KR100444450B1 - 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험 방법 - Google Patents

Abstract

엔진의 터보차져 휠의 회전 속도를 측정하기 위한 별도의 센서를 이용하지 않고, 오직 가속도 센서의 신호만으로 휠의 속도와 진동 크기를 나타낼 목적으로;

시험장치에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 메모리에 저장되어 있는 3차원 진동 데이터를 입력받아 각각의 엔진 회전수별 주파수 분석 블록을 분리하는 단계와; 상기 단계에서 분리된 각각의 엔진 회전수 별 주파수 분석 블록에서 가장 큰 피크의 값 및 위치를 검출한 후, 메모리에 설정된 터보차져 휘슬 소음의 주파수 범위를 입력받아 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재하는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재함이 판단되면, 각 피크의 위치를 휠의 회전속도로 환산하여 휠의 회전 속도를 기준으로 진동 2차원 데이터 그래프를 출력하는 단계로 이루어져 있어서, 휘슬 소음이 발생하는 터보차져의 품질관리를 용이하게 할 수 있고, 차량이나 엔진 상태에서 가속도 센서만을 이용하여 휠의 회전수 측정이 가능하며. 상기 휠의 회전수를 측정하기 위한 기타의 장치나 장비가 필요치 않다.

Description

엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험 방법{a testing method for turbo-charger whistle noise controlling of engine}

본 발명은 엔진의 터보차져 소음 제어 시험 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 터보차져 휠의 회전속도를 측정하기 위한 별도의 센서를 이용하지 않고, 가속도 센서의 신호만으로 휠의 속도와 진동 크기를 나타낼 수 있는 엔진의 터보 차져 소음 제어 방법에 관한 것이다.

도 6은 종래 터보 차져 기구의 개략도로서, 상기 도 1의 엔진에서 발생되는 배기가스는 터빈 휠을 구동시키고 이 터빈 휠은 로터와 연결되어 콤퓨레셔 휠을 구동시켜 흡입 공기를 과급하게 된다.

이 때, 상기 휠 들은 10,000 ~ 200,000 rpm으로 회전하게 되므로 휠의 밸런스(balance)율이 정밀하게 가공되어야 한다.

터보 차져의 휘슬 소음은 이 휠 들이 회전하는 동안 언밸런스(unbalance)에 의하여 발생하는 진동이 원인이 된다.

상기 진동은 로터를 지지하고 있는 베어링을 통하여 터보 차져 기구의 케이스에 전달이 되고, 소음으로 전파된다.

따라서, 휘슬 소음이 발생하는 터보차져 기구의 소음 수준을 평가하기 위해서는 무향실에서 직접 소음을 측정할 수 있지만, 더욱 명확한 평가를 위해서는 로터 베어링 부의 진동을 측정해야 한다

따라서, 종래에는 이 진동 값을 엔진의 회전수를 기준으로 하여 데이터화하였다.

그러나, 상기한 데이터에 의해 휘슬 소음을 발생시키는 축의 진동 경향은 잘 알 수 있나, 정확한 진동의 크기를 알 기 어렵기 때문에 주로 엔진의 개발 단계에서 전문가들이 주로 이용하고 있다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 차량 양산에서 많은 수의 엔진을 점검해야 하기 때문에 한 눈에 휠 진동의 크기를 알 수 있는 2차원의 데이터를 필요로 하고 있으나, 휠의 진동 성분은 엔진의 회전수에 비선형으로 증가하므로 엔진의 회전차수를 기준으로 하는 2차원의 그래프를 그릴 수 없고 직접 휠의 회전수를 측정해야 하는 어려운 문제점을 내포하고 있다.

또한 휠의 회전속도를 측정하기 위해 휠을 감싸고 있는 케이스에 구멍을 뚫고 속도 감지센서를 장착해야 하는 문제점을 내포하고 있으며, 휘슬 소음이 발생하는 터보 차져 기구를 조사하기 위한 시간과 비용의 한계에 다다르게 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 터보차져 휠의 회전 속도를 측정하기 위한 별도의 센서를 이용하지 않고, 오직 가속도 센서의 신호만으로 휠의 속도와 진동 크기를 나타낼 수 있는 엔진의 터보차져 소음 제어 시험 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

시험장치에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 메모리에 저장되어 있는 3차원 진동 데이터를 입력받아 각각의 엔진 회전수별 주파수 분석 블록을 분리하는 단계와;

상기 단계에서 분리된 각각의 엔진 회전수 별 주파수 분석 블록에서 가장 큰 피크의 값 및 위치를 검출한 후, 메모리에 설정된 터보차져 휘슬 소음의 주파수 범위를 입력받아 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재하는가를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재함이 판단되면, 각 피크의 위치를 휠의 회전속도로 환산하여 휠의 회전 속도를 기준으로 진동 2차원 데이터 그래프를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명에 적용되는 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험 방법 동작 순서도 이고,

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험 데이터 3차원 그래프이고,

도 4는 도 3의 터보 챠저 베어링 부 진동 데이터 확대도 이고,

도 5는 선형으로 그려진 터보차져 휠 진동 데이터 그래프이고,

도 6은 종래 터보차져 기구의 개략도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 터보차져 동작상태 검출장치 110 : 터보차져 가속도 검출부

120 : 엔진 회전수 검출부 200 : 엔진 제어 장치

300 : 퍼스널 컴퓨터 400 : 출력장치

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 터보 챠저 소음 제어 시험장치 구성 블록도, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량의 동작상태를 검출한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 인가되는 터보차져 가속도 및 엔진 회전수를 입력받아 기 설정된 프로그램에 의해 제어하여 소정의 터보차져 가속도 신호 및 엔진 회전수 신호를 출력한다.

퍼스널 컴퓨터(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)와 소정의 데이터 통신을 수행하여 상기 엔진 제어 장치(200)에서 인가되는 소정의 터보차져 가속도 신호 및 엔진 회전수 신호와 메모리에 저장되어 있는 3차원 진동 데이터를 입력받아 각각의엔진 회전수별 주파수 분석 블록을 분리하여 상기 분리된 각각의 엔진 회전수 별 주파수 분석 블록에서 가장 큰 피크의 값 및 위치를 검출한 후, 메모리에 설정된 터보차져 휘슬 소음의 주파수 범위를 입력받아 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내 존재여부에 따라 각 피크의 위치를 휠의 회전속도로 환산하여 휠의 회전 속도를 기준으로 진동 2차원 데이터 출력 요구신호를 출력한다.

출력장치(400)는 상기 퍼스널 컴퓨터(300)에서 출력되는 소정의 진동 2차원 데이터 출력 요구신호에 따라 시험자가 식별 가능하도록 모니터 또는 프린터에 의해 그래프로 출력한다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 엔진의 터보 차져 동작상태 변화에 따라 터보 차져의 휠 속도와 진동 크기를 검출하는 터보차져 가속도 검출부(110)와;

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(120)를 포함하여 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 엔진의 터보 차져 소음 제어 시험방법을 첨부한 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

엔진의 터보 차져 휠 소음을 측정하기 위해 시험자가 시험장치에 전원을 인가하면, 퍼스널 컴퓨터(300)는 설정된 프로그램에 의해 시험 준비를 함과 동시에 사용하는 모든 변수를 초기화시킨다(S100).

이어서, 시험자는 엔진의 터보 차져의 휠 소음을 측정하기 위한 터보 차져 가속도 및 엔진 회전수를 입력받고자, 퍼스널 컴퓨터(300)에 설정된 프로토콜 프로그램에 의해 데이터 송, 수신 신호를 엔진 제어 장치(200)로 출력한다.

엔진 제어 장치(200)는 시험자의 전원 인가로 인하여 엔진의 동작을 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다.

차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 터보 차져 가속도 및 엔진 회전수를 검출한다.

이에 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 터보 차져 가속도 및 엔진 회전수 등을 입력받아 기 설정된 프로그램에 의해 엔진의 동작을 수행하고, 상기 입력된 터보 차져 가속도 및 엔진 회전수 등을 상기 퍼스널 컴퓨터(300)에서 인가되는 프로토콜에 따라 소정의 신호로 출력한다.

퍼스널 컴퓨터(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 인가되는 터보 차져 가속도 및 엔진 회전수 등을 입력받아 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 소정의 엔진 회전수(약 1500 ~ 6000rpm)를 기준으로 터보차져 로터 베어링부에서 검출된 진동을 3차원으로 나타내어 메모리에 저장한다(S110).

상기에서 메모리에 저장된 3차원 진동 데이터는 어느 한 엔진 회전수에서 측정된 진동신호를 주파수 분석하여 저장하고, 순차적으로 다음 회전수의 진동을 저장하는 방법으로 엔진의 전 회전영역의 주파수를 나타낸 것이다.

이어서, 퍼스널 컴퓨터(300)는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 입력되는 각각의 엔진 회전수 별로 주파수 분석(FFT) 블록을 분리 설정한 후, 한다(S120,S130).

즉, 엔진 회전수를 기준으로 순차적으로 저장된 진동 주파수 신호에서휠(wheel)의 진동에 의한 공진 주파수를 찾아내고, 이 주파수를 이용하여 휠의 회전수를 역으로 계산한다.

상기 휠의 진동은 불균형(unbalance)에 의해 발생되는 1차 회전 진동이므로 주파수 ×60 = rpm 의 등식이 성립하게된다.

따라서, 도 3에 도시되어 있는바와 같이 휠의 2000㎐에 해당하는 휠의 회전 속도는 120,000rpm이 된다.

상기한 방법으로 엔진 1500 ~ 6000rpm까지 수십(약 50)rpm 간격으로 휠의 공진 주파수와 크기를 찾아낸다.

이어서, 퍼스널 컴퓨터(300)는 상기에서 설정된 각각의 엔진 회전수 별로 주파수 분석(FFT) 블록에서 가장 큰 피크의 값과 피크 위치를 검출한 후, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 각각의 엔진 회전수에 따른 터보 차져 휘슬 소음의 소정의 주파수 범위(최소 : 1000㎐ ~ 최대 : 2500㎐)를 입력받아 상기에서 검출한 각 피크의 위치가 1000㎐ ~ 2500㎐ 사이에 존재하는가를 판단한다(S140,S150)

상기에서 검출된 각 피크의 위치가 1000㎐ ~ 2500㎐ 사이에 존재함이 판단되면, 퍼스널 컴퓨터(300)는 검출된 주파수의 휠 회전속도를 환산하여 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 선형으로 이루어진 휠의 회전속도를 산출하고, 상기 해당 주파수에서 피크(peak)의 크기를 휠의 회전속도로 나타내면, 휠의 회전 속도를 기준으로 진동 특성과 크기를 2차원 데이터 그래프로 출력하여 시험자로 하여금 터보챠져의 소음을 검출하여 평가할 수 있도록 한다(S160,S170).

하지만, 상기(S150)에서 검출된 각 피크의 위치가 1000㎐ ~ 2500㎐ 사이에존재하지 않음이 판단되면, 퍼스널 컴퓨터(300)는 해당 회전수(rpm)에서의 두 번째 피크를 찾아내어 검출된 각 피크의 위치가 1000㎐ ~ 2500㎐ 사이에 존재여부를 판단하는 단계(S150)를 수행한다(S155).

이어서, 차량의 터보챠저 시험 종료여부를 판단하여, 계속 시험을 수행할 것인가를 판단한다(S180).

상기에서 시험자가 시험을 종료하면, 퍼스널 컴퓨터(300)는 해당 프로그램을 모두 종료시킨다.

하지만, 상기에서 계속적인 시험을 수행할 경우, 사용하는 프로그램을 초기화하는 단계부터 재 수행한다.

이로써, 터보 챠저 휠의 회전속도를 측정하기 위한 별도의 센서를 이용하지 않고, 오직 가속도 센서의 신호만으로써, 휠의 속도와 진동 크기를 나타낼 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 엔진의 터보차져 휠의 회전 속도를 측정하기 위한 별도의 센서를 이용하지 않고, 오직 가속도 센서의 신호만으로 휠의 속도와 진동 크기를 나타내므로써, 휘슬 소음이 발생하는 터보차져의 품질관리를 용이하게 할 수 있고, 차량이나 엔진 상태에서 가속도 센서만을 이용하여 휠의 회전수 측정이 가능하며. 상기 휠의 회전수를 측정하기 위한 기타의 장치나 장비가 필요치 않다.

Claims (3)

1. 시험장치에 전원이 인가되면 사용하는 모든 변수를 초기화하고, 메모리에 저장되어 있는 3차원 진동 데이터를 입력받아 각각의 엔진 회전수별 주파수 분석 블록을 분리하는 단계와;

   상기 단계에서 분리된 각각의 엔진 회전수 별 주파수 분석 블록에서 가장 큰 피크의 값 및 위치를 검출한 후, 메모리에 설정된 터보차져 휘슬 소음의 주파수 범위를 입력받아 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재하는가를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재함이 판단되면, 각 피크의 위치를 휠의 회전속도로 환산하여 휠의 회전 속도를 기준으로 진동 2차원 데이터 그래프를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진의 터보 차져 소음 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서, 터보차져 휘슬 소음의 주파수 범위는 1000㎐ ~ 2500㎐ 인 것을 포함하는 엔진의 터보 차져 소음 제어 방법.
3. 제 1항에 있어서, 각 피크의 위치가 소정의 설정 범위 내에 존재하지 않으면, 해당 회전수에서 두 번째 피크를 검출한 후, 각 피크 위치의 소정 설정 범위 내 존재여부를 판단하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 터보 차져 소음 제어 방법.