專利名稱：大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中軸承磨損的改進(jìn)監(jiān)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中軸承磨損的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)的主軸承、曲柄銷軸承和十字頭軸承具有限定軸承表面的底部軸承外殼和頂部軸承外殼，該軸承表面用于支撐對應(yīng)的軸承軸頸。軸承外殼具有鋼襯背，該鋼襯背上有一層軸承金屬。該軸承金屬通常為一層厚度近似為1. 5至2mm的錫-鋁合金或者白合金。盡管這些發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)和運(yùn)行非常謹(jǐn)慎，其仍存在小的故障率。由于大多數(shù)大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)是遠(yuǎn)洋船舶的發(fā)動機(jī)，極其不期望發(fā)生由故障軸承引起的發(fā)動機(jī)故障。而且，軸承檢修的成本可能是主要問題，例如需要重研磨曲柄軸，其可導(dǎo)致大量的發(fā)動機(jī)停機(jī)時間。為了避免這一情況的發(fā)生，需要每四到五年由船級社實(shí)施由船級社決定的檢查， 在此期間對軸承進(jìn)行拆卸和檢查。這些檢查相當(dāng)復(fù)雜并需要拆卸軸承然后再重新安裝軸承。這一工序包含很大的生成誤差(bulid error)風(fēng)險，生成誤差即大修過程中引起的誤差。為了減少對檢查的需要，現(xiàn)有技術(shù)提出了通過測量軸承距離來檢測軸承的磨損。美國專利申請US2007/0017280公開了通過對每個汽缸使用兩個傳感器測量十字頭的導(dǎo)塊的位置。這樣能夠檢測主軸承、曲柄銷軸承和十字頭軸承內(nèi)的磨損，也能確定磨損是否存在于主軸承內(nèi)或曲柄銷軸承及十字頭軸承內(nèi)。這些測量用于確定磨損是否即將導(dǎo)致故障以及故障是否即將要發(fā)出警告。如上所述，故障的后果會很可怕，因此有效和精確的軸承磨損感測方式很有用處。

發(fā)明內(nèi)容
在這一背景下，通過提供旨在以改進(jìn)的方式校準(zhǔn)和/或解讀傳感器讀數(shù)的方法和裝置來提供對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性進(jìn)行改進(jìn)的裝置和方法將是有利的。監(jiān)測軸承磨損的首要目的是在其發(fā)展到熱量對除軸承襯套之外的其它部件造成損壞的程度之前檢測軸承的故障?？赡芤蜃冃味苡绊懙牟考槭诸^、曲柄銷、主軸承軸頸或軸承箱。這樣的損害通常會在軸承襯套被磨穿并且在軸和軸承外殼鋼襯背之間產(chǎn)生接觸的情況下產(chǎn)生。應(yīng)該注意到，即使以下描述著重于對發(fā)動機(jī)速度的補(bǔ)償，此處的教導(dǎo)也適用于補(bǔ)償螺旋槳槳距級別和負(fù)載。這些都是影響發(fā)動機(jī)中的可移動部件，比如就一些例子來說為十字頭或滑塊的下止點(diǎn)(BDC)的發(fā)動機(jī)操作條件的實(shí)例。公開的實(shí)施例提供了用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸的與所述發(fā)動機(jī)的固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或滑塊的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定偏差以適應(yīng)影響傳感器信號的因素；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件為發(fā)動機(jī)的速度。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件為螺旋槳槳距級別。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件為負(fù)載。通過確定傳感器信號的偏差，控制器能夠適應(yīng)對多于一個的傳感器造成影響的外界影響，否則該外界影響將被解讀為BDC水平的變化。所公開的實(shí)施例的方面也旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備內(nèi)實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定偏差以適應(yīng)影響傳感器信號的因素；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前的操作動態(tài)地改變所述閾值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備中實(shí)施的方法，該控制器被設(shè)置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的給定汽缸的十字頭的下止點(diǎn)(BDC)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前的操作動態(tài)地改變所述閾值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，并且其中所述至少兩個傳感器被配置為使得在每個汽缸中具有兩個傳感器，一個前部傳感器和一個后部傳感器，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為通過將第一汽缸的前部傳感器信號與第二汽缸的后部傳感器信號結(jié)合來確定軸承被磨損，和/或通過將第一汽缸的前部傳感器信號與同一汽缸的后部傳感器信號結(jié)合，以及結(jié)合這兩個傳感器的信號并將這兩個傳感器信號的結(jié)果與所述閾值水平比較來確定軸承被磨損。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備中實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或者滑塊的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括通過將第一汽缸的前部傳感器信號與第二汽缸的后部傳感器信號結(jié)合來確定軸承被磨損壞或者處于臨界狀態(tài)，和/或通過將第一汽缸的前部傳感器信號與同一汽缸的后部傳感器信號結(jié)合，以及結(jié)合這兩個傳感器的信號并將這兩個傳感器信號的結(jié)果與所述閾值水平比較來確定軸承被磨損壞或者處于臨界狀態(tài)。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為通過將接收的傳感器信號與先前時間周期的信號值的平均水平比較來檢測BDC水平的快速變化。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為如此檢測下止點(diǎn)水平的快速變化更新傳感器的參考水平；更新傳感器的當(dāng)前水平；以及，確定參考值且確定該參考值是否超出了快速變化的閾值水平。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種用于監(jiān)測發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的方法，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為如此檢測下止點(diǎn)水平的快速變化更新傳感器的參考水平；更新傳感器的當(dāng)前水平；以及，確定參考值并確定該參考值是否超出了快速變化的閾值水平，。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備內(nèi)實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或者滑塊的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括通過將測得的傳感器值與先前時間周期內(nèi)的平均水平比較來檢測BDC水平的快速變化。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為學(xué)習(xí)階段中，在所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，通過采樣第一數(shù)量的傳感器值生成發(fā)動機(jī)速度補(bǔ)償表，所述第一數(shù)量的傳感器值與所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間的第二數(shù)量的速度點(diǎn)相關(guān)，以及，當(dāng)已經(jīng)接收對于一速度點(diǎn)的第一數(shù)量的采樣后，通過平均所接收到的對于該速度點(diǎn)的采樣值來確定參考值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備內(nèi)實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或者滑塊的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括 學(xué)習(xí)階段中，在所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，通過采樣第一數(shù)量的傳感器值生成發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表，所述第一數(shù)量的傳感器值與所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間的第二數(shù)量的速度點(diǎn)相關(guān)；以及， 當(dāng)已經(jīng)接收對于一速度點(diǎn)第一數(shù)量的采樣后，通過平均所接收到的對于該速度點(diǎn)的采樣值來確定參考值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為通過計算一個時間周期內(nèi)被重新調(diào)整或替換的傳感器的平均偏移，根據(jù)運(yùn)行條件補(bǔ)償查閱表補(bǔ)償信號值，由此通過調(diào)整來自被重新調(diào)整或替換的傳感器的信號來重新調(diào)整被替換或被調(diào)整的傳感器；并根據(jù)所計算的平均偏移補(bǔ)償受影響的傳感器的參考值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備內(nèi)實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或者滑塊的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括 通過計算一個時間周期內(nèi)被重新調(diào)整或替換的傳感器的平均偏移，根據(jù)運(yùn)行條件補(bǔ)償查閱表補(bǔ)償信號值，由此通過調(diào)節(jié)來自被重新調(diào)整或替換的傳感器的信號來重新調(diào)整被替換或被調(diào)整的傳感器；并根據(jù)所計算的平均偏移補(bǔ)償受影響的傳感器的參考值。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或?qū)K的下止點(diǎn)，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述控制器還被配置為生成趨勢曲線，該曲線示出了一個時間間隔內(nèi)是否出現(xiàn)了任何磨損。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種在具有控制器的設(shè)備內(nèi)實(shí)施的方法，該控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的十字頭或者滑塊的下止點(diǎn)，其中所述方法包括接收來自每個傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件對每個信號進(jìn)行補(bǔ)償；確定是否超出了閾值，且如果是的話，發(fā)出超出閾值的指示，而且其中所述方法還包括生成趨勢曲線，該曲線示出了一個時間間隔期間是否出現(xiàn)了任何磨損。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種包括根據(jù)上述的任何設(shè)備的發(fā)動機(jī)。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種包括根據(jù)上述的發(fā)動機(jī)的航海船舶。所公開的實(shí)施例的方面還旨在提供一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其至少包括用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中的軸承磨損的計算機(jī)程序代碼，所述計算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行根據(jù)上述的任何一個或多個方法的軟件代碼。從詳細(xì)的描述中，根據(jù)本申請的設(shè)備、方法和計算機(jī)可讀介質(zhì)的其它目的、特征、 優(yōu)勢和性能將會變得更加明顯。


在本說明書的下述詳細(xì)部分中，將會參考附圖所示的示例實(shí)施例對本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行更加詳細(xì)地解釋，其中圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的示意圖，圖2是根據(jù)一個實(shí)施例的軸承的圖解視圖，圖3是描述了根據(jù)一個實(shí)施例的常用方法的流程圖，圖4是描述了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖，圖5是描述了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖，圖6是示出了根據(jù)一個實(shí)施例的曲線的圖，圖7是示出了根據(jù)一個實(shí)施例的曲線的圖，圖8是描述了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖，圖9是描述了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖，以及圖10是示出了根據(jù)一個實(shí)施例的曲線的圖。
具體實(shí)施例方式在接下來的詳細(xì)描述中，將通過與大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)相關(guān)的實(shí)施例描述根據(jù)本申請的教導(dǎo)的設(shè)備、方法和軟件產(chǎn)品。應(yīng)該注意到，盡管只描述了二沖程發(fā)動機(jī)，本申請的教導(dǎo)也可以應(yīng)用在任何發(fā)動機(jī)中，比如四沖程發(fā)動機(jī)、二沖程汽油發(fā)動機(jī)和小型二沖程柴油發(fā)動機(jī)。圖1是發(fā)動機(jī)100的截面圖。該發(fā)動機(jī)具有曲軸，該曲軸具有主軸頸110以及一個或更多個曲柄銷120，其中每個曲柄銷120連接有十字頭130。
每個氣缸至少具有三個軸承，主軸承140 (圖1中不可見，由虛線表示)、曲柄銷軸承150和十字頭軸承160。 每個氣缸設(shè)置有兩個傳感器170 (只示出一個)。在一個實(shí)施例中，一個傳感器170 設(shè)置在十字頭130的后部，一個傳感器170設(shè)置在十字頭130的前部。設(shè)置傳感器170以測量十字頭130和一固定點(diǎn)之間的距離?；蛘?，設(shè)置傳感器以測量一附屬于十字頭的點(diǎn)與一固定點(diǎn)之間的距離。或者，設(shè)置傳感器以測量關(guān)于導(dǎo)塊135的距離。在圖1中，傳感器170設(shè)置在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)100上并測量至反射板175的距離，該反射板175附著于導(dǎo)塊135上。應(yīng)注意到，對于使用什么類型的傳感器，怎樣設(shè)置該傳感器以及該傳感器測量什么距離，存在不同的選擇。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器170設(shè)置在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)上，由于傳感器保持靜止，其產(chǎn)生最可靠的讀數(shù)。在一個實(shí)施例中，傳感器板175設(shè)置在十字頭銷上以確保減小由導(dǎo)塊135的角運(yùn)動引起的讀數(shù)波動。在一個實(shí)施例中，設(shè)置傳感器以確定發(fā)動機(jī)中連接到十字頭或與十字頭一起運(yùn)動的結(jié)構(gòu)(例如如上所述的導(dǎo)塊，但是也可能是其它結(jié)構(gòu))的下止點(diǎn)水平，其中確定十字頭下止點(diǎn)水平的間接讀數(shù)。因此，測量這樣一個結(jié)構(gòu)的下止點(diǎn)水平能夠確定十字頭的下止點(diǎn)水平的偏差和變化。或者，傳感器170可區(qū)別地設(shè)置，且它們甚至可被設(shè)置在與軸不在一條線上的位置處。然而優(yōu)選地，它們與軸平行設(shè)置。而且優(yōu)選地，傳感器沿著與軸平行的方向同軸間隔設(shè)置，因?yàn)檫@樣能夠確定磨損是在主軸承140中。因此，傳感器被配置為提供對最低點(diǎn)水平的測量，即發(fā)動機(jī)100的一次回轉(zhuǎn)期間十字頭130的下止點(diǎn)水平。如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的，對于怎樣實(shí)施傳感器170具有許多可選擇的方法，比如光學(xué)近距離傳感器或電容測量近距離傳感器。圖2例示了軸承200的總體結(jié)構(gòu)，該軸承200具有硬金屬(比如鋼)的芯210和軟金屬(比如白色金屬或者錫-鋁合金)的襯套壁220。該襯套的厚度通常在1. 0至1. 5mm的范圍內(nèi)，且傳感器170設(shè)計為以+/-O. Olmm
的精度反復(fù)測量距離或水平。傳感器170上連接有控制器，該控制器被設(shè)置為接收來自傳感器170的測量結(jié)果并對它們進(jìn)行處理以測量軸承的磨損。磨損的測量是基于這樣的事實(shí)在這些軸承140、 150、160中的一個軸承的承載部分的軸承壁220的厚度的任何變化將導(dǎo)致一個或更多個十字頭130的下止點(diǎn)(BDC)水平相對于發(fā)動機(jī)100的結(jié)構(gòu)的相應(yīng)變化。在曲柄銷150或十字頭軸承160磨損的情況下，有問題的汽缸的BDC水平會改變，而在主軸承140磨損的情況下，一個汽缸中的一個傳感器170和相鄰汽缸中的一個傳感器的BDC水平會改變。來自傳感器170的信號將包含一定水平的噪聲，其將影響傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。影響傳感器準(zhǔn)確性的另一個因素是由于諸如燃燒壓力等發(fā)動機(jī)參數(shù)中的微小不規(guī)則性，導(dǎo)塊或十字頭的實(shí)際BDC水平會略有變化。影響信號的另一個因素為發(fā)動機(jī)速度，即發(fā)動機(jī)100的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)。
影響信號的另一個因素為螺旋槳槳距級別。影響信號的另一個因素為發(fā)動機(jī)承受的負(fù)載。這種負(fù)載的一個實(shí)例為由船舶運(yùn)載的貨物載荷。這些是發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的所有實(shí)例，并且應(yīng)該注意到，即使下面的描述著重于補(bǔ)償發(fā)動機(jī)速度，該教導(dǎo)也可適用于以單獨(dú)或結(jié)合方式補(bǔ)償其它運(yùn)行條件。其它因素比如由不同船舶設(shè)計和發(fā)動機(jī)溫度產(chǎn)生的船體變形也可對BDC水平產(chǎn)生一些影響，因?yàn)椴煌陌l(fā)動機(jī)部位的制造工藝將會不同。比如軸承的信號散射等因素也可對測得的BDC水平產(chǎn)生影響。在此公開的方法和設(shè)備被設(shè)置為將如上所述的因素和其它的因素考慮在內(nèi)，并提供發(fā)動機(jī)中軸承磨損的可靠測量。圖3示出了此處實(shí)施例的一般方法的流程圖。在第一步310中，控制器獲得來自傳感器170的信號。然后通過對各種因素的補(bǔ)償來處理信號320，通過計算偏差來校正信號并且評估結(jié)果330，在此基礎(chǔ)上確定是否應(yīng)該發(fā)出警告。有許多因素影響運(yùn)轉(zhuǎn)期間發(fā)動機(jī)軸承的磨損。如果發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障，隔離故障的源頭很重要。在軸承磨損的情況下，知曉軸承磨損增加的原因很重要，因?yàn)榉駝t一個新的替代軸承將很可能也會過早地用壞。如以前所知和上面提及的，對每個汽缸使用兩個傳感器能夠使操作員隔離已被用壞的軸承的位置。辨別哪個軸承需要更換對更換工作是有幫助的，因?yàn)楣こ處煏缽暮翁幋蜷_發(fā)動機(jī)，并且不需要做不必要的工作以試圖尋找已用壞的軸承。但是，如本申請的發(fā)明人理解的，可以從這兩個傳感器的讀數(shù)中提取更多也對辨別(增加的)磨損的原因有用的信息，而且這將容許工程師對問題進(jìn)行補(bǔ)救，并且避免替換的軸承的磨損增加。也可使用這些更多的信息以適應(yīng)幾個或所有傳感器都受到影響而沒有任何損壞存在的情況。如將在下面所示的，被提取的信息也可用于通過發(fā)出提前警告而避免軸承磨損壞，其將容許操作員在軸承被損壞前補(bǔ)救磨損的原因，由此防止發(fā)動機(jī)故障和由此造成的發(fā)動機(jī)停機(jī)時間。因此，本發(fā)明所公開的設(shè)備和方法具有很大優(yōu)勢，因?yàn)槠淙菰S辨別磨損增加的原因，其能夠預(yù)測故障并在不需要額外傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)。因此，該系統(tǒng)能夠很容易集成于現(xiàn)有的具有兩個傳感器的發(fā)動機(jī)中，這兩個傳感器是通過簡單連接一個升級的控制器安裝的，或有可能通過更新現(xiàn)有的控制器安裝的。對BDC水平影響最顯著的是發(fā)動機(jī)速度，并且從傳感器接收到的信號值必須補(bǔ)償發(fā)動機(jī)速度，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動機(jī)速度增加時，BDC水平將會下降，且磨損監(jiān)測器會錯誤地發(fā)出軸承磨損的信號。BDC水平可能存在高于0. 3mm的偏差，其取決于由發(fā)動機(jī)的尺寸決定的、所使用的發(fā)動機(jī)速度。因此，有必要對這一影響進(jìn)行補(bǔ)償。由于這一影響對于每個安裝是單獨(dú)的，其取決于軸線的布局和對齊等，因此對于每個傳感器，必須對每個安裝單獨(dú)建立補(bǔ)償。通過使用查閱表，將信號值補(bǔ)償給發(fā)動機(jī)速度，該查閱表具有用于每個傳感器的很寬速度范圍內(nèi)的BDC水平。在一個實(shí)施例中，控制器配置為對基于查閱表的速度進(jìn)行補(bǔ)償，該查閱表包含依賴于發(fā)動機(jī)速度或rpm(參考值)的標(biāo)準(zhǔn)信號值或平均信號值。在發(fā)動機(jī)速度的小的變化的范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)值可有很大的變化。在一個實(shí)施例中，查閱表具有對應(yīng)于將發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的速度范圍劃分為子范圍的分辨率，下文中該子范圍指的是速度點(diǎn)。在一個實(shí)施例中，該速度范圍對應(yīng)于發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的0%至120%的范圍。在一個實(shí)施例中，該速度范圍對應(yīng)于發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的20%至110%的范圍。在一個實(shí)施例中，低于發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的20%的范圍不被考慮用于監(jiān)測軸承的磨損。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為將發(fā)動機(jī)是否反轉(zhuǎn)考慮在內(nèi)。因?yàn)樗俣妊a(bǔ)償?shù)脑?，控制器所考慮的測量不是實(shí)際的BDC水平，而是測得的BDC 水平和當(dāng)前發(fā)動機(jī)速度的平均BDC水平之間的差異。這容許檢測由軸承磨損引起的BDC水平的異?；蛞馔獾淖兓?。因此，對從傳感器接收的信號的處理應(yīng)以信號的補(bǔ)償值為基礎(chǔ)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過從接收的信號值中減去一個參考值來確定補(bǔ)償?shù)男盘栔礢comp = SN-Sref在一個實(shí)施例中，控制器被設(shè)置為過濾傳感器值。在一個實(shí)施例中，為了減小噪聲的影響，使用低通濾波器來過濾由傳感器170所提供的值。在一個實(shí)施例中，簡單的濾波器更新每個傳感器值的移動平均數(shù)，即對于每一發(fā)動機(jī)回轉(zhuǎn)更新一次。在一個實(shí)施例中，濾波器表示為新過濾值=舊過濾值* (1-x) +值*xχ的值對控制器多快響應(yīng)變化產(chǎn)生影響。較高的值會造成控制器對變化非常敏感， 由此也對噪聲敏感，反之，較低的χ值會導(dǎo)致對實(shí)際事件的反應(yīng)較慢。在一個實(shí)施例中，X為 0. 05。通常，某些因素影響所有的傳感器，且從受影響的傳感器接收的信號可能被錯誤地解讀。一個這樣的因素為變化的發(fā)動機(jī)溫度。為了區(qū)分這樣的變化和由軸承增加的磨損所引起的變化，計算每個傳感器值的偏差。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過從各個信號中減去其它信號的平均值來計算傳感器的信號與其它傳感器的值比較的偏差。傳感器5 (S5)與整組的8個傳感器S1至& (對應(yīng)于四汽缸發(fā)動機(jī))的傳感器偏差 (Cl(Si))可表示為d(S5) = S5- (8^82+83+84+86+87+88) /7另一個因素為由發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的形變形成的縱向剪切影響，該形變有時由推力變化產(chǎn)生。在一些情況下，這一形變使得汽缸中的前部和后部傳感器顯示關(guān)于彼此的變化。
通過在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對發(fā)動機(jī)的仔細(xì)監(jiān)測和調(diào)查研究以及對結(jié)果的仔細(xì)分析，得到的結(jié)論是對于兩個傳感器，其變化為信號值經(jīng)常處于相反的相位。這使得一個傳感器的信號值增大時另一個傳感器的信號值降低，反之亦然。以下將其稱作汽缸偏差。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過確定一個汽缸的兩個傳感器的平均傳感器值來消除這一變化，并將它們與其它汽缸的傳感器的平均值進(jìn)行比較。汽缸3(cyl3)與一共具有8個傳感器S1至&的整組4個汽缸的汽缸偏差((Kcyli)) 可表示為d (cyl3) = (S5+S6) /2- (8^82+83+84+87+88) /6汽缸偏差和傳感器偏差兩者均降低了信號散射的影響。但是，汽缸偏差對降低信號散射更有效。因此，計算汽缸偏差對于降低信號散射是有用的。汽缸偏差對于只有一個傳感器記錄對軸承的損害的情況不太敏感，因?yàn)樵谄钣嬎氵^程中，所記錄的變化會被二等分。因此，優(yōu)選地，計算汽缸和傳感器兩者的偏差以容許對軸承損害的可靠檢測。在一個實(shí)施例中，控制器配置為計算汽缸和傳感器兩者的偏差。多于一個的傳感器受到影響的情況的一個實(shí)例是多于一個的軸承受到損害。這可能是一般侵蝕過程使幾個或所有軸承惡化的結(jié)果。這樣的情況可能是受污染的油料或者供油故障的結(jié)果。這種情況不會容易地從汽缸和傳感器的偏差中檢測到，因?yàn)橥ㄟ^這些計算的平均處理，所述效果會被抵消。但是，有可能從每個信號的發(fā)動機(jī)速度補(bǔ)償值中檢測到這種情況。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為計算汽缸偏差、傳感器偏差和發(fā)動機(jī)速度補(bǔ)償
信號值。在根據(jù)上述的一個實(shí)施例中，控制器因此被配置為將影響傳感器讀數(shù)可靠性的若干因素考慮在內(nèi)，從信號值中提取信息。根據(jù)這里所述的設(shè)備的控制器因此能夠產(chǎn)生用于監(jiān)測發(fā)動機(jī)中軸承磨損的可靠讀數(shù)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為評估該讀數(shù)并且確定損害是否迫近或?qū)⒁l(fā)生。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為將汽缸或軸承當(dāng)前的讀數(shù)與在一個時間周期中取得的平均值進(jìn)行比較。在一個實(shí)施例中，該時間周期為6小時。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定當(dāng)前的讀數(shù)和時間平均值之間的差異是否大于閾值水平，且如果是這樣，則啟動預(yù)警操作。在一個實(shí)施例中，預(yù)警極限是+/-0. 25mm。如果超出預(yù)警水平，則表示被監(jiān)測的軸承的狀況正在發(fā)生變化。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在日志文件中存儲預(yù)警。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為接收輸入以重新設(shè)定預(yù)警操作。當(dāng)監(jiān)測到的軸承的狀況只是剛開始變化時，發(fā)動機(jī)在至少若干個小時內(nèi)極其不可能處于危險之中，因此可以重新設(shè)定預(yù)警操作并繼續(xù)運(yùn)行發(fā)動機(jī)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為將汽缸或軸承的當(dāng)前的讀數(shù)與警報閾值進(jìn)行比較?？刂破鞅慌渲脼樵诔^這一閾值時啟動警報。警報表示受影響的軸承開始損壞或即將損壞并且應(yīng)該進(jìn)行檢查。在一個實(shí)施例中，傳感器值的警報閾值為+/-0. 5mm。在一個實(shí)施例中，傳感器偏差的警報閾值為+/-0. 4mm。在一個實(shí)施例中，汽缸偏差的警報閾值為+/-0. 3mm。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在日志文件中存儲警報操作。如果檢測到更大的變化，則應(yīng)該發(fā)出減慢發(fā)動機(jī)速度的請求。由于發(fā)動機(jī)速度會顯著影響軸承負(fù)荷和軸承的磨損，在一些情況下，可以通過對發(fā)動機(jī)減速來延遲或防止由損壞的軸承所導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)故障。在嚴(yán)重的情況下，發(fā)動機(jī)將必須完全停止以避免故障。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為將汽缸或軸承當(dāng)前的讀數(shù)與減速閾值進(jìn)行比較?？刂破鞅慌渲脼樵诔鲞@一閾值時發(fā)出減速請求。在一個實(shí)施例中，傳感器值的閾值為+/-0. 7mm。在一個實(shí)施例中，傳感器偏差的減速閾值為+/-0. 5mm。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在收到這樣的減速請求時就自動地減慢發(fā)動機(jī)速度。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在收到這樣的減速請求時就自動地停止發(fā)動機(jī)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在日志文件中存儲減速請求。圖4例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的軸承磨損的一般的監(jiān)測方法。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為對所有傳感器并行實(shí)施圖4的步驟。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為對一個汽缸實(shí)施圖4的步驟。在一個這樣的實(shí)施例中，每個汽缸具有一個控制器。在一個這樣的實(shí)施例中，控制器被配置為從其它汽缸的控制器中接收信號值。在第一步410中，通過控制器接收值或信號、。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過從接收的信號中減去參考值來計算補(bǔ)償值 (420)Scomp — SN~Sref在一個實(shí)施例中，控制器還被配置為應(yīng)用濾波器以降低接收的信號中的噪聲430。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為計算傳感器偏差d(SftsS)d(SftsS) = Sftss-其它傳感器的平均值在一個實(shí)施例中，控制器還被配置為計算汽缸偏差d(汽缸)d(汽缸)=,前部+S,,后部)/2-其它傳感器的平均值在圖4中，在步驟440中計算兩個偏差。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定是否超出傳感器值的警報閾值450，且如果是，則啟動警報460。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定是否超出傳感器偏差的警報閾值450，且如果是，則啟動警報460。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定是否超出汽缸偏差的警報閾值450，且如果是，則啟動警報460。在圖4中，執(zhí)行與警報極限相關(guān)的所有三個確認(rèn)過程450。
如果控制器確定將啟動警報，則控制器還被配置為在日志文件中存儲該事件460。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定是否超出傳感器偏差的減速極限480，且如果是，則啟動請求減速程序490。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為返回至步驟410，以接收新的信號值。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為對每次回轉(zhuǎn)實(shí)施步驟410至440。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為對每次回轉(zhuǎn)實(shí)施步驟450至490。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為間隔地實(shí)施步驟450至490。在一個實(shí)施例中， 該間隔在1至50轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，該間隔在10至30轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，該間隔為30轉(zhuǎn)。這在圖4中以虛線表示。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在每個速度點(diǎn)以50小時的間隔重新計算每個傳感器的信號值的平均值。這容許系統(tǒng)適應(yīng)于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的變化并對該變化作出反應(yīng)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在與初次獲得的有效補(bǔ)償值進(jìn)行比較時，確定任意發(fā)動機(jī)速度的參考值是否變?yōu)楸雀碌拈撝蹈蟮闹担绻?，則啟動和報警以指示這種情況。在一個實(shí)施例中，更新的閾值為0.2mm。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行改變用于預(yù)警、警報和動態(tài)減速中至少一種情況的閾值。在大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行期間，發(fā)動機(jī)被設(shè)置為以一發(fā)動機(jī)速度長時間運(yùn)轉(zhuǎn)。在這時間周期中，發(fā)動機(jī)的環(huán)境是相當(dāng)穩(wěn)定的。例如，由于沒有加速，存在由推力引起的較小的形變。隨著發(fā)動機(jī)的速度的改變，環(huán)境變得不那么穩(wěn)定，其影響了軸承的BDC水平，并且這些BDC水平會相應(yīng)地變化和/或者波動。在這樣的時間周期中，控制器被配置為提高閾值水平以適應(yīng)這樣的變化而不發(fā)出任何警報。影響發(fā)動機(jī)環(huán)境或發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的另一種情況的一個實(shí)例為當(dāng)由發(fā)動機(jī)推動的船舶負(fù)荷增加且船舶吃水更深時?？刂破鞅慌渲脼殡S著發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)再次變得穩(wěn)定(可能在新的發(fā)動機(jī)速度下)而降低閾值。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為在經(jīng)過一個延遲的時間周期后，降低至少一個閾值水平。這容許對運(yùn)行中的變化的后效應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)而不發(fā)出不必要的警報。在一個實(shí)施例中，每個汽缸中設(shè)置有兩個傳感器，一個前部傳感器和一個后部傳感器，而且如上所述，控制器被配置為確定主軸承或者十字頭和/或曲柄銷軸承是否磨損。 為了確定主軸承被磨損壞或處于臨界狀態(tài)，將第一汽缸的前部傳感器與第二汽缸的后部傳感器進(jìn)行比較。為了確定十字頭和/或曲柄銷軸承被磨損壞或處于臨界狀態(tài)，將第一汽缸的前部傳感器與同一汽缸的后部傳感器相結(jié)合。因此，對于主軸承以及十字頭和/或曲柄銷軸承，可獲得兩個傳感器讀數(shù)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為結(jié)合兩個傳感器的讀數(shù)并將這兩個傳感器的讀數(shù)結(jié)果與警報閾值水平進(jìn)行比較。對于具有4個汽缸且每個汽缸設(shè)置有兩個傳感器的實(shí)施例，總共8個傳感器被標(biāo)不為(Sfi ；Sai)、(SF2 ;SA2)、 (SF3 ;SA3)和(SF4 Λ4)，其中Sfi是汽缸1的前部傳感器而Sai是汽缸1的后部傳感器，其中汽缸1是最靠近發(fā)動機(jī)輸出的汽缸(換句話講，在本實(shí)例中，汽缸1是最后部的汽缸)，汽缸1和2之間的主軸承的結(jié)合的傳感器值^112為Sm12 = SF1+SA2 ； ^P汽缸1的十字頭和/或曲柄銷軸承的結(jié)合的傳感器值Sra為
Sqq-^ Sfi+Sai ο在一個實(shí)施例中，如之前那樣通過減去參考值來補(bǔ)償傳感器值。在一個這樣的實(shí)施例中，控制器被配置為計算所補(bǔ)償?shù)膫鞲衅髦档暮椭?，并計算該和值的絕對值。因此，對于汽缸1和2之間的主軸承，Sm12為Sm12 一 I SF1-SFlref+SA2-SA2ref I通過比較兩個傳感器的總和，測量的靈敏度進(jìn)一步提高，因?yàn)樵诒容^之前，BDC水平的任何變化會加倍，由于差異很小，這是有益的。應(yīng)該注意到，對于單個傳感器值，警報、預(yù)警和減速的閾值水平是不同的，因?yàn)樗鼈兪轻槍τ诮Y(jié)合的傳感器值的。 在一個實(shí)施例中，控制器被配置為檢測傳感器值的快速變化。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，由于軸承將被磨損，可以預(yù)期BDC水平隨著時間的較小變化。 但是，這些變化發(fā)生得非常緩慢并且難于與其它變化，比如變化的發(fā)動機(jī)環(huán)境(溫度、推力等)進(jìn)行區(qū)分，而控制器被配置為關(guān)注于BDC水平而不是該水平的變化。然而，BDC水平的快速變化可能表示某處即將要發(fā)生故障。這樣的一種情況是當(dāng)一些污染物已經(jīng)進(jìn)入到油路系統(tǒng)中時，軸承將更快速地被磨損壞。即使變化仍在允許的范圍內(nèi)(在各種警報的閾值之下)，如果不及時停止，變化的速度可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損壞，而且在某些情況下，如果變化是快速的，發(fā)出警報時可能已經(jīng)太遲了。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過將傳感器值與先前且最近的水平進(jìn)行比較來檢測BDC水平的快速變化。這樣能使控制器確定在最近的時間周期內(nèi)是否存在顯著的變化，即使這樣的變化恰好在允許的范圍之內(nèi)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過實(shí)施將傳感器值與至少一個先前時間周期相比較的算法分析來確定是否發(fā)生了快速變化(見下文)。該算法分析的一個優(yōu)勢在于可以精確地調(diào)整補(bǔ)償表。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過實(shí)施將傳感器值與浮動參考水平相比較的指數(shù)分析來確定是否發(fā)生了快速變化(見下文)。指數(shù)分析的一個優(yōu)勢在于其不需要存儲很多值，因此更快和更加節(jié)約資源。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過將傳感器值與先前的短暫時間周期的平均水平進(jìn)行比較來檢測BDC水平的快速變化。在一個實(shí)施例中，這一時間周期在1至20分鐘的間隔內(nèi)。在一個實(shí)施例中，這一時間周期在1至10分鐘的間隔內(nèi)。在一個實(shí)施例中，這一時間周期在5至10分鐘的間隔內(nèi)。在一個實(shí)施例中，這一時間周期在10分鐘內(nèi)。在一個實(shí)施例中，這一時間周期為5分鐘。在一個實(shí)施例中，被比較的時間周期先于測量第二時間周期。在一個實(shí)施例中，該第二時間周期在1至20分鐘的間隔內(nèi)。在一個實(shí)施例中，該時間周期在1至10分鐘的間隔內(nèi)。在一個實(shí)施例中，該時間周期為5分鐘。在這樣的一個實(shí)施例中，控制器被配置為將當(dāng)前的測量值與第一時間周期的平均值進(jìn)行比較，該第一時間周期以第二時間周期先于當(dāng)前時間。在一個實(shí)施例中，第一時間周期為10分鐘，而第二時間周期為5分鐘，將時間T處的測量值與在T-5和T-15期間的平均值進(jìn)行比較。在一個實(shí)施例中，為了適應(yīng)錯誤讀數(shù)和其它短暫波動，控制器被配置為將最后讀數(shù)的平均值與先前時間周期的傳感器信號的平均值進(jìn)行比較。在一個實(shí)施例中，所述設(shè)置包括多個最后接收的傳感器值，其中所述數(shù)字在5至 10的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，所述設(shè)置包括最后五個接收的傳感器值。在一個實(shí)施例中， 所述設(shè)置包括最后十個接收的傳感器值。在一個實(shí)施例中，為了適應(yīng)錯誤讀數(shù)和其它短暫波動，控制器被配置為將最后五個讀數(shù)的平均值與先前時間周期的平均值進(jìn)行比較?？刂破鞅慌渲脼閷ο惹皶r間周期的平均水平和當(dāng)前(平均)水平之間的差異的變化率進(jìn)行確定。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定該差異是否超出閾值水平，且如果是，則控制器被配置為對操作員發(fā)出通知。在一個實(shí)施例中，該閾值水平為0. 2mm。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定該差異是否超出閾值水平，且如果是，則控制器被配置為發(fā)出通知到日志。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定該差異是否超出閾值水平，且如果是，則控制器被配置為發(fā)出警報。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定該差異是否超出閾值水平，且如果是，則控制器被配置為請求減速。因此，在這樣的情況下，能夠給出一個提前指示，這有可能防止嚴(yán)重的發(fā)動機(jī)故障。通過指數(shù)分析檢測快速變化在一個實(shí)施例中，控制器被配置為實(shí)施傳感器值的指數(shù)分析并確定是否應(yīng)發(fā)出警報。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定參考水平并通過計算指數(shù)平均值來確定當(dāng)前的狀態(tài)水平。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為使用具有更新因子的低通濾波器，通過用補(bǔ)償值S。。mp更新舊的參考值來更新參考水平&rflerel。在一個實(shí)施例中，這表示為Sreflevelnew 一 Sreflevelold* (l_x)+Scomp*x其中，χ為更新因子。參考水平表示當(dāng)前正常水平，由此應(yīng)該相對較慢地作出反應(yīng)。因此，更新因子應(yīng)選得較小。在一個實(shí)施例中，更新因子X被選為0. 0001。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為使用具有更新因子的低通濾波器，通過用補(bǔ)償值s。。mp更新舊的當(dāng)前狀態(tài)來更新當(dāng)前狀態(tài)水平sp_。 在一個實(shí)施例中，這表示為Spresnew = Spresold* (1-y) +sc。mp*y其中，y為更新因子。
當(dāng)前狀態(tài)水平表示BDC水平的當(dāng)前狀態(tài)，由此應(yīng)該相對較快地作出反應(yīng)，從而對快速變化產(chǎn)生反應(yīng)。因此，更新因子應(yīng)選得較大。在一個實(shí)施例中，更新因子y被選為0.2。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為也計算參考值^rfvallffi。在一個實(shí)施例中，該參考值為參考水平和當(dāng)前狀態(tài)之間的差異Srefvalue=Spres-Sreflevel
在一個實(shí)施例中，控制器被配置為分析該參考值以確定是否應(yīng)發(fā)出警報。圖9示出了使用根據(jù)此處實(shí)施例的指數(shù)算法來檢測軸承中BDC水平的快速變化的方法。根據(jù)步驟910和920中的發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表來接收和補(bǔ)償代表BDC水平的信號。 在步驟930中實(shí)施如上所述的參考水平、當(dāng)前狀態(tài)和參考值的計算。
在一個實(shí)施例中，控制器被配置為分析單個傳感器的參考值以確定整治發(fā)生快速變化。如果參考值超出了閾值，則確定發(fā)生了快速變化。在圖9中，在步驟960中實(shí)施這些計算。通過來自僅一個傳感器的讀數(shù)來確定磨損，這容許檢測軸承上(在軸向方向上) 不均勻的磨損。在一個實(shí)施例中，僅一個傳感器的閾值水平為120。在一個實(shí)施例中，僅一個傳感器的閾值水平為120以上。在一個實(shí)施例中，僅一個傳感器的閾值水平為110以上。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為分析單個汽缸的傳感器參考值的總和，以確定正在發(fā)生快速變化。如果總和超出了閾值，則確定發(fā)生了快速變化。該快速變化可能存在于汽缸的曲柄銷或十字頭軸承中。圖9中，在(可替換的)步驟940中實(shí)施這些計算并且在步驟960中實(shí)施對是否超出警報極限的確定。通過來自兩個傳感器的讀數(shù)來確定磨損，這容許快速檢測軸承的磨損，因?yàn)閮蓚€讀數(shù)是同時增長的，由此其總和以兩倍快的速度增長。在一個實(shí)施例中，為了適應(yīng)比兩個單獨(dú)的傳感器讀數(shù)更大的總和，該總和的閾值水平高于單個傳感器的閾值水平。在一個實(shí)施例中，汽缸中傳感器的閾值水平為170。在一個實(shí)施例中，汽缸中傳感器的閾值水平為170以上。在一個實(shí)施例中，汽缸中傳感器的閾值水平為160以上。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為分析來自一個汽缸的一個傳感器的參考值與相鄰汽缸中一個傳感器的參考值的總和，以確定正在發(fā)生快速變化。如果該總和超出了閾值， 則確定發(fā)生了快速變化。該快速變化可能存在于兩個汽缸之間的主軸承中。圖9中，在(可替換的)步驟950中實(shí)施這些計算，并且在步驟960中實(shí)施對是否超出警報極限的確定。通過來自兩個不同汽缸的兩個傳感器的讀數(shù)來確定磨損，這容許甚至更加快速地檢測主軸承的磨損，因?yàn)檫@兩個讀數(shù)似乎比汽缸總和中的傳感器增長更快。由此額外提供了安全性。在一個實(shí)施例中，為了適應(yīng)比汽缸總和增長更快的這個和，相鄰汽缸的閾值水平高于汽缸總和的閾值水平。在一個實(shí)施例中，相鄰汽缸中傳感器的閾值水平為220。在一個實(shí)施例中，相鄰汽缸中傳感器的閾值水平為220以上。
在一個實(shí)施例中，相鄰汽缸中傳感器的閾值水平為210以上。應(yīng)注意到，不必實(shí)施所有這些步驟(940和950)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為如果確定已發(fā)生快速變化(步驟965)，則發(fā)出警報請求(未示出)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為如果確定已發(fā)生快速變化(步驟965)，則發(fā)出減速請求(步驟970)。由于該變化是迅速的，快速進(jìn)行測量以防止損壞發(fā)生很重要，而且減速對快速變化提供了最快的補(bǔ)救。在一個實(shí)施例中，控制器還被配置為將快速變化的信息存儲在日志文件中(步驟 980)。這使得控制器對快速變化產(chǎn)生快速反應(yīng)，而不必存儲每個傳感器的多個值，并且能夠防止對軸承的進(jìn)一步磨損或者損壞。為了將由發(fā)動機(jī)速度改變所引起的BDC水平的變化考慮在內(nèi)，可在監(jiān)測快速變化時使用動態(tài)警報極限或者閾值水平。在一個實(shí)施例中，動態(tài)警報極限或者閾值水平是以發(fā)動機(jī)速度RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)) 的變化為基礎(chǔ)計算的，而且該動態(tài)閾值水平隨發(fā)動機(jī)速度的增加而增加。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為接收表示當(dāng)前或新的速度的輸入，該速度表示為 RPMn?？刂破鞅慌渲脼榛谛碌乃俣雀聟⒖妓俣?。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為通過如下式中的指數(shù)移動平均數(shù)來更新參考速度RPMrefnew = RPMrefold* · (l_z) +RPMN*z控制器還被配置為通過計算當(dāng)前速度RPMn和參考速度之間的差異的絕對值來計算RPM的變化，RPM的變化表示為Δ RPM Δ RPM = | RPMN_RPMref在一個實(shí)施例中，所有大于3的值的ARPM設(shè)定為3。這確保了警報極限不會升得太尚。根據(jù)將監(jiān)測什么樣的傳感器組合(單個傳感器、同一汽缸或相鄰汽缸)，將由 alarmbasi。表示的基本閾值水平或者基本警報極限確定為上面所列出的閾值之一。在一個實(shí)施例中，控制器還被配置為基于下式中由k表示的放大常量來計算第一候選動態(tài)閾值水平(表示為alarml)alarml = alarmbasic (1+Δ RPM*k)在一個實(shí)施例中，控制器確定使用該第一候選閾值水平作為動態(tài)閾值水平。在一個實(shí)施例中，控制器還被配置為基于下式中由H表示的最后一次閾值水平升高時接收的發(fā)動機(jī)速度讀數(shù)的數(shù)字、由k表示的放大常量和由β表示的延遲常量來計算第二候選動態(tài)閾值水平(表示為alarm2)alarm2 = alarmbasic (1+ Δ RPM*k*Exp (—H/ β ))在一個實(shí)施例中，控制器確定使用該第二候選閾值水平作為動態(tài)閾值水平。放大常量越大，警報水平升高得越快。放大常量的實(shí)例為0. 1,0. 15,0. 2,0. 25和 0. 3。在一個實(shí)施例中，放大常量在0. 05至0. 4的范圍內(nèi)。延遲常量的實(shí)例為190、200、210。在一個實(shí)施例中，延遲常量在150至250的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為確定候選閾值水平的最高閾值水平，并將其當(dāng)作動態(tài)閾值水平使用動態(tài)閾值水平=max (alarml, alarm2)。因此，控制器能夠與變化相適應(yīng)并仍然能夠檢測軸承磨損的快速變化。應(yīng)注意到，如上所述的快速變化的指數(shù)分析也適用于四沖程發(fā)動機(jī)。在一個實(shí)施例中，該發(fā)動機(jī)為二沖程發(fā)動機(jī)。在一個實(shí)施例中，該發(fā)動機(jī)為四沖程發(fā)動機(jī)。為了將發(fā)動機(jī)監(jiān)測中的所有可變因子考慮在內(nèi)，在學(xué)習(xí)階段，首先對監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。在由控制器所實(shí)施的“學(xué)習(xí)程序”期間，必須獲得發(fā)動機(jī)速度補(bǔ)償查閱表。在一個實(shí)施例中，該學(xué)習(xí)階段具有500小時的持續(xù)時間。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為為每個傳感器170建立速度補(bǔ)償表。在將磨損監(jiān)測系統(tǒng)安裝至新組裝的、運(yùn)行出廠測試或?qū)嵤┖Ｉ显囼?yàn)的發(fā)動機(jī)上的情況下，該系統(tǒng)能夠從最早的可能時間開始提供對軸承的保護(hù)是很重要的。因此，一旦由一個固定的發(fā)動機(jī)速度獲得10分鐘的平均值，就建立粗略的校準(zhǔn)曲線。然后重新調(diào)整該曲線，使得在學(xué)習(xí)程序期間，使用三種固定的發(fā)動機(jī)速度進(jìn)行啟動。圖5示出了用于提供粗略校準(zhǔn)的一般流程圖。控制器被配置為通過用BDC水平相對發(fā)動機(jī)速度的曲線來接近表格值，由此首先建立發(fā)動機(jī)速度補(bǔ)償?shù)拇致怨烙?。這一粗略估計容許在學(xué)習(xí)階段期間進(jìn)行一些控制。在一個實(shí)施例中，控制器接收每個傳感器在給定發(fā)動機(jī)速度(或rpm)下的值510。 所述值被平均化520，然后從平均化的發(fā)動機(jī)速度-BDC水平的坐標(biāo)或控制點(diǎn)，以及依賴于發(fā)動機(jī)尺寸的、在速度范圍內(nèi)的預(yù)期變化生成初步曲線530。在一個實(shí)施例中，該預(yù)期變化是預(yù)先計算并存儲在例如表1的表中的。
發(fā)動機(jī)類型(缸徑，cm)mm 變化(20-110% rpm)80 至 98-0. 3560 至 70-0. 25高達(dá)50- 0. 15表1發(fā)動機(jī)類型的預(yù)期變化圖6示出了曲線600的初步曲線或粗略估計的曲線，曲線600具有特定發(fā)動機(jī)速度的平均BDC水平的控制點(diǎn)610。曲線600為粗略估計，并且控制器被配置為僅在建立粗略校準(zhǔn)曲線期間將其作為參考使用。在一個實(shí)施例中，選擇第二速度，且控制器接收處于第二發(fā)動機(jī)速度的每個傳感器的值M0。所述值被平均化550，且該曲線被更新560，以將第二平均化發(fā)動機(jī)速度-BDC 水平坐標(biāo)或控制點(diǎn)考慮在內(nèi)。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為對第三速度重復(fù)執(zhí)行步驟540至560。在圖5中，其以虛線表示。在步驟570中，控制器通過在控制點(diǎn)(710、720、730)之間進(jìn)行內(nèi)插和外推以覆蓋整個發(fā)動機(jī)速度范圍來完成粗略校準(zhǔn)曲線(700)。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)速度范圍為0-120%。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)速度范圍為 20-110%。圖7示出了具有用于三個發(fā)動機(jī)速度的平均BDC水平的三個控制點(diǎn)710、720、730 的粗略校準(zhǔn)曲線700的實(shí)例。在一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)在每個速度下各運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘。應(yīng)注意到，也可采用其它的運(yùn)轉(zhuǎn)時間。在一個實(shí)施例中，控制器被配置為根據(jù)表2選擇這三個速度。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于測量在給定汽缸中與所述發(fā)動機(jī)的固定點(diǎn)相關(guān)的下止點(diǎn)水平，其中所述設(shè)備還包括控制器，其被配置為接收來自每一傳感器的信號； 根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件補(bǔ)償每一信號；確定是否已經(jīng)超出了閾值，且如果是，則發(fā)出超出閾值的指示，并且其中所述控制器被進(jìn)一步配置為學(xué)習(xí)階段中，在所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，通過采樣第一數(shù)量的傳感器值生成發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表，所述第一數(shù)量的傳感器值與所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間的第二數(shù)量的發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)相關(guān)，以及，當(dāng)已經(jīng)接收發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的所述第一數(shù)量的采樣后，通過對所接收到的所述速度點(diǎn)的采樣值進(jìn)行平均來確定參考值。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中配置所述控制器以通過對于第一發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件，在一個時間周期內(nèi)，接收來自至少一個傳感器的信號值； 對所述信號值進(jìn)行平均以生成第一參考值；和使用預(yù)定的估計變化因子，從發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的所述第一參考值外推至其它發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件，來確定發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償?shù)拇致孕?zhǔn)估計；其中所述控制器被配置為在所述學(xué)習(xí)階段期間根據(jù)所述粗略校準(zhǔn)估計來補(bǔ)償下一步接收的信號值。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述控制器被進(jìn)一步配置為通過對于一項(xiàng)第二發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件，在一個時間周期內(nèi)接收來自至少一個傳感器的信號值；對所述信號值進(jìn)行平均以生成第二參考值；在介于第一和第二速度之間的速度的所述第一和第二參考值之間進(jìn)行內(nèi)插；并且使用預(yù)定的估計變化因子從除所述第一和第二發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件之外的發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的所述第一和第二參考值開始外推來更新所述粗略校準(zhǔn)估計；其中配置所述控制器以在學(xué)習(xí)階段期間根據(jù)所述粗略校準(zhǔn)估計來補(bǔ)償下一步接收的信號值。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述運(yùn)行條件為發(fā)動機(jī)速度，且所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)為速度點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述運(yùn)行條件為螺旋槳槳距級別。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述運(yùn)行條件為負(fù)載。
7.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中配置所述控制器以接收三個發(fā)動機(jī)速度的信號，所述三個發(fā)動機(jī)速度為第一發(fā)動機(jī)速度取自發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的20%至50%的范圍； 第二發(fā)動機(jī)速度取自發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的50%至80%的范圍；和第三發(fā)動機(jī)速度取自發(fā)動機(jī)標(biāo)稱速度的80%至100%的范圍。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述控制器還被配置為在所述學(xué)習(xí)階段期間更新對發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表的所述粗略校準(zhǔn)估計。
9.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述控制器還被配置為以一時間間隔重新確定每一發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)的參考值，并且使用新的參考值更新所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述控制器還被配置為確定與第一次獲得的參考值比較，發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)的參考值是否由一個因子所改變，如果是，則啟動警報。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述控制器還被配置為在所述學(xué)習(xí)階段之后通過在發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表的值和粗略校準(zhǔn)估計的值之間進(jìn)行內(nèi)插和外推來更新所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其包括多于兩個的傳感器，其中所述控制器被配置為基于所接收的傳感器值確定每一傳感器的傳感器偏差，以確定每一傳感器與其它傳感器的平均值的偏差。
13.—種包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述設(shè)備的發(fā)動機(jī)，其中所述發(fā)動機(jī)為大型二沖程船舶柴油發(fā)動機(jī)。
14.一種包括如前述權(quán)利要求所述的發(fā)動機(jī)的航海船舶。
15.一種用于在具有控制器的設(shè)備中實(shí)施的方法，所述控制器被配置為執(zhí)行存儲在物理介質(zhì)中的指令，所述方法用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承的磨損，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器被設(shè)置和配置為用于在給定汽缸中測量與所述發(fā)動機(jī)的固定點(diǎn)相關(guān)的下止點(diǎn)水平，其中所述方法包括接收來自每一傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件補(bǔ)償每一信號；確定是否已經(jīng)超出了閾值，且如果是，則發(fā)出超出閾值的指示，且其中所述方法還包括學(xué)習(xí)階段中，在所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，通過采樣第一數(shù)量的傳感器值生成發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表，所述第一數(shù)量的傳感器值與所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間的第二數(shù)量的發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)相關(guān)，和當(dāng)已經(jīng)接收發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)的所述第一數(shù)量的采樣后，通過對所接收到的所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)的采樣值進(jìn)行平均來確定參考值。
全文摘要
一種用于監(jiān)測大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承磨損的設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個傳感器，其中所述傳感器設(shè)置和配置為用于測量在給定汽缸中與發(fā)動機(jī)固定點(diǎn)相關(guān)的下止點(diǎn)水平，其中所述設(shè)備還包括控制器，其配置為接收來自每一傳感器的信號；根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行條件補(bǔ)償每一信號；確定是否超出閾值，如果是，發(fā)出超出閾值的指示，且其中所述控制器進(jìn)一步配置為學(xué)習(xí)階段中，在所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，通過采樣第一數(shù)量的傳感器值生成發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件補(bǔ)償表，第一數(shù)量的傳感器值與所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間第二數(shù)量的發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件點(diǎn)相關(guān)，和當(dāng)已接收發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的第一數(shù)量的采樣后，通過平均所接收的該速度點(diǎn)采樣值來確定參考值。
文檔編號G01M13/04GK102288408SQ201110117518
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者亨里克·維拉登斯·克里斯滕森, 馬丁·奧爾森 申請人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司曼柴油機(jī)德國分公司