本申請(qǐng)要求2014年4月28日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/985,454的權(quán)益，其在此通過引用整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及診斷內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的非侵入性方法。更具體而言，本發(fā)明涉及三軸加速度計(jì)在執(zhí)行車輛中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的非侵入性診斷中的用途。本發(fā)明應(yīng)用于以最低成本提供用于適時(shí)調(diào)度(scheduling)“條件維護(hù)(conditional maintenance)”以使發(fā)動(dòng)機(jī)性能最大化的信息。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是已經(jīng)徹底改變了發(fā)電行業(yè)的基石發(fā)明之一，還包括其他的如汽車行業(yè)、機(jī)械電力行業(yè)等。自從該發(fā)明以后和這些年的進(jìn)一步發(fā)展，有許多發(fā)明已經(jīng)建議作為發(fā)動(dòng)機(jī)養(yǎng)護(hù)流程(engine maintenance process)的一部分以對(duì)此類發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能的監(jiān)測(cè)和問題的診斷。在各種發(fā)動(dòng)機(jī)問題中，一個(gè)主要的原因是由于燃料線路故障引起的氣缸缺火、同步皮帶故障(汽油發(fā)動(dòng)機(jī))、閥或活塞環(huán)泄漏。其他發(fā)動(dòng)機(jī)性能問題涉及由于各種零件的裂口和磨損以及連鎖不緊密引起的機(jī)械故障。每個(gè)問題將導(dǎo)致沿不同的方向在測(cè)量位置、峰值頻率、形狀和相對(duì)強(qiáng)度中的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)譜的特征信號(hào)。因此，原則上，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的周期性常規(guī)監(jiān)測(cè)將提供有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的信息。之前已經(jīng)有許多關(guān)于使用加速度計(jì)診斷內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的報(bào)道和專利。所有這些現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜的系統(tǒng)和/或多個(gè)傳感器來嘗試和監(jiān)測(cè)和/或診斷該問題。這些現(xiàn)有技術(shù)解決方案中一些甚至要求車輛處于移動(dòng)狀態(tài)。其他的則需要具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的侵入式探測(cè)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中公開的方法要求內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷由熟練的專業(yè)人員進(jìn)行和/或由專門配備的設(shè)施進(jìn)行。

存在需要對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單并非侵入性地診斷。

在本申請(qǐng)的本節(jié)中或任何其他部分中的任何參考文獻(xiàn)的引用或標(biāo)識(shí)不應(yīng)被解釋為承認(rèn)這樣的參考文獻(xiàn)可用作本申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了診斷內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的非侵入性方法。在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了使用嵌入在智能手機(jī)中的三軸加速度計(jì)進(jìn)行車輛中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的非侵入性診斷。在本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種應(yīng)用以最低成本提供用于適時(shí)調(diào)度“條件維護(hù)”使發(fā)動(dòng)機(jī)性能最大化的信息。在本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種簡(jiǎn)單的非侵入性技術(shù)用于提供發(fā)動(dòng)機(jī)性能的定期監(jiān)測(cè)、確定發(fā)動(dòng)機(jī)故障的發(fā)生并適時(shí)提供“條件維護(hù)”以及時(shí)糾正所識(shí)別的問題。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)以非侵入性方式診斷車輛性能的方法，每個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛的不同位置上，其中所述方法可診斷所述車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能，包括發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失和與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和其他部分相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷，并且所述方法可進(jìn)一步診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失是由于一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火引起的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第二個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)包括具有適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸功能的獨(dú)立單元，或者被嵌入在包括智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)設(shè)備的裝置中的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第三個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛中進(jìn)行診斷的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第四個(gè)實(shí)施方案中，提供了通過使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)監(jiān)測(cè)車輛的振動(dòng)譜特征的逐漸改變來診斷一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第五個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種方法，在該方法中，振動(dòng)譜特征包括單峰的寬度和強(qiáng)度，所述單峰的寬度和強(qiáng)度讓步于(compromise)來自以同步序列點(diǎn)火不同氣缸的多峰或不同步點(diǎn)火做功沖程序列引起的多峰的重疊。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第六個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)以同一頻率在“搖擺(sway)”方向?qū)Ρ取袄擞?surge)”方向的振動(dòng)峰的強(qiáng)度比和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的升沉振動(dòng)來診斷與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第七個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種方法，其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)，每個(gè)被安置在不同的位置，被設(shè)置以測(cè)量所述車輛的振動(dòng)，使所述測(cè)量值的相關(guān)性進(jìn)一步識(shí)別所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和/或懸架系統(tǒng)的問題。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第八個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)載客過程中所述車輛的懸架系統(tǒng)的升沉運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的總強(qiáng)度來診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化的方法。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了以非侵入性方式診斷車輛性能的裝置。所述裝置包括至少一個(gè)三軸加速度計(jì)。所述裝置可診斷所述車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能，包括發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失和與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷，并且所述裝置可進(jìn)一步診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失是由于一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火引起的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛中進(jìn)行診斷的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第二個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)監(jiān)測(cè)車輛的振動(dòng)譜特征的逐漸改變來診斷一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第三個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中振動(dòng)譜特征包括一個(gè)或更多個(gè)做功沖程峰的寬度和強(qiáng)度的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第四個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的“搖擺(sway)”振動(dòng)對(duì)比“浪涌(surge)”振動(dòng)的強(qiáng)度比來診斷與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第五個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)載客過程中所述車輛的懸架系統(tǒng)的升沉運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的強(qiáng)度來診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第六個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種裝置，其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)，每個(gè)被安置在不同的位置，被設(shè)置以測(cè)量所述車輛的振動(dòng)，所述裝置與測(cè)量值相關(guān)，以進(jìn)一步識(shí)別所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和/或懸架系統(tǒng)的問題。

在整個(gè)說明書中，除非上下文另有要求，否則單詞“包括(include)”或“包含(comprise)”或變體例如“包括(includes)”或“包含(comprises)”或“包含(comprising)”將被理解為意指包括所述整數(shù)或一組整數(shù)但不排除任何其他整數(shù)或一組整數(shù)。還指出的是，在該公開內(nèi)容中，并且尤其是在權(quán)利要求書和/或段落中，術(shù)語(yǔ)例如“包括(included)”、“包含comprises”、“包含(comprised)”、“包含(comprising)”等可具有美國(guó)專利法中所賦予其的含義，例如，它們可意指“包括(includes)”、“包括(included)”、“包括(including)”等等，并且該術(shù)語(yǔ)例如“基本上由...組成(consisting essentially of)”和“基本上由...組成(consists essentially of)”具有美國(guó)專利法中所賦予其的含義，例如，它們?cè)试S包括未明確陳述的要素，但排除現(xiàn)有技術(shù)中存在的或影響本發(fā)明的基本或新特征的要素。

此外，在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有要求，否則單詞“包括(include)”或變體例如“包括(includes)”或“包括(includes)”將被理解為意指包括所述整數(shù)或一組整數(shù)但不排除任何其他整數(shù)或一組整數(shù)。

本文中所用的所選術(shù)語(yǔ)的其他定義可見于本發(fā)明的整個(gè)發(fā)明詳述和應(yīng)用中。除非另有定義，否則本文所用的所有其他技術(shù)術(shù)語(yǔ)的含義與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中一般技術(shù)人員普通理解的含義相同。

通過接下來的說明書描述，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

通過本發(fā)明的下文描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述內(nèi)容、其他目的和特征將變得顯而易見。

圖1示出了小型客車在時(shí)間和頻率區(qū)域中在搖擺、升沉和浪涌方向上的一組振動(dòng)譜，空轉(zhuǎn)速度為650rpm(約)。車輛是豐田過山車車型的16名乘客的小型客車，前面的直列安裝4缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖2示出了雙層客車(客車1)在時(shí)間和頻率區(qū)域中在搖擺、升沉和浪涌方向上的一組振動(dòng)譜，空轉(zhuǎn)速度為700rpm(約)。車輛是沃爾沃車型的雙層客車，后面的直列安裝6缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖3示出了在四沖程循環(huán)過程中的活塞運(yùn)動(dòng)。

圖4(a)示出了養(yǎng)護(hù)之前和之后與圖1中一樣的小型客車的振動(dòng)譜。

圖4(b)示出了養(yǎng)護(hù)之前和之后擴(kuò)展的頻率刻度中的做功沖程峰值，以清楚地顯示缺火的影響。

圖5示出了養(yǎng)護(hù)之前和之后沿小型客車三個(gè)軸的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖6示出了兩個(gè)相同的車型雙層客車(沃爾沃車型的后面直列安裝6缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī))在相同路線的升沉振蕩譜的對(duì)比。在這兩種情況下，在相同的位置上在上甲板中段上進(jìn)行了測(cè)量。

圖7示出了前側(cè)座為4缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的馬自達(dá)5車型的振動(dòng)譜。由于振動(dòng)低，所以將傳感器安置在發(fā)動(dòng)機(jī)組上。由于做功沖程(25.2Hz)和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)(12.60Hz)，峰值是清晰可辨的，盡管相比于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言振動(dòng)的幅度小。最顯著的特征是浪涌方向峰值比搖擺方向峰值的更強(qiáng)烈，這是由于側(cè)座發(fā)動(dòng)機(jī)配置造成的。

具體實(shí)施方式

通過以下實(shí)施例或?qū)嵤┓桨副具M(jìn)一步舉例說明本文要求保護(hù)的發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述實(shí)施例或?qū)嵤┓桨钢兴_的主題只是用于舉例說明的目的，但其目的并不在于限制本文要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明使用三軸加速度計(jì)作為獨(dú)立的單元或作為嵌入在智能手機(jī)或MP3播放器(例如，在本例中，我們使用嵌入STMicro三軸加速度計(jì)的iPod4、5或iPod 4和5)單元。加速的檢測(cè)極限為0.003g，其中g(shù)＝9.8m/s^-2是重力加速度系數(shù)，位移的檢測(cè)極限是10Hz振動(dòng)為10^-4m，20Hz振動(dòng)為2.5×10^-5m和更高頻率甚至更小。隨著靈敏度與所研究車輛的內(nèi)在的大的振動(dòng)相關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)將傳感器安置在乘客艙地板中硬的、平坦的地板表面上是足夠的。對(duì)于小型客車和雙層客車而言，在100Hz下1分鐘測(cè)量的數(shù)據(jù)速率是足夠的。對(duì)于調(diào)優(yōu)(well-tuned)的小型客車而言，如圖7中所示的那些，越是小得多的振動(dòng)振幅越要求將傳感器直接安置在發(fā)動(dòng)機(jī)組上，以為了產(chǎn)生足夠的信號(hào)水平。然而，基本原則仍然有效。在車輛中，我們已學(xué)習(xí)到：

·香港16人小型客車：豐田考斯特車型(前面是4缸直列柴油發(fā)動(dòng)機(jī))

·24人面包車：三菱羅莎車型(前面是4缸直列柴油發(fā)動(dòng)機(jī))

·香港雙層客車(后面是直列安裝6缸沃爾沃柴油發(fā)動(dòng)機(jī))

·五十鈴60人客車(后面是6缸直列安裝柴油發(fā)動(dòng)機(jī))

·4門轎車：豐田阿瓦隆(前側(cè)安裝6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī))

·6人面包車：馬自達(dá)5(前側(cè)安裝4缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī))

·4門轎車：豐田凱美瑞(前側(cè)安裝6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī))

本發(fā)明所述的結(jié)果大多基于帶有由香港巴士公司使用的6缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)的香港小型客車和沃爾沃雙層客車所用的豐田考斯特車型。然而，相同的原則也適用于其他車型，甚至適用于不在上述名單內(nèi)的那些以及特殊非客運(yùn)車輛，例如拖拉機(jī)、堆土機(jī)以及其他重型機(jī)械。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定的速度或RPM(每分鐘轉(zhuǎn)速)空轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量是必要的。記錄100Hz下1分鐘的速率作為未過濾的數(shù)據(jù)。棄掉最初5秒鐘和最后5秒鐘的數(shù)據(jù)，留下約4500個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用于快速傅里葉變換(FFT)分析，以得到0至50Hz的振動(dòng)譜。沿三個(gè)正交軸的振動(dòng)被指定為：浪涌(前和后)、搖擺(左和右)和升沉(上和下)。由于所相關(guān)的小排量，所以約三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度例如俯仰(Pitch)、滾轉(zhuǎn)(Roll)和偏航(Yaw)的運(yùn)動(dòng)被忽略不計(jì)。隨著三軸加速度計(jì)的精度為0.003g，位移檢測(cè)限是10Hz振動(dòng)為約10^-4m，20Hz振動(dòng)為約0.25×10^-4m。這種高靈敏度能在不需要將三軸加速度計(jì)直接安置在發(fā)動(dòng)機(jī)組上的情況下進(jìn)行測(cè)量，而在大多數(shù)情況下包括本說明書中所述的兩種類型的車輛。

圖1和圖2示出了在時(shí)間和頻率區(qū)域中所有三個(gè)方向中的兩組振動(dòng)譜，一組為小型客車，空轉(zhuǎn)速度為640rpm(約)，而另一組為雙層客車，空轉(zhuǎn)速度為700rpm(約)。對(duì)于小型客車而言，將iPhone安置在最后一排的右角座椅的下方，離發(fā)動(dòng)機(jī)約5米。對(duì)于雙層客車而言，將iPhone安置在上層第9排左側(cè)座椅的下方。這兩種譜顯示雙層客車的主峰為35.003Hz，而小型客車的主峰為21.674Hz。如果這些振動(dòng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)速度可以通過將這些值乘以60來計(jì)算，分別對(duì)應(yīng)于客車為2100rpm，而小型客車為1300rpm，這比所測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(rpm)要高得多。對(duì)于小型客車而言，其確切地是所讀取的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)的2倍。對(duì)于雙層客車而言，其確切地是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)的3倍。該差異可以通過四沖程狄塞爾循環(huán)或其他內(nèi)部燃燒循環(huán)過程中檢查單個(gè)氣缸的操作順序進(jìn)行解釋。

圖3描述了四沖程循環(huán)過程中的活塞運(yùn)動(dòng)。每個(gè)循環(huán)完成兩種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

第一轉(zhuǎn)動(dòng)由通過連接在曲軸上的飛輪慣性驅(qū)動(dòng)的進(jìn)氣和壓縮沖程組成。第二轉(zhuǎn)動(dòng)由點(diǎn)火和排氣沖程組成。做功是在點(diǎn)火沖程過程中由該轉(zhuǎn)動(dòng)輸送的。因此，它通常被稱為做功沖程，是發(fā)動(dòng)機(jī)噪音和振動(dòng)的來源。因此，根據(jù)該操作順序，每分鐘每氣缸所產(chǎn)生的做功沖程的數(shù)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的RPM相關(guān)：

做功沖程數(shù)/分鐘＝RPM/2

對(duì)于具有“N”個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)而言：

做功沖程數(shù)/分鐘＝N×RPM/2 (1)

例如，對(duì)于小型客車的四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，N＝4

做功沖程數(shù)/分鐘＝2×RPM (2)

并且對(duì)于客車的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，N＝6

做功沖程數(shù)/分鐘＝3×RPM (3)

基于上述關(guān)系和從主振動(dòng)峰和發(fā)動(dòng)機(jī)RPM的位置，很明顯，四缸和六缸發(fā)動(dòng)機(jī)二者的主振動(dòng)是由做功沖程引起的。由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)量?jī)H作為非常弱的峰出現(xiàn)，但是分別根據(jù)方程式(2)和(3)，四缸和六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的明確的峰為確切的1/2和1/3做功沖程相關(guān)峰值。

其他可辨別的峰包括對(duì)稱地位于主峰的一對(duì)衛(wèi)星峰。它們都是由于在數(shù)據(jù)處理中使用的快速傅立葉變換過程引起的。在該時(shí)域中，低頻成分是清楚存在的、其出現(xiàn)在頻域中1-2Hz的范圍內(nèi)。它們是由于車輛懸架的振動(dòng)引起的。它們的幅度提供監(jiān)控懸架系統(tǒng)狀態(tài)的方法。對(duì)于養(yǎng)護(hù)差的發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以檢測(cè)由與磨損相關(guān)的其他原因而引起的峰。其起源可以通過系統(tǒng)的研究來識(shí)別。該研究將集中在由于做功沖程引起的主峰上和由于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起的確切分?jǐn)?shù)頻率的小峰上。

一旦我們已經(jīng)確定了主峰的原因，那么我們可使用沿三個(gè)軸的強(qiáng)度、寬度和相對(duì)強(qiáng)度來監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)性能，尤其是，由于缺火造成的功率損耗。對(duì)于具有多個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，氣缸運(yùn)動(dòng)以精確的相位角連接至共同的曲軸并進(jìn)而在相位匹配的時(shí)間被點(diǎn)燃。一個(gè)或更多個(gè)氣缸的缺火可引起不同步和不均勻的氣缸運(yùn)動(dòng)、這導(dǎo)致總功率損耗。

通過測(cè)量許多為期超過5個(gè)月的小型客車的空轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)譜而對(duì)小型客車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能建立了大型數(shù)據(jù)庫(kù)。在那段時(shí)間里，我們成功地在多個(gè)場(chǎng)合檢測(cè)到了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下降。養(yǎng)護(hù)后，我們能夠確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)重新恢復(fù)其性能。一個(gè)實(shí)例示于圖4和圖5中。圖4示出了養(yǎng)護(hù)之前和之后同一小型客車的振動(dòng)譜。在一段時(shí)間內(nèi)，我們能夠監(jiān)測(cè)其振動(dòng)譜特征的逐漸變化，特別是在約20Hz的做功沖程峰的寬度和強(qiáng)度，隨著強(qiáng)度降低并且峰加寬，最終導(dǎo)致分裂成圖4(b)中所示的頻率尺度擴(kuò)大的小峰。該變化表明為缺火狀態(tài)。缺火狀態(tài)不僅降低了功率，而且增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡性，這導(dǎo)致寬帶頻率的更多振動(dòng)。因此，在其半頻時(shí)的弱的但輪廓分明的峰值由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也變寬。這更清楚地描述在圖5中，其示出了沿三個(gè)軸的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)過程中車輛的總振動(dòng)能量是車輛養(yǎng)護(hù)之前的約5倍。另一點(diǎn)值得注意的是養(yǎng)護(hù)之后12.02Hz處的峰消失。峰的起源沒有完全確定，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)粗糙造成的。

另一組兩次測(cè)量是在具有安裝在后面上的直列六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的相同沃爾沃車型的雙層客車上進(jìn)行的。兩次測(cè)量是通過將加速度計(jì)置于上層中段上進(jìn)行的，發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)速度為約700rpm。升沉振動(dòng)的振動(dòng)譜示于圖6(a)和圖6(b)中。這兩輛客車，盡管具有相同的車型和路線，但是在振動(dòng)譜下顯示不同的特征，表明不同的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。圖2示出了所有三個(gè)方向搖擺、浪涌和升沉的一組非常“干凈的譜”，僅幾個(gè)峰振動(dòng)。所有的均是可說明的。35.05Hz處的主峰是由柴油周期的“做功沖程”引起的。它的位置恰好在兩個(gè)小衛(wèi)星峰之間的中點(diǎn)；它是快速傅立葉變換的結(jié)果。也易于識(shí)別的是由曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起的11.66Hz處的峰，確切地說，是做功沖程峰頻率的三分之一。圖6中比較了兩輛客車的升沉運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)譜?？蛙?的發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)顯然比客車2的更好。在后者中，存在一些缺火。

基于這些數(shù)據(jù)，我們宣稱這種簡(jiǎn)單的非侵入性技術(shù)可被用于提供發(fā)動(dòng)機(jī)性能的周期監(jiān)測(cè)，指出發(fā)動(dòng)機(jī)故障的發(fā)生并及時(shí)提供“條件維護(hù)”以及時(shí)地糾正問題。

除了有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信息之外，可以是直列安裝(沿車輛長(zhǎng)軸方向的曲軸)或側(cè)面安裝(垂直于車輛長(zhǎng)軸方向的曲軸)的發(fā)動(dòng)機(jī)的位置也可以由沿三個(gè)軸的做功沖程峰的相對(duì)強(qiáng)度來確定。對(duì)于直列發(fā)動(dòng)機(jī)(例如小型客車)而言，“搖擺”振動(dòng)(肩并肩)比“浪涌”(向前和向后)振動(dòng)更占優(yōu)勢(shì)。雖然側(cè)面安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，例如客車，“浪涌”振動(dòng)比“搖擺”振動(dòng)更強(qiáng)烈。因此，強(qiáng)度比可用于監(jiān)測(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)安裝相關(guān)的任何缺陷的發(fā)生。

最后，如圖1所示的小型客車和圖4所示的雙層客車，具有與其它類型的車輛類似的測(cè)量，在低于5Hz的低頻率下有一組小峰。該組峰是由于車輛懸架引起的緩慢升沉運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)度可用于監(jiān)測(cè)車輛的懸架狀態(tài)。懸架系統(tǒng)的惡化可由這些低頻峰的常規(guī)監(jiān)測(cè)來檢測(cè)。

圖7示出了沿馬自達(dá)5車輛的三個(gè)軸的振動(dòng)譜。其是安裝在側(cè)面的四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。與上述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，振動(dòng)幅度的數(shù)量級(jí)較低，因此將傳感器安置在發(fā)動(dòng)機(jī)組上用于測(cè)量。所觀察到的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特征是清晰可辨的。需要指出的顯著的特征是做功沖程峰的相對(duì)強(qiáng)度。在上文討論的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，搖擺方向的強(qiáng)度比浪涌方向的更強(qiáng)。在這種情況下，由于側(cè)裝式發(fā)動(dòng)機(jī)的取向，浪涌方向上的強(qiáng)度更強(qiáng)。

如下作為非限制性實(shí)例提出了本發(fā)明的一些實(shí)施方案。在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)以非侵入性方式診斷車輛性能的方法，每個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛的不同位置上，其中所述方法可診斷所述車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能，包括發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失和與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和其他部分相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷，并且所述方法可進(jìn)一步診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失是由于一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火引起的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第二個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)包括具有適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸功能的獨(dú)立單元，或者被嵌入在包括智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)設(shè)備的裝置中的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第三個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛中進(jìn)行診斷的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第四個(gè)實(shí)施方案中，提供了通過使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)監(jiān)測(cè)車輛的振動(dòng)譜特征的逐漸改變來診斷一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第五個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中振動(dòng)譜特征包括一個(gè)或更多個(gè)做功沖程峰的寬度和強(qiáng)度的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第六個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的“搖擺”振動(dòng)對(duì)比“浪涌”振動(dòng)的強(qiáng)度比來診斷與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷的方法。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第七個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種方法，其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)，每個(gè)被安置在不同的位置，被設(shè)置以測(cè)量所述車輛的振動(dòng)，使所述測(cè)量值的相關(guān)性進(jìn)一步識(shí)別所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和/或懸架系統(tǒng)的問題。

在本發(fā)明的第一個(gè)方面的第八個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)載客過程中所述車輛的升沉運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度來診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化的方法。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)以非侵入性方式診斷車輛性能的裝置，其中所述裝置可診斷所述車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能，包括發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失和與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷，并且所述方法可進(jìn)一步診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失是由于一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火引起的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)被安置在車輛中進(jìn)行診斷的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第二個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過使用至少一個(gè)三軸加速度計(jì)監(jiān)測(cè)車輛的振動(dòng)譜特征的逐漸改變來診斷一個(gè)或更多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缺火的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第三個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中振動(dòng)譜特征包括一個(gè)或更多個(gè)做功沖程峰的寬度和強(qiáng)度的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第四個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的“搖擺”振動(dòng)對(duì)比“浪涌”振動(dòng)的強(qiáng)度比來診斷與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)缺陷的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第五個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中通過監(jiān)測(cè)載客過程中所述車輛的升沉運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度來診斷所述車輛的懸架系統(tǒng)的惡化的裝置。

在本發(fā)明的第二個(gè)方面的第六個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種裝置，其中所述至少一個(gè)三軸加速度計(jì)，每個(gè)被安置在不同的位置，被設(shè)置以測(cè)量所述車輛的振動(dòng)，所述裝置與測(cè)量值相關(guān)，以進(jìn)一步識(shí)別所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和/或懸架系統(tǒng)的問題。

工業(yè)實(shí)用性

本文要求保護(hù)的本發(fā)明的目的是提供診斷內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)性能的方法。更具體而言，它涉及使用嵌入在智能手機(jī)中的三軸加速度計(jì)進(jìn)行非侵入性診斷車輛內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。本發(fā)明具有提供及時(shí)調(diào)度“條件維護(hù)”以低成本使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能最大化的信息的應(yīng)用。這種診斷方法并不限于上文所述的客車?yán)缧⌒涂蛙嚭碗p層客車。它也適用于使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所有系統(tǒng)，例如重型載貨車、挖土機(jī)、起重機(jī)等機(jī)械。