用于监测压缩机叶轮的旋转的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在轿车以及商用车的应用中，为了提高发动机功率的效率越来越多地使用废气涡轮增压器。根据当今的情况，随着增高的趋势，大约30%的轿车已经具有废气涡轮增压器。总所周知地，废气涡轮增压器的这类应用用于确保和提高可靠性以及用于更好地充分利用系统极限。在这里，为了监测废气涡轮增压器，通常使用监测例如在废气涡轮增压器中旋转的涡轮叶轮或者压缩机叶轮的旋转的传感器。在双涡轮机系统中或者涡轮增压系统中，为了调节废气系统和/或为了使涡轮增压器等同，也需要传感器。
[0002]由现有技术已知众多的检测例如压缩机叶轮或者废气涡轮增压器的压缩机叶轮这样的旋转的元件的至少一种旋转特性的传感器。在此，旋转特性通常可理解为至少部分地说明旋转的元件的旋转的特性。在这里，例如可以是角速度、转速、角加速度、旋转角、角度位置或者能够表征旋转的元件的连续或者不连续的、不变的或者多变的旋转或者转动的其它的特性。例如这类传感器在Konrad Reif所写的《Sensoren im Kraftfahrzeug (机动车中的传感器)》(2010第I版)的63至73页和120至129页中说明。本发明的特别重点在于转速检测，然而原则上本发明不限于此。
[0003]为了检测例如涡轮增压器转速，可以通过探测单个运动的压缩机叶片来确定涡轮增压器的压缩机叶轮的转速。为此，例如可以使用以被动感应测量原理为基础的传感器。根据该测量原理，跟随旋转运动的压缩机叶片被引导穿过静止的初级的磁场，由此以已知的方式在优选由轻金属制成的压缩机叶片中引起涡流，所述涡流再一次地产生自身的、所谓的次级磁场。通过该次级磁场，在通常具有线圈作为传感器元件的传感器的区域中产生随着压缩机叶片的旋转周期性地、在时间上变化的感应电流，所述感应电流可以被传感器作为输出信号用于例如计算压缩机叶轮的转速。在传感器头的线圈中通过感应引起的交流电流通常与例如从旁经过的压缩机叶片的速度、压缩机装配叶轮的材料特有的涡流场的强度、压缩机叶片相互之间的距离以及也与压缩机叶片到传感器头之间的距离有关。
[0004]尤其在商用车领域中，对车辆的功能的可靠性要求高，因为尤其由于废气涡轮增压器的失效引起的停止运转大多造成车辆费时的修理和同样长时间的使用中断。这在车辆通常的工商业的使用中引起负面的经济后果。
[0005]因此，不仅仅存在监测和确保涡轮增压器的当前的功能能力的必要性，更确切地说，此外需要预测停止运转可能性以及基于此而及早地报警以防涡轮增压器停止运转。
【发明内容】
[0006]因此，提出一种用于监测压缩机叶轮、尤其废气涡轮增压器的压缩机叶轮的旋转的方法，以及一种用于实施该方法的装置，所述方法和装置相对于已知的方法和装置具有优点:实现关于旋转的故障的可能性的声明或者预测。
[0007]所提出的方法用于监测废气涡轮增压器的压缩机叶轮的旋转。在这里，压缩机叶轮具有预先确定的数量η的布置在周侧上的叶片，其中，η为整数。此外，在根据本发明的方法中，使用用于检测压缩机叶轮的至少一种旋转特性的传感器。所述传感器优选是一种感应传感器，所述感应传感器根据现有技术可以包括例如用于在压缩机叶轮的叶片的位置上产生磁场的磁场发生器以及例如呈线圈形式的磁传感器。根据本发明的方法，所述传感器根据由于叶片从旁经过而产生的涡流产生至少一个输出信号。传感器的输出信号优选是交流电流信号和/或交流电压信号。
[0008]此外，在所提出的方法中，由输出信号的基础频率推断出压缩机叶轮的旋转特性、尤其是转速。根据传感器的作为基础的感应测量方法，优选产生正弦形的交流电流信号或者说交流电压信号，所述交流电流信号或者说交流电压信号根据压缩机叶轮的各个配备叶片从传感器旁经过而产生输出信号的正的或者负的振幅。因此，以此方式所生成的输出信号具有带有这样频率的所谓的基础振动，所述频率与由压缩机叶轮的配备叶轮的数量n与压缩机叶轮的当前的转速相乘的乘积相一致。该基础频率也可以理解为增量频率，即理解为测得的磁性事件的频率。
[0009]根据本发明的方法进一步这样设置，使得此外由输出信号的至少一种调制、尤其一种相加的振幅调制得出关于压缩机叶轮的故障的信息。在这方面，尤其可这样理解:除了根据基础频率所产生的正弦振动之外，输出信号被具有与基础频率不同的频率的另外部分信号相加地重叠。因此，从现在起这样建议，使得通过应用已知的解调方法和/或过滤方法将调制好的信号从输出信号中提取出和/或将其从基础振动中分离，以便能够由所提取出的信号得出关于压缩机叶轮的故障的信息。
[0010]通过根据本发明所提出的方法，以特别有利的方式提出这样的可能性:可以作出关于旋转的故障的可能性的声明或者预测。尤其是，因为通过对传感器的输出信号的同时的分析评估可以及早地识别可能存在的故障并且可以相应地导入用于避免故障状态恶化的其他步骤。传感器的输出信号的同时进行的分析评估可以例如和用于获得转速的分析评估一样与信号准备和信号处理的已知的方法相关。根据所提出的方法的另外的构型，所得出的关于压缩机叶轮的故障的信息优选是关于故障的类型的信息或者是关于故障的程度的信息。关于故障的类型和/或程度的信息可以以进一步有利的方式用于在压缩机叶轮和/或涡轮增压器的暂时的和/或最终的停止运转方面更准确地估计还处于形成状态的损坏或者故障，或者已经存在的故障。
[0011]根据所述方法的另一种构型，当故障为压缩机叶轮的不平衡时，得到另外的优点:旋转的压缩机叶轮由于不平衡不再具有旋转对称的质量分布并且实施在径向上振动的运动。为此，由于该在径向上相对于压缩机叶轮的旋转轴线振动的运动，在叶片的外部轮廓之间或者说在压缩机叶轮和感应传感器之间的距离成比例地变化。因为如一开始已经说明的那样，在被动感应测量原理中，作为测量变量使用的感应电流或者说感应电压直接取决于磁涡流场的强度并且因此众所周知地也取决于尤其在叶片和传感器的指向压缩机叶轮的头端部之间的距离。因此，压缩机叶轮的一个或多个叶片因此相对于传感器的周期性地靠近和远离基本上对例如感应电流的与相应的叶片的振幅相应的振幅产生影响。可以以简单的方式探测在感应电流的相应的信号振幅的振幅中的变化或者说差异，由此，以有利的方式实现故障的识别、尤其压缩机叶轮的不平衡的识别。
[0012]根据所提出的方法的另一种构型，可以特别有利的是:基础频率相当于压缩机叶轮的转速的η倍。这个尤其有利的是:压缩机叶轮具有数量η的叶片。此外，在这里优选地，传感器的输出信号根据输出信号的调制检验，尤其在具有基础频率的第η个部分的一至两倍的频率的范围内。尤其由调制好的信号部分的频率与基础频率的比例可以推断出故障的类型和/或程度。
[0013]此外，根据所提出的方法的另一种构型，这可以是特别有利的:根据输出信号的振幅的瞬时值和/或变化确定故障的类型和/或程度。在这里，优选使用输出信号的曲线的最大和最小的变化的走向来确定故障的类型和/或程度。
[0014]此外，可以这样设置，使得在实施所提出的方法时，根据所确定的故障的类型和/或程度降低和/或限制旋转的元件的转速。由此，能够以有利的方式防止故障恶化或者甚至防止涡流增压器完全停止运转。
[0015]替代地或者附加地，在这里可以这样设置，使得产生例如对于机动车的驾驶员来说可察觉的光学和/或声学的报警信号，并且驾驶员可以及早地认识故障。由此会使得机动车的驾驶员能够例如及时地开往修理车间，以便能清除故障以及也清除故障可能的原因。
[0016]此外，说明和提出根据本发明的用于实施之前所述方法的装置。
[0017]根据本发明提出的用于监测压缩机叶轮的旋转的装置具有至少一个用于检测压缩机叶轮的至少一种旋转特性的传感器，其中，该传感器为感应传感器。在这里，该传感器根据由于装配轮子从传感器旁经过而所产生的涡流产生至少一个输出信号。此外，根据本发明提出的装置此外包括至少一个用于分析评估输出信号的分析评估单元。此外，所提出的装置设置用于，实施之前所说明的方法，尤其用由从输出信号的至少一种调制、尤其振幅调制得出关于压缩机叶轮的故障的信息。
[0018]由此得出，与在之前所说明的根据本发明的方法中的相同的优点。
[0019]根据所述装置的另一种构型，尤其可以这样设置，使得所述分析评估单元具有解调器、尤其是包络曲线解调器，其中，所述解调器设置用于，由输出信号产生经解调的信号并且由所述经解调的信号得出关于压缩机叶轮的故障的信息。通过解调、尤其通过包络曲线探测，可以产生由压缩机叶轮的故障所引起的信号，所述信号在传感器中例如由信号相加的振幅调制和无故障的测量信号产生。此外，包络曲线解调器或者包络曲线探测器尤其提供这样的优点:可以在分析评估单元中以特别简单的方式通过设置相应的电路实现所述包络曲线解调器或者包络曲线探测器。
[0020]此外，可以这样设置，使得装置和/或分析评估单元与发动机控制装置尤其通过相应的电导线连接，并且此外，所述装置设置用于根据故障的类型和/或程度产生报警信号。对此补充地，进一步有利的是:报警信号为模拟的或者数字的报警信号，并且所述报警信号被所述装置和/或分析评估单元传递到发动机控制装置上。
[0021]此外，在所述装置的可能的实施方式中，可以这样设置，使得所述分析评估单元包括故障存储器或者与发动机控制装置的故障存储器连接，并且此外所述装置设置用于，在故障存储器中进行关于