用于检测构件状况的爆震传感器系统和方法

文档序号:10696857阅读:410来源:国知局
用于检测构件状况的爆震传感器系统和方法
【专利摘要】在一个实施例中,提供一种方法。该方法包括接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,爆震传感器设置在发动机中。方法另外包括获得在发动机的运行期间的发动机状况。方法进一步包括:通过查找表使发动机状况与信号相互关联,其中,查找表至少包括第一列和第二列,其中,第一列表示爆震传感器时间窗口,而第二列则表示发动机的构件的位置范围;以及传送发动机状况。
【专利说明】
用于检测构件状况的爆震传感器系统和方法
技术领域
[0001]本文公开的主题涉及爆震传感器,并且更特别地,涉及应用于构件状况检测的爆震传感器系统和方法。
【背景技术】
[0002]内燃发动机典型地燃烧含碳燃料,诸如天然气、汽油、柴油等,并且使用高温和高压气体的对应的膨胀来对发动机的某些构件(例如,设置在汽缸中的活塞)施加力,以使构件移动一定距离。各个汽缸可包括一个或多个阀,阀与含碳燃料的燃烧协调地打开和关闭。例如,吸气阀可将诸如空气的氧化剂引导到汽缸中,然后氧化剂与燃料混合且燃烧。然后可通过排气阀引导诸如热气的燃烧流体离开汽缸。因此,含碳燃料转变成机械运动,它可用来驱动负载。例如,负载可为产生电功率的发电机。改进对构件状况的检测将是有益的。

【发明内容】

[0003]下面对在范围方面与要求保护的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制要求保护的发明的范围,而是相反,这些实施例仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上,本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的各种形式。
[0004]在第一实施例中,提供一种方法。该方法包括接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,爆震传感器设置在发动机中。方法另外包括获得在发动机的运行期间的发动机状况。方法进一步包括:通过查找表使发动机状况与信号相互关联,其中,查找表至少包括第一列和第二列,其中,第一列表示爆震传感器时间窗口,而第二列则表示发动机的构件的位置范围;以及传送发动机状况。
[0005]在第二实施例中,一种系统包括发动机控制系统,发动机控制系统包括处理器,处理器构造成接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,爆震传感器设置在发动机中。处理器构造成获得在发动机的运行期间的发动机状况。处理器另外构造成:通过查找表使发动机状况与信号相互关联,其中,查找表至少包括第一列和第二列,其中,第一列表示爆震传感器时间窗口,而第二列则表示发动机的构件的位置范围;以及传送发动机状况。
[0006]在第三实施例中,提供一种存储代码的有形的非暂时性计算机可读介质。代码构造成使处理器接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,爆震传感器设置在发动机中。代码另外构造成获得在发动机的运行期间的发动机状况。代码进一步构造成:通过查找表使发动机状况与信号相互关联,其中,查找表至少包括第一列和多个位置列,其中,第一列表不爆震传感器时间窗口,而多个位置列中的各个则表不发动机的构件的位置范围;以及传送发动机状况。
[0007]技术方案1.一种方法,包括:
接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,所述爆震传感器设置在发动机中; 获得在所述发动机的运行期间的发动机状况;
通过查找表使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述查找表包括至少第一列和第二列,其中,所述第一列表示爆震传感器时间窗口,而所述第二列则表示所述发动机的构件的位置范围;以及传送所述发动机状况。
[0008]技术方案2.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置。
[0009]技术方案3.根据技术方案2所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第二位置。
[0010]技术方案4.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述爆震传感器时间窗口包括在发动机运行期间,在通过所述爆震传感器传输作为所述信号的所述发动机振动表示所述发动机状况时的时间范围。
[0011 ]技术方案5.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,获得所述发动机状况包括对所述信号应用特征分析。
[0012]技术方案6.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,获得所述发动机状况包括对所述信号应用基准分析。
[0013]技术方案7.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述查找表包括第三列,以及其中,所述第三列表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。
[0014]技术方案8.根据技术方案7所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置,以及核实所述第二构件在发动机运行期间处于第二位置。
[0015]技术方案9.根据技术方案I所述的方法,其特征在于,所述方法包括通过所述查找表和第二查找表来使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述第二查找表至少包括第三列和第四列,其中,所述第三列表示第二爆震传感器时间窗口,而所述第三列则表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。
[0016]技术方案10.—种系统,包括:
发动机控制系统,其包括处理器,所述处理器构造成:
接收通过爆震传感器传输的、表示发动机振动的信号,其中,所述爆震传感器设置在发动机中;
获得在所述发动机的运行期间的发动机状况;
通过查找表使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述查找表包括至少第一列和第二列,其中,所述第一列表示爆震传感器时间窗口,而所述第二列则表示所述发动机的构件的位置范围;以及传送所述发动机状况。
[0017]技术方案11.根据技术方案10所述的系统,其特征在于,所述处理器构造成至少部分地基于所述发动机状况来控制所述发动机的运行。
[0018]技术方案12.根据技术方案10所述的系统,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置。
[0019]技术方案13.根据技术方案12所述的系统,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第二位置。
[0020]技术方案14.根据技术方案10所述的系统,其特征在于,所述处理器构造成通过所述查找表和第二查找表来使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述第二查找表至少包括第三列和第四列,其中,所述第三列表示第二爆震传感器时间窗口,而所述第三列则表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。
[0021 ]技术方案15.—种存储代码的有形的非暂时性计算机可读介质,所述代码构造成使处理器进行下者:
接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,所述爆震传感器设置在发动机中;
获得在所述发动机运行期间的发动机状况;
通过查找表使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述查找表至少包括第一列和多个位置列,其中,所述第一列表示爆震传感器时间窗口,而所述多个位置列中的各个则表示所述发动机的构件的位置范围;以及传送所述发动机状况。
[0022]技术方案16.根据技术方案15所述的有形的非暂时性计算机可读介质,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置。
[0023]技术方案17.根据技术方案16所述的有形的非暂时性计算机可读介质,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第二位置。
[0024]技术方案18.根据技术方案15所述的有形的非暂时性计算机可读介质,其特征在于,所述代码构造成使处理器通过所述查找表和第二查找表,来使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述第二查找表至少包括第三列和第四列,其中,所述第三列表示第二爆震传感器时间窗口,而所述第三列则表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。
[0025]技术方案19.根据技术方案15所述的有形的非暂时性计算机可读介质,其特征在于,多个位置列包括:凸轮位置(度);曲柄位置(度);#1右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);离最高点的#1右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度;#6左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);离最高点的#6左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度;#5右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);离最高点的#5右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度;#2左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);离最高点的#2左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度;#3右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);离最高点的#3右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度;#4左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数);以及离最高点的#4左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度。
[0026]技术方案20.根据技术方案19所述的有形的非暂时性计算机可读介质,其特征在于,所述多个位置列对应于十二汽缸发动机的构件。
【附图说明】
[0027]当参照附图来阅读以下详细描述时,本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解,其中相同符号在图中表示相同部件,其中:
图1是根据本公开的各方面的发动机驱动式功率产生系统的实施例的框图;
图2是根据本公开的各方面的活塞组件的实施例的侧视横截面图;
图3是根据本公开的各方面的由图2中显示的爆震传感器测得的数据的发动机噪声标图的实施例;
图4是根据本公开的各方面的在第一个完整的吸气、压缩,燃烧和排气循环中绘制的燃烧特征(signature)和阀特征的实施例;以及
图5是适合分析振动数据和应用查找表的过程的实施例的流程图。
[0028] 部件列表 10功率产生系统 12发动机 14燃烧室
16空气供应
18氧化剂
20燃料 22燃料供应
24活塞
26汽缸
28轴 30负载
32爆震传感器 34电子控制单元 36活塞组件 38内部环形壁 40圆柱形腔体 42轴线 44轴线 46方向 48顶部部分 50曲柄轴 52连接杆 54销 55配重
56燃料喷射器 58吸气阀 60排气阀 62曲柄轴传感器 64处理器 66存储器 68噪声标图 70x轴 72y轴
74幅度曲线 76燃烧特征 78阀特征 82标图 84x轴 86y轴 88y轴
80匹配汽缸 150过程 152方框 154查找表 156方框 158方框 160方框 162方框。
【具体实施方式】
[0029]下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述,在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当理解的是,在任何这种实际实现的开发中,如在任何工程或设计项目中那样,必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的,诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束,该具体目的可随不同的实现而改变。此外,应当理解的是,这种开发工作可能是复杂和耗时的,但对受益于本公开的普通技术人员来说,这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。
[0030]当介绍本公开的各种实施例的要素时,冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的,并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。
[0031]本文描述的技术包括使用一个或多个爆震传感器系统和方法,其可检测各种气体发动机构件在发动机运行期间的动态响应,以获得与构件有关的状况。例如,可检测与各种发动机构件有关的爆震传感器信号,包括汽缸头构件(例如,汽缸头和垫圈)、汽缸座构件(例如,汽缸座、汽缸衬套)、阀系构件(例如,阀、阀座、阀杆)、凸轮轴和驱动构件(例如,凸轮轴、凸轮凸瓣、正时皮带/链条、张紧器)、活塞构件(例如,活塞、活塞环、连接杆)、曲柄轴组件构件(即,曲柄轴、发动机轴承、飞轮)、齿轮系构件(例如,齿轮箱、齿轮、输出轴)等等。
[0032]然后可通过例如使用“查找”表来比较检测到的爆震传感器信号,以确定可能已经产生爆震传感器信号的某些发动机状况。实际上,不是应用技术来分开爆震传感器信号中存在的爆震与其它噪声数据,本文描述的技术而是欢迎“伪”数据,并且应用该数据来确定各种发动机状况。通过具有与例如曲柄角度度数有关的发动机的关键构件的查找表,可相对于与曲柄角度度数有关的时间窗口口来对发动机的关键构件做索引,以交叉核对和估计什么构件可能引起噪声。因此,可提供有前瞻性的发动机维护和修理过程。
[0033]转到附图,图1示出具有发动机驱动式功率产生系统10的一部分的实施例的框图。如下面详细描述的那样,系统10包括发动机12(例如,往复式内燃发动机),它具有一个或多个燃烧室14 (例如,1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、16、18、20个或更多个燃烧室14)。尽管图1显示了内燃发动机12,但应当理解的是,可使用任何往复式装置。空气供应16构造成对各个燃烧室14提供加压氧化剂18,诸如空气、氧、富氧空气、减氧空气,或者它们的任何组合。燃烧室14还构造成接收来自燃料供应22的燃料20(例如,液体和/或气态燃料),并且燃料-空气混合物在各个燃烧室14内点燃和燃烧。热加压燃烧气体使各个燃烧室14附近的活塞24在汽缸26内线性地移动,并且将气体施加的压力转换成旋转运动,旋转运动使轴28旋转。另外,轴28可联接到负载30上,通过轴28的旋转对负载30提供功率。例如,负载30可为可通过系统10的旋转输出来产生功率的任何适当的装置,诸如发电机。另外,虽然以下论述参照了空气作为氧化剂18,但任何适当的氧化剂都可用于公开的实施例。类似地,燃料20可为任何适当的气态燃料,诸如例如天然气、相关联的石油气、丙烷、生物气、沼气、填埋气、煤矿气。
[0034]本文公开的系统10可适合在固定应用(例如,在产生功率的工业发动机中)或移动应用(例如,汽车或飞机)中使用。发动机12可为两冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机或六冲程发动机。发动机12还可包括任何数量的燃烧室14、活塞24和相关联的汽缸26(例如,1-24个)。例如,在某些实施例中,系统10可包括大型工业往复式发动机12,它具有4、6、8、10、16、24个或更多个在汽缸26中往复的活塞24。在一些这样的情况下,汽缸26和/或活塞20可具有介于大约13.5-34厘米(cm)之间的直径。在一些实施例中,汽缸26和/或活塞24可具有介于大约13.5-34厘米(cm)的直径。在一些实施例中,汽缸26和/或活塞24可具有介于大约10cm-40cm的直径,15 cm-25 cm之间的直径,或者大约15 cm的直径。系统10可产生范围为10 kW至10 MW的功率。在一些实施例中,发动机12可按小于大约1800转每分钟(RPM)运行。在一些实施例中,发动机12可按小于大约2000RPM、1900RPM,1700RPM、1600RPM、1500RPM、1400RPM、1300RPM、1200RPM、1000RPM、900RPM 或 750RPM 运行。在一些实施例中,发动机12可在大约750-2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之间运行。在一些实施例中,发动机12可按大约18001^]\1、15001?^、12001?^、10001?^或9001?^运行。示例性发动机12可包括例如通用电气公司的Jenbacher发动机(例如,Jenbacher类型2、类型3、类型4、类型6或J920 FleXtra)或Waukesha发动机(例如,Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
[0035]驱动式功率产生系统10可包括适合检测发动机“爆震”和/或发动机12的其它运行特性的一个或多个爆震传感器32。爆震传感器32可为构造成感测发动机12引起的振动的任何传感器,诸如由于爆燃、预点燃和/或轻度爆震引起的振动。显示了爆震传感器32通信地联接到控制器(例如,往复式装置控制器)发动机控制单元(ECU)34上。在运行期间,来自爆震传感器32的信号传送到ECU 34,以确定是否存在爆震状况(例如,轻度爆震)或其它行为。然后ECU 34可调节某些发动机12参数,以减轻或避免不合需要的状况。例如,ECU34可调节点燃时刻和/或调节增压压力,以避免爆震。如本文进一步描述的那样,爆震传感器32可另外检测除了爆震之外的其它振动。虽然按照内燃发动机来论述用于分析构件的技术,但相同的技术可应用于其它往复式装置,诸如压缩机。
[0036]更特别地,一个或多个爆震传感器32可用来检测各种信号,以及基于曲柄角度度数、噪声特征或它们的组合来使信号相互关联。例如,不是过滤掉信号中的“噪声”使得信号仅检测爆震,而是可整体地分析爆震传感器32的信号,以确定某些发动机状况。在一个实施例中,可通过使用下面更详细地描述的查找表来分析信号,以确定检测到的噪声是否与某个曲柄角度或时刻相互关联。如果是的话,则可将引起噪声的状况缩小到小组或单个状况。另外或备选地,可执行噪声特征分析,而且检测到的噪声的噪声特征可与查找表结合起来甚至更进一步缩小状况组。
[0037]图2是活塞组件36的实施例的侧面横截面图,活塞组件具有设置在往复发动机12的汽缸26 (例如,发动机汽缸)内的活塞24。汽缸26具有内部环形壁38,其限定圆柱形腔体40(例如,膛孔)。活塞24可由轴向轴线或方向42、径向轴线或方向44和周向轴线或方向46限定。活塞24包括顶部部分48(例如,端环槽脊)。顶部部分48大体阻止燃料20和空气18或燃料-空气混合物在活塞24的往复运动期间从燃烧室14泄漏。
[0038]如显示的那样,活塞24通过连接杆52和销54附连到曲柄轴50上。还显示了曲柄轴50的配重55,它可用来平衡曲柄行程的重量。曲柄轴50将活塞24的往复式线性运动转换成旋转运动。随着活塞24移动,曲柄轴50旋转,以对负载30(在图1中显示)提供功率,如上面论述的那样。如显示的那样,燃烧室14定位在活塞24的端环槽脊48附近。燃料喷射器56对燃烧室14提供燃料20,并且吸气阀58控制对燃烧室14输送的空气18。排气阀58控制来自发动机12的出口的排气。但是,应当理解,可利用用于将燃料20和空气18提供给燃烧室14,以及/或者用于排出排气的任何适当的元件和/或技术,而且在一些实施例中,不使用燃料喷射。在运行中,燃料20在燃烧室14中与空气18燃烧可使活塞24沿轴向方向42在汽缸26的腔体40内以往复方式移动(例如,前后移动)。
[0039]在运行期间,当活塞24处于汽缸26中的最高点时,活塞24处于被称为上死点(TDC)的位置。当活塞24处于汽缸26中的最低点时,活塞24处于被称为下死点(BDC)的位置。随着活塞24从顶部移动到底部或从底部移动到顶部,曲柄轴50旋转半圈。活塞24从顶部到底部或从底部到顶部的各次移动称为冲程,并且发动机12实施例可包括两冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机、六冲程发动机或更多冲程的发动机。
[0040]在发动机12的运行期间,典型地发生包括吸气过程、压缩过程、做功过程和排气过程的序列。吸气过程使得诸如燃料和空气的可燃混合物能够被吸入到汽缸26中,因而吸气阀58打开且排气阀60关闭。压缩过程将可燃混合物压缩到较小空间中,所以吸气阀58和排气阀60两者都关闭。做功过程点燃压缩的燃料-空气混合物,这可包括通过火花塞系统点燃火花,以及/或者通过压缩热进行压缩点燃。由燃烧产生的压力然后将活塞24推到BDC。排气过程典型地使活塞24回到TDC,同时使排气阀60保持打开。因而排气过程通过排气阀60排出使用过的燃料-空气混合物。要注意的是,可对每个汽缸26使用不止一个吸气阀58和排气阀
60 ο
[0041]发动机12还可包括曲柄轴传感器62、一个或多个爆震传感器32和发动机控制单元(EOT )34,E⑶34包括处理器64和存储器66(例如,非暂时性计算机可读介质)。曲柄轴传感器62感测曲柄轴50的位置和/或旋转速度。因此,可获得曲柄角度或曲柄时刻信息。也就是说,当监测内燃发动机时,常常用曲柄轴50角度来表示时刻。例如,四冲程发动机12的完整循环可测量为720°循环。一个或多个爆震传感器32可为压电加速计、微机电系统(MEMS)传感器、霍尔效应传感器、磁力控制传感器,以及/或者设计成感测振动、加速度、声响、声音和/或移动的任何其它传感器。在其它实施例中,传感器32可以不是传统意义上的爆震传感器,而是任何可感测振动、压力、加速度、偏转或移动的传感器。
[0042]由于发动机12的撞击性质,即使在安装在汽缸26的外部时,爆震传感器32也可能能够检测到发电机振动和/或与各种发动机状况有关的某些“特征”。一个或多个爆震传感器32可设置在发动机12上的许多不同位置处。例如,在图2中,显示了一个爆震传感器32在汽缸26的头上。在其它实施例中,可在汽缸26的侧部上使用一个或多个爆震传感器32。另夕卜,在一些实施例中,例如一个或多个相邻汽缸26可共用单个爆震传感器32。在其它实施例中,各个汽缸26可包括在汽缸26的任一侧上或两侧上的一个或多个爆震传感器32。显示了曲柄轴传感器62和爆震传感器32与发动机控制单元(ECU)34处于电子连通。ECU 34包括处理器64和存储器66。存储器66可存储可由处理器64执行的非暂时性代码或计算机指令。E⑶34例如通过调节火花时刻、阀58、60时刻、调节燃料和氧化剂(例如,空气)的输送等,来监测和控制发动机12的运行。
[0043]爆震传感器32用来检测发动机爆震。发动机爆震是燃料在正常燃烧包络之外过早燃烧。在一些情况下,ECU 34可通过调节发动机的运行参数,来试图在发生发动机爆震时减少或避免它们。例如,ECU 34可调节空气/燃料混合、点燃时刻、增压压力等,以致力于减少或避免发动机爆震。但是,爆震传感器还可用来检测发动机中的与发动机爆震无关的其它振动。
[0044]图3是原始发动机噪声标图68的实施例,它是由安装在单个汽缸26上的单个爆震传感器32测得的噪声数据获得的(例如,由ECU 34获得),其中X轴70是时间,而y轴72是原始噪声幅度。在描绘的实施例中,显示了爆震传感器32信号的幅度曲线74。也就是说,原始信号74包括通过爆震传感器32感测到且针对时间绘制的振动数据(例如,噪声、声音数据)的幅度度量。应当理解,这仅仅是样本数据集的标图68,而且不意于限制ECU 34产生的标图。还应当理解,标图68是关于来自安装到一个汽缸26上的一个爆震传感器32的特征。在其它实施例中,可存在来自安装到多个汽缸(例如,匹配的汽缸)上的多个爆震传感器的多个特征。然后可进一步处理原始信号74,如下面更详细地描述的那样,包括通过使用查找表和/或特征分析。
[0045]关于特征分析,如图4中显示的那样,信号可滤波成燃烧特征76和阀特征78。然后可根据特征获得事件,并且通过查找表来检查那些事件的时刻。一旦收集到来自一个或多个爆震传感器32的数据,可对数据应用一个或多个滤波器,以获得燃烧特征76(8卩,由燃烧事件引起的噪声)和阀特征78(S卩,由阀58、60移动引起的噪声)。可通过应用滤波器、快速傅利叶变换(FFT),或者对样本数据应用其它数字信号处理(DSP)技术,来获得燃烧特征76和阀特征78。例如,ECU 34可通过应用1200Hz的低通滤波或从0.5Hz至1200Hz的带通滤波来获得燃烧特征76。可使用从12Hz至18Hz的带通滤波来获得阀特征。图4是在第一完整的进气、压缩和燃烧和排气循环中的燃烧特征76和阀特征78的样本标图82的实施例。X轴84以秒为单位显示时间,但也可显示成曲柄角度。左边的y轴86对应于阀特征78,而右边的y轴88则对应于燃烧特征76 ο各个y轴86、88表示对应的噪声特征76、78的幅度。取决于测量技术和用户偏好,单位可为dB、伏或一些其它单位)。注意,y轴86、88的比例尺可为不同的,因为两个特征76、78的幅度很有可能是不同的。图4示出了可通过例如下面关于图更详细地描述的过程而经受数据处理的数据。图4的数据可包括一旦ECU 34使用数字信号处理(DSP)技术,根据获得数据燃烧特征76和阀特征78,就通过爆震传感器32和曲柄角度传感器62传输的数据。此外,为了清楚,图4中仅显示了单个燃烧特征和单个阀特征。但应当理解的是,可对安装到不止一个汽缸上的不止一个爆震传感器32执行相同或相似的处理。
[0046]燃烧特征76包括重大燃烧事件,诸如被测量的汽缸26和匹配汽缸80(S卩,发动机中的与被测量的汽缸26异相360度的汽缸)的峰值燃烧压力(PEP)。阀特征78包括吸气阀58和排气阀60的关闭。一些燃烧事件,诸如PFP (被测量的汽缸26和匹配的汽缸80的PFP ),可在燃烧特征76和阀特征78中出现。图4略微显示不止一个完整的燃烧循环,或者在曲柄轴50处的720度旋转(两个满转)ο各个循环包括进气、压缩、燃烧和排气。
[0047]在一个示例中,可处理特征76、78和/或原始信号74,以确定是否存在任何异常状况。在一个实施例中,可比较特征76、78,和/或原始信号74与基准,而且使用该比较来确定存在足够的差异,使出现影响发动机性能的状况。特征76、78,和/或原始信号74和基准之间的比较包括曲柄角度或时刻比较。也就是说,特征76、78和/或原始信号74和基准之间的差可由基于特征76、78和/或原始信号74在发动机燃烧循环中被捕捉的时间的比较来确定,该时间可与曲柄50的位置或曲柄角度相互关联。可通过观察发动机12在多个燃烧循环的过程中的正常运行来获得基准。
[0048]在另一个实施例中,可用其它技术来确定存在某种异常状况,诸如润滑剂分析、排放分析、磨损碎肩检测等。不管用来确定正在发生某种异常的技术(包括比较特征76、78和/或原始信号74与基准)如何,本文描述的技术可另外或备选地协助确定可涉及哪个构件或哪些构件。更特别地,本文描述的技术可应用查找表来确定当前状况中所涉及的发动机12的构件。
[0049]在一个实施例中,发动机12的十二汽缸实施例的查找表可包括第一爆震传感器窗口“打开”,后面是一个或多个位置列。位置列可包括凸轮位置(度)、曲柄位置(度),#1右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数)、离最高点的#1右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#6左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#6左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#5右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#5右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#2左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#2左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#3右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#3右汽缸配重位置角度,其中最高点=O度,#4左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),以及离最高点的#4左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度。
[0050]爆震传感器窗口“打开”列可表示特定传感器32更适合基于一个或多个位置列获得发动机12状况所处的时间窗口(例如,时间范围)或曲柄角度窗口(例如,角度范围)。例如,设置在#1右汽缸26中的爆震传感器32在当凸轮轴位置(例如,曲柄位置(度)列)介于O度和15度之间时的窗口或范围中可为更合适的。同样,其余列曲柄位置(度)、#1右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数)、离最高点的#1右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#6左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#6左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#5右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#5右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#2左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#2左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#3右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#3右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#4左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),以及离最高点的#4左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度可包括与下者有关的数据:特定爆震传感器32(例如,#1右、#1左、#2右、#2左、#3右、#3左、#4右、#4左、#5右、#5左、#6右、#6左)在某些位置处何时更有效。
[0051]可创建查找表,例如以使通过爆震传感器32接收到的噪声和对应的位置列与一个或多个发动机12状况相互关联,诸如影响下者的状况:汽缸26头构件(例如,汽缸头和垫圈)、汽缸26座构件(例如,汽缸座、汽缸衬套),阀58、60系构件(例如,阀、阀座、阀杆)、凸轮轴50和驱动构件(例如,凸轮轴、凸轮凸瓣、正时皮带/链条、张紧器)、活塞24构件(例如,活塞、活塞环、连接杆)、曲柄轴50组件构件(S卩,曲柄轴、发动机轴承、飞轮)、齿轮系构件(例如,齿轮箱、齿轮、输出轴)等等。在一个实施例中,曲柄轴传感器62可通过例如另外提供曲柄轴50位置数据(例如,曲柄位置(度)列)来协助相互关联。通过相互关联特定爆震传感器32中的哪个(例如,#1右、#1左、#2右、#2左、#3右、#3左、#4右、#4左、#5右、#5左、#6右和/或#6左爆震传感器32,其中编号和位置对应于例如发动机12的12汽缸实施例的汽缸32编号和位置),以及爆震传感器32何时检测到不正常或意料的噪声,本文描述的技术可提供关于哪个构件很可能正在引起意外噪声的估计。在一个实施例中,可使用不止一个查找表,各个表使噪声与特定构件、特定一组构件、特定发动机状况、特定一组发动机状况或它们的组合相互关联。在另一个实施例中,与位置列和爆震传感器窗口 “打开”列相互关联的一组发动机12状况可存储为查找表中的额外状况列。因此,本文描述的技术可使得能够通过例如现有爆震传感器32来实时地检测发动机12状况,这可产生前摄性发动机维护和修理过程。
[0052]图5是描绘适合通过爆震传感器32和查找表来分析振动数据的过程150的流程图。过程150可实现为计算机代码或指令,可通过处理器64执行计算机代码或指令,而且它们可存储在存储器66中。在描绘的实施例中,过程150可创建(方框152)—个或多个查找表154。如上面提到的那样,可创建查找表154,以使通过爆震传感器32接收到的噪声和对应的位置列与一个或多个发动机12状况相互关联,诸如影响下者的状况:汽缸26头构件(例如,汽缸头和垫圈)、汽缸26座构件(例如,汽缸座、汽缸衬套)、阀58、60系构件(例如,阀、阀座、阀杆)、凸轮轴50和驱动构件(例如,凸轮轴、凸轮凸瓣、时刻皮带/链条、张紧器)、活塞24构件(例如,活塞、活塞环、连接杆)、曲柄轴50组件构件(S卩,曲柄轴、发动机轴承、飞轮)、齿轮系构件(例如,齿轮箱、齿轮、输出轴)等等。
[0053]在十二汽缸发动机12的一个实施例中,查找表154可包括爆震传感器窗口“打开”列,后面是一个或多个位置列。位置列可包括:凸轮位置(度)、曲柄位置(度)、#1右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数)、离最高点的#1右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#6左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#6左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#5右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#5右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#2左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#2左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#3右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#3右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#4左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),以及离最高点的#4左汽缸配重位置角度,其中最高点=O。
[0054]各行查找表154可包括爆震传感器窗口“打开”列中的特定爆震传感器32(例如,#1右、#1左、#2右、#2左、#3右、#3左、#4右、#4左、#5右、#5左、#6右和/或#6左传感器32)和该位置列的对应的位置值。在一个实施例中,可将试验台发动机12用仪器配置成且用来创建查找表154。例如,可捕捉和分析与上面列出的一个或多个发动机12状况有关的噪声,并且查找表154的列与噪声相关联。在使用中,爆震传感器32可感测(方框156)发动机12运行期间的发动机噪声。可通过例如使用上面描述的基准和/或特征技术或其它技术,来发现某些噪声,诸如不正常噪声。然后可通过应用(方框158)查找表154来使噪声相互关联。例如,可使用检测噪声和/或来自曲柄轴传感器62的信号的相关爆震传感器32,来获得表154的位置列的值。基于检测到的噪声和/或某些构件的位置(例如,通过使用查找表154的位置列而获得),可获得某些发动机状况(方框160)。
[0055]例如,基于凸轮位置(度)、曲柄位置(度)、#1右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数)、离最高点的#1右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#6左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#6左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#5右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#5右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#2左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#2左汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#3右汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),离最高点的#3右汽缸配重位置角度,其中最高点=0度,#4左汽缸活塞位置(离TDC的英寸数),以及/或者离最高点的#4左汽缸配重位置角度,其中最高点=0,可行的是较轻易地缩小(或完全获得)(方框160)由爆震传感器32捕捉到的噪声是由于某些发动机状况或发动机状况子集而引起的。
[0056]然后过程150可传送(方框162)获得的发动机12状况。例如,过程150可在通信地联接到E⑶34上的显示器中显示一个或多个发动机12状况,设定错误代码(例如,控制器区域网络[CAN]代码、机载诊断II[0BD-1I]代码),设定警报或警告等等。通过用查找表154相互关联噪声,本文描述的技术可加强发动机运行和维护过程。
[0057]本发明的技术效果包括通过某些传感器(诸如爆震传感器)检测发动机振动。可创建某些查找表,其适合使一个或多个爆震传感器“窗口”与某些发动机构件的一个或多个位置相关联。通过一个或多个查找表和/或曲柄轴传感器数据来使振动相互关联,而且可检测某些发动机状况。
[0058]本书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素,则它们意于处在权利要求的范围之内。
【主权项】
1.一种方法,包括: 接收通过爆震传感器传输的表示发动机振动的信号,其中,所述爆震传感器设置在发动机中; 获得在所述发动机的运行期间的发动机状况; 通过查找表使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述查找表包括至少第一列和第二列,其中,所述第一列表示爆震传感器时间窗口,而所述第二列则表示所述发动机的构件的位置范围;以及 传送所述发动机状况。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第二位置。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述爆震传感器时间窗口包括在发动机运行期间,在通过所述爆震传感器传输作为所述信号的所述发动机振动表示所述发动机状况时的时间范围。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获得所述发动机状况包括对所述信号应用特征分析。6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获得所述发动机状况包括对所述信号应用基准分析。7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述查找表包括第三列,以及其中,所述第三列表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,使所述发动机状况与所述信号相互关联包括通过查询所述查找表来核实所述构件在发动机运行期间处于第一位置,以及核实所述第二构件在发动机运行期间处于第二位置。9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括通过所述查找表和第二查找表来使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述第二查找表至少包括第三列和第四列,其中,所述第三列表示第二爆震传感器时间窗口,而所述第三列则表示所述发动机的第二构件的第二位置范围。10.—种系统,包括: 发动机控制系统,其包括处理器,所述处理器构造成: 接收通过爆震传感器传输的、表示发动机振动的信号,其中,所述爆震传感器设置在发动机中; 获得在所述发动机的运行期间的发动机状况; 通过查找表使所述发动机状况与所述信号相互关联,其中,所述查找表包括至少第一列和第二列,其中,所述第一列表示爆震传感器时间窗口,而所述第二列则表示所述发动机的构件的位置范围;以及 传送所述发动机状况。
【文档编号】F02B77/08GK106065814SQ201610253130
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610253130.5, CN 106065814 A, CN 106065814A, CN 201610253130, CN-A-106065814, CN106065814 A, CN106065814A, CN201610253130, CN201610253130.5
【发明人】J.J.比祖布
【申请人】通用电气公司
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