CN103328988A - 用于诊断内燃发动机的涡轮增压器的***和方法 - Google Patents

用于诊断内燃发动机的涡轮增压器的***和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于诊断交通工具***的涡轮增压器的故障的方法和***。涡轮增压***包括旋转部件和具有多个信号的线束。在一个实施例中，诊断套件包括测试仪(330)、操纵工具(310)和多个人可读说明(380)。测试仪包括可操作用于连接到线束和多个连接器的连接器。测试仪被构造成从线束接收信号以用于诊断故障源。操纵工具联接到旋转部件并从旋转部件分离，并且该工具可操作用于在该工具联接到旋转部件时使旋转部件旋转。多个人可读说明包括关于如何使用测试仪和物理操纵工具来诊断涡轮增压***的故障的信息。

Description

用于诊断内燃发动机的涡轮增压器的***和方法
技术领域
本文中所公开的主题的实施例涉及用于诊断涡轮增压***的诊断套件、***和方法。
背景技术
诸如机车、采矿卡车或船舶的非公路交通工具可包括具有涡轮增压***的发动机。涡轮增压***可能在车辆的操作寿命期间的某些时候发生故障，但故障原因可不容易知道。交通工具可包括用于确定故障原因的机载电子诊断器。然而，某些故障不能通过电子诊断器识别，并且必须采取其它纠正措施以识别根本原因。目前的解决方案包括完全移除和更换发生故障的涡轮增压***或者移除和拆卸涡轮增压***。在拆卸之后，可单独地检查各个部件以确定故障源。
本发明人已认识到，在涡轮增压***的仅一部分发生故障的情况下更换整个涡轮增压***可不是在经济上有利的。移除和更换以及拆卸是具有相关的经济抑制因素的劳动密集型活动。此外，维修引起的延迟可降低投资回报，其中诸如机车或采矿装备的整个***在持续的程序期间停止运行。因此，可能有利的是具有在移除和更换整个涡轮增压***之前潜在地识别涡轮增压***故障的设备和方法。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于涡轮增压***的诊断设备的套件。该套件包括：测试仪，其包括可操作用于连接到涡轮增压***的线束的至少一个连接器，该测试仪被构造成从线束接收信号以用于诊断故障源；以及人可读介质，其具有规定如何利用测试仪且在不移除涡轮增压***的情况下诊断涡轮增压***的故障源的说明。
在一个实施例中，提供了一种用于诊断交通工具的涡轮增压***的故障源的方法。以电子方式诊断第一组零件以确定第一组零件中是否有任何零件为故障源。目视检查第二组零件以确定第二组零件中是否有任何零件为故障源。在以电子方式诊断第一组零件和目视检查第二组零件之后，如果第一组零件和第二组零件中没有零件为故障源，则诊断第三组零件以确定第三组零件中是否有任何零件为故障源。通过物理操纵涡轮增压***的部件同时监测来自涡轮增压***的输出而诊断第三组零件。在诊断第三组零件之后，且如果第三组零件中没有零件为故障源，则从交通工具移除涡轮增压***的至少一部分。
因此，在一个实施例中，在从交通工具移除或更换涡轮增压***的任何零件之前，可诊断涡轮增压***的所有或大致所有可以以电子方式诊断和可目视检查的部件。例如，可通过在从交通工具移除涡轮增压***之前在视觉上识别涡轮增压***的有故障的电连接器而诊断故障。以这种方式，可在执行涡轮增压***的潜在地劳动密集的移除或昂贵的更换之前发现涡轮增压器故障。
提供本发明内容是为了以在本文中进一步描述的简化形式介绍一系列概念。本发明内容并非旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用来限制要求保护的主题的范围。此外，要求保护的主题并不限于解决本公开的任何部分中指出的任何或全部缺点的实施例。另外，本发明的发明人已认识到任何所明确的问题和对应的解决方案。
附图说明
通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明，附图中：
图1示出包括发动机、涡轮增压***和控制器的交通工具的示例性实施例。
图2示出通过一个或多个线束连接到控制器的涡轮增压***的示例性实施例。
图3示出用于诊断涡轮增压***的诊断套件的示例性实施例，该诊断套件包括测试仪、物理操纵工具和具有诊断说明的人可读介质。
图4示出诊断套件的测试仪的示例性实施例。
图5示出诊断套件的测试仪的示例性实施例。
图6示出用于诊断涡轮增压***的方法的示例性实施例的流程图。
图7示出用于诊断涡轮增压***的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
一些交通工具(例如，船舶、采矿卡车或如图1所示机车的示例性实施例)可包括具有涡轮增压器的发动机，该涡轮增压器用于通过在燃烧期间增加空气的充气密度而增加功率输出和/或发动机操作效率。交通工具还可包括通过一个或多个线束连接到涡轮增压***的控制器，例如在图2的示例性实施例中所示。控制器可监测和调整涡轮增压***。例如，涡轮增压***的一个或多个部件可在交通工具的操作期间的某些时候发生故障，并且控制器的机载电子诊断器可记录该故障。对于某些涡轮增压***故障来说，机载电子诊断器可记录故障的根本原因，但对于其它故障来说，根本原因可不会被机载电子诊断器识别。当不能由机载电子诊断器确定根本原因时，可能有利的是使用能在不从交通工具移除涡轮增压***的情况下潜在地帮助维护组确定根本原因的诊断套件。图3示出用于诊断涡轮增压***的诊断套件的示例性实施例，该诊断套件包括测试仪和具有诊断说明的人可读介质。测试仪可连接到来自涡轮增压***的电子线束，以便在使用物理操纵工具来操纵涡轮增压器的部件时监测涡轮增压器的输出。图4和图5均示出测试仪的示例性实施例。人可读介质规定如何使用测试仪和物理操纵工具诊断涡轮增压***的故障源，其包括用于连接测试仪和分析其输出的说明。例如，人可读介质可包括用于实现诸如在图6和图7中所示的用于诊断涡轮增压***的方法的说明。因此，通过使用诊断套件，可在不执行从交通工具移除涡轮增压***的劳动密集型步骤的情况下诊断涡轮增压***。
在一个实施例中，涡轮增压器可联接到发动机，例如交通工具中的发动机。机车***被用来举例说明具有可以附连涡轮增压器或多涡轮增压器的发动机的交通工具类型中的一种。其它类型的交通工具可包括公路交通工具、非公路交通工具、采矿设备和船舶。本发明的其它实施例可用于联接到固定发动机的涡轮增压器。发动机可为柴油发动机，或者可燃烧另一种燃料或燃料的组合。这样的备选燃料可包括汽油、煤油、生物柴油、天然气和乙醇。合适的发动机可使用压缩点火和/或火花点火。
图1示出本文描绘为轨道交通工具106(例如机车)的交通工具***100的示例性实施例的框图，该交通工具***构造成经由多个车轮108在轨道102上行驶。如图所示，轨道交通工具106包括具有发动机104的发动机***。
发动机104接纳来自进气通道114的进气以用于燃烧。进气通道114接纳来自轨道交通工具106外部的环境空气。由发动机104中的燃烧产生的排气被供应至排气通道116。排气流过排气通道116，并且离开轨道交通工具106的排气管。
发动机***包括布置在进气通道114和排气通道116之间的涡轮增压***160(TURBO)。涡轮增压***160增加吸入进气通道114的环境空气的充气量(air charge)，以便在燃烧期间提供更大的充气密度以增加功率输出和/或发动机操作效率。在一个实施例中，涡轮增压***160包括至少部分地由涡轮(未示出)驱动的压缩机(图1中未示出)。涡轮增压***160可包括多个涡轮和/或压缩机级。涡轮增压***160可包括包含空气过滤器(图1中未示出)的外壳(图1中未示出)，空气过滤器过滤来自进气通道114的空气。在一个实施例中，涡轮增压***160可包括涡轮增压器传感器170，涡轮增压器传感器170可构造成测量涡轮增压***160的输出，例如一个或多个涡轮增压***160部件的速度。在备选实施例中，涡轮增压器传感器170可邻近涡轮增压***160。
在一些实施例中，交通工具***100还可包括联接在涡轮增压***160上游或下游的排气通道中的排气处理***。在一个示例性实施例中，排气处理***可包括柴油氧化催化剂(DOC)和柴油颗粒过滤器(DPF)。在其它实施例中，排气处理***可附加地或备选地包括一个或多个排放控制装置。此类排放控制装置可包括选择性催化还原(SCR)催化剂、三效催化剂、NOx捕集器和/或各种其它装置或***。
轨道交通工具106还包括用于控制与交通工具***100有关的各种部件的控制器110。在一个示例中，控制器110包括计算机控制***。在一个实施例中，计算机控制***包括处理器，例如处理器140。控制器110可包括多个发动机控制单元(ECU)，并且控制***可分布在每一个ECU中。控制器110还包括计算机可读存储介质，例如存储器142，其包括用于能够进行轨道交通工具操作的机载监测和控制的代码。存储器142可包括易失性和非易失性存储器。
在监督交通工具***100的控制和管理的同时，控制器110可被构造成从如本文进一步详述的各种发动机传感器150接收信号，以便确定操作参数和操作条件，并且对应地调整各种发动机促动器152以控制轨道交通工具106的操作。例如，控制器110可从各种发动机传感器150接收信号，包括但不限于发动机速度、发动机负载、增压压力、排气压力、环境压力、排气温度等。作为另一示例，控制器110可从涡轮增压器传感器170接收指示涡轮增压***160的部件的速度的信号。对应地，控制器110可通过向诸如牵引马达、交流发电机、气缸阀、节流阀等的各种部件发送命令来控制交通工具***100。来自发动机传感器150和涡轮增压器传感器170的信号可通过一个或多个信号线(例如一起捆绑成一个或多个线束的信号线)传输，以减小交通工具***100中线路专用的空间并保护信号线不受磨损和振动。
控制器110可进一步连结到显示器120，例如诊断界面显示器，从而为机车操作组和维护组提供用户界面。响应于经由用户输入控制器130的操作者输入，控制器110可通过发送命令以对应地调整各种发动机促动器152来控制发动机104。用户输入控制器130的非限制性示例可包括节流阀控制器、制动控制器、电源开关和燃料泵断路器(FPB)开关。例如，操作者可通过切换用户输入控制器130的FPB开关而启用或禁用机车的FPB。
控制器110可包括用于记录交通工具***100的***和部件故障的机载电子诊断器。在一个实施例中，故障可存储在存储器142中。例如，控制器110可监测来自涡轮增压***160的信号的电压。如果信号的电压超出预定电压范围，则控制器110可在存储器142中记录故障。在一个实施例中，可在检测到故障时由无线电发射机(未示出)向命令中心发送消息，并且可为交通工具***100制定维护计划。在一个实施例中，可通过发布在显示器120上的信息而将故障告知操作组。当交通工具***100在被修理时，可从存储器142检索***故障的列表并将其显示在显示器120上。在一个实施例中，维护组可命令控制器110以执行发动机诊断。例如，维护组可经由用于诸如涡轮增压***160的一个或多个交通工具***的用户输入控制器130输入命令，以便执行自检并经由显示器120报告状况。某些故障的根本原因可以以这种方式通过使用机载电子诊断器来诊断。利用机载电子诊断器诊断涡轮增压***160的故障可比移除涡轮增压***160更节约时间和成本。因此，一种用于诊断涡轮增压***160的方法可包括在从交通工具***100移除或更换涡轮增压***160的任何零件之前对可以以电子方式诊断的所有或大致所有零件进行电子诊断。然而，其它故障可需要额外的诊断，如本文中进一步详述的。
图2示出通过一个或多个线束(例如，第一线束210、第二线束212和第三线束214)连接到控制器110的涡轮增压***160的示例性实施例。在一个实施例中，来自涡轮增压器传感器170的信号通过第一线束210被传送至控制器110、至第一连接230、至第二线束212、至第二连接240、至第三线束214以及至控制器110。在备选实施例中，来自涡轮增压器传感器170的信号通过串联连接在涡轮增压器传感器170和控制器110之间的更多数量的线束来传送，如由虚线250所示。每个线束210、212和214都可载送来自发动机传感器150的信号。第一线束210可包括第一线束连接器232。第二线束212可包括第二线束连接器234和第三线束连接器242。第三线束214可包括第四线束连接器244。在一个实施例中，第一连接230通过将第一连接器232联接到第二连接器234而形成。例如，第一连接器232可包括一组针脚(pin)，其滑入第二连接器234的一组插座中以形成第一电连接230。在备选实施例中，可通过将第一连接器232联接到包括底板的***并通过将第二连接器234联接到具有该底板的***而形成第一连接230。因此，可通过将来自第一连接器232的信号横跨底板传送至第二连接器234而形成第一连接230。类似地，可通过将第三连接器242和第四连接器244直接联接在一起或经由底板或电路板联接而形成第二连接240。在交通工具***100的操作期间，线束210、212和214和/或连接230和240中的一个或多个可被损坏，并且可由控制器110将这种损坏记录为涡轮增压***故障。例如，在第一连接230或第二连接240处受腐蚀的触点可造成在涡轮增压器传感器170和控制器110之间的电阻路径或开路连接。因此，与涡轮增压器传感器170相关且由控制器110观察的电压可超出预定范围并且可在存储器142中记录涡轮增压器传感器故障。作为非限制性示例，线束210、212和214和/或连接230和240中的一个或多个的损坏可由振动、磨蚀、氧化、电子迁移、和操作者或维护组的误操作而引起。
可造成故障的劣化的连接230和240的非限制性示例包括：外壳损坏的连接、丢失锁片的连接、密封丢失或损坏的连接、带有碎屑污垢的连接、以及连接器损坏的连接。当例如针脚或插座损坏时，连接器可被损坏。损坏的针脚的非限制性示例包括：弯曲的针脚、烧坏的针脚、被按入的针脚、腐蚀的针脚、微动磨损的针脚、以及带摩擦腐蚀压痕的针脚。损坏的插座的非限制性示例包括：尺寸过大的插座、畸形插座、烧坏的插座和腐蚀的插座。
劣化的连接常常可通过目视检查来发现。劣化的连接的检查和修理比从发动机***、交通工具等移除涡轮增压***160更节约时间和成本。因此，用于诊断涡轮增压***160的方法可包括在从交通工具***100移除或更换涡轮增压***160的任何零件之前目视检查可目视检查的所有或大致所有零件。然而，并非涡轮增压***160的所有故障都可利用电子诊断或目视检查来诊断。
附加的诊断可包括在观察来自涡轮增压***160的输出的同时物理地操纵涡轮增压***160的部件。图2示出处于操作状态的涡轮增压***160。涡轮增压***160可包括涡轮增压器外壳260、压缩机叶轮262和空气过滤器266。空气过滤器266过滤进入涡轮增压器外壳260的环境空气。空气过滤器266可被环境空气中的污染物污染，并且因此按定期的维护间隔进行更换。因此，涡轮增压器外壳260可被构造成适合从涡轮增压器外壳260快速移除空气过滤器266，以便在定期维护间隔期间减少交通工具***100的维修时间。压缩机叶轮262在涡轮增压器外壳260内旋转。压缩机叶轮262的旋转可通过涡轮增压器传感器170测量。在一个实施例中，涡轮增压器传感器170为有源电流环路输出装置，并且控制器110包括通过线束210、212和214连接到涡轮增压器传感器170的电压源和负载电阻器。在一个实施例中，当由控制器110的电压源供电并且当压缩机叶轮262旋转时，涡轮增压器传感器170在9.75VDC (+/-0.5VDC)和11.5VDC (+/-0.5VDC)之间切换。这样，控制器110可通过计算来自涡轮增压器传感器170的信号的频率而测量压缩机叶轮262的旋转速度。控制器110还可监测来自涡轮增压器传感器170的信号的电压，并且当该电压超出预定范围时，可将涡轮增压器传感器故障记录在存储器142中。例如，当来自涡轮增压器传感器170的电压小于9.25VDC或大于12.0VDC时，控制器110可记录故障。当这样的故障被记录时，可如图3中详述地那样进一步诊断涡轮增压器传感器170。
图3示出用于诊断涡轮增压***160的诊断套件的示例性实施例。在一个实施例中，该诊断套件包括测试仪330和人可读介质380。在另一个实施例中，该诊断套件包括测试仪330、人可读介质380和物理操纵工具310。人可读介质380规定如何使用测试仪330和物理操纵工具310来诊断涡轮增压***160的故障源。在一个实施例中，人可读介质380包括小册子，并且诊断套件包括该小册子。在一个实施例中并且如图5中进一步详述地，人可读介质380的一个或多个说明印刷在测试仪330的外壳上。在一个实施例中，人可读介质380存储在诸如CD-ROM的计算机可读介质上，并且诊断套件包括该CD-ROM。在另一个实施例中，人可读介质380包括关于如何经由可通过因特网访问的网站检索额外的说明的信息。
在一个示例中，人可读介质380可包括关于如何如图3中所示将测试仪330连接到涡轮增压***160的信息。测试仪330可串联地***涡轮增压器传感器170和控制器110之间。例如，可通过断开第一连接器232和第二连接器234而断开图2中的第一连接230，并且可在电路的该点处***测试仪330。测试仪330可包括一个或多个测试仪连接器324、342和350，以用于将测试仪电连接到交通工具***100。在一个实施例中，第一测试仪连接器324和第二测试仪连接器342是互补的。例如，第一测试仪连接器324可包括构造成图案的一组插座，并且第二测试仪连接器342可包括构造成该图案的一组针脚。在一个实施例中，第一测试仪连接器324包括构造成滑入第一线束连接器232的一组针脚中的一组插座。因此，可通过将第一测试仪连接器324联接到第一线束连接器232而形成电连接320。类似地，可通过将第二测试仪连接器342联接到第一连接器234而形成电连接340。在另一个实施例中，第三测试仪连接器350可操作用于将测试仪330连接到交通工具***100的底盘(chassis)接地360或另一个电气接地。连接器350可为鳄鱼夹、地线夹子等。
控制器110的一个或多个部件可对静电放电敏感，并且因此在将测试仪330连接到交通工具***100或从交通工具***100断开时可期望使用预防措施。例如，可在连接或断开测试仪330之前关闭控制器110的电源。在一个实施例中，可通过切换用户输入控制器130的燃料泵断路器开关而关闭电源。在一个实施例中，控制器110包括电源指示灯370，该指示灯在供电时亮起。因此，维护组可通过观察到电源指示灯370不亮而确认控制器110的电源关闭。可能有利的是维护组的技术人员在连接或断开测试仪330之前佩戴防静电手套。还可能有利的是技术人员在触摸交通工具***100的开路连接器之前通过触摸底盘接地360而释放潜在的静电。类似地，可能有利的是技术人员在触摸交通工具***100的开路连接器之前佩戴连接到底盘接地360的防静电带。
人可读介质380可包括关于如何使用测试仪330来观察涡轮增压***160的输出的信息。例如，测试仪330可用来观察当压缩机叶轮262旋转时变化的电压。物理操纵工具310可被构造成操纵涡轮增压***160的至少一部分。在一个实施例中，物理操纵工具310构造成用于旋转压缩机叶轮262。物理操纵工具310可包括联接端312、柔性部分316和柄部318。联接端312可被构造成联接到压缩机叶轮262。在一个实施例中，压缩机叶轮262包括联接部件264。例如，联接部件264可以是螺母，并且联接端312可包括中空部314，例如构造成在螺母上滑动且将联接部件264联接到联接端312的插座。备选地，联接部件264可以是突起，并且中空部314可被构造成在突起上滑动并将联接部件264联接到联接端312。在另一个实施例中，联接端312包括当抵靠压缩机叶轮262放置时具有高静摩擦系数的材料，并且联接端312通过摩擦联接到压缩机叶轮262。在另一个实施例中，物理操纵工具310为具有通用电气公司(GE)零件号84D722116G1的延长柄部，其附连有15/16英寸插座。
人可读介质380可包括关于如何将物理操纵工具310联接到压缩机叶轮262和如何旋转压缩机叶轮262的信息。到压缩机叶轮262的通路可能被空气过滤器266阻塞。因此，在将物理操纵工具310联接到压缩机叶轮262之前，可从涡轮增压器外壳260移除空气过滤器266。如在图4、图6和图7中进一步详述的，可通过使用物理操纵工具310旋转压缩机叶轮262来观察涡轮增压***160的输出。
图4示出测试仪330的示例性实施例的示意图。测试仪330可包括连接器，以例如用于连接到诸如数字万用表(DMM)或示波器的测试装备390。在一个实施例中，测试仪330包括用于连接到测试装备390的多个测试装备连接器460、470、472、474、476和478。在一个实施例中，测试仪330的第一测试装备连接器460为BNC连接器，并且测试仪330的其它测试装备连接器470、472、474、476和478为用于连接到香蕉插头的香蕉插孔。测试仪330可包括模式开关440、连接到第一测试仪连接器324和模式开关440的第一电缆410、以及连接到第二测试仪连接器342和模式开关440的第二电缆420。第一电缆410可包括第一信号线412和第二信号线414以及第一屏蔽线416。第二电缆420可包括第二信号线422和第三信号线424以及第二屏蔽线426。第二信号线422可连接到测试装备连接器474和第一测试装备连接器460的第一引线。第三信号线424可连接到测试装备连接器476和第一测试装备连接器460的第二引线。第二屏蔽线426可连接到测试装备连接器478。
模式开关440可构造成使得当测试仪330如图3所示连接时可观察交通工具***100的一个或多个电压。在一个实施例中，测试仪330具有两种模式，并且模式开关440为双掷三极开关。在另一个实施例中，测试仪330具有三种模式，并且模式开关440为三掷三极开关。
在一个示例中，测试仪330可包括未负载模式，用于测量在没有传感器170的负载的情况下来自控制器110的电压和第一线束210的绝缘电阻。通过将第一线束210经电连接320而连接到第一电缆410并将模式开关440切换至未负载模式位置而测量第一线束210的绝缘电阻。以这种方式，线412、414和416以及连接器472被电连接到一起，并且可利用DMM 390测量跨连接器470和472的绝缘电阻。通过将线束212经连接340连接到电缆420并在控制器110上加电，可测量来自控制器110的未负载电压。可利用DMM 390测量跨连接器474和476上的未负载电压。在一个实施例中，当其为12VDC (+/- 0.25VDC)时，未负载电压在规格范围内。
在另一示例中，测试仪330可包括负载模式，以用于测量在控制器110负载传感器170时来自控制器110的电压。通过将第二线束212经连接340连接到第二电缆420、将模式开关440切换至负载模式位置并在控制器110上加电来测量来自控制器110的负载电压。以这种方式，传感器170通过测试仪330连接到控制器110。可利用DMM 390测量跨连接器474和476的负载电压。此外，通过物理地操纵涡轮增压***160的至少一部分，可改变负载电压和/或电流。在一个实施例中，当利用物理操纵工具310缓慢旋转压缩机叶轮262时，当负载电压在9.75VDC (+/- 0.5VDC)和11.5VDC (+/- 0.5VDC)之间切换时，其在规格范围内。
图5示出可包括外壳510和标签的测试仪330的示例性实施例。标签可附连到外壳510或印刷在外壳510上。标签可包括人可读介质380的说明。在诸如标签512的一个示例中，标签可识别测试仪330的功能。因此，测试仪330可容易地被维护组的成员或其他用户识别。在诸如标签522的另一示例中，标签可识别对于给定模式设置的模式开关440的位置。在诸如标签530、540、542和550的另一示例中，标签可识别用于测量电压或电阻的测试点。在诸如标签532和544的另一示例中，标签可识别对于给定模式在测试点处期望的电压或电阻值。通过在测试仪330的外壳510上包括说明，维护组的成员(或其他用户)在诊断涡轮增压***160时可潜在地减少错误或节约时间。
因此，图1至图5的***提供了交通工具***，该***包括具有涡轮增压器和涡轮增压器传感器、连接到涡轮增压器传感器的线束以及构造成联接到线束的测试仪的发动机，其中涡轮增压器传感器构造成测量涡轮增压器的输出。该***还包括连接到线束的控制器，并且包括联接到线束的测试仪，该测试仪构造成在第一模式下连接在控制器和涡轮增压器传感器之间的信号并且在第二模式下断开在控制器和涡轮增压器传感器之间的信号。
图1至图5的***还提供了用于诊断发动机的涡轮增压***的故障源的***，该***包括：具有可操作用于连接到涡轮增压***的线束的至少一个连接器的测试仪，其中测试仪被构造成从线束接收信号以用于诊断故障源；以及带有说明的人可读介质，该说明规定如何利用测试仪诊断涡轮增压***的故障源，而不移除涡轮增压***。该***还包括用于将功率从控制器传输到传感器的第一连接路径和用于能够测量来自未负载传感器的控制器的功率的第二连接路径。该***还包括用于物理操纵涡轮增压***的物理操纵工具，其中说明规定如何作为诊断涡轮增压***的一部分而使用物理操纵工具，并且其中，物理操纵工具可操作用于联接到涡轮增压***的旋转部件和从旋转部件分离，说明还规定在物理操纵工具联接到旋转部件时使旋转部件旋转。该***包括作为压缩机叶轮的旋转部件和联接到压缩机叶轮以及从压缩机叶轮分离的物理操纵工具。该***包括物理操纵工具，该物理操纵工具包括联接到压缩机叶轮以及从压缩机叶轮分离的插座、连接到插座的柔性部分、以及连接到柔性部分的柄部。该***还包括测试仪，其中测试仪包括标签，并且标签包括人可读介质，人可读介质包括小册子。该***包括具有模式开关的测试仪，其中模式开关包括第一位置和第二位置，并且其中，测试仪的至少一个连接器包括第一和第二连接器，第一位置用于通过第一连接器从线束接收信号中的第一个，并且第二位置用于通过第二连接器从线束接收信号中的第二个。
图1至图5的***还提供了一种用于诊断涡轮增压***故障的***，该***包括：测试仪，其具有可操作用于连接到涡轮增压***的线束以便从线束接收信号的至少一个连接器；物理操纵工具，其用于物理操纵涡轮增压***，该物理操纵工具包括联接到涡轮增压***的压缩机叶轮并从压缩机叶轮分离的插座、连接到插座的柔性部分和连接到柔性部分的柄部；以及人可读介质。该***包括具有说明的人可读介质，该说明规定：将测试仪在发动机的控制器和涡轮增压***的涡轮速度传感器之间连接到线束；将插座联接到压缩机叶轮；利用物理操纵工具的柄部旋转压缩机叶轮；通过测试仪观察速度传感器的信号的电压范围；以及当观察到的电压范围超出+9.75VDC (+/- 0.5VDC)或+11.5VDC (+/- 0.5VDC)时，更换速度传感器。
图6示出了用于诊断涡轮增压***160的方法600的示例性实施例的流程图。在一个示例中，方法600包括在移除涡轮增压***160的任何零件之前排除涡轮增压***160的所有可电子诊断的故障。在另一示例中，方法600包括以电子方式诊断第一组零件以确定第一组零件中是否有任何零件为故障源。可目视检查第二组零件以确定第二组零件中是否有任何零件为故障源。在以电子方式诊断第一组零件和目视检查第二组零件之后，如果第一组零件和第二组零件中没有零件为故障源，则可诊断第三组零件以确定第三组零件中是否有任何零件为故障源。可通过物理操纵涡轮增压***160的部件同时监测来自涡轮增压***160的输出而诊断第三组零件。在诊断第三组零件之后，如果第三组零件中没有零件为故障源，则从交通工具***100移除涡轮增压***160的至少一部分。
为了方便说明，将引用具体的交通工具以作为本发明的***和方法的非限制性示例。特别地，将使用带有GEVO V12涡轮增压柴油发动机104的通用电气公司Evolution®系列机车106来说明本发明的实施例。涡轮增压器传感器170可以是带有Common Control Architect的机车106的“涡轮右速度传感器”(Turbo Right Speed sensor) (TRS)。来自TRS传感器170的TRS信号由TRS电缆210传送至TRS连接230。发动机控制A (ECA)线束212将TRS信号传送至在ECA接线盒处的ECA连接240。来自发动机传感器150的一个或多个TRS信号经由线束214从ECA接线盒传送至在控制区域“4”、第二号“B”中的连接(C4B连接)。信号从C4B连接传送至控制器110的ECU连接。因此，来自TRS传感器170的TRS信号通过一系列线束和连接传送至控制器110。
回到图6，在步骤610处，可目视检查一组零件以确定该组零件中是否有任何零件为故障源。作为目视检查的一部分，静电放电可潜在地损坏机车106的装备，可采取针对静电放电的预防措施。例如，每次触摸或探查开路连接器时，维护组的技术人员可通过触摸金属底盘接地360或使用连接到底盘接地360的防静电带而放掉可能的静电。作为另一示例，可关闭电气断路器，例如FPB，其为控制燃料泵和ECU的电源的电路断路器。FPB可经由用户输入控制器130的FPB开关来关闭。可按照闭锁(lock out)程序执行。
可检查涡轮增压***160以确认发动机104装配有正确的涡轮增压器和适合发动机104及涡轮增压器的涡轮增压器速度传感器170。如果未安装适合的传感器170，则可找到故障的根本原因，并且可更换传感器170和第一线束210。可检查第一(例如TRS)连接230附近的电缆，包括TRS电缆210。如果电缆的序列号在具有已知的制造商问题的可疑电缆或传感器的范围内，则传感器和/或电缆可能是故障的根本原因，和/或可更换电缆。
可目视检查电气连接以确认所有电气连接(例如，TRS连接230、ECA连接240、C4B连接和ECU连接)均正确匹配并且状态良好。状态良好的电缆可包括：无外壳损坏；锁片全部存在；密封存在且未损坏；针脚和插座未被弯曲、烧坏、按入或腐蚀；不存在微动磨损；不存在尺寸过大的触点；和/或不存在畸形触点或带有碎屑污垢或任何其它可见损坏的触点。损坏的连接器和触点可能是故障的根本原因，并且可能有利的是对其进行更换或修理。可用诸如市售的GE零件号84A213494P1的触点清洁剂和诸如GE零件号84A213494P3的航空除尘器从触点清除碎屑。可不希望使用机械装置(探针、钢丝刷、砂纸等)清洁触点，因为摩擦可损坏电镀表面；然而，是否使用机械装置将取决于所关注的触点的方式和类型。诸如市售的GE零件号84A213494P2(喷剂)触点润滑剂可施加到针脚或插座，而市售的触点润滑油GE零件号84A213494P4(凝胶)可施加到插座。如果发现连接器被腐蚀或具有微动磨损，则连接器的两侧都可被更换以更新电触点，因为将腐蚀的连接器***新连接器中可转移腐蚀。
在步骤620处，确定是否已通过目视检查发现涡轮增压***160的故障的根本原因。如果发现根本原因，则涡轮增压***160的诊断可完成，并且方法600可结束。如果未发现涡轮增压***160的故障的根本原因，则方法600可在630处继续。
在步骤630处，可以以电子方式诊断一组零件以确定该组零件中是否有任何零件为故障源。在一个示例中，诸如GE零件号41A296328CPP4的测试仪330可用来以电子方式诊断故障源。在将测试仪330连接到机车106之前，可通过用户输入控制器130的FPB开关关闭FPB。可通过将TRS电缆210从ECA线束212拔出而断开第一(例如TRS)连接230。测试仪330可连接在TRS电缆210和ECA线束212之间，如图3所示。具体而言，第一线束连接器232可与第一测试仪连接器324联接以形成电连接320，并且第二线束连接器234可与第二测试仪连接器342联接以形成电连接340。第三测试仪连接器350可连接到发动机框架上的干净的底盘接地360。测试仪330的模式开关440可设置到与未负载模式相关联的第一位置。诸如DMM的测试装备390可用来检查横跨测试仪330的“绝缘电阻”测试点470和472的电阻。如果电阻读数小于预定阈值(例如100kΩ)，则涡轮增压器传感器170可能是故障的根本原因，并且可更换涡轮增压器传感器170。在测试仪330的一个实施例中，绝缘电阻的预定阈值可印刷在附连到测试仪外壳510的标签上。用来测量跨测试点470和472的电阻的测试装备的类型可被选择，例如根据测试装备的测量电压，以避免对涡轮增压器传感器170的电气损坏。
可将测试装备390设定为测量直流电压，并且测试装备390的引线可连接到“TRS电路”测试点474和476。FPB可通过用户输入控制器130的FPB开关开启，以便对控制器110的ECU通电。在机车106的一个实施例中，当FPB开关处于正确位置时，ECU上的绿色电源指示灯370将点亮。如果由测试装备390测量的横跨测试点474和476的电压超出预定范围，例如12VDC (+/-0.25VDC)，则根本原因可在第二线束连接器234与控制器110之间。可进一步检查C4B连接、ECU连接和ECU激励电压，以缩小根本原因的来源范围。如果由测试装备390测量的横跨测试点474和476的电压在预定范围内，则可测试负载的TRS电路。
通过将测试仪330的模式开关440设置到与负载模式相关联的第二位置，可以测试负载的TRS电路。在机车106的一个实施例中，当FPB被开启，并且ECU上的绿色(或其它颜色)电源指示灯370亮起时，TRS电路通电。当TRS电路通电时，可由测试装备390测量横跨测试点474和476的TRS电路电压，并且可将该电压与预定电压范围相比较。在一个实施例中，预定电压范围为+9.75VDC (+/- 0.5VDC)或+11.5VDC (+/- 0.5VDC)。换言之，正常工作的TRS电路电压可以是由正常工作的TRS传感器170限定的多个水平中的一个。在测试仪330的一个实施例中，诸如标签544的标签可识别预定电压范围。
如果测量的TRS电路电压超出预定电压范围，则可进一步缩小根本原因的范围。可能的原因可包括下列中的一个或多个：失效的传感器170；电缆或连接器断路或短路；或者控制器110的ECU失效。通过将新的TRS传感器连接到测试仪330的连接器324，以确定是否存在正确的电压(例如，当新传感器末端在空气中时，-11.5VDC；当新传感器末端接触黑色金属时，-9.75VDC)，可将根本原因隔离为TRS传感器170。
在步骤640处，确定是否已通过电子诊断发现涡轮增压***160的故障的根本原因。如果发现根本原因，则涡轮增压***160的诊断可完成，并且方法600可结束。如果未发现涡轮增压***160的故障的根本原因，则方法600可在步骤650处继续。
在步骤650处，可通过物理地操纵涡轮增压***160的部件同时监测来自涡轮增压***160的输出而诊断一组零件。在一个示例中并且如参照图7进一步详述地，测试仪330可用来观察通过使用物理操纵工具310旋转压缩机叶轮262而产生的电压。
如果尚未安装测试仪330，则可通过用户输入控制器130的FPB开关关闭FPB。测试仪330可分别经由连接320和340连接在TRS电缆210和ECA线束212之间，并且利用连接器350接地到底盘接地，如图3中所示。测试装备390可连接用于测量横跨测试点474和476的TRS电路电压。测试仪330的模式开关440可设置到与负载模式相关联的第二位置。在机车106的一个实施例中，当FPB被开启，并且ECU上的绿色电源指示灯370亮起时，TRS电路通电。
在一个实施例中，可通过移除任何居间的袋式过滤器(例如空气过滤器266)或涡轮入口罩(boot)而获得到涡轮增压***160的压缩机叶轮262的通路。例如，通过使插座314在压缩机螺母264上滑动，可将物理操纵工具310联接到压缩机叶轮262。在顺时针方向上缓慢旋转压缩机叶轮262的同时，可观察横跨测试点474和476的TRS电路电压。可将TRS电路电压与一对预定的电压范围相比较。在一个实施例中，一对预定的电压范围为+9.75VDC (+/-0.5VDC)和+11.5VDC (+/- 0.5VDC)。如果TRS电路电压不在每一个预定电压范围之间切换，则TRS传感器170可能是失效的根本原因，并且可更换TRS传感器170。
在步骤660处，如果发现TRS传感器170是故障的根本原因，则方法600可以结束。否则，可在步骤670处继续涡轮增压***160的诊断。
在步骤670处，可从交通工具***100移除涡轮增压***160的至少一部分。例如，可通过使用诸如GE零件号84C602579P1的传感器移除工具来移除TRS传感器170。一旦移除TRS传感器170，就可利用对TRS传感器170和涡轮增压***160的目视检查来进一步诊断涡轮增压***160。例如，如果TRS传感器170的末端损坏(例如由于与涡轮止推套环接触)，则表明涡轮增压***160已经失效，并且可更换涡轮增压***160。如果TRS传感器170的末端未损坏，则可在移除TRS传感器170的情况下进行额外的目视检查。例如，在此前由TRS传感器170占据的传感器孔中的管道镜检查可反映对涡轮增压***160的损坏。可能有利的是保护任何传感器末端不受损坏或防止碎屑积聚，例如聚集金属屑。
在方法600的一个实施例中，如果没有确定涡轮增压器硬件失效的根本原因，则可安装新的涡轮速度传感器170，例如GE零件号41A296328BZP6，并且可在利用操纵工具310操纵涡轮增压***160的同时测量TRS电路的电压输出，如在650处所描述的。如果TRS电路电压超出范围，例如，不在-9.75VDC至-11.5VDC之间切换，则可重复在步骤650-670处的上述根本原因调查。如果TRS电路电压在该预定范围内，则可移除测试装备390和测试仪330。可更换任何移除的部件，例如空气过滤器266。可重置存储在存储器142中的TRS事件，可执行发动机负载测试，并且可在没有观察到重复的事件时释放机车106。
在方法600的一个实施例中，如果在方法600的任何中间步骤处确定根本原因，则方法可以跳到最终的验证步骤。如果问题仍然存在，则可以返回到成功地执行的最后一个步骤，并且可继续进行故障检查。另外，在方法600期间，可能有利的是在确定失效的根本原因之前不起动发动机，以免造成潜在的发动机超速事件。可能有利的是避免起动、运转或转动联接到可能包括一个或多个损坏的部件的涡轮增压器的发动机。
图7示出用于诊断涡轮增压***160的方法700的示例性实施例的流程图。具体而言，图7示出用于通过物理地操纵涡轮增压***160的至少一部分并监测(例如同时监测)来自涡轮增压***160的输出而诊断涡轮增压***160的故障的方法。在一个实施例中，通过使用联接到涡轮增压***160的接入点的操纵工具310来操纵涡轮增压***160。然而，接入点可被交通工具***100的一个或多个部件阻塞。因此，在步骤710处，可移除阻塞接入点的该一个或多个部件。例如，包含在涡轮增压器外壳260中的空气过滤器266可阻塞操纵工具310，使其不能到达压缩机叶轮262。可通过从涡轮增压器外壳260移除空气过滤器266而使压缩机叶轮262可接近。
在步骤720处，如图3中所示，测试仪330可连接到交通工具***100以便能够观察涡轮增压***160的输出。在一个实施例中，通过首先分离形成连接230的连接器232和234而连接测试仪330。连接器232可连接到测试仪330的连接器324以形成连接320。连接器234可连接到测试仪330的连接器342以形成连接340。测试仪330的连接器350可连接到底盘接地360。
在步骤730处，操纵工具310可联接到涡轮增压***160的接入点。例如，通过使插座314在压缩机螺母264上滑动，可将操纵工具310联接到压缩机叶轮262。
在步骤740处，可使用物理操纵工具310来旋转压缩机叶轮262。在一个实施例中，在顺时针方向上缓慢旋转压缩机叶轮262。在步骤750处，可监测测试仪330的输出。例如，可通过使用物理操纵工具310旋转压缩机叶轮262并监测跨测试仪330的测试点474和476的电压而观察涡轮增压***160的输出。
方法600和700的一个或多个步骤可作为人可读介质380的说明而包括在内。通过遵循人可读介质380，维护组的成员或其他用户可诊断涡轮增压***160。
如本文中所用，“线束”是指用于传导电信号的一个或多个线或其它导体。在一个示例中，线束包括两个或更多个线或其它导体，这些线或其它导体被捆绑在一起并敷设成沿相同路径的至少一部分延伸。
因此，图6和图7的方法提供了对交通工具的涡轮增压器设备的诊断，其包括在移除涡轮增压设备的任何零件之前排除涡轮增压设备的所有可电子诊断的故障。涡轮增压器设备的可电子诊断的故障包括可由控制器检测的涡轮增压器故障，包括来自涡轮增压器设备的一个或多个传感器的电压信号超出预定范围、在涡轮增压器设备和控制器之间的连接损坏等。另外，可电子诊断的故障可包括可由作为诊断套件的一部分的测试仪检测的涡轮增压器故障，其中包括涡轮增压器设备传感器失效、电缆或连接器断路或短路、或者控制器的ECU失效等。移除涡轮增压器设备的任何零件可包括移除涡轮增压器设备的任何与诊断有关的零件。也就是说，为了诊断故障所需的那些零件，例如涡轮、压缩机、传感器等。
在说明书和权利要求中将引用一些术语，这些术语具有以下含义。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确地另外指定。如在整个说明书和权利要求中所用的近似语言可用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能的变化。因此，由诸如“约”的术语修饰的值并不限于所指定的精确值。在某些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。类似地，“不含”可与某术语联合使用，并且可包括不显著的数量或痕量的量，同时仍然被认为不含所修饰的术语。此外，除非另外特别地说明，否则对词语“第一”、“第二”等的任何使用不表示任何顺序或重要性，相反，术语“第一”、“第二”等用来区别一元件与另一元件。
如本文中所用，术语“可”和“可以为”表示在一组情况内发生、具有规定性质、特征或功能的可能性；并且/或者通过表达与被修饰动词相关的一个或多个能力、性能或可能性而修饰另一个动词。因此，“可”和“可以为”的使用表示被修饰的术语明显适合、能够或适合指定的能力、功能和用途，同时考虑到在某些情况下被修饰的术语可有时是不合适、不能够或不适合的。例如，在某些情况下，事件或性能可以是预料中的，而在其它情况下，所述事件或性能不会发生—此差别由术语“可”和“可以为”体现。
本文中所述的实施例是具有与在权利要求中引述的本发明的要素相对应的要素的制品、***和方法的示例。本书面描述可能够使本领域的普通技术人员制造并使用具有同样对应于权利要求中引述的发明要素的备选要素的实施例。因此，本发明的范围包括与权利要求的字面语言并无不同的制品、***和方法，并且进一步包括与权利要求的字面语言无实质差别的其它制品、***和方法。虽然本文已示出和描述了仅仅某些特征和实施例，但相关领域的普通技术人员可以想到许多修改和变化。所附权利要求涵盖所有这样的修改和变化。

Claims (25)

1. 一种用于诊断发动机的涡轮增压***的故障源的套件，所述套件包括：
测试仪，其包括可操作用于连接到所述涡轮增压***的线束的至少一个连接器，其中，所述测试仪被构造成从所述线束接收信号以用于诊断所述故障源；以及
人可读介质，其具有规定如何利用所述测试仪且在不移除所述涡轮增压***的情况下诊断所述涡轮增压***的故障源的说明。
2. 根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述说明还规定将所述测试仪在所述发动机的控制器和传感器之间连接到所述线束，所述传感器被构造成测量所述涡轮增压***的输出。
3. 根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述测试仪包括用于将功率从所述控制器传输到所述传感器的第一连接路径和用于能够测量来自未负载传感器的所述控制器的功率的第二连接路径。
4. 根据权利要求1所述的套件，其特征在于，还包括用于物理操纵所述涡轮增压***的物理操纵工具，其中，所述说明规定如何作为诊断所述涡轮增压***的一部分而使用所述物理操纵工具。
5. 根据权利要求4所述的套件，其特征在于，所述物理操纵工具可操作用于联接到所述涡轮增压***的旋转部件以及与所述旋转部件分离，所述说明还规定在所述物理操纵工具联接到所述旋转部件时旋转所述旋转部件。
6. 根据权利要求4所述的套件，其特征在于，所述旋转部件为压缩机叶轮，并且所述物理操纵工具联接到所述压缩机叶轮以及与所述压缩机叶轮分离。
7. 根据权利要求6所述的套件，其特征在于，所述物理操纵工具包括联接到所述压缩机叶轮以及与所述压缩机叶轮分离的插座。
8. 根据权利要求7所述的套件，其特征在于，所述物理操纵工具还包括：
柔性部分，其连接到所述插座；以及
柄部，其连接到所述柔性部分。
9. 根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述测试仪包括标签，并且所述标签包括所述人可读介质。
10. 根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述人可读介质包括小册子。
11. 根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述测试仪包括模式开关。
12. 根据权利要求11所述的套件，其特征在于，所述模式开关包括第一位置和第二位置，并且其中，所述测试仪的至少一个连接器包括第一和第二连接器，所述第一位置用于通过所述第一连接器从所述线束接收所述信号中的第一个，并且所述第二位置用于通过所述第二连接器从所述线束接收所述信号中的第二个。
13. 一种用于诊断交通工具的涡轮增压***的故障源的方法，包括：
以电子方式诊断所述涡轮增压***的第一组零件以确定所述第一组零件中是否有任何零件为所述故障源；
目视检查所述涡轮增压***的第二组零件以确定所述第二组零件中是否有任何零件为所述故障源；以及
在以电子方式诊断所述第一组零件并目视检查所述第二组零件之后，如果所述第一组零件和所述第二组零件中没有零件为所述故障源，则诊断第三组零件以确定所述第三组零件中是否有任何零件为所述故障源，通过物理操纵所述涡轮增压***的部件同时监测来自所述涡轮增压***的输出而诊断所述第三组零件。
14. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括在诊断所述第三组零件之后，且如果所述第三组零件中没有零件为所述故障源，则从所述交通工具移除所述涡轮增压***的至少一部分。
15. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，从所述交通工具移除的所述涡轮增压***的部分为所述涡轮增压***的传感器。
16. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括在移除所述传感器之后，目视检查所述传感器以进一步诊断所述故障源。
17. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在目视检查所述传感器之后，且如果所述传感器包括损坏的末端，则从所述交通工具移除所述涡轮增压***。
18. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，目视检查所述第二组零件包括确认规定的零件安装在所述涡轮增压***中。
19. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，目视检查所述第二组零件包括检查所述涡轮增压***的损坏的电连接。
20. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，物理地操纵所述涡轮增压***的部件包括利用物理操纵工具旋转所述涡轮增压***的压缩机。
21. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，监测来自所述涡轮增压***的输出包括观察所述涡轮增压***的信号的电压范围。
22. 一种用于诊断交通工具的涡轮增压***的故障源的方法，包括：
从所述涡轮增压***的涡轮增压器外壳移除空气过滤器；
将物理操纵工具***所述涡轮增压器外壳；
将所述物理操纵工具联接到所述涡轮增压器外壳内的压缩机；
在经由所述物理操纵工具旋转所述压缩机的同时观察所述涡轮增压***的输出；以及
基于所述涡轮增压***的输出从所述交通工具移除所述涡轮增压***的部件。
23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压***的部件为传感器。
24. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述压缩机包括联接螺母，所述物理操纵工具包括插座，并且所述物理操纵工具通过在所述联接螺母上滑动所述插座而联接到所述压缩机。
25. 一种用于诊断涡轮增压***故障的***，包括：
测试仪，其包括可操作用于连接到所述涡轮增压***的线束以便从所述线束接收信号的至少一个连接器；
物理操纵工具，其用于物理操纵所述涡轮增压***，所述物理操纵工具包括联接到所述涡轮增压***的压缩机叶轮以及从所述压缩机叶轮分离的插座、连接到所述插座的柔性部分和连接到所述柔性部分的柄部；以及
人可读介质，其具有说明，所述说明规定：
将所述测试仪在所述发动机的控制器和所述涡轮增压***的涡轮速度传感器之间连接到所述线束；
将所述插座联接到所述压缩机叶轮；
利用所述物理操纵工具的柄部旋转所述压缩机叶轮；
经由所述测试仪观察所述速度传感器的信号的电压范围；以及
如果所述观察的电压范围超出预定电压范围，则更换所述速度传感器。
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