CN107781094A - 气体燃料发动机火花塞故障检测 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统。该系统可以包括联接到发动机并配置成测量发动机数据的一个或多个传感器装置、与传感器装置通信的控制器，以及输出装置。控制器可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况，并响应于所述故障状况执行纠正动作。输出装置可以配置成生成对应于故障状况的通知。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于气体燃料发动机的点火系统，并且更具体地，涉及用于监视和检测火花塞故障的系统和方法。
发明背景
内燃机，或更具体地，气体燃料发动机，可用于为各种不同类型的机器供电，例如高速公路卡车或车辆、非高速公路机器、移动设备、发电机、航空航天应用、泵、诸如发电厂的固定设备等。通常，气体燃料发动机供应有空气和燃料的混合物，以特定的时间间隔使用火花塞和点火系统将其点燃以产生机械能，例如旋转输出扭矩，并最终用于驱动或操作相关机器。为提高发动机的效率和可靠性以及机器的总体生产率做出了不懈努力。定期监视火花塞的健康状况是帮助减少计划外停机并提高生产力的一种方式。
内燃机中的火花塞的寿命可能受到重复通过火花塞的间隙的电流的大小的影响。特别地，重复暴露于高电流可能使火花塞的金属尖端随着时间的推移而发生各种故障。例如，随着时间的推移，火花塞可能容易发生由尖端处的金属腐蚀或火花塞间隙附近的金属腐蚀、金属尖端的分层、尖端处的金属的自发分离等引起的故障。当未解决这种故障时，可能导致失火和其他不利影响，这可能会降低机器的整体效率或引起发动机损坏。因此，不仅能够跟踪火花塞的健康状况，而且有助于在发生故障时快速检测故障，从而最大程度地减少无效操作、计划外停机和不必要的损坏。
目前可用的一种用于检测火花塞故障的方法由美国专利6,559,647号公开(“Bidner”)。具体来说，Bidner公开了一种在指定的测试期间临时禁用发动机的每个汽缸中的一个火花塞的方法，以便确定是否发生失火。基于是否发生失火，Bidner能够确认每个火花塞的正常功能。虽然Bidner可能是有效的，但是让每个发动机的每个汽缸禁用每个火花塞可能相当繁冗，并且完成每个测试程序也可能相当耗时。此外，由于Bidner中的测试程序无法在飞行中或在正常的发动机或机器操作期间执行，所以在机器的整个使用寿命期间进行此类测试所花费的停机时间总量可能很大。
鉴于与常规火花塞监视技术相关的上述缺点，需要一种解决方案，其不仅有效地监视火花塞故障，而且还在不中断生产率并且不需要任何大量的停机时间的情况下被动地执行。此外，需要一种火花塞监视技术，其能够使用诸如来自发动机控制或管理单元的容易获得的数据和信息，并且使用该信息来确认火花塞的健康状况或任何现有的故障。本发明涉及解决上述一个或多个缺点和劣势。然而，应当理解，任何特定问题的解决方案不限于本发明或所附权利要求的范围，除了明确指示的范围之外。
发明内容
在本发明的一个方面，提供一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统。该系统可以包括联接到发动机并配置成测量发动机数据的一个或多个传感器装置、与传感器装置通信的控制器和输出装置。控制器可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况，并响应于故障状况来执行纠正动作。输出装置可以配置成生成对应于故障状况的通知。
在本发明的另一方面，提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的控制器。控制器可以包括传感器模块、计算模块、故障检测模块和纠正模块。传感器模块可以配置成从发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据。计算模块可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度。故障检测模块可以配置成基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况。纠正模块可以配置成响应于故障状况执行纠正动作。
在本发明的另一方面，提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的方法。该方法可以包括从发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据，基于发动机数据确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于发动机数据确认故障状况、失火计数、次级变压器电压和排气口温度，并根据故障状况执行纠正动作。
当结合附图阅读下面的详细描述时，这些和其它方面和特征将更容易理解。
附图说明
图1是典型发动机的燃烧室和火花塞的局部剖视图；
图2是本发明的故障检测系统的一个示例性实施例的示意图；
图3是可以与本发明的故障检测系统一起使用的一个示例性控制器的示意图；
图4是可以由本发明的故障检测系统访问或导出的包括发动机速度、次级变压器电压和失火信息的示例性发动机数据的图形视图；
图5是可以由本发明的故障检测系统访问或导出的包括排气口温度的示例性发动机数据的图形视图；
图6是可以由本发明的故障检测系统访问或导出的包括次级变压器电压变化率的示例性发动机数据的图形视图；
图7是检测发动机火花塞故障的一种示例性算法或方法的流程图；以及
图8是确认发动机火花塞故障的一种示例性流程或方法的流程图。
虽然以下给出对于某些说明性实施例的详细描述，但是应当理解，这样的实施例不应被解释为限制性的，而是本发明有权享有的与所有实施例、修改、替代方案、结构和等同物相一致的保护范围。
具体实施方式
参见图1，提供了一种示例性内燃机100的一部分。虽然示出的发动机100可以用于各种不同的应用中，但是发动机100和所示的实施例可以包括在机器中，例如运土机或固定作业机器中。例如，发动机100可用于操作高速公路卡车、非高速公路机器、移动设备、发电机、航空航天应用、泵，诸如发电厂的固定设备等。另外，发动机100可以包括使用空气和燃料混合物来产生诸如旋转扭矩输出等机器功率的任何合适的内燃机。例如，发动机100可以包括汽油发动机、天然气发动机或使用火花塞和相关点火系统进行燃烧的任何其它合适的内燃机。
如图1所示，发动机100可以包括限定一个或多个孔104的块102，其使用头部106和对应的垫圈108进行大致密封。发动机100还可以包括可滑动地设置在每个孔104内的活塞110，其限定具有头部106和垫圈108的燃烧室112。此外，发动机100的每个燃烧室112可以包括一个或多个火花塞114，其联接到头部106并且至少部分地引入到燃烧室112中。应当理解，发动机100可以包括任何数量的燃烧室112，并且可以以例如“直线”配置、“V”配置、相对活塞配置等的任何数量的配置来布置燃烧室112。
图1中的活塞110在一个燃烧事件期间可配置成在孔104内在完全伸出和完全缩回位置之间作线性往复运动。例如，活塞110可以通过连杆118枢转地连接到曲轴116，使得活塞110在完全伸出和完全缩回位置之间的直线运动导致曲轴116旋转，并且使得旋转曲轴116使活塞110在孔104内滑动。此外，在燃烧事件期间，活塞110可被设计成穿过多个冲程，包括进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。例如，燃料可以在进气冲程期间喷射到燃烧室112中，并与空气混合并在压缩冲程期间被点燃。然后，所产生的热和压力可以在动力冲程期间转换成机器动力，并且残余气体可以在排气冲程期间从腔室112排出。
如图1进一步所示，火花塞114可以以将火花塞114的金属尖端120引入燃烧室112的方式安装到头部106中。金属尖端120可以由与配对电极124形成间隙122的电极组成，使得跨金属尖端120和电极124施加电压差在其间产生电弧或火花。在适当的时机下，这种火花可用于例如在压缩冲程期间点燃燃烧室112内的空气和燃料混合物。随着时间的推移，跨越间隙122重复施加的高电平和电流可能潜在地使火花塞114的金属尖端120遭受不同类型的故障，例如金属腐蚀、分层或在金属尖端120处或靠近火花塞114的间隙122的自发分离。这样的故障反过来也可能导致失火和其他不利影响。
转到图2，示意性地提供了可用于监视和检测这种火花塞故障的故障检测系统126的一个示例性实施例。如图所示，故障检测系统126可以相对于发动机100和与其相关联的点火系统128来实现。如本领域通常所理解的那样，点火系统128可以包括配置成控制施加到火花塞114的电压的大小和频率以及点火时间的一个或多个驱动电路130。点火系统128还可以包括一个或多个点火线圈或变压器132，其配置成从驱动电路130(例如在初级绕组)处接收电信号，并将电信号转换成适当的电压信号，例如在次级绕组用于操作火花塞114。此外，次级变压器电压或由变压器132的次级绕组提供的电压可用于在火花塞114的金属尖端120处产生电弧或火花。
如图2所示，故障检测系统126可以包括与一个或多个传感器设备134通信的至少一个或多个传感器设备134和控制器136。传感器装置134可以联接到发动机100并且配置成测量各种发动机数据，例如发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮排气温度、失火计数、次级变压器电压、排气口温度、缸内压力以及与监视火花塞114的健康有关的任何其它信息。此外，任何一个或多个传感器装置134可以预先存在并已经集成在发动机100和/或与其相关联的发动机管理或控制单元中。此外，控制器136可以单独设置或至少部分地集成在发动机管理或控制单元内，并配置成与一个或多个传感器设备134电通信。
图2的传感器装置134可以配置成产生指示与发动机100内发生的燃烧过程相关联的参数值或发动机数据的信号。应当理解，任何一个或多个传感器设备134也可以体现虚拟传感器而不是物理传感器，例如配置成基于一个或多个其它已知或测量值产生算法驱动的估计值。例如，可以基于已知或测量的操作速度、燃料量、喷射正时、燃料压力、空气流量、空气温度、空气压力、冷却剂温度或其他发动机数据，可以参考预定模型、地图、查找表和/或等式来估计或导出其他操作参数或数据。因此，由传感器装置134提供的任何信号的值可以是估计或推导，而不是直接测量。在其他实施例中，一个或多个虚拟感测功能可以在控制器136本身内执行。
仍然参考图2，故障检测系统126可另外包括输出或显示设备138和/或通信设备140。所示的显示装置138可以包括一个或多个监视器，诸如液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、个人数字助理(PDA)、等离子体显示器、触摸屏显示器、便携式手持设备或本领域已知的任何其它合适的显示设备配置成向操作者提供与任何现有火花塞故障、故障状况、相关警告、推荐或必需的纠正动作等相关的指示、通知或其他信息。通信设备140可以采用一个或多个有线和/或无线网络，其使得本地控制器136能够将与火花塞健康有关的信息传达给位于其他本地控制器136和/或一个或多个远程监控站142处的操作者。
现在参考图3，示意性地提供了可以与故障检测系统126一起使用的控制器136的一个示例性实施例。如图3所示，并且如上面相对于图2总体描述的，控制器136可以使用一个或多个处理器、微处理器、微控制器、发动机控制模块(ECM)、发动机控制单元(ECU)，以及用于与任何一个或多个传感器装置134、输出或显示装置138、通信装置140等通信的任何合适的设备来实现。控制器136可以配置成根据预定的算法或逻辑指令集进行操作，所述逻辑指令集被设计为管理故障检测系统126、监控发动机数据，以及基于发动机数据与预定阈值之间的比较来确认火花塞114的任何故障状况。
如图3所示，控制器136可以配置成根据一个或多个预编程算法来运行，该算法通常可以分类为例如传感器模块146、计算模块148、故障检测模块150、纠正模块152和通知模块154。控制器136还可以包括访问任何存储器，诸如本地机载存储器和/或远离控制器136的存储器，用于至少临时存储任何一个或多个算法、发动机数据、预定阈值和其他逻辑指令。应当理解，图3所示的分组代码或逻辑指令的布置仅示出了实现和执行故障检测系统126的功能的一种可能的方式，并且其他可比较的布置是可能的，并且对于本领域普通技术人员将是显而易见的。例如，其他实施例可以修改、合并、省略和/或添加到图1中的一个或多个模块并仍然提供可比较的结果。
如图3所示，控制器136的传感器模块146可以配置成从发动机100的一个或多个传感器设备134接收各种发动机数据。发动机数据可以专用于各个燃烧室112或通用于发动机100。例如，传感器模块146可以配置成接收，并且传感器装置134能够测量或导出对应于一个或多个发动机速度、发动机机油温度、排气口温度、缸内压力的发动机数据，并且如果可能，则会测量或导出涡轮入口和/或排气温度。传感器模块146和传感器装置134还可配置成检测失火或导出可用于确认在发动机100的操作期间发生的失火的信息。传感器模块146和传感器装置134还可以在给定的燃烧室112中测量或导出次级变压器电压或由变压器132的次级绕组提供给火花塞114的电压。
至少部分地基于由传感器模块146接收的发动机数据，图3的计算模块148可以配置成检索、计算或以其他方式确定至少失火计数值、次级变压器电压和排气口温度。例如，基于由传感器模块146提供的发动机数据，计算模块148可以配置成导出指示汽缸失火的汽缸失火信号156等，并且来确认或计数基于图4中所示的汽缸失火信号156中的峰值或谷值的给定持续时间内发生的失火计数。类似地，计算模块148可以配置成监视代表提供给火花塞114的次级变压器电压的次级变压器电压信号158，也如图4所示。此外，排气口温度或其中的偏差可以例如通过图5中的排气口温度信号160所示来确定。
在其他变型中，图3的控制器136可以配置成在接合传感器模块146和/或计算模块148之前初始地验证一个或多个数据捕获条件，以在发动机数据被采样或计算之前确保发动机100充分地处于正常操作状态。例如，传感器模块146和/或计算模块148可以配置成一旦已验证发动机速度大于或等于最小预定发动机怠速，则确定失火计数、次级变压器电压和排气口温度。与启动和起动相关的周期可能会从此验证程序中排除。此外，还可能需要传感器模块146和/或计算模块148来首先验证发动机100在最小预定的发动机工作温度下操作。例如，如果发动机工作温度达到或超过最小预定的发动机工作温度，则发动机100可以被认为处于暖态，并且处于用于数据采集的理想条件下。否则，发动机100可以被认为是处于冷态并且尚未准备好进行数据采集的情况下进行操作。
特别地，图3中的传感器模块146和/或计算模块148可以基于发动机油温度、冷却剂温度或指示发动机100是否处于暖态或冷态的任何其它温度来导出最小预定发动机工作温度。虽然发动机在工作温度范围内变化，但是如果发动机油温度大于或等于大约45℃，则给定的发动机100例如可以被认为处于足够的暖态。如果尚未满足数据捕获条件中的任何一个，则控制器136可以继续接收发动机数据，直到这些条件被验证。然而，如果所有数据捕获条件已被验证，则控制器136可以继续执行计算和其他分析。尽管相对于图3的控制器136仅讨论了两个数据捕获条件，应当理解，可以针对不同的应用或发动机类型使用其他数据捕获条件。
通常，图3中的故障检测模块150可以基于由传感器模块146和/或计算模块148确定的失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认火花塞114中的故障状况。例如，故障检测模块150可以确认基于腐蚀的故障状况、基于分层的故障状况、基于分离的故障状况以及任何其他相关故障状况中的一种。然而，在对故障状况分类之前，故障检测模块150可以首先确定检测到的失火总和是否超过最小失火计数阈值。在一个实例中，如果失火计数指示在30分钟的持续时间内检测到的大约55次或更多次的失火，则故障检测模块150确认存在故障状况并对特定故障状况进行分类。否则，故障检测模块150可以认为故障状况尚不存在，并继续监视火花塞114。
如果失火计数指示足够的频率并且发生失火值得进一步调查，则图3的故障检测模块150可以基于次级变压器电压的某些特性另外确认出现的特定类型的故障状况。为了确认基于腐蚀的故障状况，例如，故障检测模块150可以在预定持续时间内确定次级变压器电压是否保持大于上限电压阈值。例如，如果图4的次级变压器电压或信号158是其5秒或更长时间的最大值的大约95％或以上，或2秒或更长时间的最大值的大约99％或以上，则故障检测模块150可以确认故障状况为基于腐蚀的故障状况。在其他实施例中，故障检测模块150可以采用其他电压阈值和/或其他持续阈值来确认基于腐蚀的故障状况。阈值、极限或标准的替代组合可用于不同的发动机类型、硬件和配置，并且对于本领域技术人员将是显而易见的。
可选地，为了确认基于腐蚀的故障状况，图3的故障检测模块150可以在预定持续时间内确定次级变压器电压是否保持小于下限电压阈值。例如，如果图4的次级变压器电压或信号158是其3秒或更长时间的最大值的大约45％或以下，则故障检测模块150可以确认故障状况为基于分层的故障状况。在其他变型中，故障检测模块150可以配置成采用其他次级变压器电压值或阈值和/或其他持续阈值来确认基于分层的故障状况。例如，阈值、极限或标准的不同组合可用于不同的发动机类型、硬件和配置，并且对于本领域技术人员将是显而易见的。
此外，为了确认基于分离的故障状况，图3的故障检测模块150可以配置成确定次级变压器电压相对于时间的变化率是否在给定时间范围内超过移动平均电压阈值。在一个实例中，如果次级变压器电压的变化率，例如如图6所示的导出电压信号162，在10秒钟内超过约2.5V/s，可以确认基于分离的故障状况。在其他实施例中，故障检测模块150可以配置成监视用于确认基于分离的故障状况的次级变压器电压和/或其他持续阈值的其它变化率。例如，阈值、极限或标准的不同组合可用于不同的发动机类型、硬件和配置，并且对于本领域技术人员将是显而易见的。
仍然参考图3的控制器136，纠正模块152可以执行响应于所确认的故障状况的纠正动作。可以基于故障汽缸的排气口温度和汽缸平均水平之间的偏差或发动机100中的其它汽缸的排气口温度的平均值来选择适当的纠正动作，如图5所示。例如，如果故障汽缸的排气口温度在一个小时的时间内保持在汽缸组平均值的约60℃内，则故障状况可能被视为不太紧急，并且纠正动作可能指示建议操作者在下一个停止时间或下一个可用机会的故障火花塞114处的警告。对于其他发动机类型、硬件或配置，纠正模块152可以在指示或生成建议性警告之前监视其他类型的标准，例如其他温度阈值和/或其他持续时间限制。
然而，如果由图3的纠正模块152确定的温度偏差在一个小时的时间内超过约60℃，则故障状况可能被认为更为紧急，并且纠正动作可能是立即停止发动机100，并向操作人员指示立即更换故障火花塞114的警告。应当理解，可以修改纠正模块152以采用温度阈值、持续时间限制和/或其他发动机类型、硬件、配置和应用的其他标准的其他组合，并且仍然提供可比较的结果。例如，其他发动机类型、硬件或配置可以要求在将故障状况分类为紧急之前并且在指示严重警告之前，纠正模块152监视其他类型的标准，例如其他温度阈值和/或其他持续时间限制。
另外，图3的控制器136还可以包括通知模块154，其配置成向操作者显示与故障状况相对应的通知。例如，如果已经确认故障状况，则通知模块154可以配置成通过图2所示的任何一个或多个本地和远程输出或显示设备138来产生并显示所确认的故障状况的通知。另外或可选地，如果需要或已经采取纠正动作，通知模块154还可以配置成生成并显示操作者的这种纠正动作的附加通知。在其他实施例中，通知模块154还可以使得操作者能够通过输出或显示设备138的接口来记录、更新、转发或响应这样的通知。
此外，图3的控制器136可以配置成重复执行与监视发动机数据相关联的前述任务或过程中的任何一个或多个，和/或以足以表征火花塞114的健康或任何故障的频率将发动机数据与预定阈值进行比较。在一个可能的实施方式中，采样频率可以被指定为与一个曲柄角一样快，例如对于工业工作机器应用来说大约为18k Hz，或对于汽车或其他应用来说大约50k Hz的采样频率。在控制器136的操作方面，上述算法可以配置成以大约1Hz或大约每分钟一次的速率操作，其中以流格式、连续的馈送格式、批量格式，或其任何组合来接收发动机数据。应当理解，其他合适的采样或数据处理频率也可以用于各种其他应用，并且仍然提供可比较的结果。例如，不同的采样率或重复频率可以用于不同的发动机类型、硬件和配置，并且对于本领域普通技术人员将是显而易见的。
工业实用性
通常，本发明在各种应用中可用，例如高速公路卡车或车辆、非高速公路机器、移动设备、发电机、航空航天应用、泵、诸如发电厂的固定设备等，并且更具体地，提供了用于监视点火系统的健康的非侵入式和高效技术。具体地，本发明提供了能够采用预先存在的传感器和数据来检测火花塞故障的方法和系统，还提供了确认特定故障状况和用于解决所确认的特定故障的纠正动作。通过允许使用现有硬件，本发明降低了实现的成本。此外，通过允许故障检测系统与正常的发动机一前一后地操作，本发明显著地减少了先前专用于火花塞修理和维护的计划内的和计划外的停机时间。
转到图7，提供了检测火花塞114中的故障并控制图2的故障检测系统126的一个示例性算法或方法164。特别地，方法164可以以一种或多种算法、指令，逻辑操作等的形式来实现，并且可以经由控制器136执行或启动其各个进程。如方框164-1中所示，方法164可以首先从与发动机100相关联的一个或多个传感器装置134接收发动机数据。发动机数据可以包括，例如发动机速度、发动机机油温度、排气口温度、缸内压力以及如果可用的话，涡轮入口和/或排气温度中的一个或多个。方法164可以另外接收对应于检测到的失火计数或失火计数值的发动机数据，以及由变压器132的次级绕组提供给给定的火花塞114的次级变压器电压。
在对发动机数据进行计算或其他分析之前，图7的方框164-2中的方法164可以首先验证数据捕获条件，以确保发动机数据对应于正常的操作条件。例如，方法164可以验证发动机速度是否大于或等于最小预定发动机怠速，不包括启动和起动阶段的操作。方法164还可以验证发动机100是否以最小预定的发动机工作温度运行以确定发动机100是否准备好进行数据采集。例如，如果发动机工作温度达到或超过最小预定的发动机工作温度，则方法164可将发动机100视为在暖态下操作并且在用于数据采集的理想条件下操作。然而，如果发动机工作温度未达到最小预定的发动机工作温度，则方法164可将发动机100视为在冷态下运行并且尚未准备好数据采集。
在图7的方框164-2中，可以通过发动机机油温度、冷却剂温度或指示发动机100是否处于暖态或冷态的任何其它温度来得到最小预定发动机工作温度。虽然发动机在工作温度范围内变化，但是如果发动机油温度大于或等于大约45℃，则给定的发动机100例如可以被认为处于足够的暖态。如果尚未满足数据捕获条件中的任何一个，则控制器164可以如方框164-1中继续接收发动机数据，直到这些条件被验证。然而，如果所有数据捕获条件已被验证，则方法164可以继续执行计算和其他分析。尽管在图7的方法164中仅使用两个数据捕获条件，然而应当理解，不同的数据捕获条件可以用于不同的应用或发动机类型。
一旦每个方框164-2满足了所有的数据捕获条件，则图7的方框164-3中的方法164可以计算发动机数据以确定或导出可用于表征火花塞健康状况或确定任何故障的另外的信息。例如，方法164可以确定或导出至少失火计数、次级变压器电压的偏差、排气口温度的偏差以及与火花塞故障潜在相关的任何其它信息。基于失火计数、次级变压器电压的偏差和排气口温度的偏差，方框164-4中的方法164可以确认是否存在故障状况以及特定故障状况是怎样的。例如，方法164可能能够确认检测到的故障状况是否涉及火花塞114的金属尖端120的腐蚀，金属末端120的分层或金属末端120的分离。
此外，基于方框164-4中的任何确认的故障状况，图7的方框164-5中的方法164可以执行响应于任何确认的故障状况的一个或多个纠正动作。此外，方法164可以确定检测到的故障中的紧急性，并且基于紧急性提供不同程度的纠正动作。例如，如果故障状况不是关键的，则方法164可以向操作者提供一个建议警告，该警告向操作者指示一个或多个火花塞114应该在下一个可用的停止或机会被更换。然而，如果故障状况可能损害发动机100并且需要立即引起注意，则方法164可以停止发动机100并提供更严格的警告，要求在继续操作之前立即更换火花塞114。
现在转向图8，提供了图7的故障确认方案或方法166或方框164-3、164-4和164-5的一个示例性实施例。如图所示，图8的方框166-1中的方法166可以基于发动机数据至少确定失火计数，以首先确定是否存在故障的火花塞114或相关的故障状况。例如，如果失火计数在30分钟的持续时间内指示小于55个检测到的失火，则方法166可以认为不存在故障状况，并且继续接收和监视根据图7的发动机数据。然而，如果失火计数在30分钟的持续时间内指示大约55或更多的失火，则方法166可以确认存在故障状况，并且继续对所涉及的特定故障状况进行分类或确认。
如图8的框166-2中所示，如相对于图3的故障检测模块150所讨论的，方法166可以分析次级变压器电压，以便确认所涉及的故障状况的类型。例如，如果次级变压器电压是其5秒或更长时间的最大值的大约95％或以下，或2秒或更长时间的最大值的大约99％或以上，则方框166-3中的方法166可将故障状态确认为基于腐蚀的故障状况。可选地，如果次级变压器电压次是其3秒或更长时间的最大值的大约45％或以下，则方框166-4中的方法166可将故障状态确认为基于分层的故障状况。此外，如果次级变压器电压的变化率超过移动平均阈值，例如在10秒期间内的大约2.5V/s，则框166-5中的方法166可以将故障状态确认为基于分离的故障状况。
一旦确认故障状况，则图8的方框166-6中的方法166可以执行适当的纠正动作，例如相对于图3的纠正模块152和通知模块154所讨论的。特别地，可以基于故障汽缸的排气口温度和汽缸组平均值之间的偏差或发动机100中的其它汽缸的排气口温度的平均值来选择适当的纠正动作。例如，如果故障汽缸的排气口温度在一个小时的时间内保持在汽缸组平均值的约60℃内，则纠正动作可能指示如框166-7中所示的建议操作者在下一个停止时间或下一个可用机会的故障火花塞114处的警告。然而，如果在一个小时的时间内温度偏差超过约60℃，则响应的纠正动作可能是立即停止发动机100并且向操作者指示如框166-8中所示的建议立即更换故障火花塞114的严重警告。
此外，图7和图8的算法或方法164、166可以配置成以足以表征火花塞114的健康状况或任何故障的频率重复地执行。在一个可能的实施方式中，采样频率可以被指定为与发动机100的一个曲柄角一样快，例如对于工业工作机器应用来说大约为18kHz，或对于汽车或其他应用来说大约50kHz的采样频率。此外，上述方法164、166的任务或过程可以以大约1Hz或大约每分钟一次的速率操作，其中以流格式、连续的馈送格式、批量格式，或其任何组合来接收发动机数据。应当理解，其他合适的采样或数据处理频率也可以用于各种其他应用，并且仍然提供可比较的结果。
从上述可以理解，虽然为了说明的目的仅阐述了某些实施例，但是从上述对本领域技术人员的描述中，替代和修改将是显而易见的。认为这些和其他替代是等价的且在本发明和随附的权利要求的精神和范围内。
Claims (20)
1.一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统，包括：
一个或多个传感器装置，其联接到所述发动机并配置成测量发动机数据；
控制器，其与所述传感器装置通信并配置成基于所述发动机数据确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个确认故障状况，并响应于所述故障状况执行纠正动作；以及
输出装置，其配置成生成对应于所述故障状况的通知。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器装置配置成测量对应于发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮机排气温度、所述失火计数、所述次级变压器电压、所述排气口温度和缸内压力中的一个或多个的发动机数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成一旦已验证一个或多个数据捕获条件，则确定所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度，所述数据捕获条件包括维持最小预定发动机怠速和最小预定发动机工作温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成基于至少所述次级变压器电压和最小失火计数将所述故障状况确认为基于腐蚀的故障状况、基于分层的故障状况和基于分离的故障状况之一，如果所述次级变压器电压在第一预定持续时间内保持大于上限电压阈值，则所述基于腐蚀的故障状况被确认，如果所述次级变压器电压在第二预定持续时间内保持小于下限电压阈值，则确认所述基于分层的故障状况，并且如果所述次级变压器电压相对于时间的变化率超过移动平均电压阈值，则确认所述基于分离的故障状况。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成执行指示建议警告以在下一停止时间更换故障火花塞，以及停止所述发动机并指示严重警告以立即更换所述故障火花塞的纠正动作之一，所述严重警告响应于故障状况而被指示，其中所述排气口温度偏离汽缸组平均值，在延长的持续时间内超过可接受的偏离阈值，并且响应于所有其他故障状况指示所述建议警告。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出装置包括配置成向操作者显示与所述故障状况相对应的通知的显示器。
7.一种用于检测发动机中的火花塞故障的控制器，包括：
传感器模块，其配置成从所述发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据；
计算模块，其配置成基于所述发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度；
故障检测模块，其配置成基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个来确认故障状况；以及
纠正模块，其配置成响应于所述故障状况执行纠正动作。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述传感器模块配置成接收对应于发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮机排气温度、所述失火计数、所述次级变压器电压、所述排气口温度和缸内压力中的一个或多个的发动机数据。
9.根据权利要求7所述的控制器，其中所述计算模块配置成一旦已验证一个或多个数据捕获条件，则确定所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度，所述数据捕获条件包括维持最小预定发动机怠速和最小预定发动机工作温度。
10.根据权利要求7所述的控制器，其中所述故障检测模块配置成基于至少所述次级变压器电压和最小失火计数将所述故障状况确认为基于腐蚀的故障状况、基于分层的故障状况和基于分离的故障状况之一，如果所述次级变压器电压在第一预定持续时间内保持大于上限电压阈值，则所述基于腐蚀的故障状况被确认，如果所述次级变压器电压在第二预定持续时间内保持小于下限电压阈值，则确认所述基于分层的故障状况，并且如果所述次级变压器电压相对于时间的变化率超过移动平均电压阈值，则确认所述基于分离的故障状况。
11.根据权利要求7所述的控制器，其中所述纠正模块配置成执行指示建议警告以在下一停止时间更换故障火花塞，以及停止所述发动机并指示严重警告以立即更换所述故障火花塞的纠正动作之一，所述严重警告响应于故障状况而被指示，其中所述排气口温度偏离汽缸组平均值，在延长的持续时间内超过可接受的偏离阈值，并且响应于所有其他故障状况指示所述建议警告。
12.根据权利要求7所述的控制器，还包括通知模块，所述通知模块配置成通过输出装置向操作者显示与所述故障状况相对应的通知。
13.一种用于检测发动机中的火花塞故障的方法，包括：
从所述发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据；
基于所述发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度；
基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个来确认故障状况；以及
响应于所述故障状况执行纠正动作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述发动机数据对应于发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮机排气温度、所述失火计数、所述次级变压器电压、所述排气口温度和缸内压力中的一个或多个。
15.根据权利要求13所述的方法，其中一旦已验证一个或多个数据捕获条件，则确定所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度，所述数据捕获条件包括维持最小预定发动机怠速和最小预定发动机工作温度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中基于至少所述次级变压器电压和最小失火计数，所述故障状况被确认为基于腐蚀的故障状况、基于分层的故障状况和基于分离的故障状况之一。
17.根据权利要求16所述的方法，其中如果所述次级变压器电压在第一预定持续时间内保持大于上限电压阈值，则所述基于腐蚀的故障状况被确认，如果所述次级变压器电压在第二预定持续时间内保持小于下限电压阈值，则确认所述基于分层的故障状况，并且如果所述次级变压器电压相对于时间的变化率超过移动平均电压阈值，则确认所述基于分离的故障状况。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述纠正动作包括指示建议警告以在下一停止时间更换故障火花塞，以及停止所述发动机并且指示紧急警告以立即更换所述故障火花塞之一。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述严重警告是响应于故障状况来指示的，其中所述排气口温度偏离汽缸组平均值，在延长的持续时间内超过可接受的偏离阈值，并且响应于所有其他故障状况指示所述建议警告。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括在输出装置处生成与所述故障状况相对应的通知。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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