CN107810318B - 用于经由外部传感器检测引擎组件条件的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，提供一种方法。所述方法包括接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中。所述方法进一步包括接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号。所述方法额外包括基于所述爆震传感器信号获得燃烧事件，以及基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件。所述方法还包括传送所述引擎条件。

Description

用于经由外部传感器检测引擎组件条件的系统和方法
技术领域
本文中所公开的主题涉及外部传感器，且更确切地说涉及应用于引擎组件条件检测的外部传感器系统和方法。
背景技术
内燃机将通常燃烧例如天然气、汽油、柴油等含碳燃料，且使用高温度和压力气体的对应膨胀以将力施加到引擎的特定组件，例如气缸中安置的活塞，以使组件移动越过一段距离。每一气缸可包括与含碳燃料的燃烧相关而打开和闭合的一个或多个阀。举例来说，进气阀可将例如空气等氧化剂引导到气缸中，其随后与燃料混合且燃烧。例如热气体等燃烧流体接着可经引导以经由排气阀离开气缸。因此，含碳燃料转化为对驱动负载有用的机械运动。举例来说，所述负载可以是产生电功率的发电机。改进组件条件的检测将是有益的。
发明内容
与发明初始主张的范围相一致的某些实施例概述如下。这些实施例不希望限制所主张的发明的范围，相反，这些实施例仅希望提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文阐述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，提供一种方法。所述方法包括接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中。所述方法进一步包括接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号。所述方法额外包括基于爆震传感器信号获得燃烧事件，以及基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件。所述方法还包括传送引擎条件。
在第二实施例中，一种系统包括引擎控制系统，所述引擎控制系统包括处理器，所述处理器经配置以接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中。处理器进一步经配置以接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号。处理器另外经配置以基于爆震传感器信号获得燃烧事件，且基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件。处理器还经配置以传送引擎条件且控制引擎的操作。
在第三实施例中，提供一种存储代码的有形非暂时性计算机可读介质。所述代码经配置以使得处理器接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中。所述代码另外经配置以使得处理器接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号。所述代码进一步经配置以使得处理器基于爆震传感器信号获得燃烧事件，且基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件。所述代码还经配置以使得处理器传送引擎条件。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中在整个附图中相同的标号表示相同的部分，其中：
图1是根据本发明的方面的引擎驱动的发电系统和外部传感器栅格的实施例的框图；
图2是根据本发明的方面的活塞总成的实施例的侧视截面图，以及图1所示的外部传感器栅格的截面；
图3是根据本发明的方面包围引擎的外部传感器栅格(在图1中所示)的透视图；
图4是展示图1的外部传感器栅格俘获的噪声图结合所述外部传感器栅格的截面或子栅格和引擎的俯视图的视图的实施例；以及
图5是适于分析图1所示的外部传感器栅格俘获的噪声数据的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
将在下文描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可能无法在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案的决定都必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案之间变化的与系统有关和与商业有关的约束。此外，应了解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的一般技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”和“所述”希望表示这些元件中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”希望为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。
本文中所描述的技术包括使用多个噪声传感器的外部栅格的系统和方法，所述噪声传感器可在引擎操作期间检测各种引擎组件的动态响应以获得关于组件的条件。来自爆震传感器的信号可经由与来自外部栅格的信号的循序处理而使用以更准确和有效地获得多种引擎条件。举例来说，可检测关于燃烧的开始的爆震传感器信号，且随后(例如，循序)可如下文更详细地描述处理栅格传感器信号以获得关于组件的多种引擎条件，例如汽缸头组件(例如，汽缸头和垫圈)、气缸体组件(例如，气缸体、气缸套筒)、汽门组件[valvestrain components](例如，阀、阀座、阀杆)、凸轮轴和驱动组件(例如，凸轮轴、凸轮凸角、定时带/链、张紧器)、活塞组件(例如，活塞、活塞环、连接杆)、曲轴总成组件(即，曲轴、引擎轴承、飞轮)、齿轮系组件(例如，齿轮箱、齿轮、输出轴)、涡轮增压器组件、燃料递送组件、排放组件等等。
代替于使用例如声学波束成形等特定技术，本文中所描述的技术可包括非圆形外部传感器栅格，这与圆形声学波束成形栅格形成对比。本文所公开的技术可另外或替代地包括距噪声源的栅格传感器间隔，其可比声学波束成形中发现的传感器间隔更近或更远。然而，距噪声源的传感器间隔可以是任何数目的间隔，包括声学波束成形中使用的间隔。此外，传感器之间的间隔也可包括任何数目的距离，如下文更详细地描述。
本文描述的技术可额外包括使用瞬时状态，其中引擎控制系统(例如，引擎控制单元[ECU])调整例如每分钟转数(RPM)斜坡速率、引擎火花定时、燃料注射扫掠速率、引擎负载或其组合等特定引擎操作，以提供引擎的瞬时诊断状态。在瞬时诊断状态期间，机载爆震传感器和振动传感器结合安置于栅格上的外部传感器和/或曲轴传感器记录数据。接着可比较频谱和时频信息以查看交叉相干，且频谱和时频信息还可与规范性基线(例如，正常引擎操作)比较。动态加载，速度改变、定时扫掠、空气/燃料扫掠等可有利地用于诊断可能无法如引擎操作条件保持恒定时那样容易地检测到的特定往复引擎条件或故障。这些条件中的一些可包括涡轮增压器条件、齿轮系条件、汽门条件、燃烧气缸平衡条件、感应泄漏、排放泄漏、燃料感应泄漏(空气/燃料均质性条件)等等。
现在转而参看图式，图1说明引擎驱动的发电系统10的一部分的实施例的框图。如下文详细描述，系统10包括引擎12(例如，往复式内燃机)，其具有一个或多个燃烧腔室14(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、16、18、20或更多个燃烧腔室14)。尽管图1示出的是内燃机12，应理解，可使用任何往复式装置。空气供应16经配置以将例如空气、氧气、富氧空气、减氧空气(oxygen-reduced air)或其任何组合等经加压氧化剂18提供到每一燃烧腔室14。燃烧腔室14还经配置以从燃料供应22接收燃料20(例如，液态和/或气态燃料)，且燃料-空气混合物在每一燃烧腔室14内点火并燃烧。热的经加压燃烧气体使得邻近于每一燃烧腔室14的活塞24在气缸26内线性地移动，且将由气体施加的压力转换为旋转运动，这使得轴杆28旋转。另外，轴杆28可连接到负载30，负载30经由轴杆28的旋转而得到动力。举例来说，负载30可以是经由系统10的旋转输出来产生功力的任何合适的装置，例如发电机。此外，虽然以下论述将空气称为氧化剂18，但任何合适的氧化剂都可以用于所公开的实施例。类似地，燃料20可以是任何合适的气态燃料，例如天然气、相关联石油气、丙烷、生物气、沼气(sewage gas)、填埋物气体、煤矿气体。
本文中所公开的系统10可适于在静止应用中(例如，工业动力产生引擎中)或移动应用中(例如，汽车或飞机中)使用。引擎12可以是二冲程引擎、三冲程引擎、四冲程引擎、五冲程引擎或六冲程引擎。引擎12还可包括任何数目的燃烧腔室14、活塞24和相关联气缸26(例如，1-24)。举例来说，在某些实施例中，系统10可包括大型工业往复式引擎12，其具有在气缸26中往复的4、6、8、10、16、24或更多个活塞24。在一些此类情况中，气缸26和/或活塞24可具有近似13.5-34厘米(cm)之间的直径。在一些实施例中，气缸26和/或活塞24可具有近似10-40cm、15-25cm之间或约15cm的直径。系统10可产生10kW到10MW范围内的功率。在一些实施例中，引擎12可在小于近似1800转/每分钟(RPM)下操作。在一些实施例中，引擎12可在小于近似2000RPM、1900RPM、1700RPM、1600RPM、1500RPM、1400RPM、1300RPM、1200RPM、1000RPM、900RPM或750RPM下操作。在一些实施例中，引擎12可在近似750-2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之间操作。在一些实施例中，引擎12可在近似1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。示范性引擎12可例如包括通用电气公司(GeneralElectric Company)的Jenbacher引擎(例如，Jenbacher型号2、型号3、型号4、型号6或J920FleXtra)或Waukesha引擎(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
经驱动的发电系统10可包括一个或多个爆震传感器32，其适于检测引擎“爆震”和/或引擎12的其它运行特性。爆震传感器32可以是经配置以感测引擎12所引起的振动的任何传感器，所述振动例如归因于爆炸、预点火和/或声脉冲(pinging)而产生的振动。爆震传感器32展示为以通信方式耦合到控制器(例如，往复式装置控制器)，引擎控制单元(ECU)34。在操作期间，来自爆震传感器32的信号传送到ECU 34以确定是否存在爆震条件(例如，声脉冲)或其它特性。ECU 34接着可调整特定引擎12参数以减轻或避免不合需要的条件。举例来说，ECU 34可调整点火定时和/或调整增压压力以避免爆震。如本文进一步描述，爆震传感器32可额外检测除爆震外的其它振动。尽管基于内燃机论述用于分析组件健康状况的以下技术，但相同技术可应用于其它往复式装置，例如压缩机。
更确切地说，外部传感器栅格35可包围引擎12且以通信方式耦合到ECU 34和/或外部计算系统37。外部计算系统37可包括便携式电脑、平板计算机、手机、笔记本、服务器、个人计算机、云计算系统等，其具有适于执行计算机指令的处理器和适于存储计算机指令的存储器。同样，爆震传感器32可以通信方式耦合到外部计算系统37。在使用中，ECU 34和/或外部计算系统37可处理来自爆震传感器32、外部传感器栅格35和/或曲柄角传感器(下文更详细描述)的数据以获得多种引擎12条件。
在一个实施例中，ECU 34可调整例如RPM斜坡速率、引擎12火花定时、燃料注射扫掠速率、引擎12负载或其组合等特定引擎操作，以提供引擎的瞬时诊断状态。在瞬时诊断状态期间，爆震传感器32和安置于栅格35上的传感器可将信号发射到ECU 34和/或外部计算系统37。信号可转换为频谱和时频信息，频谱和时频信息接着可经比较以查看交叉相干，且还可与规范性基线(例如，正常引擎12操作)比较。在另一实施例中，ECU 34不能提供瞬时诊断状态，但来自爆震传感器32和栅格35的数据可仍由ECU 34和/或外部计算系统37接收和处理以经由频谱和时频分析获得多种引擎条件。这些条件中的一些可包括涡轮增压器条件、齿轮系条件、汽门条件、燃烧气缸平衡条件、感应泄漏、排放泄漏、燃料感应泄漏(空气/燃料均质性条件)等等。
因此，可获得多种引擎组件39的条件。引擎组件39可包括例如以下组件：汽缸头组件(例如，汽缸头和垫圈)、气缸体组件(例如，气缸体、气缸套筒)、汽门组件(例如，阀、阀座、阀杆)、凸轮轴和驱动组件(例如，凸轮轴、凸轮凸角、定时带/链、张紧器)、活塞组件(例如，活塞、活塞环、连接杆)、曲轴总成组件(即，曲轴、引擎轴承、飞轮)、齿轮系组件(例如，齿轮箱、齿轮、输出轴)、涡轮增压器组件、燃料递送组件、排放组件等等。
图2是具有安置于往复式引擎12的气缸26(例如，引擎气缸)内的活塞24的活塞总成36的实施例的侧视截面图。气缸26具有限定圆柱形腔40(例如，孔)的内环形壁38。活塞24可由轴向轴线或方向42、径向轴线或方向44和圆周轴线或方向46限定。活塞24包括顶部部分48(例如，顶部平台)。顶部部分48大体上阻止燃料20和空气18或燃料-空气混合物在活塞24的往复运动期间从燃烧腔室14逸出。
如所展示，活塞24经由连杆52和销54附接到曲轴50。还展示可用于平衡曲柄弯程的重量的曲轴50的配重55。曲轴50将活塞24的往复式线性运动转化为旋转运动。随着活塞24移动，曲轴50旋转以为负载30(图1所示)提供动力，如上文所论述。如所展示，燃烧腔室14定位成邻近于活塞24的顶部平台48。燃料注射器56将燃料20提供到燃烧腔室14，且进气阀58控制空气18到燃烧腔室14的递送。排气阀60控制来自引擎12的废气的排出。然而，应理解，可利用用于将燃料20和空气18提供到燃烧腔室14和/或用于排出废气的任何合适的元件和/或技术，且在一些实施例中不使用燃料注射。在操作中，燃烧腔室14中燃料20与空气18的燃烧使得活塞24在气缸26的腔40内在轴向方向42以往复方式(例如，来回)移动。
在操作期间，当活塞24处于气缸26中的最高点时，其处于称为上止点(top deadcenter，TDC)的位置。当活塞24处于气缸26中的其最低点时，其处于称为下止点(bottomdead center，BDC)的位置。随着活塞24从上到下或从下到上移动，曲轴50旋转半转。活塞24从上到下或从下到上的每一移动称为冲程，且引擎12实施例可包括二冲程引擎、三冲程引擎、四冲程引擎、五冲程引擎、六冲程引擎或更多冲程引擎。
在引擎12操作期间，通常发生包括进气处理、压缩处理、动力处理和排放处理的序列。进气处理使例如燃料和空气等可燃混合物能够牵引到气缸26中，因此进气阀58打开且排气阀60关闭。压缩处理将可燃混合物压缩到较小空间中，如此进气阀58和排气阀60两者都关闭。动力处理将经压缩的燃料-空气混合物点火，其可包括经由火花塞系统的火花点火和/或经由压缩热的压缩点火。从燃烧所得的压力随后迫使活塞24到达BDC。排放处理通常使活塞24回到TDC，同时保持排气阀60打开。排放处理因此经由排气阀60排出用过的燃料-空气混合物。应注意，每气缸26可使用一个以上的进气阀58和排气阀60。
引擎12还可包括曲轴传感器62、一个或多个爆震传感器32和引擎控制单元(ECU)34，ECU 34包括处理器64和存储器66(例如，非暂时性计算机可读介质)。曲轴传感器62感测曲轴50的位置和/或转速。因此，可获得曲柄角或曲柄定时信息。也就是说，当监视内燃机时，频繁地依据曲轴50角表达定时。举例来说，四冲程引擎12的完整循环可测得为720°循环。所述一个或多个爆震传感器32可以是压电加速计、微机电系统(MEMS)传感器、霍耳效应传感器、磁致伸缩传感器和/或经设计以感测振动、加速度、声音和/或移动的任何其它传感器。在其它实施例中，传感器32可能不是传统意义上的爆震传感器，而是可感测振动、压力、加速度、偏转或移动的任何传感器。
还展示具有传感器72的栅格35的面板或截面70。传感器72可经由有线或无线导管(conduits)以通信方式耦合到ECU 34和/或外部计算系统37。举例来说，传感器72可经由机载诊断学II(OBD II)导管、控制器区域网络(CAN)导管、IEEE 802.11x、WiFi、蓝牙、无线网络导管等以通信方式耦合到ECU 34和/或外部计算系统37。传感器72可包括适于检测经由例如空气等媒介的振动的麦克风(声学麦克风、MEMS麦克风)、振动传感器、加速计等。
在所描绘的实施例中，面板70包括声音阻隔或抑制层74、76和78。在引擎12安置在容器内部的实施例中，声音抑制层74、76和78可使回波或非想要的噪声反射最小化或消除，所述容器例如是围封拖车，其具有内嵌于拖车壁中的栅格35。在此类容器实施例中，容器的壁将由面板70制造，如下文关于图3更详细展示。层74、76和78可包括楔形泡沫声学层、玻璃纤维层、石棉层、多孔和无孔层、噪声阻隔层，以及更一般地适于隔音的材料。
即使当安装在气缸26外部时，爆震传感器32也可能够检测引擎振动和/或关于多种引擎条件的特定“信号(signatures)”。所述一个或多个爆震传感器32可安置在引擎12上的许多不同位置处。举例来说，在图2中，一个爆震传感器32展示为在气缸26的头端上。在其它实施例中，一个或多个爆震传感器32可在气缸26的侧部上使用。此外，在一些实施例中，单一爆震传感器32可例如与一个或多个邻近气缸26共享。在其它实施例中，每一气缸26可包括在气缸26的任一或两个侧面上的一个或多个爆震传感器32。曲轴传感器62和爆震传感器32展示为与引擎控制单元(ECU)34进行电子通信。ECU 34包括处理器64和存储器66。存储器66可存储可由处理器64执行的非暂时性代码或计算机指令。ECU 34例如通过调整火花定时、阀58、60定时、调整燃料和氧化剂(例如，空气)的递送等来监视和控制引擎12的操作。
爆震传感器32用于检测引擎爆震。引擎爆震是在正常燃烧的包络之外燃料的过早燃烧。在一些情况下，ECU 34可试图在引擎爆震发生时通过调整引擎的操作参数来减少或避免引擎爆震。举例来说，ECU 34可调整空气/燃料混合、点火定时、增压压力等以企图减少或避免引擎爆震。然而，爆震传感器还可用于检测引擎中与引擎爆震不相关的其它振动。
图3说明在三个维度中包围引擎12的外部传感器栅格35的实施例。在描绘的实施例中，外部传感器栅格35包括具有六个侧面100、102、104、106、108和110的矩形形状。还描绘三维(3d)轴线111，其展示x、y和z轴。在一个实施例中，侧面100、102、104、106、108和110可由面板70制造，如所示。在另一实施例中，可不使用面板70，替代地可使用由框架部件112(例如，管状部件、正方形部件)制成的开放式矩形框架。在此开放式矩形框架实施例中，传感器72可由导线、其它框架部件112等支撑。具有外部传感器栅格35的开放式矩形框架实施例可有利地通过允许噪声越过框架部件112之间的间隔而减少或消除噪声反射或回波。在其中需要封闭环境的实施例中，面板70可用于完全或部分围封引擎12。因此，可保护引擎12使其免受例如雨、雪、冰雹等环境条件的影响。
还描绘邻近传感器72之间的间隔S。间隔S可在10mm到150mm、1mm到20mm、0.5mm到1m、0.25mm到10m之间或更大。某些实施例可包括邻近传感器72之间的相同间隔S。其它实施例可包括传感器72之间的不同传感器间隔S，例如较接近引擎12的传感器72可包括较短间隔S，而较远离引擎12的传感器72可包括较长间隔S。在一些实施例中，相等数目的传感器72可安置在侧面100、102、104、106、108和110中的每一个中。在其它实施例中，传感器72的数目可变化使得侧面100、102、104、106、108和/或110可具有不同数目的传感器72。在另外其它实施例中，侧面100、102、104、106、108和110中的特定侧面可具有与其它侧面相比较少的传感器72或无传感器72。举例来说，支撑引擎12的侧面110或底板110可具有极少传感器72，或无传感器72。
如所描绘，外部传感器栅格35可完全包围噪声源，例如在我们的引擎12周围的源。事实上，外部传感器栅格35可提供安置在噪声源周围的多个平面处的传感器72，包括噪声源的(例如，底板)下方的平面和噪声源的(例如，顶板)上方的平面。此外，在一个实施例中，外部传感器栅格35有利地为矩形形状，以便更容易地制造和安置在引擎12周围。在其它实施例中，可使用其它非圆形形状，其包括具有四个或四个以上平面的多面体形状(例如，角锥体、十二面体、棱柱体、三十二面体等)。
在使用中，可例如经由二维(2D)和/或三维(3D)噪声频谱分析处理来自爆震传感器32和噪声传感器72的数据以产生图4中展示的样本频谱曲线图。更确切地说，图4描绘可由外部传感器栅格35获得的3D噪声频谱曲线图150的实施例。还说明具有12个气缸26的引擎12的顶部框图，所述12个气缸26编号为152、154、156、158、160、162、164、166、168、170、172和174。额外描绘外部传感器栅格35，其中轴线111作为3D参考。当引擎12操作时，气缸26中的一个或多个可燃烧燃料且将燃烧转换为经由活塞24的机械运动。如图4中所示，气缸152的第一燃烧事件可首先由外部传感器栅格35的子栅格或截面176在时间T0俘获。随着声音行进穿过外部传感器栅格35，外部传感器栅格35的子栅格或截面178可在时间T1俘获相同第一燃烧事件，且外部传感器栅格35的子栅格或截面180可在时间T2俘获相同第一燃烧事件。ECU 34和/或外部计算系统37接着可处理时间T0、T1和T2处接收的数据以获得曲线图150。举例来说，曲线图150可包括时间轴线182、噪声频率轴线184和噪声振幅轴线186。
曲线图150的部分188可对应于正由外部传感器栅格35的截面176记录的第一燃烧事件的声音。曲线图150的部分190可对应于正由外部传感器栅格35的截面178记录的第一燃烧事件的声音。曲线图150的截面192可对应于正由外部传感器栅格35的截面180记录的第一燃烧事件的声音。因此，3D频谱曲线图194表示在时间T0从外部传感器栅格35的截面176处理的信号，3D频谱曲线图196表示在时间T1从外部传感器栅格35的截面178处理的信号，且3D频谱曲线图198表示在时间T2从外部传感器栅格35的截面180处理的信号。
在另一实例中，如果气缸156中已经发生第二燃烧事件，那么外部传感器栅格35的截面178可在时间T0记录第二燃烧事件。外部传感器栅格35的截面176和180接着均可在时间T1记录第二燃烧事件，因为声音很可能从外部传感器栅格35的中心向外传播。通过提供外部传感器栅格35的各种截面或子栅格，可提供较精确且精细调谐的噪声分析。还应注意，虽然外部传感器栅格35展示为具有三个部分或子栅格176、178、180，但可使用更多或更少的部分或子栅格。举例来说，外部传感器栅格35可再分为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个子栅格。事实上，在一个实施例中，可存在与外部传感器栅格35中存在的传感器72的总数一样多的子栅格，每传感器72一个子栅格。
所俘获的曲线图194、196、和/或198可经分析以确定多种引擎条件。举例来说，可获得正常操作期间的基线曲线图，且基线曲线图接着可与曲线图194、196和/或198比较以确定是否存在变化。举例来说，可使用统计技术，例如标准偏差分析、主分量分析、多维缩放、数据相关分析(例如，皮尔森积差系数、秩相关系数等)和/或数据集群分析。实际上，可使用适于将一个数据集与另一数据集比较的任何数目的技术。接着可获得特定量或百分比(例如，0.5％-5％、0.1％-20％、0.05-30％之间)的变化，且ECU 34和/或外部计算系统37接着可发布警报、警告，或更一般地通知用户存在某一条件。其它动作可包括适于例如通过改变火花定时、燃料、切断引擎操作等来控制引擎12的控制动作。
除正常引擎12操作的基线设定外，还可使用测试台引擎12，其可实现多种引擎12条件的创建。举例来说，阀58、60可断开连接，或阀间隙(例如，阀打开的距离)可变化。同样，可在测试台上创建关于例如以下组件的条件：汽缸头组件(例如，汽缸头和垫圈)、气缸体组件(例如，气缸体、气缸套筒)、汽门组件(例如，阀、阀座、阀杆)、凸轮轴和驱动组件(例如，凸轮轴、凸轮凸角、定时带/链、张紧器)、活塞组件(例如，活塞、活塞环、连接杆)、曲轴总成组件(即，曲轴、引擎轴承、飞轮)、齿轮系组件(例如，齿轮箱、齿轮、输出轴)、涡轮增压器组件、燃料递送组件、排气组件等，且基于所创建的条件俘获条件曲线图。
条件曲线图接着可与引擎12操作期间观察到的例如曲线图194、196和/或198等曲线图比较以确定是否存在所述条件中的特定条件。举例来说，曲线图可经比较以查看相似度且相似的曲线图(例如，100％到95％、100％到80％、95％到50％之间的曲线图)可标记为相似。例如标准偏差分析、主分量分析、多维缩放、数据相关分析(例如，皮尔森积差系数、秩相关系数等)和/或数据集群分析等若干统计技术可用于确定是否存在测试台条件。如果确定存在所述条件，那么ECU 34和/或外部计算系统37接着可发布警报、警告，或更一般地通知用户存在某一条件。其它动作可包括适于例如通过改变火花定时、燃料、切断引擎操作等来控制引擎12的控制动作。还应注意，基线分析和测试台条件分析可组合以确定在引擎12操作期间是否存在引擎12条件。
应注意，经由外部传感器栅格35提供的数据的分析可并入有来自爆震传感器32和/或曲轴传感器62的数据。举例来说，爆震传感器32可提供可用于获得气缸26中的哪一个(例如，气缸152-174)正点火的数据，且曲轴传感器62可提供例如曲柄角信息等引擎定时信息。因此，处理可首先使用爆震传感器32和/或曲轴传感器62获得哪一气缸26正点火以及定时信息(例如，曲柄角信息)。来自外部传感器栅格35的数据(例如，曲线图194、196、198)接着可利用对气缸26中的特定气缸被点火或已点火的先验知识和/或引擎12定时信息来进一步分析。在一个实施例中，爆震传感器32和/或曲轴传感器62数据可首先经处理以确定正点火的气缸26和/或引擎12定时信息，且接着其次可处理来自外部传感器栅格35的数据以确定引擎12条件。正常引擎12操作(例如，规范性基线设定)的基线设定和/或测试台条件可并入爆震传感器32数据和/或曲轴传感器62数据以进一步改进引擎12条件的检测。
图5是描绘适于经由爆震传感器32和/或外部计算系统37分析引擎12数据的过程200的流程图。过程200可被实施为可经由处理器64可执行的且存储于存储器66和/或外部计算系统37中的计算机代码或指令。在描绘的实施例中，过程200可对正常引擎操作进行基线设定(框202)以创建一个或多个基线204。如上文所提及，可通过经由爆震传感器32、曲轴传感器62和/或安置在外部传感器栅格35中的传感器72记录引擎操作来创建基线204。可创建与图4中的3D频谱(例如，194、196、198)类似的3D频谱，且将其保存为基线204。过程200可另外或替代地在测试台中创建(框206)多种引擎12条件，且接着提供测试台条件208的记录。条件208还可包括类似于图4中的3D频谱(例如，194、196、198)的3D频谱。条件208可与当前引擎操作条件比较(例如，基于条件的分析)以确定引擎12是否当前正经历条件208中的一个或多个。
过程200接着可通过使用外部传感器栅格35、爆震传感器32和/或外部计算系统37感测(框210)引擎12操作。在一些实施例中，感测(框210)可包括通过使用瞬时状态感测操作，其中引擎控制系统(例如，引擎控制单元[ECU]34、外部计算系统37)调整例如每分钟转数(RPM)斜坡速率、引擎火花定时、燃料注射扫掠速率、引擎负载或其组合等特定引擎12操作，以提供当感测操作(框210)时引擎的瞬时诊断状态。
基线204和/或测试台条件208可用于比较当前引擎12操作以确定与正常操作的偏差和/或条件28中的特定条件的存在。通过将当前引擎12操作与基线204和/或测试台条件208比较，过程200可获得(框212)引擎12操作条件中的特定条件，例如关于例如以下组件的条件：汽缸头组件(例如，汽缸头和垫圈)、气缸体组件(例如，气缸体、气缸套筒)、汽门组件(例如，阀、阀座、阀杆)、凸轮轴和驱动组件(例如，凸轮轴、凸轮凸角、定时带/链、张紧器)、活塞组件(例如，活塞、活塞环、连接杆)、曲轴总成组件(即，曲轴、引擎轴承、飞轮)、齿轮系组件(例如，齿轮箱、齿轮、输出轴)、涡轮增压器组件、燃料递送组件、排气组件等等。过程200接着可传送(框214)获得的引擎12条件。举例来说，过程200可在以通信方式耦合到ECU34的显示器中显示所述一个或多个引擎12条件，设定错误码(例如，控制器区域网络[CAN]代码、机载诊断学II[OBD-II]代码)，设定警报或警告等等。通过应用安置在外部传感器栅格35中的传感器72以及例如爆震传感器32和/或曲轴传感器62等额外传感器，本文中所描述的技术可增强引擎12操作和维护过程。
本发明的技术效应包括经由特定传感器、安置在包围引擎的外部传感器栅格中的传感器，检测引擎振动。来自爆震传感器的信号可经由与来自外部栅格的信号的循序处理而使用以更准确和有效地获得多种引擎条件。瞬时状态，其中引擎控制系统调整例如RPM斜坡速率、引擎火花定时、燃料注射扫掠速率、引擎负载或其组合等特定引擎操作以提供引擎的瞬时诊断状态。在瞬时诊断状态期间，机载爆震传感器和振动传感器结合安置于栅格上的外部传感器和/或曲轴传感器记录数据。接着可比较频谱和时频信息以查看交叉相干，且所述频谱和时频信息还可与规范性基线(例如，正常引擎操作)比较。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么此类其它实例意在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于检测引擎条件的方法，包括：
接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中；
接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号；
基于所述爆震传感器信号获得燃烧事件；
基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件；以及
传送所述引擎条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述多个信号和所述燃烧事件获得所述引擎条件包括数据的循序处理，使得在第一时间处理所述爆震传感器信号且在所述第一时间之后的第二时间处理所述多个信号。
3.根据权利要求1所述的方法，包括接收表示曲轴的位置的曲柄角信号，且其中获得所述引擎条件包括基于所述多个信号、所述燃烧事件和所述曲轴的所述位置获得所述引擎条件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述栅格包括非圆形栅格。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述多个信号获得所述引擎条件包括将三维频谱分析应用于所述多个信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，应用所述三维频谱分析包括经由时间维度将从所述多个噪声传感器接收的数据划分为多个子栅格数据截面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述子栅格数据截面中的每一个包括对应于在递增的时间处接收的气缸燃烧事件的噪声。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述引擎条件包括将规范性基线设定分析应用于所述多个信号，将基于条件的分析应用于所述多个信号，或其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述引擎条件包括在瞬时状态下操作所述引擎，以及经由所述多个噪声传感器观察瞬时状态操作。
10.一种用于检测引擎条件的系统，包括：
引擎控制系统，包括处理器，所述处理器经配置以：
接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中；
接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号；
基于所述爆震传感器信号获得燃烧事件；
基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件；
传送所述引擎条件；以及
控制所述引擎的操作。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器经配置以在瞬时状态下控制所述引擎的操作以将瞬时状态数据提供到所述多个噪声传感器。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述瞬时状态包括应用RPM斜坡速率、引擎火花定时改变、燃料注射扫掠速率、引擎负载改变或其组合。
13.根据权利要求10所述的系统，使所述引擎条件与所述信号相关包括通过查询查找表检验组件在引擎操作期间处于第二位置。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器经配置以接收表示曲轴的位置的曲柄角信号，且其中获得所述引擎条件包括基于所述多个信号、所述燃烧事件和所述曲轴的所述位置获得所述引擎条件。
15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器经配置以通过将三维频谱分析应用于所述多个信号而基于所述多个信号获得所述引擎条件。
16.根据权利要求10所述的系统，其中，包括所述栅格，其中所述栅格包括非圆形栅格。
17.一种存储代码的有形非暂时性计算机可读介质，所述代码经配置以使得处理器：
接收表示经由多个噪声传感器发射的引擎噪声的多个信号，其中所述噪声传感器安置在引擎周围的栅格中；
接收表示经由爆震传感器发射的引擎噪声的爆震传感器信号；
基于所述爆震传感器信号获得燃烧事件；
基于所述多个信号和所述燃烧事件获得引擎条件；
传送所述引擎条件。
18.根据权利要求17所述的有形非暂时性计算机可读介质，其中，经配置以使得所述处理器基于所述多个信号和所述燃烧事件获得所述引擎条件的所述代码包括经配置以使得所述处理器进行以下操作的代码：循序处理数据，使得在第一时间处理所述爆震传感器信号，且在所述第一时间之后的第二时间处理所述多个信号。
19.根据权利要求17所述的有形非暂时性计算机可读介质，其中，所述代码经配置以使得所述处理器接收表示曲轴的位置的曲柄角信号，且其中获得所述引擎条件包括基于所述多个信号、所述燃烧事件和所述曲轴的所述位置获得所述引擎条件。
20.根据权利要求17所述的有形非暂时性计算机可读介质，其中，经配置以使得所述处理器获得所述引擎条件的所述代码包括经配置以使得所述处理器进行以下操作的代码：将规范性基线设定分析应用于所述多个信号，将基于条件的分析应用于所述多个信号，或其组合。
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