JP4101287B2 - 同一負荷状態の２部品の比較によるマシン健康状態推定方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的にマシン診断システムに関する。より詳細には、本発明は、作動パラメータデータを選択的に処理し、部品劣化または故障を診断および予測するのに有効なデータを提供するシステムに関する。
本明細書において、“部品”とは、並列に作動して並列の出力を生成する２つか３つ以上のマシン部品のことをいう。
【０００２】
（背景技術）
整備および診断のために、エンジン回転数、オイル圧、水温、ブースト圧、オイルの汚染物、電気モータ電流、油圧、システム電圧、排気マニホルドの温度等のような作動パラメータを計測するためのセンサーがマシンに取り付けられていることが多い。ある場合には、マシンの性能を評価し診断の助けとするためにデータベースをコンパイルする格納装置が設けられる。整備要員は故障の原因を判定したり診断に役立つように、得られたデータを検討する。同様に、整備要員は、実際の故障が起きる前にあらゆる問題を修正するために、格納されたデータを評価し、将来的な故障を予期することができる。このような診断および故障の予測は、特に超大型ハイウェイトラックと、オフハイウェイ鉱山用トラック、油圧掘削機、トラック式トラクター、ホイールローダ等のような大型の作業機械とに適する。大型の定置式エンジンのような定置型のマシンも正確な部品診断および故障の予測により利益を得ることができる。これらのマシンは、多額の資本を必要とし、作動が適当になされると相当に生産性を高めることができる。従って、小さな問題が悲劇的な故障に導く前に修理され、生産性に及ぼす影響が最小となるような期間の間に整備のスケジュールがたてられるように、劣化した部品を修理したり取り換えたりすること、および故障を予測することが重要である。
【０００３】
過去に用いられたシステムでは、マシンの異なる幾つかの作動状態の間にマシンセンサーからデータを得て蓄積するように構成されたものが多い。例えば、エンジンのアイドル状態における所定のデータが必要とされる場合であっても、エンジンが全負荷状態で作動している期間に作動データが得られることがある。このことは、整備要員が、異なる環境において得られたデータを比較し、検出されたパラメータに意味のある傾向があるかどうかを検討しなければならなくなる、という問題を提起することになる。
【０００４】
マシンが特定の作動状態のときだけパラメータを集積することが、時には有効である。この種の情報は、主として性能評価に用いられるものであるが、故障診断および前兆予知に用いてもよい。
【０００５】
さらに診断を助けるために、分析ができる限り簡潔であるような方法で情報を一括することが有益である。
【０００６】
作動中に並列的に負荷が与えられる、類似しているか、または同一の部品またはシステムをマシンが備えている場合には、これらの２つか３つ以上の同様に負荷が与えられた部品間で比較を行って、問題を診断したり、故障を予期することがある。公知の方法は、マシンオペレータまたは整備要員が、作動中に２つの部品間の差を物理的に見たり、聴いたりすること、すなわち感じ取るという“ハンドオン”アプローチである。例えば、燃費の悪さの原因を捜し出すのに、マシンオペレータが、シリンダ群すなわちポート間の温度差を感じ取ることが行われている。
【０００７】
同様に負荷が与えられる部品を比較する別の公知の技術は、“ドロップアウト試験”であり、この試験では、個々の部品を選択的にオフの状態にして、どの部品を取り除けばエンジンまたはシステムの出力に最も影響を及ぼさないかを判定する。
【０００８】
様々な部品の比較性能を評定する別の公知の手段は、車両ホイールすなわち駆動シャフト間の性能の差を計測するシャシー動力計、排気ガス温度計、および排気マニホルドすなわちシリンダの温度の差を表すシリンダーポートゲージおよび他の伝統的ではない方法および装置を用いることを含む。公知の部品比較方法と装置の欠点は、多くの試験に固有の性質に起因するものを含む。すなわち、多くの試験を実際の作動状態で実施できないという事実、車両の作動期間中に集積された過去の部品間の比較データが欠如していること、および１つか２つ以上の部品の劣化または故障を容易に判定できるように複数の部品からのデータを有効に比較することの困難性である。
【０００９】
（発明の開示）
本発明は、並列に作動する２つか３つ以上の同一のマシン部品に関する過去の作動データを表すことに関する。複数の並列的に作動する部品の作動パラメータの値の差に表れる傾向が把握される。この情報は、部品間の性能の差に表れる傾向に基づいて劣化を診断したり、故障を予測するのに有効である。
【００１０】
一般的に、本発明は、並列に作動される同一部品の作動パラメータを検出し、共通の作動パラメータの値を表す信号すなわちデータを作り出すシステムで達成される。検出された部品における作動パラメータの値の差を求め、傾向期間にわたる作動パラメータ間の差を平均する手段が設けられる。この差の平均に基づく傾向値がその傾向期間に関して作り出される。傾向値は、部品の相対的な性能に表われる傾向を把握するのに用いられる。
【００１１】
本発明の別の態様において、１つか２つ以上のマシン従属パラメータ（例えば、エンジン速度、燃料噴射量、冷却液温度）が所望の値になる条件の範囲に相当するトラップウィンドーすなわち傾向定義の間に傾向値が作られる。異なるマシンの作動状態のもとで部品が比較され、傾向が評価されるように、複数のトラップウィンドーを定めることができる。
【００１２】
トラップウィンドーを狭くし、特定のトラップラグ期間が経過した後に部品の読み取り値をトラップすなわち集積することによって傾向づけの正確さを高めるようにしてもよい。トラップラグ期間は、１つか２つ以上のマシン従属パラメータの条件が継続的に満たされる期間からなる。
【００１３】
本発明の方法及び装置は、部品が計測されるマシン上で実行され、配置されるようにしてもよい。故障診断および予測における融通性を高めるために、システムは、マシン上にまたはマシンの外における作動を含むことが好ましい。例えば、傾向値がマンシ上で生成され、遠隔ステーションに送られて、ここで、診断観察および見直しのために傾向が作られるようにすることができる。
【００１４】
一般的に、本発明によって求められるような部品作動パラメータ間の差における変化は、部品の１つに関する問題を示す。部品間の差の傾向は、所定の限界値と比較されて、警告信号をオペレータまはた診断要員に送る。
【００１５】
本発明の１態様においては、２つの同一の部品間における差の傾向が把握される。本発明の別の実施例においては、単一の部品と、複数の部品における値の平均との差の傾向が把握される。これら複数の部品は、上記単一の部品を含むものであってもよい。
【００１６】
本発明のこれらの特徴および別の特徴は、明細書をさらに読むことによって明らかになるであろう。
【００１７】
（本発明を実施するための最良の形態）
図１を参照すると、本発明の１用途を実施するための例示的なシステムが、エンジンブロック１２、対応する排気ポート１６を備えた複数のシリンダ１４、およびターボチャージャ２２のタービン入口に導く２分割された排気マニホルド１８、２０を備えたマシンのエンジンに用いるものとして図示されている。マシンのエンジンには、エンジン回転数、ラック（燃料噴射量）および冷却液温度のようなマシン従属パラメータを監視する公知の種類の電子エンジン制御装置２４が設けられている。図示のために、エンジン１２は、キャタピラー社により入手可能な超大型ハイウェイトラックの６気筒ディーゼルエンジンを表す。
【００１８】
分割されたマニホルド１８、２０からの各ターボチャージャタービン入口における排気マニホルドの温度の計測値は、シリンダの各バンクからの大体の平均ガス温度を示す。各分割されたマニホルドには、タービン入口において、例えば熱電対排気プローブのような公知の種類の排気温度プローブ２６が設けられている。電気信号がプローブ２６からＲＳ−４８５コンバータモジュール２８に送信されて、熱電対プローブ２６からの入力がディジタル温度読み取り値に変換される。
【００１９】
システムは、図１においてさらにエンジン制御装置２４とコンバータモジュール２８へのシリアルポート接続を備えたマシン搭載型診断モニター３０を含む。図１の実施例において、診断モニター３０は、主マイクロプロセッサおよびバッテリで作動する作動メモリおよびデータメモリー（２Ｍバイト ＲＡＭ）、フラッシュプログラムメモリー（２５６Ｋ−バイト）、リアルタイムのクロックチップと遠隔測定の接続およびプログラミング／ユーザインターフェイスのためのＲＳ−２３２ポートとからなる。また、診断モニター３０は、データ入力プロセッサと、ＳＡＥ−Ｊ−１７０８／Ｊ−１５８７“ＡＴＡ”データリンクを介して電子エンジン制御装置２４に、ＲＳ−４８５データリンクを介してコンバータモジュール２８に接続されているシリアルポートを含む。
【００２０】
ソフトウェア傾向モジュール３２が診断モニター３０のメモリー内に格納される。
【００２１】
診断モニター３０は、電子エンジン制御装置２４からエンジン回転数、ラックおよび冷却液温度のような機械作動情報を受けとる。診断モニター３０は、コンバータモジュール２８から２分割されたマニホルド１８、２０の排気温度情報を受け取る。傾向モジュール３２は、この情報を読み取り処理して検出された部品パラメータの傾向情報を発生させる。
【００２２】
診断モジュール３０内の傾向モジュール３２により求められた傾向情報は、ＲＳ−２３２ポート接続によって遠隔測定装置３６に、次いで同様に設けられているベースワークステーションコンピュータ３７に送られる。遠隔測定装置３６は、例えば、２路式ラジオトランシーバまたは衛星トランシーバのようなトランシーバ装置への公知の送信機を備える。
【００２３】
代替的に、あるいは付加的に、診断モニター３０における傾向づけモジュールによって求められた傾向情報は、記憶されて、適当なオペレータディスプレー／インターフェイス３４を用いてマシン内にグラフ的に表示されるようにすることができる。
【００２４】
図示した実施例においては、トランシーバ装置３６からベースコンピュータによって受け取られた傾向情報がベースコンピュータによって記憶され、例えば時間、日、また週を基準にして部品傾向をグラフで表すように変換される。過去の傾向は、マシンから離れてメンテナンス要員が監視できるので、有効で周期的に診断のスケジュールをたてることができる。２分割された排気マニホルドの温度の上限値または下限値を越える場合には、外部のボードコンピュータによって警告が発せられる。任意的には、警告は、診断モニター３０内の傾向づけモジュールソフトウェアによってマシン上で発することができ、ディスプレー３４でアラームをトリガし、遠隔装置３６を介して診断コードをベースステーションに中継するように構成することができる。
【００２５】
図１に図示した２分割排気マニホルドの適用例においては、２分割された排気マニホルド間の温度差の平均に変化を生じることは、例えば燃料噴射器の劣化を示す。一つの燃料噴射器が燃料を供給しなくなった場合には、これに対応するエンンジン群の２分割マニホルドは別の群で計測された温度よりも冷たくなる。２分割マニホルドの温度を比較し、傾向差に関する上限値および下限値の双方を設定することによって、燃料給送に関連した問題の診断を行なうことができる。ここでは、排気マニホルドの温度が本発明の作動パラメータになる。
【００２６】
図２を参照すると、検出された部品についての作動パラメータ（排気温度）に基づいて傾向づけられたデータポイント３８をグラフで示している。過去の傾向情報の表示は、傾向づけモジュール３２によって作り出された傾向データに基づいて、対応するプリンターまたはビデオディスプレー装置上のワークステーションコンピュータ３７または診断モニター３０によって形成できる。検出されたパラメータの傾向を見ることによって、例えば、一定の期間の間に検出された２分割マニホルドの温度差における顕著な増大または減少を観察することによって、部品の劣化とこれによる故障を早期に認識できる。図２は、２３８０時間の作動にわたって、図１の超大型ハイウェイトラック用エンジンについて傾向分析した結果を示す。約１４３時間で、平均排気ガス温度の差における顕著な増加が始まり、これは、エンジン群の一つに対して燃料噴射器の劣化の開始を表す。図２のグラフは、約２５０時間で故障した燃料噴射器が取り替えられる時間まで、劣化が徐々に進むことを示している。次いで、燃料噴射器の交換後には、傾向グラフは、残りの計測時間にわたって通常の状態に戻る。図示した実施例においては、排気マニホルド間の差の傾向が該傾向についての所定の限界を越えた時点である、ほぼ１８０エンジン時間経過時に外部に向けて警告がトリガされた。その時点で、故障した燃料噴射器が診断され、２５０時間の時点で、修理／取替えを行うのが良いこと、あるいは必要であると判断された。
【００２７】
図３と図３Ａを参照すると、診断モニター３０における傾向モジュール３２によって用いられ、傾向情報と適当な警告信号を発生させる方法が、フローチャートの形態で示されている。
【００２８】
図２のグラフ上のプロットされた各データ点は、１時間という所定の傾向期間内で図１のシステムによって得られる２分割排気マニホルド間の温度差の平均を表す１時間ごとの傾向ポイントである。各データが求められる傾向時間の長さは、図示した１時間のような時間内とするか、または、マシンあるいはシステムまたは部品の作動状態の変化、例えばトランスミッションのシフトのような作動状態における変化が計測された回数のいずれかとして計測することができる。説明をわかりやすくするために、図示した実施例では、１時間の傾向時間長さを用いる。
【００２９】
傾向づけ定義、すなわち傾向データが作り出される前に満足されなければならない条件を定める“トラップウィンドー”を構成するものとして、傾向データを生成するためのマシン従属パラメータが予め定められる。異なるパラメータについての傾向づけ定義すなわちトラップウィンドーは異なるものであり、“従属”パラメータと呼ばれることがある１つか２つ以上のマシン作動に関連するパラメータの関数となる。特定の従属パラメータが特定の傾向時間の長さにわたってトラップウィンドーの条件に適合すると、その条件のもとでの作動パラメータの傾向データが収集され、メモリー内に記録される。例えば、図１から図３の図示した実施例においては、２つの傾向づけ定義すなわちトラップウィンドーが、マシンのアイドル状態および負荷運転状態の２つについて、エンジン回転数、ラックおよび冷却液温度レベルあるいは冷却温度範囲のうちのいずれか２つの組み合わせによって定義される。もちろん、アイドル状態および負荷作動状態についてのトラップウィンドーの条件が満たされる状態で、マシンのエンジンが作動していなければならない。
【００３０】
図３を参照すると、例えばオペレータがマシンをオン状態にすると、システムは段階１０４においてパワーアップされる。段階１０４において、傾向モジュールは、プローブ２６によって計測された並列状態の部品（２分割排気マニホルド１８、２０）の温度（作動パラメータ）を表すセンサーデータＴ1、Ｔ2を集める。段階１０６において、２分割マニホルドの排気温度間の差ＴsplitがＴ2からＴ1を引くことによって計算される。段階１０８において、システムは、図３Ａに図示され、以下に詳細に述べるアルゴリズムを用いて、トラップウィンドーの条件が現在満たされているかどうかを判定する。トラップウィンドーの条件が満たされていない場合には、システムは直接段階１１２に進み、ここで、図示した実施例においては、１時間の傾向期間が終了したかどうかを判定する。そうでない場合には、システムは段階１０４に戻り、ループが繰り返される。
【００３１】
段階１０８において、トラップウィンドーの条件が満たされている場合には、現在の温度差の値Ｔsplitが先の温度差の合計値Ｔsplitsumに加えられて、Ｔsplitsumを“蓄積”すなわち段階的に増やす。現在の傾向期間に蓄積された温度差の読み取り回数も段階１１０で段階的に増える。次いで、システムは段階１１２に進み、上述したように、１時間という現在の傾向時間の長さが終了したかどうかを判定する。終了していない場合には、ループが再び繰り返され、収集された部品センサーデータを用いて段階１０４を開始する。
【００３２】
段階１０４、１０６、１０８、１１０および１１２のループは傾向時間長さが終了するまで続き、傾向時間が終了した時点でシステムが段階１１４に進み、その時間の長さに対して十分な温度差の読み取り値が求められたかどうかを判定し、傾向時間長さの傾向づけられたデータポイントの適切な基準を与えることになる。最後の傾向時間長さに関する温度差読み取り値Ｔsplitcounterの全数が、最小の所定の傾向回数に達しない場合には、システムは段階１１６に進み、その傾向時間長さに関する傾向ポイントが無効であるとタグ付けされ、これは、システムにより無視されることになる。しかしながら、段階１１４において最小の傾向回数計数値が満たされている場合には、システムは段階１１８に進み、温度読み取り値の合計を、傾向時間長さに関して記録された全回数で割ることによって、傾向づけられたデータポイントＴsplitavg（最後の傾向時間長さに対する２分割マニホルドの平均温度）が求められる。
【００３３】
段階１２０において、システムは、最後の傾向時間長さの傾向づけられたデータポイントを表す信号を作り出し、送信する。この信号は記憶され、対応するコンピュータ装置３７または３０によって変換され、図２に示すようにグラフ表示上にプロットされた傾向ポイントになる。段階１２２において、システムは、所定の２分割された排気マニホルドの上限温度と下限温度に対して傾向づけられたデータポイントＴsplitavgをチェックして、計測されている部品が劣化する可能性があることを示す警告信号が必要かどうかを判定する。図３の図示した実施例において、最後の傾向時間長さにおける２分割されたマニホルドの傾向づけ温度が最低限界以下かまたは最大限界以上である場合には、警告が発せられ、段階１２４で送信される。段階１２２における２分割されたマニホルドの平均温度が上限値と下限値との間にある場合には、いかなる警告信号も発せられない。段階１２２または１２４のいずれかの後に、システムは段階１０２に進み、蓄積された合計の２分割マニホルドの温度差と温度の読み取り回数がゼロにリセットされる。次いでシステムは、次の傾向時間長さに関する処理を繰り返す。
【００３４】
図１に図示した実施例においては、段階１２２と１２４は、マシンから離れたベースステーションコンピュータ３７で実行される。代替的に、あるいは付加的に、傾向づけられたデータポイントを所定の限界値と比較するのに適当なソフトウェアとハードウェアで診断モニター３０を補足すること、例えば、図２に示されているようなグラフの形態における傾向づけられたデータポイントを表示すること、および光の点灯、ブザーまたはディスプレーのような、例えば診断コードまたは聴覚的な信号のような警告信号を発生させることによって、マシン内で段階１２２、１２４を実行することもできる。
【００３５】
図３Ａを参照すると、図３における段階１０８において、トラップウィンドーの条件が満たされているかどうかを判定するサブルーチンが図示されている。
【００３６】
エンジンの２分割された排気マニホルド間の温度差の傾向づけに関する図１から図３の図示した実施例において、２つのトラップウィンドーが定義される。すなわち、エンジンが負荷状態のときにデータを収集するための第１のトラップウィンドーと、エンジンがアイドル状態のときにデータを収集する第２のトラップウィンドーである。
【００３７】
図３Ａにおける段階１０８ａで図示したトラップウィンドーの判定は、負荷運転状態とアイドル状態についてのトラップウィンドーとして共通のものである。負荷運転状態とアイドル状態に関する、図示した実施例におけるトラップウィンドーは、それぞれ以下の通りである。
エンジン速度＞最小−負荷チェック−エンジン−速度、
エンジン速度＜最高−負荷チェック−エンジン−速度
燃料要求（ラック）＞最小−負荷チェック−ラック
冷却液温度＞最小−負荷チェック−冷却液−温度
のとき
エンジン速度＞最小−アイドルチェック−エンジン−速度、
エンジン速度＜最高−アイドルチェック−エンジン−速度
燃料要求（ラック）＞最小−アイドルチェック−ラック
冷却液温度＞最小−アイドルチェック−冷却液−温度
のとき
上述の条件が満足されていれば、負荷作動状態とアイドル作動状態という条件が満足されたことになり、データが傾向づけられる。図２の傾向づけられたデータポイントのグラフは、２３８０時間の作動時間にわたり負荷作動状態とアイドル状態のトラップウィンドー内で収集されたデータから得られる。
【００３８】
適当なトラップウィンドーの条件が満たされていない場合には、システムは段階１０８ｂに進み、マシンの作動パラメータがトラップウィンドー内にあった時間のカウントはゼロを示す。マシンはトラップウィンドー内で作動していないので、段階１０８ｃにおいて、２分割マニホルドの温度差の読み取り値に故障のタグをつける。次いで、システムは図３の段階１０８に戻り、次いで段階１１２に戻る。
【００３９】
段階１０８ａにおいて、トラップウィンドーの条件が満足されている場合には、システムは、段階１０８ｄに進みトラップ時間の回数が段階的に増える。故障の可能性のある部品データの読み取り値を取り除くことによって傾向をさらに純化するように、段階１０８ｅにおいて、“トラップラグ”の判定がなされる。
【００４０】
トラップラグは、段階１０８ａにおける現在のトラップウィンドーの条件が満たされている時間長さと定義される。トラップウィンドーの条件が連続してトラップラグ時間長さにわたって満たされるまで、マシン部品センサーからのデータは、傾向の目的のためには無視される。トラップラグ時間は、経験、またはマシンの作動状態が変化したときのマシン部品のヒステリシスを考慮して設定できる。例えば、マシンが最初にオンされたとき、アイドル状態のトラップウィンドーは満足するが、排気マニホルドの温度は、マシンが最低時間長さの間、適当にアイドリングされるまで、安定した温度に達しない。トラップラグの時間長さが終了する前における傾向データは、不正確である可能性がある。同様に、アイドル状態から負荷運転状態に切り換えられると、排気マニホルド温度Ｔ1、Ｔ2が、負荷運転状態に関して安定した状態に達するまでに、いくらか時間が必要とされる。負荷運転状態とアイドルな状態に関して図示された実施例におけるトラップラグはそれぞれ以下のとおりである。
エンジンパラメータは、最小−負荷チェック−ラグ−時間秒よりも長い間、負荷チェックに連続して適合した。
エンジンパラメータは、最小−アイドルチェック−ラグ−時間秒よりも長い間アイドルチェックに連続して適合した。
【００４１】
従って、トラップラグは、トラップウィンドーを狭くして、マシンが作動状態すなわち状況を変更したときの部品のヒステリシスの影響を取り除き、検出された部品をデータが傾向づけされる前に“暖機”することができるようにするものである。トラップラグは、マシンが作動されるときに状態の変化を生じるあらゆるマシン部品にも実質的に用いることができることがわかる。
【００４２】
段階１０８ｅにおいて、トラップ時間がトラップラグに達していないと判断された場合には、傾向データは、段階１０８ｃにおいて故障として指定され、システムは、図３の段階１０８と１１２に戻る。トラップ時間がトラップラグを越える場合には、部品が現在のトラップウィンドー内において安定した状態に達したことを示し、システムは段階１０８ｆに進み、傾向データは真実として決定される。次いで、システムは図３における段階１１０に進み、２分割排気マニホルドにおける温度の値の合計を段階的に増大させ、すなわち蓄積させて、現在の傾向時間長さの傾向づけられたデータポイントを作りだすことになる。
【００４３】
並列の排気マニホルドの作動温度を傾向づけるための上述の装置と方法は、共通の計測可能な出力で並列に作動する多くの種類のマシン部品に適用できることが、本分野の当業者であれば容易にわかるであろう。ここに図示した部品（排気マニホルド）と作動パラメータ（温度）は、特定の一例にすぎない。
【００４４】
図１から図３に図示した実施例において、共通の作動パラメータ（温度）の平均の差を傾向づけることにより、並列な作動部品に関して部品劣化と故障の診断／予診が判定される。図４から図６の別の好ましい実施例において、個々の部品と複数の部品の平均とを傾向づけることによって、傾向情報の有効性が高められる。この方法は個々の部品の診断の感度を改善する。
【００４５】
図４を参照すると、本発明の別の例示的な適用例が、シリンダポート温度計測器を有する定置式発電機用エンジンについて図示されている。この適用例において、各シリンダポートと複数のシリンダポートの平均温度との差が傾向づけられて、個々の部品診断を行なうための好ましい方法を表す。個々の排気ポート２１６を有する８個のシリンダ２１４を有する２つのシリンダ群２１２からなる発電機用エンジンが図示されている。シリンダ群２１２の排気ポート２１６は並列なターボチャージャタービン入口２２２に排気を送る。
【００４６】
図４において、監視されるべき並列の部品（シリンダ）が、各排気ポート２１６に配置されている熱電対プローブ２２４を介して個々に排気ポートを計測するのに設けられている。図４のプローブ２２４は、公知の種類のＫタイプ熱電対排気ポートプローブである。
【００４７】
各排気ポートプローブ２１６からの温度出力信号が、連通ラインすなわちリング２１７を介してプログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）２２６に送信され、該コントローラは、エンジンとこれに対応する発電装置の機能を公知の手段で監視して制御する。本発明のＰＬＣ２２６は、電子エンジン制御および図１の実施例におけるコンバータモジュール構造に類似しており、従属パラメータとエンジンおよびセンサー２２４からの部品データを集め、ディジタル形態に変換する有効な装置を提供する。個々のポート計測情報が、ＰＬＣ２２６からＲＳ−２３２シリアルリンクを介してパーソナルコンピュータ２２８に送られて、傾向モジュールソフトウェアが、個々のポート計測値から１時間ごとの傾向情報を求める。次いで、１時間毎の傾向情報は、電話接続用モデム２２９を介してベース場所におけるマスターコマンドおよび制御ワークステーションコンピュータ２３０に送られて、傾向を作り出し、マシンの作動を監視する。あるいは、傾向づけモジュールおよび１時間ごとの傾向情報の発生機能をマスターワークステーションコンピュータから離れて配置し、実行するように構成できる。
【００４８】
個々のポート計測値２２６、２２８、２３０から得られた情報を受取り、処理して送るための図４に示した装置は、自動車マシンに適用される図１の実施例の診断モニターおよびトランシーバ装置と置き換えることができる。図４は、マシン部品のためのパラメータデータを計測して集めるのに用いる装置をマシンの特性に従って別の形態にできることを示す。図１の実施例におけると同様に、マシン部品の計測値を収集し、傾向づけるための装置を、マシン上に、あるいはマシン外に配置し、様々な組合せでデータ通信を適当な遠隔測定装置によりで行うことができる。
【００４９】
図５を参照すると、図４のシステムによって計測された２つの異なる傾向に関するプロットされた傾向をグラフで示している。上方の傾向プロット２４０は、Ｙ軸スケール２４２に対応する摂氏温度の単位で単一のシリンダ（例えば、第１４番目）の個々のポート温度の１時間ごとの計測値を表している。下方の傾向プロット２４４は、第１４番目のシリンダの個別のポート温度と、これに対応するシリンダ群の平均温度の差を１時間ごとの計測値で表している。ポートポイントからプロット２４４の群内平均傾向ポイントを引いたものが内側のＹ軸スケール２４６に対応する。個々のポート温度の外側Ｙ軸スケール２４２とポート温度からバンク平均温度を引いたものの内側Ｙ軸スケール２４６は、摂氏温度の単位で同じ絶対値を表しており、スケールの上部と底部との間の差は２５０℃である。
【００５０】
図５における傾向プロットは、ポート温度対群内平均温度を傾向づけることによって単一のポート温度傾向２４０に存在する偏差をほぼ全てなくすことになる。図５に図示された時間ウィンドーにおいて、第１４番目のポートには問題はなく、その結果得られた傾向プロット２４４は、傾向ポイントからなる、比較的なめらかで均一な線である。しかしながら、例えば、第１４番目のポートの燃料噴射器がつまり始めた場合、この問題は、単一のポート温度傾向２４０よりも、ポート温度からポート群内平均温度を引いたものである傾向２４４からの方がより簡単に検出できるであろうし、第１４番目のシリンダポートの温度における診断上重要な問題となる偏差は、なめらかで均一なポートの値から群内平均を差し引いた値を、通常作動の基準標準値と対比することにより、簡単に識別できる。
【００５１】
図６を参照すると、ポートから群内平均をひいた計測値を傾向づける方法が図示されている。図３の方法と同様に、図６に示した方法は、シリンダポートまたは排気ガス温度計測値に限定されるものではなく、別のマシン部品を傾向づける用途にも適用できる。
【００５２】
説明のために、エンジンは始動／停止の場合を除いて一定の回転数で作動すると想定する。従って、傾向づけ定義、すなわちトラップウィンドーの条件は、エンジン速度が最低の所定のエンジン速度よりも大きいとき、すなわちエンジン速度＞最低−チェック−エンジン速度、のときに満たされる。
【００５３】
図４のシステムの初期のパワーアップ時に、センサーデータは、各１６個のシリンダボート毎に段階２５４で集められる。図示したポートの温度に関する実施例において、収集されたデータは各シリンダポートの温度である。段階２５４において、収集されたポート温度には、ＰＣ−２２８においてＰＣベースの傾向収集ソフトウェアにより、対応するシステムの値（Ｔ1Ｔ2・・・Ｔ3）が与えられる。
【００５４】
段階２５６において、各シリンダ群の平均シリンダポート温度が求められる。図示した実施例において、奇数の番号が付されたシリンダ群の平均温度は（Ｔ1Ｔ3・・・Ｔ15）の合計を８で割ったものであり、偶数番号のシリンダ群の平均は（Ｔ2Ｔ4・・・Ｔ16）の合計を８で割ったものである。
【００５５】
段階２５８において、各シリンダ（ｊ）のポート温度から群内平均温度をひいた値Ｔportsplit(j)は、個々のポート温度Ｔjから対応する群内平均Ｔavgをひくことによって求められる。
【００５６】
段階２６０において、システムは、マシン従属パラメータ（エンジン回転数）についてのトラップウィンドー条件が満たされたかどうかを判断する。これは、段階１０８ａにおいて、簡潔化されたトラップ、エンジン速度＞最小−チェック−エンジン−速度を用いて図３Ａに示した方法で求めることができる。段階２６０において、トラップウィンドーの条件が満たされている場合には、システムは段階２６２に進み、現在のシステムループに対するポートから群内平均値を差し引いた値Ｔportsplit(j)が各シリンダｊに関するポートから群内平均読み取り値を差し引いた値の先の合計値Ｔportsplitsum(j)に加えられる。各シリンダｊに関する傾向回数は、段階２６２において、段階的に増加される。
【００５７】
段階２６２の後で、あるいは、段階２６０においてトラップウィンドーの条件が満たされていない場合には、システムは段階２６４に進み、例えば１時間の現在の傾向時間長さが終了したかどうかを判定する。終了していない場合には、システムは段階２６４に戻り、ループが繰り返されてシステムにおけるシリンダの次の組のデータポイントが作り出される。段階２６４において傾向時間長さが終了したと判断されると、システムは最初に段階２６６に進み、ここで、シリンダの値（Ｊ）が１にリセットされ、次いで段階２６８に進み、ここで、シリンダｊに関する回数が、ポートから群内平均値を引いた値の正確な平均Ｔportsplit avg(j)を求めるのに最低必要であるものとしてユーザによって予め決められている傾向回数と比較される。段階２６８において、最低の傾向回数に達していない場合には、システムは段階２７０に進み、Ｔportsplit avg(j)が無効であるとタグ付けされて、この値はシステムにより無視される。段階２６８において、最低の傾向回数に達していれば、システムは段階２７２に進み、ここで、ポートと群内平均との差に関する平均値が求められる。
【００５８】
次いでシステムは、段階２７４に進み、シリンダｊに関するポートと群内平均との差についての平均値を表す信号が作り出される。この信号は、対応するコンピュータ装置２３０および／または２２８（図４参照）に記憶されて、図５に示すようなグラフディスプレー上のプロットされた傾向ポイントに変換される。段階２７６において、システムは、所定の最高限界値と最低限界値に対する傾向値をチェクする。傾向ポイントが上限値を超えているか、あるいは下限値以下である場合には、警告信号が作り出されて段階２７８に送られる。そうでない場合には、システムは段階２８０に進み、監視されているシリンダが次のシリンダまで段階的に増える。段階２８２において、段階的に増えたシリンダの値が、本実施例では１６個のシリンダの全シリンダ数よりも大きい場合には、システムは段階２５２に戻り、傾向アキュムレータがゼロにリセットされて、次の傾向期間を開始する。段階２８２において、現在のシリンダ数が全シリンダ数よりも大きくない場合には、システムは段階２６８に戻り、システムにおいて次のシリンダを傾向づける。
【００５９】
（産業上の利用分野）
上述の記載から、並列部品を傾向づける方法はマシンシステムにおいて並列に負荷が与えられる多くの異なる種類の部品に適用できることがわかる。並列に負荷が与えられた部品に関する過去の作動パラメータデータを傾向づけることによって、起こりうる可能性のある劣化故障を表す部品の性能における変化は、個々の部品の傾向のみを見るだけよりもより正確に診断できる。これによって、早期に問題の診断を行なう可能性が増え、部品が故障したり、マシンに重要な悪影響をおよぼす前に修理を行うことができる。また、マシンの作動の間に都合よく部品を交換し、または修理の計画がたてやすくなる。
【００６０】
計測されるパラメータ、トラップウィンドーの状態および定義、傾向期間の長さ、計測され、平均され比較される部品の数、センサーの種類、および部品データを受取りこの情報を傾向づける対応する装置の選択は、変えることができる。従って、本発明を実施する方法と装置の前述の実施例は、請求の範囲を超えて本発明を限定するように解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、２分割された排気マニホルドを備えたエンジンの概略線図と、分割された排ガス温度間の差を傾向づけ、部品の劣化または故障を診断し予測するための、本発明に関するシステムである。
【図２】図２は、図１のシステムによって発生した傾向データのグラフである。
【図３】図３と３Ａは、図１の実施例に用いられ、図２の傾向データを作り出す方法の概略的なフローチャートである。
【図４】図４は、個々のシリンダ排気ポート温度計測を備えたエンジンの概略線図と、個々のシリンダとシリンダバンク平均との差を傾向づけるための、本発明に関するシステムである。
【図５】図５は、図４のシステムによって発生した傾向データのグラフである。
【図６】図６は、図４の実施例に用いられ、図５の傾向データを発生させる方法の概略フローチャートである。

Claims (24)

1. 複数の並列に作動する同一のマシン部品(18,20,216)を使用するシステムにおける前記複数のマシン部品間の相対的劣化を診断する方法において、
   前記複数のマシン部品(18,20,216)に共通の作動パラメータの値を検出し検出した値を表す信号を生成するセンサー手段(26,224)を、前記複数のマシン部品(18,20,216)のそれぞれに設け、
   前記マシン部品が使用されるシステムの所定の作動状態に関し、該作動状態に関連する前記作動パラメータの値を収集する条件として特定の作動状態範囲を定め、前記システムが前記特定の作動状態範囲にある間に、少なくとも２つの前記マシン部品間における前記作動パラメータの値の差を周期的に求め、求められた差を所定の傾向判定期間にわたって平均し、得られた平均値をパラメータ傾向値とし、
   前記パラメータ傾向値を、前記システムが前記所定の作動状態にあるときに継続的に求め、該パラメータ傾向値に急激な変動があるかどうかを判定する、
   段階からなる方法。
2. 前記作動パラメータの値を収集する期間として、前記システムの前記特定の作動状態範囲に対応するマシン従属パラメータに関してトラップウィンドーを定め、該トラップウィンドー内において発生した前記作動パラメータの値の差に基づいて、前記作動パラメータにおける変化の傾向の値を作り出す段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記システムの異なる作動状態範囲に対応する複数のトラップウィンドーを定め、各々のトラップウィンドーごとに得られる前記作動パラメータの値の差に基づいて、作動パラメータにおける変化の傾向の値を作り出す段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記マシン従属パラメータが前記トラップウィンドーの条件を満足することが要求される期間としてトラップラグ期間を定め、該トラップラグ期間が発生した後に、前記トラップウィンドー内に発生した前記作動パラメータの値の差を収集して所定の作動パラメータにおける変化の傾向の値を作り出す段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記トラップラグ期間は、前記マシン従属パラメータの値が前記トラップウィンドーの条件に常時適合する時間長さからなることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記マシン(12)は自動車であり、前記パラメータ傾向値を作り出す前記段階は、前記マシン内に配置された手段(30)によって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記パラメータ傾向値は、前記マシン(12)の外に送られ、判定する前記段階は、前記マシンの外に配置された手段(37)によって実行されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記傾向値を所定の限界値と比較する段階)を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記傾向値が前記所定の限界値を超えると警告信号を発する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 少なくとも２つのマシン部品間における前記作動パラメータの値の差を周期的に求める前記段階は、２つの同一の部品の前記作動パラメータの値の差を求める段階からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 少なくとも２つのマシン部品間における前記作動パラメータの値の差を周期的に求める前記段階は、一つの部品の作動パラメータの値と複数の部品の作動パラメータの値を平均した値との差を求める段階からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記複数の部品は前記一つの部品を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 並列に作動する複数の同一のマシン部品(18,20,216)を使用するシステムにおける前記部品間の相対的劣化を診断する装置において、
    前記複数のマシン部品(18,20,216)に共通の作動パラメータの値を検出し検出した値を表す信号を生成する複数のセンサー手段(26,224)と、
    前記マシン部品が使用されるシステムの所定の作動状態に関し、該作動状態に関連する前記作動パラメータの値を収集する条件として定められる特定の作動状態範囲にある間に、該信号を受信し、少なくとも２つの前記マシン部品間における前記作動パラメータの値の差を周期的に求める手段(30,228,37)と、
    求められた差を所定の傾向判定期間にわたって平均し、得られた平均値であるパラメータ傾向値を生成する手段(30,228,37)と、
    前記パラメータ傾向値を、前記システムが前記所定の作動状態にあるときに継続的に求めて、該パラメータ傾向値に急激な変動があるかどうかを判定する手段(30,228,37)と、
    を備える装置。
14. 前記作動パラメータの値を収集する期間として、前記システムの前記特定の作動状態範囲に対応するマシン従属パラメータに関して設けられるトラップウィンドーと、該トラップウィンドー内に対応する前記マシン従属パラメータの値を表す信号を発信させるための手段とを含んでおり、前記パラメータ傾向値は、前記トラップウィンドー内に発生した複数の部品における作動パラメータの値の差に基づくものであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記システムの異なる作動状態範囲に対応する複数のトラップウィンドーを定め、各々のトラップウィンドーごとに得られる前記作動パラメータの値の差に基づいて、作動パラメータにおける変化の傾向の値を作り出す手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記マシン従属パラメータが前記トラップウィンドーの条件を満足させることが要求される期間としてトラップラグ期間を定め、該トラップラグ期間が経過した後に、該トラップウィンドー内に発生した前記作動パラメータの値の差を収集して、所定の作動パラメータにおける変化の傾向の値を作り出す手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
17. 前記トラップラグ期間は、前記マシン従属パラメータの値が前記トラップウインドーの条件に常時適合する時間長さからなることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記マシン(12)は自動車であり、前記パラメータ傾向値を作り出すための前記手段は前記マシン(12)内に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
19. 前記傾向値を生成する前記手段は、前記マシン(12)の外に配置されており、前記傾向値に急激な変動があるかどうかを判断する前記手段に前記傾向値を送る手段を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
20. 前記傾向値を所定の限界値と比較する手段を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
21. 前記傾向値が前記所定の限界値を越えると警告信号を発する手段を含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記複数のマシン部品は、同一の２つの部品であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
23. 作動パラメータの値の差を周期的に求める前記手段は、一つのマシン部品の作動パラメータと、複数のマシン部品の作動パラメータの値を平均した値との差を求めることを特徴とする請求項１３に記載の装置(12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,37)。
24. 前記複数の部品は、前記一つの部品を含むことを特徴とする請求項２３に記載の装置。

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