使用热扫描数据对具有沉积物的活塞进行分级的制作方法

本发明总体上涉及一种活塞，并且旨在使用热扫描数据对具有沉积物的活塞进行分级。

背景技术：

采用烃燃料的系统可在活塞表面上累积沉积物。用于评定发动机的常用方法之一涉及检查已经在运行的发动机中经受许多小时的运行的测试活塞。可以部分地通过视觉评估已经沉积在活塞表面上和活塞环槽中的材料的量来评价发动机设计。目前，该评价程序是手动进行的，使用人类视觉评估对沉积物颜色和覆盖度进行分类。

授予roe等人的美国专利第9,957,887号描述了一种包括活塞、存储器和电控模块的机器。该电控模块被配置为用于确定该活塞的碗状轮缘的温度。该电控模块进一步被配置为用于基于该碗状轮缘的温度来计算该活塞的油道的温度。该电控模块进一步被配置为用于基于该油道的温度来确定该活塞的积碳增长率。该电控模块进一步被配置为用于确定当前时间与计算先前积碳增长的时间之间的时间量。该电控模块进一步被配置为用于计算该活塞上的当前积碳增长并且基于该当前积碳增长采取补救措施。基于以下计算当前积碳增长：活塞上的先前积碳增长、当前时间与计算先前积碳增长的时间之间的时间量，以及积碳增长率。

本发明涉及本领域中的改进。

技术实现要素：

本文公开了一种在外表面上具有沉积物的机加工部件的分级系统和方法。在实施例中，分级活塞的方法包括升高活塞的温度。该方法进一步包括对该活塞的外表面以及其上的任何沉积物执行热扫描。该方法进一步包括从该热扫描生成热扫描数据，该热扫描数据表示该活塞的外表面上的多个位置处的温度。该方法进一步包括通过识别相对于该活塞的外表面的温度的温度差来从该活塞的外表面上的多个位置处的温度识别沉积物位置。该方法进一步包括从该沉积物位置以及相对于该活塞外表面温度的温度差大小生成沉积物特性。该方法进一步包括根据沉积物特性对活塞分级。

附图说明

图1是具有沉积物的示例性活塞的示意图；

图2是计算机系统的功能框图；并且

图3是用于将具有沉积物的活塞分级的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种实施例的描述，而并非旨在表示可以实践本发明的仅有的实施例。为了提供对实施例的透彻理解，详细描述包括具体细节。在一些情况下，为了描述的简洁，以简化的形式示出了公知的结构和部件。

图1是具有沉积物的示例性活塞的示意图。图1包括具有在内燃机内使用一段时间之后的活塞体12的活塞10。活塞体12包括活塞燃烧表面16(上表面)和活塞裙部18(下部)并限定纵向轴线14。垂直于轴线14延伸的腕销孔20形成在裙部18中，并配置为接收用于以传统方式将活塞体12与活塞杆联接的腕销。燃烧碗22形成在活塞10中，并由轴14的圆周上的环形轮缘24围绕。在其他实施例中，活塞10可以具有其他配置，例如具有平坦的顶部或圆顶部分而不是燃烧碗22和环形轮缘24。包括第一凹槽27(有时称为顶部活塞凹槽)、第二凹槽29和第三凹槽31的多个活塞环凹槽形成在活塞体12的外表面28中，并且还围绕纵向轴线14周向延伸。外表面28可以包括第一槽脊25(有时称为顶部槽脊)、第二槽脊26、第三槽脊33和第四槽脊34。第一槽脊25、第二槽脊26、第三槽脊33和第四槽脊34可以沿着纵向轴线14彼此轴向间隔开并且可以由多个活塞环槽隔开。

第一槽脊25可以定位成邻近燃烧表面16。在一个实施例中，第一槽脊25可以被布置成比第二槽脊26更靠近燃烧表面16。第三槽脊33可以定位在第二槽脊26与第四槽脊34之间。第四槽脊34可以定位成离燃烧表面16最远。第一凹槽27可以定位在第一槽脊25与第二槽脊26之间。第一凹槽27可以被布置成比第二凹槽29和第三凹槽31更靠近第一槽脊25。第三凹槽31可以定位在第三槽脊33与第四槽脊34之间。第三凹槽31可以定位成比第一凹槽27和第二凹槽29更远离燃烧表面16。该活塞本体12可以由一种基础材料34(例如在最初制造该活塞中使用的钢或铝)形成。

在内燃机内运行一段时间之后，活塞10可获得沉积物32。沉积物32可位于活塞10的外表面28和燃烧表面16上。沉积物32可以包括例如碳的累积。在一些情况下，沉积物32可以是在活塞体12上的外来物质的沉积物，或另一个特征。

图2是计算机系统200的功能框图。在某些实施例中，计算机系统200(有时称为活塞分级系统)与热扫描仪250(有时称为热照相机)通信。在其他示例中，热扫描仪250可以包括诸如计算机系统200的计算机。热扫描仪250可以是捕获温度信息的热扫描仪。热扫描仪250可以是fluketi45相机。计算机系统200可以具有经由连接到输入/输出(i/o)电路212的链路222可操作地连接到数据库214的控制器204。应当注意，虽然未示出，但是可以以已知的方式将附加数据库214链接到控制器204。此外，这些数据库214可以在计算机系统200外部。

控制器204可包括程序存储器206、处理器208(可称为微控制器或微处理器)、随机存取存储器(ram)210和输入/输出(i/o)电路212，所有这些通过地址/数据总线221互连。应当理解，尽管仅示出了一个微处理器208，但是控制器204可以包括多个微处理器208。类似地，控制器204的存储器可以包括多个ram210和多个程序存储器206。尽管i/o电路212被示出为单个块，但是应当理解，i/o电路212可以包括多个不同类型的i/o电路。ram210和程序存储器206可以被实现为例如半导体存储器、磁可读存储器、非易失性存储器和/或光可读存储器。

程序存储器206和ram210可以是其上存储有计算机可执行代码(例如，所公开的软件或子例程)和/或数据的非暂时性计算机可读介质。程序存储器206和/或ram210可以存储用于由微处理器208执行的各种应用(即，机器可读指令)。例如，操作系统230通常可控制计算机系统200的操作并提供计算环境以实现本文所述的过程。程序存储器206和/或ram210还可以存储用于访问计算机系统200的特定功能的各种软件232。除了控制器204之外，计算机系统200可以包括其它硬件资源。计算机系统200还可包括各种类型的输入/输出硬件，诸如视觉显示器226和输入设备228(例如，小键盘、键盘、鼠标等)。在一个实施例中，显示器226可以是触敏的，并且可以与作为软件232的一部分的软键盘例程协作以接受用户输入。软件232可实现其它功能，例如实现软件键盘功能，与计算机系统200中的其它硬件接口等。

显示器226可以通过图形用户界面显示用户输入字段。图形用户界面的输入字段可接受与沉积物尺寸相关的信息和通过与输入装置228交互的用户输入的其它信息。

软件232可以包括用于执行在此描述的任何操作的代码。程序存储器206和/或ram210还可以存储与计算机系统200的配置和/或操作有关和/或与软件232的操作有关的数据。

工业实用性

在产品评价和产品开发期间，例如在新设计的机械的过程中，可以将新的活塞10安装到机械中并且运行指定量的测试时间以评估沉积物累积。在其他示例中，沉积物堆积被评价以评价各种操作特性、发动机设置、燃料速率、燃料模式和操作机械的其他特性。在一些示例中，沉积物32包括碳。

在已经达到测试时间之后，可以将脏活塞从机械移除并且评估沉积物累积以确定机械操作特性是否是可接受的或不可接受的。

具有沉积物的活塞通常根据工业标准如美国测试和材料协会(astm)标准(americansocietyfortestingandmaterials(astm)standards)进行视觉评估。任何视觉评估都会倾向于低准确度和低精确度，并受到个人的偏见。例如，视觉评估的差异可以从同一观看者的一天到一天以及从一个人到另一个人而变化。另外，视觉评估与质量、体积等科学量没有内在关系。这种对科学量的断开导致活塞沉积物问题的模拟变得困难。

一种基于可量化数据对活塞进行分级的方法可以减少每个活塞10的分级时间、降低成本，并且提高被认为是可接受的和被认为是不可接受的活塞10的一致性。在一些示例中，该方法是自动的并且可以提供额外的成本节省。通过使用在此公开的方法，可以捕获沉积物特性而不需要将活塞切成两半以利用仅提供二维测量的测量设备。

图3是用于分级具有沉积物的活塞的方法的流程图。该方法在框310处开始并且可以包括升高活塞10的外表面28的温度。在其他示例中，该方法可以包括冷却活塞10的外表面28。在一个示例中，活塞10可以用加热元件如热枪加热。在一个实施例中，热量被施加到燃烧表面16。可以向活塞10施加热量，直到在活塞10的外表面28处达到所希望的温度。

在框320处，可以使用热扫描仪250对活塞10的外表面28以及其上的任何沉积物执行热扫描。活塞10可以处于脏的或使用过的状态。在其他实施例中，活塞10可以表示不同的发动机部件或机加工部件，并且可以以与活塞10类似的方式进行扫描和分级。热扫描可以由热扫描仪250执行，热扫描仪250可以包括计算机系统200。该扫描过程可以在活塞10的外表面28上的多个位置处测量温度。在一个实施例中，热扫描数据由计算机系统200的热扫描生成，并且可以表示在限定位置处的活塞10的外表面28上测量的温度。在一个示例中，在网格中定向的位置处测量温度。热扫描仪250可以将与活塞10相关的温度测量值传输到计算机系统200。换言之，计算机系统200接收活塞10的热扫描。在示例中，可以执行多次扫描，并且可以以不同的角度和旋转进行扫描。

在一个实施例中，在框330处，可以从活塞10的热扫描生成热图像。计算机系统200可以根据从热扫描仪250发送的热扫描信息(例如温度测量值)来生成热图像。在一个实施例中，计算机系统200的软件可以根据从热扫描仪250发送的热扫描信息生成热图像。在其它实施例中，热扫描仪250生成热图像。活塞10的外表面28的热图像可以具有视觉温度梯度。该温度梯度可以是具有相关联的温度测量值的颜色范围。换言之，温度梯度可以在视觉上表示外表面28上的不同位置处的温度的比较差异。在一个实施例中，温度梯度可以限于大约5华氏度的温度窗口。在其他示例中，温度梯度可以限于2华氏度或3华氏度的温度窗口。在另一个示例中，温度梯度可以限于小于2华氏度的温度窗口。在一些实施例中，不执行该块。

在框340处，通过识别相对于活塞10的外表面28的温度的温度差，可以从活塞10的外表面28上的多个位置处的温度识别沉积物位置32。例如，当活塞10升温并且温度升高时，活塞10的外表面28的温度可以比沉积物32升高得更多。热图像可以基于由热扫描仪250记录的温度差来显示这些相对较冷的位置。

在一个示例中，可以通过识别相对于活塞10的外表面28的温度的温度差来从热图像中识别沉积物32的位置。

在框350处，可以从沉积物位置和相对于活塞10的外表面28温度的温度差大小生成沉积物特性。沉积物特性可包括沉积物的组成、密度、几何形状、厚度和其它特性。在一个实例中，温度差的大小可以指示沉积物的密度或组成。如果沉积物的密度和/或组成基本均匀，则温度差大小可与沉积物的厚度有关。

在框360处，可以基于例如沉积物特性和沉积物特性阈值将活塞10分级为可接受或不可接受。分级可由计算机系统200执行。沉积物特性阈值可以设定为特定值。如果测量数据超过阈值，则可以将活塞10分级为不可接受。如果测量数据小于阈值，则可以将活塞10分级为可接受的。如果活塞10分级为可接受的，则可进行机械产品的开发而不需要调节以减少沉积物32的形成。在一个示例中，分级可以具有多个等级，例如机械分级为不需要重新设计、需要轻等重新设计、需要中等重新设计、需要重等重新设计，并且不可接受。

在一个示例中，对于诸如几何形状、密度和厚度的沉积物特性，每个沉积物32可以被分配一个等级。在一个示例中，沉积物32的位置可以生成等级。例如，第二槽脊26上的沉积物32可以获得比第一槽脊25上的沉积物32最差的等级。可以记录每个沉积物等级，并且可以相对于累积等级向活塞10分配累积等级。基于累积等级和/或各个沉积物等级，可以将活塞10分类为可接受或不可接受。

提供所揭示实施例的以上描述是为了使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易了解对这些实施例的各种修改，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所描述的一般原理应用于其它实施例。因此，应当理解，这里给出的描述和附图代表了本发明目前优选的实施例，并因此代表了本发明所广泛考虑的主题。还应当理解，本发明的范围完全涵盖对于本领域技术人员而言可能变得显而易见的其它实施例。