使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制技術(shù)的檢測(cè)往復(fù)裝置異常的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明題為使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制技術(shù)的檢測(cè)往復(fù)裝置異常的系統(tǒng)和方法。一種系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器被配置成接收由耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器采集的信號(hào)、采樣所述接收的信號(hào)、分析所述采樣的信號(hào)，并且利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于被分析的信號(hào)對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
【專利說明】
使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制技術(shù)的檢測(cè)往復(fù)裝置異常的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文中公開的主題涉及爆震傳感器，且更具體地，涉及利用安裝在大型、多缸往復(fù)裝置(例如，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)，等)的爆震傳感器與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制技術(shù)以檢測(cè)往復(fù)裝置的異常。
【背景技術(shù)】
[0002]燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)典型地燃燒含碳燃料，例如天然氣、汽油、柴油等等，且使用相應(yīng)的高溫高壓氣體的膨脹以將力施加至發(fā)動(dòng)機(jī)某些組件(例如，汽缸中安裝的活塞)來使組件移動(dòng)超過一定距離。每個(gè)汽缸可能包括一個(gè)或多個(gè)閥門，它們的打開和閉合與含碳燃料的燃燒有關(guān)。例如，進(jìn)氣閥可引導(dǎo)氧化劑例如空氣進(jìn)入汽缸，其然后與燃料混合且燃燒。燃燒流體，例如，熱氣，可能隨后被引導(dǎo)經(jīng)由排氣閥排出汽缸。因此，含碳燃料被轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。例如，負(fù)載可以是產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。在使用期間，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)可經(jīng)歷多種噪聲、機(jī)械故障、或可能難于檢測(cè)和/或預(yù)測(cè)的條件變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下面概述與原始請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的范圍相對(duì)應(yīng)的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例并不意在限定請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明的范圍，而相反，這些實(shí)施例僅意在提供本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要總結(jié)。事實(shí)上，本發(fā)明可以包含可能類似于或不同于下面闡明的實(shí)施例的多種形式。
[0004]依照第一實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括控制器，其被配置成接收由通過耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器所采集的信號(hào)，采樣接收的信號(hào)，分析該采樣的信號(hào)，并且利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于被分析的信號(hào)對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
[0005]根據(jù)第二實(shí)施例，系統(tǒng)包括用于對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷的方法。該方法包括利用通信耦合到往復(fù)裝置的控制器用于接收來自耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器的信號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行采樣，分析采樣的信號(hào)，以及使用SQC技術(shù)基于分析的信號(hào)對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
[0006]根據(jù)第三實(shí)施例，系統(tǒng)包括用于對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷的方法。該方法包括使用通信耦合到往復(fù)裝置的控制器用于對(duì)從耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器上接收的信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的信號(hào)應(yīng)用時(shí)間濾波器以生成時(shí)間濾波的信號(hào)，并且對(duì)該時(shí)間濾波的信號(hào)應(yīng)用快速傅里葉(Fourier)變換以生成傅里葉變換信號(hào)。該方法還包括利用該控制器用于從傅里葉變換的信號(hào)中生成功率譜密度，且利用SQC技術(shù)基于功率譜密度對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
[0007]提供了以下技術(shù)方案:
[0008]技術(shù)方案1:一種系統(tǒng)，包括:
[0009]控制器，被配置成接收通過耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器所采集的信號(hào)，采樣所述接收的信號(hào)，分析所述采樣的信號(hào)，且使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于所述被分析的信號(hào)對(duì)所述往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
[0010]技術(shù)方案2:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中SQC技術(shù)包括SQC圖表統(tǒng)計(jì)。
[0011]技術(shù)方案3:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成通過時(shí)間濾波所述采樣的信號(hào)以生成時(shí)間濾波的信號(hào)來分析所述采樣的信號(hào)。
[0012]技術(shù)方案4:如技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成通過利用窗口函數(shù)來時(shí)間濾波所述采樣的信號(hào)。
[0013]技術(shù)方案5:如技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成對(duì)所述時(shí)間濾波的信號(hào)應(yīng)用快速傅里葉變換以產(chǎn)生傅里葉變換的信號(hào)。
[0014]技術(shù)方案6:如技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成由所述傅里葉變換的信號(hào)生成具有多個(gè)譜區(qū)段的功率譜密度。
[0015]技術(shù)方案7:如技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成在多個(gè)周期上平均所述多個(gè)譜區(qū)段中的每個(gè)譜區(qū)段以生成每個(gè)譜區(qū)段相應(yīng)的基準(zhǔn)線。
[0016]技術(shù)方案8:如技術(shù)方案7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成為每個(gè)譜區(qū)段設(shè)置相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線的2σ (s igma)和3σ (s igma)閾值水平。
[0017]技術(shù)方案9:如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成將來自多個(gè)譜區(qū)段的與已知的往復(fù)裝置或往復(fù)裝置故障相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段與它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線以及相關(guān)聯(lián)的2σ( sigma)和3σ( sigma)閾值水平比較。
[0018]技術(shù)方案10:如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成如果所述一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段偏離了它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少2o(Sigma)的閾值水平則提供指示。
[0019]技術(shù)方案11:如技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成如果一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段偏離它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少3o(Sigma)閾值水平，則輸出相對(duì)于所述往復(fù)裝置的控制動(dòng)作。
[0020]技術(shù)方案12:—種用于對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷的方法，包括:
[0021]使用通信耦合到所述往復(fù)裝置的控制器用于:接收來自耦合到所述往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震感傳感器的信號(hào)；
[0022]采樣所述接收的信號(hào)；
[0023]分析所述采樣信號(hào)；以及
[0024]利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于分析的信號(hào)對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
[0025]技術(shù)方案13:如技術(shù)方案12所述的方法，其中分析所述采樣的信號(hào)包括時(shí)間濾波所述采樣信號(hào)以生成時(shí)間濾波的信號(hào)。
[0026]技術(shù)方案14:如技術(shù)方案13所述的方法，其中時(shí)間濾波所述采樣的信號(hào)包括對(duì)采樣的信號(hào)應(yīng)用窗口函數(shù)。
[0027]技術(shù)方案15:如技術(shù)方案13所述的方法，其中分析所述采樣的信號(hào)包括對(duì)所述時(shí)間濾波的信號(hào)應(yīng)用快速傅里葉變換以生成傅里葉變換的信號(hào)。
[0028]技術(shù)方案16:如技術(shù)方案15所述的方法，其中分析所述采樣的信號(hào)包括從所述傅里葉變換的信號(hào)中生成具有多個(gè)譜區(qū)段的功率譜密度。
[0029]技術(shù)方案17:如技術(shù)方案16所述的方法，包括在多個(gè)周期上平均所述多個(gè)譜區(qū)段中的每個(gè)譜區(qū)段以生成每個(gè)譜區(qū)段的相應(yīng)的基準(zhǔn)線，且為每個(gè)譜區(qū)段設(shè)置相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線的2σ (s igma)和3σ (s igma)閾值水平。
[0030]技術(shù)方案18:如技術(shù)方案17所述的方法，包括將來自多個(gè)譜區(qū)段的與已知的往復(fù)裝置或往復(fù)裝置故障相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段與它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線以及相關(guān)聯(lián)的2σ(s igma)和3σ( s igma)閾值水平比較。
[0031]技術(shù)方案19:如技術(shù)方案18所述的方法，包括如果所述一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段偏離了它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少2o(Sigma)閾值水平，則提供指示，并且如果所述一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段偏離它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少3o(Sigma)閾值水平，則輸出相對(duì)于所述往復(fù)裝置的控制動(dòng)作。
[0032]技術(shù)方案20:—種用于對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷的方法，包括:
[0033]利用通信耦合到所述往復(fù)裝置的控制器用于:
[0034]對(duì)從耦合到所述往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器上接收的信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0035]對(duì)所述采樣的信號(hào)應(yīng)用時(shí)間濾波器以生成時(shí)間濾波的信號(hào)；
[0036]對(duì)所述時(shí)間濾波的信號(hào)應(yīng)用快速傅里葉變換以生成傅里葉變換的信號(hào)；
[0037]從所述傅里葉變換信號(hào)中生成功率譜密度；以及
[0038]使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于所述功率譜密度對(duì)往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。
【附圖說明】
[0039]當(dāng)參考附圖來閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征，方面，以及優(yōu)勢(shì)將被更好的理解，其中整個(gè)附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的部分，其中:
[0040]圖1是根據(jù)本公開的方面的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)的一部分的實(shí)施例的框圖；
[0041]圖2是根據(jù)本公開的方面的圖1中所示出的往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中的活塞組合件的實(shí)施例的側(cè)面橫斷面視圖；
[0042]圖3是說明根據(jù)本公開的方面的監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康的過程的實(shí)施例的流程圖；
[0043]圖4是說明利用快速傅里葉變換(FFT)和功率譜密度(PSD)來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康的過程的實(shí)施例的流程圖；
[0044]圖5是說明利用FFT，PSD，和不同σ(sigma)閾值水平來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康的過程的實(shí)施例的流程圖；
[0045]圖6是根據(jù)本公開的方面的SQC圖表(例如，q_q繪圖)的實(shí)施例；以及
[0046]圖7是根據(jù)本公開的方面的SQC圖表(例如，1-圖表)和相關(guān)聯(lián)的圖解特征的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要描述，可能沒有在說明書中描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在開發(fā)任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，如在任何工程學(xué)或設(shè)計(jì)方案中，為了完成開發(fā)者的特定目標(biāo)必須作出許多特定實(shí)現(xiàn)決策，例如遵從與系統(tǒng)相關(guān)以及與商業(yè)相關(guān)的約束，從一個(gè)實(shí)現(xiàn)到另一實(shí)現(xiàn)，這些約束都可能改變。此外，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這樣的開發(fā)上的努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但在對(duì)具有本公開的好處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，仍然是承擔(dān)設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)的例行任務(wù)。
[0048]當(dāng)介紹本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”、“所述”意在表示存在有元件中的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語“包含”、“包括”以及“具有”意在是包含性的并且表示可以存在有多于所列的元件的附加的元件。
[0049]在使用期間，由于機(jī)械故障或可能難以檢測(cè)(例如位置)和/或預(yù)測(cè)的狀況變化，所以內(nèi)燃機(jī)(或其它往復(fù)裝置或機(jī)器，例如壓縮機(jī))可能經(jīng)受各種噪聲?？梢岳帽饌鞲衅鱽肀O(jiān)測(cè)內(nèi)燃機(jī)。爆震傳感器系統(tǒng)時(shí)不時(shí)地記錄噪聲(例如異常噪聲或不期望的噪聲)?？梢杂欣氖牵恢北O(jiān)測(cè)這些噪聲以識(shí)別任何潛在的故障(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)故障)或異常條件，而不是忽略和丟棄未識(shí)別的噪聲。這些故障或條件可能包括正常的磨損維護(hù)項(xiàng)目和/或異常的組件故障。還可以有利的是，利用SQC技術(shù)(例如SQC圖標(biāo)技術(shù))用于診斷和提前預(yù)診斷(例如，以監(jiān)控非高斯(non-Gaussian)行為)。通過監(jiān)測(cè)在確定的通過爆震傳感器系統(tǒng)檢測(cè)的某些噪聲的趨勢(shì)，潛在的故障的發(fā)生可能被更早的檢測(cè)且修正動(dòng)作將被作出以減少任何潛在的由任何發(fā)動(dòng)機(jī)失效、故障、和/或不期望的條件變化引起的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)附帶損害。如在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，系統(tǒng)和方法可被提供用于用利用SQC技術(shù)的爆震傳感器監(jiān)測(cè)和分析燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(或其他往復(fù)裝置)內(nèi)的異常噪聲。
[0050]轉(zhuǎn)向附圖，圖1說明了關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)8的一部分的實(shí)施例的框圖；如下文中詳細(xì)描述的，系統(tǒng)8包括發(fā)動(dòng)機(jī)10(例如，往復(fù)內(nèi)燃機(jī))，其具有一個(gè)或多個(gè)燃燒室12(例如，1，2，3，4，5，6，7，8，10，12，14，16，18，20，或更多的燃燒室12)?？諝夤?yīng)14被配置為提供加壓的氧化劑16，例如，空氣，氧氣，富氧空氣，貧氧空氣，或其任何組合到每個(gè)燃燒室12中。燃燒室12也被配置為從燃料供應(yīng)19接收燃料18 (例如，液體的和/或氣體的燃料)，以及在每個(gè)燃燒室12中燃料-空氣混合物點(diǎn)燃且燃燒。熱加壓燃燒氣體使得相鄰于每個(gè)燃燒室12的活塞20在汽缸26中線性的移動(dòng)且轉(zhuǎn)化氣體施加的壓力為旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其使得軸22旋轉(zhuǎn)。此外，軸22可能耦合到負(fù)載24上，其以軸22的旋轉(zhuǎn)為動(dòng)力。例如，負(fù)載24可能是任何合適的裝置，其可能通過系統(tǒng)10，例如發(fā)電機(jī)，的旋轉(zhuǎn)輸出生成功率。此外，盡管隨后的討論將空氣視為氧化劑16，任何合適的氧化劑都可以與公開的實(shí)施例一起使用。類似地，燃料18可能是任何合適的氣體燃料，諸如例如天然氣，石油伴生氣，丙烷，生物質(zhì)氣體，沼氣，垃圾氣，煤礦氣。
[0051]本文中公開的系統(tǒng)8可能適用于在固定應(yīng)用(例如，工業(yè)發(fā)電發(fā)動(dòng)機(jī))上的使用，或在移動(dòng)應(yīng)用(例如，汽車或飛機(jī))上的使用。發(fā)動(dòng)機(jī)10可能是兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，三沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，五沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或六沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10還可包括任何數(shù)量的燃燒室12，活塞20，和相關(guān)聯(lián)的汽缸(例如，1-24)。例如，在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)8可能包括大型的工業(yè)往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有在汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的4，6，8，10，16，24或更多的活塞20。在一些這樣的情況下，汽缸和/或活塞20可能具有在大約13.5-34厘米(cm)之間的直徑。在一些實(shí)施例中，汽缸和/或活塞20可能具有在大約10-40cm，15-25cm之間，或大約15cm的直徑。系統(tǒng)10可能生成從1kW到1MW的范圍內(nèi)的功率。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可能以至少大約1800轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以以少于大約2000RPM，1900RPM，1700RPM，1600RPM，1500RPM，1400RPM，1300RPM，1200RPM，1000RPM，900RPM，或750RPM運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以運(yùn)行在大約750-2000RPM，900-1800RPM，或1000-1600RPM之間。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī) 10 可以以大約 1800RPM，1500RPM，1200RPM，1000RPM，S900RP]\titS。*范的發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括例如通用公司(General Electric Company)的Jenbacher發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，Jenbacher2型，3型，4型，6型或J920F1 eXtra)或Waukesha發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，Waukesha VGF，VHP，APG，275GL)0
[0052]發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)8可能包括一個(gè)或多個(gè)適用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)“爆震”的爆震傳感器23。爆震傳感器23可以感測(cè)由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)，例如由于爆燃，提前點(diǎn)火，和或噪音引起的振動(dòng)。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)可以包括其它的傳感器27(例如，一個(gè)或多個(gè)溫度變換器)以檢測(cè)其它的運(yùn)行條件(例如，一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23所耦合到的介質(zhì)(例如，鑄鐵)的溫度(例如，全局溫度和/或溫度梯度))。爆震傳感器23被示出為通信地耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(E⑶)25上。在運(yùn)行期間，來自爆震傳感器23的信號(hào)被傳遞到ECU 25上以確定爆震條件(例如，噪聲)是否存在。ECU 25可以然后調(diào)整某些發(fā)動(dòng)機(jī)10的參數(shù)以改善或消除爆震條件。例如，ECU 25可能調(diào)節(jié)點(diǎn)火定時(shí)和/或調(diào)整升壓壓力以消除爆震。如本文中進(jìn)一步描述的，爆震傳感器23可能另外導(dǎo)出:某些振動(dòng)應(yīng)被進(jìn)一步分析和歸類以監(jiān)測(cè)，例如，潛在的不期望的發(fā)動(dòng)機(jī)條件。盡管接下來的技術(shù)相對(duì)于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)來討論，相同的技術(shù)可能被用于其它往復(fù)裝置例如壓縮機(jī)中。
[0053]圖2是具有設(shè)置在往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸26(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸)內(nèi)的活塞20的活塞組合件25的實(shí)施例的側(cè)面橫斷面視圖。汽缸26具有內(nèi)環(huán)壁面28，其確定圓柱形腔室30(例如，汽缸筒)?；钊?0可能通過軸向的軸或方向34，徑向的軸或方向36，和周向軸或方向38來限定。活塞20包括頂部40(例如，端環(huán)槽脊)。頂部40通常封鎖燃料18和空氣16，或燃料-空氣混合物32，以避免在活塞20作往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間從燃燒室12中逸出。
[0054]如示出的，活塞20經(jīng)由連接桿56和銷58附連到曲軸54上。曲軸54將活塞24的往復(fù)的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞20移動(dòng)時(shí)，曲軸54旋轉(zhuǎn)來為負(fù)載24提供能量(圖1中示出的)，如上面討論的。如示出的，燃燒室12位于緊鄰活塞24的端環(huán)槽脊40。燃料噴射器60提供燃料18到燃燒室12中，且進(jìn)氣閥62控制傳輸空氣16到燃燒室12中。排氣閥64控制排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)10中的排出。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，用于提供燃料18和空氣16到燃燒室12和/或用于排出排氣的任何合適的元件和/或技術(shù)都可被利用，且在一些實(shí)施例中，未使用燃料噴射。在運(yùn)行時(shí)，燃料18伴隨空氣16在燃燒室12中的燃燒使得活塞20以往復(fù)的方式(例如，來回)在汽缸26的腔室30的軸向方向34上移動(dòng)。
[0055]在運(yùn)行期間，當(dāng)活塞20處于汽缸26的最高點(diǎn)時(shí)，其處于被稱為上死點(diǎn)(TDC)的位置。當(dāng)活塞20處于汽缸26中的其最低點(diǎn)時(shí)，其處于被稱為下死點(diǎn)(BDC)的位置。當(dāng)活塞20從頂部移到底部或者從底部移到頂部時(shí)，曲柄軸54旋轉(zhuǎn)半周。活塞20從頂部到底部或者從底部到頂部的每次移動(dòng)被稱為一個(gè)沖程，以及發(fā)動(dòng)機(jī)10實(shí)施例可以包括兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、三沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、五沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、六沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，或者更多。
[0056]在發(fā)動(dòng)機(jī)10運(yùn)行過程中，通常發(fā)生的順序(sequence)包括進(jìn)氣過程、壓縮過程、作功過程、以及排氣過程。進(jìn)氣過程使可燃混合物，例如燃料和空氣，能夠被推入到汽缸26，因此進(jìn)氣閥62打開并且排氣閥64關(guān)閉。壓縮過程壓縮可燃混合物到更小空間，因此進(jìn)氣閥62和排氣閥64兩者都關(guān)閉。作功過程點(diǎn)火壓縮的燃料-空氣混合物，其可以包括通過火花塞系統(tǒng)的火花點(diǎn)火，和/或通過壓縮熱栗的壓縮點(diǎn)火。從燃燒中得到的壓力接著推動(dòng)活塞20到BDC。排氣過程通常使活塞20返回到TDC，同時(shí)保持排氣閥64打開。因此，排氣過程通過排氣閥64排出耗盡的燃料-空氣混合物。要注意的是，每個(gè)汽缸26可以使用多于一個(gè)的進(jìn)氣閥62和排氣閥64。
[0057]描繪的發(fā)動(dòng)機(jī)10還包括曲柄軸傳感器66、爆震傳感器23、以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(E⑶)25，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元包括處理器72和存儲(chǔ)器74。曲柄軸傳感器66感測(cè)曲柄軸54的位置和/或轉(zhuǎn)速。因此，可以推導(dǎo)出曲柄角或曲柄定時(shí)信息。也就是，當(dāng)監(jiān)測(cè)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，定時(shí)常常根據(jù)曲柄軸54的角度來表示。例如，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)10的完整周期可作為720°的周期進(jìn)行測(cè)量。爆震傳感器23可以是壓電加速度計(jì)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器、磁致伸縮傳感器、和/或設(shè)計(jì)成感測(cè)振動(dòng)、加速度、聲音、和/或移動(dòng)的任何其它傳感器。在其它實(shí)施例中，傳感器23可以不是爆震傳感器，而是可以感測(cè)振動(dòng)、壓力、加速度、偏轉(zhuǎn)、或者移動(dòng)的任何傳感器。
[0058]由于發(fā)動(dòng)機(jī)10的沖擊特性，即使在安裝在汽缸26的外部時(shí)，爆震傳感器23也可能夠檢測(cè)特征。然而，爆震傳感器23可以設(shè)置在汽缸26內(nèi)部或周圍的各種位置處。此外，在一些實(shí)施例中，單個(gè)爆震傳感器23例如可以由一個(gè)或多個(gè)相鄰汽缸26共享。在其它實(shí)施例中，每個(gè)汽缸26可以包括一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23(例如，沿穿過發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)或多個(gè)平面設(shè)置的爆震傳感器23的一個(gè)或多個(gè)陣列)。曲柄軸傳感器66以及爆震傳感器23被示出與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)25電通信地耦合。ECU 25包括處理器72和存儲(chǔ)器74(例如，機(jī)器可讀介質(zhì))。存儲(chǔ)器74可以存儲(chǔ)可由處理器72執(zhí)行的非暫時(shí)性代碼或計(jì)算機(jī)指令。ECU 25例如通過調(diào)節(jié)燃燒定時(shí)，閥62、64，定時(shí)，調(diào)節(jié)燃料和氧化劑(例如，空氣)的傳送，等等來監(jiān)測(cè)并且控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行.
[0059]有利地，本文中描述的技術(shù)可以利用ECU25來接收、采集、或采樣來自一個(gè)或多個(gè)曲柄軸傳感器66和/或一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23的數(shù)據(jù)(例如噪聲信號(hào))。為了檢測(cè)和/或定位發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的任何重合噪聲，來自傳感器(例如，爆震傳感器和/或曲柄軸傳感器66)的數(shù)據(jù)兩者可以以相同的速率采樣并且同時(shí)獲取。在某些實(shí)施例中，被利用來檢測(cè)和/或定位重合噪聲的噪聲信號(hào)可以單獨(dú)地從一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收。在其它實(shí)施例中，被利用來檢測(cè)和/或定位重合噪聲的噪聲信號(hào)可以從曲柄軸傳感器66和爆震傳感器23兩者接收。每個(gè)噪聲信號(hào)表示在相應(yīng)的爆震傳感器23處檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)10的噪聲特征。在某些實(shí)施例中，ECU 25通過繪制爆震傳感器23相對(duì)于曲柄軸54位置的數(shù)據(jù)圖表來創(chuàng)建“噪聲”特征。接著，ECU 25可以經(jīng)過分析數(shù)據(jù)的過程，以推導(dǎo)出正常特征(例如，已知及預(yù)期的噪聲)和/或不正常特征(例如，未知及未預(yù)期的噪聲)。接著，ECU 25可以表征不正常特征(例如，檢測(cè)和/或定位重合噪聲)，如下面更詳細(xì)描述的。通過提供特征分析，本文中描述的技術(shù)可以使能更優(yōu)化且更有效地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作和維護(hù)。
[0060]圖3是說明用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，圖2中的發(fā)動(dòng)機(jī)10)的過程76的實(shí)施例的流程圖。相似的過程可以被用于監(jiān)測(cè)往復(fù)裝置(例如，壓縮機(jī))的健康。步驟76可被實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器74中且可通過ECU 25的處理器72或任何往復(fù)裝置控制器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令或可執(zhí)行的代碼。過程76包括從耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)10上的一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(區(qū)塊78)。過程76還包括采樣和分析從一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(區(qū)塊80)。在某些實(shí)施例中，來自單一爆震傳感器23的單一信號(hào)可以被持續(xù)的采樣和分析。在其它的實(shí)施例中，來自多個(gè)爆震傳感器23來的信號(hào)可能被持續(xù)的采樣和分析，單獨(dú)地和/或組合的。爆震傳感器23可能在相等大小的八分或六分傾析(decant)的區(qū)間(timebuckets)中被采樣。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)10是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，則在每次燃燒循環(huán)中曲軸發(fā)生兩次旋轉(zhuǎn)。在四沖程循環(huán)期間，爆震傳感器23可能每45或90曲軸角度采樣一次，對(duì)于每個(gè)燃燒事件分別有8或16次。在某些實(shí)施例中，在對(duì)接收的信號(hào)采樣期間，最小的濾波器可以被應(yīng)用(例如，抗混疊濾波器)。
[0061]如更詳細(xì)的描述的，分析采樣的信號(hào)可以包括處理采樣的信號(hào)，例如，通過時(shí)間濾波。時(shí)間濾波有助于分析信號(hào)因?yàn)樾盘?hào)的小窗口被采樣(例如，燃燒循環(huán)期間的非壓縮事件)。時(shí)間濾波可能包括在應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)之前將對(duì)被采樣的信號(hào)應(yīng)用窗口函數(shù)。窗口函數(shù)可能包括漢明(Hamming)窗口、平頂(flat top)窗口、布萊克曼(Blackman)窗口，或可以時(shí)間濾波信號(hào)以使能采樣的信號(hào)的期望部分的分析的任何其它類型的窗口函數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)10(或往復(fù)裝置，例如壓縮機(jī))中某些機(jī)械故障或事件與特定的頻帶(例如，時(shí)間頻譜或譜區(qū)段內(nèi)的特定頻率)和/或特定的非壓縮窗口事件相關(guān)聯(lián)。這些事件不完全的列表可以包括尖端點(diǎn)火壓力異常、進(jìn)氣或排氣閥粘連打開或關(guān)閉、進(jìn)氣或排氣閥損壞、閥鏈損壞、活塞磨損或損壞、活塞銷和/或套管磨損或損壞、活塞桿和/或襯套磨損或損壞、連桿和/或軸承磨損或損壞、連桿螺栓變松、配重和/或螺栓變松、主軸承損壞、凸輪軸凸角磨損、活塞環(huán)開裂或損壞，燃燒汽缸中竄氣(excessive blow)、汽缸套嚴(yán)重腐蝕、和/或汽缸套嚴(yán)重劃痕。通過時(shí)間濾波采樣的信號(hào)，與特定事件相關(guān)聯(lián)的特定頻率和幅值區(qū)段量級(jí)可以被分析(隨后到FFT)。在時(shí)間濾波之后，采樣的信號(hào)的分析可能也包括應(yīng)用FFT且隨后從采樣的信號(hào)獲得功率譜密度(PSD)(幅值)。功率譜密度包括若干譜區(qū)段或區(qū)間。從多個(gè)燃燒循環(huán)(或往復(fù)裝置例如壓縮機(jī)情況下的沖程循環(huán))中獲得的譜區(qū)段或區(qū)間的陣列(例如，與感興趣的特定事件例如尖端點(diǎn)火壓力相關(guān)聯(lián)的)可能被平均以獲得每個(gè)區(qū)段或區(qū)間的基準(zhǔn)線。在某些實(shí)施例中，每個(gè)事件(燃燒循環(huán)或燃燒事件)可能具有應(yīng)用來為相應(yīng)的基準(zhǔn)線生成加權(quán)平均的加權(quán)系數(shù)。
[0062]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損時(shí)，與特定的事件(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)失效、故障、或異常條件)相關(guān)聯(lián)的特定的頻率區(qū)段可能增加，同時(shí)其它頻率區(qū)段相對(duì)于基準(zhǔn)線下降。過程76進(jìn)一步包括利用SQC技術(shù)例如SQC圖表統(tǒng)計(jì)(區(qū)塊82)(例如，以使能統(tǒng)計(jì)的過程控制)來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康。監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康可能包括監(jiān)測(cè)特定的頻率譜或區(qū)間中實(shí)時(shí)的變化(即，通過接收和處理來自爆震傳感器23的數(shù)據(jù)以及足夠快的返回結(jié)果以及時(shí)影響發(fā)動(dòng)機(jī)來控制發(fā)動(dòng)機(jī))以使能執(zhí)行診斷或提前預(yù)診斷。多種SQC圖表技術(shù)可能被利用以生成控制圖表(例如，過程圖表或質(zhì)量控制圖表)，其確定數(shù)據(jù)(來自爆震傳感器23來的數(shù)據(jù))的采樣是否落入普遍的或正常的變化范圍。多種控制圖表可以被利用(例如，1-圖表，q-q繪圖，等)。另外的圖解技術(shù)(例如，柱狀圖)也可以與控制圖表一起被使用。在某些實(shí)施例中，圖表可能被顯示用于譜區(qū)段的多維陣列，其中每個(gè)區(qū)段包括表示特定區(qū)段(例如，箭頭向上用于幅值的增加，箭頭向下用于幅值的減少，水平的箭頭用于幅值沒有變化)量級(jí)的趨勢(shì)的標(biāo)記。在某些實(shí)施例中，該指示符可以是上色的以指示趨勢(shì)的程度(例如，紅色用于從基準(zhǔn)線偏差3-0，黃色或橙色用于從基準(zhǔn)線偏差2-0，等)。多個(gè)控制圖表和/或圖形特征可能被生成用于上述不同的事件。
[0063]在某些實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，長(zhǎng)期發(fā)動(dòng)機(jī)健康)可以包括設(shè)定相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線的σ (sigma) (σ)閾值水平(例如，3_σ閾值水平，2_σ閾值水平，等)和比較從當(dāng)前采樣的信號(hào)中導(dǎo)出的信息以在從爆震傳感器23獲得的信息中尋找趨勢(shì)和/或非高斯(Gaussian)行為。在某些實(shí)施例中，基準(zhǔn)線是隨著從爆震傳感器23收集的新信息而連續(xù)變化的。換言之，基準(zhǔn)線是趨向的而不是重置的(例如，本底噪聲隨著發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的函數(shù)上升)O
[0064]當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康時(shí)，過程76包括記錄和/或存儲(chǔ)從爆震傳感器收集的數(shù)據(jù)和它們隨后的分析(區(qū)塊84)。該數(shù)據(jù)可能被存儲(chǔ)在ECU25的存儲(chǔ)器74上和/或遠(yuǎn)程裝置的存儲(chǔ)器中。該存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以包括與譜區(qū)段中的偏離(例如，相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段的幅值2-σ或更多)相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記事件和/或錯(cuò)誤。步驟76還包括提供發(fā)動(dòng)機(jī)健康的指示(區(qū)塊86)。這可以包括提供某些頻帶(S卩，譜區(qū)段)正趨向于非高斯行為(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線偏離2_σ而不到3-σ)的警告(例如，警告標(biāo)志)。某些頻帶是非高斯水平(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線處于或超過3-0)的警告(例如，警告標(biāo)志)也可以被提供。警告可以包括在耦合到ECU25的顯示器或借助于網(wǎng)絡(luò)(例如控制器局域網(wǎng)絡(luò))與ECU 25相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程裝置上的屏幕上提供視覺或文字的警告。警告可包括經(jīng)由所屬軟件傳遞錯(cuò)誤代碼(例如，與例如上述那些事件相關(guān)聯(lián)的特定事件相關(guān)聯(lián)的)。提供發(fā)動(dòng)機(jī)健康的指示還可以包括顯示利用SQC圖表技術(shù)以及其它圖形特征(例如，柱狀圖)生成的控制圖表。
[0065]過程76進(jìn)一步包括，在某些實(shí)施例中，輸出影響發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制動(dòng)作(區(qū)塊88)?？刂苿?dòng)作的示例包括調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的條件(例如，速度、負(fù)載、閥門位置，等)、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)、以及其它動(dòng)作。輸出影響發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制使能發(fā)動(dòng)機(jī)10的響應(yīng)于從爆震傳感器23獲取的信息的閉環(huán)控制。在某些實(shí)施例中，控制動(dòng)作可以僅當(dāng)頻帶已經(jīng)達(dá)到非高斯水平(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線處于或高于3-σ)時(shí)被輸出。在其它的實(shí)施例中，控制動(dòng)作可能被輸出用于趨勢(shì)朝向非高斯水平(例如，偏離基準(zhǔn)線2_σ但少于3-σ)的某些頻帶以及達(dá)到非高斯水平(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線達(dá)到或高于3-σ)的頻帶。
[0066]圖4是說明用于利用FFT和PSD來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，圖2中的發(fā)動(dòng)機(jī)10)的過程90的實(shí)施例的流程圖。相似的過程可以被用于監(jiān)測(cè)往復(fù)裝置(例如，壓縮機(jī))的健康。過程90可被實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器74中且可通過ECU 25的處理器72或任何往復(fù)裝置控制器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令或可執(zhí)行的代碼。過程90包括從耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)10(區(qū)塊92)的一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。過程76還包括如圖3描述地那樣采樣從一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(區(qū)塊92)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)所接收的信號(hào)采樣時(shí)，最小的濾波可以被應(yīng)用。例如，當(dāng)對(duì)所接收的信號(hào)采樣時(shí)，抗混疊濾波可能被應(yīng)用(例如，以限制信號(hào)的帶寬來滿足采樣法則)。
[0067]另外，過程90包括處理采樣的信號(hào)(區(qū)塊96)，例如，借助于時(shí)間濾波。時(shí)間濾波有助于分析信號(hào)因?yàn)樾盘?hào)的小窗口被采樣(例如，燃燒循環(huán)期間的非壓縮事件)。時(shí)間濾波可以包括在應(yīng)用FFT之前將窗口函數(shù)應(yīng)用到被采樣信號(hào)。窗口函數(shù)可能包括漢明(Hamming)窗口、平頂(flat top)窗口、布萊克曼(Blackman)窗口、或可以時(shí)間濾波信號(hào)以使能分析采樣的信號(hào)期望的部分的任何其它類型的窗口函數(shù)。如上述的發(fā)動(dòng)機(jī)10中的某些機(jī)械故障或事件與特定的頻帶(例如，區(qū)間頻譜或區(qū)段頻譜內(nèi)的特定的頻率)和/或特定的非壓縮窗口事件相關(guān)聯(lián)。通過采樣的信號(hào)的時(shí)間濾波，與特定的事件相關(guān)聯(lián)的特定頻率和幅值區(qū)段可以被分析(隨后于FFT)。
[0068]隨后與時(shí)間濾波，過程90包括應(yīng)用FFT到時(shí)間濾波的、采樣的信號(hào)上(區(qū)塊98)以生成傅里葉變換的信號(hào)。過程90包括從每個(gè)傅里葉變換的信號(hào)中獲取或生成PSD(幅值)(區(qū)塊100)。功率譜密度包括若干譜區(qū)段或區(qū)間。從多個(gè)燃燒循環(huán)(或往復(fù)裝置例如壓縮機(jī)情況下的沖程循環(huán))中獲得的譜區(qū)段或區(qū)間的陣列(例如，與感興趣的特定事件例如尖端點(diǎn)火壓力相關(guān)聯(lián))可能被平均以獲得每個(gè)區(qū)段或區(qū)間的基準(zhǔn)線102(區(qū)塊104)。在某些實(shí)施例中，每個(gè)事件(燃燒循環(huán)或燃燒事件)可以具有被應(yīng)用于生成相應(yīng)的基準(zhǔn)線的加權(quán)平均的加權(quán)系數(shù)。
[0069]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損時(shí)，與特定的事件(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)失效、故障、或異常條件)相關(guān)聯(lián)的特定的頻率區(qū)段可能增加，同時(shí)其它頻率區(qū)段相對(duì)于基準(zhǔn)線下降。過程90進(jìn)一步包括利用SQC技術(shù)例如SQC圖表統(tǒng)計(jì)(區(qū)塊106)(例如，以使能統(tǒng)計(jì)的過程控制)來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康。監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康可能包括監(jiān)測(cè)特定的頻率譜或區(qū)間中實(shí)時(shí)的變化(即，通過接收和處理來自爆震傳感器23的數(shù)據(jù)以及足夠快的返回結(jié)果以及時(shí)影響發(fā)動(dòng)機(jī)來控制發(fā)動(dòng)機(jī))以使能執(zhí)行診斷或提前預(yù)診斷。多種SQC圖表技術(shù)可能被利用以生成控制圖表(例如，過程圖表或質(zhì)量控制圖表)，其確定數(shù)據(jù)(來自爆震傳感器23來的數(shù)據(jù))的采樣是否落入普遍的或正常的變化范圍。多種控制圖表可以被利用(例如，1-圖表，q-q繪圖，等)。另外的圖解技術(shù)(例如，柱狀圖)也可以與控制圖表一起被使用。在某些實(shí)施例中，圖表可能被顯示用于譜區(qū)段的多維陣列，其中每個(gè)區(qū)段包括表示特定區(qū)段(例如，箭頭向上用于幅值的增加，箭頭向下用于幅值的減少，水平的箭頭用于幅值沒有變化)量級(jí)的趨勢(shì)的標(biāo)記。在某些實(shí)施例中，該指示符可以是上色的以指示趨勢(shì)的程度(例如，紅色用于從基準(zhǔn)線偏差3-0，黃色或橙色用于從基準(zhǔn)線偏差2-0，等)。多個(gè)控制圖表和/或圖形特征可能被生成用于上述不同的事件。
[0070]在某些實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，長(zhǎng)期的發(fā)動(dòng)機(jī)健康)可以包括基于與特定的事件相關(guān)聯(lián)的特定的頻帶中的改變來利用SQC圖表統(tǒng)計(jì)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)健康的潛在的問題(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線102趨勢(shì)朝向非高斯行為)(區(qū)塊108)。如果識(shí)別到潛在的問題，則過程90包括記錄和/或存儲(chǔ)從爆震傳感器收集的數(shù)據(jù)以及與潛在的問題相關(guān)的它們隨后的分析(區(qū)塊110)。該數(shù)據(jù)可能被存儲(chǔ)在ECU 25的存儲(chǔ)器74上和/或遠(yuǎn)程裝置的存儲(chǔ)器中。該存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以包括與譜區(qū)段中的偏離(例如，相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段的幅值2-σ或更多)相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記事件和/或錯(cuò)誤。如果潛在的問題被識(shí)別，則過程90還包括提供發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在問題的指示(區(qū)塊112)。這可以包括提供某些頻帶(S卩，譜區(qū)段)正趨向于非高斯行為(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線偏離2_σ而不到3-σ)的警告(例如，警告標(biāo)志)。某些頻帶是非高斯水平(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線處于或超過3-σ)的警告(例如，警告標(biāo)志)也可以被提供。警告可以包括在耦合到ECU 25的顯示器或借助于網(wǎng)絡(luò)(例如控制器局域網(wǎng)絡(luò))與ECU 25相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程裝置上的屏幕上提供視覺或文字的警告。提供發(fā)動(dòng)機(jī)健康的指示還可以包括顯示利用SQC圖表技術(shù)以及其它圖形特征(例如，柱狀圖)生成的控制圖表。
[0071]在某些實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，長(zhǎng)期的發(fā)動(dòng)機(jī)健康)可以包括基于與特定的事件相關(guān)聯(lián)的特定的頻帶中的改變來利用SQC圖表統(tǒng)計(jì)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)健康的當(dāng)前或?qū)嶋H的問題(例如即將發(fā)生的)(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線102數(shù)據(jù)顯示非高斯行為)(區(qū)塊114)。如果識(shí)別到潛在的問題，則過程90包括記錄和/或存儲(chǔ)從爆震傳感器收集的數(shù)據(jù)以及與當(dāng)前或?qū)嶋H的問題相關(guān)的它們隨后的分析(區(qū)塊116)。該數(shù)據(jù)可能被存儲(chǔ)在ECU 25的存儲(chǔ)器74上和/或遠(yuǎn)程裝置的存儲(chǔ)器中。該存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以包括與譜區(qū)段中的偏離(例如，相對(duì)于相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段的幅值多于3-σ)相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記事件和/或錯(cuò)誤。如果當(dāng)前或?qū)嶋H的問題被識(shí)別，則過程90還包括提供發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在問題的指示(區(qū)塊118)。這可以包括提供某些頻帶(即，譜區(qū)段)正顯示非高斯行為(例如，相對(duì)于基準(zhǔn)線偏離3-σ或高于3-σ)的警告(例如，警告標(biāo)志)。警告可以包括在耦合到ECU25的顯示器或借助于網(wǎng)絡(luò)(例如控制器局域網(wǎng)絡(luò))與ECU 25相關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程裝置上的屏幕上提供視覺或文字的警告。警告可包括經(jīng)由所屬軟件傳遞錯(cuò)誤代碼(例如，與例如上述那些事件相關(guān)聯(lián)的特定事件相關(guān)聯(lián)的)。提供發(fā)動(dòng)機(jī)健康的指示還可以包括顯示利用SQC圖表技術(shù)以及其它圖形特征(例如，柱狀圖)生成的控制圖表。
[0072]過程90進(jìn)一步包括，在某些實(shí)施例中，輸出響應(yīng)于基于SQC圖表統(tǒng)計(jì)的識(shí)別到發(fā)動(dòng)機(jī)健康的當(dāng)前或?qū)嶋H問題而影響發(fā)動(dòng)機(jī)1的控制動(dòng)作(區(qū)塊12 O)?？刂苿?dòng)作的示例包括調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的條件(例如，速度、負(fù)載、閥門位置，等)、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，以及其它的動(dòng)作。輸出影響發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制使能發(fā)動(dòng)機(jī)10的響應(yīng)于從爆震傳感器23獲取的信息閉環(huán)控制。
[0073]圖5是說明用于利用FFT，PSD和不同的σ(s igma)閾值水平來監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)健康(例如，圖2中的發(fā)動(dòng)機(jī)10)的過程122的實(shí)施例的流程圖。相似的過程可能被用于監(jiān)測(cè)往復(fù)裝置(例如，壓縮機(jī))的健康。過程122可被實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器74中且可通過ECU 25的處理器72或任何往復(fù)裝置控制器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令或可執(zhí)行的代碼。過程122包括從耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)10上的一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23上接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(區(qū)塊124)、采樣從一個(gè)或多個(gè)爆震傳感器23接收的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(區(qū)塊126)、以及如上述圖4中描述的那樣處理該采樣數(shù)據(jù)(區(qū)塊128)。另外，過程122包括應(yīng)用FFT以生成傅里葉變換的信號(hào)(區(qū)塊130)以及獲得或者生成傅里葉變換的信號(hào)中的每個(gè)的PSD(區(qū)塊132)如前文圖4描述的那樣。
[0074]功率譜密度包括若干譜區(qū)段或區(qū)間。從多個(gè)燃燒循環(huán)(或往復(fù)裝置例如壓縮機(jī)情況下的沖程循環(huán))中獲得的譜區(qū)段或區(qū)間的陣列(例如，與感興趣的特定時(shí)間例如尖端點(diǎn)火壓力相關(guān)聯(lián))可以被平均以獲得每個(gè)區(qū)段或區(qū)間的基準(zhǔn)線134(區(qū)塊136)。在某些實(shí)施例中，每個(gè)事件(燃燒循環(huán)或燃燒事件)可以具有應(yīng)用來為相應(yīng)的基準(zhǔn)線產(chǎn)生加權(quán)平均的加權(quán)系數(shù)。
[0075]過程122包括設(shè)置相對(duì)于各自基準(zhǔn)線的2-0和3-σ閾值水平(區(qū)塊138)。在某些實(shí)施例中，另外的閾值水平可能被設(shè)置(例如，1_σ、1.5-0，等)。過程122還包括將特定的區(qū)段或區(qū)間與它們的對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)線上相比較以檢測(cè)非高斯行為(區(qū)塊140)。過程122包括確定特定的區(qū)段或區(qū)間是否偏離它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線2-σ閾值水平或超過相應(yīng)的2-σ閾值水平(區(qū)塊142)。如果特定的區(qū)段或區(qū)間沒有從它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離至少2-0，者過程122包括繼續(xù)將特定的區(qū)段或區(qū)間與它們對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)線相比較(區(qū)段140)。然而，如果特定的區(qū)段或區(qū)間確實(shí)偏離它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少2-σ，則過程122包括確定特定的區(qū)段或區(qū)間是否偏離它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線3-0閾值水平或超過相應(yīng)的3-0閾值水平(區(qū)塊144)。區(qū)塊142和144可以連續(xù)發(fā)生或同時(shí)發(fā)生。如果特定的區(qū)段或區(qū)間沒有從它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離至少3-σ，則過程122包括記錄或存儲(chǔ)問題(區(qū)塊146)和/或提供關(guān)于趨勢(shì)朝向非高斯行為(區(qū)塊148)的指示或警告，如上面在圖3和4中描述的那樣。如果特定的區(qū)段或區(qū)間確實(shí)從它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線偏離至少3-σ，則過程122包括記錄或存儲(chǔ)問題(區(qū)塊150)、提供關(guān)于趨勢(shì)朝向非高斯行為指示或警告(區(qū)塊152)、和/或輸出關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)(或往復(fù)裝置)的控制動(dòng)作，如上面圖3和4中描述的那樣。
[0076]圖6是被用在上述的SQC圖表技術(shù)中的SQC圖表的示例的實(shí)施例。圖6中描繪的SQC圖表是q-q圖(也被稱為分位數(shù)-分位數(shù)圖或分位數(shù)圖)156 4-q圖156描繪從爆震傳感器23接收的每個(gè)燃燒事件(如通過脈沖158表示的)相對(duì)于直線160的觀察的峰值(例如，對(duì)應(yīng)于尖端點(diǎn)火壓力)。直線160表示被線性化的經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)的威爾布(Weibull)圖。y軸162表示峰值的值且X軸164表示理論分位數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)預(yù)期的值。時(shí)間濾波器(例如，窗口函數(shù))被應(yīng)用至數(shù)據(jù)以具體地分析尖端點(diǎn)火壓力。不同的時(shí)間濾波器可能被應(yīng)用到來自爆震傳感器的數(shù)據(jù)以查看其它事件(例如，上述的進(jìn)氣閥或其它事件)。
[0077]圖7是被用在上述的SQC圖表技術(shù)中的SQC圖表以及相關(guān)聯(lián)的圖形特征(例如，柱狀圖)的實(shí)施例。圖7中描繪的SQC圖表是1-圖表166。7軸168表示峰值(例如，對(duì)應(yīng)于尖端點(diǎn)火壓力)的值。X軸170表示事件的數(shù)目或時(shí)間上的數(shù)據(jù)點(diǎn)。T-圖表166描繪了從爆震傳感器23接收的每個(gè)燃燒事件(如通過脈沖172表示的)觀察的峰值(例如，對(duì)應(yīng)于尖端點(diǎn)火壓力)。觀察的峰值172從左到右按時(shí)間排序。該1-圖表166描繪了在連續(xù)觀察點(diǎn)(例如，值172)之間的移動(dòng)范圍(例如，短期可變性)，如由附圖標(biāo)記174表示的。1-圖表166還描繪了值的平均或基準(zhǔn)線，如通過線176表示的。1-圖表166還描繪了相對(duì)于基準(zhǔn)線176的各種0閾值水平。例如，I
0、-10、1.50(偏離線)、-1.50(偏離線)、20(警告線)、-20(警告線)、30(動(dòng)作線)、-30(動(dòng)作線)分別由線178、180、182、184、186、188、190和192表示。該σ閾值水平可以如上面在圖3-5中描述的那樣被利用。圖7還描繪了柱狀圖194，其圖形地展示了值(如1-圖表166中示出的)落入某些σ閾值水平事件的數(shù)目。時(shí)間濾波器(例如，窗口函數(shù))被應(yīng)用至數(shù)據(jù)來具體地分析尖端點(diǎn)火壓力的。不同的時(shí)間濾波器可以被應(yīng)用到來自爆震傳感器的數(shù)據(jù)以查看其它事件(例如，上述的進(jìn)氣閥或其它事件)。
[0078]公開的實(shí)施例的技術(shù)效果包括提供了用于監(jiān)測(cè)往復(fù)裝置(例如，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)，等)的健康的系統(tǒng)和方法。使用從爆震傳感器收集的信息或數(shù)據(jù)，SQC統(tǒng)計(jì)技術(shù)(例如，SQC圖表技術(shù))可能被用于分析被分析信號(hào)的特定區(qū)段或區(qū)間(例如，對(duì)非高斯行為或朝向非高斯行為的趨勢(shì))以提前確定發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生的正常磨損維護(hù)項(xiàng)目和/或異常組件故障。系統(tǒng)和方法被用于診斷或預(yù)先預(yù)診斷以最小化或避免對(duì)往復(fù)裝置的損壞以及設(shè)備的任何停機(jī)時(shí)間。
[0079]這個(gè)書面描述使用示例，包括最優(yōu)的方式，來公開本發(fā)明，并且也使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)且執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明可獲得專利的范圍通過權(quán)利要求確定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。這些其它示例被有意的包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，如果它們具有與權(quán)利要求字面語言并無差別的結(jié)構(gòu)元件，或如果它們包括與權(quán)利要求字面語言無實(shí)質(zhì)差別的等價(jià)結(jié)構(gòu)元件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種系統(tǒng)，包括: 控制器，被配置成接收通過耦合到往復(fù)裝置的至少一個(gè)爆震傳感器所采集的信號(hào)、采樣所述接收的信號(hào)、分析所述采樣的信號(hào)，并且利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制(SQC)技術(shù)基于所述分析的信號(hào)對(duì)所述往復(fù)裝置執(zhí)行實(shí)時(shí)診斷。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中SQC技術(shù)包括SQC圖表統(tǒng)計(jì)。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成通過時(shí)間濾波所述采樣的信號(hào)以生成時(shí)間濾波的信號(hào)來分析所述采樣的信號(hào)。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成通過利用窗口函數(shù)來時(shí)間濾波所述采樣的信號(hào)。5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成對(duì)所述時(shí)間濾波的信號(hào)應(yīng)用快速傅里葉變換以產(chǎn)生傅里葉變換的信號(hào)。6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成由所述傅里葉變換的信號(hào)生成具有多個(gè)譜區(qū)段的功率譜密度。7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成在多個(gè)周期上平均所述多個(gè)譜區(qū)段中的每個(gè)譜區(qū)段以生成每個(gè)譜區(qū)段相應(yīng)的基準(zhǔn)線。8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成為每個(gè)譜區(qū)段設(shè)置相對(duì)于所述相應(yīng)的基準(zhǔn)線的2σ和3σ閾值水平。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成將來自多個(gè)譜區(qū)段的與已知的往復(fù)裝置或往復(fù)裝置故障相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段與它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線以及相關(guān)聯(lián)的2 σ和3 σ閾值水平比較。10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成如果所述一個(gè)或多個(gè)譜區(qū)段偏離了它們的相應(yīng)的基準(zhǔn)線至少2σ的閾值水平則提供指示。
【文檔編號(hào)】F02D41/22GK105937459SQ201610223627
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日
【發(fā)明人】J·J·比祖布
【申請(qǐng)人】通用電氣公司