用于監(jiān)測壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在轎車以及商用車的應(yīng)用中，為了提高發(fā)動機功率的效率越來越多地使用廢氣渦輪增壓器。根據(jù)當今的情況，隨著增高的趨勢，大約30%的轎車已經(jīng)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(yīng)用用于確保和提高可靠性以及用于更好地充分利用系統(tǒng)極限。在這里，為了監(jiān)測廢氣渦輪增壓器，通常使用監(jiān)測例如在廢氣渦輪增壓器中旋轉(zhuǎn)的渦輪葉輪或者壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)的傳感器。在雙渦輪機系統(tǒng)中或者渦輪增壓系統(tǒng)中，為了調(diào)節(jié)廢氣系統(tǒng)和/或為了使渦輪增壓器等同，也需要傳感器。
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)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(zhuǎn)的元件的至少一種旋轉(zhuǎn)特性的傳感器。在此，旋轉(zhuǎn)特性通?？衫斫鉃橹辽俨糠值卣f明旋轉(zhuǎn)的元件的旋轉(zhuǎn)的特性。在這里，例如可以是角速度、轉(zhuǎn)速、角加速度、旋轉(zhuǎn)角、角度位置或者能夠表征旋轉(zhuǎn)的元件的連續(xù)或者不連續(xù)的、不變的或者多變的旋轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)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(fā)明的特別重點在于轉(zhuǎn)速檢測，然而原則上本發(fā)明不限于此。
[0003]為了檢測例如渦輪增壓器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。為此，例如可以使用以被動感應(yīng)測量原理為基礎(chǔ)的傳感器。根據(jù)該測量原理，跟隨旋轉(zhuǎn)運動的壓縮機葉片被引導(dǎo)穿過靜止的初級的磁場，由此以已知的方式在優(yōu)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(chǎn)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(qū)域中產(chǎn)生隨著壓縮機葉片的旋轉(zhuǎn)周期性地、在時間上變化的感應(yīng)電流，所述感應(yīng)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(zhuǎn)速。在傳感器頭的線圈中通過感應(yīng)引起的交流電流通常與例如從旁經(jīng)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(guān)。
[0004]尤其在商用車領(lǐng)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(zhuǎn)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(yè)的使用中引起負面的經(jīng)濟后果。
[0005]因此，不僅僅存在監(jiān)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(yù)測停止運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，提出一種用于監(jiān)測壓縮機葉輪、尤其廢氣渦輪增壓器的壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)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(yōu)點:實現(xiàn)關(guān)于旋轉(zhuǎn)的故障的可能性的聲明或者預(yù)測。
[0007]所提出的方法用于監(jiān)測廢氣渦輪增壓器的壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)。在這里，壓縮機葉輪具有預(yù)先確定的數(shù)量η的布置在周側(cè)上的葉片，其中，η為整數(shù)。此外，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用用于檢測壓縮機葉輪的至少一種旋轉(zhuǎn)特性的傳感器。所述傳感器優(yōu)選是一種感應(yīng)傳感器，所述感應(yīng)傳感器根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以包括例如用于在壓縮機葉輪的葉片的位置上產(chǎn)生磁場的磁場發(fā)生器以及例如呈線圈形式的磁傳感器。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述傳感器根據(jù)由于葉片從旁經(jīng)過而產(chǎn)生的渦流產(chǎn)生至少一個輸出信號。傳感器的輸出信號優(yōu)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(chǔ)頻率推斷出壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)特性、尤其是轉(zhuǎn)速。根據(jù)傳感器的作為基礎(chǔ)的感應(yīng)測量方法，優(yōu)選產(chǎn)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(jù)壓縮機葉輪的各個配備葉片從傳感器旁經(jīng)過而產(chǎn)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(chǔ)振動，所述頻率與由壓縮機葉輪的配備葉輪的數(shù)量n與壓縮機葉輪的當前的轉(zhuǎn)速相乘的乘積相一致。該基礎(chǔ)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(jù)本發(fā)明的方法進一步這樣設(shè)置，使得此外由輸出信號的至少一種調(diào)制、尤其一種相加的振幅調(diào)制得出關(guān)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(jù)基礎(chǔ)頻率所產(chǎn)生的正弦振動之外，輸出信號被具有與基礎(chǔ)頻率不同的頻率的另外部分信號相加地重疊。因此，從現(xiàn)在起這樣建議，使得通過應(yīng)用已知的解調(diào)方法和/或過濾方法將調(diào)制好的信號從輸出信號中提取出和/或?qū)⑵鋸幕A(chǔ)振動中分離，以便能夠由所提取出的信號得出關(guān)于壓縮機葉輪的故障的信息。
[0010]通過根據(jù)本發(fā)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(guān)于旋轉(zhuǎn)的故障的可能性的聲明或者預(yù)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(yīng)地導(dǎo)入用于避免故障狀態(tài)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(zhuǎn)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(guān)。根據(jù)所提出的方法的另外的構(gòu)型，所得出的關(guān)于壓縮機葉輪的故障的信息優(yōu)選是關(guān)于故障的類型的信息或者是關(guān)于故障的程度的信息。關(guān)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(zhuǎn)方面更準確地估計還處于形成狀態(tài)的損壞或者故障，或者已經(jīng)存在的故障。
[0011]根據(jù)所述方法的另一種構(gòu)型，當故障為壓縮機葉輪的不平衡時，得到另外的優(yōu)點:旋轉(zhuǎn)的壓縮機葉輪由于不平衡不再具有旋轉(zhuǎn)對稱的質(zhì)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(zhuǎn)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(yīng)傳感器之間的距離成比例地變化。因為如一開始已經(jīng)說明的那樣，在被動感應(yīng)測量原理中，作為測量變量使用的感應(yīng)電流或者說感應(yīng)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(yīng)電流的與相應(yīng)的葉片的振幅相應(yīng)的振幅產(chǎn)生影響?？梢砸院唵蔚姆绞教綔y在感應(yīng)電流的相應(yīng)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(xiàn)故障的識別、尤其壓縮機葉輪的不平衡的識別。
[0012]根據(jù)所提出的方法的另一種構(gòu)型，可以特別有利的是:基礎(chǔ)頻率相當于壓縮機葉輪的轉(zhuǎn)速的η倍。這個尤其有利的是:壓縮機葉輪具有數(shù)量η的葉片。此外，在這里優(yōu)選地，傳感器的輸出信號根據(jù)輸出信號的調(diào)制檢驗，尤其在具有基礎(chǔ)頻率的第η個部分的一至兩倍的頻率的范圍內(nèi)。尤其由調(diào)制好的信號部分的頻率與基礎(chǔ)頻率的比例可以推斷出故障的類型和/或程度。
[0013]此外，根據(jù)所提出的方法的另一種構(gòu)型，這可以是特別有利的:根據(jù)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(yōu)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(shè)置，使得在實施所提出的方法時，根據(jù)所確定的故障的類型和/或程度降低和/或限制旋轉(zhuǎn)的元件的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。
[0015]替代地或者附加地，在這里可以這樣設(shè)置，使得產(chǎn)生例如對于機動車的駕駛員來說可察覺的光學(xué)和/或聲學(xué)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(jù)本發(fā)明的用于實施之前所述方法的裝置。
[0017]根據(jù)本發(fā)明提出的用于監(jiān)測壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)特性的傳感器，其中，該傳感器為感應(yīng)傳感器。在這里，該傳感器根據(jù)由于裝配輪子從傳感器旁經(jīng)過而所產(chǎn)生的渦流產(chǎn)生至少一個輸出信號。此外，根據(jù)本發(fā)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(shè)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(diào)制、尤其振幅調(diào)制得出關(guān)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(jù)本發(fā)明的方法中的相同的優(yōu)點。
[0019]根據(jù)所述裝置的另一種構(gòu)型，尤其可以這樣設(shè)置，使得所述分析評估單元具有解調(diào)器、尤其是包絡(luò)曲線解調(diào)器，其中，所述解調(diào)器設(shè)置用于，由輸出信號產(chǎn)生經(jīng)解調(diào)的信號并且由所述經(jīng)解調(diào)的信號得出關(guān)于壓縮機葉輪的故障的信息。通過解調(diào)、尤其通過包絡(luò)曲線探測，可以產(chǎn)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(diào)制和無故障的測量信號產(chǎn)生。此外，包絡(luò)曲線解調(diào)器或者包絡(luò)曲線探測器尤其提供這樣的優(yōu)點:可以在分析評估單元中以特別簡單的方式通過設(shè)置相應(yīng)的電路實現(xiàn)所述包絡(luò)曲線解調(diào)器或者包絡(luò)曲線探測器。
[0020]此外，可以這樣設(shè)置，使得裝置和/或分析評估單元與發(fā)動機控制裝置尤其通過相應(yīng)的電導(dǎo)線連接，并且此外，所述裝置設(shè)置用于根據(jù)故障的類型和/或程度產(chǎn)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(shù)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(fā)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(shè)置，使得所述分析評估單元包括故障存儲器或者與發(fā)動機控制裝置的故障存儲器連接，并且此外所述裝置設(shè)置用于，在故障存儲器中進行關(guān)于