기관 출력을 모니터링 및 확인하기 위한 많은 장치들이 개발되어 적용되고 있으나 본 연구에서는 저렴하고 장치가 쉬운 각도센서인 엔코더(encoder)를 이용하여 주기관의 출력상태를 실시간으로 파악하기 위한 실험을 하였다. 실제 운항 중인 두 선박의 주기관에서 엔코더와 근접센서를 이용하여 한 사이클 동안의 각속도 변동을 계측하고 이 데이터 값을 토크 변동으로 계산하여 주기관의 토크변동 상태를 조사하였다. 또한, 실린더의 이상 연소 시 발생하는 각속도 변화를 측정하여 착화 실패에 따른 토크 변동을 조사하고 실험의 신뢰성을 확보하기 위해 해상시운전 데이터와 비교하였다. 본 연구를 통해 저렴한 장치를 이용하여 실시간 출력상태를 파악할 수 있었다.
To keep up with the regulation of OBD II(on board diagnostics II), many detection methods for engine misfire have been developed. Among them, the method of using the crankshaft speed fluctuation is the most noticeable in the point of view of lower cost and easier installation than any others. On the basis of the results obtained from the previous engine-dynamometer test, the integrating torque index (ITI) has been introduced. In this research, the instrumental and the interfacing systems to engine control unit(ECU) are developed for the vehicle test. Therefore, the vehicle and chassis-dynamometer test can be carried out in addition to the rough road test. From this test, the previousproposed method proved that it can be applied to the real vehicle.
The crankshaft speed fluctuation was measured every crank angle. In order to detect the misfire, the engine and the dynamometer were considered as a single- degree of freedom system. From this modeling, the detection criteria were derived and examined by the engine test. By this method the single misfire or multiple misfires can be detected. Even on the condition of low load and higher speed than 3000rpm, where it was difficult through the other methods, misfire detection was carried out steadily. From this results, the method proposed by this paper proved reasonable.
This paper presents the characteristics of the crankshaft speed fluctuations. To analyze them, the speed waveforms were measured both at the flywheel and at the front end of the engine. The speed waveform measured at the flywheel shows better result than at the front end one, because of the torsional vibration and the auxiliary components. And the patterns of the speed fluctuations are classified into three region, such as low load, middle load and high load region with the variations of the loads. Additionally, as the engine speeds increase and the loads decrease, the analysis of the speed becomes more difficult due to lower variation of the speed. And in all the regions, the main frequency component of the speed fluctuation is firing frequency.
엔진의 토크 변동과 추진축의 각속도 변화는 차량 동력 전달계의 주요 가진원이다. 본 논문에는 이들 가진원의 발생 기구에 대하여 논하였다. 이 시스템의 등가모델은 가진원과 유사하게 구성되었고, ARLA Simul v 6.7과 ARLA-Simstat v 2.3을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 컴퓨터 시뮬레이션의 결과는 동력 전달계의 비틀림 가진원의 특성을 보였다. 엔진과 추진축 시스템에 대한 실험 장치는 차량의 부품으로 구성되었다. 플라이휠의 토크 변동과 추진축의 각속도는 실험 장치로 부터 측정하였다. 실험결과는 시뮬레이션 결과와 비교하였고, 이론적 결과와 일치하였다.
^In this paper, diagnostic technique for detecting the engine faults, especially misfire, are introduced and compared with each other under the same conditions. With all of them the instantaneous angular velocitys, measured at the flywheel, were analyzed. The techniques include the frequency analysis, auto-correlation function, velocity index, acceleration index, maximum acceleration index, and integrated torque index. Since the main driving components for the angular velocity fluctuation are both the pressure and the inertia torque, the component of the inertia torque in it must be excluded to extract the information of the combustion from the angular velocity. To do this, it is required to consider only the first half of the combustion period in the angular velocity fluctuations, which has never been proposed in the existing methods. On the basis of this fact, the results show that the most effective diagnostic technique is maximum acceleration index.
This paper proposes a new method to investigate combustion phenomena using the variation of crankshaft speed, From the idea that the variation of crankshaft speed contains the information of combustion, the energy method is applied as a single degree of freedom. Through the comparison of measured and calculated crankshaft speed, the proposed energy model is proved to be effective. When the crankshaft speed is used in the energy equation, filtering of the speed is required. The frequency components of cylinder pressure are analyzed and the coefficients of Fourier series above the twelfth frequency of engine speed are considered as a noise. As an example of application of this research, some combustion analyses like mean effective pressure, heat release rate, and misfire detection were carried out.
본 논문은 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 고성능 운전을 위해 비선형 제어를 기반으로 하는 적응 백스텝핑 제어기를 제안한다. 먼저 각속도의 추종성능을 향상시키기 위해서 비선형 백스텝핑 제어기를 설계한다. 파라메타 변동의 영향을 고려하지 않고 설계된 제어기는 고성능 운전이 어렵다. 부하토크의 변동에 대해 실시간 적응할 수 있는 파라메타 추정기를 설계에 포함하여 고성능 운전이 가능하게 한다. 또한 전동기의 효율적인 전력소비를 위하여 최대토크를 얻기 위한 최소전류의 운전을 할 수 있도록 제어기를 설계하였다. 제안된 제어기로 2마력급의 IPMSM에 적용하여 각속도 레퍼런스에 대한 추종성능과 부하토크 변동에 대한 추정, 그리고 MTPA(Maximum Torque per Ampere) 운전을 시험하여 일정토크 운전영역에서 안정화된 강건한 제어기임을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다.
이 논문에서는 지진에 의한 지각변동 분석에서 측지학적 요소만을 구분하고자 하는 목적으로 GNSS 자료를 전처리하는 전략을 연구하였다. 이를 위해 GNSS 자료처리 결과의 해석에 앞서 GNSS 좌표 시계열에서 나타나는 위신호들을 검출하고 제거하였다. GNSS 관측소는 한반도가 포함된 큰 지각판 위에 위치하므로 판의 운동으로 인한 속도가 좌표 시계열에 포함된다. 그리고 일부 관측소 주변에 위치한 나무들은 계절에 따라 성장변화가 일어나기 때문에 계절적 신호특성이 GNSS 좌표 시계열에 반영된다. 따라서 오일러축에 의한 지각판 운동효과를 정확히 제거하기 위해 축의 위치와 각속도를 한반도 지각판에 맞게 새롭게 추정하였고 이에 대한 검증을 수행하였다. 그리고 1년 주기로 나타나는 계절변동 신호를 추정해 각 관측소의 좌표시계열에 반영하였다. 두 효과를 제거함으로써 지진에 의한 영향을 측지학적으로 분석할 수 있다. 이를 이용해 2011년 동일본 대지진에 의한 지각변위 예비 분석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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