CN110799821A - 发动机监测装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测内燃机的发动机量油尺，包括处理器和传感器模块。该传感器模块配置为感测该内燃机的特性并且向该处理器输出代表所感测的特性的数据。发动机量油尺配置为提供用于处理器的壳体。该处理器配置为基于该输出数据来确定代表该内燃机的点火频率的值。

Description

发动机监测装置
技术领域
本发明涉及用于监测内燃机性能的装置。例如，本发明涉及用于监测内燃机的性能并将发动机数据传输到远程设备的智能设备。
背景技术
物理对象和/或设备越来越多地具有联网在一起的能力。通常称为″物联网″，对象和/或设备被唯一标识并集成到通信网络中的能力允许提供附加功能。通常，这样的联网设备/对象被称为″智能″设备/对象。
例如，日常对象/设备可以包括监测设备的性能/操作的模块和通过网络(即因特网)向远程设备/对象传送关于设备的性能/操作的信息的模块。或者，设备/对象之间的网络连接可用于向互连的设备/对象远程发送指令和/或控制信号。
通常，智能设备/对象通过网络与远程设备/对象通信。例如，″智能″设备/对象可以连接到的远程设备可以是服务器、智能电话应用或另一″智能″设备。此外，设备之间的网络连接可以通过例如因特网连接、无线因特网连接(WiFi)、蓝牙连接、移动因特网连接或上述的组合来提供。
通常，将″智能″功能结合到设备/对象中需要特殊的设计考虑。用于执行监测和通信的模块可能需要电源和/或通过网络通信的设备。因此，设备/对象通常被专门设计为结合智能特征。因此，将智能特征结合到现有设备中通常是具有挑战性的。
特别地，″智能″功能越来越多地结合到使用发动机的机器中，以便提供对这些机器的改进的监测。
用于监测这种机器的一种已知类型的设备是发动机数据记录器。发动机数据记录器可用于随时间监测各种发动机参数，例如发动机转速。随时间监测发动机转速可有助于分析发动机的各个方面及其用途，例如机器操作者通常如何使用机器的发动机，发动机可能磨损的可能性等。
现有的发动机数据记录器往往大且昂贵，或者需要到控制区域网络(CAN)总线的接口以便从发动机控制单元(ECU)获得当前发动机转速的读数，或者需要附加的测量设备(例如机械、磁或激光转速计，或燃料测量设备)。建立到CAN总线的接口可能是困难且耗时的，并且提供额外的测量设备可能是昂贵且不方便的。
一些现有的发动机数据记录器可以配置为建立与服务器的互联网连接，其中发动机转速测量可以随时间被存储和/或被分析。例如，当机器位于因特网网络的地理限制处(例如，在无线电接入网(RAN)小区的地理限制处，或者在WiFi网络区域的地理限制处等)时，建立这样的连接可能是昂贵的、不方便的并且可能是不可靠的。
此外，还希望获得与不具有适当的内置感测和/或通信功能的传统机器相关的数据。因此，可能希望将这种感测功能回顾性地附加到发动机。可能希望以最大容易度和最小停机时间实现该功能。
在此背景下，提供了一种用于监测内燃机的发动机量油尺，该发动机量油尺包括：
处理器；
感测器模块，其配置为感测所述内燃机的特性并且向所述处理器输出代表所述感测的特性的数据；
其中所述发动机量油尺配置为提供用于所述处理器的壳体；以及
所述处理器配置为基于所述输出数据来确定代表所述内燃机的点火频率的值。
因此，有利地，数据感测和监测功能可以自包含在发动机量油尺内。这便于用也提供感测和监测功能的机械发动机量油尺直接替换传统的机械发动机量油尺。安装不需要任何显著的机器停机时间。此外，不需要对在不拆卸机器和/或发动机的情况下难以达到的内部发动机部件进行任何昂贵的修改。另外，它的存在是分立的，并且它甚至对于机器操作者可能是不明显的。
可选地，感测器模块包括压力感测器，并且感测的特性包括发动机曲柄箱压力。
有利地，发动机曲柄箱压力与可通过发动机量油尺内的适度处理能力计算的其它发动机特性相关。
例如，处理器可配置为在高速下测量曲柄箱压力。这可以用于计算发动机点火频率并且还用于计算高速曲柄箱压力的均方根(RMS)值。RMS值可用于计算发动机扭矩。
该处理器可以配置为生成在点火频率和均方根发动机曲柄箱压力的每个组合下运行的总发动机的聚集汇总。
通过以这种方式聚集数据，可以使用非常少量的存储器来汇总发动机使用。这又意味着数据传输只需要适度的带宽。
通过用点火频率的当前值和均方根发动机曲柄箱压力的当前值增加聚集汇总，可以以预定的更新频率更新聚集汇总。
以这种方式，可以在不记录指数增长的数据量的情况下开发在使用寿命期间发动机使用的概观。
例如，聚集汇总可以采取直方图的形式。
发动机量油尺还可以包括通信模块，该通信模块配置为传输聚集汇总。
由于存储在聚集汇总中的数据量不随时间增加，所以要传输的数据量在发动机使用的整个使用寿命期间保持适度。此外，如果通信模块传输的数据偶尔未被预期接收方接收，则不会产生长期后果，因为成功接收的下一聚集汇总将提供直到该点的所有聚集数据(包括先前未接收的数据)。
发动机量油尺还可包括内部、外部和内部与外部之间的密封件。内部可配置为容纳在发动机的量油尺插入孔中。密封件可配置为密封发动机的量油尺插入孔。
这样，发动机量油尺实现传统发动机量油尺的机械要求。
发动机量油尺可以包括在内部的外表面和压力感测器的第一感测端口之间的第一流体导管。
这样，压力感测器的第一感测端口可以与发动机的曲柄箱直接流体接触。
发动机量油尺还可包括位于外部的外表面和压力感测器的第二感测端口之间的第二流体导管。
这样，压力感测器的第二感测端口可以与大气直接流体接触。
压力感测器可以是压差感测器，压差感测器配置为感测第一感测端口和第二感测端口之间的压差。
该处理器可以配置为接收发动机曲柄箱压力并且确定曲柄箱压力振荡的频率，由此确定代表该点火频率的值。
因此，可能需要适度的处理功率来根据所感测的数据计算点火频率。
感测器模块还可以包括振动感测器，其中感测到的内燃机特性包括随时间变化的振动数据。
所感测的特性可以包括发动机曲柄箱压力和发动机振动数据。处理器可以使用发动机曲柄箱压力和发动机振动数据两者来提高点火频率的精度。
发动机量油尺可以包括一个或多个附加传感器，例如温度感测器，其中，可选地，通信模块配置为传输从一个或多个附加传感器获得的数据。
以此方式，可以向前传输另外的数据用于发动机监测。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的第一实施例，其中：
图1示出了根据第一实施例的智能量油尺；
图2示出了第一实施例的智能量油尺的截面图；
图3示出了第一实施例的智能量油尺的手柄的第一截面图；
图4示出了第一实施例的智能量油尺的手柄的第二截面图；
图5示出了第一实施例的智能量油尺的手柄的三维视图；
图6示出了第一实施例的智能量油尺的三维分解图；
图7示出了原位具有第一实施例的智能量油尺的内燃机；
图8示出了根据本发明的实施例的由本地监测设备执行的监测例程的流程图；
图9示出了根据本发明的实施例的由远程应用程序执行的处理步骤的流程图；
图10示出了由根据本发明的实施例的压差感测器产生的压力感测器数据的数据曲线图；
图11示出了图10所示的压力感测器数据的频域变换；
图12示出了根据本发明的另一实施例的由本地监测设备执行的监测例程的流程图；以及
图13示出了根据本发明的另一实施例的由远程应用程序执行的处理步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施例的智能量油尺100。
智能量油尺100包括手柄120、量油尺管150和量油尺计160。这样，智能量油尺100提供了现有技术量油尺的所有功能，即配置为容纳在内燃机1的量油尺插入孔中。量油尺管可以包括外密封件152，该外密封件152配置为邻接量油尺插入孔内的相应元件。这样，量油尺插入孔原位与智能量油尺100流体密封。外密封件可以限定智能量油尺100的内部(由于其在原位时位于发动机内部而被称谓)和智能量油尺的外部(由于其在原位时位于发动机外部而被称谓)之间的边界。
量油尺计160包括对应于可能存在于发动机中的一系列油体积的一系列标记(未示出)。量油尺计160配置为当量油尺从量油尺插入孔移除时，油膜保持在量油尺计上。这样，操作者可以从量油尺插入孔中移除智能量油尺100，以检查是否存在适当体积的油。
手柄120包括手柄主体121和手柄盖122。如图2所示，手柄120包括由手柄主体121和手柄盖122内的内部容积限定的内腔130。下面参照图3至图6更详细地讨论内腔130。
量油尺管150包括筒形内腔151。
参照图3，手柄120包括鼻部140，鼻部140具有配置为便于与量油尺管150连接的远端141。特别地，鼻部140的外径配置为与量油尺管150的筒形内腔151的内径相对应。此外，鼻部140上的外肋144对量油尺管150相对于鼻部140的轴向运动提供阻力，从而保持量油尺管150和鼻部140之间的接合。法兰142位于鼻部140的与远端相对的近端，法兰142具有面向远端的环形面143。环形面143提供防止量油尺管150轴向移动超过完全插入到鼻部140上的位置的屏障。鼻部140还包括用于接收量油尺计160的腔145。
手柄120包括用于接收量油尺计160的腔145。腔145在手柄120的远端的径向中心位置延伸到手柄120的远端中(见图5)。量油尺计160包括锚固元件162，锚固元件162接收在腔145中的曲线中，使得量油尺计160锚固到手柄120。量油尺计160中心延伸穿过量油尺管150。量油尺管150的内径大于量油尺计160的外径。
手柄120包括第一导管126和第二导管127。第一导管126提供内腔130和位于手柄主体121外部的第一开口128之间的流体连通(见图5)。这样，第一导管126提供与大气的流体连通。第二导管127提供内腔130和第二开口129之间的流体连通，第二开口129位于鼻部140中并位于环形面143和远端141之间(再次参见图5)。以此方式，第二导管127提供内腔130与量油尺管150的内部之间的流体连通。
如图5所示，第二开口129位于相对于手柄120的径向平面和手柄120的轴向平面倾斜的远端的倾斜面中。这样，第二开口129直接打开并且不限制进入量油尺管150的筒形内腔151。
因此，当智能量油尺100接收在内燃机1的量油尺插入孔内时，第二开口129与内燃机1的曲柄箱内部直接流体连通。
在内腔130内设置有感测器模块，该感测器模块包括用于感测第一感测器端口124和第二感测器端口125之间的压差的压差感测器123。第一感测器端口124与第一导管126流体连通，而第二感测器端口125与第二导管127流体连通。
总之，该布置导致第一感测器端口124与大气流体连通，而第二感测器端口125与量油尺管150的内部流体连通。因此，压差感测器123配置为感测量油尺管150的内部与大气之间的压差。当智能量油尺位于内燃机1的量油尺插入孔中时(见图7)，量油尺管150的内部与内燃机1的曲柄箱的内部流体连通。
参照图3、4和6，内腔130包括第一电路板131，压差感测器123和加速度计137安装在第一电路板131上。在腔内还提供第二电路板132，处理器139和通信模块138安装在第二电路板132上。通信模块138可以包括蓝牙芯片或其它通信装置。
电池134位于内腔130内并安装到手柄盖122的内部。电池经由一对供电连接器133直接或间接地连接到电路板131、132中的一个或两个。在第一和第二电路板131、132之间提供用于数据和/或功率的另外的连接135。
通过移除手柄盖122而便于更换电池134。手柄盖122可以通过卡口或螺钉连接固定到手柄主体121。
尽管在第一实施例中，示出和描述了加速度计和压差感测器，但是在可选实施例中，可以仅提供这两个感测器中的一个或另一个。此外，可以设置绝对压力感测器来代替压差感测器，用于测量第二开口129处的绝对压力。在使用第一实施例的描述之后，在本描述的最后提供其它具体实施例的示例。
在使用中，将本发明第一实施例的智能量油尺100放置到量油尺插入孔中，直到外密封件152邻接量油尺插入孔内的对应密封元件(未示出)。
与现有技术的量油尺一样，当智能量油尺100原位位于内燃机1的量油尺插入孔中时，它将与内燃机1一致地振动。此外，量油尺管150的筒形内腔151将处于与量油尺插入孔(在外密封件152和相应元件的内侧上)相同的压力。因此，压差感测器123的第二感测器端口125处的压力与发动机曲柄箱内的压力相同，或者至少可预测地与发动机曲柄箱内的压力相关。
从压差感测器123导出的数据可用于计算发动机转速、扭矩和高度中的一个或多个。
从加速度计137导出的数据可用于计算发动机转速、发动机角度、发动机方位、发动机倾斜度，和/或提示何时检查发动机油位(或更准确地，确定何时从量油尺插入孔移除智能量油尺，即使这不提供实际上已经检查发动机油位的确定性)。
处理器139从压差感测器123接收感测到的压差数据。
每次汽缸点火时，汽缸压力增加，迫使活塞向下。少量的该汽缸压力通过活塞环和阀密封件泄漏到曲柄箱中。这导致每次汽缸点火时曲柄箱压力脉冲。从高速观察，曲柄箱压力脉冲以等于发动机点火频率的频率发生。
处理器139使用感测到的压差数据来确定以Hz为单位的发动机点火频率。这是通过处理器在曲柄箱压力信号中执行时域到频域转换来实现的。假定该主频是发动机的点火频率。
根据下式，发动机的点火频率与发动机转速相关：
Figure BDA0002337986930000091
由于特定的智能量油尺可以与多个不同的发动机兼容，所以处理器139可能不知道发动机汽缸的数量。因此，在处理器不知道汽缸数量的实施例中，处理器139可以将发动机的点火频率输出到通信模块138，通过通信模块138，数据被适当地向前传输。在由具有可用汽缸数量的非机载处理器接收到该数据时，可以执行上述计算以确定发动机转速。非机载处理器可以是运行应用程序的智能设备(诸如智能电话或平板电脑)的处理器。应用程序可以寻找来自用户的输入以识别发动机的模型或确切的发动机序列号。无论哪种方式，该信息都可用于查阅能够使用该信息返回汽缸数量细节的数据库。可替换地，应用程序可以要求用户输入汽缸的数量。
发动机转速的计算可以在非机载处理器上(例如在诸如智能电话的智能设备上或在服务器上)执行。以这种方式，在智能量油尺100上不计算需要除了从智能量油尺100导出的信息之外的关于发动机的信息的计算。这样，智能量油尺100是通用的，并且不需要以任何方式专用于发动机(除了需要与同一发动机的现有技术量油尺机械兼容之外)。
当首先将智能量油尺100安装在发动机上时，可以进行注册过程。注册过程可涉及在非机载处理器(最可能是服务器)中启动唯一智能量油尺100与其所附接的内燃机1之间的链接。在一个示例性实施例中，智能量油尺100可以包括QR码。作为设置例程的一部分，可以邀请操作者使用智能设备相机来拍摄唯一QR码。作为同一设置例程的一部分，还可以要求操作者输入智能量油尺100所附接的发动机的发动机号。然后，这两条信息(智能量油尺100的唯一标识符和内燃机1的唯一标识符)可以在包括数据库的远程服务器中彼此链接。以此方式，远程服务器能够结合从智能量油尺100发送到服务器的点火频率数据使用存储在数据库中的关于发动机的信息，以便根据等式1计算发动机转速。
如本领域技术人员所熟知的，QR码是可用于识别智能量油尺100的许多可能备选方案之一。其它选项可包括条形码、唯一序列号、和RFID标签，或用于提供、显示或发送唯一标识符的任何其它技术。
由智能量油尺100确定的高速曲柄箱压力可以进一步用于(例如在非机载处理器中)计算发动机扭矩。汽缸压力与扭矩成比例。因此，由于已经给出的原因，曲柄箱压力也与扭矩成比例。在闭路通气式机发动机(即，曲柄箱气体被发动机过滤和吸入的发动机)中，随着发动机扭矩增大，曲柄箱压力减小。在开路通气式发动机(即曲柄箱气体被过滤并排放到大气中的发动机)中，随着发动机扭矩增加，曲柄箱压力增加。高速曲柄箱压力数据迹线可被处理以提取与扭矩成比例的值，而与通气系统无关。一旦在注册过程期间输入了唯一的发动机标识符，就可以从数据库中确定发动机是闭路通气式发动机还是开路通气式发动机。
高速曲柄箱压力的RMS(信号平均值)与特定速度下的发动机扭矩成比例。可以计算发动机百分比负载的动态估计(特定速度的最大可用扭矩的百分比)。动态百分比负载估计不需要校准并且精度随时间提高。时间历史和直方图数据存储在非机载服务器中。
在智能量油尺100的第二实施例中，压差感测器代替与第二开口129流体连通的绝对压力感测器。在第一和第二实施例中，加速度计都是可选的。在智能量油尺100的第四实施例中，不提供压力感测器，并且仅从加速度计获得点火频率数据。
可选地，感测器模块还可以包括一个或多个附加传感器，例如温度感测器。此外，通信模块可以配置为传输从一个或多个附加传感器导出的数据。
处理器139可以包括或结合任何合适的存储器技术使用，例如它可以包括存储盘和/或诸如闪存和/或SD(安全数字)卡的固态存储设备，并且可以包括易失性和/或非易失性存储器。通信模块138可以配置为支持根据任何一个或多个通信协议/体系结构与智能量油尺100外部的一个或多个电子设备的通信。例如，通信模块138可以支持一种或多种类型的有线通信，例如USB才、火线(Firewire)、雷电(Thunderbolt)、以太网等，和/或一种或多种类型的无线通信，例如WiFi、蓝牙、蓝牙LE、近场通信(NFC)、红外(IR)5G、LTE、UMTS、EDGE、GPRS、GSM、或任何其它形式的基于RF的数据通信。通信模块138使得能够在智能量油尺100和外部网络元件之间建立至少一个通信接口。例如，网络元件可以是电子设备，诸如因特网服务器和/或移动电话或智能电话和/或平板计算机和/或膝上型计算机和/或台式计算机等。该接口可以是有线或无线接口。
一个或多个感测器采样获得采样值的频率可以是每2ms(这是500Hz的采样频率)。然而，采样频率可以是任何合适的频率，例如50Hz-10,000Hz之间的任何频率，诸如200Hz、或1000Hz、或8000Hz，或100Hz-5000Hz之间的任何频率，诸如150Hz、或800Hz、或2000Hz，或100Hz-1000Hz之间的任何频率，诸如400Hz、或600Hz等。采样频率可以考虑发动机点火频率预期的最大主频(例如，采样频率足够高以精确测量最大预期主频)来选择。
图8和图9中示出了根据本发明的监测内燃机的使用的方法的实施例。使用本地监测设备和远程应用程序来执行根据该实施例的方法。图8示出了根据本实施例的由本地监测设备执行的方法步骤，而图9示出了根据本实施例的由远程应用程序执行的方法步骤。
在图9的步骤S10中，微处理器139从较低功率状态唤醒。在步骤S20中，微处理器139从压差感测器123接收感测到的指示曲柄箱压力和外部环境压力之间的差的压差数据。微处理器139在一段时间内重复采样压差感测器数据以产生压力感测器数据(压力感测器数据集)。这样，在微处理器139中产生代表内燃机曲柄箱压力的数据。
微处理器139对压差感测器采样持续确定时间段，该确定时间段可以是足以获得发动机汽缸的点火频率和/或内燃机的曲柄箱压力的可靠测量的任何时间段。例如，确定时间段可以是0.01秒至10分钟之间的任何时间段，诸如0.1秒、或1秒、或5秒、或1分钟、或8分钟，或0.1秒至1分钟之间的任何时间段，例如0.3秒、或3秒、或10秒，或者1秒至1分钟之间的任何时间段，例如8秒或42秒等。微处理器139可以包括用于计数确定时间段的时钟，例如处理器时钟、或晶体时钟、或GPS同步时钟。微处理器139可以通过周期性地采样从压差感测器123输出的值来生成压力感测器数据集。例如，它可以每2ms(这是500Hz的采样频率)对来自压差感测器123的输出进行采样，并且在确定时间段期间记录每个采样值，以便产生指示发动机的曲柄箱压力的数据。所产生的数据还可以适于记录表示发动机振动的多个振动。采样频率可以是任何合适的频率，例如50Hz-10,000Hz之间的任何频率，诸如200Hz、或1000Hz、或8000Hz，或100Hz-5000Hz之间的任何频率，诸如150Hz、或800Hz、或2000Hz，或100Hz-1000Hz之间的任何频率，诸如400Hz、或600Hz等。采样频率可以考虑发动机振动预期的最大主频(例如，采样频率足够高以精确测量发动机振动中的最大预期主频)来选择。
图10示出了在步骤S20中产生的压差感测器数据的示例曲线图。在该示例中，采样频率是500Hz，并且确定时间段是0.256秒。曲线上的x轴是时间，曲线上的y轴是kPa为单位的内燃机的曲柄箱压力和环境压力之间的差。
在步骤S30中，微处理器139基于所产生的压力感测器数据确定发动机汽缸的点火频率。每当汽缸在内燃机中点火时，汽缸压力增加，迫使活塞向下。少量的该汽缸压力将通过活塞环和阀密封件泄漏到曲柄箱中。因此，每当汽缸点火时都会产生曲柄箱压力的脉冲。从高速观察，曲柄箱压力脉冲以等于发动机点火频率的频率发生。因此，通过对所产生的压力感测器数据执行时域至频域变换，可以确定内燃机的点火频率。内燃机的点火频率可以是存在于压力感测器数据的频域变换中的主频。微处理器139可以例如通过对所记录的发动机振动执行时域到频域变换(诸如傅立叶变换、或快速傅立叶变换(FFT)、或拉普拉斯变换等)来确定主频。
图11示出了图10所示的所产生的压力感测器数据的频率响应(即，时间-频率变换)的曲线图。图11中曲线的x轴是以Hz为单位的频率，图11中曲线的y轴是无量纲的量级度量。
微处理器139可以通过识别频率响应图中具有最大量级的频率来确定主频。当找到主频时，微处理器139可以仅考虑频率响应内的特定频率范围。该范围可以由频率下限和频率上限来限定，这两者都可以考虑预期的发动机运行频率来设定，以便排除落在预期的发动机运行之外的任何频率。由内燃机产生的点火频率的预期范围将取决于发动机运行期间允许的发动机转速的范围和特定内燃机中的汽缸数量。例如，如果期望发动机的怠速产生大约35Hz的点火频率并且期望最大可能发动机转速产生大约90Hz的点火频率，则所考虑的范围可以是30Hz(频率下限)至100Hz(频率上限)。当然，发动机应该产生的最大和最小频率将随不同类型的发动机而变化，例如随汽缸构造(直列式汽缸，V型汽缸，Boxer等)、发动机转速限制和发动机怠速而变化。因此，在确定主频的过程中要考虑的频率范围可以被设定成允许不同类型的内燃机的不同点火频率的范围。
主频可以是对应于峰值频率响应的频率。在频率响应中存在两个或更多个峰值的情况下(例如，因为发动机汽缸点火频率在测量时间段期间改变)，主频可以是对应于具有最大幅度的峰值的频率。因此，主频可以是在测量时间段期间由发动机产生最长时间段的点火频率。
在步骤S40中，微处理器139可以将所确定的发动机汽缸的点火频率记录在微处理器的存储器模块中。存在可以将所确定的点火频率记录在存储器模块中的多种不同方式。下面解释可以将所确定的点火频率记录在存储器模块中的一种示范性方式。
微处理器139可以基于所确定的发动机汽缸点火频率来查找存储在存储器模块中的聚集汇总的元素。聚集汇总可以包括对应于发动机汽缸点火频率范围和累积时间的多个元素，对于累积时间，已经确定发动机在每个发动机汽缸点火频率范围内运行。照此，聚集汇总是包括关于内燃机对于多个范围的发动机点火频率的使用历史的信息的数据表。根据本发明的聚集汇总的非限制性示例如下所述：
Figure BDA0002337986930000141
可以理解的是，聚集汇总可以包括任何数量的发动机汽缸点火频率范围，并且这些范围可以具有任何合适的大小和范围。
微处理器139可以确定所确定的发动机汽缸点火频率位于多个发动机汽缸点火频率范围中的哪一个内，并且然后将该确定时间段添加到针对该聚集汇总的元素的累积时间中。照此，本地监测设备通过基于所确定的发动机点火频率更新聚集汇总的元素来生成聚集汇总。因此，可以随时间建立内燃机操作的图像。
优选地，通过将元素的现有值增加对应于确定时间段的量来更新聚集汇总的元素。确定时间段可以是在发动机监测例程的先前执行之后经过的时间量，即从先前发动机点火频率测量起经过的时间量。
在以上关于图10和11描述的示例中，如果所确定的发动机汽缸点火频率是50.5Hz，则微处理器139可以确定所确定的发动机汽缸点火频率位于50-60Hz的范围内。然后，微处理器139可以将确定时间段添加到为聚集汇总中的该元素记录的累积时间。例如，如果对应于50-60Hz的发动机点火频率范围的元素的聚集汇总中记录的累计时间是5.32小时，并且确定时间段是27秒，则将表示50-60Hz的范围的元素中记录的累计时间更新为5.3275小时。
在将确定时间段添加到聚集汇总的所确定元素的累积时间之后，微处理器然后可以将更新的元素写入存储器模块中的聚集汇总。
应当理解，发动机点火频率范围和累积时间可以以任何合适的方式保存在存储器模块中，例如使用任何已知的数据库或矩阵技术。
在根据上述示范性方法将所确定的发动机点火频率记录到存储器模块之后，微处理器139可以返回到步骤S20。以此方式，发动机汽缸点火频率可以被有规律地确定或采样(例如，每0.5秒)并且然后被存储在该存储器模块中，这样使得可以随时间存储广泛的发动机点火频率数据而不增加存储在该存储器模块中的聚集汇总的大小。
应当理解，在步骤S20中完成了在确定时间段内指示感测到的曲柄箱压力的值的记录之后，过程前进到步骤S30，记录指示感测到的曲柄箱压力的值持续下一确定时间段，可以在执行步骤S30和S40的同时立即开始，使得不存在对发动机汽缸点火频率的确定没有贡献的发动机操作时间段。因此，当关于指示感测到的曲柄箱压力的值的最近完成的记录执行步骤S30和S40时，指示感测到的曲柄箱压力的值的下一次记录可能已经在进行中。
在步骤S50中，微处理器139可以向远程应用程序广播/传输该聚集汇总。广播步骤可以在每次更新聚集汇总时执行。可替代地，广播步骤可以仅在至少以下之后执行：50、100、200、500、1000或5000次对聚集汇总的更新。例如，本地监测设备可以配置为每天广播至少一次、两次或三次。通过限制本地监测设备广播聚集汇总的次数，本地监测设备可以节省功率并且不利用通信网络的过量带宽。
在步骤S50中，微处理器139还广播/传输标识数据，该标识数据允许远程应用识别与本地监测设备连接的内燃机。例如，处理和通信模块110可以广播唯一的标识码，例如本地监测设备的序列号或本地监测设备的媒体访问控制(MAC)地址。
微处理器139可以通过无线网络向可以在远程服务器上执行的远程应用程序传输/广播该聚集汇总和标识数据。
在步骤S40中更新聚集汇总之后，或者在步骤S50中广播数据之后，本地监测设备可以可选地在执行曲柄箱压力的下一次测量之前睡眠预定时间段。例如，本地监测设备可以睡眠30秒、60秒、120秒或240秒。根据图8所示的实施例，睡眠步骤S60配置为使设备睡眠30s的时间段。在睡眠步骤期间，本地监测设备可以以低功率状态运行。微处理器139可以消耗很少或不消耗能量，并且压力感测器可以不被操作/供电，直到睡眠步骤结束为止。通过在曲柄箱压力的测量之间睡眠一段时间，可以在延长的时间段内执行由本地监测设备进行的发动机监测，同时节省本地监测设备的功率。为了确保聚集汇总中的总时间反映发动机的使用，可以将睡眠步骤持续时间S60的预定时间段用作用于增加在聚集汇总的元素中记录的累计时间的确定时间段。
优选地，上述发动机监测例程随时间重复，以便建立一段时间内发动机使用数据的历史(发动机使用的聚集汇总)。该时间段可以是至少一天、一周、一个月或一年。发动机监测例程可以在一天内重复多次。如上所述，优选地，顺序地执行步骤S10、S20、S30和S40，并相对频繁地重复，例如每30秒重复一次，以便建立发动机使用曲线。步骤S50优选地每天仅执行几次，以便节省本地监测设备的电池。
图12示出了根据该另一实施例的由本地监测设备执行的方法步骤，而图13示出了根据该另一实施例的由远程应用程序执行的方法步骤。
如图12所示，本地监测设备执行用于监测发动机曲柄箱压力的监测例程。唤醒步骤S110，获得压力感测器数据的步骤S120，和确定发动机汽缸点火频率的步骤S130，可以分别如根据前述实施例的步骤S10、S20和S30所述执行。
在该另一实施例的步骤S135中，确定平均发动机曲柄箱压力。优选地，发动机曲柄箱压力的均方根(RMS)由微处理器根据从压力感测器记录的数据点确定。
在步骤S140中，发动机点火频率和RMS曲柄箱压力的确定值被用于产生发动机使用的聚集汇总。与前述实施例的步骤S40一样，聚集汇总包括反映内燃机的累计使用的多个元素。
在该另一实施例中，以矩阵形式提供聚集汇总的元素，由此使用发动机点火频率和RMS曲柄箱压力的确定值来选择要更新的元素。
聚集汇总可包括对应于发动机汽缸点火频率范围和曲柄箱压力范围的多个元素。聚集汇总中的每个元素包含指示累积时间的值，对于该累积时间，已经确定发动机在发动机汽缸点火频率范围和曲柄箱压力范围内运行。这样，聚集汇总是包括关于内燃机对于多个范围的发动机点火频率和多个曲柄箱压力范围的使用历史的信息的数据表。下面给出根据本发明的该实施例的聚集汇总的非限制性示例：
Figure BDA0002337986930000171
在以上聚集汇总中，表/矩阵的列示对应于发动机汽缸点火频率范围的元素列。表/矩阵的行表示对应于RMS曲柄箱压力(MRSCC压力(kPa))的元素的行。
作为更新聚集汇总的示例，在以上提供的聚集汇总中，如果所确定的RMS曲柄箱压力是1.25kPa并且所确定的发动机汽缸点火频率是95Hz，则具有值74的元素将被选择成增加该确定时间段。
如对于先前实施例所讨论的，在步骤S140之后，本地监测例程可以前进到广播步骤S150，或者如果不需要在该点广播该聚集汇总，则本地监测例程可以前进到睡眠步骤S160。
广播步骤S150可以基本上与广播步骤S50相同，但是广播包括曲柄箱压力和发动机汽缸点火频率数据的更大的聚集汇总。
睡眠步骤S160可以与广播步骤S60基本相同。
工业实用性
通过提供智能量油尺100，可以获得关于发动机运行待性的数据。即使智能量油尺100装配到发动机的发动机制造后，与其安装相关的时间和不便也是最小的。此外，操作者无论如何都不方便、甚至可能不知道智能量油尺100的安装。因为智能量油尺100配置为通过感测压力和/或振动频率来确定发动机点火频率，所以智能量油尺100不需要为了提供有意义的输出而对其所附接的发动机的详细了解。通过使智能量油尺100能够注册到特定发动机(例如，经由智能电话上的应用程序)，由智能量油尺100提供的数据可以与识别发动机特征的数据(例如，发动机汽缸的数量)组合，以便获得关于发动机性能的进一步信息，包括以每分钟转数(RPM)为单位的发动机转速和扭矩。
通过将所测量的数据组装在聚集汇总中，仅需要从智能量油尺100发送汇总信息。以这种方式，要传输的数据量(其意味着聚集汇总中的数据点的数量)不会随时间增加。此外，在发动机(并因此附接的智能量油尺100)从接收到数据传输的区域移开的情况下，当接收到后续传输时，将发送所有聚集数据，将包括在聚集汇总内的在没有接收到传输期间获得的数据。
这样，通信所需的带宽低，这使得能够采用更宽范围的通信选项，并且还降低了与数据传输相关的成本。
此外，由于智能量油尺100与完全是机械的并且没有电子控制系统的传统发动机兼容，因此关于发动机运行特性的数据可以从迄今很少或没有获得现场发动机运行数据的发动机群体中获得。
此外，由于智能量油尺100仅需要与发动机的现有技术量油尺插入孔的机械兼容性，因此可提供一个单个智能量油尺100以用于整个范围的发动机中的任一者。这降低了成本并增加了可用性的可能性。

Claims (15)

1.一种用于监测内燃机的发动机量油尺，包括：
处理器；
感测器模块，其配置为感测所述内燃机的特性并且向所述处理器输出代表所述感测的特性的数据；
其中所述发动机量油尺配置为提供用于所述处理器的壳体；以及
所述处理器配置为基于所述输出数据来确定代表所述内燃机的点火频率的值。
2.根据权利要求1所述的发动机量油尺，其中所述感测器模块包括压力感测器，并且所述感测的特性包括发动机曲柄箱压力。
3.根据权利要求2所述的发动机量油尺，其中，所述处理器配置为计算发动机曲柄箱压力的均方根值。
4.根据权利要求3所述的发动机量油尺，其中所述处理器配置为生成在点火频率和均方根发动机曲柄箱压力的每个组合下运行的总发动机的聚集汇总。
5.根据权利要求4所述的发动机量油尺，其中，通过用点火频率的当前值和均方根发动机曲柄箱压力的当前值增加所述聚集汇总，以预定更新频率更新所述聚集汇总。
6.根据权利要求4或5所述的发动机量油尺，其中，所述聚集汇总采用直方图的形式。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的发动机量油尺，进一步包括通信模块，其中，所述通信模块配置为传输所述聚集汇总。
8.根据前述权利要求中任—项所述的发动机量油尺，其中，所述发动机量油尺还包括内部、外部以及位于所述内部和所述外部之间的密封件，其中，所述内部配置为接收在发动机的量油尺插入孔中，并且所述密封件配置为密封所述发动机的所述量油尺插入孔。
9.根据从属于权利要求2时的权利要求8所述的发动机量油尺，其中，所述发动机量油尺包括在所述内部的外表面和所述压力感测器的第一感测端口之间的第一流体导管。
10.根据权利要求9所述的发动机量油尺，其中所述发动机量油尺进一步包括在所述外部的外表面和所述压力感测器的第二感测端口之间的第二流体导管。
11.根据权利要求10所述的发动机量油尺，其中，所述压力感测器是压差感测器，所述压差感测器配置为感测所述第一感测端口和所述第二感测端口之间的压差。
12.根据权利要求2或从属于权利要求2的任一项权利要求所述的发动机量油尺，其中所述处理器配置为接收发动机曲柄箱压力并且确定曲柄箱压力振荡的频率，由此确定代表所述点火频率的值。
13.根据前述权利要求中任一项所述的发动机量油尺，其中所述感测器模块包括振动感测器，其中所述内燃机的所述感测特性包括随时间变化的振动数据。
14.根据当直接或间接从属于权利要求2时的权利要求13所述的发动机量油尺，其中所述感测的特性包括发动机曲柄箱压力和发动机振动数据两者，并且其中所述处理器使用发动机曲柄箱压力和发动机振动数据两者来提高点火频率确定的准确性。
15.根据前述权利要求中任一项所述的发动机量油尺，进一步包括一个或多个附加传感器，例如温度感测器，其中，可选地，所述通信模块配置为传输从所述一个或多个附加传感器导出的数据。
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