用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的方法和系統(tǒng)。可以根據(jù)利用來(lái)自操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的發(fā)電機(jī)(120)的信號(hào)所估算的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線和/或與發(fā)動(dòng)機(jī)(110)相關(guān)聯(lián)的其它信息來(lái)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的狀況。根據(jù)在估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線中的識(shí)別特征可以區(qū)分不同類型的退化。因此，能夠以減少由維修引起的延遲的方式識(shí)別退化的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)部件。
【專利說(shuō)明】用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)要求2011年9月15日提交的系列號(hào)為61/535，049的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)據(jù)此全文引入以供參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明公開(kāi)的主題的實(shí)施例涉及用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)動(dòng)機(jī)各部件在操作期間可能以多種方式退化。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸可能由于火花塞磨損而導(dǎo)致啟動(dòng)不點(diǎn)火(start mis-firing)。檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)退化的一種方法是監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度。診斷程序可以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度的各分量是否上升到閾值水平之上，并且生成要求維修、降低額定發(fā)動(dòng)機(jī)功率或關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷代碼或其它指示。然而，發(fā)明人在這里已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度的分析通常不足以徹底地診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)操作地連接到發(fā)電機(jī)。該方法包括:通過(guò)比較發(fā)動(dòng)機(jī)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線(torque profile)與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)操作地連接到發(fā)電機(jī)。該方法包括:通過(guò)比較發(fā)動(dòng)機(jī)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力曲線。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種車輛系統(tǒng)。該車輛系統(tǒng)包括:發(fā)動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)，其可操作地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)；至少一個(gè)傳感器，其用于在操作期間測(cè)量與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電氣參數(shù)；用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的速度的傳感器；以及控制器?？刂破靼ㄖ噶?，這些指令被構(gòu)造成用以:采樣所述至少一個(gè)電氣參數(shù)并且將所述至少一個(gè)電氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩曲線；采樣轉(zhuǎn)動(dòng)軸速度并且將轉(zhuǎn)動(dòng)軸速度轉(zhuǎn)換為慣量轉(zhuǎn)矩曲線；以及從電磁轉(zhuǎn)矩曲線和慣量轉(zhuǎn)矩曲線估算發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種測(cè)試套件。該測(cè)試套件包括控制器，該控制器可操作用以根據(jù)估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線的比較確定與發(fā)電機(jī)操作地連接的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。
[0008]該簡(jiǎn)要描述是為了以簡(jiǎn)化的形式引入概念的選擇，這些概念將在本發(fā)明中進(jìn)一步描述。該簡(jiǎn)要描述并不是用來(lái)確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或?qū)嵸|(zhì)特征，也不是用來(lái)限制要求保護(hù)的主題的范圍。此外，要求保護(hù)的主題并不受限于用以解決本公開(kāi)的任何部分中提到的任何或所有缺陷的具體實(shí)施。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]參考附圖，通過(guò)閱讀以下非限制性實(shí)施例的說(shuō)明將會(huì)理解本發(fā)明，其中:[0010]圖1為車輛系統(tǒng)(例如機(jī)車系統(tǒng))的示例性實(shí)施例的示意圖，該車輛系統(tǒng)具有發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)(交流發(fā)電機(jī))，在本發(fā)明中示出為軌道車輛，該軌道車輛被構(gòu)造成經(jīng)由多個(gè)車輪在軌道上行駛；
[0011]圖2為圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的示意性實(shí)施例的示意圖，其可操作地連接到多種輔助設(shè)備和牽引馬達(dá)；
[0012]圖3為如何從發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)估算發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的不意圖；
[0013]圖4為如何將發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖；
[0014]圖5為如何從發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速生成慣量轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖；
[0015]圖6為如何估算發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖；
[0016]圖7為轉(zhuǎn)矩比較處理如何用來(lái)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況的示例性實(shí)施例的示意圖；以及
[0017]圖8為如何生成可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)診斷的時(shí)間域轉(zhuǎn)矩曲線的頻譜的示例性實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明公開(kāi)的主題的實(shí)施例涉及用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還提供用于執(zhí)行所述方法的測(cè)試套件(Test kits)。發(fā)動(dòng)機(jī)可以包含在車輛中，例如包含在機(jī)車(locomotive)系統(tǒng)中。其它合適類型的車輛可以包括公路車輛、越野車輛、采礦設(shè)備、飛行器和船舶。本發(fā)明的其它實(shí)施例可以用于固定式(stationary)發(fā)動(dòng)機(jī)，例如風(fēng)力渦輪機(jī)或發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)可以是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，或者可以燃燒另外的燃料或者這些燃料的組合。這樣的可選的燃料可以包括汽油、煤油、生物柴油、天然氣和乙醇，以及上述燃料的組合。合適的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用壓縮點(diǎn)火和/或火花點(diǎn)火。這些車輛可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的各部件隨著使用而退化。
[0019]此外，本發(fā)明所公開(kāi)的主題的實(shí)施例使用發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)，例如測(cè)量的發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)或者來(lái)源于測(cè)量的發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(例如速度)的發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)(例如得到的轉(zhuǎn)矩曲線)，以診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況(condition)，并且在狀況與相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)各部件之間進(jìn)行區(qū)分。
[0020]當(dāng)尋找到特定類型的發(fā)動(dòng)機(jī)退化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被置于特定操作條件或模式。例如，在作為測(cè)試工序一部分的自加載狀況、動(dòng)態(tài)制動(dòng)(dynamic brake ;db)調(diào)試狀況或穩(wěn)態(tài)駕駛狀況期間可以診斷發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明討論的診斷和預(yù)測(cè)方法可以用于預(yù)測(cè)趨向、比較缸與缸的變化、進(jìn)行測(cè)試工序、修復(fù)確認(rèn)和幫助修復(fù)。或者，在正常操作期間，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到特定操作狀況或狀態(tài)時(shí)，可以采樣和分析發(fā)電機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。
[0021]圖1為車輛系統(tǒng)100 (例如機(jī)車系統(tǒng))的示例性實(shí)施例的示意圖，該車輛系統(tǒng)在本發(fā)明中示出為軌道車輛106，該軌道車輛106被構(gòu)造成經(jīng)由多個(gè)車輪108在軌道102上行駛。如圖所示，軌道車輛106包括發(fā)動(dòng)機(jī)110，該發(fā)動(dòng)機(jī)110可操作地連接到發(fā)電機(jī)(交流發(fā)電機(jī))120。車輛106還包括牽引馬達(dá)130，該牽引馬達(dá)130可操作地連接到發(fā)電機(jī)120，以用于驅(qū)動(dòng)車輪108。車輛106還包括多種輔助系統(tǒng)或設(shè)備140，它們可操作地連接到發(fā)電機(jī)120或發(fā)動(dòng)機(jī)110 (例如可轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)軸111，參見(jiàn)圖2)，以用于執(zhí)行各種功能。
[0022]車輛106還包括控制器150，以控制與車輛系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)的各種部件。在一個(gè)例子中，控制器150包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是基于軟件的，并且包括構(gòu)造成用以執(zhí)行計(jì)算機(jī)可操作指令的處理器，例如處理器152?？刂破?50可以包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(E⑶)，控制系統(tǒng)可以分布在各個(gè)E⑶之間?？刂破?50還包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，例如存儲(chǔ)器154，其包括指令(例如，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令)，以便能夠進(jìn)行車載監(jiān)測(cè)和對(duì)軌道車輛運(yùn)行進(jìn)行控制。存儲(chǔ)器154可以包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，控制器可以是基于硬件的，例如使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它硬件邏輯電路，以執(zhí)行本發(fā)明所述的各種功能。
[0023]控制器可以監(jiān)督車輛系統(tǒng)100的控制和管理?？刂破骺梢越邮諄?lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的速度傳感器160的信號(hào)或者來(lái)自各種發(fā)電機(jī)傳感器170的信號(hào)，以確定操作參數(shù)和操作狀況，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)各種發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器162，以控制軌道車輛106的操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，速度傳感器160包括多齒拾取輪(mult1-tooth pick-up wheel)和磁阻傳感器,該多齒拾取輪連接到發(fā)動(dòng)機(jī)軸111，磁阻傳感器用于感測(cè)拾取輪的齒何時(shí)經(jīng)過(guò)磁阻傳感器。例如，控制器可以接收來(lái)自各種發(fā)電機(jī)傳感器的代表各種發(fā)電機(jī)參數(shù)的信號(hào)。發(fā)電機(jī)參數(shù)可以包括直流鏈電壓、直流鏈電流、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓(fi e I d vo I tage )、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(fi e I d current)、發(fā)電機(jī)輸出電壓和發(fā)電機(jī)輸出電流。根據(jù)各種實(shí)施例，其它發(fā)電機(jī)參數(shù)同樣也是可能的。因此，通過(guò)將命令發(fā)送到各個(gè)部件，例如牽引馬達(dá)、交流發(fā)電機(jī)、氣缸閥、節(jié)流閥等，控制器可以控制車輛系統(tǒng)。來(lái)自發(fā)電機(jī)傳感器170的信號(hào)可以一起捆束到一個(gè)或多個(gè)線束中，以減小車輛系統(tǒng)100中專用于布線的空間，并且保護(hù)信號(hào)線免于磨損和振動(dòng)。
[0024]控制器可以包括用于記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特性的車載電子診斷程序。操作特性可以包括例如來(lái)自傳感器160和170的測(cè)量值。在一個(gè)實(shí)施例中，操作特性可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器154的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前的操作特性可以與過(guò)去的操作特性進(jìn)行比較，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的趨向。
[0025]控制器可以包括用于識(shí)別和記錄車輛系統(tǒng)100的各部件的可能退化和故障的車載電子診斷程序。例如，當(dāng)識(shí)別出可能退化的部件之后，診斷代碼可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器154中。在一個(gè)實(shí)施例中，獨(dú)特的診斷代碼可以對(duì)應(yīng)于可以通過(guò)控制器識(shí)別的各種類型的退化。例如，第一診斷代碼可以表明發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸I的問(wèn)題，第二診斷代碼可以表明發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸2的問(wèn)題，等等。
[0026]控制器可以進(jìn)一步連接到顯示器180，例如診斷界面顯示器，從而提供對(duì)于機(jī)車操作人員和維護(hù)人員的用戶界面。通過(guò)發(fā)送命令以對(duì)應(yīng)地調(diào)節(jié)各種發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器162，響應(yīng)于經(jīng)由用戶輸入控件(input controls) 182的操作者輸入，控制器可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)。用戶輸入控件182的非限制性例子可以包括節(jié)流閥控件、制動(dòng)控件、鍵盤和電源開(kāi)關(guān)。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特性，例如與退化的部件相對(duì)應(yīng)的診斷代碼，可以經(jīng)由顯示器180被報(bào)告給操作者和/或維護(hù)人員。
[0027]車輛系統(tǒng)可以包括連接到控制器的通信系統(tǒng)190。在一個(gè)實(shí)施例中，通信系統(tǒng)190可以包括用于發(fā)射和接收聲音和數(shù)據(jù)消息的無(wú)線電和天線。例如，數(shù)據(jù)通信可以處于車輛系統(tǒng)和鐵路控制中心、另一個(gè)機(jī)車、衛(wèi)星和/或路旁裝置(例如道岔)之間。例如，控制器可以利用來(lái)自GPS接收器的信號(hào)估算車輛系統(tǒng)的地理坐標(biāo)。作為另一個(gè)例子，控制器可以經(jīng)由從通信系統(tǒng)190傳遞的消息而將發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特性傳遞到控制中心。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)的退化部件且車輛系統(tǒng)可以按計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)時(shí)，消息可以通過(guò)通信系統(tǒng)190傳遞到命令中心。
[0028]圖2為圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)110和發(fā)電機(jī)120的示意性實(shí)施例的示意圖，其可操作地連接到多種輔助設(shè)備140 (141、142、143、144)和牽引馬達(dá)130。各種機(jī)械輔助設(shè)備144能夠可操作地聯(lián)接到轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸111，并且由轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸驅(qū)動(dòng)。其它輔助設(shè)備140通過(guò)整流器210由發(fā)電機(jī)120驅(qū)動(dòng)，該整流器210產(chǎn)生直流鏈電壓，以向調(diào)節(jié)器230供電。這樣的輔助設(shè)備的例子包括鼓風(fēng)機(jī)141、壓縮機(jī)142和散熱器風(fēng)扇143。牽引馬達(dá)130通過(guò)整流器210由發(fā)電機(jī)120驅(qū)動(dòng)，該整流器210產(chǎn)生直流鏈電壓，以向逆變器220供電。這樣的輔助設(shè)備140、牽引馬達(dá)130和它們的具體實(shí)施是本領(lǐng)域中眾所周知的。根據(jù)某些實(shí)施例，發(fā)電機(jī)120實(shí)際上可以是一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)，例如，主發(fā)電機(jī)用以驅(qū)動(dòng)牽引馬達(dá)130，而輔助發(fā)電機(jī)用以驅(qū)動(dòng)一部分輔助設(shè)備140。輔助設(shè)備的其它例子包括渦輪增壓器、泵和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。
[0029]速度傳感器160在操作期間測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸111的速度。根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，直流鏈傳感器171是發(fā)電機(jī)傳感器，并且可以測(cè)量直流鏈電壓、直流鏈電流或這兩者。根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，場(chǎng)傳感器172是發(fā)電機(jī)傳感器,并且可以測(cè)量發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓或這兩者。根據(jù)某些實(shí)施例，發(fā)電機(jī)傳感器173和174分別設(shè)置成用以測(cè)量發(fā)電機(jī)的電樞輸出電壓和電流?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的特定參數(shù)選擇合適的可商購(gòu)獲得的傳感器。
[0030]根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，控制器150可操作用以例如經(jīng)由通信系統(tǒng)190報(bào)告退化的發(fā)動(dòng)機(jī)狀況。此外，根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，控制器包括指令，所述指令被構(gòu)造成用以根據(jù)診斷的狀況來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
[0031]圖3為如何從發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的方法300的示例性實(shí)施例的示意圖。在步驟310中，通過(guò)控制器150(例如經(jīng)由速度傳感器160)采樣發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)。在步驟320中，從發(fā)動(dòng)機(jī)速度估算發(fā)動(dòng)機(jī)的慣量(inertial)轉(zhuǎn)矩曲線。在步驟330中，通過(guò)控制器150 (例如經(jīng)由發(fā)電機(jī)傳感器170)采樣發(fā)電機(jī)的電流和/或電壓。在步驟340中，采樣的電流和/或電壓穿過(guò)交流發(fā)電機(jī)模型。在步驟350中，從交流發(fā)電機(jī)模型的輸出估算發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線。在步驟360中，通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩曲線修改慣量轉(zhuǎn)矩曲線，以產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。在步驟370中，將燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與基線或期望發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線進(jìn)行比較。
[0032]圖4為如何將發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖。直流鏈電壓和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(例如，由發(fā)電機(jī)傳感器171和172測(cè)量的)被進(jìn)給到交流發(fā)電機(jī)模型410中，且在控制器150中實(shí)施，該控制器包括整流器210的向后模型(backwardmodel) 420和發(fā)電機(jī)120的模型430。根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，整流器可以是二極管整流器、相位控制的整流器或脈沖寬度調(diào)制(PWM)整流器。根據(jù)可選實(shí)施例，不采用整流器，交流負(fù)荷可以直接連接，或者通過(guò)受控的電力電子裝置間接地連接，并且向后模型化。
[0033]向后模型420從直流鏈電壓估算發(fā)電機(jī)輸出電壓。相似地，發(fā)電機(jī)模型430從勵(lì)磁電流估算發(fā)電機(jī)輸出電流。發(fā)電機(jī)輸出電流和電壓被進(jìn)給到在控制器150中實(shí)施的電磁轉(zhuǎn)矩估算處理440。電磁轉(zhuǎn)矩估算處理440使用發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流以及發(fā)動(dòng)機(jī)速度指示，來(lái)估算電磁轉(zhuǎn)矩曲線。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度指示用來(lái)告訴轉(zhuǎn)矩估算模型440所關(guān)注的諧波頻率位于何處。來(lái)自速度傳感器160的發(fā)動(dòng)機(jī)速度可以用作輸入，或者整流器210之外的頻譜(例如第六諧波)(例如直流鏈電壓信號(hào)的頻譜)可以用作發(fā)動(dòng)機(jī)速度的指示。[0034]因此，與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線可以來(lái)源于直流鏈電壓和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。或者，直流鏈電流和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓可以與對(duì)應(yīng)的模型一起使用，以從直流鏈電流估算發(fā)電機(jī)輸出電流和從發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓估算發(fā)電機(jī)輸出電壓。如果發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流已經(jīng)能夠被獲取到控制器150 (由于這樣的傳感器處于發(fā)電機(jī)上)，那么可以旁路(bypassed)向后模型420和發(fā)電機(jī)模型430。此外，如果能夠接受轉(zhuǎn)矩曲線的不太精確的估算，那么參數(shù)(直流鏈電壓、直流鏈電流、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓、輸出發(fā)電機(jī)電流、輸出發(fā)電機(jī)電壓)中的僅僅一個(gè)而不是兩個(gè)可以用來(lái)估算轉(zhuǎn)矩曲線。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器實(shí)施慣量轉(zhuǎn)矩估算處理。圖5為如何利用控制器150的慣量轉(zhuǎn)矩曲線估算處理510從發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速生成慣量轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖。通過(guò)隨時(shí)間采樣測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(例如來(lái)自速度傳感器160)，且在確定的特征頻率下從測(cè)量的轉(zhuǎn)速獲得加速度分量(考慮速度相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù))，并且將加速度分量組合以確定慣量轉(zhuǎn)矩曲線，可以從發(fā)動(dòng)機(jī)速度估算發(fā)動(dòng)機(jī)慣量轉(zhuǎn)矩曲線。
[0036]圖6為如何估算發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的示例性實(shí)施例的示意圖?？刂破?50實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估算處理610，該估算處理針對(duì)指定的速度波動(dòng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的慣量轉(zhuǎn)矩曲線補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線，以在發(fā)動(dòng)機(jī)端部處生成準(zhǔn)確的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。如圖7所示，控制器150實(shí)施轉(zhuǎn)矩曲線比較處理710，以將估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的或基線轉(zhuǎn)矩曲線進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，采用模板匹配(template matching)或信號(hào)特征匹配(signature matching)算法來(lái)進(jìn)行比較。與基線轉(zhuǎn)矩曲線的具體偏差可以對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的具體退化(例如發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力組件部件已經(jīng)出現(xiàn)故障)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線表示發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力曲線。因此，方法300能夠利用已有的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)傳感器準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力曲線。
[0037]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在執(zhí)行燃燒轉(zhuǎn)矩估算處理300之前，往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)可以首先被驅(qū)動(dòng)到特定的操作狀況、狀態(tài)或模型。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，直到發(fā)動(dòng)機(jī)在正常操作期間到達(dá)確定的操作狀況、狀態(tài)或模型才執(zhí)行燃燒轉(zhuǎn)矩估算處理300，其中控制器被觸發(fā)以執(zhí)行轉(zhuǎn)矩估算處理，接下來(lái)將轉(zhuǎn)矩曲線與基線轉(zhuǎn)矩曲線進(jìn)行比較。
[0038]根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，控制器150可操作用以例如經(jīng)由通信系統(tǒng)190報(bào)告退化的發(fā)動(dòng)機(jī)狀況。此外，根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，控制器包括指令，所述指令被構(gòu)造成用以根據(jù)診斷的狀況來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
[0039]可以設(shè)置有測(cè)試套件，該測(cè)試套件包括控制器，該控制器可操作用以根據(jù)估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線的比較確定與發(fā)電機(jī)操作地連接的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。該測(cè)試套件還可以包括至少一個(gè)傳感器，以感測(cè)與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電磁參數(shù)(例如直流鏈電壓和/或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流)?？刂破骺刹僮饔靡耘c傳感器通信，并且隨時(shí)間采樣電磁參數(shù)?？刂破鬟€可操作用以從電磁參數(shù)估算電磁轉(zhuǎn)矩曲線。該測(cè)試套件還可以包括用以感測(cè)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸速度的傳感器?？刂破骺刹僮饔靡耘c傳感器通信，以隨時(shí)間采樣軸速度?？刂破鬟€可操作用以從軸速度估算慣量轉(zhuǎn)矩曲線?？刂破鬟€可操作用以從電磁轉(zhuǎn)矩曲線和慣量轉(zhuǎn)矩曲線確定估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。
[0040]現(xiàn)在提供本發(fā)明所述的系統(tǒng)和方法的應(yīng)用的其它例子。這些例子示出了用于根據(jù)從發(fā)電機(jī)參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線，而在不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)退化之間進(jìn)行診斷和區(qū)分的各種方法。[0041]發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有以預(yù)定順序(predefined sequence)點(diǎn)火的多個(gè)氣缸,其中每個(gè)氣缸在四沖程或兩沖程循環(huán)期間點(diǎn)火一次。例如，四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有1-3-4-2的點(diǎn)火順序，其中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)每?jī)纱涡D(zhuǎn)，每個(gè)氣缸點(diǎn)火一次。因此，指定氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的一半，并且任何氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的兩倍。發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率可以描述為發(fā)動(dòng)機(jī)第一階(first engine order)。這樣的第一階頻率分量可以呈現(xiàn)于測(cè)量的發(fā)電機(jī)參數(shù)的頻譜。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的指定氣缸的點(diǎn)火頻率可以描述為發(fā)動(dòng)機(jī)半階，其中該發(fā)動(dòng)機(jī)半階是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的一半。這樣的半階頻率分量也可以呈現(xiàn)于測(cè)量的發(fā)電機(jī)參數(shù)的頻譜。
[0042]作為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)例子，十二缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10的點(diǎn)火順序，其中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)每?jī)纱涡D(zhuǎn)，每個(gè)氣缸點(diǎn)火一次。因此，指定氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的一半，并且任何氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的六倍。作為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)例子，十二缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10的點(diǎn)火順序，其中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)每次旋轉(zhuǎn)，每個(gè)氣缸點(diǎn)火一次。因此，指定氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率，并且任何氣缸的點(diǎn)火頻率是發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率的十二倍。再次，這些頻率分量可以呈現(xiàn)于測(cè)量的發(fā)電機(jī)參數(shù)的頻譜。
[0043]例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可以是以1050RPM運(yùn)轉(zhuǎn)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)第一階處于17.5Hz，而發(fā)動(dòng)機(jī)半階處于8.75Hz。在操作期間，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸111轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，直流鏈電壓可以以周期頻率變化。例如，直流鏈電壓的頻譜可以包括在發(fā)動(dòng)機(jī)第一階的頻率下的頻率分量。換句話講，頻譜的峰值可以出現(xiàn)在第一階頻率分量處。直流鏈電壓還可以包括處于第一階頻率的其它諧波下的頻譜，例如處于第二階頻率(發(fā)動(dòng)機(jī)頻率的兩倍)、第三階頻率(發(fā)動(dòng)機(jī)頻率的三倍)等。相似地，直流鏈電壓可以包括處于比第一階頻率小的頻率下的頻譜，例如處于半階頻率(發(fā)動(dòng)機(jī)頻率的一半)。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的或基線的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線的比較，可以檢測(cè)到四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的退化的氣缸。檢測(cè)到一個(gè)退化的氣缸(其中發(fā)動(dòng)機(jī)的其它氣缸較為正常(或較小地退化))，可以具有比發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)氣缸退化時(shí)更佳的匹配轉(zhuǎn)矩曲線。例如，通過(guò)將估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的一部分與基線轉(zhuǎn)矩曲線的相同部分進(jìn)行比較，可以識(shí)別一個(gè)退化的氣缸。然而，多個(gè)退化的氣缸可能導(dǎo)致燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的多個(gè)部分中的偏差。另外，多個(gè)退化的氣缸的點(diǎn)火順序中的位置可能改變估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與基線轉(zhuǎn)矩曲線存在偏差的部分。例如，相位相差180°的兩個(gè)退化的氣缸可以影響與相繼點(diǎn)火順序的兩個(gè)退化氣缸不同的轉(zhuǎn)矩曲線的部分，從而本發(fā)明所述的方法可以根據(jù)估算的轉(zhuǎn)矩曲線的各種變化識(shí)別一個(gè)或多個(gè)退化的氣缸。例如，與正常發(fā)動(dòng)機(jī)或不同的退化的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的基線轉(zhuǎn)矩曲線不匹配的異常情況可以由控制器識(shí)別和記錄。退化的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的其它例子包括退化的曲柄箱排出系統(tǒng)、退化的渦輪增壓器和退化的曲柄箱。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間域發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)(例如直流鏈電壓和勵(lì)磁電流)可以由低通濾波器過(guò)濾進(jìn)行濾波，該低通濾波器的截止頻率稍大于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一階頻率。例如，截止頻率可以比第一階頻率大百分之十到二十。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，截止頻率可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)速度確定。發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)可以在大于或等于奈奎斯特速率(Nyquist rate)的頻率下按時(shí)間采樣。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間域信號(hào)可以在兩倍于發(fā)動(dòng)機(jī)第一階頻率的頻率下進(jìn)行采樣。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間域信號(hào)可以在大于兩倍(greater than twice)的發(fā)動(dòng)機(jī)紅線頻率(red-line frequency)的頻率下進(jìn)行采樣。因此,通過(guò)在大于或等于奈奎斯特速率的頻率下進(jìn)行低通濾波和采樣，發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)的頻譜不可能虛構(gòu)。這同樣可以應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的速度數(shù)據(jù)。
[0046]圖8為如何生成可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)診斷的時(shí)間域轉(zhuǎn)矩曲線的頻譜的示例性實(shí)施例的示意圖。估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線(時(shí)間域數(shù)據(jù))可以被輸入到傅立葉變換處理810(例如快速傅立葉變換、FFT處理)或帶通濾波處理820，以提取估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的頻率域含量。此外，發(fā)電機(jī)信號(hào)(例如直流鏈電壓)和發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)可以被處理，從而以類似的方式提取頻譜。
[0047]如本發(fā)明所述，采樣的發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)(例如直流鏈電壓、轉(zhuǎn)矩等)可以被轉(zhuǎn)換，以生成頻率域頻譜。在一個(gè)實(shí)施例中，快速傅立葉變換(FFT)可以用來(lái)生成頻率域頻譜。在另一個(gè)實(shí)施例中，帶通濾波處理可以用來(lái)生成頻率域頻譜。頻率分析處理將采樣的時(shí)間域參數(shù)變換為頻率域中的頻譜。頻譜的各種頻率分量可以包括直流(零階)、基波(第一階)和諧波(第二階、半階、第三階等)頻率分量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，傅立葉變換處理和帶通過(guò)濾處理包括由處理器152執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，相關(guān)性算法可以用來(lái)比較發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)的頻譜與發(fā)動(dòng)機(jī)狀況的信號(hào)特征(signature)。例如，正常(healthy)發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)特征可以包括幅值低于第一階閾值的第一階頻率下的頻譜和幅值低于半階閾值的半階頻率下的頻譜。第一階閾值可以對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、曲柄箱溫度和歷史發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)。此外，閾值水平T可以取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，例如功率、速度、環(huán)境條件、維修歷史等。
[0049]例如，歷史發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在包括來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)早期操作的頻譜的樣本的數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，可以檢測(cè)到頻譜的趨向，并且該趨向可以用來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的正常與否。例如，對(duì)于指定發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷，增大的發(fā)動(dòng)機(jī)半階分量下的幅值可以表明氣缸退化。作為另一個(gè)例子，對(duì)于指定發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)荷，平均曲柄箱壓力增大而發(fā)動(dòng)機(jī)半階分量下的幅值部增大，可以表明渦輪增壓器或曲柄箱排出系統(tǒng)退化。可能的故障可以包括退化的氣缸、退化的渦輪增壓器或退化的曲柄箱排出系統(tǒng)。
[0050]在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的頻譜可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在另一個(gè)實(shí)施例中，基線轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。例如，數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)在控制器150的存儲(chǔ)器154中。作為另一個(gè)例子，數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)在遠(yuǎn)離軌道車輛106的位置處。例如，歷史數(shù)據(jù)可以封裝在消息中，并且利用通信系統(tǒng)190傳遞。這樣，命令中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常與否。例如，命令中心可以執(zhí)行步驟，以利用通信系統(tǒng)190傳遞的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)來(lái)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。例如，命令中心可以接收來(lái)自軌道車輛106的估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)，對(duì)轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率變換，以及診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的可能退化。或者，命令中心可以接收來(lái)自軌道車輛106的估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)并且對(duì)估算的數(shù)據(jù)應(yīng)用模板匹配算法(進(jìn)行與基線轉(zhuǎn)矩曲線的比較)，以及診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的可能退化。另外，命令中心可以計(jì)劃維護(hù)和配置正常機(jī)車和維護(hù)人員，以優(yōu)化資金投資。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修、發(fā)動(dòng)機(jī)修改和發(fā)動(dòng)機(jī)部件完全改變之前和之后，歷史轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)還可以用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常與否。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，可能的故障可以經(jīng)由顯示器180報(bào)告給機(jī)車操作人員。一旦得到通知，操作者就可以調(diào)整軌道車輛106的操作，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步退化的可能。在一個(gè)實(shí)施例中，指示可能的故障的消息可以利用通信系統(tǒng)190傳遞到命令中心。另外，可以報(bào)告可能的故障的嚴(yán)重程度。例如，根據(jù)估算的轉(zhuǎn)矩曲線與基線轉(zhuǎn)矩曲線的比較診斷故障可以允許比僅僅利用平均發(fā)動(dòng)機(jī)信息(例如僅僅速度信息)診斷故障更早地檢測(cè)到故障。因此，當(dāng)在退化的早期階段診斷到可能的故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)操作。相比之下，在可能的故障被診斷為嚴(yán)重的情況下，可能有利的是停止發(fā)動(dòng)機(jī)或計(jì)劃迅速進(jìn)行維護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)估算的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線的頻譜的一個(gè)或多個(gè)分量的閾值和幅值之間的差，可以確定可能的故障的嚴(yán)重程度。
[0052]通過(guò)分析估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)，能夠在操作期間監(jiān)測(cè)和診斷發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，可以調(diào)整具有退化的部件的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，以能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)部件的進(jìn)一步退化，并且能夠減小額外的發(fā)動(dòng)機(jī)故障和使用中故障的可能性。例如，半階分量可以與半階閾值進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，如果半階分量的幅值大于半階閾值，那么可能的故障可以是退化的氣缸。然而，如果半階分量的幅值不大于半階閾值，那么可能的故障可以是退化的渦輪增壓器或退化的曲柄箱排出系統(tǒng)。
[0053]在一個(gè)實(shí)施例中，可能的故障可以經(jīng)由顯示器180報(bào)告給機(jī)車操作人員，操作者可以調(diào)整軌道車輛106的操作，以降低進(jìn)一步退化的可能。在一個(gè)實(shí)施例中，診斷到可能的故障的消息可以利用通信系統(tǒng)190傳遞到命令中心。
[0054]在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)可以被調(diào)整以識(shí)別退化的氣缸。例如，可以根據(jù)選擇性地停止將燃料噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)氣缸，來(lái)識(shí)別退化的氣缸。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的頻譜中的一者或多者時(shí)，對(duì)于序列中的多個(gè)氣缸的每個(gè)氣缸而言可以停止進(jìn)行燃料噴射。例如，當(dāng)其它氣缸正常操作時(shí)，燃料可以停止噴射到一個(gè)氣缸。通過(guò)停止序列中的每個(gè)氣缸，可以識(shí)別退化的氣缸。作為另一個(gè)例子，當(dāng)其它氣缸正常操作時(shí)，燃料可以停止注入到氣缸組。通過(guò)循環(huán)通過(guò)序列中不同的組，可以通過(guò)消除過(guò)程識(shí)別退化的氣缸。
[0055]在一個(gè)例子中，可以針對(duì)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)停用氣缸，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)的半階頻率分量。在氣缸停用的同時(shí)，當(dāng)半階頻率分量下降到半階閾值以下時(shí)，停用的氣缸可能是退化的氣缸。在氣缸停用的同時(shí)，當(dāng)半階頻率分量保持為半階閾值以上時(shí)，停用的氣缸可能是正常的氣缸。換句話講，退化的氣缸可以是在半階頻率分量下提供比其它氣缸更多量頻譜的氣缸。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以怠速或輕微負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以執(zhí)行選擇性停用診斷。
[0056]在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)選擇性地改變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)氣缸的燃料噴射，來(lái)識(shí)別退化的氣缸。例如，在監(jiān)測(cè)估算的轉(zhuǎn)矩曲線的半階頻率分量時(shí)，對(duì)于每個(gè)氣缸可以選擇性地增加或減少燃料。另外，每個(gè)氣缸的信號(hào)特征，例如頻譜，可以與發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史數(shù)據(jù)或正常發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較。例如，可以對(duì)正常發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行診斷測(cè)試，以生成基線信號(hào)特征。然后，當(dāng)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，基線信號(hào)特征可以與頻譜進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射正時(shí)，可以識(shí)別退化的氣缸。例如，前進(jìn)角調(diào)節(jié)可以用來(lái)診斷退化的氣缸。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射正時(shí)可以被延遲，以可能地增加半階頻率分量的頻譜。
[0057]與使得退化的氣缸可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)額外損壞相比，更加期望的是切斷發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值可以被確定為表明發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)操作可能是不期望的，原因是可能的故障是嚴(yán)重的。例如，如果半階頻率分量的幅值超過(guò)了閾值，則可能的故障可以判斷為是嚴(yán)重的。在可能的故障的嚴(yán)重性超過(guò)了閾值的情況下，可以停止發(fā)動(dòng)機(jī)。[0058]可以例如通過(guò)經(jīng)由例如通信系統(tǒng)190發(fā)送的消息，發(fā)送計(jì)劃進(jìn)行維修的請(qǐng)求。另夕卜，通過(guò)發(fā)送可能的故障狀況和可能的故障的嚴(yán)重性，可以減小軌道車輛106的停機(jī)時(shí)間。例如，當(dāng)故障不太嚴(yán)重時(shí)，可以推遲軌道車輛106的維修。通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率，例如通過(guò)根據(jù)診斷狀況調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，可以進(jìn)一步減小停機(jī)時(shí)間?？梢源_定是否能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率。例如，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率可以減小估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)的頻譜的一個(gè)或多個(gè)分量的幅值。
[0059]可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，例如以減少退化的部件的額外退化。在一個(gè)實(shí)施例中，可以監(jiān)管發(fā)動(dòng)機(jī)速度或功率。在一個(gè)實(shí)施例中，可以減少或停用可能退化的氣缸的燃料噴射，而繼續(xù)操作其它的氣缸。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)操作，并且可以進(jìn)一步減少退化的氣缸的退化。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)部件的進(jìn)一步退化，并且能夠減小隱患發(fā)動(dòng)機(jī)故障和道路故障的可能性。
[0060]在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)試套件可以用來(lái)估算發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線以及根據(jù)估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。例如，測(cè)試套件可以包括控制器，該控制器能夠操作以與一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)傳感器通信，并且能夠操作以采樣相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)?？刂破鬟€能夠操作以將來(lái)自一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線?？刂破鬟€可操作地從由速度傳感器測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)速度估算發(fā)動(dòng)機(jī)的慣量轉(zhuǎn)矩曲線，以及根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩曲線修改慣量轉(zhuǎn)矩曲線，以估算發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。控制器還能夠操作以根據(jù)估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況。測(cè)試套件還可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，以用于感測(cè)發(fā)電機(jī)參數(shù)(例如發(fā)電機(jī)輸出電壓)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度)。
[0061]在說(shuō)明書和權(quán)利要求中，參考的多個(gè)術(shù)語(yǔ)具有以下的含義。單數(shù)形式“一”、“該”和“所述”包括指代復(fù)數(shù)，除非上下文另有清晰的表示。如本發(fā)明說(shuō)明書和權(quán)利要求中所用的，大約化的語(yǔ)言可以用來(lái)修改任何數(shù)量上的表示，這允許能夠進(jìn)行改變，而不會(huì)導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)的基本功能的變化。因此，由諸如“大約”的術(shù)語(yǔ)修改的值并不限于所指定的精確值。在某些情況下，大約化的語(yǔ)言可以對(duì)應(yīng)于測(cè)量該值的儀器的精度。相似地，“無(wú)”可以與術(shù)語(yǔ)結(jié)合使用，并且可以包括無(wú)實(shí)質(zhì)性的數(shù)字或微量，同時(shí)仍然被認(rèn)為無(wú)修改的術(shù)語(yǔ)。此外，除非另外特別說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等的任何使用并不表示任何順序或重要性，而是術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等用來(lái)將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)分開(kāi)。
[0062]如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“可以”和“能夠”表示在一組情形中發(fā)生的可能性；擁有特定的特性、特征或功能；和/或通過(guò)表達(dá)與有資格的動(dòng)作相關(guān)聯(lián)的能力、性能或可能性而限制另外的動(dòng)作。因此，“可以”和“能夠”的使用表明修改的術(shù)語(yǔ)明顯合適、能夠或適合于表明的能力、功能或用途，同時(shí)考慮到在某些情形下，該修改的術(shù)語(yǔ)可能有時(shí)不是合適、能夠或適合的。例如，在某些情形下，可能期望事件或能力，而在其它情形下，該事件或能力不會(huì)發(fā)生，術(shù)語(yǔ)“可以”和“能夠”表明了這種區(qū)別。術(shù)語(yǔ)“發(fā)電機(jī)”和“交流發(fā)電機(jī)”在本發(fā)明中互換使用(然而，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)應(yīng)用，一個(gè)術(shù)語(yǔ)或其它術(shù)語(yǔ)可能是更加合適的)。術(shù)語(yǔ)“頻譜”和“諧波含量”在本發(fā)明中互換使用，并且可以指基礎(chǔ)頻率(和/或相位)分量以及基礎(chǔ)頻率之上和之下的相關(guān)聯(lián)的諧波頻率(和/或相位)分量。在此所用的相對(duì)于控制器或處理器的術(shù)語(yǔ)“指令”可以指計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
[0063]本發(fā)明所述的實(shí)施例是物品、系統(tǒng)和方法的例子，其各元素對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中記載的本發(fā)明的元素。所寫的說(shuō)明書使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用具有可選元素的各實(shí)施例，這些可選元素同樣對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中記載的本發(fā)明的元素。從而，本發(fā)明的范圍不僅包括與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言一致的物品、系統(tǒng)和方法，還包括與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的其它物品、系統(tǒng)和方法。雖然在本發(fā)明中僅僅示出和描述了某些特征和實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到許多修改和改動(dòng)。所附權(quán)利要求涵蓋所有這樣的修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)操作地連接到發(fā)電機(jī)(120),所述方法包括: 通過(guò)比較發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所估算的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)源于發(fā)電機(jī)(120)的電磁轉(zhuǎn)矩和往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的慣量轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)源于與所述發(fā)電機(jī)(120)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電氣參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述至少一個(gè)電氣參數(shù)包括直流鏈(171)電壓、直流鏈(171)電流、發(fā)電機(jī)(120)勵(lì)磁電壓、發(fā)電機(jī)(120)勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)(120)輸出電壓和發(fā)電機(jī)(120)輸出電流中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述慣量轉(zhuǎn)矩來(lái)源于所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111)速度。
6.一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)操作地連接到發(fā)電機(jī)(120)，所述方法包括: 通過(guò)比較所述發(fā)動(dòng)機(jī)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷所述發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所估算的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)源于發(fā)電機(jī)(120)的電磁轉(zhuǎn)矩曲線和·往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的慣量轉(zhuǎn)矩曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述電磁轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)源于與所述發(fā)電機(jī)(120)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電氣參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述至少一個(gè)電氣參數(shù)包括直流鏈(171)電壓、直流鏈(171)電流、發(fā)電機(jī)(120)勵(lì)磁電壓、發(fā)電機(jī)(120)勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)(120)輸出電壓和發(fā)電機(jī)(120)輸出電流中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述慣量轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)源于所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111)速度。
11.一種車輛系統(tǒng)(100)，其包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)(110)； 發(fā)電機(jī)(120)，所述發(fā)電機(jī)(120)可操作地連接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)； 至少一個(gè)傳感器(170)，所述至少一個(gè)傳感器(170)用于在操作期間測(cè)量與所述發(fā)電機(jī)(120)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)電氣參數(shù)； 用于測(cè)量所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111)的速度的傳感器(160);以及 控制器(150)，所述控制器(150)包括指令，所述指令被構(gòu)造成用以: 采樣所述至少一個(gè)電氣參數(shù)，并且將所述至少一個(gè)電氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩曲線； 采樣所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111)速度，并且將所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸(111)速度轉(zhuǎn)換為慣量轉(zhuǎn)矩曲線；以及 從所述電磁轉(zhuǎn)矩曲線和所述慣量轉(zhuǎn)矩曲線估算發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的車輛系統(tǒng)(100)，其還包括:通過(guò)比較所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車輛系統(tǒng)(100)，其中所述控制器(150)可操作用以報(bào)告退化的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的狀況。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車輛系統(tǒng)(100)，其中所述控制器(150)還包括指令，所述指令被構(gòu)造成用以根據(jù)診斷的狀況來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)(110)操作參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車輛系統(tǒng)(100)，其還包括:通過(guò)比較所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的估算的燃燒轉(zhuǎn)矩曲線與期望的發(fā)動(dòng)機(jī)(110)轉(zhuǎn)矩曲線，診斷所述發(fā)動(dòng)機(jī)(110)的缸內(nèi)壓力曲線。·
【文檔編號(hào)】F02D29/06GK103827468SQ201280044849
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月15日
【發(fā)明者】A.庫(kù)馬, S.拉馬錢德拉帕尼克, P.弗林, A.班納吉, R.穆赫吉 申請(qǐng)人:通用電氣公司