BR102016001908B1 - Método de monitoramento de um evento de operação de um motor de combustão, meio legível por computador, não transitório, e sistema - Google Patents

Abstract

método de monitoramento de um evento de operação de um motor de combustão, sistema e meio legível por computador não transitório. trata-se de um método de monitoramento de um evento de operação de um motor de combustão que inclui receber um sinal de ruído captado por um sensor de batida disposto no motor de combustão ou próximo ao mesmo, correlacionar o sinal de ruído a uma impressão digital que tem pelo menos um envelope de adsr indicativo do evento de operação e detectar se o evento de operação ocorreu, com base na correlação entre o sinal de ruído e a impressão digital.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a motores de combustão de combustível e, mais especificamente, a um sistema e método para detectar condições e eventos de operação de um motor de movimento alternado que usa um sensor de batida.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Motores de combustão tipicamente queimam um combustível carbonáceo, tal como gás natural, gasolina, diesel e similares, e usam a expansão correspondente de gases de alta temperatura e pressão para aplicar uma força em determinados componentes do motor, por exemplo, um pistão disposto em um cilindro, para mover os componentes ao longo de uma distância. Cada cilindro pode incluir uma ou mais válvulas que se abrem e fecham em correlação à combustão do combustível carbonáceo. Por exemplo, uma válvula de admissão pode direcionar um oxidante tal como ar para o interior do cilindro, o qual é então misturado com combustível e queimado. Os fluidos de combustão, por exemplo, gases quentes, podem então ser direcionados para sair do cilindro através de uma válvula de escape. Consequentemente, o combustível carbonáceo é transformado em movimento mecânico, útil no acionamento de uma carga (por exemplo, um gerador que produz potência elétrica). Em configurações tradicionais, a regulagem da abertura e fechamento das válvulas de admissão e de escape durante a operação do motor de combustão pode ser monitorada e estimada com o uso de técnicas tradicionais. Técnicas tradicionais podem ser usadas, ainda, para detectar determinados outras condições e eventos de operação (por exemplo, pressão de ignição de pico) do motor de combustão. Entretanto, as técnicas de monitoramento tradicionais podem não ser precisas, e medidas corretivas que utilizam as técnicas de monitoramento tradicionais podem reduzir a eficiência do motor de combustão interna. Consequentemente, um monitoramento aprimorado de condições e eventos de operação, tais como pressão de ignição de pico e/ou eventos de operação de fechamento (ou abertura) de válvula de admissão e de escape, pode ser útil.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[003] Determinadas realizações que correspondem, em escopo, à invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção reivindicada; em vez disso, essas realizações são destinadas apenas a fornecer um breve resumo de formas possíveis da presente invenção. De fato, a presente invenção pode englobar uma variedade de formas que podem ser semelhantes às realizações apresentadas abaixo ou diferentes das mesmas.

[004] Em uma primeira realização, um método de monitoramento de um evento de operação de um motor de combustão inclui receber um sinal de ruído captado por um sensor de batida disposto no motor de combustão ou próximo ao mesmo, correlacionar o sinal de ruído a uma impressão digital que tem pelo menos um envelope de ADSR indicativo do evento de operação e detectar se o evento de operação ocorreu, com base na correlação entre o sinal de ruído e a impressão digital.

[005] Em uma segunda realização, um sistema inclui um controlador de motor configurado para monitorar um primeiro evento de operação de um motor de combustão. O controlador inclui um processador configurado para receber um sinal de ruído captado por um sensor de batida disposto no motor de combustão ou próximo ao mesmo, correlacionar o sinal de ruído a uma primeira impressão digital que tem pelo menos um primeiro envelope de ADSR indicativo do primeiro evento de operação e detectar se o evento de operação ocorreu, com base na correlação entre o sinal de ruído e a primeira impressão digital.

[006] Em uma terceira realização, um meio legível por computador não transitório inclui instruções executáveis que, quando executadas, fazem com que um processador receba, a partir de um sensor de batida disposto em um motor de combustão interna ou próximo ao mesmo, dados de ruído indicativos de ruído emitido pelo motor de combustão interna. As instruções executáveis, quando executadas, também fazem com que o processador receba, a partir de um sensor de virabrequim disposto no motor de combustão ou próximo ao mesmo, dados de ângulo de manivela indicativos de um ângulo de manivela de um virabrequim do motor de combustão interna. Além disso, as instruções executáveis, quando executadas, fazem com que o processador realize a plotagem dos dados de ruído contra os dados de ângulo de manivela, determine uma porção dos dados de ruído que corresponde a uma impressão digital que tem um envelope de ADSR de referência indicativo de um evento de operação do motor de combustão interna, sobreponha o envelope de ADSR de referência à porção dos dados de ruído e determine uma localização nos dados de ruído na qual o evento de operação ocorreu.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem entendidas quando a seguinte descrição detalhada for lida em referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres similares representam partes similares ao longo dos desenhos, em que:- a Figura 1 é um diagrama de blocos de uma realização de uma porção de um sistema de geração de potência acionado por motor de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 2 é uma vista em corte transversal lateral de uma realização de um conjunto de pistão dentro de um cilindro do motor de movimento alternado mostrado na Figura 1 de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 3 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor de dados medidos pelo sensor de batida mostrado na Figura 2 de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 4 é uma realização de uma versão escalonada da plotagem de ruído de motor de amostra mostrada na Figura 3 de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 5 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada de amostra mostrada na Figura 4 com quatro parâmetros de princípio de um envelope de ataque, decaimento, sustentação, repouso (ADSR) justaposto de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 6 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada e um envelope de ADSR mostrado na Figura 5 com os tons extraídos justapostos de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 7 é um fluxograma que mostra uma realização de um processo para caracterizar um ruído de acordo com aspectos da presente invenção;- a Figura 8 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada que corresponde a um evento de operação de motor, um indicador de evento de operação que corresponde ao evento de operação de motor e um envelope de ADSR que corresponde ao evento de operação de motor de acordo com o processo da Figura 7 e outros aspectos da presente invenção;- a Figura 9 é um fluxograma que mostra uma realização de um processo para identificação de uma impressão digital mostrada na Figura 7 de acordo com aspectos da presente invenção; e- a Figura 10 é um fluxograma de uma realização de um processo adequado para o processamento de ruído de motor para derivar determinados eventos de operação de motor.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[008] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, é possível que nem todas as funções de uma implantação real sejam descritas no relatório descritivo. Deve-se observar que no desenvolvimento de qualquer implantação real desse tipo, assim como em qualquer projeto de desenho ou engenharia, várias decisões específicas para implantação precisam ser tomadas para alcançar os objetivos específicos do revelador, tais como observância às restrições relacionadas ao comércio e ao sistema, as quais podem varias de uma implantação à outra. Ademais, deve-se observar que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e consumir tempo, mas seria, todavia, uma tarefa rotineira de desenho, fabricação, e manufatura para técnicos no assunto que têm o benefício dessa invenção.

[009] Durante a introdução de elementos de várias realizações da presente invenção, os termos “um(a)”, “o/a” e “dito/dita” são destinados a significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “que compreende(m)”, “que inclui/incluem” e “que tem/têm” são destinados a serem inclusivos e significam que podem haver elementos adicionais além dos elementos listados.

[010] As realizações reveladas empregam sensores (por exemplo, sensores de batida, sensores acústicos ou sensores de vibração) e dados de linha de base (por exemplo, impressões digitais de som ou vibração) para monitorar, diagnosticar e/ou controlar um motor. Com o uso de um sensor de batida para monitorar um motor de combustão, ocasionalmente o sistema de sensor de batida grava um ruído, tal como um ruído anormal ou indesejado que pode não ser identificado no momento. Alternativamente, o sensor de batida pode gravar um ruído que é um ruído normal ou desejado, em que o ruído foi identificado e caracterizado anteriormente. Por exemplo, ruídos emitidos pelo motor de combustão durante várias ações do motor de combustão podem ser inicialmente caracterizados durante um processo de geração de linha de base na fábrica. Sinais de ruído para condições e eventos de operação particulares (por exemplo, fechamentos de válvula, aberturas de válvula e pressão de ignição de pico) durante o processo de geração de linha de base podem ser processados e armazenados em um banco de dados como relacionados a um ou mais eventos de operação. Durante a operação normal do motor de combustão, os dados armazenados no banco de dados que se relacionam aos eventos de operação caracterizados durante o processo de geração de linha de base podem ser acessados para determinar se o ruído operacional corresponde aos eventos de operação caracterizados durante o processo de geração de linha de base.

[011] Vantajosamente, as técnicas descritas no presente documento podem criar uma “impressão digital” sonora de determinados ruídos ou sons do motor. A impressão digital (por exemplo, sinal de referência, comparador e/ou perfil) pode ser desenvolvida durante o processo de geração de linha de base, conforme descrito acima, e a impressão digital pode corresponder a um evento de operação particular (por exemplo, um fechamento de válvula) testado durante o processo de geração de linha de base. Deve-se observar que o processo de geração de linha de base pode ser realizado durante a operação completa do motor de combustão ou enquanto opera-se apenas determinados componentes (por exemplo, os componentes relacionados ao(s) evento(s) de operação que fazem parte da linha de base) do motor de combustão. Por exemplo, em algumas realizações, vários eventos de operação do motor de combustão podem ter uma linha de base gerada na fábrica durante parte da operação ou durante toda a operação.

[012] Durante a operação completa do motor de combustão (por exemplo, após a geração de linha de base), um ruído pode ser detectado pelo sensor de batida, e o sinal de ruído pode ser processado e comparado a várias impressões digitais (por exemplo, perfis, assinaturas, comparadores, sinais de referência, indícios exclusivos indicia, representações exclusivas, etc.) relacionadas ao motor de combustão. Se a impressão digital e o sinal de ruído processado corresponderem ou são correlacionados (por exemplo, “combinam”), o sinal pode ser confirmado como correspondente ao evento de operação relacionado à impressão digital. O sinal de ruído pode ser processado, ainda, para determinar informações sensíveis à duração relacionadas ao evento de operação que corresponde à impressão digital e ao sinal de ruído combinados. Por exemplo, se o sinal de ruído combina com uma impressão digital que corresponde ao fechamento de uma válvula de escape, o sinal de ruído pode ser plotado em relação ao tempo (ou ângulo de manivela) para determinar quando a válvula de escape foi fechada.

[013] Conforme descrito em detalhes adicionais abaixo, são fornecidos sistemas e um método para identificar e classificar ruído através de um envelope de Ataque-Decaimento-Sustentação-Repouso (ADSR) e/ou técnicas de tempo/frequência unidos, em que o envelope de ADSR pode corresponder a pelo menos uma porção da impressão digital supramencionada As técnicas de tempo/frequência unidos podem incluir técnicas de cepstrum, técnicas de quefrency, técnicas de chirplet e/ou técnicas de ondaleta para desenvolver um modelo acústico ou impressão digital do ruído, conforme descrito em mais detalhes abaixo.

[014] Voltando-se às figuras, a Figura 1 ilustra um diagrama de blocos de uma realização de uma porção de um sistema de geração de potência acionado por motor 8. Conforme descrito em detalhes abaixo, o sistema 8 inclui um motor 10 (por exemplo, um motor de movimento alternado de combustão interna) que tem uma ou mais câmaras de combustão 12 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 ou mais câmaras de combustão 12). Um suprimento de ar 14 é configurado para fornecer um oxidante pressurizado 16, tal como ar, oxigênio, ar enriquecido com oxigênio, ar reduzido em oxigênio ou qualquer combinação dos mesmos, a cada câmara de combustão 12. A câmara de combustão 12 é configurada, ainda, para receber um combustível 18 (por exemplo, um combustível líquido e/ou gasoso) a partir de um suprimento de combustível 19, e uma mistura de combustível/ar sofre ignição e é queimada dentro de cada câmara de combustão 12. Os gases de combustão pressurizados quentes fazem com que um pistão 20 adjacente a cada câmara de combustão 12 se mova linearmente dentro de um cilindro 26 e converta a pressão exercida pelos gases em um movimento de rotação, o que faz com que uma haste 22 gire. Além disso, a haste 22 pode ser acoplada a uma carga 24, a qual é energizada através da rotação da haste 22. Por exemplo, a carga 24 pode ser qualquer dispositivo adequado que pode gerar potência através da saída rotacional do sistema 10, tal como um gerador elétrico. Além disso, embora a seguinte discussão se refira a ar como o oxidante 16, qualquer oxidante adequado pode ser usado com as realizações reveladas. De maneira semelhante, o combustível 18 pode ser qualquer combustível gasoso adequado, tal como gás natural, gás de petróleo associado, propano, biogás, gás de esgoto, gás de aterro sanitário, gás de mina de carvão, por exemplo.

[015] O sistema 8 revelado no presente documento pode ser adaptado para uso em aplicações estacionárias (por exemplo, em motores de geração de potência industriais) ou em aplicações móveis (por exemplo, em carros ou aeronaves). O motor 10 pode ser um motor de dois tempos, motor de três tempos, motor de quatro tempos, motor de cinco tempos um ou motor de seis tempos. O motor 10 pode incluir, ainda, qualquer número de câmaras de combustão 12, pistões 20 e cilindros associados (por exemplo, 1 a 24). Por exemplo, em determinadas realizações, o sistema 8 pode incluir um motor de movimento alternado industrial de larga escala que tem 4, 6, 8, 10, 16, 24 ou mais pistões 20 que oscilam em cilindros. Em alguns casos similares, os cilindros e/ou os pistões 20 podem ter um diâmetro entre aproximadamente 13,5 a 34 centímetros (cm). Em algumas realizações, os cilindros e/ou os pistões 20 podem ter um diâmetro entre aproximadamente 10 a 40 cm, 15 a 25 cm ou cerca de 15 cm. O sistema 10 8 pode gerar potência que varia de 10 quilowatts (kW) a 10 Megawatts (MW). Em algumas realizações, o motor 10 pode operar a menos de aproximadamente 1.800 revoluções por minuto (RPM). Em algumas realizações, o motor 10 pode operar a menor de aproximadamente 2.000 RPM, 1.900 RPM, 1.700 RPM, 1.600 RPM, 1.500 RPM, 1.400 RPM, 1.300 RPM, 1.200 RPM, 1.000 RPM, 900 RPM ou 750 RPM. Em algumas realizações, o motor 10 pode operar entre aproximadamente 750 a 2.000 RPM, 900 a 1.800 RPM ou 1.000 a 1.600 RPM. Em algumas realizações, o motor 10 pode operar a aproximadamente 1.800 RPM, 1.500 RPM, 1.200 RPM, 1.000 RPM ou 900 RPM. Os motores 10 podem incluir os Motores Jenbacher da General Electric Company (por exemplo, Jenbacher Tipo 2, Tipo 3, Tipo 4, Tipo 6 ou J920 FleXtra) ou Motores Waukesha (por exemplo, Waukesha VGF, VHP, APG, 275GL), por exemplo.

[016] O sistema de geração de potência acionado 8 pode incluir um ou mais sensores de batida 23 adequados para detectar uma "batida" de motor. O sensor de batida 23 pode ser qualquer sensor configurado para captar sons ou vibrações causados pelo motor 10, tais como um som ou vibração devido à detonação, pré-ignição e ou batida de pino. O sensor de batida 23 é mostrado acoplado de modo comunicativo a uma unidade de controle de motor (ECU) 25. Durante as operações, os sinais do sensor de batida 23 são comunicados à ECU 25 para determinar se condições de batida de motor (por exemplo, batida de pino) existem. A ECU 25 pode então ajustar determinados parâmetros do motor 10 para aprimorar ou eliminar as condições de batida. Por exemplo, a ECU 25 pode ajustar a regulagem de ignição e/ou ajustar a pressão de reforço para eliminar a batida. Conforme descrito adicionalmente no presente documento, o sensor de batida 23 pode, além disso, derivar que determinados sons ou vibrações devem ser analisados adicionalmente e categorizados para detectar, por exemplo, condições indesejadas do motor.

[017] A Figura 2 é uma vista em corte transversal lateral de uma realização de um conjunto de pistão 21 que tem um pistão 20 disposto dentro de um cilindro 26 (por exemplo, um cilindro de motor) do motor de movimento alternado 10. O cilindro 26 tem uma parede anular interna 28 que define uma cavidade cilíndrica 30 (por exemplo, um furo). O pistão 20 pode ser definido através de uma direção ou eixo geométrico axial 34, uma direção ou eixo geométrico radial 36 e uma direção ou eixo geométrico circunferencial 38. O pistão 20 inclui uma porção superior 40 (por exemplo, um cheio superior). A porção superior 40 geralmente bloqueia o escape do combustível 18 e do ar 16, ou de uma mistura de combustível/ar 32, a partir da câmara de combustão 12 durante o movimento alternado do pistão 20.

[018] Conforme mostrado, o pistão 20 é fixado a um virabrequim 54 através de uma barra de conexão 56 e um pino 58. O virabrequim 54 traduz o movimento linear alternado do pistão 24 em um movimento de rotação. À medida que o pistão 20 se move, o virabrequim 54 gira para energizar a carga 24 (mostrada na Figura 1), conforme discutido acima. Conforme mostrado, a câmara de combustão 12 é posicionada adjacente ao cheio superior 40 do pistão 24. Um injetor de combustível 60 fornece o combustível 18 à câmara de combustão 12, e uma válvula de admissão 62 controla a entrega de ar 16 à câmara de combustão 12. Uma válvula de escape 64 controla a descarga de escape do motor 10. Entretanto, deve-se entender que quaisquer elementos e/ou técnicas adequados para fornecer combustível 18 e ar 16 à câmara de combustão 12 e/ou para descarregar escape podem ser utilizados e, em algumas realizações, nenhuma injeção de combustível é usada. Em operação, a combustão do combustível 18 com o ar 16 na câmara de combustão 12 faz com que o pistão 20 se mova de uma maneira alternada (por exemplo, para trás e para frente) na direção axial 34 dentro da cavidade 30 do cilindro 26.

[019] Durante operações, quando o pistão 20 está no ponto mais alto no cilindro 26 o mesmo está em uma posição chamada de ponto morto superior (TDC). Quando o pistão 20 está no seu ponto mais baixo no cilindro 26, o mesmo está em uma posição chamada de ponto morto inferior (BDC). À medida que o pistão 20 se move do topo para o fundo ou do fundo para o topo, o virabrequim 54 gira metade de uma revolução. Cada movimento do pistão 20 do topo para o fundo ou do fundo para o topo é chamado de um curso, e as realizações do motor 10 podem incluir motores de dois tempos, motores de três tempos, motores de quatro tempos, motores de cinco tempos, motores de seis tempos ou mais.

[020] Durante as operações do motor 10, ocorre uma sequência que inclui um processo de admissão, um processo de compressão, um processo de potência e um processo de escape. O processo de admissão permite que uma mistura de combustível, tal como combustível e ar, seja puxada para o interior do cilindro 26, assim a válvula de admissão 62 é aberta e a válvula de escape 64 é fechada. O processo de compressão comprime a mistura de combustível em um espaço menor, desse modo tanto a válvula de admissão 62 quanto a válvula de escape 64 são fechadas. O processo de potência realiza a ignição da mistura comprimida de combustível/ar, o que pode incluir uma ignição por centelha através de um sistema de vela de ignição e/ou uma ignição por compressão através de calor de compressão. A pressão resultante da combustão então força o pistão 20 ao BDC. O processo de escape tipicamente retorna o pistão 20 ao TDC ao mesmo tempo em que mantém a válvula de escape 64 aberta. O processo de escape expele, assim, a mistura usada de combustível/ar através da válvula de escape 64. Deve-se observar que mais de uma válvula de admissão 62 e válvula de escape 64 podem ser usadas por cilindro 26.

[021] O motor 10 retratado inclui, ainda, um sensor de virabrequim 66, o sensor de batida 23 e a unidade de controle de motor (ECU) 25, a qual inclui um processador 72 e uma memória 74. O sensor de virabrequim 66 capta a posição e/ou a velocidade rotacional do virabrequim 54. Consequentemente, um ângulo de manivela ou informações de regulagem de manivela podem ser derivados. Ou seja, durante o monitoramento de motores de combustão, a regulagem é frequentemente expressa em termos de ângulo de virabrequim 54. Por exemplo, um ciclo completo do motor de quatro tempos 10 pode ser medido como um ciclo de 720°. O sensor de batida 23 pode ser um acelerômetro Piezoelétrico, um sensor de sistema microeletromecânico (MEMS), um sensor de efeito Hall, um sensor magnetostritivo e/ou qualquer outro sensor projetado para captar vibração, aceleração, som e/ou movimento. Em outras realizações, o sensor 23 pode não ser um sensor de batida no senso tradicional, mas qualquer sensor que pode captar vibração, pressão, aceleração, deslocamento ou movimento, e pode não ser usado para detectar uma "batida" de motor.

[022] Devido à essência percussiva do motor 10, o sensor de batida 23 pode ter a capacidade de detectar assinaturas mesmo quando montado no lado externo do cilindro 26. Entretanto, o sensor de batida 23 pode estar disposto em vários locais no cilindro 26 ou em volta do mesmo. Além disso, em algumas realizações, um sensor de batida único 23 pode ser compartilhado, por exemplo, por um ou mais cilindros adjacentes 26. Em outras realizações, cada cilindro 26 pode incluir um ou mais sensores de batida 23. O sensor de virabrequim 66 e o sensor de batida 23 são mostrados em comunicação eletrônica com a unidade de controle de motor (ECU) 25. A ECU 25 inclui um processador 72 e uma memória 74. A memória 74 pode armazenar instruções de computador que podem ser executadas pelo processador 72. A ECU 25 monitora e controla a operação do motor 10, por exemplo, ajustando-se a regulagem da combustão, a regulagem das válvulas 62, 64, ajustando-se a entrega de combustível e oxidante (por exemplo, ar), e assim por diante.

[023] Vantajosamente, as técnicas descritas no presente documento podem usar a ECU 25 para receber dados a partir do sensor de virabrequim 66 e do sensor de batida 23 e, então, criar uma assinatura de “ruído” plotando-se os dados do sensor de batida 23 contra a posição do virabrequim 54. A ECU 25 pode, então, prosseguir com o processo de análise dos dados para derivar assinaturas normais (por exemplo, ruídos conhecidos e esperados) e assinaturas anormais (por exemplo, ruídos desconhecidos ou inesperados). A ECU 25 pode, então, caracterizar as assinaturas, conforme descrito em mais detalhes abaixo. Fornecendo-se uma análise de assinatura, as técnicas descritas no presente documento podem permitir que as operações e a manutenção do motor 10 sejam otimizadas e mais eficientes.

[024] As Figuras 3 a 6 e 8 são ilustrativas de dados que podem estar passando por processamento de dados, por exemplo, através de um processo ou processos descritos em mais detalhes em relação às Figuras 7 e 9. Os dados para as Figuras 3 a 6 e 8 podem incluir dados transmitidos através do sensor de batida 23 e do sensor de virabrequim 66. Por exemplo, a Figura 3 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor bruto 75 derivada (por exemplo, pela ECU 25) de dados de ruído medidos pelo sensor de batida 23 na qual o eixo geométrico x 76 é a posição do virabrequim 54 (por exemplo, ângulo de manivela), a qual tem correlação com o tempo. De acordo com as presentes realizações, os dados de ruído podem corresponder a um evento de operação ou ação do motor 10 particular. Por exemplo, os dados de ruído podem corresponder à abertura ou fechamento de uma válvula do motor 10, por exemplo, da válvula de escape 64. Alternativamente, os dados de ruído podem corresponder à pressão de ignição de pico, a qual descreve a pressão mais alta na câmara de combustão 12 durante a combustão.

[025] A plotagem 75 é gerada quando a ECU 25 combina os dados recebidos a partir do sensor de batida 23 e do sensor de virabrequim 66 durante as operações do motor 10. Na realização retratada, uma curva de amplitude 77 do sinal de sensor de batida 23 é mostrada, com um eixo geométrico de amplitude 78. Ou seja, a curva de amplitude 77 inclui mensurações de amplitude dos dados de vibração (por exemplo, dados de som, ruído) captados através do sensor de batida 23 plotadas contra o ângulo de manivela. Deve-se entender que essa é meramente uma plotagem de um conjunto de dados de amostra (por exemplo, que corresponde ao fechamento da válvula de escape 64), e não é destinada a limitar as plotagens geradas pela ECU 25. A curva 77 pode, então, ser escalonada para processamento adicional, conforme mostrado na Figura 4.

[026] A Figura 4 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada 79, a qual pode ser derivada pela ECU 25. Na plotagem escalonada 79, o ruído de motor bruto da plotagem de amplitude 75 mostrada na Figura 3 foi escalonado para derivar uma curva de amplitude escalonada 80. Nesse caso, um único multiplicador foi aplicado a cada ponto de dados de modo que o valor positivo máximo da curva de amplitude escalonada 80 seja 1. Observe que o multiplicador aplicada cada ponto da curve 80 a fim de produzir um valor positivo máximo de 1 pode resultar em valores negativos que são menores ou maiores de -1. Ou seja, por exemplo, o valor negativo máximo pode ser -0,5, ou pode ser -1,9, conforme mostrado na plotagem de ruído de motor escalonada 79 mostrada na Figura 4.

[027] A Figura 5 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada 81 com quatro parâmetros de princípio de um envelope de ataque, decaimento, sustentação, repouso (ADSR) 82 sobrepostos ao topo da plotagem. O envelope de ADSR 82 é tipicamente usado em sintetizadores musicais a fim de imitar o som de instrumentos musicais. Vantajosamente, as técnicas descritas no presente documento aplicam o envelope de ADSR 82 aos dados de sensor de batida 23 para permitir de maneira mais rápida e eficiente uma determinada análise de ruído, conforme descrito adicionalmente abaixo. Por exemplo, a curva escalonada 80 pode ser característica (ou incluir características) de um evento de operação particular (por exemplo, abertura/fechamento das válvulas 62, 64 ou pressão de ignição de pico na câmara de combustão 12) do motor 10, e o envelope de ADSR 82 desenvolvido para a curva escalonada 80 pode ser utilizado para uma análise futura do evento de operação durante a operação do motor 10.

[028] Os quatro parâmetros de princípio do envelope de ADSR são ataque 83, decaimento 84, sustentação 85 e repouso 86. O ataque 83 ocorre do início do ruído a uma amplitude de pico 87 da curva escalonada 80. O decaimento 84 ocorre na descida da amplitude de pico a um nível de sustentação 85 designado, o que pode ser alguma porcentagem especificada da amplitude máxima. Deve-se entender que a ordem dos quatro parâmetros não precisa ser ataque, decaimento, sustentação e repouso. Por exemplo, para alguns ruídos, a ordem pode ser ataque, sustentação, decaimento e repouso. Em alguns casos, um envelope de ADSR, em vez de ADSR, seria aplicado. Para simplificar, isso será chamado de “envelope de ADSR,” mas deve-se entender que o termo se aplica a um ruído independente da ordem dos parâmetros. O nível de sustentação 85 é o nível principal durante a duração do ruído. Em algumas realizações, o nível de sustentação 85 pode ocorrer em 55% da amplitude máxima. Em outras realizações, o nível de sustentação 85 pode ser pelo menos igual ou superior a 35%, 40%, 45%, 50%, 60% ou 65% da amplitude máxima. Um usuário, ou a ECU 25, pode verificar se o nível de sustentação é um nível desejado determinando-se se o nível de sustentação 85 é mantido por pelo menos 15% da duração da assinatura. Se a sustentação 85 durar mais de 15% da duração da assinatura, o nível de sustentação 85 é definido como desejado. O repouso 86 ocorre durante a descida do nível de sustentação 85 de volta a zero. Deve-se notar que, em algumas realizações, o sinal de ruído (por exemplo, a curva de amplitude escalonada 80) pode ser filtrado através de um filtro passa alta, um filtro passa baixa ou um filtro passa faixa para atenuar as porções do sinal que têm frequências não características do evento de operação. O filtro particular aplicado ao sinal de ruído pode depender do evento de operação que é monitorado. Por exemplo, durante o monitoramento de eventos das válvulas 62, 64 (por exemplo, aberturas e fechamentos), um filtro passa alta (por exemplo, maior que 10 quilohertz (kHz)) ou um filtro passa faixa (por exemplo, entre 10 e 20 quilohertz (kHz)) pode ser aplicado ao sinal de ruído. Durante o monitoramento de eventos de combustão (por exemplo, pressão de ignição de pico), um filtro passa baixa (por exemplo, menor que 2 quilohertz (kHz)) pode ser aplicado ao sinal de ruído.

[029] A Figura 6 mostra a mesma plotagem de ruído de motor escalonada 79 mostrada nas Figuras 4 e 5 com determinados tons justapostos (por exemplo, sobrepostos). Após a aplicação do envelope de ADSR 82, a ECU 25 pode extrair três a cinco das frequências mais fortes no ruído e converter as mesmas em tons musicais. Por exemplo, uma tabela de consulta que mapeia as faixas de frequência para tons musicais pode ser usada. Além disso, ou alternativamente, podem ser usadas equações com base na observação de que altura é tipicamente percebida como o logaritmo de frequência para sistemas de temperamento iguais de afinação, ou equações para outros sistemas de temperamento musical. Em outras realizações, mas ou menos frequências podem ser extraídas. Na plotagem 81 mostrada na Figura 6 os três tons proeminentes (por exemplo, extraídos) são C#5, E4 e B3. Deve-se entender, entretanto, que esses três tons são meramente exemplos de tons possíveis e não são destinados a limitar quais tons podem estar presentes em um ruído gravado.

[030] A Figura 7 é um fluxograma que mostra uma realização de um processo 88 para caracterizar um ruído, tal como um ruído captado através do sensor de batida 23. Caracterizando-se o ruído, o ruído pode ser registrado e classificado para análise, incluindo-se análise futuro e/ou análise em tempo real. Por exemplo, em algumas realizações o processo 88 pode ser usado para caracterizar um ruído relacionado a um evento de operação ou ação do motor 10 particular, tal como pressão de ignição de pico ou abertura/fechamento de válvulas de admissão e de escape 62, 64. Além disso, o ruído pode ser primeiramente caracterizado durante um processo de geração de linha de base (por exemplo, um processo de geração de linha de base de fábrica) antes do motor 10 ser implantado para normal ou em tempo integral, por exemplo, antes de ser vendido, instalado em um local, implantado em um local, etc. Por exemplo, antes da operação normal do motor 10, vários eventos de operação (por exemplo, pressão de ignição de pico, abertura/fechamento de admissão/escape) podem ser testados analisando-se o ruído emitido durante o(s) evento(s) de operação (e detectados pelo sensor de batida 23), em que os sinais de ruído ou envelopes de ADSR 82 dos sinais de ruído podem ser gerados como uma impressão digital em relação aos eventos de operação que são testados, criando-se, assim, uma linha de base. Deve-se observar que o processo 88 (por exemplo, processo de geração de linha de base) pode ser utilizado quando o motor 10 não está completamente em operação para simplificar o processamento do sinal de ruído. Por exemplo, o processo 88 pode ser utilizado apenas durante a abertura ou fechamento de uma válvula (por exemplo, da válvula de escape 64 ou da válvula de admissão 82) para caracterizar o ruído que corresponde à abertura ou fechamento da válvula (por exemplo, da válvula de escape 64 ou da válvula de admissão 82). Em outras realizações, o processo 88 pode ser utilizado durante operações parciais ou completas do motor 10.

[031] Na realização ilustrada, o processo 88 pode ser implantado como instruções de computador ou código executável armazenados na memória 74 e executáveis pelo processador 72 da ECU 25. No bloco 90, é realizada uma amostra de dados com o uso do sensor de batida 23 e do sensor de virabrequim 66. Por exemplo, os sensores 66, 23 coletam dados de um evento de operação (por exemplo, fechamento da válvula de escape 64) durante a geração de linha de base e, então, transmitem os dados à ECU 25. Conforme descrito anteriormente, o processo 88 pode ser um processo de geração de linha de base e pode ser realizado enquanto apenas componentes particulares do motor 10 estão em operação. Por exemplo, o processo 88 pode ser realizado durante a abertura e/ou fechamento da válvula de escape 64 (ou da válvula de admissão 62), de modo que o ruído emitido durante o fechamento da válvula de escape 64, por exemplo, possa ser prontamente processado. A ECU 25 então registra os ângulos do virabrequim 54 no início da coleta de dados e no final da coleta de dados, bem como o tempo e/ou o ângulo de virabrequim nas amplitudes máxima (por exemplo, amplitude 87) e mínima. De fato, o ângulo do virabrequim 54 pode ser registrado durante o processo de geração de linha de base, permitindo-se uma plotagem contínua dos dados de ruído contra o ângulo do virabrequim 54.

[032] No bloco 92, a ECU 25 pré-condiciona os dados do sensor de batida 23. Esse bloco 92 inclui plotar os dados brutos do sensor de batida 23 contra o ângulo ou posição do virabrequim 54 (ou, em algumas realizações, contra o tempo). Uma plotagem de ruído de motor bruto de amostra foi mostrada na Figura 3 como a plotagem de amplitude 75. Esse bloco 92 inclui, ainda, escalonar os dados brutos de ruído de motor. Para escalonar os dados, a ECU 25 determina um multiplicador que resultaria em uma amplitude máxima de valor positivo 1. Deve-se observar que o valor negativo máximo não tem qualquer efeito na seleção do multiplicador. A ECU 25 então multiplica cada ponto de dados (por exemplo, ponto de dados na curva de amplitude 77) pelo multiplicador, para derivar a curva de amplitude escalonada 80, conforme mostrado na Figura 4. Deve-se entender que a plotagem de ruído de motor escalonada 79 na Figura 4 que mostra a curva de amplitude escalonada 80 é meramente um exemplo e não é destinada a limitar o escopo desta invenção a plotagens que se assemelham ou são iguais à plotagem de ruído de motor escalonada 79.

[033] No bloco 94, a ECU 25 aplica o envelope de ADSR 82 ao motor sinal de ruído. O processamento nesse bloco foi discutido na descrição da Figura 5. O envelope de ADSR 82 é usado para dividir um conjunto de dados de ruído em quatro parâmetros ou fases diferentes (ataque 83, decaimento 84, sustentação 85, repouso 86). Conforme anteriormente discutido, deve-se entender que a ordem dos quatro parâmetros não precisa ser ataque, decaimento, sustentação e repouso. Por exemplo, para alguns ruídos, a ordem pode ser ataque, sustentação, decaimento e repouso, ou qualquer outra ordem possível. Para simplificar, isso será referido como um “envelope de ADSR,” mas deve-se entender que o termo se aplica a um ruído independente da ordem dos parâmetros. Tradicionalmente, o envelope de ADSR 82 é usado no processo de redução de um som musical como o som de um trompete. Entretanto, nas técnicas descritas no presente documento, o envelope de ADSR pode ser usado para categorizar e caracterizar ruídos de modo que os mesmos possam ser catalogados e classificados, seja para uma análise posterior, uma análise em tempo real ou para alguma outra finalidade. Os quatro parâmetros de princípio do envelope de ADSR 82 são ataque 83, decaimento 84, sustentação 85 e repouso 86. O ataque 83 ocorre do início do ruído à amplitude de pico 87. O decaimento 84 ocorre na descida da amplitude de pico 87 a um nível de sustentação 85 designado, que é alguma porcentagem especificada da amplitude máxima. O nível de sustentação 85 é o nível principal durante a duração do ruído. Em algumas realizações, o nível de sustentação 85 pode ocorrer em 55% da amplitude máxima. Em outras realizações, o nível de sustentação 85 pode ser pelo menos igual ou superior a 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, ou 65% da amplitude máxima. Um usuário, ou a ECU 25, pode verificar se o nível de sustentação é um nível desejado determinando-se se o nível de sustentação 85 é mantido por pelo menos 15% da duração da assinatura. Se a sustentação 85 durar mais de 15% da duração da assinatura, o nível de sustentação 85 é definido como desejado. O repouso 86 ocorre durante a descida do nível de sustentação 85 de volta a zero. No bloco 94 a ECU 25 mede o tempo de zero à amplitude máxima 87 (a amplitude máxima deve ter um valor de 1). A ECU 25 então mede o tempo de descida da amplitude máxima 87 ao nível de sustentação 85 designado. A ECU 25 então mede o nível e o tempo em que o ruído é mantido. Finalmente, a ECU 25 mede o tempo levado pelo ruído para descer do nível de sustentação 85 a zero. A ECU 25 então registra os segmentos ou vetores de ADSR vetores que definem o envelope de ADSR 82.

[034] No bloco 96, a ECU 25 deriva informações tonais (por exemplo, tons musicais) dos dados. Esse bloco foi discutido na descrição da Figura 6. Durante esse bloco, a ECU 25 extrai informações tonais dos dados, identificando-se, por exemplo, os três a cinco tons mais forte nos dados. Em outra realização, qualquer número de tons pode ser identificado, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais tons. A Figura 6 mostra três tons derivados do sinal, C#5, E4 e B3. A ECU 25 pode derivar cinco ou mais tons a partir dos dados. Embora a Figura 6 mostre os tons C#5, E4 e B3, deve-se entender que esses tons são exemplos e que a ECU 25 pode derivar quaisquer tons a partir dos dados. A ECU 25 então registra as informações tonais derivadas, as quais podem incluir a frequência do tons derivados fundamentais (isto é, os tons de frequência mais baixa), a ordem dos tons derivados fundamentais, a frequência dos tons derivados harmônicos (isto é, tons com uma frequência que é um número inteiro múltiplo da fundamental frequência), a ordem dos tons derivados harmônicos e quaisquer outras informações tonais relevantes.

[035] No bloco 98, a ECU 25 cria uma impressão digital 100 com base no envelope de ADSR 82 e nas informações tonais derivadas nos blocos 94 e 96. A impressão digital 100 inclui uma caracterização do ruído, dividindose o ruído nas partes componentes do mesmo (por exemplo, os componentes 83, 84, 85, 86 do envelope de ADSR 82, os quais podem ajudar a identificar os eventos de válvula abertura/fechamento e/ou pressão de ignição de pico) e quantificando-se essas partes de modo que o ruído possa ser catalogado, categorizado e classificado. Nesse momento do processo, a impressão digital 100 é baseada, em sua maior parte, no envelope de ADSR no bloco 94 e nas informações tonais derivadas no bloco 96.

[036] No bloco 102, a impressão digital 100 é identificada e verificada. Com o uso de várias técnicas, as quais são descritas posteriormente, a impressão digital 100 pode ser modificada ou adicionada e então verificada novamente. Deve-se notar que, conforme descrito anteriormente, a impressão digital 100 pode ser registrada em referência a um evento de operação ou ação do motor 10 particular. Por exemplo, o processo 88 pode corresponder a um processo de geração de linha de base que caracteriza os sinais de ruído em relação a eventos de operação particulares que podem ocorrer durante a operação do motor 10. Em particular, o sinal de ruído detectado durante o processo 88 pode ser relacionado à pressão de ignição de pico, ao fechamento ou abertura da válvula de escape 64, ao fechamento ou abertura da válvula de admissão 62 ou uma combinação dos mesmos. A impressão digital 100 pode ser armazenada na memória 74 da ECU 25 como correspondente ao evento de operação ou condição particular que é testado (por exemplo, com geração de linha de base).

[037] Em algumas realizações, o processo 88 (por exemplo, o processo de geração de linha de base) pode incluir uma ou mais etapas adicionais que processam adicionalmente o sinal de ruído ou o envelope de ADSR 82 para fornecer informações adicionais relacionadas ao evento de operação (por exemplo, a abertura ou o fechamento das válvulas de escape ou de admissão 64, 62) ou à ação do motor 10. Por exemplo, para simplificar, a Figura 8 é uma realização de uma plotagem de ruído de motor escalonada 81 com uma curva de amplitude escalonada 80 que corresponde a um evento de operação de motor (por exemplo, um evento de abertura ou fechamento de válvula), um indicador de evento de operação 103 que corresponde ao evento de operação de motor e um envelope de ADSR 82 que corresponde ao evento de operação de motor de acordo com o processo da Figura 7. Deve-se observar, conforme descrito anteriormente, que o evento de operação de motor e a plotagem 81 correspondente na Figura 8 podem ser testados (por exemplo, ter uma linha de base gerada através do processo 88) enquanto o motor 10 não está completamente em operação. Assim, as flutuações na curva de amplitude 80 ilustrada ocorrem em tempo previsíveis que correspondem ao evento de operação, e permitem um processamento mais simples. Em outras palavras, em algumas realizações nenhum componente ou evento de operação do motor 10 pode emitir um ruído além dos componentes ou eventos de operação que são testados (por exemplo, cuja linha de base é gerada). Além disso, ou alternativamente, o sinal de ruído pode ser filtrado através de um filtro passa alta, um filtro passa baixa ou um filtro passa faixa para atenuar as porções do sinal que têm frequências não características do evento de operação. O filtro particular aplicado ao sinal de ruído pode depender do evento de operação que é monitorado. Por exemplo, durante o monitoramento dos eventos das válvulas 62, 64 (por exemplo, aberturas e fechamentos), um filtro passa alta (por exemplo, maior que 10 quilohertz (kHz)) ou um filtro passa faixa (por exemplo, entre 10 e 20 quilohertz (kHz)) pode ser aplicado ao sinal de ruído. Durante o monitoramento dos eventos de combustão (por exemplo, pressão de ignição de pico), um filtro passa baixa (por exemplo, menor que 2 quilohertz (kHz)) pode ser aplicado ao sinal de ruído.

[038] Com referência ao processo 88 mostrado na Figura 7, a impressão digital 100 que tem as informações do envelope de ADSR 82 mostrado na Figura 8 (por exemplo, com o ataque 83, decaimento 84, sustentação 85 e repouso 86) pode incluir informações adicionais relacionadas ao evento de operação cuja impressão digital ou linha de base é gerada. Por exemplo, durante o processo 88 (por exemplo, processo de geração de linha de base), um indicador de evento de operação 103 também pode ser plotado sobre a plotagem de ruído de motor escalonada/normalizada 81. O indicador de evento de operação 103, por exemplo, pode ser uma plotagem fornecida por um alternador (por exemplo, alternador de limite) que modula entre alto e baixo para indicar o evento de operação durante o processo de geração de linha de base (por exemplo, processo 88). Por exemplo, o alternador pode ser atuado cada vez que o evento de operação ocorre durante o processo de geração de linha de base. Entretanto, em geral o alternador pode não ser incluído no motor 10 durante a operação normal do motor 10, visto que a inclusão tanto do alternador quanto do sensor de batida 23 pode ser redundante e ter um custo alto. Assim, o alternador e o indicador de evento de operação correspondente 103 podem ser usados durante o processo de geração de linha de base (por exemplo, processo 88) para determinar de modo mais preciso uma localização no envelope de ADSR 82 na qual o evento de operação especificamente ocorre (por exemplo, dentro do ângulo do virabrequim 54 de 2 a 4 graus, dependendo do evento de operação), de modo que o envelope de ADSR 82 possa ser armazenado na ECU 25 e posteriormente utilizado durante a operação normal do motor 10 para determinar uma regulagem ou ângulo do virabrequim 54 em que o evento de operação mais especificamente ocorre dentro do envelope de ADSR 82.

[039] Na realização ilustrada, o evento de operação é um fechamento da válvula de escape 64 mostrada na Figura 2. À medida que a válvula de escape 64 fecha, o alternador é atuado, o que faz com que o alternador de limite se mova de baixo para (por exemplo, baixa tensão) para alto (por exemplo, alta tensão). O alternador transmite um sinal do indicador de evento de operação 103 à ECU 25, a qual pode plotar o indicador de evento de operação 103 na plotagem de ruído de motor escalonada 81. Um ponto de intersecção 105 entre o indicador de evento de operação 103 e o envelope de ADSR 82 pode ser armazenado juntamente com a impressão digital 100 que corresponde ao evento de operação (por exemplo, ao fechamento da válvula de escape 64). Na realização ilustrada, o ponto de intersecção 105 está localizado em um ponto médio aproximado do vetor de decaimento 84 (por exemplo, dentro de 5 a 10 por cento de um comprimento do vetor de decaimento 84 a partir do ponto médio). Em geral, o fechamento da válvula de escape 64 ocorre no ponto médio ou região média do vetor de decaimento 84 (por exemplo, onde a região média é uma área definida por 5 a 10 por cento de um comprimento do vetor de decaimento 84 em qualquer lado do ponto médio do vetor de decaimento 84), e as coordenadas do ponto médio do vetor de decaimento 84 podem ser calculadas com o uso de um relacionamento de ponto médio geométrico, por exemplo, Pi = [(X1 + X2)/2, (Y1 + Y2)/2], em que Pi é o ponto médio (e, assim, o ponto de intersecção 105), X1 e X2 são as coordenadas X ao longo do eixo geométrico 76 em qualquer extremidade do vetor de decaimento 84, e Y1 e Y2 são as coordenadas Y ao longo do eixo geométrico 78 em qualquer extremidade do vetor de decaimento 84. Deve-se observar que o eixo geométrico 78 na realização ilustrada inclui tempo, mas, em outra realização, o eixo geométrico 78 pode incluir informações do ângulo do virabrequim 54 (por exemplo, ângulo de manivela) a partir do sensor de virabrequim 66, o que tem correlação com o tempo.

[040] Após determinar o ponto de intersecção 105 (o qual, na realização ilustrada relacionada ao fechamento da válvula de escape 64, é o ponto médio do vetor de decaimento 84 do envelope de ADSR 82), a impressão digital 100 (por exemplo, que tem o envelope de ADSR 82 informações e as informações de ponto de intersecção 105) pode ser armazenada para análise posterior.

[041] Em algumas realizações, pode ser vantajoso verificar a impressão digital 100 para garantir que a impressão digital 100 é precisa e pode ser usada para identificar eventos de operação durante uma operação normal do motor de combustão 10. Por exemplo, a Figura 9 é um fluxograma que mostra detalhes adicionais de uma realização do processo 102, que identifica e verifica a impressão digital 100 retratada na Figura 7. O processo 102 pode ser implantado como instruções de computador ou código executável armazenados na memória 74 e executáveis pelo processador 72 da ECU 25. Na decisão 104, a ECU 25 determina se o sinal de ruído está modulando ou não (isto é, mudando de um tom para outro). Se o sinal não estiver modulando (decisão 104), então a ECU 25 move para o bloco 112 e tenta encontrar uma ondaleta combinada. Uma ondaleta, efetivamente um pedaço ou componente de uma onda, é uma oscilação semelhante a onda com uma amplitude que começa em zero, aumenta, diminui ou ambos, e então retorna a zero. Ondaletas podem ser modificadas ajustando-se a frequência, amplitude e duração, o que torna as mesmas bastante úteis em processamento de sinal. Por exemplo, em transformadas de ondaleta contínua, um determinado sinal pode ser reconstruído integrando-se sobre os vários componentes de frequência modificados. Ondaletas "mãe" incluem ondaletas Meyer, Morlet e chapéu mexicano. Entretanto, novas ondaletas também podem ser criadas se as ondaletas-mães não encaixarem.

[042] Se o som estiver modulando (decisão 104), a ECU 25 move para a decisão 108 e determina se o sinal de ruído encaixa uma chirplet ou não. A chirp é um sinal no qual a frequência aumenta ou diminui com o tempo. Assim como uma ondaleta é um pedaço de uma onda, uma chirplet é um pedaço de uma chirp. Assim como ondaletas, as características de uma chirplet podem ser modificadas, e então múltiplas chirplets pode ser combinadas (isto é, uma transformada de chirplet), a fim de aproximar um sinal. Uma chirplet pode modular (isto é, mudar frequência) para cima ou para baixo. Na decisão 108, a ECU 25 pode ajustar a modulação de chirplets a fim de encaixar chirplets ao sinal de ruído. Se a ECU 25, após ajustar a modulação de chirplets, puder ajustar chirplets para encaixar o sinal de ruído, então a ECU 25 registrará se houve uma chirplet que encaixou o sinal e, nesse caso, a primeira frequência da chirplet, a segunda frequência da chirplet, e a taxa de modulação de chirplet em frequência/(ângulo de manivela) ou frequência por segundo. A ECU 25 então move para o bloco 110, no qual a ECU 25 comuta a fase do sinal de ruído a fim de verificar a impressão digital 100. No bloco 110, a ECU 25 cria um sinal de ruído gerado com base nos vetores de envelope de ASDR 82 ou outros componentes, em informações tonais extraídas e encaixes de chirplet ou ondaleta. A ECU 25 então comuta (bloco 110) o sinal gerado, por exemplo, 180 graus fora de fase. Se a caracterização do sinal de ruído for correta, o sinal de ruído gerado com comutação de fase cancelará o sinal de ruído.

[043] Se o sinal de ruído não encaixa uma chirplet (decisão 108), o ECU 25 move para o bloco 112 e tenta encaixar uma ondaleta ao sinal de ruído. No bloco 112, a ECU 25 seleciona uma ou mais ondaletas que podem encaixar o sinal de ruído. A(s) ondaleta(s) selecionada(s) pode(m) ser uma ondaleta Meyer, uma ondaleta Morlet, uma ondaleta chapéu mexicano ou alguma outra ondaleta adequada. Na decisão 114, a ECU 25 determina se a(s) ondaleta(s) selecionada(s) encaixa(m) o sinal de ruído ou não. Se a ondaleta encaixar (decisão 114), a ECU 25 registrará que houve um encaixe de ondaleta, o tipo de ondaleta-mãe, a primeira faixa de escala da ondaleta e a segunda faixa de escala da ondaleta. Se a ondaleta encaixar (decisão 114), a ECU 25 move para o bloco 110, no qual a ECU 25 comuta a fase do sinal de ruído a fim de verificar a impressão digital 100. Se uma das ondaletas selecionadas não encaixa o sinal de ruído (decisão 114), a ECU 25 pode mover para o bloco 116 e criar uma ondaleta. Na decisão 118, a ECU 25 determina se a recém-criada ondaleta encaixa o sinal de ruído. Se a ondaleta criada encaixar (decisão 118), a ECU 25 registrará que houve um encaixe de ondaleta, a primeira faixa de escala da ondaleta e a segunda faixa de escala da ondaleta. Se a ondaleta criada encaixar o sinal de ruído (decisão 118), a ECU 25 moverá para o bloco 110, no qual a ECU comuta a fase do sinal de ruído a fim de verificar a impressão digital 100. Se a nova ondaleta não encaixar (decisão 118), a ECU 25 move para o bloco 120 no qual caracteriza o sinal de ruído como ruído de banda larga.

[044] Retornando-se agora ao bloco 110, se a ECU 25 encontrar uma chirplet ou ondaleta que encaixa o sinal de ruído, a ECU 25 pode verificar o encaixe com uma tentativa de cancelamento de ruído. Consequentemente, no bloco 110 a ECU 25 cria um sinal de ruído gerado com base nos vetores de envelope de ASDR 82 ou outros componentes, informações tonais extraídas e encaixes de chirplet ou ondaleta. A ECU 25 então comuta (bloco 110) o sinal gerado em 180 graus. A ECU 25 então determina (decisão 122) se o sinal comutado cancela o sinal de ruído original dentro de uma tolerância residual desejada. Se o sinal comutado cancelar (decisão 122) o sinal de ruído original dentro de uma tolerância residual desejada, a ECU 25 determinará que a impressão digital 100 é uma "boa" impressão digital 126 e moverá para o bloco 128, no qual a ECU 25 registra os coeficientes e dados associados, os quais podem incluir o valor eficaz (RMS) do sinal, ou o erro de RMS. A ECU 25 também pode outros dados, incluindo-se, mas sem se limitar, ângulos de virabrequim no começo ou no final do sinal, vetores de envelope de ASDR 82 ou outros componentes de ADSR, tons espectrais fundamentais, tons espectrais harmônicos, ordem de tons espectrais, ordem de tons harmônicos, se há um encaixe de chirplet, a primeira frequência de chirplet, a segunda frequência de chirplet, a taxa de modulação de chirplet, se há um encaixa de ondaleta, o tipo de ondaleta-mãe, a primeira faixa de escala da ondaleta, a segunda faixa de escala da ondaleta, o tempo e valor de amplitude máxima, o tempo de valor de amplitude mínima, o valor RMS do sinal, o erro de RMS do sinal contra o sinal gerado e se o ruído é classificado como ruído de banda larga ou não. Além disso, conforme descrito anteriormente, a ECU 25 pode registrar o ponto de intersecção 105 no envelope de ADSR 82, conforme mostrado na Figura 8. Esses dados registrados e outros dados registrados pela ECU 25, permitem que a ECU 25 caracterize e categorize ruídos conhecidos (por exemplo, que correspondem a determinados eventos de operação descritos na presente invenção) de modo que esses ruídos possam ser armazenados no componente de memória 74 da ECU 25, talvez transferidos para algum outro dispositivo de memória, e então registrados e classificados em um banco de dados para análise futura. Se, pode outro lado, a ECU 25 determinar (decisão 122) que o sinal comutado não cancelou o sinal de ruído original dentro de uma tolerância residual, a ECU 25 moverá para o bloco 124 no qual o sinal de ruído é caracterizado como ruído de banda larga.

[045] Deve-se notar que, dependendo da realização, o processo 102 na Figura 9 pode não ser empregado seguindo-se o método de geração de linha de base (por exemplo, processo 88). Por exemplo, em algumas realizações, pode ser determinado que a impressão digital 100 é uma “impressão digital boa 126” sem o emprego do processo 102. Em todo caso, as impressões digitais verificadas 130 (por exemplo, a impressão digital 100 e/ou a impressão digital boa 126) podem ser armazenadas em um banco de dados 132 para acesso posterior durante um processo de monitoramento de motor 134, conforme mostrado em uma realização do processo 134 na Figura 10. Por exemplo, durante o processo ilustrado 134, o ruído do motor 10 é captado (por exemplo, detectado ou gravado) (bloco 136). Conforme descrito anteriormente, o ruído pode ser captado através do sensor de batida 23, ou algum outro sensor configurado para detectar ruídos ou vibrações do motor 10. O sinal de ruído pode ser pré-condicionado (por exemplo, escalonado, normalizado e/ou filtrado) para processamento, de acordo com a descrição das Figuras 3 a 5. O sensor de virabrequim 66 também pode captar, detectar, ou gravar uma posição do virabrequim 54 (por exemplo, em ângulos de manivela). Consequentemente, o sinal de ruído (por exemplo, o sinal de ruído pré- condicionado) pode ser plotado, através da ECU 25, contra a posição do virabrequim 54. Conforme descrito anteriormente, em determinadas realizações o sinal de ruído pode ser plotado contra o tempo em vez de contra a posição do virabrequim 54.

[046] O processo 134 inclui, adicionalmente, acessar as impressões digitais 130 no banco de dados 132 (bloco 138). Por exemplo, a ECU 25 pode acessar a impressão digital 130 relacionada a um evento de operação particular que é monitorado através do processo 134. Dependendo da realização, o evento de operação (ou condição) pode ser a pressão de ignição de pico, a abertura da válvula de admissão 62, o fechamento da válvula de admissão 62, a abertura da válvula de escape 64, o fechamento da válvula de escape 64 ou algum outro evento de operação (ou condição) do motor 10.

[047] Após acessar a impressão digital 130 que corresponde ao evento de operação (ou condição) que é monitorado pela ECU 25 através do processo 134, a ECU 25 pode correlacionar a impressão digital 130 e o sinal de ruído (por exemplo, o sinal de ruído pré-condicionado) para determinar se o sinal de ruído inclui uma porção que condiz com a impressão digital 130. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, a impressão digital 130 pode incluir o envelope de ADSR 82 relacionado ao evento de operação que é monitorado e gerado durante o processo de geração de linha de base (por exemplo, processo 88). O envelope de ADSR 82 da impressão digital 130 pode ser comutado ou arrastado ao longo do eixo geométrico da posição do ou virabrequim 54 ou tempo do sinal de ruído (por exemplo, sinal de ruído pré- condicionado) para determinar se a impressão digital 130 combina com qualquer porção do sinal de ruído. Por exemplo, o envelope de ADSR 82 da impressão digital 130 pode ser diretamente comparado ou combinado com as porções do sinal de ruído, ou um ou mais envelopes de ADSR de operação podem ser gerados para porções do sinal de ruído (por exemplo, de acordo com as descrições das Figuras 5 e 6) para comparação com o envelope de ADSR 82 da impressão digital 130. Além disso, em geral o evento de operação pode ter ocorrido dentro de uma faixa conhecida de posições de tempo ou virabrequim 54 (por exemplo, em ângulo de manivelas). Assim, a porção do sinal de ruído processada pela ECU 25 para determinar se uma porção do sinal de ruído combina com a impressão digital 130 pode ser reduzida à faixa conhecida de posições de tempo ou virabrequim 54. Deve-se observar que a combinação entre a impressão digital 130 e o sinal de ruído pode não ser uma combinação exata entre a impressão digital 130 e o sinal de ruído. Por exemplo, a impressão digital 130 combinar com uma porção do sinal de ruído e pode ser classificada através de uma porcentagem de precisão da combinação. Um limiar (por exemplo, armazenado na memória 74 da ECU 25) pode permitir que a ECU 25 determine se a porcentagem de precisão da combinação entre a impressão digital 130 e o sinal de ruído é suficientemente substancial para considerar a impressão digital 130 e o sinal de ruído uma combinação. O limiar pode ser pelo menos igual ou superior a 75% de combinação, uma combinaçãode 80%, uma combinação de 85%, uma combinação de 90%, uma combinaçãode 95%, uma combinação de 97%, uma combinação de 98%, uma combinaçãode 99% ou uma combinação de 100.

[048] Na decisão 142, a ECU 25 determina se a impressão digital 130 combina com qualquer porção do sinal de ruído (por exemplo, do sinal de ruído pré-condicionado) a partir do bloco 136. Se a correlação no bloco 140 for uma combinação na decisão 142, o evento de operação que é monitorado será verificado. Além disso, conforme mostrado no bloco 144, a localização particular do evento de operação (por exemplo, em tempo ou em ângulos de manivela do virabrequim 54) pode ser determinada. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, o evento de operação pode ocorrer no ponto de intersecção 105 (por exemplo, entre o envelope de ADSR 82 e o indicador de evento de operação 103) na Figura 8, o que, em algumas realizações, corresponde ao ponto médio no vetor de decaimento 84 do envelope de ADSR 82. Consequentemente, a ECU 25 pode justapor o envelope de ADSR 82 da impressão digital 130 no sinal de ruído plotado contra a posição do virabrequim 54, e pode determinar que o evento de operação ocorreu na coordenada x (por exemplo, coordenada de posição de tempo ou virabrequim 54) do ponto de intersecção 105 no envelope de ADSR 82.

[049] Se a impressão digital 130 não for combinada com qualquer porção do sinal de ruído na decisão 142, o processo 134 pode retornar ao bloco 136 (por exemplo, captar ruído de motor) ou retornar ao bloco 138 (acessar impressão/impressões digital/digitais no banco de dados). Por exemplo, em algumas realizações o processo 134 pode ser utilizado para monitorar múltiplos eventos de operação. Consequentemente, o processo 134 pode incluir acessar múltiplas impressões digitais 130 para correlação com o sinal de ruído. As múltiplas impressões digitais 130 pode ser acessadas de uma só vez em uma etapa, ou cada impressão digital 130 pode ser acessada e então correlacionada ao sinal de ruído de maneira independente para determinar e verificar os eventos de operação.

[050] De acordo com a presente invenção, deve-se observar que evento(s) de operação e condições podem ser qualquer evento de operação ou condição do motor 10. Por exemplo, o evento de operação pode ser uma abertura da válvula de escape 64, um fechamento da válvula de escape 64, uma abertura da válvula de admissão 62, um fechamento da válvula de admissão 62, pressão de ignição de pico ou qualquer outro evento de operação do motor 10. Além disso, deve-se observar que o ângulo de manivela na qual o evento de operação ocorre pode ser determinado pelas mesmas etapas do processo descritas acima, ou etapas similares. Por exemplo, em algumas realizações o evento de operação pode ocorrer em um ponto diferente ao longo do vetor de decaimento 84, ou ao longo um dos outros vetores do envelope de ADSR 82. O indicador de evento de operação 103 mostrado na Figura 8 pode ser fornecido à ECU 25 através de um alternador de limite, ou através de algum outro mecanismo configurado para detectar o evento de operação durante o processo de geração de linha de base (por exemplo, processo 88) que pode não estar incluído no motor 10 durante a operação normal. Além disso, deve-se observar que as impressões digitais 100, 126, 130 associadas a cada evento de operação pode variar para cada evento de operação e pode variar para cada modelo, tipo ou série de motores 10. Assim, o processo de geração de linha de base (por exemplo, o processo 88) para determinar as impressões digitais 100, 126, 130 para vários eventos de operação pode ser realizado para cada motor particular 10, e cada motor 10 pode incluir diferentes impressões digitais 100, 126, 130 para o mesmo evento de operação.

[051] Os efeitos técnicos da invenção incluem caracterizar um sinal de ruído e derivar uma assinatura ou impressão digital a partir do sinal de ruído, o que pode incluir, além disso, pré-condicionar o sinal de ruído, aplicar um envelope de ADSR ao sinal de ruído, extrair informações tonais (por exemplo, tons musicais) do sinal de ruído e encaixar o sinal de ruído a um chirplet e/ou a ondaleta. Além disso, os efeitos técnicos da invenção podem incluir determinar uma regulagem de eventos de operação particulares em relação ao ângulo de manivela com base na caracterização do sinal de ruído e na derivação da(s) assinatura(s) e/ou impressões digitais a partir do sinal de ruído.

[052] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também permite que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, inclusive com a fabricação e o uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a realização de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Tais outros exemplos são destinados a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso os mesmos tenham elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insignificativas em relação à linguagem literal das reivindicações.

Claims (14)

1. MÉTODO DE MONITORAMENTO DE UM EVENTO DEOPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO (10), que compreende a etapa de:- receber um sinal de ruído captado por um sensor de batida (23) disposto no motor de combustão (10) ou próximo ao mesmo; caracterizado por compreender as etapas de:- correlacionar o sinal de ruído a uma impressão digital (100) que tem pelo menos um envelope de ADSR (82) indicativo do evento de operação do motor de combustão (10); e- detectar se o evento de operação ocorreu, com base na correlação entre o sinal de ruído e a impressão digital (100).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo evento de operação compreender uma abertura de uma válvula de admissão do motor de combustão interna, um fechamento da válvula de admissão (62), uma abertura de uma válvula de escape (64) do motor de combustão (10), um fechamento da válvula de escape (64) ou uma pressão de ignição de pico.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações1 a 2, caracterizado por compreender gerar uma linha de base do motor de combustão (10) para derivar a impressão digital (100) que tem pelo menos o envelope de ADSR (82) indicativo do evento de operação.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopor gerar uma linha de base do motor de combustão (10) para derivar a impressão digital (100) que tem pelo menos o envelope de ADSR (82) compreender a etapa de:- derivar o envelope de ADSR (82) a partir de um sinal de ruído de linha de base indicativo do evento de operação e plotar o envelope de ADSR (82) e dados indicadores de evento de operação (103) contra o tempo para derivar uma localização do envelope de ADSR (82) na qual o evento de operação ocorre.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopor compreender derivar a localização do envelope de ADSR (82) na qual o evento de operação ocorre determinando-se um ponto de intersecção (105) entre o envelope de ADSR (82) e os dados indicadores de evento de operação (103).

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações4 a 5, caracterizado por compreender receber os dados indicadores de evento de operação (103) através de um sinal a partir de um alternador que monitora o evento de operação durante a geração de linha de base do motor de combustão (10).

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações4 a 6, caracterizado pela localização do envelope de ADSR na qual o evento de operação ocorre ser um ponto médio ou dentro de uma região média de um vetor de decaimento (84) do envelope de ADSR (82).

8. MÉTODO, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a7, caracterizado por correlacionar o sinal de ruído à impressão digital (100) que tem pelo menos o envelope de ADSR (82) indicativo do evento de operação compreender pré-condicionar o sinal de ruído e sobrepor o envelope de ADSR (82) em pelo menos uma porção de uma plotagem do sinal de ruído pré- condicionado.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações1 a 8, caracterizado por correlacionar o sinal de ruído à impressão digital (100) que tem pelo menos o envelope de ADSR (82) indicativo do evento de operação compreender plotar o sinal de ruído, ou uma versão pré-condicionada do sinal de ruído, contra um sinal do ângulo de manivela de um virabrequim (54) do motor de combustão (10) recebido a partir de um sensor de virabrequim (66) e sobrepor o envelope de ADSR (82) da impressão digital (100) em pelo menos uma porção da plotagem.

10. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR, NÃOTRANSITÓRIO, caracterizado por compreender instruções executáveis adaptadas para executar as etapas do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, quando executadas por um processador.

11. SISTEMA, caracterizado por compreender:- um controlador de motor (25) configurado para monitorar um primeiro evento de operação de um motor de combustão (10), em que o controlador de motor (25) compreende o meio legível por computador, conforme definido na reivindicação 10, e um processador (72); em que o meio legível por computador compreende instruções executáveis adaptadas para executar as etapas do método, conforme em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, quando executadas pelo processador (72).

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo controlador compreender uma memória (74) configurada para armazenar uma ou mais impressões digitais (100), sendo que cada impressão digital (100) tem um envelope de ADSR (82) respectivo indicativo de um evento de operação correspondente, e em que o processador é configurado para acessar a memória para correlacionar o sinal de ruído à primeira impressão digital (100) que tem pelo menos o primeiro envelope de ADSR (82) indicativo do primeiro evento de operação.

13. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado por compreender o sensor de batida (23) configurado para captar o sinal de ruído e um sensor de virabrequim configurado para captar um ângulo de manivela de um virabrequim (54) do motor de combustão (10).

14. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo evento de operação compreender uma abertura de uma válvula de admissão do motor de combustão, um fechamento da válvula de admissão, uma abertura de uma válvula de escape do motor de combustão, um fechamento da válvula de escape ou uma pressão de ignição de pico.

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