EA027146B1

EA027146B1 - Система и способ диагностики двигателя

Info

Publication number: EA027146B1
Application number: EA201490439A
Authority: EA
Inventors: Брет Дуэйн Уорден; Мэттью Мэлоун; Милан Карунаратне; Пол Ллойд Флинн
Original assignee: Дженерал Электрик Компани
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2017-06-30
Also published as: DE112012003853T5; EA201490439A1; WO2013039733A1; US9447745B2; US20130073174A1

Abstract

Представлены способы и системы для двигателя, содержащего картер. Состояние двигателя может быть выявлено, основываясь на спектральном составе давления в картере. Могут быть выявлены различные типы ухудшения рабочих характеристик, основываясь на спектральном составе нескольких частот давления в картере. Таким образом, может быть выявлен элемент двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками, так что может быть уменьшен простой, вызванный техническим обслуживанием.

Description

Область изобретения

Варианты выполнения раскрытого объекта изобретения относятся к системе и способу диагностики двигателя.

Предпосылки изобретения

Состояние элементов двигателя может ухудшаться в процессе работы различными путями. Например, эффективность поршневых колец в уплотнении поршня в камере сгорания может ухудшиться, приводя к повышенному прорыву газов сгорания в картер двигателя.

Один из подходов для выявления ухудшения рабочих характеристик двигателя представляет собой мониторинг стационарного давления картера. Диагностические процедуры могут отслеживать, поднимается ли давление в картере выше порогового давления, а также генерировать диагностические коды или другие индикаторы, запрашивающие обслуживание, снижающие мощность двигателя или выключающие двигатель.

Однако авторы в настоящем документе отмечают, что увеличение стационарного давления в картере может быть вызвано целым рядом различных компонентов с ухудшенными рабочими характеристиками и может занять много времени для бригады технического обслуживания, чтобы определить причину ухудшения рабочих характеристик компонента в процессе обслуживания двигателя, и является ли повышенный прорыв газов сгорания на самом деле источником ухудшения рабочих характеристик.

Сущность изобретения

В одном варианте выполнения предложен способ для двигателя. Способ включает диагностику состояния двигателя, основываясь на спектральном составе давления в картере.

В одном варианте выполнения предложен способ для двигателя. Способ включает выявление различий между различными типами ухудшения рабочих характеристик, основываясь на спектральном составе давления в картере.

Элемент двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен во время работы двигателя. Например, возможно выявить различия между разными типами ухудшения рабочих характеристик, рассматривая спектральный состав давления в картере, так что бригады технического обслуживания имеют дополнительную информацию относительно причины ухудшения рабочих характеристик. Кроме того, по спектральному составу давления в картере во время работы двигателя может быть выявлен конкретный цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками, что также обеспечивает дополнительную диагностическую и прогностическую информацию для бригад технического обслуживания. Таким образом, простой в связи с техническим обслуживанием может быть уменьшен, поскольку еще до обслуживания может быть выявлена причина ухудшения рабочих характеристик и конкретный цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками.

Эта сущность изобретения приведена для описания выбора концепций в упрощенной форме, которые описаны далее в данном документе. Эта сущность изобретения не предназначена для указания ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначена для использования в ограничения объема заявленного объекта изобретения. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничивается вариантами выполнения, которые решают любые или все недостатки, отмеченные в любой части настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет понятно из нижеследующего описания не ограничивающих вариантов выполнения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает иллюстративный вариант выполнения транспортного средства, содержащего двигатель с картером;

фиг. 2 - иллюстративный вариант выполнения цилиндра двигателя во время такта сжатия; фиг. 3 - иллюстративный вариант выполнения цилиндра двигателя во время такта расширения; фиг. 4 - данные сигнала давления в картере во временной области;

фиг. 5 и 6 - данные сигнала давления в картере в частотной области;

фиг. 7 и 8 - иллюстративный вариант выполнения способа диагностики состояния двигателя.

Подробное описание

Варианты выполнения раскрытого в настоящем документе объекта изобретения относятся к системе и способу для диагностики двигателя. Также предусмотрен диагностический комплект для выполнения способа. Двигатель может быть включен в транспортное средство, как, например, локомотивная установка. Другие подходящие типы транспортных средств могут включать шоссейные транспортные средства, внедорожные транспортные средства, горно-шахтное оборудование и морские суда. Другие варианты выполнения могут быть использованы для стационарных двигателей. Двигатель может представлять собой дизельный двигатель или может сжигать другое топливо или комбинацию топлив. Такие альтернативные виды топлива могут включать бензин, керосин, биодизельное топливо, природный газ и этанол, а также комбинации вышеперечисленного. Подходящие двигатели могут использовать воспламенение от сжатия и/или искровое воспламенение. Эти транспортные средства могут содержать двигатель с элементами, характеристики которых ухудшаются при использовании. Рабочие характеристики элементов цилиндра двигателя, например поршневых колец, могут ухудшаться. Ухудшение рабочих ха- 1 027146 рактеристик может привести или вызвать относительно повышенный прорыв газов сгорания. Там, где прорыв газов увеличивается, также может наблюдаться соответствующее и измеримое увеличение несгоревшего топлива и/или просачивание выхлопных газов вокруг поршня и в картер.

На фиг. 1 изображена блок-схема иллюстративного варианта выполнения системы 100 транспортного средства (например, локомотивной системы), показанной в настоящем документе в виде рельсового транспортного средства 106, выполненного с возможностью перемещения по рельсам 102 посредством нескольких колес 108. Как показано, рельсовое транспортное средство 106 содержит систему двигателя с двигателем 110.

Двигатель получает всасываемый воздух для горения из впускного канала 114. Во впускной канал 114 поступает окружающий воздух с наружной стороны рельсового транспортного средства 106. Выхлопные газы, образовавшиеся в двигателе в результате сгорания, подаются в выхлопной канал 116. Выхлопные газы протекают через выхлопной канал 116 и наружу из выхлопной трубы рельсового транспортного средства 106.

Система двигателя содержит турбонагнетатель 120 (ΤϋΚΒΟ), который расположен между впускным каналом 114 и выхлопным каналом 116. Турбонагнетатель 120 увеличивает заряд окружающего воздуха, всасываемого во впускной канал 114, с тем, чтобы обеспечить большую плотность заряда при сгорании для увеличения выходной мощности и/или коэффициента полезного действия двигателя. В одном варианте выполнения турбонагнетатель 120 может содержать двигатель (не показан), который, по меньшей мере частично, приводится в действие турбиной (не показана). Турбонагнетатель 120 может содержать несколько ступеней турбин и/или двигателя.

Двигатель содержит картер 160. Картер 160 представляет собой корпус для коленчатого вала (не показан на фиг. 1), соединенного с цилиндрами (не показаны на фиг. 1) двигателя. Коленчатый вал может быть смазан моторным маслом, которое накачивается масляным насосом (не показан) и распыляется на коленчатый вал. Картер 160 может содержать систему откачки. Например, несгоревшее топливо, воздух и выхлопные газы могут просачиваться мимо цилиндров и в картер. Несгоревшее топливо, воздух и выхлопные газы, а также моторное масло могут быть продуты из системы откачки картера 160 и направлены в коагулятор 180. Коагулятор 180 может быть выполнен с возможностью отделения моторного масла от несгоревших топлива, воздуха и выхлопных газов и возвращения моторного масла в картер 160. Эти несгоревшие топливо, воздух и выхлопные газы могут быть направлены из коагулятора 180 в глушитель 122, расположенной между турбиной турбонагнетателя и выхлопным каналом 116. Глушитель 122 может быть выполнен с возможностью ослабления выхлопного шума. В одном варианте выполнения глушитель 122 может содержать эжектор (не показан), который может создавать всасывание из картера 160 через коагулятор 180 в глушитель 122. Например, эжектор может использовать эффект Вентури для создания всасывания, когда выхлопной газ проходит через глушитель 122.

В некоторых вариантах выполнения система 100 транспортного средства может дополнительно содержать систему для нейтрализации выхлопных газов (не показана), установленную в выхлопном канале выше по потоку или ниже по потоку от турбонагнетателя 120. В одном иллюстративном варианте выполнения система для нейтрализации выхлопных газов может содержать каталитический нейтрализатор дизельного топлива (ЭОС) и сажевый фильтр (ΌΡΡ). В других вариантах выполнения система для нейтрализации выхлопных газов может дополнительно или альтернативно содержать одно или несколько устройств для снижения токсичности выбросов. Такие устройства для снижения токсичности выбросов могут содержать селективный каталитический восстановительный катализатор (8СК), трехкомпонентный катализатор, азотную ловушку или различные другие устройства или системы.

Рельсовое транспортное средство 106 дополнительно содержит контроллер 130 для управления различными элементами, связанными с системой 100 транспортного средства. В одном примере контроллер 130 содержит компьютерную систему управления. В одном варианте выполнения компьютерная система управления содержит процессор, такой как процессор 132. Контроллер 130 может содержать несколько блоков управления двигателем (ЕСИ), при этом система управления может быть распределена между каждым из блоков ЕСИ. Контроллер 130 дополнительно содержит машиночитаемые носители информации, такие как память 134, включая инструкции по обеспечению бортового мониторинг и управлению работой рельсового транспортного средства. Память 134 может включать энергозависимую и энергонезависимую память.

Контроллер может осуществлять надзор за управлением и организацией системы 100 транспортного средства. Контроллер может принимать сигналы от различных датчиков 150 двигателя, чтобы определять рабочие параметры и рабочие условия, и соответствующим образом регулировать различные исполнительные механизмы 152 двигателя для управления работой рельсового транспортного средства 106. Например, контроллер может принимать сигналы от различных датчиков, включая частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, давление наддува, давление выхлопных газов, атмосферное давление, температуру выхлопных газов и т.д. В качестве другого примера контроллер может принимать сигнал от датчика 170 давления в картере, который измеряет давление картера 160. В качестве другого примера контроллер может принимать сигнал от датчика 172 положения коленчатого вала, который измеряет положение коленчатого вала. Соответственно, контроллер может управлять системой транспортного сред- 2 027146 ства путем подачи команды к различным элементам, таким как тяговые двигатели, генератор, клапаны цилиндра, дроссельная заслонка и т.д. Сигналы от датчиков 150, 170 и 172 могут быть сгруппированы вместе в один или несколько жгутов, чтобы уменьшить пространство в системе 100 транспортного средства, предназначенное для проводки и для защиты сигнальных проводов от истирания и вибрации.

Контроллер может содержать бортовую электронную диагностику для записи рабочих характеристик двигателя. Рабочие характеристики могут включать, например, измерения датчиков 150, 170 и 172. Такие рабочие характеристики могут быть сохранены в базе данных в памяти 134. В одном варианте выполнения текущие рабочие характеристики могут быть сравнены с прошлыми рабочими характеристиками, чтобы определить тенденции рабочих характеристик двигателя.

Контроллер может включать бортовую электронную диагностику для выявления и записи потенциального ухудшения рабочих характеристик и неисправностей элементов системы 100 транспортного средства. Например, когда выявляется потенциальное ухудшение рабочих характеристик элементов, диагностический код может сохраняться в памяти 134. В одном варианте выполнения уникальный диагностический код может соответствовать каждому типу ухудшения рабочих характеристик, который может быть выявлен с помощью контроллера. Например, первый диагностический код может указывать на износ поршневых колец цилиндра 1, второй диагностический код может указывать на износ поршневых колец цилиндра 2, третий диагностический код может указывать на потенциальное ухудшение рабочих характеристик системы откачки картера и т.д.

Контроллер может быть дополнительно соединен с дисплеем 140, таким как дисплей диагностического интерфейса, который обеспечивает пользовательский интерфейс для обслуживающего персонала и бригады технического обслуживания локомотива. Контроллер может управлять двигателем в ответ на ввод оператора через пользовательские элементы 142 управления вводом путем подачи команды для регулировки соответствующим образом различных исполнительных механизмов 152 двигателя. Не ограничивающие примеры пользовательских элементов 142 управления могут включать управление дроссельной заслонкой, управление тормозной системой, клавиатуру и выключатель питания. Кроме того, рабочие характеристики двигателя, такие как диагностические коды, соответствующие элементам с ухудшенными рабочими характеристиками, могут отображаться оператору и/или команде технического обслуживания через дисплей 140.

Система транспортного средства может содержать систему 144 связи, связанную с контроллером. В одном варианте выполнения система 144 связи может содержать радио и антенну для передачи и приема сообщений речи и данных. Например, передача данных может осуществляться между системой транспортного средства и центром управления железной дороги, другого локомотива, спутника и/или придорожного устройства, например железнодорожной стрелки. Например, контроллер может оценивать географические координаты системы транспортного средства, используя сигналы от приемника СР8. В качестве другого примера, контроллер может передавать рабочие характеристики двигателя в центр управления посредством сообщения, переданного от системы 144 связи. В одном варианте выполнения сообщение может быть передано в центр управления посредством системы 144 управления, когда выявлен элемент двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками и система транспортного средства может быть запланирована для обслуживания.

Примером элемента с ухудшенными рабочими характеристиками может быть цилиндр двигателя. Во время работы двигателя цилиндр может ухудшить свои рабочие характеристики и обеспечить возможность просачивания несгоревшего топлива и выхлопных газов, или обеспечить возможность прорыва газов вокруг поршня и в картер. Фиг. 2 изображает иллюстративный вариант выполнения одного цилиндра 210 двигателя с прорывом газов вокруг поршня 230 во время такта сжатия. Цилиндр 210 содержит стенку 220 и объем для впрыска подлежащей сгоранию смеси топлива и воздуха. Поршень 230 совершает возвратно-поступательное перемещение в цилиндре 210 от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. Верхняя мертвая точка соответствует положению поршня 230, которое является ближайшим к впускному клапану 212 и выхлопному клапану 216. Нижняя мертвая точка соответствует положению поршня 230, которое находится дальше всего от впускного клапана 212 и выхлопного клапана 216. В одном варианте выполнения впускной клапан 212 может быть открыт, чтобы обеспечить возможность поступления смеси топлива и воздуха в цилиндр 210 из впускного канала 214. Выхлопной клапан 216 может быть открыт, чтобы обеспечить возможность выхода из цилиндра 210 через выхлопной канал 218 побочных продуктов сгорания. Поршень 230 может быть соединен с коленчатым валом 250 посредством соединительного штока 240, так что возвратно-поступательное перемещение поршня 230 может быть преобразовано во вращательное движение коленчатого вала 250. Коленчатый вал 250 и соединительный шток 240 заключены в картере 160. Поршень 230 может содержать несколько канавок, причем каждая канавка может быть выполнена с возможностью удержания поршневого кольца, такие как поршневые кольца 231, 232 и 233. Каждое поршневое кольцо 231, 232 и 233 может быть выполнено с возможностью посадки между поршнем 230 и стенкой цилиндра 220 для уплотнения зазора между стенкой 220 цилиндра и поршнем 230.

В одном варианте выполнения двигатель может представлять собой четырехтактный двигатель, имеющий такты впуска, сжатия, расширения выхлопа. Во время такта впуска смесь топлива и воздуха

- 3 027146 может быть направлена из впускного канала 214 в цилиндр 210 путем открытия впускного клапана 212. В альтернативном варианте выполнения топливо может быть непосредственно впрыснуто в цилиндр 210 с помощью топливного инжектора, установленного в цилиндре 210. Во время такта впуска поршень 230 обычно перемещается от верхней мертвой точки. Во время такта сжатия впускной клапан 212 может быть закрыт, при этом смесь топлива и воздуха в цилиндре 210 сжимается при перемещении поршня 230 к верхней мертвой точке. Во время такта расширения смесь топлива и воздуха сгорает, и поршень 230 продвигается вперед от верхней мертвой точки посредством давления внутри цилиндра 210. В одном варианте выполнения смесь топлива и воздуха может самовоспламениться от сжатия. В альтернативном варианте выполнения смесь топлива и воздуха может воспламеняться искрой от свечи зажигания. Во время такта выхлопа выхлопной клапан 216 открывается, при этом выхлопные газы могут быть направлены из цилиндра 210 через выхлопной канал 218. Во время такта выхлопа поршень 230 обычно перемещается к верхней мертвой точке. Таким образом, двигатель, например, коленчатый вал 250, может совершить два оборота в течение одного четырехтактного цикла.

В альтернативном варианте выполнения двигатель может представлять собой двухтактный двигатель. В двухтактном двигателе впускные и выхлопные функции частично перекрываются, когда поршень подходит к нижней мертвой точки в конце такта расширения и когда поршень перемещается от нижней мертвой точки в начале такта сжатия. Такта сжатия сжимает смесь топлива и воздуха в цилиндре, когда поршень перемещается к верхней мертвой точке. Во время такта расширения топливо воспламеняется, и поршень перемещается от верхней мертвой точки. Таким образом, двигатель, например коленчатый вал 250, может совершить один оборот в течение одного двухтактного цикла.

Кроме того, двигатель может иметь несколько цилиндров, которые воспламеняются в предопределенной последовательности, причем каждый цилиндр воспламеняется один раз в течение четырехтактного или двухтактного цикла. Например, четырехтактный двигатель с четырьмя цилиндрами может иметь последовательность воспламенения 1-3-4-2, причем каждый цилиндр воспламеняется один раз за каждые два оборота двигателя. Таким образом, частота воспламенения заданного цилиндра составляет половину частоты вращения двигателя, и частота воспламенения любого цилиндра в два раза больше частоты вращения двигателя. Частота вращения двигателя, например частота вращения коленчатого вала 250, может быть описана как первый порядок двигателя. Частота воспламенения заданного цилиндра четырехтактного двигателя может быть описана как половинный порядок двигателя, причем половинный порядок двигателя является половинной частотой вращения коленчатого вала 250.

В качестве другого примера четырехтактного двигателя двенадцатицилиндровый двигатель может иметь последовательность воспламенения 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10, причем каждый цилиндр воспламеняется один раз за каждые два оборота двигателя. Таким образом, частота воспламенения данного цилиндра составляет половину частоты вращения двигателя, а частота воспламенения любого цилиндра в шесть раз больше частоты вращения двигателя.

В качестве примера двухтактного двигателя двенадцатицилиндровый двигатель может иметь последовательность воспламенения 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10, причем каждый цилиндр воспламеняется один раз за каждый оборот двигателя. Таким образом, частота воспламенения данного цилиндра является частотой вращения двигателя, а частота воспламенения любого цилиндра в двенадцать раз больше частоты вращения двигателя.

Возвращаясь к фиг. 2, иллюстративный вариант выполнения одного цилиндра 210 четырехтактного двигателя показан во время такта сжатия. Прорыв газов показан стрелками 260 и 262. Прорыв газов может быть вызван просачиванием смеси топлива и воздуха, выходящей из цилиндра 210, вокруг поршня 230 и в картер 160. Количество прорвавшихся газов может быть определено, основываясь на состоянии двигателя и перепаде давления между цилиндром 210 и картером 160. Состояние двигателя может включать состояние одной или нескольких стенок 220 цилиндра, поршня 230 и поршневых колец 231, 232 и 233.

Например, рабочие характеристики стенки 220 цилиндра могут ухудшаться по мере использования двигателя. Стенка цилиндра 220 может поцарапаться, покрыться выемками и/или соскоблиться, что может, например, увеличить зазор между поршнем 230 и стенкой 220 цилиндра и снизить сопротивление протеканию газа из цилиндра 210 к картеру 160. Таким образом, в цилиндре с ухудшенными рабочими характеристиками прорыв газов может увеличиться. В другом примере поршень 230 и/или одно или несколько поршневых колец 231, 232 и 233 может ухудшать свои рабочие характеристики по мере использования двигателя. Канавки в поршне 230 для размещения одного или нескольких поршневых колец 231, 232 и 233 могут увеличиться, потенциально обеспечивая возможность одному или нескольким поршневым кольцам 231, 232 и 233 вибрировать, что может привести, например, к увеличению прорыва газов. В качестве другого примера одно или несколько поршневых колец 231, 232 и 233 могут деформироваться, растрескаться или повредиться таким образом, что может увеличиться прорыв газов. Таким образом, прорыв газов может увеличиться, когда один или несколько цилиндров 210 и связанные с ними элементы цилиндров двигателя ухудшают свои рабочие характеристики, причем указанные связанные элементы цилиндров двигателя могут включать по меньшей мере поршень 230, поршневые канавки и поршневые кольца 231, 232 и 233.

- 4 027146

Кроме того, прорыв газов может возрасти, когда перепад давлений между цилиндром 210 и картером 160 увеличивается. В качестве одного примера максимальный перепад давлений во время такта сжатия может быть меньше, чем максимальный перепад давлений во время такта расширения. Во время такта сжатия давление в цилиндре 210 может быть определено из давления смеси воздуха и топлива, поступающей в цилиндр 210 и уменьшения объема цилиндра 210 при сжатии. Во время такта расширения сжатая смесь воздуха и топлива воспламеняется, дополнительно увеличивая давление в цилиндре 210. Фиг. 3 изображает иллюстративный вариант выполнения цилиндра 210 двигателя с прорывом газов во время такта расширения. Прорыв газов во время такта расширения может быть больше, чем прорыв газов во время такта сжатия. Увеличенный прорыв газов во время такта расширения показан стрелками 310 и 312.

Прорыв газов может представлять собой состояние двигателя, которое влияет на давление в картере 160. Другие примеры состояний двигателя, которые могут повлиять на давление в картере 160, включают одно или несколько из: частоты вращения двигателя, нагрузки на двигатель, температуры картера, потока откачки картера и состояния турбонагнетателя 120. Как показано посредством данным на фиг. 4, давление 420 в картере (ССР) может изменяться с течением времени. В одном варианте выполнения давление 420 в картере может быть частичным вакуумом. Например, данные на фиг. 4, иллюстрирующие давление 420 в картере, могут варьироваться в интервале от приблизительно отрицательного 6,5 до приблизительно отрицательного 3,5 дюймов воды (ίη-Η₂Ο) (от 89 до 165 мм воды) для почти постоянной скорости вращения двигателя приблизительно 1050 оборотов в минуту (КРМ), например 17,5 Гц. Газы, прорываемые через поршень 230, могут находиться при другом давлении, чем давление в картере 420, и поэтому они могут способствовать переходным колебаниям давления в картере 420. Например, выхлопные газы, прорываемые через поршень 230 во время такта расширения, могут находиться при более высоком давлении, чем давление в картере 420, и поэтому выхлопные газы могут вызвать нестационарное повышение давления в картере 420. Кроме того, выхлопные газы, прорываемые через поршень 230 во время такта расширения, могут находиться при более высоком давлении, чем несгоревшие топливо и воздух, прорываемые через поршень 230 во время такта сжатия. Таким образом, прорыв газов во время такта расширения может привести к большему увеличению давления в картере, чем прорыв газов во время такта сжатия. Иными словами, давление 420 в картере может иметь спектральный состав на частоте такта расширения. Для четырехтактного двигателя спектральный состав такта расширения находится на половине частоты вращения двигателя. Для двухтактного двигателя спектральный состав такта расширения находится на частоте вращения двигателя.

Давление 420 в картере может быть снижено путем продувки несгоревших топлива, воздуха и выхлопных газов из системы откачки картера 160 в коагулятор 180. В одном варианте выполнения продувка может быть увеличена с отсасыванием из эжектора или глушителя 122. Эжектор может использовать эффект Вентури, чтобы создавать всасывание, когда поток выхлопных газов проходит через глушитель 122, и, таким образом, всасывание может изменяться с потоком выхлопных газов через глушитель 122. Давление 420 картера может колебаться вокруг среднего давления картера для заданной скорости вращения двигателя, как показано на данных, изображенных на фиг. 4. Например, среднее давление в картере на фиг. 4 равно приблизительно отрицательному 5,0 дюймов воды (ίη-Η₂Ο) (127 мм воды). Фиг. 4 изображает иллюстративную диаграмму данных давления в картере во временной области. Данные давления в картере во временной области могут быть отобраны и преобразованы в сигнал давления в частотной области.

Одним из решений для диагностики состояния двигателя является мониторинг среднего, или стационарного, давления картера. Например, потенциальное состояние неисправности двигателя может быть выявлено, если среднее давление в картере превышает абсолютное пороговое значение давления. Тем не менее, увеличение среднего давления в картере может быть вызвано целым рядом различных элементов с ухудшенными рабочими характеристиками и может занять много времени для бригады технического обслуживания, чтобы определить причину ухудшения рабочих характеристик элемента во время всего срока службы двигателя.

Состояние двигателя может быть выявлено, основываясь на спектральном составе давления в картере. Подходящий пример спектрального состава давления в картере может быть получен следующим образом: давление в картере может быть измерено для создания сигнала давления в картере во временной области; причем сигнал давления в картере во временной области может быть отобран и преобразован для создания сигнала давления в картере в частотной области. Сигнал давления в картере в частотной области может содержать набор частотных составляющих при разных частотах и амплитудах. Спектральный состав давления в картере представляет собой относительные величины частотных составляющих сигнала давления в картере в частотной области и/или является измеряемым спектральным составом, как создано полосовым фильтром. Измерения давления могут быть выполнены с помощью соответствующего датчика давления, например датчика 170 давления в картере. Для генерирования сигнала давления в картере в частотной области может быть использовано дискретное преобразование Фурье, например быстрое преобразование Фурье (РРТ). Кроме того, состояние двигателя может быть выявлено, основываясь на спектральном составе давление в картере.

На фиг. 5 приведены данные в частотной области сигнала давления в картере двигателя, который

- 5 027146 может работать с работоспособным давлением в картере. Например, двигатель может представлять собой четырехтактный двигатель, работающий при 1050 оборотов в минуту. Таким образом, первый порядок двигателя равен 17,5 Гц, а половинный порядок двигателя равен 8,75 Гц. Давление в картере может изменяться с периодической частотой, когда коленчатый вал 250 вращается в картере 160. Например, спектральный состав давления в картере может содержать максимальное давление 510 на частоте первого порядка двигателя. Другими словами, максимальная величина спектрального состава может иметь место на частотной составляющей первого порядка. Частотная составляющая первого порядка может быть связана с локальным движением поршня в цилиндре. Например, за один оборот коленчатого вала поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке и обратно до верхней мертвой точки. Таким образом, движение поршня может создавать волну давления внутри картера на частоте вращения коленчатого вала. Частотная составляющая первого порядка может быть доминирующей в сигнале давления в картере из-за динамики поршня вблизи датчика.

Давление в картере может также включать спектральный состав на других гармониках частоты первого порядка, например на частоте второго порядка (в два раза больше частоты вращения двигателя), на частоте третьего порядка (в три раза больше частоты двигателя) и т.д. Аналогично, давление в картере может включать спектральный состав на частотах меньше частоты первого порядка, например, на частоте половинного порядка (половина частоты вращения двигателя). Фиг. 5 иллюстрирует пример частотной составляющей 520 половинного порядка и показывает в частотной области график данных сигнала давления в картере двигателя, который может работать с работоспособным давлением в картере. График иллюстрирует величины давления на дискретных частотах.

Работоспособный двигатель может иметь среднее давление в картере ниже порогового давления. Кроме того, работоспособный двигатель может иметь спектральный состав, по существу, рядом с частотой половинного порядка, например, в диапазоне частот 550. В одном варианте выполнения диапазон частот 550 может быть плюс или минус десять процентов от частоты половинного порядка в зависимости от скорости вращения двигателя. Спектральный состав вблизи частоты половинного порядка может зависеть, по меньшей мере, от работоспособного количества прорвавшихся газов от поршня 230. В работоспособном двигателе спектральный состав может включать частотные составляющие, по существу, вблизи частоты половинного порядка с величинами меньше порогового значение, например порогового значения 560. Двигатель может ухудшить свои рабочие характеристики, когда один или несколько элементов двигателя ухудшили свои рабочие характеристики. Ухудшенные рабочие характеристики элементов могут привести к менее эффективной работе двигателя, с меньшей мощностью и/или, например, с большим выбросом в окружающую среду. Кроме того, состояние элементов с ухудшенными рабочими характеристиками может привести к ускоренному ухудшению рабочих характеристик элементов, что может увеличить вероятность катастрофических неисправностей двигателя и дорожных аварий.

Цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками является примером элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками. Прорыв газов для цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками может быть увеличен по сравнению с работоспособным цилиндром. Увеличенный прорыв газов может вызвать пик неустановившегося давления, когда газы высокого давления из цилиндра 210 просачиваются в картер 160. Пик неустановившегося давления может иметь частоту, на которой воспламеняется цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Таким образом, для четырехтактного двигателя пик неустановившегося давления может иметь частоту половинного порядка. Для двухтактного двигателя пик неустановившегося давления может иметь частоту первого порядка. Таким образом, может быть желательно определить спектральный состав давления в картере, по существу, вблизи частоты 520 половинного порядка, например в диапазоне частот 550.

Спектральный состав вблизи частоты половинного порядка может быть вызван различными количествами прорвавшихся газов, просачивающихся, например, из каждого цилиндра двигателя с несколькими цилиндрами. Отличия могут быть вызваны, например, различными состояниями износа или производственными отличиями каждого цилиндра. Таким образом, спектральный состав работоспособного двигателя может включать частотные составляющие, по существу, вблизи частоты половинного порядка с величинами менее порогового значения, например порогового значения 560. Тем не менее, цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может иметь увеличенный прорыв газов, а спектральный состав четырехтактного двигателя с цилиндром с ухудшенными рабочими характеристиками может включать частотные составляющие, по существу, вблизи частоты половинного порядка с величинами, превышающими пороговое значение 560. Например, фиг. 6 иллюстрирует данные, которые могут свидетельствовать о цилиндре с ухудшенными рабочими характеристиками, причем частотная составляющая 620 половинного порядка превышает пороговое значение 560, при этом данные показывают в частотной области сигнал давления в картере двигателя, который может работать с таким давлением в картере, которое указывает на конкретный тип ухудшения рабочих характеристик цилиндра. Например, на фиг. 6 показано, что двигатель может иметь элемент с ухудшенными рабочими характеристиками, вызывающий прорыв газов, например изношенные поршневые кольца. Диагностика может включать как предупреждение ухудшения рабочих характеристик, так и указание на тип и/или место расположения элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками.

- 6 027146

Таким образом, в одном варианте выполнения цилиндр четырехтактного двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен, основываясь на отличительной характеристики спектрального состава, например, когда величина частотной составляющей половинного порядка больше пороговой величины половинного порядка. В альтернативном варианте выполнения величины спектрального состава в диапазоне частот 550 могут быть интегрированы, при этом цилиндр четырехтактного двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен, основываясь на том, что интеграл превышает интеграл пороговой величины.

Выявление одного цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками, когда другие цилиндры двигателя являются более работоспособными (или меньше ухудшили свои рабочие характеристики), может иметь более четкую отличительную характеристику спектрального состава, чем когда несколько цилиндров двигателя ухудшили свои рабочие характеристики. Например, отличительная характеристика спектрального состава одного цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлена путем сравнения величины частотной составляющей половинного порядка и пороговой величины половинного порядка. Тем не менее, несколько цилиндров с ухудшенными рабочими характеристиками могут иметь различные отличительные характеристики частотной составляющей, чем один цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Кроме того, положение в порядке воспламенения нескольких цилиндров с ухудшенными рабочими характеристиками может изменить отличительную характеристику спектрального состава. Например, два цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками с разницей фаз в 180° могут иметь различные отличительные характеристики частотной составляющей, чем два цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками, воспламенение в которых происходит друг за другом; и, таким образом, способы, описанные в настоящем документе, могут выявлять один или несколько цилиндров с ухудшенными рабочими характеристиками, основываясь на различных изменениях в отличительной характеристике спектрального состава. Кроме того, может быть выгодно генерировать отличительную характеристику спектрального состава работоспособного двигателя путем записи спектрального состава на различных частотах и при разных условиях работы. В одном варианте выполнения спектральный состав двигателя может быть сравнен с отличительной характеристикой спектрального состава работоспособного двигателя. Аномалии, которые не совпадают с отличительной характеристикой спектрального состава работоспособного двигателя или другого элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками, могут быть выявлены и переданы, например, контроллеру.

Другим примером элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками является система откачки картера, имеющая ухудшенные рабочие характеристики. Например, система откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками может не отводить газы из картера 160 с достаточно высокой скоростью, что может привести к тому, что среднее или максимальное давление в картере будет превышать среднее пороговое значение давления в картере. Система откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками может влиять на все цилиндры двигателя с несколькими цилиндрами аналогичным образом, и поэтому частотные составляющие половинного порядка могут и не быть в значительной степени затронуты системой откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками. В одном варианте выполнения система откачки картера с потенциально ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлена путем определения того, что среднее давление в картере превышает среднее пороговое значение давления в картере, а спектральный состав давления в картере включает частотную составляющую половинного порядка, величина которой меньше пороговой величины половинного порядка. Как среднее давление в картере, так и пороговая величина половинного порядка могут быть основаны, например, на одном или нескольких из: скорости вращения двигателя, нагрузки на двигатель, температуры картера и статистических данных двигателя.

Другим примером элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками является турбонагнетатель с ухудшенными рабочими характеристиками, например турбонагнетатель 120. В одном варианте выполнения турбонагнетатель 120 может содержать уплотнение, которое смазывается моторным маслом, стекающим в картер 160. Ухудшение рабочих характеристик уплотнения турбонагнетателя может, например, обеспечивать возможность прохождения нагнетаемого воздуха и/или выхлопных газов высокого давления в картер 160 из турбонагнетателя 120. Турбонагнетатель с ухудшенными рабочими характеристиками может влиять на все цилиндры двигателя с несколькими цилиндрами аналогичным образом, и, таким образом, частотные составляющие половинного порядка могут и не быть в значительной степени затронуты турбонагнетателем с ухудшенными рабочими характеристиками. В одном варианте выполнения турбонагнетатель с потенциально ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен путем определения того, что среднее давление в картере превышает среднее пороговое значение давления в картере, а спектральный состав давления в картере включает частотную составляющую половинного порядка, величина которой меньше пороговой величины половинного порядка.

Другим примером элемента двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками является картер с ухудшенными рабочими характеристиками. Например, работоспособный двигатель может содержать картер, который, по существу, представляет собой замкнутую систему. Когда картер по существу закрыт, движение поршня может привести к созданию волны давления внутри картера на частоте вращения коленчатого вала, например, на частоте первого порядка. Тем не менее, картер с ухудшенными рабочими

- 7 027146 характеристиками может содержать дверцу, которая была распахнута во время работы, или дверцу, которая была неправильно заменена или герметизирована при проведении регламентных технических работ и т.д. Когда рабочие характеристики картера ухудшаются, картер может быть открыт в окружающую среду, что повышает среднее давление в картере и влияет на динамику волны давления внутри картера на частоте вращения коленчатого вала. В качестве одного примера среднее давление в картере может повыситься до 0,5 дюймов воды (12,7 мм воды) атмосферного давления, а частотный отклик сигнала давления в картере первого порядка может быть значительно уменьшен, когда рабочие характеристики картера ухудшаются. Картер с ухудшенными рабочими характеристиками может влиять на все цилиндры двигателя с несколькими цилиндрами аналогичным образом, и, таким образом, частотные составляющие половинного порядка могут и не быть в значительной степени затронуты картером с ухудшенными рабочими характеристиками. Таким образом, в одном варианте выполнения картер с потенциально ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен путем определения того, что среднее давление в картере превышает среднее пороговое значение давления в картере, а спектральный состав давления в картере включает частотную составляющую половинного порядка, величина которой меньше пороговой величины половинного порядка. В другом варианте выполнения картер с потенциально ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен путем определения того, что среднее давление в картере превышает пороговое значение среднего давления в картере, а спектральный состав давления в картере включает частотную составляющую первого порядка, величина которой меньше пороговой величины первого порядка, и частотную составляющую половинного порядка, величина которой меньше пороговой величины первого порядка.

Приведенные выше примеры иллюстрируют различные подходы по распознаванию разных типов ухудшения рабочих характеристик двигателя в зависимости от спектрального состава давления в картере во время работы двигателя.

Давление в картере можно контролировать во время работы двигателя, так как проиллюстрировано в иллюстративном варианте выполнения способа, показанном на фиг. 7. Фиг. 7 показывает иллюстративный вариант выполнения способа 700 диагностики состояния двигателя. В одном примере способ 700 может включать диагностику состояния двигателя, основываясь на спектральном составе давления в картере. В другом примере способ 700 может включать распознавание между различными типами ухудшения рабочих характеристик, основываясь на спектральном составе нескольких частот давления в картере.

Например, учет как спектрального состава, так и стационарного давления в картере может предоставить информацию, которая позволяет различать ухудшение рабочих характеристик конкретного цилиндра, по сравнению с нормальным износом, равномерно распределенным между всеми цилиндрами двигателя. В этом примере повышенное стационарное значение давления, которое выше порогового значения стационарного давления, но с величиной спектрального состава давления в картере, по существу, вблизи частоты 520 половинного порядка ниже порогового значения 560, может указывать на общий износ всех цилиндров, тогда как повышенное стационарное значение давления, которое выше порогового значения стационарного давления, но с величиной спектрального состава давления в картере, по существу, вблизи частоты 520 половинного порядка выше порогового значения 560, может указывать на то, что рабочие характеристики одного из цилиндров ухудшились относительно других цилиндрах двигателя.

В качестве другого примера спектральный состав и стационарное давление в картере могут предоставлять информацию, которая позволяет распознавать между увеличенным прорывом газов конкретного цилиндра и ухудшением скорости продувки системы откачки картера. В этом примере увеличенное стационарное значение давления выше порогового значения стационарной скорости откачки, но с величиной спектрального состава давления в картере, по существу, вблизи частоты 520 половинного порядка ниже порогового значения 560, может указывать на ухудшение рабочих характеристик системы откачки картера, тогда как увеличенное стационарное значение давления выше порогового значения стационарной скорости откачки, но с величиной спектрального состава давления в картере, по существу, вблизи частоты 520 половинного порядка выше порогового значения 560, может указывать на то, что рабочие характеристики одного из цилиндров ухудшились относительно других цилиндрах двигателя.

На этапе 710 может быть измерено давление в картере. Например, давление в картере 160 может быть измерено с помощью датчика, такого как датчик 170 давления в картере, чтобы сгенерировать сигнал давления в картере во временной области.

На этапе 720 давление в картере может быть отфильтровано. В одном варианте выполнения сигнал давления в картере во временной области может быть отфильтрован с помощью фильтра нижних частот с частотой среза, слегка большей, чем частота первого порядка. Например, частота среза может быть от десяти до двадцати процентов больше, чем частота первого порядка. Таким образом, в одном варианте выполнения частота среза может быть определена, основываясь на скорости вращения двигателя.

На этапе 730 может быть сделана выборка давления в картере. Например, выборка давления в картере может быть сделана на частоте, большей или равной частоте Найквиста. В одном варианте выполнения выборка сигнала давления в картере во временной области может быть сделана на частоте, в два раза большей частоты первого порядка двигателя. В одном варианте выполнения выборка сигнала давления в картере во временной области может быть сделана на частоте, в два раза большей предельной час- 8 027146 тоты двигателя. Таким образом, посредством низкочастотной фильтрации и выборки на частоте, большей или равной частоте Найквиста, спектральный состав давления в картере не может быть смешан.

На этапе 740 выборка давления в картере может быть преобразована. Например, выборка давления в картере может быть преобразована для генерирования сигнала давления в картере в частотной области. В одном варианте выполнения для генерирования сигнала давления в картере в частотной области может быть использовано Быстрое Преобразование Фурье (РРТ).

На этапе 750 может быть применен алгоритм корреляции. В одном варианте выполнения алгоритм корреляции может быть применен для сравнения сигнала давления в картере в частотной области, например, спектрального состава давления в картере с отличительной характеристикой состояния двигателя. Например, отличительная характеристика для работоспособного двигателя может включать спектральный состав на частоте первого порядка с величиной ниже пороговой величины первого порядка и спектральный состав на частоте половинного порядка с величиной ниже пороговой величины половинного порядка. Пороговая величина первого порядка может соответствовать частоте вращения двигателя, нагрузке на двигатель, температуре картера и статистических данных двигателя.

Например, статистические данные двигателя могут быть сохранены в базе данных, включая выборку спектрального состава предшествующей работы двигателя. Таким образом, может быть выявлена тенденция спектрального состава, которая может быть использована для определения состояния работоспособности двигателя. Например, увеличение величины составляющей половинного порядка двигателя при заданной скорости вращения двигателя и нагрузки на двигатель может означать, что рабочие характеристики цилиндра ухудшаются. В качестве другого примера увеличение среднего давления в картере в сочетании без увеличения величины половинного порядка элемента двигателя для данной скорости вращения двигателя и нагрузки на двигатель может означать, что рабочие характеристики турбонагнетателя или системы откачки картера ухудшаются.

На этапе 760 определяют, была ли выявлена потенциальная неисправность. Например, потенциальные неисправности могут включать цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками, турбонагнетатель с ухудшенными рабочими характеристиками или систему откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками. В одном варианте выполнения потенциальная неисправность может быть найдена путем применения алгоритма корреляции, выполняемого на этапе 750. Если потенциальная неисправность выявлена, то способ 700 переходит к этапу 780, и диагностика двигателя может продолжаться. Если потенциальная неисправность не выявлена, то способ 700 переходит к этапу 770.

На этапе 770 данные давления в картере могут быть записаны. В одном варианте выполнения спектральный состав данных давления в картере может быть сохранен в базе данных, включая статистические данные двигателя. Например, база данных может храниться в памяти 134 контроллера 130. В качестве другого примера база данных может храниться в месте, удаленном от рельсового транспортного средства 106. Например, статистические данные двигателя могут быть заключены в сообщение и переданы с помощью системы 144 связи. Таким образом, центр управления может контролировать работоспособность двигателя в реальном времени. Например, центр управления может выполнять действия, такие как этапы 740, 750, 760, 770 и 780, чтобы диагностировать состояние двигателя, используя данные о двигателе, передаваемые с помощью системы 144 связи. Например, центр управления может получать данные о двигателе, включая данные о давлении в картере от рельсового транспортного средства 106, частотное преобразование данных о давлении в картере, применение алгоритма корреляции к преобразованным данным, и выявление потенциального ухудшения рабочих характеристик двигателя. Кроме того, центр управления может планировать техническое обслуживание и развертывать работоспособные локомотивов и ремонтные бригады таким образом, чтобы оптимизировать капитальные вложения. Статистические данные о двигателе могут быть в дальнейшем использованы для оценки состояния работоспособности двигателя до и после службы двигателя, модификации двигателя и замены элементов двигателя. Способ 700 может закончиться после этапа 770.

На этапе 780 может быть сообщена потенциальная неисправность. В одном варианте выполнения потенциальная неисправность может быть сообщена команде по управлению локомотива через дисплей 140. После получения сообщения оператор может отрегулировать работу рельсового транспортного средства 106, чтобы снизить возможность дальнейшего ухудшения рабочих характеристик двигателя. В одном варианте выполнения сообщение, указывающее на потенциальную неисправность, может быть передано с помощью системы 144 связи в центр управления. Кроме того, может быть также представлена степень опасности потенциальной неисправности. Например, диагностика неисправности, основываясь на спектральном составе давления в картере, может обеспечить возможность выявления неисправности на ранней стадии, чем когда неисправность выявлена только на основании среднего давления в картере. Таким образом, двигатель может продолжать работать, когда потенциальная неисправность диагностируется на ранних стадиях ухудшения рабочих характеристик. В противоположность этому может быть желательным остановить двигатель или запланировать быстрое обслуживание, если потенциальная неисправность выявлена как имеющая высокую степень опасности. В одном варианте выполнения степень опасности потенциальной неисправности может быть определена в соответствии с разностью между пороговым значением и величиной одного или большего количества составляющих спектрального состава

- 9 027146 давления в картере.

Если давление в картере указывает на потенциально неисправный элемент двигателя, дальнейшая диагностика может быть осуществлена, как показано на иллюстративном варианте выполнения способа, в соответствии с фиг. 8. Таким образом, основываясь на анализе спектрального состава давления в картере, можно контролировать и диагностировать двигатель во время работы. Кроме того, работа двигателя с элементом, имеющим ухудшенные рабочие характеристики, может быть отрегулирована для потенциального уменьшения дополнительного ухудшения рабочих характеристик элемента двигателя и потенциального уменьшения вероятности возникновения дополнительной неисправности двигателя и отказов при использовании. На этапе 800, и как дополнительно показано на фиг. 8, также может быть выявлена дополнительная потенциальная неисправность. Фиг. 8 изображает иллюстративный вариант выполнения способа 800 для диагностики состояния двигателя.

На этапе 805 составляющая половинного порядка может быть сравнена с пороговой величиной половинного порядка. В одном варианте выполнения, если величина составляющей половинного порядка больше, чем пороговая величина половинного порядка, потенциальная неисправность может представлять собой цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками, и способ 800 переходит к выполнению этапа 820, на котором может быть выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Однако если величина составляющей половинного порядка не больше, чем пороговая величина половинного порядка, потенциальная неисправность может представлять собой турбонагнетатель 120 с ухудшенными рабочими характеристиками или систему откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками, и способ 800 переходит к выполнению этапа 810.

На этапе 810 потенциальная неисправность может быть представлена как турбонагнетатель 120 с ухудшенными рабочими характеристиками или система откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками. В одном варианте выполнения потенциальная неисправность может быть сообщена команде управления локомотива через дисплей 140, и оператор может отрегулировать работу рельсового транспортного средства 106, чтобы уменьшить возможность дальнейшего ухудшения рабочих характеристик. В одном варианте выполнения сообщение, выявлявшее потенциальную неисправность как турбонагнетатель 120 с ухудшенными рабочими характеристиками или систему откачки картера с ухудшенными рабочими характеристиками, может быть передано с помощью системы 144 связи в центр управления. Способ 800 может закончиться после выполнения этапа 810.

На этапе 820 диагностика каждого цилиндра может быть выполнена таким образом, что может быть выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. В одном варианте выполнения измерения во временной области могут быть использованы для идентификации цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками. Например, давление в картере может периодически достигать максимума, при этом максимум может быть соотнесен с одним или несколькими из: положения коленчатого вала, положения распределительного вала и последовательности впрыска топлива. Таким образом, в одном варианте выполнения может быть выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками путем сопоставления информации о давлении в картере во временной области с одним или несколькими из: положения коленчатого вала, положения распределительного вала и последовательности впрыска топлива. В качестве другого примера цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен путем сопоставления информации о давлении в картере во временной области с порядком воспламенения в двигателе. Кроме того, алгоритм корреляции может компенсировать задержку переноса волны давления между цилиндром с ухудшенными рабочими характеристиками и датчиком давления.

Прорыв газов из цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками может повлиять на другие рабочие характеристики двигателя. Например, температура картера может достигнуть максимума во время такта расширения цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками. Аналогичным образом, температура и давление газов, откаченных из системы откачки картера, может достигать максимума или пульсировать таким образом, что могут быть коррелированны с цилиндром с ухудшенными рабочими характеристиками.

В одном варианте выполнения рабочий параметр двигателя может быть отрегулирован, чтобы выявить цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Например, цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен, основываясь на выборочном отключении впрыска топлива в один или несколько цилиндров двигателя. В одном варианте выполнения впрыск топлива может быть отключен для каждого цилиндра из указанных нескольких цилиндров последовательно, тогда как контролируют одно или несколько из: среднего давления в картере и спектрального состава давления в картере. Например, впрыск топлива в один цилиндр может быть отключен, а остальные цилиндры работать нормально. Путем отключения каждого цилиндра в последовательности может быть выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. В качестве другого примера впрыск топлива в группу цилиндров может быть отключен, а остальные цилиндры могут работать нормально. Путем последовательного периодического прохода через различные группы в процессе исключения может быть выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками.

В одном примере частотная составляющая половинного порядка давления в картере может контролироваться для каждого отключенного цилиндра четырехтактного двигателя. Отключенный цилиндр

- 10 027146 может представлять собой цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками, когда частотная составляющая половинного порядка падает ниже порогового значения половинного порядка, когда цилиндр отключен. Отключенный цилиндр может представлять собой работоспособный цилиндр, когда частотная составляющая половинного порядка остается выше порогового значения половинного порядка, когда цилиндр отключен. Другими словами, цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может представлять собой цилиндр, который дает больший вклад в спектральный состав на частотной составляющей половинного порядка, чем другие цилиндры. В одном варианте выполнения диагностика выборочным отключением может быть осуществлена, когда двигатель работает на холостом ходу или под небольшой нагрузкой.

Кроме того, среднее давление в картере может контролироваться, одновременно выборочно отключая впрыск топлива в один или несколько цилиндров двигателя. Например, среднее давление в картере может упасть непропорционально, когда цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками отключен.

В одном варианте выполнения диагностика выборочным отключением может быть дополнительно основана на спектральном составе других рабочих параметров двигателя, например, потока откачки картера, температуры откачки картера или температуры картера. Например, поток откачки картера может включать спектральный состав с частотной составляющей половинного порядка, когда работает цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Таким образом, наблюдение за спектральным составом различных рабочих параметров двигателя при одновременном выборочном отключении каждого цилиндра может выявить цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками.

В одном варианте выполнения цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен, основываясь на выборочной вариации впрыска топлива в один или несколько цилиндров двигателя. Например, количество топлива может быть выборочно увеличено или уменьшено в каждый цилиндр, одновременно контролируя частотную составляющую половинного порядка давления в картере. Кроме того, отличительная характеристика, например спектральный состав каждого цилиндра, может быть сравнена со статистическими данными о двигателе или данными о работоспособном двигателе. Например, тестовая диагностика может быть осуществлена на работоспособном двигателе, чтобы сгенерировать исходную отличительную характеристику. Исходная отличительная характеристика может затем быть сравнена со спектральным составом во время выполнения диагностики двигателя.

В одном варианте выполнения цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками может быть выявлен путем изменения времени впрыска топлива в двигатель. Например, опережающая корректировка угла может быть использована для диагностики цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками. Например, момент впрыска топлива в двигатель может запаздывать, чтобы потенциально увеличить прорыв газов и увеличить спектральный состав частотной составляющей половинного порядка. Запаздывание может увеличить сгорание и температуру выхлопных газов, которые могут увеличить скорость турбонагнетателя 120 и давление воздуха в коллекторе. Таким образом, максимальное давление воспламенения в цилиндрах может быть увеличено и прорыв газов может быть увеличен.

На этапе 825 определяют, был ли выявлен цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками. Если цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками выявлен, то способ 800 может продолжаться на этапе 840. Если цилиндр с ухудшенными рабочими характеристиками не выявлен, то способ 800 может продолжаться на этапе 830. На этапе 830 может быть сообщено, что существует потенциальная неисправность неизвестного цилиндра. Отчет может быть выдан, например, через дисплей 140 или сообщение, переданное через систему 144 связи.

На этапе 840 может быть сообщено, какой именно цилиндр потенциально имеет ухудшенные рабочие характеристики. Отчет может быть выдан, например, через дисплей 140 или сообщение, переданное через систему 144 связи.

На этапе 845 степень опасности потенциальной неисправности может быть сравнена с пороговым значением. Например, может быть более желательным выключить двигатель, чем получить повреждение цилиндра с ухудшенными рабочими характеристиками таким образом, что может привести к дополнительному повреждению двигателя. В одном варианте выполнения может быть определено пороговое значение, которое указывает, что непрерывная работа двигателя может быть нежелательной, потому что потенциальная неисправность имеет высокую степень опасности. Например, потенциальная неисправность может считаться имеющей высокую степень опасности, если величина частотной составляющей половинного порядка превышает пороговое значение. Двигатель может быть остановлен на этапе 850, если степень опасности потенциальной неисправности превышает пороговое значение. В противном случае способ 800 может быть продолжен на этапе 860.

На этапе 860 может быть направлен запрос на планирование технического обслуживания, например, посредством сообщений, присланных, например, через систему 144 связи. Кроме того, путем отправки сообщения о потенциальной неисправности и степени опасности потенциальной неисправности, время простоя рельсового транспортного средства 106 может быть снижено. Например, техническое обслуживание рельсового транспортного средства 106 может быть отложено, если потенциальная неисправность имеет низкую степень опасности. Время простоя может быть дополнительно снижено путем

- 11 027146 снижения параметров мощности двигателя, например, путем регулирования рабочего параметра двигателя, основанного на выявленном состоянии.

На этапе 865 может быть определено, разрешено ли снижение параметров мощности двигателя. Например, снижение параметров мощности двигателя может уменьшить прорыв газов, что может снизить статическое давление в картере и величину одной или нескольких составляющих спектрального состава давления в картере. Если снижение параметров мощности двигателя не разрешено, то способ 800 может закончиться. Однако если снижение параметров мощности двигателя разрешено, то способ 800 может продолжаться на этапе 870.

На этапе 870 рабочий параметр двигателя может быть отрегулирован, например, чтобы, например, уменьшить дополнительное ухудшение рабочих характеристик элемента. В одном варианте выполнения можно управлять скоростью вращения двигателя или мощностью двигателя, чтобы уменьшить прорыв газов во всех цилиндрах. В одном варианте выполнения впрыск топлива в цилиндр с потенциально ухудшенными рабочими характеристиками может быть уменьшен или запрещен, продолжая, при этом, работать с другими цилиндрами. Таким образом, двигатель может продолжать работать, а прорыв газов в цилиндре с ухудшенными рабочими характеристиками может быть уменьшен. Таким образом, двигатель может быть отрегулирован, чтобы потенциально снизить дополнительное ухудшение рабочих характеристик элемента двигателя и потенциально уменьшить вероятность катастрофической неисправности двигателя и дорожной аварии.

В одном варианте выполнения для определения спектрального состава давления в картере и диагностики состояния двигателя, основываясь на спектральном составе давления в картере, может быть использован диагностический комплект. Например, диагностический комплект может содержать контроллер, который выполнен с возможностью осуществления связи с одним или несколькими датчиками давления в картере, соединенными с картером и выполненными с возможностью измерения давления в картере. Контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью преобразования сигналов от указанного одного или нескольких датчиков давления в картере в спектральный состав, который представляет собой частотную информацию о давлении в картере. Контроллер может быть дополнительно выполнен с возможностью выявления состояния двигателя, основываясь на спектральном составе давления в картере.

В описании и формуле изобретения ссылка делается на ряд терминов, которые имеют следующие значения. Формы единственного числа также включают и множественное число, если из контекста явным образом не следует обратное. Язык аппроксимаций, используемый в настоящем документе в описании и формуле изобретения, может быть применен к любой модификации количественного представления, которое допустимо для изменения, не приводя к изменению основной функции, с которой оно связано. Соответственно, модификация значения таким термином, как приблизительно, не должно быть ограничено точным заданным значением. В некоторых случаях язык аппроксимаций может соответствовать точности прибора для измерения значения. Аналогичным образом, термин свободный может быть использован в сочетании с термином и может содержать несущественное количество или след, но при этом рассматриваться как свободный от модифицированного термина. Кроме того, если специально не указано иное, любое использование терминов первый, второй и т.д. не обозначает какой-либо порядок или значимость, а просто используются для отличия одного элемента от другого.

В данном описании термины может и может быть указывают на возможность наступления события в наборе обстоятельств; обладание указанным свойством, характеристикой или функцией; и/или использование другого глагола, путем выражения одного или нескольких из: умения, способности или возможности, связанных с подходящим глаголом. Соответственно, использование терминов может и может быть означает, что измененный термин по-видимому подходящий, способен или не подходят для указанной мощности, функции или использования, принимая во внимание, что в некоторых случаях изменение термина может иногда не быть подходящим, способным или годным. Например, в некоторых случаях событие или мощность можно ожидать, тогда как в других обстоятельствах событие или мощность может и не произойти - это различие охватывается терминами может и может быть.

Описанные выше варианты выполнения являются примерами изделий, систем и способов, имеющих элементы, соответствующие элементам, выполненным в соответствии с изобретением, заявленным в формуле изобретения. Это письменное описание может дать возможность специалистам осуществить и использовать варианты выполнения, имеющие альтернативные элементы, которые также соответствуют элементам, выполненным в соответствии с изобретением, заявленным в формуле изобретения. Объем изобретения, таким образом, включает в себя изделия, системы и способы, которые не отличаются от буквального изложения пунктов формулы изобретения, и дополнительно включает в себя другие изделия, системы и способы с несущественными отличиями от буквального языка пунктов формулы изобретения. Тогда как в настоящем документе были проиллюстрированы и описаны только некоторые признаки и варианты выполнения, специалисту в соответствующей области техники будут понятны многие модификации и изменения. Подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ диагностики двигателя, содержащего картер, в котором измеряют изменение во времени давления в картере;

определяют частотную составляющую спектрального состава давления в картере, имеющую частоту такта расширения;

сравнивают величину указанной частотной составляющей с ее пороговым значением; определяют состояние повышенного прорыва газов, вызванного ухудшением состояния цилиндра двигателя или связанного с ним элемента или их обоих, которое основывают, по меньшей мере частично, на превышении величиной указанной частотной составляющей порогового значения.
2. Способ по п.1, в котором двигатель представляет собой четырехтактный двигатель, а частота указанной частотной составляющей составляет приблизительно половину частоты вращения коленчатого вала.
3. Способ по п.1, в котором двигатель представляет собой двухтактный двигатель, а частота указанной частотной составляющей приблизительно равна частоте вращения коленчатого вала.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно снижают мощность двигателя в ответ на положительное выявление ухудшения рабочих характеристик цилиндра двигателя или элемента, связанного с цилиндром двигателя.
5. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно уменьшают количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя с ухудшенными рабочими характеристиками в ответ на положительное выявление ухудшения рабочих характеристик цилиндра двигателя.
6. Способ по любому из пп.1-3, в котором дополнительно коррелируют информацию о давлении в картере с одним или более из следующего: положение коленчатого вала, положение распределительного вала или последовательность впрыска топлива.
7. Способ по любому из пп.1-3, в котором выборочно отключают впрыск топлива в один или несколько цилиндров двигателя, основываясь, по меньшей мере частично, на величине частотной составляющей.
8. Способ диагностики двигателя, содержащего картер, в котором измеряют изменение во времени давления в картере;

определяют частотную составляющую спектрального состава давления в картере, имеющую частоту, приблизительно равную частоте вращения коленчатого вала;

сравнивают величину указанной частотной составляющей с ее пороговым значением; измеряют среднее давление в картере;

сравнивают указанное среднее давление с его пороговым значением;

определяют ухудшение рабочих характеристик картера, основываясь, по меньшей мере частично, на том, что указанное среднее давление превышает пороговое значение, а величина указанной частотной составляющей меньше порогового значения.
9. Способ диагностики двигателя, содержащего картер и выполненного четырехтактным, в котором измеряют изменение во времени давления в картере;

определяют частотную составляющую спектрального состава давления в картере, равную приблизительно половине частоты вращения коленчатого вала;

сравнивают величину указанной частотной составляющей с ее пороговым значением; измеряют среднее давление в картере;

сравнивают указанное среднее давление с его пороговым значением;

определяют ухудшение рабочих характеристик турбонагнетателя или системы откачки картера или их обоих, основываясь, по меньшей мере частично, на том, что указанное среднее давление превышает пороговое значение, а величина частотной составляющей меньше порогового значения.
10. Способ по п.9, в котором дополнительно выявляют состояние прорыва газов двигателя в ответ на выявление того, что величина указанной частотной составляющей превышает другое ее пороговое значение.
11. Система привода транспортного средства, содержащая двигатель, содержащий картер, датчик давления в картере и коленчатый вал, заключенный в картере; и контроллер, соединенный с датчиком давления в картере и выполненный с возможностью определения частотной составляющей сигнала датчика давления, осуществления диагностики двигателя способом по любому из пп.1-10 и регулирования рабочего параметра двигателя, основываясь на выявленном состоянии.
12. Диагностический комплект, содержащий контроллер, выполненный с возможностью осуществления связи с датчиком давления в картере, содержащий средства определения частотной составляющей сигнала датчика давления и выполненный с возможностью осуществления диагностики двигателя способом по любому из пп.1-10.