CN112983667A - 用于预测发动机燃料过滤系统使用周期的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于预测燃料过滤器的使用寿命的方法，包括使燃料系统的燃料泵引导燃料通过燃料系统的燃料过滤器。该方法还包括从实现相同或相似燃料系统的机器接收工作周期数据。该方法还包括经由燃料系统的传感器接收燃料系统数据，并且从燃料系统数据确定燃料过滤器上的压力差。该方法还包括基于工作周期数据确定燃料系统的预测负荷周期数据，并且经由过滤器寿命模型确定过滤器使用间期，所述过滤器使用间期表示在压力差达到预定值之前燃料过滤器在燃料系统中可操作的时间量。

Description

用于预测发动机燃料过滤系统使用周期的系统和方法
技术领域
本公开涉及一种具有燃料系统的机器。更具体地，本公开涉及用于监测燃料过滤器的性能并用于预测燃料过滤器的使用寿命的系统和方法。
背景技术
在现场执行作业的机器(例如牵引车，平地机，矿用卡车，挖掘机等)通常具有燃式发动机和向燃式发动机提供燃料的燃料系统。燃料系统和燃式发动机包括具有特定公差的部件，为了使燃料系统和燃式发动机有效地执行其各自的操作，必须满足所述特定公差。因而，燃料系统和燃式发动机的部件被精确地设计。这样的部件包括需要在正常使用期间进行维护的消耗部件。这些消耗部件包括过滤器，皮带，垫圈等。这样的消耗部件的故障经常会损坏机器的其他系统或部件和/或可能严重影响机器的性能。
因此，必须知道和/或监测消耗部件(和/或其他部件)的使用寿命。例如，机器的操作者可能希望知道和/或监测燃料过滤器的寿命。随着燃料过滤器从燃料去除污染物，燃料过滤器的寿命由于燃料过滤器充满污染物而缩短。在一些示例中，随着燃料过滤器的寿命缩短，燃料过滤器可以允许越来越多的污染物通过燃料过滤器。因而，燃料过滤器下游的燃料系统的性能可能受到阻碍，和/或下游燃料系统的部件可能被损坏。例如，如果燃料过滤器开始通过比设计量更多(或尺寸更大)的微粒物质，则下游的燃料喷射器或其他部件可能变得堵塞或损坏。
最终需要清洁和/或更换燃料过滤器以防止或减少对燃料系统性能的不良影响。美国专利公布第2019/0153971号(以下称为‘971参考文献)描述了一种燃料过滤器监测系统和方法。特别地，‘971参考文献描述了一种监测系统，其监测发动机中存在的各种过滤系统的操作。‘971参考文献描述了例如一种系统，其确定燃料过滤器的剩余使用寿命。这种确定是通过计算四个不同的值进行的。如‘971参考文献中所阐明的，这样的过程包括基于以下各项计算燃料过滤器的剩余寿命：(1)滤筒上的压降；(2)滤筒已使用的时间量；(3)基于压降的滤筒的百分比负荷，以及(4)基于滤筒已使用的时间量的滤筒的百分比负荷。然而，‘971参考文献并未描述预测使用寿命中不同时间的燃料过滤器的预期性能。相反，‘971只是确定燃料系统的当前状况以预测燃料过滤器的剩余使用寿命。结果，'971参考文献中描述的系统和方法并未配置成尤其确定燃料过滤器的预测性能。‘971参考文献的系统和方法也未配置成确定与预测性能相关的燃料过滤器的预测使用寿命。
本公开中描述的示例旨在克服上述缺陷。
发明内容
如以下将更详细描述的，一种用于预测燃料系统中的燃料过滤器的寿命的示例性方法包括识别实现相同或相似类型的燃料系统的一个或多个机器并从所述一个或多个机器检索工作周期数据，所述工作周期数据包括发动机速度数据，燃料压力数据或燃料流率数据中的至少一个。所述方法还包括使所述燃料系统的燃料泵引导燃料通过所述燃料过滤器和所述燃料系统，使得通过所述燃料系统的第一部分的燃料的第一流率基本上等于由所述工作周期数据指示的第二流率，并且所述燃料系统的第一部分中的燃料的第一燃料压力基本上等于由所述工作周期数据指示的第二燃料压力。所述方法还包括从所述燃料系统的一个或多个传感器接收燃料系统数据，从所述燃料系统数据确定所述燃料过滤器上的压力差，确定所述燃料过滤器上的压力差在预定压力差阈值以上，其中所述预定压力差阈值至少部分地基于所述燃料过滤器的过滤介质的类型，并且至少部分地基于所述压力差在所述预定压力差阈值以上和过滤器寿命模型来确定所述燃料过滤器的使用寿命，其中所述使用寿命表示在所述压力差达到或超过所述压力差阈值之前所述燃料过滤器在所述燃料系统中操作的时间量。
另外，本公开的一种示例性燃料系统包括储存器，至少一个燃料泵，具有过滤介质的燃料过滤器，一个或多个传感器，以及至少与所述一个或多个传感器和所述燃料泵通信的燃料系统控制器。在这样的示例中，所述系统控制器配置成从使用相同或相似燃料系统的一个或多个机器接收工作周期数据，所述工作周期数据至少包括燃料系统压力数据和燃料流率数据。所述燃料系统控制器还配置成使所述燃料系统的所述燃料泵引导燃料通过所述燃料过滤器和所述燃料系统，经由所述燃料系统的所述一个或多个传感器接收燃料系统数据，并且从所述燃料系统数据确定所述燃料过滤器上的压力差。所述燃料系统控制器还配置成至少部分地基于所述工作周期数据经由过滤器寿命模型来确定所述燃料系统的预测负荷周期数据，并且至少部分地基于所述压力差和所述预测负荷周期数据经由所述过滤器寿命模型来确定所述燃料过滤器的使用寿命，所述使用寿命至少表示在所述压力差达到或超过预定阈值之前所述燃料过滤器将在所述燃料系统中操作的剩余时间量。
此外，本公开的附加方法包括通过燃料泵将燃料泵送通过燃料过滤器和燃料系统。所述方法还包括从一个或多个机器接收工作周期数据，所述工作周期数据包括燃料流率数据或燃料压力数据中的至少一个。所述方法还包括经由所述燃料系统的一个或多个传感器确定所述燃料过滤器上的压力差，至少部分地基于所述工作周期数据经由过滤器寿命模型来确定所述燃料系统的预测负荷周期数据，并且至少部分地基于所述压力差和所述预测负荷周期数据经由所述过滤器寿命模型来确定过滤器使用间期，所述过滤器使用间期表示在所述压力差达到预定阈值之前所述燃料过滤器在所述燃料系统中可操作的时间量。
附图说明
图1是示例性公开的机器的图示。
图2是根据本公开的示例的燃料系统的示意图。
图3是示出用于创建由图2的燃料系统使用的过滤器寿命模型的示例性公开过程的流程图。
图4是示出使用图3的过滤器寿命模型用于确定图2的燃料系统的燃料过滤器的使用寿命的示例性公开方法的流程图。
具体实施方式
在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。图1示出了示例性机器100。在该示例中，机器100是轮式装载机。然而，机器100可以体现为在现场进行作业的任何类型的机器，例如铰接式牵引车，机动平地机，矿用卡车，装载机，挖掘机，平地机等。替代地，机器100可以体现为固定系统，例如发电系统或流体泵送系统。在所示的示例中，机器100除其他部件外还包括由牵引装置104(例如，车轮，轮胎等)支撑的底盘102，安装至底盘102的动力源外罩106，以及在外罩106内的动力源(例如燃式发动机)108，所述动力源可操作以驱动牵引装置104(并因此推进机器100)，和/或为机器100的其他系统提供动力，例如一个或多个液压缸或配置成致动连接到机器100的作业机具110的其他机构。在一些示例中，发动机108包括与发动机108和/或机器的其他部件流体连通的燃料系统。相对于图2示出并描述了这样的燃料系统。
图2提供了示出机器100的其他示例性系统的示意图。例如，机器100除了其他系统外还可以包括燃料系统200。如下文中将进一步描述的，燃料系统200可以包括监测和/或预测燃料过滤器和/或过滤介质的使用寿命的一个或多个部件。如前所述，燃料系统200可以与机器100的发动机108和/或机器100的其他部件流体连通。燃料系统200配置成向机器100的发动机108和/或机器100的其他部件提供燃料。在一些示例中，燃料系统200包括配置成在燃料系统200中储存燃料的燃料储存器202。燃料系统200还可以包括第一燃料过滤器204a，第二燃料过滤器204b，第三燃料过滤器204c和/或一个或多个附加燃料过滤器(在本文中统称为“燃料过滤器204”)，它们彼此流体连通并且与燃料系统200的其他部件流体连通。燃料过滤器204配置成在燃料循环通过燃料系统200时从燃料过滤污染物。这样的污染物可以包括但不限于微粒物质(例如沉积物，铁锈，金属碎片等)，石蜡，水等。燃料过滤器204可以包括变化的过滤介质206。在一些示例中，过滤介质可以具有变化的微米等级和/或效率等级。如本文所用，微米等级可以指示过滤介质通过特定尺寸的颗粒去除污染物的能力。例如，具有包括10微米(或微米)的微米等级的过滤介质206的燃料过滤器204可能能够过滤小至10微米的颗粒。附加地和/或替代地，燃料过滤器204可以包括变化的效率等级。也就是说，燃料过滤效率等级可以指示燃料过滤器204在指定条件下将微粒捕获在流体中的能力。在一些示例中，过滤效率可以直接从燃料过滤器204的贝塔比来计算。贝塔比可以表示为入口颗粒的总数量与通过颗粒(即，通过燃料过滤器204的颗粒)的数量的比率并且可以表示为βx，其中x是以微米为单位的粒度。例如，燃料过滤器可以包括贝塔比β5＝50，表示在流入燃料过滤器204的100个总颗粒中有2个颗粒将通过燃料过滤器204。贝塔比可以以变化的粒度表示。在上面的示例中，贝塔比β5＝50表示对于5微米或更大的颗粒，燃料过滤器204具有50的贝塔比。从贝塔比计算过滤效率。例如，可以通过以下公式计算过滤器效率值：
(1)
Figure BDA0002831716060000041
根据公式(1)，贝塔比为50时的过滤器效率值为98％。在一些示例中，第一燃料过滤器204a可以包括第一过滤介质206a，而第二燃料过滤器204b和第三燃料过滤器204c可以包括第二过滤介质206b。此外，在一些示例中，第二燃料过滤器204b和第三燃料过滤器204c可以包括不同的过滤介质。在一些示例中，用于燃料过滤器204的过滤介质206的状况，估计寿命和/或其他特性可以从下文中进一步描述的过程确定。
燃料系统200还可以包括一个或多个燃料泵208。尽管图2描绘了单个燃料泵208，但是应当理解，可以在燃料系统200的任何部分中实现任何数量的燃料泵。燃料泵206配置成增加燃料的流体压力，并且泵送和/或以其他方式引导燃料通过燃料系统200。在示例性实施例中，燃料系统200还可以包括返回回路210。返回回路210可以将过量的燃料从燃料系统200返回至燃料储存器202。返回回路210可以包括回路过滤器212。回路过滤器212可以从燃料过滤污染物以减少和/或防止在燃料储存器202中积聚污染物。在示例性实施例中，燃料系统200还可以包括第二和/或第三回流管线(在本文中也统称为“回流管线”)。第二回流管线214和第三回流管线216可以将过量(或其他)燃料从燃料系统200引导至燃料系统200中的任何点。例如，第二流动管线214可以将燃料从第二燃料过滤器204b引导至燃料储存器202和/或燃料系统200的其他部分。尽管图2示出了回流管线214和216分别被流体连接在第二燃料过滤器204b和第三燃料过滤器204c的下游，但是应当理解，回流管线可以位于燃料系统200中的任何点。
此外，燃料系统200可以包括燃料喷射系统218。在示例中，燃料喷射系统218可以在喷射到发动机108中之前对燃料系统200中的燃料加压。然后可以在发动机108中在内燃过程中消耗燃料。任何过量的燃料可以到达回流分区220，在所述回流分区处燃料系统200可以将过量的燃料引导回到燃料储存器202和/或引导回到燃料泵208，如图2中所示。附加地和/或替代地，燃料系统200的回流分区220可以将发动机下游的过量燃料引导至上文所述的任何一个或多个部件。
燃料系统200还可以包括一个或多个传感器，例如第一传感器222a，第二传感器222b和/或第三传感器222c(在本文中统称为“传感器222”)。传感器222可以包括流量传感器，其测量，计算和/或以其他方式确定燃料流过燃料系统200的一个或多个部分的速率。传感器222还可以测量，计算和/或以其他方式确定流过燃料系统200的燃料的量。此外，传感器222可以包括颗粒计数器，其测量，计算和/或以其他方式确定燃料和/或燃料系统200的一个或多个部分中存在的微粒物质的量和/或尺寸。在一些示例中，颗粒计数器可以位于一个或多个燃料过滤器204的下游和/或上游。在这样的示例中，颗粒计数器可以监测正在通过燃料过滤器204的微粒物质的量。传感器222可以包括压力和温度传感器，其测量，计算和/或以其他方式确定燃料通过燃料系统200时燃料的压力和/或温度。在一些示例中，上述不同类型的传感器(例如，颗粒计数器，流量计等)可以包括在能够测量上述指标的单个传感器中。附加地和/或替代地，燃料系统200可以包括多个传感器222，其测量一个或多个上述指标。
燃料系统200还可以包括燃料系统控制器224(在本文中也称为“控制器”)，其配置成控制燃料系统200的操作。此外，燃料系统控制器224可以在燃料过滤器204的使用寿命的不同时间点监测和/或预测燃料过滤器204的使用寿命。控制器224可以是例如硬件电子控制模块(ECM)或其他电子控制单元(ECU)。控制器224可以包括例如核心微控制器，存储器(例如，RAM)，存储装置(例如，EEPROM或闪存)，其配置成执行控制器224的所述功能。控制器224可以专用于控制燃料系统200的操作，或者可以附加地控制机器100的其他系统。作为ECM/ECU的替代或附加，控制器224可以包括通用计算机微处理器，其配置成执行存储在存储器中的计算机程序指令(例如，应用程序)以执行控制器224的公开功能。控制器224可以包括存储器，第二存储装置，处理器和/或用于运行应用程序的任何其他计算部件。各种其他电路可以与控制器224关联，例如电源电路信号调节电路或螺线管驱动器电路。在示例中，控制器224和/或控制器224的部件的一部分可以远离燃料系统200定位，并且可以通信地联接到燃料系统200。控制器224可以依赖于一个或多个数据图，查找表，神经网络，算法，机器学习算法，数据层，预测层，和/或与燃料系统200的操作条件和操作环境有关的其他部分，其可以存储在控制器224的存储器和/或数据库226中。上面提到的每个数据图可以包括表格，图表和/或等式形式的数据集合，以使燃料系统200及其操作的性能和效率最大化。
控制器224可以通信地联接以控制燃料系统200的各种部件和/或机器100的各种部件。控制器224可以经由有线或无线连接通信地联接到各种部件。控制器224从燃料系统200和/或机器100的部件接收电磁信号形式的输入。控制器224处理输入(例如使用下面描述的过滤器寿命模型)，并且将相应的输出信号提供给燃料系统200和/或机器100的部件。如前所述，控制器224可以将与一个或多个输入对应的数据存储在数据存储装置226(例如，存储器或数据库)中。控制器224还可以配置成将与一个或多个输出对应的数据存储在数据存储装置226中。控制器224可以配置成随着时间在数据存储装置226中累积与输入和/或输出对应的数据。控制器224还可以配置成如下所述分析累积的数据。
图3示出了与本公开的示例一致的用于创建过滤器寿命模型的示例性方法300，所述过滤器寿命模型可以确定燃料过滤器204和/或附加燃料过滤器和/或过滤介质的使用寿命。在一些示例中，方法300可以表示一个测试和/或一系列测试，其生成可以由过滤器寿命模型使用以确定燃料过滤器的使用寿命的测试数据。过滤器寿命模型可以表示在现实世界条件下(即，现实世界的机器负荷，燃料过滤器和/或过滤介质的退化)的燃料过滤器204的性能。过滤器寿命模型可以配置成从一个或多个输入向控制器224输出燃料过滤器204的预测使用寿命以及其他输出。在一些示例中，可以从燃料系统200的一个或多个部件(即，传感器222，燃料泵206等)接收输入。这样的输入可以包括但不限于燃料系统中不同点处的燃料的压力，燃料流率，燃料消耗，过滤介质的面积，燃料系统的负荷周期，来自一个或多个附加燃料系统的负荷周期数据，燃料系统的操作位置，燃料清洁度等级，燃料过滤器的过滤介质的类型，燃料中存在的污染物的颗粒分布等。
示例性方法300示出为逻辑流程图中的步骤的集合，其表示可以以硬件，软件或其组合来实现的操作。在软件的上下文中，所述步骤表示存储在存储器中的计算机可执行指令。此类计算机可执行指令可包括执行特定功能或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。描述操作的顺序不旨在被理解为限制，并且可以以任何顺序和/或并行地组合任意数量的所述步骤以实现该过程。为了讨论的目的，并且除非另外指出，方法300参考机器100，燃料系统200和/或图1和2中所示的其他项目进行描述。具体地，并且除非另外指出，以下将针对控制器224来描述该方法以便于描述。
参考图3，在302将燃料过滤器204安装在燃料系统200中。在一些示例中，人类用户可以将燃料过滤器204安装在燃料系统200上。燃料系统200可以是配置成模拟在机器100中实现的燃料系统的测试台。附加地和/或替代地，燃料系统200可以是例如在诸如机器100的机器中实现的现实世界的燃料系统。燃料过滤器204包括过滤介质206，所述过滤介质配置成改变通过过滤介质的燃料的质量。例如，当燃料通过过滤介质时，过滤介质可以从燃料去除沉积物，铁锈，金属，水，石蜡和/或其他污染物。如前所述，燃料系统200可以包括具有不同类型的过滤介质206的多个燃料过滤器204。例如，第一燃料过滤器204a可以包括具有第一微米等级和/或第一效率等级的过滤介质，而第二燃料过滤器204b和/或第三燃料过滤器204c可以包括具有第二微米等级和/或第二效率等级的过滤介质。应当理解，在一些示例中每个燃料过滤器204可以包括相同的过滤介质类型。附加地和/或替代地，每个燃料过滤器204可以包括不同类型的过滤介质206。例如，第一燃料过滤器204a可以包括具有10微米等级和/或贝塔比β14＝33的过滤介质206a，而第二燃料过滤器204b和第三燃料过滤器204c可以包括具有2微米等级和/或贝塔比β14＝375的过滤介质206b。在一些示例中，为燃料过滤器204选择的过滤介质206的类型可以取决于将使用燃料过滤器204的特定燃料系统200和/或燃料过滤器204在燃料系统200内的位置。也就是说，过滤介质206的类型可以取决于可以使用燃料过滤器204的燃料系统200的类型以及燃料过滤器204的位置和/或使用而改变。
在304，控制器224可以确定燃料中存在的微粒物质的颗粒分布。例如，控制器224可以从用户接收指示燃料系统200的预期操作位置的一个或多个输入。控制器224可以确定来自数据库的燃料清洁度等级，其指示与燃料系统的预期操作位置对应的可用燃料的燃料清洁度等级。例如，控制器224可以接收指示燃料系统200可以(和/或正在)印度操作的一个或多个输入。控制器224然后可以从全球燃料调查确定存储在存储器中的信息，或者可以从内联网查找在这样的区域中可用的一个或多个燃料类型。如前所述，一个或多个可用燃料类型可以包括国际标准化组织(以下称为“ISO”)清洁度代码(或燃料清洁度等级)，其指示燃料中存在的污染量。控制器224可以至少部分地基于燃料清洁度等级来确定在可用燃料中存在的污染物(或“微粒物质”)的颗粒分布。在一些示例中，控制器可以从一个或多个传感器(例如，颗粒传感器)接收指示燃料中存在的颗粒的数量和/或尺寸的数据。附加地和/或替代地，控制器224可以使用查找表进行这样的确定。更进一步，在示例中，控制器224可以实施受过训练的算法以计算在可用燃料中存在的污染物的颗粒分布。这样的颗粒分布可以包括代表燃料中存在的颗粒量的数据。此外，颗粒分布可以包括可用燃料中存在的微粒物质的每种粒度的颗粒的量。在一些示例中，颗粒分布可以表示为颗粒分布直方图。控制器224可以经由用户界面输出或以其他方式向用户提供颗粒分布。在这样的示例中，控制器224可以确定：基于燃料清洁度等级的可用燃料中的第一颗粒分布，当前存在于燃料系统中的燃料中的第二颗粒分布，以及待添加到燃料中的微粒物质的量，使得第二颗粒分布基本上类似于第一颗粒分布。换句话说，在进行测试的情况下，用户可能希望在进行测试之前向燃料添加微粒物质和/或从燃料去除(过滤)微粒物质，使得测试中使用的燃料与燃料系统200将实现的位置中的可用燃料基本上相同。
在306，用户可以将微粒物质添加到燃料系统200中的燃料，使得燃料包括与在燃料系统200的预期操作位置处的可用燃料中的颗粒分布基本上相似(或相同)的颗粒分布。附加地和/或替代地，用户可以从燃料系统200中的燃料过滤微粒物质，使得燃料包括与在燃料系统200的预期操作位置处的可用燃料中的颗粒分布基本上相似的颗粒分布。
在308，控制器224可以识别实现燃料系统200和/或相同或相似类型的燃料系统的一个或多个机器。也就是说，控制器224可以从在与燃料系统200相似的工作周期条件下操作的一个或多个机器接收工作周期数据。
在310，控制器224可以从一个或多个机器接收工作周期数据。在一些示例中，控制器224可以从实现燃料系统200的一个或多个机器接收工作周期数据。工作周期数据可以代表现场数据，表示当一个或多个机器在现实世界中(即，在工作场所)操作时一个或多个机器的机器负荷直方图。工作周期数据可以包括代表发动机速度，发动机加燃料和再加燃料，燃料系统压力，燃料流率，燃料消耗等的数据。在一些示例中，控制器224可以用从一个或多个机器收的工作周期数据连续地更新存储器226(或数据库)。控制器224可以收集这样的工作周期数据，并且可以从工作周期数据确定平均值。如将在下文中进一步描述的，工作周期数据可以实现为执行代表现实世界工作周期过滤器测试的台架测试。
在312，控制器224可以使燃料泵206引导燃料通过燃料系统200，使得燃料流率和/或燃料系统压力与来自一个或多个机器的工作周期数据基本上相似。通常，燃料过滤器的使用寿命基于假定的稳态条件(即，恒定的燃料流量和/或燃料压力)。然而，这样的稳态条件并不代表现实世界的工作条件。因此，控制器224使燃料泵206引导燃料通过燃料系统200，使得燃料系统200中的燃料流量大致模拟现实世界的工作周期条件(例如，空转，装载，转向，提升，加速等)。例如，控制器224可以使燃料泵206以与正提升负荷，空转，转向，加速，上坡，下坡，在状态之间转变等的机器直接相关的速率和/或压力引导燃料通过燃料系统200。例如，在750RPM下，燃料泵208可以大约4升/分钟的速率泵送燃料通过燃料系统200。随着发动机108的RPM，燃料流率也将增加。
在314，控制器224确定燃料过滤器204和/或燃料系统200的一个或多个性能指标。例如，控制器224可以从燃料系统200的一个或多个传感器222接收燃料系统数据。根据燃料系统数据，控制器224可以确定当燃料被泵送通过燃料系统200时燃料过滤器204上的压力差。在一些示例中，控制器224可以监测和/或记录随着时间的燃料过滤器204上的压力差。可以通过从燃料过滤器204上的上游压力减去下游压力来确定压力差。控制器224还可以至少部分基于从燃料系统200的一个或多个颗粒计数器接收的颗粒数据来确定燃料过滤器204的过滤器效率值，其可以包括在燃料系统数据中。过滤器效率值可以由上述的贝塔比(或“贝塔/过滤器效率值”)限定。控制器224还可以经由一个或多个颗粒计数器确定由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量(或数量)。附加地和/或替代地，控制器224可以确定存在于燃料系统200中的微粒物质的总量。可以至少部分基于指示燃料系统200的燃料消耗的加燃料和再加燃料数据来做出这种确定。例如，控制器224可以确定燃料中存在的微粒物质(或其他污染物)的颗粒分布。在这样的示例中，控制器224还可以确定和/或跟踪添加到燃料系统200的燃料的体积。根据颗粒分布和燃料系统200消耗的燃料的体积，控制器224可以计算燃料系统200中存在的微粒物质的总量。例如，如果控制器224确定1升燃料中有1,000个颗粒，则一旦10升燃料已经被添加到燃料系统200，控制器就可以确定燃料系统中存在10,000个颗粒。换句话说，控制器224可以使用在304确定的颗粒分布来基于燃料消耗和/或再加燃料数据来计算燃料中存在的微粒物质的总量。控制器224还可以确定燃料已经通过燃料过滤器204的时间量(即，燃料过滤器204已被安装并且机器已操作的时间量)。控制器224还可以配置成从燃料系统数据确定通过燃料过滤器204的燃料的燃料流率。控制器224还可以配置成确定燃料过滤器204的退化率。这样的退化率可以表示燃料过滤器204的过滤效率相对于时间的相关性。例如，当燃料过滤器204正在从燃料过滤污染物时，过滤效率可能随时间开始降低。尽管上文中描述了特定指标，但是应当理解，控制器224可以确定与燃料过滤器204和/或燃料系统200关联的附加性能指标。对于任何和/或每个性能指标，控制器224可以随时间跟踪这样的性能指标并将历史性能数据存储在数据库226中。
在316，控制器224可以确定燃料过滤器204的使用寿命。使用寿命表示可以以有效方式使用燃料过滤器的总时间量(即，在燃料过滤器的性能下降超过预定点之前可以使用燃料过滤器的时间量)。在燃料系统200包括一个以上燃料过滤器204的一些示例中，控制器224可以确定燃料系统200中的每个燃料过滤器204的使用寿命。附加地和/或替代地，控制器224可以确定燃料系统200的复合使用寿命，其表示燃料过滤器204的平均使用寿命和/或燃料过滤器204的最短使用寿命。为了确定燃料过滤器204的使用寿命，控制器224可以分析上述性能指标。例如，控制器224可以确定燃料过滤器204上的压力差是否高于预定阈值。如果燃料过滤器204上的压力差已达到和/或超过预定阈值，则控制器224可以确定燃料过滤器204已达到燃料过滤器204的使用寿命的终点。然后控制器224可以确定燃料过滤器204已使用的时间量并且可以基于该时间量确定燃料过滤器204的使用寿命。换句话说，控制器224可以基于燃料过滤器204上的压力差达到和/或超过预定阈值(例如，100kPa或其他预定压力值)所经过的时间量(例如，工作小时数)来确定燃料过滤器204的使用寿命。可以基于一个或多个因素来确定预定阈值压力，所述因素包括但不限于燃料清洁度等级，工作周期数据，过滤介质等。
附加地和/或替代地，控制器224可以使压力差与燃料过滤器204捕获的微粒物质的量相关。当燃料过滤器204捕获燃料中存在的微粒物质时控制器224可以使用这种相关性来预测燃料过滤器204和/或其他燃料过滤器的使用寿命。例如，控制器224可以从测试数据或其他数据确定指示燃料过滤器204已达到使用寿命的终点的指定压力差。当燃料过滤器204达到使用寿命的终点时，控制器224可以确定在燃料过滤器204中累积的微粒物质的量。因此，控制器224可以基于压力差和/或累积微粒物质量通过上述相关性确定燃料过滤器204的剩余使用寿命。例如，控制器224可以从测试数据确定压力差和微粒物质的量，其指示燃料过滤器204达到使用寿命的终点。控制器224可以监测压力差和燃料过滤器204中的累积微粒物质，并且使用来自测试数据的相关性来估计燃料过滤器204的剩余寿命。控制器224还可以使由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量与过滤介质的面积相关。这种相关性表示过滤介质的每单位面积(平方米)由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量。控制器224还可以将由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量与燃料流率和/或燃料消耗相关。这样的相关性表示在燃料流率和/或燃料系统200消耗的燃料量下由燃料过滤器捕获的微粒物质的量。此外，控制器224可以使压力差与由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量相关。根据这样的相关性，控制器224可以确定在燃料过滤器204中累积的微粒物质的预测量，以便使燃料过滤器204上的压力差达到或超过预定值/阈值。在一些示例中，当确定燃料过滤器204的使用寿命时，上述相关中的任何一个和/或全部可以用作输入。
附加地和/或替代地，燃料过滤器204的使用寿命可以基于上述的过滤器效率值。例如，控制器224可以确定燃料过滤器204的效率是否达到和/或降低到预定过滤效率阈值以下。控制器224可以基于在过滤器效率值达到和/或降低到预定效率阈值以下之前经过的时间量来确定燃料过滤器204的使用寿命。附加地和/或替代地，控制器224可以基于在效率值达到和/或降低到预定效率阈值以下之前在燃料过滤器204中累积的微粒物质的量来确定燃料过滤器204的使用寿命。应当理解，控制器224可以分析燃料过滤器204和/或燃料系统200的附加性能指标以确定燃料过滤器204的使用寿命。
在318，控制器224可以从测试过程数据或用户接收是否要重复方法300的指示。如果在318将重复方法300(步骤：318–是)，则方法300可以通过等待将另一燃料过滤器安装到燃料系统200中在302再次开始。一旦安装另一燃料过滤器，控制器224可以接收另一燃料过滤器已安装的指示。这样的指示可以包括燃料过滤器类型，尺寸和/或过滤介质。在一些示例中，可以针对不同类型的燃料过滤器204和/或过滤介质来完成方法300。在其他示例中，可以针对不同的测试台和/或燃料系统来完成方法300。通过重复这种方法300，控制器224可以为各种类型的燃料过滤器，过滤介质，燃料(例如，具有不同清洁度级别的燃料)，燃料系统等生成使用寿命数据。
如果在318，控制器224接收到将不重复过程300的指示(步骤：318–否)，则在320，控制器224可以创建用于确定燃料过滤器204的使用寿命的过滤器寿命模型。过滤器寿命模型可以从图3中所示和所述的方法300生成的测试数据生成。在一些示例中，控制器224可以经由网络或其他无线(和/或有线)通信将数据发送到可以创建过滤器寿命模型的计算系统。控制器224可以部分基于燃料过滤器204和/或燃料系统200的性能指标来创建过滤器寿命模型。在实施例中，过滤器寿命模型可以包括基于物理的模型。例如，基于物理的模型可以包括计算机辅助工程模型(CAE)。如本领域中已知的，CAE建模可以使用计算机软件来辅助工程分析，例如有限元分析(FEA)，计算流体动力学(CFD)等。过滤器寿命模型还可以包括代理模型，所述代理模型可以使用监督学习技术(例如线性回归，随机森林，高斯处理，支持向量机，深度神经网络，响应面，克里格法或本领域已知的其他监督学习技术)进行训练。在训练代理模型之后，代理模型可以在控制器224上实现为过滤器寿命模型。
在一些示例中，过滤器寿命模型可以配置成从一个或多个输入，例如过滤介质的类型，过滤器尺寸，燃料的清洁度等级(ISO代码)，燃料系统的类型，燃料系统的操作位置，来自燃料系统和/或附加燃料系统的历史和/或当前工作周期数据，一个或多个性能指标等确定燃料过滤器的使用寿命。附加地和/或替代地，过滤器寿命模型可以从一个或多个输入确定在燃料过滤器的使用寿命的不同时间和/或在不同的负荷周期条件下燃料过滤器204和/或燃料系统200的预测性能。例如，过滤器寿命模型可以确定使用寿命间期中各个时间的预期过滤器寿命和/或预期性能。这样的预期(或预测)性能可以包括燃料系统的预测负荷周期(例如，预测流率，预测燃料消耗，预测燃料系统压力等)，燃料过滤器204上的预测压力差，(一个或多个)过滤器效率值(例如，各种粒度的过滤器效率值)，可能通过燃料过滤器204的颗粒的预测量和/或尺寸，燃料过滤器204的退化率。在一些示例中，过滤器寿命模型可以至少部分地基于燃料过滤器204的退化率和燃料过滤器204的预定寿命终止性能计算在燃料过滤器204使用寿命间期的任何时间的预测效率。这种计算可以由以下公式给出：
(2)
Figure BDA0002831716060000121
其中β＝过滤效率，t＝时间，EOL＝寿命终止性能(例如，使用寿命结束时的过滤效率百分比)，并且γ＝从测试数据确定的燃料过滤器的退化率。因此，为了计算使用寿命T总，当
Figure BDA0002831716060000122
时公式(2)可以进行微分并求解T，得出以下公式：
(3)
Figure BDA0002831716060000123
其中T总＝燃料过滤器的使用寿命。因此，可以通过公式(3)来计算燃料过滤器204的使用寿命。
此外，过滤器寿命模型可以配置成确定推荐的燃料过滤器204的尺寸和/或过滤介质的类型。例如，过滤器寿命模型可以基于燃料系统的类型，燃料清洁度等级或期望的使用寿命间期(例如1000小时)来确定推荐的(或理想的)燃料过滤器尺寸和/或介质。也就是说，用户可以将一个或多个设计标准输入到过滤器寿命模型中，例如燃料系统的类型和期望的使用寿命间期。作为响应，过滤器寿命模型可以输出将满足此类标准的一个或多个燃料过滤器(尺寸和/或介质)。可以从上述压力差相关性和过滤效率相关性来做出这种确定。在一些示例性实施例中，过滤器寿命模型可以以不同的ISO代码(或其他燃料清洁度等级)指示一个或多个推荐燃料过滤器的预测使用寿命。
图4示出了用于确定和/或监测燃料过滤器204的使用寿命的示例性方法400。可以至少部分地由控制器224执行图4的方法400，并且在这样的示例中，控制器224可以在方法400的执行期间实现过滤器寿命模型的至少一部分(以上相对于图3描述)。控制器224还可以在方法400的执行期间访问从图3的方法300生成的测试数据。附加地和/或替代地，过滤器寿命模型可以实现为具有燃料过滤器的机器的操作者的设计工具。例如，设计者可以指示燃料过滤器的期望使用寿命和/或成本，并且作为响应，过滤器寿命模型可以针对特定的燃料系统应用输出具有其相应的使用寿命和成本的各种类型的燃料过滤器。
在402，控制器224可以从用户或ECM/ECU接收燃料过滤器204已安装在燃料系统200中的指示。这种指示可以包括指示过滤介质的类型，燃料过滤器尺寸，燃料过滤器的估计使用寿命和/或附加燃料过滤器说明的燃料过滤器数据。该指示还可以包括关于当前正在使用和/或以其他方式实现燃料系统200的机器的类型(例如，牵引车，装载机，摊铺机，推土机等)的信息。附加地和/或替代地，控制器224可以从用户接收可以在燃料系统中实现的可能的燃料过滤器和/或过滤介质。
在404，控制器224可以使燃料泵208引导燃料通过燃料系统200，以便引起用于机器100的一个或多个输出(例如，提升，挖掘，转向，加速等)。当控制器224使燃料泵208引导燃料通过燃料系统200时，控制器224可以从一个或多个传感器222接收指示燃料过滤器204和/或燃料系统200的性能的燃料系统数据。控制器224将燃料系统200的这种燃料系统数据记录为历史负荷周期数据。
在406，控制器224可以从实现燃料系统200和/或基本上相同或相似的燃料系统的一个或多个机器接收工作周期数据。在一些示例性实施例中，工作周期数据可以存储在数据库226中，并且控制器可以从其检索工作周期数据。附加地和/或替代地，控制器224可以经由网络或其他无线连接从其他机器控制器和/或其他数据库接收工作周期数据。因此，控制器224可以接收和/或更新从使用相似或相同燃料系统200的一个或多个机器接收的工作周期数据。
在408，控制器224可以确定燃料过滤器204上的压力差。例如，控制器224可以从一个或多个传感器接收上游燃料压力数据，下游燃料压力数据，并且可以确定上游燃料压力和下游燃料压力之间的差。控制器224可以实时地，以预定间隔，连续地，基本上连续地和/或响应于触发/条件进行该确定。如上所述，控制器224可以将压力差与其他燃料系统性能指标进行比较，例如燃料过滤器尺寸，燃料流率，燃料系统200已与燃料过滤器204一起操作的时间量等。
在410，控制器224可以至少部分地基于工作周期数据和/或历史数据来确定燃料系统200的预测负荷周期数据。例如，控制器224可以从工作周期数据和/或历史数据确定典型的燃料系统负荷周期。换句话说，当机器在工作场所或其他环境下操作时，控制器224可以确定机器的典型燃料流率，燃料压力，燃料消耗等。预测负荷周期数据可以包括预测燃料流率数据，预测燃料压力数据，预测燃料消耗数据，预测发动机速度数据，预测微粒物质累积数据等。
在412，控制器224可以部分基于燃料系统200的预测负荷周期数据来确定燃料过滤器204的使用寿命。例如，过滤器寿命模型可以从预测负荷周期数据确定燃料过滤器204上的未来压力差和/或未来过滤器效率值。如前所述，控制器224可以从图3中描述的过程使压力差和/或过滤器效率值与由燃料过滤器204捕获的微粒物质的量相关。通过这样的相关性，控制器224可以预测将在燃料过滤器204中累积的微粒物质的量，从而使压力差达到预定值/阈值和/或使过滤器效率值达到预定值/阈值。这样的相关性可以由以下公式表示：
(4)
Figure BDA0002831716060000141
其中T＝使用寿命，(c)＝相关测试数据，
Figure BDA0002831716060000142
A＝过滤介质的面积，并且ψη＝由燃料过滤器捕获的颗粒。因此，作为公式(3)的附加和/或替代，可以通过公式(4)来计算燃料过滤器204的使用寿命。
此外，过滤器寿命模型可以确定使用寿命间期中的估计时间，在所述估计时间压力差和过滤器效率值可以达到预定压力差值和/或过滤器效率值。由此，过滤器寿命模型可以估计在燃料过滤器204的使用间期的不同时间处的燃料过滤器的预测性能。此外，过滤器寿命模型可以确定燃料过滤器204的退化率。在这样的实施例中，过滤器寿命模型可以将燃料过滤器204的退化率与在类似情况(例如，燃料清洁度等级，操作位置，负荷周期等)下操作(或模拟)的替代燃料过滤器的退化率进行比较，以确定燃料过滤器204是否使燃料过滤器的使用寿命最大化。过滤器寿命模型可以部分地基于退化率来确定将增加燃料过滤器的使用寿命的一个或多个替代燃料过滤器。
在414，控制器224可以将使用寿命提供给用户。例如，控制器224可以将与使用寿命关联的数据发送到与用户关联的用户界面。与使用寿命关联的数据可以包括特定燃料系统200中的燃料过滤器204的预期使用寿命间期以及在使用寿命间期中各个点处与燃料系统200关联的一个或多个性能指标。在一些示例中，过滤器寿命模型可以实现为设计工具。例如，用户可以输入燃料系统，燃料过滤器可以在其中使用的燃料系统的潜在或期望的操作位置和/或期望的使用寿命间期(例如1000小时)，并且过滤器寿命模型可以输入向用户提供一个或多个过滤器推荐。过滤器推荐可以包括燃料过滤器尺寸和过滤介质的类型，以便在燃料过滤器可以操作的现实世界条件下满足期望的使用寿命间期。
工业适用性
本公开描述了用于确定和监测用于燃料系统200的燃料过滤器204的使用寿命的系统和方法。这样的系统和方法可以用于跟踪燃料过滤器204和/或燃料系统200的性能。因此，本文所述的系统和方法可以用于生成可以预测燃料过滤器204的使用寿命的过滤器寿命模型。例如，燃料过滤器204可以安装在包括设计成模拟机器100中的燃料系统200的测试台上。燃料可以泵送通过燃料系统200，并且可以确定燃料过滤器204的性能。在一些示例中，可以对燃料进行处理以便模拟特定操作区域(例如，诸如美国，印度，中国，墨西哥等的地理区域)中的可用燃料。然后本文描述的系统和方法可以确定燃料过滤器204的使用寿命。可以重复这样的过程以便创建过滤器寿命模型。
过滤器寿命模型可以实现为使用燃料过滤器的机器的操作者(或其他用户)的设计工具。过滤器寿命模型可以告知操作员燃料过滤器的选择(例如尺寸，介质类型和成本)。此外，过滤器寿命模型可以在机器100的ECM/ECU中实现以确定和/或监测燃料过滤器204的使用寿命。
尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于预测燃料系统中的燃料过滤器的使用寿命的方法，所述方法包括：
识别实现相同或相似类型的燃料系统的一个或多个机器；
从所述一个或多个机器检索工作周期数据，所述工作周期数据包括发动机速度数据、燃料压力数据或燃料流率数据中的至少一个；
使所述燃料系统的燃料泵引导燃料通过所述燃料过滤器和所述燃料系统，使得：
通过所述燃料系统的第一部分的燃料的第一流率基本上等于由所述工作周期数据指示的第二流率，并且
所述燃料系统的第一部分中的燃料的第一燃料压力基本上等于由所述工作周期数据指示的第二燃料压力；
从所述燃料系统的一个或多个传感器接收燃料系统数据；
从所述燃料系统数据确定所述燃料过滤器上的压力差；
确定所述燃料过滤器上的压力差在预定压力差阈值以上，其中所述预定压力差阈值至少部分地基于所述燃料过滤器的过滤介质的类型；以及
至少部分地基于所述压力差在所述预定压力差阈值以上并使用过滤器寿命模型来确定所述燃料过滤器的使用寿命，其中所述使用寿命至少表示在所述压力差达到或超过所述压力差阈值之前所述燃料过滤器在所述燃料系统中操作的时间量。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定实现燃料系统的操作位置，所述操作位置至少包括地理区域；以及
确定所述操作位置处可用燃料的燃料清洁度等级。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：
至少部分地基于燃料清洁度等级来确定可用燃料中的第一颗粒分布；
确定待添加到所述燃料的微粒物质的量，使得所述燃料包括与所述第一颗粒分布基本上相似的第二颗粒分布；以及
向用户提供待添加到所述燃料的微粒物质的量。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
从所述燃料系统数据确定所述燃料过滤器的效率值；以及
将所述燃料过滤器的效率值提供给用户或所述过滤器寿命模型中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
从所述燃料系统数据确定由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量；
确定由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量与所述燃料过滤器的过滤介质的面积之间的第一相关性，所述第一相关性表示所述过滤介质的每单位面积由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量；
确定由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量与所述第一流率之间的第二相关性，所述第二相关性表示在所述第一流率下由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量；以及
将所述第一相关性和所述第二相关性提供给用户或所述过滤器寿命模型中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
从所述工作周期数据确定所述燃料系统的预测负荷周期数据，所述预测负荷周期数据包括预测发动机速度数据、预测燃料压力数据、预测燃料流率数据或预测微粒物质累积数据中的至少一个；以及
至少部分地基于所述预测负荷周期数据确定所述燃料过滤器上的预测压力差，其中所述燃料过滤器的使用寿命还基于所述预测压力差。
7.根据权利要求5所述的方法，其还包括：
确定所述压力差与由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的量之间的第三相关性；
从所述第三相关性确定由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的预测量，其中
当所述燃料过滤器已捕获预测量的微粒物质时，所述燃料过滤器上的压力差将达到或超过所述预定压力差阈值，并且
所述燃料过滤器的使用寿命还基于由所述燃料过滤器捕获的微粒物质的预测量。
8.一种燃料系统，其包括；
储存器；
至少一个燃料泵；
具有过滤介质的燃料过滤器；
一个或多个传感器；以及
至少与所述一个或多个传感器和所述燃料泵通信的燃料系统控制器，所述燃料系统控制器配置成：
从使用相同或相似类型的燃料系统的一个或多个机器接收工作周期数据，所述工作周期数据包括发动机速度、燃料系统压力数据或燃料流率数据中的至少一个；
使所述燃料系统的所述燃料泵引导燃料通过所述燃料过滤器和所述燃料系统；
经由所述燃料系统的所述一个或多个传感器接收燃料系统数据；
从所述燃料系统数据确定所述燃料过滤器上的压力差；
至少部分地基于所述工作周期数据经由过滤器寿命模型来确定所述燃料系统的预测负荷周期数据；以及
至少部分地基于所述压力差和所述预测负荷周期数据经由所述过滤器寿命模型来确定所述燃料过滤器的使用寿命，所述使用寿命至少表示在所述压力差达到或超过预定阈值之前所述燃料过滤器将在所述燃料系统中操作的剩余时间量。
9.根据权利要求8所述的燃料系统，其中所述过滤器寿命模型配置成至少部分地基于相对于所述燃料被泵送通过所述燃料过滤器的时间量的所述燃料过滤器上的压力差来确定所述过滤介质的退化率。
10.根据权利要求8所述的燃料系统，其中所述燃料系统控制器还配置成经由所述一个或多个传感器确定过滤器效率值。
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