专利名称：用于确定特别是用于内燃机的增压装置的一个或多个转速的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的增压装置，尤其涉及用于确定增压装置的一个或多个转速的 方法和装置。
背景技术：
在汽车中利用压缩机(例如涡轮增压器)对内燃机进行增压，以便提高功率。涡 轮增压器为此具有一个带有叶片的高速转动的压缩机转子，利用它从周围环境吸入空气， 在高压下在内燃机空气系统中被提供。通过涡轮机驱动压缩机转子，涡轮机安装在内燃机的排气系之中，根据废气焓驱 动压缩机转子。在内燃机空气系统中以高压提供的空气形成更高的燃烧室充气率，从而在 相同容积下产生更大的扭矩和功率。当今不仅愈来愈多地使用废气涡轮增压来提高功率，而且也通过小型化来节省消 耗。在后一情况中提高的功率被用于、减小排量以及整个内燃机，并且延长变速箱寿命。一 方面由于可向更加有效的燃烧的范围内移动内燃机的工作点，另一方面由于减小了结构和 发动机转速，从而减小了摩擦功率，因此可降低燃料消耗。废气涡轮增压器的特征在于，具有涡轮机、压气机的运转部(Laufzeug)以及将涡 轮和压缩机转子连接在一起的轴可能完全无制动地旋转。可根据废气质量流的焓值以及压 缩空气所吸收的功率得出运转部的转速。转速在压缩比较高以及/或者体积流量较高的工 作点处将变得很高，因此压缩机转子周边处的离心力可能会导致压缩机转子的叶片发生变 形。因此压缩机转子以及涡轮增压器其它高速运转部件极易磨损，及承受大的材料疲劳，所 以涡轮增压器的使用寿命在很大程度上取决于其工作条件。当涡轮增压器在接近喘振极限处运行或者处在喘振状态时，可能会激发压缩机转 子的叶片产生机械振动，如果负荷过高或者持续承受负荷，可能会导致压缩机转子以及整 个涡轮增压器损坏。叶片振动会加速材料疲劳，最终导致疲劳断裂，因此当出现喘振状态 时，会严重影响涡轮增压器的使用寿命。若涡轮增压器经常超速运转，压缩机转子的外端可 能会达到极高的轨迹速度，这将显著加大材料疲劳程度，从而缩短使用寿命。当改装汽车以提高功率时，对发动机系统所做的任何改变均有可能造成涡轮增压 器经常以超速运转。这是一种滥用涡轮增压器的行为，因为将会显著缩短其使用寿命。如 果涡轮增压器损坏，那么涡轮增压器的制造商将要承担很高的费用，因为很难证明存在滥 用情况。此外在涡轮增压器运行过程中还会在涡轮增压器的轴承中出现磨损现象，使得旋 转不均衡性在涡轮增压器的使用寿命中变化。使涡轮增压器各个部件产生磨损的速度也与 涡轮增压器运转期间的工况有关。磨损程度在很大程度上决定剩余使用寿命。由于要避免压缩机转子受损，因此适宜监测压缩机转子的转速，且必须保证不会 达到使压缩机转子受损的转速范围。在传统型轿车内燃机中通常并非直接确定压缩机转子的转速，而是根据热力学参量进行推导，典型的热力学参量有压缩比和通过压气机的体积 流量。压气机的运行特性通常均存在量产变化，此外所需参量(压力、质量流的温度等等) 的检测与建模同样也有误差。为了兼顾这一点，通常要设定一个与最大允许转速之间的安 全间距，但这又会导致无法完全利用涡轮增压器的潜力。此外还必须将涡轮增压器设计得 比较大，这就会使其在功率范围较小尤其是发动机转速较小时的响应特性比较差。因此必 须使得涡轮增压器尽可能接近其极限转速运转。从另一方面来说，发动机系统中的其它误差也会导致上述间接计算转速的方式失 效。例如当压气机后面的区域中出现泄漏时，就会提高体积流量，那么确定太低的涡轮增压 器转速，视传感器配置而定，发动机控制系统有可能不准确地，或者甚至无法得到它。此外 空气滤清器堵塞也有可能在压气机前引起压力降，从而会在空气质量流量相同的情况下引 起压缩比增大，使得涡轮增压器的转速增大。因此应当直接检测涡轮增压器的转速，以避免 上述缺点。已知有一些方法所依赖的原理如下测量压缩机转子的叶片经过某一个传感器元 件的频率，从而检测出压缩机转子的旋转速度。传感器元件安装在叶片附近，当涡轮增压器 的叶片经过时，就会扰动永久磁铁的磁场，传感器元件检测出电阻或电流的感应变化，从而 探测出叶片正在经过。这种转速检测方法的缺点在于，由于压气机内的温度很高，而传感器对温度很敏 感，因此不适合在这里使用。此外压气机壳体上的可用结构空间非常狭窄，尤其当涡轮增压 器很小时，很难将相应的传感器安装在压缩机转子的叶片附近。如果使用上述测量原理，还 有很高的调校要求，因为在某些情况下，要求在亚毫米范围内定位传感器。在发动机系统中使用二级增压装置的情况越来越多，通常将具有不同压气机功率 的两个增压单元(压气机级)前后排列或者相互平行排列。压气机功率较低的压气机级具 有较小的惯量，可将其用来在内燃机负荷较小时(例如当汽车开始加速时)进行增压。由于 其响应时间比较快，因此能迅速建立增压压力，而且能对内燃机的瞬间负荷转矩请求迅速 作出反应。在此期间可以通过旁通阀将压气机功率较大的压气机级切换到不活动状态。此 后随着内燃机负荷增大，压气机功率较高的压气机级将随之提供更高的空气质量流量。然 后通过另一个旁通阀将压气机功率较小的压气机级切换到不活动状态。需要知道压气机级 各个增压单元的转速，才能对用来调整相应压气机功率的旁通阀进行控制。但由于结构空 间有限，而且这种多级增压装置的增压单元相互间靠得很近，因此测量各级的转速很费事。本发明的任务在于，提供用于可靠、稳定确定增压装置转速的一种方法和一种装 置。本发明的任务尤其在于，提供用于可靠、稳定确定多级增压装置中某一个增压单元转速 的一种方法和一种装置。
发明内容
采用权利要求1所述用于确定压气机转速的方法以及并列权利要求所述的装置， 即可解决这些任务。相关从属权利所述为本发明的改进实施方式。本发明的第一方面涉及一种用于确定压气机尤其是涡轮增压器转速数据的方法， 包括以下步骤
-提供指向压气机的压缩机转子的微波测量信号，使得微波测量信号在压缩机转 子的旋转的叶片上被反射；-检测由一个或多个叶片反射的微波测量信号；-根据所反射的微波测量信号确定转速数据。上述方法构思在于，利用电磁微波测量信号获得与压气机的压缩机转子的叶片经 过相关的反射的测量信号，可获得反射测量信号的振幅、强度或者其它描述参量作为转速 数据。使用微波信号测量转速是有利的，因为微波信号不会被叶片上的脏物和其它覆盖物 所吸收，也不会受到其它方式的影响。内燃机进气道中通常会有一些脏物，例如来自曲轴箱 通风装置的油进入所形成的油膜，但是这种方法对此并不敏感，因此明显优于使用光学信 号作为测量信号。此外还可以分析反射测量信号的调制来确定转速数据。可以将一段时间内的发射 的测量信号数据乘以反射的测量信号数据，以获得包含和信号与差信号的积信号，滤掉差 信号，在考虑叶片数量的情况下根据差信号算出转速。尤其可以利用傅立叶分析对积信号 进行分析，以确定差信号的频率作为转速数据。按照一种实施方式所述，当压缩机转子的转速超过转速阈值时，则提供一条错误 fn息ο可以将阈值与分析信息进行比较，根据阈值比较结果保存和/或者输出错误信 肩、ο替换地还可以对由于通过叶片运动而发生的多普勒效应关于发射的测量信号的 反射的测量信号频率变化进行分析，从而确定转速数据。此外还可以根据发射的测量信号与反射的测量信号之间的相位偏差算出压缩机 转子的位置变化，分析一定时间内的位置变化即可算出转速数据。按照另一种实施方式所述，可以朝向第一压气机的第一压缩机转子发射微波测量 信号，使得微波测量信号在第一压缩机转子的旋转的叶片上被反射；朝向第二压气机的第 二压缩机转子发射微波测量信号，使得微波测量信号在第二压缩机转子的旋转的叶片上被 反射；在第一时间窗口中检测第一压缩机转子的一个或多个叶片所反射的微波测量信号， 在第二时间窗口中检测第二压缩机转子的一个或多个叶片所反射的微波测量信号；根据相 应的反射的微波测量信号确定第一和第二压缩机转子的转速数据。此外还可以交替使得微波测量信号在第一时间窗口内指向第一压缩机转子，在第 二时间窗口内指向第二压缩机转子。尤其可以交替选择第一和第二时间窗口，根据相应的所设置的第一和第二压气机 的压气机功率选择第一和第二时间窗口的时长。本发明的第二方面涉及一种用于确定压气机尤其是涡轮增压器转速数据的装置， 所述装置包括- 一个信号源，用于提供指向压缩机转子的微波测量信号，使得微波测量信号在压 缩机转子的旋转的叶片上被反射；-一个传感器元件，用于检测一个或多个叶片反射的微波测量信号；-一个控制单元，用于根据所反射的微波测量信号确定转速数据。按照另一种实施方式，所述装置可以包括一个或多个天线，用于向第一压气机的第一压缩机转子发射微波测量信号，使得微波测量信号在第一压缩机转子的旋转的叶片上 被反射，并且向第二压气机的第二压缩机转子发射微波测量信号，使得微波测量信号在第 二压缩机转子的旋转的叶片上被反射；所述传感器元件用来在第一时间窗口内检测第一压 缩机转子的一个或多个叶片所反射的微波测量信号，并且在第二时间窗口内检测第二压缩 机转子的一个或多个叶片所反射的微波测量信号；所述控制单元用来根据相应的反射的微 波测量信号确定第一和第二压缩机转子的转速数据。此外天线还可以包括一个阵列天线，由信号源这样触发该阵列天线，从而交替使 得微波测量信号在第一时间窗口内指向第一压缩机转子，并且在第二时间窗口内指向第二 压缩机转子。控制单元可以用来交替选择第一和第二时间窗口，根据第一和第二压气机的相应 设置的压气机功率选择第一和第二时间窗口的时长。还可以针对压气机的进气管布置信号源和传感器元件，以便将微波测量信号注入 到进气管之中，并通过传感器元件接收反射的微波测量信号，微波测量信号在进气管上至 少被反射一次，并且/或者一次性穿透进气管的壁。进气管尤其可以由一种导电材料构成， 或者可以在进气管的壁上形成一些反射部位，反射部位通过将导电层施加到不传导的进气 管上构成。本发明的另一方面涉及一种包含程序代码的计算机程序，在数据处理单元上执行 程序代码时，其执行上述方法。
以下将根据相关附图，对首选实施方式进行详细解释。相关附图如下附图Ia和Ib沿轴向或者沿剖切线S-S剖开的涡轮增压器的剖面示意图；附图2压气机叶片经过时的传感器元件的输出信号；附图3用于说明涡轮增压器诊断方法的流程图；附图4用于通过分析调制的测量信号算出压缩机转子转速的测量原理示意图；附图5具有双增压单元压气机的发动机系统示意图；附图6测量附图5所示发动机系统两个增压单元的转速的方框图；以及附图7测量附图5所示发动机系统两个增压单元的转速的另一种实施方式的方框 图；附图8用于布置另一种实施方式的信号源和传感器元件的另一种方案示意图；附图9用于测量发动机系统增压单元转速的信号源与传感器元件的另一种布置 方案的示意图；附图IOa和IOb用于测量发动机系统增压单元转速的信号源与传感器元件的其它 布置方案示意图。
具体实施例方式根据汽车涡轮增压器对以下实施方式进行描述。以下描述适用于任何一种通过具 有叶片的压缩机转子吸入介质、及将其压缩至更高压力的压气机。附图Ia所示为垂直于轴2的轴向剖开的涡轮增压器1的横断面示意图，所述轴可旋转地安装于涡轮增压器壳体之中。附图Ib所示为沿附图Ia的剖切线S-S在箭头方向剖 开的断面示意图。涡轮增压器1包括一个具有叶4且安置在轴4上的压缩机转子3。在涡轮增压器 1中通过压缩机转子3的旋转在轴2的轴向方向通过进气口 5吸入空气，通过压缩机转子3 的叶4将空气压缩，并通过呈螺旋形围绕压缩机转子3布置的排气道7排出空气。压缩机转子3对于每一个叶4均有一个支撑叶片9的叶接片8，叶片在轴向从叶接 片8向外突出，并且还朝向压缩机转子3的优选旋转方向弯曲。将一个测量装置10固定安置于涡轮增压器1的壳体之中，所述测量装置适合于以 非接触方式检测叶片9的外边缘的经过。必须适当选择测量装置10的布置方式，使得能够 在测量装置10和叶末端(片尖)之间几乎不受干扰地传输测量信号。测量装置10包括一个信号源11，用于朝向叶片9的方向发射微波测量信号。这样 地提供测量信号，从而可以从叶片9叶末端的一个或多个位置反射测量信号。微波是一种 频率范围在300MHz 大约300GHz的电磁信号。优选采用发射雷达波的信号源。测量装置10还包括一个传感器元件12，用于检测叶片9的叶末端所反射的微波测 量信号。传感器元件12相应地适合于信号源11所发射的微波测量信号类型。这就是说， 如果信号源11发射雷达信号作为电磁信号，则传感器元件12就是一种雷达波传感器。测量装置10的信号源11和传感器元件12可以整合地构造，即可以采用一种发射 与接收天线，将其与一个适当的混合器相连，从而能够朝向叶轮9的方向发射其微波测量 信号，同时也能检测反射的微波测量信号。借助混合器将发射的测量信号与反射的测量信 号相互分离，从而能够单独分析反射的微波测量信号。测量装置10与一个控制单元15相连。控制单元15从传感器元件12接收表示反 射的微波测量信号的微波信号，并分析反射的微波信号。传感器元件12提供一个相应的电参量(例如电压信号或电流信号)作为电测量 信号，其振幅对应于反射的微波信号的强度。可以识别涡轮增压器1的压缩机转子3的超速，并且保存与此相关的相应信息。如 果涡轮增压器1的压缩机转子3的转速η超过规定的最大转速的阈值，则可以用适当方式 记录、输出，或者保存在存储单元16之中以备将来调用。 在理想情况下，在压缩机转子3的转速η恒定不变时，且测量信号脉冲与与压缩机 转子3的转速η同步时，传感器元件12就会输出周期性脉冲信号作为反射测量信号，这些 脉冲相互之间具有相等的时间间隔，如附图2所示。如果压缩机转子3正常，则单个脉冲具 有关于发射的测量信号相同的振幅。如附图3所示，信号源11朝向压缩机转子3发射微波测量信号(Si)。由经过叶 片9调制发射的测量信号，即根据叶片9的叶末端的相应的确定的位置将微波测量信号朝 向传感器元件12反射回来，所述叶末端相对于信号源11和传感器元件12呈确定的倾斜角 度。叶片9的叶末端的经过因此使得传感器元件12中接收的反射的微波信号的强度波动。 传感器元件12收到反射的测量信号(S2)，并且将收到的反射的测量信号转变成电信号，最 好转变成电压或电流信号，并将其继续传输给控制单元15。当压缩机转子3旋转时，就会产生包含信号脉冲的测量信号，所述信号脉冲对应 于由于叶片9经过测量装置10引起的反射微波信号强度波动。可以根据信号脉冲之间的时间间隔得出压缩机转子3的转速η (步骤3)。通过测量信号的信号脉冲的时间间隔波动， 还可以得出涡轮增压器1的轴承中的磨损量，或者普遍地得出涡轮增压器1的状态的信息。附图4所示为测量原理示意图。信号源11除了发射的微波测量信号之外，还提供 频率与信号频率对应的电频率信号。将电频率信号提供给乘法器30。乘法器30还与传感 器元件12相连，并且可从传感器元件12接收接收的微波信号的电转换作为测量信号。用 乘法产生积信号，其中包含和由信号源11和传感器元件12所传输的电信号的差频及和频。利用具有在两倍测量信号频率和测量信号频率之间的合适的极限频率的低通滤 波器31滤掉和频。设计随后的高通滤波器32，从而能够让差频通过。适当设计低通滤波器 31和高通滤波器32，使得涡轮增压器的最小被采集的转速和最大被采集的转速被通过，或 者使得代表这些转速的产生的积信号频率能够通过。在高通滤波器32的输出端上可以取得其频率与转速成正比的频率信号。将频率 信号的频率除以压缩机转子的叶数量，即可直接得到每秒旋转的转数。这可以在控制单元 15中执行计算，公式如下n= (f_send-f_empf)*60/a,其中η表示转速，单位[转/分钟]；f_Send表示发射的测量信号的频率；f_empf 表示接收测量信号的频率；a表示叶片数量。可以利用快速傅立叶变换或者转换成脉冲信号，对高通滤波器32输出端上的产 生的频率信号进行分析。也可以根据频率信号或者相位信号，对反射微的波测量信号进行分析。可以针对 频率信号对由于多普勒效应而发生的频率调制进行分析。可以运用多普勒效应，因为由于 叶轮9关于由信号源发射的测量信号的方向呈倾斜角度，叶片9上被测量信号照射的区域 将朝向测量信号的方向作周期性运动。因此可根据多普勒效应，可在控制单元15中分析微 波测量信号的频率调制幅度。此外还可以分析微波测量信号的相位调制。可将微波测量信号指向叶片9所通过 的压缩机转子3的某一个区域，根据叶片9的位置相对于微波测量信号的传播方向偏置该 区域，即发射的微波测量信号与接收的微波测量信号之间的相位偏差取决于压缩机转子的 位置。可以分析位置变化来确定压缩机转子3的转速。尤其可根据PLL方法特别是利用相位解调对相应的相位信号进行分析，这例如可 以利用一个可控振荡器，通过将与转速成比例的反射的测量信号耦合所到的相位调节电路 进行分析。根据可控振荡器输出端输出的信号与反射的测量信号之间的相位差对可控振荡 器进行触发，振荡器的控制信号即为压缩机转子的转速数据。附图5所示为具有多级增压装置24的发动机系统20的示意图。发动机系统20 包括一个内燃机21，通过供气段22向内燃机供应空气，通过废气排气段23从内燃机中排 出燃烧废气。在本示例中，多级增压装置24具有两个前后布置在供气段22和废气排气段 23之中的增压单元25、26。在替代的实施方式中，也可以将这些增压单元相互平行布置在 供气段22和废气排气段23之中。每一个增压单元25、26均具有各自的涡轮叶轮27，通过 燃烧废气流驱动涡轮叶轮，然后驱动相应的压缩机转子28。增压单元25、26分别与相应旁 通管路30中的排气泄压阀(Wastegate-Ventil) 29相连，以便调整相应增压单元25、26的 压气机功率。增压单元25、26结构上整合地构造在增压装置24之中。测量装置31具有用来产生测量信号的信号源32以及用来接收反射的测量信号的传感器元件33。测量装置31 与控制测量装置31的控制单元34相连。附图6所示为用来得到多级增压装置24的增压单元25、26的转速的系统。控制 单元34与信号源32相连，用以促使制备测量信号或者辅助生成测量信号。信号源32与第 一天线35和第二天线36相连，用以发射测量信号。第一天线35使得测量信号指向第一增 压单元25的压缩机转子28，第二天线36使得测量信号指向第二增压单元26的压缩机转子 28。测量信号是一种电磁信号，例如微波信号、无线电信号等等。测量信号被两个增压单元25、26的压缩机转子28的叶片反射，并且被第一或第二 天线35、36所接收。将所接收的反射的测量信号提供给测量装置31的传感器元件33。在控制单元34的控制下，传感器元件33在第一时间窗口内分析从第一增压单元 17接收到的测量信号，在第二时间窗口内分析从第二增压单元18反射的测量信号。可以交 替设定第一和第二时间窗口。当具有两个增压单元25、26的增压装置24运行时，通过传感 器单元12交替检测两个增压单元25、26的转速，在控制单元34中提供转速信息，并且/或 者传输给发动机控制单元。可以通过由传感器单元32以交替询问第一天线35和第二天线36的方式，交替接 收反射的测量信号。例如可以在控制单元32中利用一个可通过控制单元34可控制地实施 的合适的多路转换器将天线35、36中的其中一个天线与传感器单元32相连。通过转换到 相应的天线35、36，即可简单地在传感器单元33中提供接收到的测量信号。在另一种可选实施方式中，测量装置31并非与单个天线35、36相连，而是与一个 阵列天线40相连，如附图7所示。可以通过信号源32按照已知的方式利用不同相位置的测 量信号对阵列天线进行触发，使得所发射的电磁测量信号的方向(最高天线增益的方向) 指向要检测其转速的压缩机转子28。通过由控制单元34触发适当的机械或电元件，即可设 定单个相位置。改变测量信号的相位置，就可以调整阵列天线的方向作用，从而对准待检测 的压缩机转子28。如果使用微波作为测量信号，则尤其适用这种方法。由于阵列天线40无法同时朝向两个不同的方向发射测量信号，因此控制单元34 必须使信号源32与传感器单元33相互同步，使得信号源32在第一时间窗口内将测量信号 提供给阵列天线40，从而测量信号指向第一增压单元25的压缩机转子28，并且传感器单元 33接收由阵列天线接收的来自第一增压单元25的压缩机转子28方向的测量信号。此外控 制单元34还可以触发信号源32，使得通过阵列天线40在第二时间窗口内相应发射测量信 号，从而该信号朝向第二增压单元26的压缩机转子28。然后在第二时间窗口内在控制单元 33中分析收到的测量信号。可以按照上述方式分析收到的测量信号，方式是对由压缩机转子28的运动调制 的信号的频率进行分析。可想而知还可以选用其它分析方法按照已知的方式通过由于多普勒效应引起的 发射的测量信号与接收的测量信号之间的频率差对压缩机转子的叶的运动速度进行分析。 转速η的计算式为η = ((f' /f-l)c)/2 3ir其中f'表示接收的测量信号的频率，f表示发射的测量信号的频率，c表示光速， r表示压缩机转子28的叶上反射的测量信号的测量点与压缩机转子28的旋转轴线之 间的距离。还可以根据发动机工作点，对用来检测第一和第二增压单元25、26压缩机转子28 的时间窗口的时长进行控制。例如，当增压装置24中仅有一个增压单元25、26处在活动 状态、而另一个被相应的排气泄压阀29切换到不活动状态时，则只要适当选择相应的天线 25、26，或者利用阵列天线40将测量信号对准活动增压单元25、26的压缩机转子28，就可以 仅仅地、更经常地或者以长于相应的另外时间窗口的时段的时段检测活动的增压单元25、 26中的转速。应以比较少的费用，使用唯一一个信号源以及唯一一个传感器元件来分析增压装 置的两个增压单元的转速。尤其应简单地实施高频模块来生成微波、处理接收信号。由于 能够在与转速变化动态性相比极小的时间窗口范围内检测转速，因此转速信号完全适合用 来实时控制增压装置。附图8a和8b所示为测量装置10的另一种布置方案。从附图8a和8b可以看出， 测量装置10远离压缩机转子3地布置在用于供应待由压缩机转子3压缩的空气的进气管 40上。在附图8a和8b所示的实施方式中，测量装置10安置在进气管40的壁之中，从而 可以在进气管40内部接收发射的及反射的测量信号。测量装置10不仅可以直接、而且可 以间接向压缩机转子3发射测量信号。在附图8a和8b所示的实施方式中，所发射的测量 信号在进气管40的壁上被反射一次或多次。为此所述进气管可以用一种反射测量信号的 材料、适宜用一种导电材料、尤其适宜用一种金属制成。在附图8a所示的实施方式中可以 看出，所发射的测量信号在反射点Rl和R2上被反射，从而使其指向压缩机转子3的预定位 置。反射的测量信号基本上可以采用与发射的测量信号一样的方式，被朝向测量装置10反 射，或者以其它方式通过进气管40传播，并例如在其它反射点RR1、RR2和RR3上朝向测量 装置10反射。附图8a所示的实施方式采用的是一种金属或导电的进气管40，而在附图8b所示 的实施方式中，进气管用一种非传导的材料制成，并因此对于所发射的微波测量信号基本 上可以透过。为了在反射点Rl和R2上实现反射，可以在反射点R1、R2处给进气管40设置 反射面。例如可以用粘贴或者涂层方式，在进气管40的内侧施加金属面。由于进气管40 的材料可以透过微波测量信号，因此也可以在进气管40的外侧涂覆或施加反射区域。附图9所示为另一种实施方式，测量装置10在进气管40之外。在这种情况下，进 气管40同样不传导，因此微波测量信号可以透过进气管40。在附图9所示的实施方式中， 测量装置10被布置，使得所发射的微波测量信号直接指向压缩机转子3，也就是在进气管 40中没有反射。适宜利用一种适当的支架41将测量装置10固定在进气管40上，当然也可以将测 量装置10安置在其它部件上。附图IOa和IOb所示的实施方式基本上综合了附图8a和8b以及附图9所示实施 方式的特征。按照附图IOa和IOb所示的实施方式，测量装置10安装在进气管40之外，其 通过可以透过微波测量信号的进气管40的区域将微波测量信号导入进气管40内部。在那 里微波测量信号在多个反射点R1-R3上被反射并如此朝向压缩机转子3的确定区域。在附图IOa所示的实施方式中，在测量装置10将测量信号注入进气管40之中的 位置下游的进气管40的区域导电地构造，例如在内侧或外侧设置有导电层，因此在进气管
1140内部不仅可以传导发射的微波测量信号，也可传导反射的微波测量信号。在附图IOa所 示的实施方式中，如果反射的微波测量信号具有不同于发射的微波测量信号的辐射走向， 则反射的微波测量信号也指向测量装置10。附图IOb所示的实施方式则与此不同，反射点 位置被限制，因此基本上当辐射路径基本上对应于发射的微波测量信号的辐射路径时，反 射的微波测量信号才会朝向测量装置返回。 替换地也可以采用至少两体的进气管40，其中的一段合成材料进气管接入到终止 于压缩机转子3的相应金属管之中。测量装置10可以布置在合成材料管之外，使得测量装 置10可以将测量信号透过合成材料进气管发射到金属管之中。原则上可以将附图8 10 所示的实施方式与前述转速测量装置组合。
权利要求
用于确定压气机(1)尤其是涡轮增压器转速数据的方法，包括以下步骤 提供(S1)指向压气机(1)的压缩机转子(3)的测量信号尤其是微波测量信号，使得测量信号在压缩机转子(3)的旋转的叶片(9)上被反射； 检测(S2)一个或多个叶片(9)反射的测量信号； 根据所反射的测量信号确定(S3)转速数据。
2.根据权利要求1所述的方法，分析反射的测量信号的调制，以便确定转速数据。
3.根据权利要求2所述的方法，将发射的测量信号数据乘以反射的测量信号数据，以 获得包含和信号与差信号的积信号，滤掉差信号，在考虑叶片(9)的数量的情况下根据差 信号算出转速。
4.根据权利要求3所述的方法，利用傅立叶分析对积信号进行分析，以便确定差信号 的频率作为转速数据。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的方法，当压缩机转子的转速超过转速阈值时，就 提供错误信息。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的方法，将阈值与分析信息进行比较，根据阈值比 较结果保存和/或者输出错误信息。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的方法，对由于多普勒效应通过叶片运动而发生 的、关于发射的测量信号的反射的测量信号频率变化进行分析，从而确定转速数据。
8.根据权利要求1 6中任何一项所述的方法，根据发射的测量信号与反射的测量信 号之间的相位偏差算出压缩机转子的位置变化，通过分析确定时间内的位置变化算出转速 数据。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的方法，朝向第一压气机(25)的第一压缩机转子(28)发射测量信号，使得测量信号在第一压 缩机转子(28)的旋转的叶片(9)上被反射；朝向第二压气机(25)的第二压缩机转子(28)发射测量信号，使得测量信号在第二压 缩机转子(28)的旋转的叶片(9)上被反射；在第一时间窗口内检测第一压缩机转子(28)的一个或多个叶片所反射的测量信号， 并且在第二时间窗口内检测第二压缩机转子(28)的一个或多个叶片所反射的测量信号； 根据相应的反射的测量信号确定第一和第二压缩机转子(28)的转速数据。
10.根据权利要求9所述的方法，交替使得测量信号在第一时间窗口内指向第一压缩 机转子(28)，并且在第二时间窗口内指向第二压缩机转子(28)。
11.根据权利要求9所述的方法，交替选择第一和第二时间窗口，根据第一和第二压气 机的所相应设置的压气机功率选择第一和第二时间窗口的时长。
12.用于确定压气机(1)的、尤其是涡轮增压器的转速数据的装置，包括_信号源(11)，用于提供指向压气机⑴的压缩机转子⑶的测量信号尤其是微波测 量信号，使得测量信号在压缩机转子(3)的旋转的叶片(9)上被反射； -传感器元件(12)，用于检测一个或多个叶片(9)反射的测量信号； -控制单元(15)，用于根据所反射的测量信号确定转速数据。
13.根据权利要求12所述的装置，包括一个或多个天线，用于朝向第一压气机(25)的第一压缩机转子(28)发射测量信号的天线，使得测量信号在第一压缩机转子(28)的旋转的叶片(9)上被反射，并且用于朝向 第二压气机(25)的第二压缩机转子(28)发射测量信号，使得测量信号被第二压缩机转子 (28)的旋转的叶片反射；构造传感器元件(12)，以在第一时间窗口内检测第一压缩机转子(28)的一个或多个 叶片(9)反射的测量信号，并且在第二时间窗口内检测第二压缩机转子(28)的一个或多个 叶片(9)反射的测量信号；构造控制单元(15)，以根据相应的反射的测量信号确定第一和第二压缩机转子(28) 的转速数据。
14.根据权利要求13所述的装置，所述天线包括阵列天线，由信号源(11)对其进行触 发，使得测量信号以交替方式在第一时间窗口内指向第一压缩机转子(28)，并且在第二时 间窗口内指向第二压缩机转子(28)。
15.根据权利要求13或14所述的装置，构造控制单元(15)，以交替选择第一和第二时 间窗口，根据第一和第二压气机的所相应设置的压气机功率选择第一和第二时间窗口的时 长。
16.根据权利要求12 15中任一项所述的装置，相对于压气机(25)的进气管(40)布 置信号源(11)和传感器元件(12)，以便将微波测量信号注入到进气管(40)之中，并以便通 过传感器元件(12)接收反射的微波测量信号，微波测量信号在进气管(40)上至少被反射 一次，并且/或者一次穿透进气管(40)的壁。
17.根据权利要求16所述的装置，进气管用一种导电材料制成，或者在进气管的管壁 上形成反射部位(Rl，R2，RRl, RR2，RR3)，反射部位通过将导电层施加到不传导的进气管 (40)上构成。
18.包含程序代码的计算机程序，在数据处理单元上执行程序代码时，该代码可执行权 利要求1 11中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定压气机(1)尤其是涡轮增压器转速数据的方法，包括以下步骤提供(S1)指向压气机叶轮的测量信号尤其是微波测量信号，使得测量信号在压缩机转子(3)的叶片(9)上被反射；检测(S2)一个或多个叶片(9)反射的测量信号；根据所反射的微波测量信号确定(S3)转速数据。本发明还涉及一种用于确定压气机(1)的、尤其是涡轮增压器的转速数据的装置，包括信号源，用于提供指向压气机的压缩机转子的测量信号尤其是微波测量信号，使得测量信号在压缩机转子的旋转的叶片上被反射；传感器元件，用于检测一个或多个叶片反射的测量信号；控制单元，用于根据所反射的测量信号确定转速数据。
文档编号F02B37/12GK101923164SQ20101024730
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年5月20日
发明者A·格罗斯曼, B·奥皮尔茨, D·艾彻尔, D·霍夫曼, J·劳本德, J·塞德尔, J·温特, K·勒钦米勒, U·卡斯纳 申请人:罗伯特.博世有限公司