專利名稱：用于檢測噪聲的信號圖像的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測裝置中的噪聲尤其是運行噪聲的信號圖像或頻譜的裝置和方法。例如微裂縫的微事件產(chǎn)生噪聲，該噪聲能夠被聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器檢測到。該裝置尤其是包括具有帶活塞的結(jié)構(gòu)以及氣缸結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機，該氣缸結(jié)構(gòu)尤其是氣缸插件，而活塞則在其中來回運動。該活塞可以裝備有至少一個活塞環(huán)。
背景技術(shù)：
JP61135939中公開了由聲學(xué)傳感器檢測到在氣缸套中滑動的活塞環(huán)的噪聲。該信號和存儲在所謂的裂縫探測單元中的頻率數(shù)據(jù)進行比較。這里，通過產(chǎn)生振動以便進行故障檢測，然后測量該振動從而檢測出斷裂的活塞環(huán)。此外，斷裂活塞環(huán)的頻率范圍和微事件的特征頻率范圍相去甚遠。
在EP-A-0706039中公開了一種用于監(jiān)測滑動副的系統(tǒng)，它可以分別監(jiān)測氣缸插件的滑動對和活塞或活塞環(huán)的每點上的潤滑膜和實際摩擦關(guān)系。
EP1505270中公開了一種用于通過傳感器來確定潤滑膜的局部狀態(tài)的參數(shù)的裝置和方法，該參數(shù)表示潤滑膜的特征值，并且能夠饋送到包括調(diào)節(jié)裝置控制單元中，該控制單元控制潤滑劑噴嘴，以便在氣缸壁的運動表面上局部最優(yōu)化該參數(shù)。EP1505270中還公開了采用傳感器檢測聲振蕩，即所謂的結(jié)構(gòu)載振動聲振蕩。這里采用的測量原理是基于檢測聲振蕩，即所謂的結(jié)構(gòu)載振動聲振蕩，該聲振蕩由運行狀態(tài)下的往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的多個部件產(chǎn)生。在該結(jié)構(gòu)中，無源結(jié)構(gòu)載振動聲音傳感器本身僅僅是一個檢測器，例如壓電檢測器，通常是麥克風(fēng)，其檢測載往復(fù)式活塞內(nèi)燃機中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)載振動聲波，然后將這些聲波供給到控制單元，例如采用電信號的形式以便進一步評估。通過檢測到的結(jié)構(gòu)載振動聲波圖像中，可以獲得關(guān)于例如載潤滑膜的特征值的結(jié)論，尤其是關(guān)于載氣缸壁的運動表面上的特定點的潤滑膜的厚度。該結(jié)構(gòu)載振動聲波還能夠指定為聲波發(fā)射。它們是彈性應(yīng)力的彈性波，例如因為往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的部件例如氣缸、活塞、活塞環(huán)等等吸收應(yīng)力能量然后再次發(fā)射該應(yīng)力能量從而大幅度產(chǎn)生該彈性波。聲波因此會例如因材料中應(yīng)力突然變化而產(chǎn)生，尤其是出現(xiàn)例如微斷裂、微裂縫的微事件或者出現(xiàn)自發(fā)顯微材料形變時會產(chǎn)生聲波。在氣缸中，在通常至少部分包含金屬或涂層金屬的氣缸壁、活塞、活塞環(huán)等等的運動表面中，如上以示例性方式命名的微事件的典型線性膨脹處于大約1微米至大約100微米的范圍內(nèi)，尤其是對于軟鋼或中硬度鋼是10微米至大約100微米范圍內(nèi)，對于精細鋁合金而言是1微米至大約10微米范圍內(nèi)。在該結(jié)構(gòu)中，在裂紋擴展速度和聲音速度之間存在差別，其中該聲音速度就是在裂紋擴展時產(chǎn)生的聲波的速度。前者處于50至600米/秒的范圍內(nèi)，而后者在金屬中高達1000至3700米/秒的范圍內(nèi)。在本文中，還注意到，聲音速度在空氣中的傳播速度量級要低于在金屬中的傳播速度量級，在空氣中聲波速度僅為300米/秒。尤其是對于鋁或鎳，聲音速度值測得為3100至3200米/秒的范圍內(nèi)；對于鐵或釩，聲音速度值測得為3000至3100米/秒的范圍內(nèi)；對于鉻或鉬，聲音速度值測得為3400至3600米/秒的范圍內(nèi)。對于銅，測得的聲音平均速度較低，也就是大約2450米/秒。因此，假設(shè)構(gòu)成上述部件的最大部分集合的合金聲音速度優(yōu)選處于金屬專有范圍內(nèi)?？紤]到可能會在材料中出現(xiàn)的阻尼，在該過程中產(chǎn)生的聲波的振幅和/或頻譜是微事件的強度、程度和類型的一個度量因素。因此聲波非常直接地關(guān)聯(lián)于例如微斷裂、微裂縫的事件或者關(guān)聯(lián)于自發(fā)顯微材料形變，因此非常適合于在實際中對被檢測目標的整個內(nèi)部空間進行實時非損壞性檢測，僅是該目標具有非常復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。
在金屬中，聲波發(fā)射的主要來源因此是非常頻繁的塑料形變過程和損壞增長，例如材料中裂縫或斷面的增長，其具有特征能量分布。其中，經(jīng)過這些和其他過程能夠產(chǎn)生稱為脈沖的爆炸式聲學(xué)事件，其中根據(jù)聲源的類型和大小如何以及考慮的材料的聲音速度，其通常包括從可聽聲頻率到高超聲波頻率范圍。在該過程中，聲壓縮波即縱波和橫向平面波得以產(chǎn)生，該縱波和橫波的頻譜、平面度、傳播速度、相對阻尼和相對強度能夠提供關(guān)于微事件的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是，從信號圖像確定關(guān)于噪聲本身的特征信息。
然而，這種分析需要在其總精度內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)材料，而通常僅僅只有一部分是所需的數(shù)據(jù)材料。
因此，本發(fā)明的進一步目的是，減小由傳感器提供的數(shù)據(jù)材料，以使得，一方面，處理過程得以簡化和加速，另一方面，執(zhí)行濾波以使得無關(guān)的數(shù)據(jù)材料不會進入處理過程中。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1來實現(xiàn)，權(quán)利要求1的主題涉及一種用于檢測裝置中噪聲的信號圖像的裝置。尤其是，它是一種檢測內(nèi)燃機的運行噪聲的裝置。該裝置包括聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器用于檢測噪聲。提供濾波裝置，通過該濾波裝置，能夠濾出預(yù)定范圍頻譜的噪聲，以便產(chǎn)生信號圖像。
該裝置例如能夠用于內(nèi)燃機，尤其是用于大型柴油機。這種內(nèi)燃機包括至少一個活塞，其滑動式支承在氣缸插件中。氣缸插件的內(nèi)表面形成為具有對應(yīng)機械特性的滑動表面?；钊跉飧撞寮星昂筮\動，其中活塞表面沿氣缸插件的表面滑動。為了避免活塞本身沿氣缸插件的表面滑動，活塞通常包括至少一個活塞環(huán)，該活塞環(huán)形成和氣缸插件相反的表面。在內(nèi)燃機中使用的這種活塞環(huán)具有滑動表面，該滑動表面結(jié)合潤滑劑能夠形成氣缸插件和活塞之間的密封。在一個實施例中，滑動表面尤其是位于活塞環(huán)的緣區(qū)。對于該滑動表面，至少能夠部分預(yù)期磨損到最大磨損深度。通過滑動表面相對于氣缸插件運動而產(chǎn)生噪音，其依賴于滑動性能，或者其甚至可以得出對滑動性能的結(jié)論。在活塞和/或活塞環(huán)的每次運動期間，這些噪音在傳感器前面設(shè)置隔膜或者能夠振蕩的另一種裝置例如尤其是壓電裝置進行振蕩，從而能夠檢測到關(guān)于摩擦對偶的摩擦性質(zhì)的、由傳感器寄存的信息片，其中該摩擦對偶例如尤其是內(nèi)燃機的氣缸插件的活塞或活塞環(huán)。傳感器尤其是固定傳感器的一種有利布置是設(shè)置在氣缸蓋或氣缸插件中，利用這種布置可以在任意所需位置連接壓電結(jié)構(gòu)類型的傳感器，這是因為它尤其是可以通過粘接連接而連接到蓋壁、氣缸壁等等。從原理上講，因此還可以將傳感器連接到可移動部件，例如內(nèi)燃機的活塞和/或活塞環(huán)。除了粘接連接之外，還可以將傳感器設(shè)置在薄油層上以及利用可固定支架在上面按壓它。尤其是，可以利用磁性裝置來固定該支架。
噪音能夠由傳感器檢測到，以使得能夠由傳感器檢測到的聲波能夠變換成電輸出信號。設(shè)置在傳感器中的接收器因碰撞聲波而設(shè)置為振蕩。優(yōu)選采用壓電傳感器，其中由結(jié)構(gòu)載振動聲波接收的振蕩導(dǎo)致壓電晶體偏振，由于在電路中存在電荷載體，所以該偏振會導(dǎo)致可測量的電壓波動。在這種情況下，電壓波動對應(yīng)于碰撞聲波的振幅的暫態(tài)連續(xù)。周期性電壓波動因此在帶寬內(nèi)對應(yīng)于碰撞聲波形式的傳感器輸入信號。
根據(jù)第一實施例，為了處理傳感器輸入信號，該情況因此導(dǎo)致這樣的情形，即，傳感器輸入信號的帶寬基本上落入完全能夠由傳感器檢測和處理的振蕩的帶寬內(nèi)。因此，傳感器輸入信號的頻譜基本上保持在輸出信號中。
在第二種情況中，傳感器輸入信號的帶寬大幅度超過在諧振頻率區(qū)域內(nèi)由傳感器利用成分振幅檢測和處理的振蕩的帶寬。這導(dǎo)致傳感器輸入信號的頻譜變型，以使得位于該帶寬內(nèi)的信號接收更強的權(quán)重，而傳感器輸入信號隨距本征頻率范圍的距離增加而愈加更弱的被接收。這導(dǎo)致傳感器被賦予濾波功能，其對應(yīng)于帶通濾波器。
為了從氣缸空間濾出引擎噪音，因此在優(yōu)選實施例中，傳感器能夠寄存和處理信號的范圍具有的帶寬比傳感器輸入信號包括的帶寬要小得多。有利的選擇傳感器的帶寬，該帶寬尤其是包括微事件特征信號頻率。因為帶通效應(yīng)，因此基本上沒有檢測到大多數(shù)其他信號，或者分別接收到低權(quán)重以使得它們不進入信號評估，其中所述其他信號源自和測量相關(guān)的引擎房間中的其他噪音，并且所述其他信號的頻率和能夠振蕩的傳感器中的晶體的本征頻率范圍相去甚遠。作為示例，可以提及流動噪音，該流動噪音因注入燃料需要開閉閥門而產(chǎn)生。這些聲學(xué)信號大多數(shù)位于高頻范圍內(nèi)。這些信號和源自微事件的信號大有不同，并且因此有助于聲學(xué)引擎運行信號，其由帶通濾波器濾出。相反，這些信號應(yīng)當(dāng)位于類似頻率范圍內(nèi)，如果這些信號具有不和反常事件的周期信號重合的周期，則它們能夠以簡單方式來識別。在這種情況下，信號圖像的長期比較能夠提供清晰度，根據(jù)該清晰度，周期特性屬于正常運行噪音，并且源自反常事件。如果它們的頻譜對應(yīng)地遠離傳感器的諧振頻率，則它們不能由傳感器轉(zhuǎn)換成振蕩。該傳感器具有用于本征頻率區(qū)域內(nèi)的聲學(xué)信號的靈敏度，該本征頻率就是它的諧振頻率。在優(yōu)選實施例中，采用600kHz本征頻率的傳感器，其中測量范圍基本上包括400至800kHz的范圍。然而，還可以采用具有不同帶寬的相當(dāng)不同的范圍。所選的本征頻率能夠位于低于600kHz的范圍內(nèi)，而且包括MHz范圍，這根據(jù)引擎類型、尺寸大小、結(jié)構(gòu)類型、采用的材料而定，而不光光是根據(jù)感興趣的反常事件的類型而定。
通過傳感器和/或評估單元的濾波功能能夠產(chǎn)生信號圖像，其表示和時間相關(guān)的接收頻率的振幅的圖像。在每一個時間點上，傳感器寄存表示在測量空間中的該時間點上產(chǎn)生的噪音的多個頻率的振幅。
根據(jù)權(quán)利要求2，濾波器裝置制成用于對以可預(yù)定中心頻率為中心的可預(yù)定頻率范圍進行濾波的帶通濾波器。該帶通濾波器包括電子帶通濾波器和/或軟件帶通濾波器。除此之外或者結(jié)合這種帶通濾波器，傳感器形成為機械帶通濾波器。如果傳感器僅接收給定頻率范圍內(nèi)的頻率振幅，或者能夠分別僅由這些振幅激勵，該傳感器本身被賦予濾波功能。在這種情況下，優(yōu)選選擇傳感器，通過該傳感器能夠處理頻率范圍，并且該傳感器屬于上述振幅，并且認為是和被測量擾動測量相關(guān)的。如果頻率范圍內(nèi)的聲學(xué)信號的振幅是令人感興趣的，傳感器不能處理該聲學(xué)信號，但是其仍然位于相關(guān)范圍內(nèi)，因此存在額外采用在另一頻率范圍內(nèi)運行和/或具有另一帶寬的傳感器的可能性。如果因傳感器的受限帶寬而不可能測量所有相關(guān)聲學(xué)信號，則能夠采用具有不同振幅和/或帶寬的本征頻率的多個傳感器。從原理上講，帶通的區(qū)域內(nèi)的激勵能夠通過背景噪音而產(chǎn)生，不管所選擇的傳感器的本征頻率如何，因此，例如通過尤其是來自湍流范圍內(nèi)的流動的流動噪音以及通過脈沖噪音，其例如通過撞擊閥門而產(chǎn)生。利用增加的頻率，聲波的阻尼能夠增加；因此，通過選擇更高的中心頻率，也就是具有更高本征頻率的傳感器或者具有帶通功能的濾波器或者位于高頻噪音范圍內(nèi)的帶通功能，有利地采用多個傳感器。
根據(jù)另一個實施例，傳感器形成為高帶通濾波器和/或傳感器檢測到的暫態(tài)信號圖像在電子高帶通濾波器中進行頻率濾波。除此之外，暫態(tài)信號圖像還能夠通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)?yīng)于高帶通濾波器而經(jīng)受濾波。
根據(jù)另一個實施例，傳感器形成為低帶通濾波器和/或傳感器檢測到的暫態(tài)信號圖像在電子低帶通濾波器中進行頻率濾波。除此之外，暫態(tài)信號圖像還能夠通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)?yīng)于低帶通濾波器而經(jīng)受濾波。
根據(jù)權(quán)利要求3，能夠在存儲裝置中存儲尤其是循環(huán)標準信號圖像的標準信號圖像。該信號圖像能夠和標準信號圖像進行比較以檢測擾動。
信號圖像的振幅記錄為時間函數(shù)，通過這種方式它能夠存儲在存儲裝置中。如果噪音源自循環(huán)運行裝置，例如內(nèi)燃機，則該時間然后能夠尤其是再劃分為各周期。循環(huán)和/或周期然后能夠?qū)?yīng)于活塞沖程或機軸旋轉(zhuǎn)。如果裝置在正常運行中運行，則能夠例如通過記錄頻譜的上述振幅的暫態(tài)圖像也就是暫態(tài)信號圖像，能夠確定該標準信號圖像。標準信號圖像然后表示在正常運行條件下裝置中產(chǎn)生的噪音的時間層序。在循環(huán)運行機器中，這種噪音的時間序列還能夠通過具有相同或類似噪音序列的循環(huán)系列的序列來確定，因為不同的循環(huán)得以疊加和/或因為在給定時間點上產(chǎn)生的標準噪音的特征值從循環(huán)計算確定。在噪音的周期序列的情況中，在給定時間點上在這種情況下確定的頻譜的平均值，也就是尤其是頻譜的上述振幅的平均振幅值能夠進入標準信號圖像。如果頻譜的振幅位于窄范圍內(nèi)，則因理想情況下的帶通效應(yīng)已經(jīng)產(chǎn)生振幅單值。
在周期T內(nèi)的時間點t1的振幅值和下一周期的時間點t1+T的振幅t1的值進行比較。重復(fù)該比較，直至周期(n+1)*T，其中t(n+1)＝t(n)+T＝t1+n*T從而獲得給定點上用于標準噪音的、令人滿意的重要平均值。
這些平均值的暫態(tài)圖像然后產(chǎn)生能夠存儲在存儲裝置中的信號圖像。
利用該信號圖像，能夠直接確定該裝置的噪音特性的偏差，因為實際測量的噪音特性和存儲的信號圖像進行比較。如果測量的信號圖像偏離于存儲的或者計算的信號圖像結(jié)果，則能夠從其中得出存在擾動的結(jié)論，并且能夠參照噪音到來的時間點來確定它的源頭。如果檢測噪音的時間點上獲知噪音從何處產(chǎn)生，則可以確定該源頭，也就是確定信號源的位置。在內(nèi)燃機中，在該時間點和曲軸角之間存在獨特的關(guān)系。尤其是摩擦對偶中的噪音，例如尤其是兩個支承表面的噪音或者可在氣缸插件中運動的活塞的噪音，能夠通過這種方式來檢測，這是因為，在來回旋轉(zhuǎn)運動或移動的情況中，相互摩擦接觸的滑動副的區(qū)域的位置在任意時間點獲知。噪音源頭的位置能夠通過曲軸角來確定。在滑動副的區(qū)域的摩擦狀態(tài)上由傳感器檢測的信息能夠因此尤其是用于最優(yōu)化潤滑劑量。
根據(jù)權(quán)利要求4的用于檢測裝置中噪音尤其是內(nèi)燃機的運行噪音的信號圖像的方法包括以下步驟通過聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器來檢測噪音，以使得利用濾波裝置來濾出預(yù)定范圍頻譜的噪音以便產(chǎn)生信號圖像。在至少一種上述組合中，該方法能夠尤其是利用根據(jù)本發(fā)明的該裝置來實施。
根據(jù)權(quán)利要求5所述的優(yōu)選實施例，通過濾波裝置在以預(yù)定中心頻率為中心的預(yù)定頻率范圍中對噪音濾波，其中利用該濾波裝置尤其是用作帶通濾波器。該帶通濾波器尤其是通過電子帶通濾波器和/或通過軟件帶通濾波器形成，和/或傳感器形成為機械帶通濾波器。
根據(jù)權(quán)利要求6所述的優(yōu)選示例性實施例，產(chǎn)生標準信號圖像，尤其是循環(huán)標準信號圖像，并將其存儲到存儲裝置中，隨后將該信號圖像和標準信號圖像進行比較以檢測擾動，尤其是利用在通過比較標準信號圖像和該信號圖像檢測到出現(xiàn)擾動時的時間點。
根據(jù)權(quán)利要求7所述的優(yōu)選實施例，在第一循環(huán)中通過濾波裝置檢測到第一信號圖像作為標準信號圖像，在第二循環(huán)中檢測第二信號圖像，然后將第一循環(huán)和第二循環(huán)進行比較。通?？梢愿鶕?jù)需要重復(fù)該比較過程。
根據(jù)權(quán)利要求8所述的該方法包括，將信號圖像再劃分為預(yù)定段以便簡化數(shù)據(jù)，以使得信號圖像由預(yù)定段中的特征值來替代。與時間相關(guān)的噪音的信號圖像因此覆蓋了在測量周期中傳感器檢測到的運行噪音。該曲線上的每個點對應(yīng)于上述在時間點t接收到的噪音的特征振幅。在下一步驟中，在簡化數(shù)據(jù)的敘述中實施特征點的選擇，以使得考查范圍縮小到這些特征點。根據(jù)優(yōu)選實施例，選擇門限值，該門限值用于利用低于該門限值的振幅來消除噪音，這些振幅作為背景噪音對于評估是無關(guān)緊要的。超過門限值的所有振幅值表示用于潛在相關(guān)信號的值。有利地采用下列方法之一，以使得減小被評估數(shù)據(jù)量。在第一實施例中，高于門限值的峰值得以測量、寄存和數(shù)字化。對于這些峰值，能夠通過回歸找到逼近函數(shù)，或者能夠計算確定包絡(luò)面。從原理上講，還可以將它本身限制到最高峰值。而且，可以再劃分該周期，也就是尤其是機軸完整旋轉(zhuǎn)所需的持續(xù)時間，為多個時間段，其中尤其是僅需要考察最大時間段，其能夠?qū)е逻M一步簡化數(shù)據(jù)。確定時間段中的進一步最大值是有利的，尤其是通過選擇更大的時間段寬度。除了采用最大時間段，還能夠通過高斯分布或者另一種統(tǒng)計分布來描述時間段中的函數(shù)值。能夠采用至少一種這些方法來確定內(nèi)燃機的正常操作的曲線特征。例如發(fā)生微裂縫的單獨微事件能夠通過確定最大振幅來檢測。在這種情況下，在時間點上也就是尤其是在某些曲軸角上可以檢測到峰值，其大大偏離于對應(yīng)于正常操作的函數(shù)圖像。時間段中的所有事件的最大振幅在曲軸角上進行繪圖，該曲軸角也就是完整活塞沖程的周期持續(xù)時間。根據(jù)傳感器在活塞空間中的位置，獲得振幅水平的特征點。對于一個周期和/或循環(huán)，尤其是機軸旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時間，再劃分為多個時間段已經(jīng)被證明是有利的。如果僅絕對最大時間段進行評估，則時間段寬度有利地高達0.2至1度的曲軸角。
根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)選實施例，通過評估從擾動接收到的信號，能夠進一步對擾動進行定位。在該過程中，提供尤其是循環(huán)操作裝置，例如內(nèi)燃機，其中信號圖像中的反常事件和循環(huán)中的時間點相關(guān)和/或和循環(huán)操作裝置的周期相關(guān)，尤其是和曲軸角相關(guān)，以及確定反常事件的源頭的位置。用于上述特征振幅的特征值唯一地和時間點相關(guān)，該特征值根據(jù)上述方法之一能夠用于簡化數(shù)據(jù)。在循環(huán)操作裝置中，該時間點因此精確對應(yīng)于該循環(huán)中的位置，在內(nèi)燃機的情況下尤其是對應(yīng)于曲軸角。因此能夠通過傳感器上的信號碰撞的時間點和該曲軸角來精確確定信號源的位置，其中假設(shè)該信號源自相對于氣缸插件、構(gòu)成活塞或活塞環(huán)的滑動副。如果該信號表征微事件，尤其是微裂縫，則通過活塞壁和/或氣缸插件執(zhí)行前者到傳感器。在金屬材料中以大約5000米每秒的聲速，該金屬材料例如是鋼，在機器運行速度的比較中，沒有和測量結(jié)果相關(guān)的延遲源自信號經(jīng)歷時間，從而假設(shè)信號立即到達傳感器是有效的。如果再劃分曲軸角到0.2至1度之間，則該范圍在100至200r.p.m之間的內(nèi)燃機旋轉(zhuǎn)速度下對應(yīng)于10-3至10-4秒的時間Δt。如果假設(shè)活塞沖程在該1至5米的范圍內(nèi)，則信號類似的會在10-3至10-4秒中穿過最大路徑距離，這意味著氣缸空間內(nèi)產(chǎn)生的信號在對應(yīng)于選定時間段寬度的時窗內(nèi)到達傳感器。
根據(jù)權(quán)利要求10所述的優(yōu)選實施例，提供至少兩個傳感器，通過運動時間差來確定反常時間的源頭的位置。
根據(jù)權(quán)利要求11所述的該方法的優(yōu)選變型，信號圖像中的異態(tài)表征微事件，尤其是微裂縫。作為示例，能夠提及熱占用，其中形成擦痕，以及因滑動副的材料和潤滑劑產(chǎn)生的限制溫度而在高滑動速度范圍內(nèi)產(chǎn)生占用標記，尤其是在循環(huán)運行的內(nèi)燃機中。出現(xiàn)擦痕和占用標記逐漸發(fā)生，以使得它在能夠通過對位置的逐漸變化的和/或源自其中的信號圖像中的峰值高度的長期分析的框架內(nèi)檢測到。
本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃機，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的大型柴油機引擎，包括具有活塞的氣缸，該活塞能夠來回運動，該活塞結(jié)合活塞環(huán)一起形成滑動副，該內(nèi)燃機根據(jù)權(quán)利要求4-11之一所述的方法來進行操作。
從屬權(quán)利要求13涉及根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測潤滑劑量的裝置的優(yōu)選實施例，以及涉及一種測定聲音發(fā)射源以測定潤滑劑的最佳用量和/或活塞環(huán)的狀態(tài)和/或滑動副的表面的方法。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種裝置，用于確定構(gòu)成活塞或活塞環(huán)/氣缸插件的滑動副的摩擦瞬時狀態(tài)以及用于基于分析該瞬時狀態(tài)來設(shè)定潤滑劑的最佳用量。
該目的通過聲學(xué)測量氣缸表面上產(chǎn)生的摩擦噪音以及在評估單元中評估信號來設(shè)定潤滑劑的最佳用量而滿足。該目的能夠通過權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機來滿足。這尤其是這樣一種內(nèi)燃機，其中能夠通過活塞在氣缸內(nèi)的滑動運動來檢測反常事件，所述反常事件尤其是滑動副的摩擦形態(tài)的特征，其中提供一種用于根據(jù)檢測到的摩擦形態(tài)來調(diào)節(jié)或控制潤滑劑供給的裝置。除了檢測反常事件之外，還可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法來測定潤滑劑用量以及潤滑劑膜的局部厚度，其中例如傳感器的檢測裝置用于檢測聲學(xué)信號的信號圖像。通過評估裝置來分析信號的上述振幅，然后在時間軸上進行描點繪圖。
因此可以通過采用一個以上結(jié)構(gòu)載振動聲音傳感器來檢測往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)載振動聲音，通過適當(dāng)?shù)卦u估，同時還考查運動時間效應(yīng)，該效應(yīng)例如可以在不同傳感器之間進行測量，以便根據(jù)上述實施例之一精確定位氣缸運動表面上的對應(yīng)聲源，以及得出潤滑劑膜的特征值的結(jié)論，尤其是關(guān)于潤滑劑膜的厚度的結(jié)論，以使得因此能夠局部優(yōu)化狀態(tài)參數(shù)，例如潤滑劑膜的厚度。
如果僅采用一個傳感器，則能夠采用其他操作參數(shù)例如曲軸角或周期重復(fù)信號來識別將被測量且源自擾動的擾動信號源。這種公知噪音的示例是開閉進氣閥，其還得以暫態(tài)精確測定并且會周期重復(fù)。
在優(yōu)選實施例中，采用位于活塞上止點附近的傳感器。在這種情況下，將傳感器安裝到內(nèi)燃機中容易實現(xiàn)。表示燃燒室中的微裂縫的每個事件具有比機軸的區(qū)域中的微事件大得多的振幅，這是因為聲學(xué)信號經(jīng)不同材料的通道而阻尼，該阻尼的原因在于在氣缸插件壁上進行反射以及在于傳輸路徑本身。因此，單獨的傳感器的位置對于測量結(jié)果的影響是不可忽略的；因此它應(yīng)當(dāng)根據(jù)預(yù)期相關(guān)事件而適當(dāng)選擇。選擇傳感器的位置通常幾乎不會造成結(jié)構(gòu)限制，這是因為傳感器能夠安裝到任何所需位置。其他的優(yōu)點包括，這種傳感器還能夠在已經(jīng)運行的活塞引擎中進行簡單的改型。


下面，參照附圖來說明本發(fā)明。其中示出圖1是在評估裝置中檢測和評估信號的優(yōu)選實施例，圖1a是被評估的信號圖像的可選信號處理，圖2是被評估的信號圖像的另一種可選信號處理，圖3是示意性示出監(jiān)測裝置的氣缸/活塞單元，圖4是通過活塞的縱向圖，其中該活塞支承活塞環(huán)并且設(shè)置在氣缸插件內(nèi)。
具體實施例方式
在圖1中，示意性示出從信號源到評估裝置9的輸出信號的信號路徑。信號在此通過微事件而產(chǎn)生，該微事件例如是工件16的結(jié)構(gòu)中的微裂縫，該工件是裝置1的一部分。該工件16尤其是內(nèi)燃機的一部分，例如活塞、氣缸插件、活塞環(huán)或通過溫度和/或機械和/或化學(xué)類型的應(yīng)力而應(yīng)力形變的另一個部件的一部分。這里示出的信號17為波線；它是特征頻率的聲波。在該時間點t0，裝置1不僅發(fā)射信號17還發(fā)射大量其他信號，其中以示例性方式示出其中兩個信號為短波長的波線。該說明不應(yīng)當(dāng)理解為限制這些信號的波長范圍；裝置1還可以發(fā)射更長波長的信號。裝置1的所有聲學(xué)信號的頻率的暫態(tài)寄存在曲線圖18中示意性示出。因此頻譜位于中心頻率vo附近。最大頻率v2和最小頻率v1同樣進入，下面將描述其重要性。然而，在所示情況中，傳感器8不處理整個頻譜，而是僅“聆聽”位于最大頻率v2和最小頻率v1之間的頻譜范圍。
曲線圖19示意性示出傳感器寄存的噪音的電信號的傳感器發(fā)射的頻譜。中心頻率vo位于相關(guān)微事件發(fā)射的信號17的期望范圍內(nèi)。傳感器8的輸出信號饋入評估裝置9中。在該評估裝置9中，后者的頻譜或特征值的振幅，例如通過統(tǒng)計方法確定的最大振幅或平均值或另一個特征值相對于時間t進行描點。曲線圖25示意性示出評估裝置9測定的函數(shù)。橫坐標是時間軸；為信號圖像示意性示出周期持續(xù)時間T，該信號圖像能夠具有周期性。在內(nèi)燃機中，周期持續(xù)時間能夠尤其對應(yīng)于完整的燃燒循環(huán)。在這種情況下，曲軸角還能夠描繪在橫坐標上。信號圖像描繪在縱坐標上。
在圖1a中示出振幅調(diào)制的傳感器輸出信號的信號圖像的確定。為了示意性說明該方法，例如由中波無線電接收為輸入信號的、利用低頻(NF)調(diào)制振幅的高頻信號(HF)示出在圖1a的上部。低頻信號信息NF然后通過對振幅調(diào)制的HF信號進行整流和低通濾波來獲得，然后能夠經(jīng)無線電的揚聲器再次輸出作為原始聲音信號。完全類似于該方法，其是無線電技術(shù)所公知的，在根據(jù)本發(fā)明的該方法的實施例中，通過整流和低通濾波，從來自帶通濾波信號的引擎的振幅調(diào)制噪音圖像能夠獲得該信號圖像，其具有以傳感器的中心頻率為中心的頻率分布。在圖1a所示的示例中，采用形成為帶通濾波器的傳感器，其具有600kHz的中心頻率和200kHz的帶寬。傳感器提供的電信號是在上述頻率范圍內(nèi)的噪音的振幅調(diào)制信號，其基本上由傳感器的中心頻率和帶寬來限定。如上所述，以類似于中波傳輸器的方式，在載波頻率的振幅調(diào)制中編碼該信息。因此，和振幅調(diào)制中波信號的情況完全相同，可以到達相關(guān)信息，也就是包絡(luò)面的暫態(tài)圖像，因為高頻成分通過合適的低通濾波器濾出以及/或者僅有信號的對應(yīng)部分進一步由整流來處理。
在圖2中再次示出電壓振幅的時間序列。曲線圖上的每個點對應(yīng)于轉(zhuǎn)換成電壓信號的信號圖像。振幅的門限值A(chǔ)th標注信號圖像的門限，在該門限值以下僅能夠寄存無關(guān)背景噪音。在該時間點t1，將超過門限值A(chǔ)th；高于它的所有值表示在對應(yīng)于觸發(fā)微事件的頻率范圍內(nèi)潛在相關(guān)的信號。如果有人希望評估t1至t3的整段信號圖像，則必須考慮每個單獨的特征振幅，其暗示大量數(shù)據(jù)。因此，信號調(diào)節(jié)得以發(fā)生，其用于簡化數(shù)據(jù)。如果能夠假設(shè)相關(guān)信號僅在門限值A(chǔ)th和最大值A(chǔ)pk之間出現(xiàn)，則采用多個近似方法是合適的。另一方面，最大值A(chǔ)pk本身提供信號17在裝置1中發(fā)生時的精確狀態(tài)。信號17的源頭的位置因此通過它到達傳感器的時間點而獲知。
在圖3中示出其他可能性。在這種情況下，函數(shù)圖像再劃分為單獨的段。對于每個這些段，能夠確定根據(jù)用于數(shù)據(jù)簡化或分布的上述方法之一的特征點。
在圖4中示意性示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1。該裝置包括氣缸插件4，該氣缸插件具有氣缸壁3，其每秒鐘以公知方式沿周向和往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的燃燒室進行交界?；钊?位于氣缸插件4內(nèi)部，并且設(shè)置成可以沿氣缸壁3的運動表面2軸向地相對于氣缸插件4的縱軸來回運動。在氣缸壁3中設(shè)置至少一個潤滑劑噴嘴6，通過在運行狀態(tài)下該噴嘴潤滑劑膜7施加到氣缸壁3的運動表面2。通過傳感器8來記錄引擎室內(nèi)的聲學(xué)信號。為此，傳感器8連接到評估裝置9，該評估裝置9從傳感器8接收信號然后處理這些信號。在評估裝置中進行信號評估和信號調(diào)節(jié)，這可以理解為將物理參數(shù)例如光、壓力、阻力，或者在這種情況下為傳感器的壓力信號轉(zhuǎn)換成類似于測量值且能夠通過測量裝置測量和顯示的電壓。
調(diào)節(jié)裝置10連接到評估裝置9，潤滑劑噴嘴6以信號傳輸方式連接到調(diào)節(jié)裝置10，從而利用傳感器8的信號來控制潤滑劑噴嘴6，以使得潤滑劑膜7的狀態(tài)參數(shù)ZP得以優(yōu)化，在該示例中該狀態(tài)參數(shù)為潤滑劑膜7在氣缸壁3的運動表面2上的厚度d。在這種情況下，在圖4中，在每一種情況下以示例方式示出僅一個潤滑劑噴嘴6和僅一個傳感器。應(yīng)當(dāng)理解的是，在每種情況下，往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的每個氣缸插件4能夠具有多個類似的或不同的傳感器8和多個潤滑劑噴嘴6，其能夠連接到氣缸壁3內(nèi)和/或上的不同位置。該傳感器還能夠容納在(未示出的)氣缸蓋和/或活塞上和/或活塞環(huán)和/或可活動式連接到活塞。重要的是，其中一個以上特征值對于聲音發(fā)射和因相互摩擦效果而產(chǎn)生的聲波具有相應(yīng)的效應(yīng)，其中該至少一個特征值自然還包括內(nèi)燃機的氣缸中相對運動部件之間的潤滑劑膜的厚度，也就是例如在運動表面和/或活塞5和/或活塞環(huán)20之間的潤滑劑膜的厚度。
評估裝置9優(yōu)選包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其在此未清楚示出，通過該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠評估傳感器8的信號，以使得潤滑劑噴嘴6通過調(diào)節(jié)裝置10來控制，以便優(yōu)化狀態(tài)參數(shù)ZP，該狀態(tài)參數(shù)在此為氣缸壁3上潤滑劑膜7的厚度d。
利用第二未示出傳感器，該傳感器徑向設(shè)置成相對于第一傳感器8、位于第一傳感器8上方和/或下方，能夠確定在聲音空間傳播當(dāng)中是否出現(xiàn)了偏離正常狀態(tài)的情況。兩個傳感器的信號經(jīng)所謂的交叉相關(guān)來相互比較。如果證實通過疊加兩個信號而產(chǎn)生清晰的峰值，則這些作為規(guī)則對應(yīng)于噪音分布，該噪音分布能夠表征潤滑劑供給中出現(xiàn)反常，從流體動力潤滑當(dāng)中的滑動摩擦轉(zhuǎn)換成混合摩擦，或者反之亦然，或者還表征單獨的微事件，例如形成微裂縫。
在另一個實施例中，選擇活塞路徑的另一個參數(shù)特征而非第二傳感器。在該結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選選擇曲軸角或周期性信號，例如開閉進氣閥或者出氣閥的噪音。根據(jù)曲軸角，傳感器8接收源自引擎噪音的信號。在這種情況下，在活塞正常操作期間，傳感器8記錄的信號圖像存儲到存儲單元13中。該信號圖像讀入評估裝置9中，以使得能夠相對于測量室中的傳感器的位置和曲軸角來評估該信號圖像，以便能夠確定擾動的曲面坐標，從而能夠確定擾動的位置。評估裝置9經(jīng)至少一種數(shù)據(jù)連接而連接到存儲單元13，以使得輸入信號能夠在比較器單元14中相對于參考數(shù)據(jù)和參考信號進行比較，其中該參考數(shù)據(jù)存儲在存儲單元13中?；谠摫容^，能夠檢測到聲音圖像的反常，以及能夠定位擾動位置。該參考數(shù)據(jù)還能夠經(jīng)校準單元15讀入存儲單元中，或者能夠源自計算機23中模擬的噪音擾動。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測裝置中噪聲的信號圖像的裝置，尤其是檢測內(nèi)燃機的運行噪聲，包括聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器用于檢測噪聲，其特征在于提供濾波裝置，通過該濾波裝置，能夠濾出預(yù)定范圍頻譜的噪聲，以便產(chǎn)生信號圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該濾波裝置制成用于對以可預(yù)定中心頻率為中心的可預(yù)定頻率范圍進行濾波的帶通濾波器，該帶通濾波器包括電子帶通濾波器和/或軟件帶通濾波器，和/或該傳感器形成為機械帶通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，能夠在存儲裝置中存儲尤其是循環(huán)標準信號圖像的可測量標準信號圖像，以及該信號圖像能夠和標準信號圖像進行比較以檢測擾動。
4.一種用于檢測裝置中噪音尤其是內(nèi)燃機的運行噪音的信號圖像的方法，其中通過聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器來檢測噪音，其特征在于利用濾波裝置來濾出預(yù)定范圍頻譜的噪音以便產(chǎn)生信號圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，通過濾波裝置在以預(yù)定中心頻率為中心的預(yù)定頻率范圍中對噪音濾波，其中該濾波裝置尤其是用作帶通濾波器，該帶通濾波器尤其是通過電子帶通濾波器和/或通過軟件帶通濾波器形成，和/或傳感器形成為機械帶通濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，產(chǎn)生標準信號圖像，尤其是循環(huán)標準信號圖像，并將其存儲到存儲裝置中，隨后將該信號圖像和標準信號圖像進行比較以檢測擾動，尤其是利用在通過比較標準信號圖像和該信號圖像檢測到出現(xiàn)擾動時的時間點。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6之一所述的方法，在第一循環(huán)中通過濾波裝置檢測到第一信號圖像作為標準信號圖像，在第二循環(huán)中通過濾波裝置檢測第二信號圖像，并且將第一循環(huán)和第二循環(huán)進行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一所述的方法，將信號圖像再劃分為預(yù)定段以便簡化數(shù)據(jù)，以使得信號圖像由預(yù)定段中的特征值來替代。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8之一所述的方法，提供尤其是內(nèi)燃機的循環(huán)操作裝置，其中信號圖像中的反常事件和循環(huán)操作裝置的循環(huán)中的時間點相關(guān)，尤其是和曲軸角相關(guān)，以及確定反常事件的源頭的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9之一所述的方法，提供至少兩個傳感器，通過運動時間差來確定反常事件的源頭的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10之一所述的方法，信號圖像中的異態(tài)表征微事件，尤其是微裂縫。
12.一種內(nèi)燃機，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的大型柴油機，包括具有活塞的氣缸，該活塞能夠來回運動，該活塞特別結(jié)合活塞環(huán)一起形成滑動副，該內(nèi)燃機根據(jù)權(quán)利要求4-11之一所述的方法來進行操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃機，其中能夠通過活塞在氣缸內(nèi)的滑動運動來檢測反常事件，所述反常事件尤其是滑動副的摩擦形態(tài)的特征，其中提供一種用于根據(jù)檢測到的摩擦形態(tài)來調(diào)節(jié)和/或控制潤滑劑供給的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測裝置(1)中噪聲的信號圖像的裝置，尤其是檢測內(nèi)燃機的運行噪聲，包括聲學(xué)耦合到該裝置的傳感器(8)用于檢測噪聲。提供一種濾波裝置，通過該濾波裝置，能夠濾出預(yù)定范圍頻譜的噪聲，以便產(chǎn)生信號圖像。
文檔編號F02B77/00GK101059100SQ20071009196
公開日2007年10月24日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者M·阿莫瑟, D·沙帕, H·凱勒 申請人:瓦特西拉瑞士股份有限公司