用于監測壓縮機葉輪的旋轉的方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]在轎車以及商用車的應用中，為了提高發動機功率的效率越來越多地使用廢氣渦輪增壓器。根據當今的情況，隨著增高的趨勢，大約30%的轎車已經具有廢氣渦輪增壓器。總所周知地，廢氣渦輪增壓器的這類應用用于確保和提高可靠性以及用于更好地充分利用系統極限。在這里，為了監測廢氣渦輪增壓器，通常使用監測例如在廢氣渦輪增壓器中旋轉的渦輪葉輪或者壓縮機葉輪的旋轉的傳感器。在雙渦輪機系統中或者渦輪增壓系統中，為了調節廢氣系統和/或為了使渦輪增壓器等同，也需要傳感器。
[0002]由現有技術已知眾多的檢測例如壓縮機葉輪或者廢氣渦輪增壓器的壓縮機葉輪這樣的旋轉的元件的至少一種旋轉特性的傳感器。在此，旋轉特性通常可理解為至少部分地說明旋轉的元件的旋轉的特性。在這里，例如可以是角速度、轉速、角加速度、旋轉角、角度位置或者能夠表征旋轉的元件的連續或者不連續的、不變的或者多變的旋轉或者轉動的其它的特性。例如這類傳感器在Konrad Reif所寫的《Sensoren im Kraftfahrzeug (機動車中的傳感器)》(2010第I版)的63至73頁和120至129頁中說明。本發明的特別重點在于轉速檢測，然而原則上本發明不限于此。
[0003]為了檢測例如渦輪增壓器轉速，可以通過探測單個運動的壓縮機葉片來確定渦輪增壓器的壓縮機葉輪的轉速。為此，例如可以使用以被動感應測量原理為基礎的傳感器。根據該測量原理，跟隨旋轉運動的壓縮機葉片被引導穿過靜止的初級的磁場，由此以已知的方式在優選由輕金屬制成的壓縮機葉片中引起渦流，所述渦流再一次地產生自身的、所謂的次級磁場。通過該次級磁場，在通常具有線圈作為傳感器元件的傳感器的區域中產生隨著壓縮機葉片的旋轉周期性地、在時間上變化的感應電流，所述感應電流可以被傳感器作為輸出信號用于例如計算壓縮機葉輪的轉速。在傳感器頭的線圈中通過感應引起的交流電流通常與例如從旁經過的壓縮機葉片的速度、壓縮機裝配葉輪的材料特有的渦流場的強度、壓縮機葉片相互之間的距離以及也與壓縮機葉片到傳感器頭之間的距離有關。
[0004]尤其在商用車領域中，對車輛的功能的可靠性要求高，因為尤其由于廢氣渦輪增壓器的失效引起的停止運轉大多造成車輛費時的修理和同樣長時間的使用中斷。這在車輛通常的工商業的使用中引起負面的經濟后果。
[0005]因此，不僅僅存在監測和確保渦輪增壓器的當前的功能能力的必要性，更確切地說，此外需要預測停止運轉可能性以及基于此而及早地報警以防渦輪增壓器停止運轉。
【發明內容】
[0006]因此，提出一種用于監測壓縮機葉輪、尤其廢氣渦輪增壓器的壓縮機葉輪的旋轉的方法，以及一種用于實施該方法的裝置，所述方法和裝置相對于已知的方法和裝置具有優點:實現關于旋轉的故障的可能性的聲明或者預測。
[0007]所提出的方法用于監測廢氣渦輪增壓器的壓縮機葉輪的旋轉。在這里，壓縮機葉輪具有預先確定的數量η的布置在周側上的葉片，其中，η為整數。此外，在根據本發明的方法中，使用用于檢測壓縮機葉輪的至少一種旋轉特性的傳感器。所述傳感器優選是一種感應傳感器，所述感應傳感器根據現有技術可以包括例如用于在壓縮機葉輪的葉片的位置上產生磁場的磁場發生器以及例如呈線圈形式的磁傳感器。根據本發明的方法，所述傳感器根據由于葉片從旁經過而產生的渦流產生至少一個輸出信號。傳感器的輸出信號優選是交流電流信號和/或交流電壓信號。
[0008]此外，在所提出的方法中，由輸出信號的基礎頻率推斷出壓縮機葉輪的旋轉特性、尤其是轉速。根據傳感器的作為基礎的感應測量方法，優選產生正弦形的交流電流信號或者說交流電壓信號，所述交流電流信號或者說交流電壓信號根據壓縮機葉輪的各個配備葉片從傳感器旁經過而產生輸出信號的正的或者負的振幅。因此，以此方式所生成的輸出信號具有帶有這樣頻率的所謂的基礎振動，所述頻率與由壓縮機葉輪的配備葉輪的數量n與壓縮機葉輪的當前的轉速相乘的乘積相一致。該基礎頻率也可以理解為增量頻率，即理解為測得的磁性事件的頻率。
[0009]根據本發明的方法進一步這樣設置，使得此外由輸出信號的至少一種調制、尤其一種相加的振幅調制得出關于壓縮機葉輪的故障的信息。在這方面，尤其可這樣理解:除了根據基礎頻率所產生的正弦振動之外，輸出信號被具有與基礎頻率不同的頻率的另外部分信號相加地重疊。因此，從現在起這樣建議，使得通過應用已知的解調方法和/或過濾方法將調制好的信號從輸出信號中提取出和/或將其從基礎振動中分離，以便能夠由所提取出的信號得出關于壓縮機葉輪的故障的信息。
[0010]通過根據本發明所提出的方法，以特別有利的方式提出這樣的可能性:可以作出關于旋轉的故障的可能性的聲明或者預測。尤其是，因為通過對傳感器的輸出信號的同時的分析評估可以及早地識別可能存在的故障并且可以相應地導入用于避免故障狀態惡化的其他步驟。傳感器的輸出信號的同時進行的分析評估可以例如和用于獲得轉速的分析評估一樣與信號準備和信號處理的已知的方法相關。根據所提出的方法的另外的構型，所得出的關于壓縮機葉輪的故障的信息優選是關于故障的類型的信息或者是關于故障的程度的信息。關于故障的類型和/或程度的信息可以以進一步有利的方式用于在壓縮機葉輪和/或渦輪增壓器的暫時的和/或最終的停止運轉方面更準確地估計還處于形成狀態的損壞或者故障，或者已經存在的故障。
[0011]根據所述方法的另一種構型，當故障為壓縮機葉輪的不平衡時，得到另外的優點:旋轉的壓縮機葉輪由于不平衡不再具有旋轉對稱的質量分布并且實施在徑向上振動的運動。為此，由于該在徑向上相對于壓縮機葉輪的旋轉軸線振動的運動，在葉片的外部輪廓之間或者說在壓縮機葉輪和感應傳感器之間的距離成比例地變化。因為如一開始已經說明的那樣，在被動感應測量原理中，作為測量變量使用的感應電流或者說感應電壓直接取決于磁渦流場的強度并且因此眾所周知地也取決于尤其在葉片和傳感器的指向壓縮機葉輪的頭端部之間的距離。因此，壓縮機葉輪的一個或多個葉片因此相對于傳感器的周期性地靠近和遠離基本上對例如感應電流的與相應的葉片的振幅相應的振幅產生影響。可以以簡單的方式探測在感應電流的相應的信號振幅的振幅中的變化或者說差異，由此，以有利的方式實現故障的識別、尤其壓縮機葉輪的不平衡的識別。
[0012]根據所提出的方法的另一種構型，可以特別有利的是:基礎頻率相當于壓縮機葉輪的轉速的η倍。這個尤其有利的是:壓縮機葉輪具有數量η的葉片。此外，在這里優選地，傳感器的輸出信號根據輸出信號的調制檢驗，尤其在具有基礎頻率的第η個部分的一至兩倍的頻率的范圍內。尤其由調制好的信號部分的頻率與基礎頻率的比例可以推斷出故障的類型和/或程度。
[0013]此外，根據所提出的方法的另一種構型，這可以是特別有利的:根據輸出信號的振幅的瞬時值和/或變化確定故障的類型和/或程度。在這里，優選使用輸出信號的曲線的最大和最小的變化的走向來確定故障的類型和/或程度。
[0014]此外，可以這樣設置，使得在實施所提出的方法時，根據所確定的故障的類型和/或程度降低和/或限制旋轉的元件的轉速。由此，能夠以有利的方式防止故障惡化或者甚至防止渦流增壓器完全停止運轉。
[0015]替代地或者附加地，在這里可以這樣設置，使得產生例如對于機動車的駕駛員來說可察覺的光學和/或聲學的報警信號，并且駕駛員可以及早地認識故障。由此會使得機動車的駕駛員能夠例如及時地開往修理車間，以便能清除故障以及也清除故障可能的原因。
[0016]此外，說明和提出根據本發明的用于實施之前所述方法的裝置。
[0017]根據本發明提出的用于監測壓縮機葉輪的旋轉的裝置具有至少一個用于檢測壓縮機葉輪的至少一種旋轉特性的傳感器，其中，該傳感器為感應傳感器。在這里，該傳感器根據由于裝配輪子從傳感器旁經過而所產生的渦流產生至少一個輸出信號。此外，根據本發明提出的裝置此外包括至少一個用于分析評估輸出信號的分析評估單元。此外，所提出的裝置設置用于，實施之前所說明的方法，尤其用由從輸出信號的至少一種調制、尤其振幅調制得出關于壓縮機葉輪的故障的信息。
[0018]由此得出，與在之前所說明的根據本發明的方法中的相同的優點。
[0019]根據所述裝置的另一種構型，尤其可以這樣設置，使得所述分析評估單元具有解調器、尤其是包絡曲線解調器，其中，所述解調器設置用于，由輸出信號產生經解調的信號并且由所述經解調的信號得出關于壓縮機葉輪的故障的信息。通過解調、尤其通過包絡曲線探測，可以產生由壓縮機葉輪的故障所引起的信號，所述信號在傳感器中例如由信號相加的振幅調制和無故障的測量信號產生。此外，包絡曲線解調器或者包絡曲線探測器尤其提供這樣的優點:可以在分析評估單元中以特別簡單的方式通過設置相應的電路實現所述包絡曲線解調器或者包絡曲線探測器。
[0020]此外，可以這樣設置，使得裝置和/或分析評估單元與發動機控制裝置尤其通過相應的電導線連接，并且此外，所述裝置設置用于根據故障的類型和/或程度產生報警信號。對此補充地，進一步有利的是:報警信號為模擬的或者數字的報警信號，并且所述報警信號被所述裝置和/或分析評估單元傳遞到發動機控制裝置上。
[0021]此外，在所述裝置的可能的實施方式中，可以這樣設置，使得所述分析評估單元包括故障存儲器或者與發動機控制裝置的故障存儲器連接，并且此外所述裝置設置用于，在故障存儲器中進行關于