气体燃料发动机火花塞故障检测制造技术

提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统。该系统可以包括联接到发动机并配置成测量发动机数据的一个或多个传感器装置、与传感器装置通信的控制器，以及输出装置。控制器可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况，并响应于所述故障状况执行纠正动作。输出装置可以配置成生成对应于故障状况的通知。

Fault detection of spark plug for gas fuel engine

A system for detecting the fault of spark plugs in an engine is provided. The system can include one or more sensor devices connected to the engine and configured to measure engine data, a controller communicating with the sensor device, and an output device. The controller may be configured to determine at least fire count, secondary transformer voltage and exhaust temperature based on the engine data, based on the fire count, secondary transformer voltage and exhaust temperature of one or more to confirm the fault condition, and in response to the failure of execution of corrective action. The output device can be configured to generate notifications corresponding to the failure condition.

【技术实现步骤摘要】
气体燃料发动机火花塞故障检测
本专利技术总体涉及用于气体燃料发动机的点火系统，并且更具体地，涉及用于监视和检测火花塞故障的系统和方法。专利技术背景内燃机，或更具体地，气体燃料发动机，可用于为各种不同类型的机器供电，例如高速公路卡车或车辆、非高速公路机器、移动设备、发电机、航空航天应用、泵、诸如发电厂的固定设备等。通常，气体燃料发动机供应有空气和燃料的混合物，以特定的时间间隔使用火花塞和点火系统将其点燃以产生机械能，例如旋转输出扭矩，并最终用于驱动或操作相关机器。为提高发动机的效率和可靠性以及机器的总体生产率做出了不懈努力。定期监视火花塞的健康状况是帮助减少计划外停机并提高生产力的一种方式。内燃机中的火花塞的寿命可能受到重复通过火花塞的间隙的电流的大小的影响。特别地，重复暴露于高电流可能使火花塞的金属尖端随着时间的推移而发生各种故障。例如，随着时间的推移，火花塞可能容易发生由尖端处的金属腐蚀或火花塞间隙附近的金属腐蚀、金属尖端的分层、尖端处的金属的自发分离等引起的故障。当未解决这种故障时，可能导致失火和其他不利影响，这可能会降低机器的整体效率或引起发动机损坏。因此，不仅能够跟踪火花塞的健康状况，而且有助于在发生故障时快速检测故障，从而最大程度地减少无效操作、计划外停机和不必要的损坏。目前可用的一种用于检测火花塞故障的方法由美国专利6,559,647号公开(“Bidner”)。具体来说，Bidner公开了一种在指定的测试期间临时禁用发动机的每个汽缸中的一个火花塞的方法，以便确定是否发生失火。基于是否发生失火，Bidner能够确认每个火花塞的正常功能。虽然Bidner可能是有效的，但是让每个发动机的每个汽缸禁用每个火花塞可能相当繁冗，并且完成每个测试程序也可能相当耗时。此外，由于Bidner中的测试程序无法在飞行中或在正常的发动机或机器操作期间执行，所以在机器的整个使用寿命期间进行此类测试所花费的停机时间总量可能很大。鉴于与常规火花塞监视技术相关的上述缺点，需要一种解决方案，其不仅有效地监视火花塞故障，而且还在不中断生产率并且不需要任何大量的停机时间的情况下被动地执行。此外，需要一种火花塞监视技术，其能够使用诸如来自发动机控制或管理单元的容易获得的数据和信息，并且使用该信息来确认火花塞的健康状况或任何现有的故障。本专利技术涉及解决上述一个或多个缺点和劣势。然而，应当理解，任何特定问题的解决方案不限于本专利技术或所附权利要求的范围，除了明确指示的范围之外。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，提供一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统。该系统可以包括联接到发动机并配置成测量发动机数据的一个或多个传感器装置、与传感器装置通信的控制器和输出装置。控制器可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况，并响应于故障状况来执行纠正动作。输出装置可以配置成生成对应于故障状况的通知。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的控制器。控制器可以包括传感器模块、计算模块、故障检测模块和纠正模块。传感器模块可以配置成从发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据。计算模块可以配置成基于发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度。故障检测模块可以配置成基于失火计数、次级变压器电压和排气口温度中的一个或多个来确认故障状况。纠正模块可以配置成响应于故障状况执行纠正动作。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于检测发动机中的火花塞故障的方法。该方法可以包括从发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据，基于发动机数据确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于发动机数据确认故障状况、失火计数、次级变压器电压和排气口温度，并根据故障状况执行纠正动作。当结合附图阅读下面的详细描述时，这些和其它方面和特征将更容易理解。附图说明图1是典型发动机的燃烧室和火花塞的局部剖视图；图2是本专利技术的故障检测系统的一个示例性实施例的示意图；图3是可以与本专利技术的故障检测系统一起使用的一个示例性控制器的示意图；图4是可以由本专利技术的故障检测系统访问或导出的包括发动机速度、次级变压器电压和失火信息的示例性发动机数据的图形视图；图5是可以由本专利技术的故障检测系统访问或导出的包括排气口温度的示例性发动机数据的图形视图；图6是可以由本专利技术的故障检测系统访问或导出的包括次级变压器电压变化率的示例性发动机数据的图形视图；图7是检测发动机火花塞故障的一种示例性算法或方法的流程图；以及图8是确认发动机火花塞故障的一种示例性流程或方法的流程图。虽然以下给出对于某些说明性实施例的详细描述，但是应当理解，这样的实施例不应被解释为限制性的，而是本专利技术有权享有的与所有实施例、修改、替代方案、结构和等同物相一致的保护范围。具体实施方式参见图1，提供了一种示例性内燃机100的一部分。虽然示出的发动机100可以用于各种不同的应用中，但是发动机100和所示的实施例可以包括在机器中，例如运土机或固定作业机器中。例如，发动机100可用于操作高速公路卡车、非高速公路机器、移动设备、发电机、航空航天应用、泵，诸如发电厂的固定设备等。另外，发动机100可以包括使用空气和燃料混合物来产生诸如旋转扭矩输出等机器功率的任何合适的内燃机。例如，发动机100可以包括汽油发动机、天然气发动机或使用火花塞和相关点火系统进行燃烧的任何其它合适的内燃机。如图1所示，发动机100可以包括限定一个或多个孔104的块102，其使用头部106和对应的垫圈108进行大致密封。发动机100还可以包括可滑动地设置在每个孔104内的活塞110，其限定具有头部106和垫圈108的燃烧室112。此外，发动机100的每个燃烧室112可以包括一个或多个火花塞114，其联接到头部106并且至少部分地引入到燃烧室112中。应当理解，发动机100可以包括任何数量的燃烧室112，并且可以以例如“直线”配置、“V”配置、相对活塞配置等的任何数量的配置来布置燃烧室112。图1中的活塞110在一个燃烧事件期间可配置成在孔104内在完全伸出和完全缩回位置之间作线性往复运动。例如，活塞110可以通过连杆118枢转地连接到曲轴116，使得活塞110在完全伸出和完全缩回位置之间的直线运动导致曲轴116旋转，并且使得旋转曲轴116使活塞110在孔104内滑动。此外，在燃烧事件期间，活塞110可被设计成穿过多个冲程，包括进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。例如，燃料可以在进气冲程期间喷射到燃烧室112中，并与空气混合并在压缩冲程期间被点燃。然后，所产生的热和压力可以在动力冲程期间转换成机器动力，并且残余气体可以在排气冲程期间从腔室112排出。如图1进一步所示，火花塞114可以以将火花塞114的金属尖端120引入燃烧室112的方式安装到头部106中。金属尖端120可以由与配对电极124形成间隙122的电极组成，使得跨金属尖端120和电极124施加电压差在其间产生电弧或火花。在适当的时机下，这种火花可用于例如在压缩冲程期间点燃燃烧室112内的空气和燃料混合物。随着时间的推移，跨越间隙122重复施加的高电平和电流可能潜在地使火花塞114的金属尖端120遭受不同类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统，包括：一个或多个传感器装置，其联接到所述发动机并配置成测量发动机数据；控制器，其与所述传感器装置通信并配置成基于所述发动机数据确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个确认故障状况，并响应于所述故障状况执行纠正动作；以及输出装置，其配置成生成对应于所述故障状况的通知。

【技术特征摘要】
2016.08.25 US 15/247,3081.一种用于检测发动机中的火花塞故障的系统，包括：一个或多个传感器装置，其联接到所述发动机并配置成测量发动机数据；控制器，其与所述传感器装置通信并配置成基于所述发动机数据确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度，基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个确认故障状况，并响应于所述故障状况执行纠正动作；以及输出装置，其配置成生成对应于所述故障状况的通知。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器装置配置成测量对应于发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮机排气温度、所述失火计数、所述次级变压器电压、所述排气口温度和缸内压力中的一个或多个的发动机数据。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成一旦已验证一个或多个数据捕获条件，则确定所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度，所述数据捕获条件包括维持最小预定发动机怠速和最小预定发动机工作温度。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成基于至少所述次级变压器电压和最小失火计数将所述故障状况确认为基于腐蚀的故障状况、基于分层的故障状况和基于分离的故障状况之一，如果所述次级变压器电压在第一预定持续时间内保持大于上限电压阈值，则所述基于腐蚀的故障状况被确认，如果所述次级变压器电压在第二预定持续时间内保持小于下限电压阈值，则确认所述基于分层的故障状况，并且如果所述次级变压器电压相对于时间的变化率超过移动平均电压阈值，则确认所述基于分离的故障状况。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置成执行指示建议警告以在下一停止时间更换故障火花塞，以及停止所述发动机并指示严重警告以立即更换所述故障火花塞的纠正动作之一，所述严重警告响应于故障状况而被指示，其中所述排气口温度偏离汽缸组平均值，在延长的持续时间内超过可接受的偏离阈值，并且响应于所有其他故障状况指示所述建议警告。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出装置包括配置成向操作者显示与所述故障状况相对应的通知的显示器。7.一种用于检测发动机中的火花塞故障的控制器，包括：传感器模块，其配置成从所述发动机的一个或多个传感器装置接收发动机数据；计算模块，其配置成基于所述发动机数据来确定至少失火计数、次级变压器电压和排气口温度；故障检测模块，其配置成基于所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度中的一个或多个来确认故障状况；以及纠正模块，其配置成响应于所述故障状况执行纠正动作。8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述传感器模块配置成接收对应于发动机速度、发动机机油温度、涡轮机入口温度、涡轮机排气温度、所述失火计数、所述次级变压器电压、所述排气口温度和缸内压力中的一个或多个的发动机数据。9.根据权利要求7所述的控制器，其中所述计算模块配置成一旦已验证一个或多个数据捕获条件，则确定所述失火计数、所述次级变压器电压和所述排气口温度，所述数据捕获条件包括维持最小预定发动机怠速和...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·坎帕格纳，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US