DE3801171C1 - Device for detecting the speed of the shaft of an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Device for detecting the speed of the shaft of an exhaust gas turbocharger

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Abstract

The invention relates to a device for detecting the speed of the shaft of an exhaust gas turbocharger. Guided on the periphery of the shaft are two limbs of a ferromagnetic component having an induction coil in which as a result of the changes in the magnetic flux during rotation of a permanent magnet connected to the shaft voltage pulses are induced which are fed to an evaluation device for the purpose of determining the speed of the shaft. The permanent magnet is arranged in such a way that the opposite poles of the permanent magnet are situated in a periodic alternation opposite a different limb, but each limb is respectively simultaneously faced by a pole of the permanent magnet. This produces, in corresponding rotary positions of the permanent magnet, an iron-cored yoke in which a strong magnetic field builds up. The limbs of the ferromagnetic component to which the induction coil is assigned can be extended, without substantial weakening of the magnetic flux, until they project out of the flow space of an exhaust gas turbocharger onto the outside of the flow housing, where they are joined to one another. The induction coil and all the other electrical components can then be situated on the outside of the flow housing in a way which facilitates production and assembly. Strong voltage pulses are induced nonetheless in the induction coil and also still permit low speeds of the shaft to be measured. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Welle eines Abgasturboladers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus einem internen Stand der Technik als bekannt hervorgeht.The invention relates to a device for detecting Speed of the shaft of an exhaust gas turbocharger according to the generic term of claim 1, as for example from an internal state the technology emerges as known.

In "Elektronisches Messen mechanischer Größen", Albert Haug, 1969, Carl Hanser Verlag München, Seite 187-188 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der die Welle, deren Drehzahl gemessen werden soll, mit einem mit der Welle mitrotierenden Permanentmagneten verbunden ist. Zur Meßwerterfassung dient ein Meßwertaufnehmer, der aus einer im Magnetfeld des Permanentmagneten liegenden Induktionsspule mit magnetisierbarem Eisenkern besteht. Der Eisenkern dient bekanntlich dazu, im Bereich der Induktionsspule ein möglichst starkes Magnetfeld zu erzeugen, was erreicht wird, wenn sich das Magnetfeld des Permanentmagneten so weit als möglich im Eisenkern anstatt in Luft ausbildet. Durch die Rotation der Welle erfährt das Magnetfeld, in dem die Induktionsspule mit Eisenkern liegt, eine periodische Änderung, was eine periodische Erzeugung von Spannungsimpulsen in der Spule nach dem Induktionsgesetz bewirkt. Mittels einer geeigneten Auswerteschaltung läßt sich aus der Frequenz der Spannungsimpulse oder deren Höhe die Drehzahl der Welle ermitteln.In "Electronic measurement of mechanical quantities", Albert Haug, 1969, Carl Hanser Verlag Munich, page 187-188 is one Device shown where the shaft, its speed to be measured, with a co-rotating with the shaft Permanent magnet is connected. A is used for data acquisition Sensor, which consists of a in the magnetic field of the Permanent magnet lying induction coil with magnetizable Iron core exists. The iron core is known to serve in the Area of the induction coil to a strong magnetic field generate what is achieved when the magnetic field of the Permanent magnets as far as possible in the iron core instead of in Air trains. This is experienced by the rotation of the shaft Magnetic field in which the induction coil with iron core lies, one periodic change, which is a periodic generation of Voltage pulses in the coil according to the law of induction causes. A suitable evaluation circuit can be used from the frequency of the voltage pulses or their level Determine the speed of the shaft.

Bei einer Einrichtung nach der DE-OS 35 39 309 führen zwei Schenkel des Spulenkerns auf verschiedenen Seiten an den Umfang der Welle heran, so daß Nord- und Südpole des mit der Welle mitrotierenden Permanentmagneten den Schenkeln des Spulenkerns in periodischem Wechsel gegenüberliegen, wobei jedoch jedem Schenkel jeweils zugleich ein Pol des Permanentmagneten zugewandt ist. Da in den entsprechenden Drehlagen des Permanentmagneten sich ein geschlossenes Eisenjoch ergibt, läßt sich mit dieser Anordnung im Spulenkern ein starker magnetischer Fluß erzeugen. Wegen der periodischen Umkehr des Magnetfelds sind die Spannungsunterschiede der aufeinanderfolgenden, in der Induktionsspule induzierten Spannungsimpulse besonders stark und deshalb einfach erfaßbar.In a device according to DE-OS 35 39 309 lead two Leg of the coil core on different sides to the circumference the wave, so that the north and south poles of the with the wave rotating permanent magnets the legs of the coil core periodically opposite each other, but each  Legs each have a pole of the permanent magnet is facing. Since in the corresponding rotational positions of the Permanent magnet results in a closed iron yoke with this arrangement in the coil core a strong magnetic Generate flow. Because of the periodic reversal of the magnetic field are the voltage differences of the successive, in the Induction coil induced voltage pulses particularly strong and therefore easy to grasp.

Eine entsprechende Meßeinrichtung ist auch in der GB-PS 12 15 918 beschrieben.A corresponding measuring device is also in the GB-PS 12 15 918.

Ferner ist auf das DE-GM 81 31 451 hinzuweisen, nach dem bei einer Meßeinrichtung in Anwendung auf ein Elektrowerkzeug der Spulenkern verlängert ist, um die Magnetspule im Abstand zur rotierenden Magnetscheibe an einer Schaltungsplatte anordnen zu können.Furthermore, reference is made to DE-GM 81 31 451, according to a measuring device in use on a power tool Coil core is extended to the solenoid at a distance Arrange rotating magnetic disc on a circuit board can.

Bei einem internen Stand der Technik ist eine Meßeinrichtung bekannt, die nach dem in der DE-OS 35 39 309 aufgezeigten Prinzip arbeitet und zur Bestimmung der Drehzahl einer Welle eines Abgasturboladers eingesetzt wird. Nachteilig an der bei einem Abgasturbolader angewendeten Einrichtung ist jedoch, daß der aus Spule und Kern bestehende Meßwertaufnehmer derart ausgebildet ist, daß er in unmittelbarer Nähe der Welle bzw. des Permanentmagneten angeordnet werden muß, um ausreichend hohe Signalpegel zu erzeugen, um auch kleine Drehzahlen erfassen zu können. Wegen des doch relativ großen Bauraumbedarfs für den Meßwertaufnehmer ergeben sich bei einer Installation unmittelbar an der Welle jedoch ungünstige Bedingungen. So beeinflußt ein Meßwertaufnehmer, der unmittelbar an der Welle eines Abgasturboladers im Strömungsraum angeordnet ist, die Ansaugströmung in ungünstiger Weise. Weiter müssen zum Schutz der elektrischen Teile, die in der Luftströmung liegen, besondere Vorkehrungen getroffen werden. So muß der im Strömungsraum angeordnete Meßwertaufnehmer in einem speziellen Schutzgehäuse eingegossen werden. Die vom Meßwertaufnehmer quer durch den Strömungsraum, auf die Außenseite des Strömungsgehäuses wegführenden Kabel müssen in steifen Rippen verlegt sein, die im Strömungsraum liegen. Der Einbau eines Meßwertaufnehmers im Strömungsraum erhöht deshalb den Fertigungs- und Montageaufwand beträchtlich.In an internal state of the art there is a measuring device known that according to that shown in DE-OS 35 39 309 Principle works and for determining the speed of a shaft an exhaust gas turbocharger is used. A disadvantage of the at An exhaust gas turbocharger device is, however, that the transducer consisting of coil and core in such a way is trained that he is in the immediate vicinity of the shaft or Permanent magnets must be arranged to be sufficiently high Generate signal levels to detect even low speeds can. Because of the relatively large space requirement for the Transducers result directly from an installation unfavorable conditions on the shaft. So influenced one Transducer that is directly on the shaft of a Exhaust gas turbocharger is arranged in the flow space, the Intake flow in an unfavorable manner. Next need protection the electrical parts in the air flow, special arrangements are made. So the in Flow sensor arranged in a special flow chamber Protective housing can be cast in. The across from the transducer  through the flow space, to the outside of the Cables leading away from the flow housing must be in rigid ribs be laid in the flow space. The installation of a The sensor in the flow space therefore increases the Manufacturing and assembly work considerably.

Zwar ist es auch möglich, wie etwa bei einem Abgasturbolader nach dem JP-Abstract 56-8 552, den Meßwertaufnehmer außerhalb des Ansauggehäuses anzuordnen. Jedoch könnte bei Meßwertaufnehmern in der beschriebenen Bauart dann nur ein relativ schwaches Meßsignal erhalten werden, das eine aufwendige Verstärkung erforderlich machen würde. Insbesondere könnten aber niedrige Drehzahlen nicht mehr erfaßt werden, da der Pegel der immer vorhandenen Störsignale dann im Bereich des Pegels der Nutzsignale liegen würde.It is also possible, such as with an exhaust gas turbocharger according to JP abstract 56-8 552, the transducer outside the Arrange suction housing. However, with transducers then only a relatively weak one in the design described Measurement signal are obtained, which is a complex amplification  would require. In particular, however, could be low Speeds can no longer be detected because the level of the always existing interference signals then in the range of the level Would be useful signals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Meßwertaufnehmer derart auszubilden, daß die Ansaugströmung kaum gestört wird, Fertigungs- und Montagebedingungen vereinfacht werden, und dennoch starke Meßsignale zur Ermittlung auch von niedrigen Drehzahlen einer Welle erhalten werden.The invention has for its object the transducer to be designed in such a way that the intake flow is hardly disturbed, Manufacturing and assembly conditions are simplified, and nevertheless strong measurement signals to determine even low ones Speeds of a shaft can be obtained.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ausbildung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei der Ausbildung des Meßwertaufnehmers wird die Tatsache genutzt, daß in einem geschlossenen Eisenkern, den ein ferromagnetisches, hufeisenförmig ausgebildetes Bauteil in Verbindung mit dem zwischen seinen Schenkeln rotierenden Permanentmagneten darstellt, ein starker, in allen Abschnitten des ferromagnetischen Bauteils meßbarer magnetischer Fluß erzeugt wird. Der starke magnetische Fluß erlaubt es, die Schenkel derart zu verlängern, daß die Induktionsspule außerhalb des Strömungsraums angeordnet werden kann, und dennoch auch noch niedrige Drehzahlen erfaßbar sind. Es ragen dann nur die dünnen, magnetisch leitenden Schenkel des ferromagnetischen Bauteils in den Strömungsraum hinein. Die bisher erforderlichen großen Einbauten in der Ansaugströmung entfallen. Damit wird die Störung in der Ansaugströmung auf ein Minimum reduziert. Da die elektrischen Bauteile außerhalb des Strömungsraums liegen, entfallen besondere Schutzgehäuse, was Fertigung und Montage vereinfacht. Da der elektrische Aufnehmer separat vormontiert werden kann, läßt sich der Fertigungsablauf einfacher gestalten.This task is carried out in a generic training the characterizing features of claim 1 solved. In the Training the transducer, the fact is used that in a closed iron core, which is a ferromagnetic, horseshoe-shaped component in connection with the permanent magnet rotating between its legs represents a strong, in all sections of the ferromagnetic component measurable magnetic flux generated becomes. The strong magnetic flux allows the legs to extend such that the induction coil outside the Flow space can be arranged, and yet still low speeds are detectable. Then only the thin ones protrude magnetically conductive leg of the ferromagnetic component in into the flow space. The big ones required so far There are no built-in components in the intake flow. With that the Intake flow disturbance reduced to a minimum. Since the electrical components are outside the flow space, there is no need for special protective housings, which means manufacturing and assembly simplified. Because the electrical transducer is pre-assembled separately can be, the manufacturing process can be made easier.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt. Die einzige Figur zeigt die Anordnung der Teile der Meßeinrichtung an der Welle 5 des Verdichters eines Abgasturboladers mit dem nur fragmentarisch dargestellten Strömungsgehäuse 1. Das ferromagnetische Bauteil 3 ist in einem Gehäuseabschnitt des Strömungsgehäuses 1 des Abgasturboladers gehaltert. Die freien Schenkel 2 des stabförmigen, hufeisenförmig gebogenen Bauteils 3 ragen in den Strömungsraum 9 des Abgasturboladers. Die Schenkel 2 führen von verschiedenen Seiten an den Umfang der Welle 5 des Abgasturboladers heran, deren Drehzahl zu bestimmen ist. Mit der Welle 5 ist ein stabförmig ausgebildeter Permanentmagnet 4 verbunden, dessen gegensätzliche Pole in periodischem Wechsel einem anderen Schenkel 2 gegenüberliegen, wobei jedoch jedem Schenkel 2 jeweils zugleich ein Pol des Permanentmagneten 4 zugewandt ist. Im Bereich der Gehäusewand des Strömungsgehäuses 1 sind die Schenkel 2 des Bauteils 3 in Büchsen 7 geführt, die, um die magnetische Dämpfung klein zu halten, aus einem entsprechenden Material hergestellt und auf einer Umfangsseite geschlitzt sind. In die Büchsen 7 eingebettet sind Induktionsspulen 6, die jedem Schenkel 2 zugeordnet sind. Die Teile der Meßeinrichtung werden durch eine klammerartige Befestigungsvorrichtung 8, die auf der Gehäusewand des Strömungsgehäuses 1 aufgeschraubt ist, gehaltert. In den Induktionsspulen 6 werden durch das sich periodisch ändernde Magnetfeld Spannungsimpulse induziert, die zur Auswertung einer nicht näher dargestellten Auswerteschaltung zugeführt werden, in der beispielsweise aus der Höhe oder der Frequenz der Spannungsimpulse die dazu proportionale Drehzahl der Welle 5 ermittelt wird.An embodiment of the invention is shown in a drawing. The single figure shows the arrangement of the parts of the measuring device on the shaft 5 of the compressor of an exhaust gas turbocharger with the flow housing 1 shown only in fragments. The ferromagnetic component 3 is held in a housing section of the flow housing 1 of the exhaust gas turbocharger. The free legs 2 of the rod-shaped, horseshoe-shaped component 3 protrude into the flow space 9 of the exhaust gas turbocharger. The legs 2 lead from different sides to the circumference of the shaft 5 of the exhaust gas turbocharger, the speed of which is to be determined. A rod-shaped permanent magnet 4 is connected to the shaft 5 , the opposite poles of which alternately lie opposite another leg 2 , but each leg 2 also has a pole of the permanent magnet 4 facing it at the same time. In the area of the housing wall of the flow housing 1 , the legs 2 of the component 3 are guided in bushings 7 which, in order to keep the magnetic damping small, are made of a corresponding material and are slotted on one peripheral side. Induction coils 6 , which are assigned to each leg 2 , are embedded in the sleeves 7 . The parts of the measuring device are held by a clamp-like fastening device 8 , which is screwed onto the housing wall of the flow housing 1 . In the induction coils 6 , voltage pulses are induced by the periodically changing magnetic field, which are fed to the evaluation of an evaluation circuit, not shown in more detail, in which, for example, the speed of the shaft 5, which is proportional to it, is determined from the level or frequency of the voltage pulses.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt darin, daß der Strömungsraum 9 im wesentlichen frei von den sperrigen Einbauten eines herkömmlichen Meßwertaufnehmers ist. In den Strömungsraum 9 hinein ragen lediglich noch dünne magnetisch leitende Stäbe, die die Ansaugströmung kaum stören. Da der magnetische Fluß in jedem Abschnitt der auf der Außenseite des Strömungsgehäuses zusammenführenden Schenkel 2 des ferromagnetischen Bauteils 3 stark genug ist, um in den Induktionsspulen 6 so starke Spannungsimpulse zu induzieren, daß auch noch niedrige Drehzahlen der Welle erfaßt werden können, lassen sich alle elektrischen Teile einschließlich der Induktionsspulen auf der Außenseite des Strömungsgehäuses installieren. Hinsichtlich des Fertigungsablaufs ergibt sich hier der Vorteil, daß Abgasturbolader und die elektrischen Komponenten des Meßwertaufnehmers separat vormontiert werden können. Da alle mit dem Meßwertaufnehmer verbundenen elektrischen Bauteile nunmehr vollständig außerhalb des Strömungsraums 9 angeordnet sind, entfallen Aufwendungen für besondere Schutzvorrichtungen, was wiederum Fertigung und Montage vereinfacht und verbilligt.The particular advantage of the device according to the invention is that the flow space 9 is essentially free of the bulky internals of a conventional transducer. Only thin, magnetically conductive rods protrude into the flow chamber 9 , which barely disturb the intake flow. Since the magnetic flux in each section of the leg 2 merging on the outside of the flow housing of the ferromagnetic component 3 is strong enough to induce such strong voltage pulses in the induction coils 6 that even low rotational speeds of the shaft can be detected, all electrical can Install parts including the induction coils on the outside of the flow housing. With regard to the production process, there is the advantage here that the exhaust gas turbocharger and the electrical components of the measurement sensor can be preassembled separately. Since all the electrical components connected to the transducer are now arranged completely outside the flow space 9 , there is no need for special protective devices, which in turn simplifies and reduces the cost of manufacture and assembly.

Um die Montage weiter zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, daß der auf der Außenseite des Strömungsgehäuses 1 liegende Abschnitt des ferromagnetischen Bauteils 3 zusammen mit den Induktionsspulen 6 von den Schenkeln 2 abnehmbar ausgebildet ist. Bezüglich des Fertigungsablaufs bedeutet dies eine weitere Vereinfachung.In order to further simplify the assembly, it can be provided that the section of the ferromagnetic component 3 lying on the outside of the flow housing 1 is designed to be removable from the legs 2 together with the induction coils 6 . This means a further simplification with regard to the production process.

Zur Versteifung der in den Strömungsraum hineinragenden Enden der Schenkel kann, wie jedoch nicht dargestellt, ein nichtmagnetisches Ringelement vorgesehen sein, das die Enden der Schenkel 2 verbindet.To stiffen the ends of the legs protruding into the flow space, a non-magnetic ring element can be provided, as is not shown, which connects the ends of the legs 2 .

Claims (2)

1. Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Welle eines Abgasturboladers, mit einem mit der Welle mitrotierenden Permanentmagneten, und einem ferromagnetischen, in einem Abschnitt seiner Längenausdehnung als Kern einer Induktionsspule dienenden Bauteil mit auf verschiedenen Seiten an den Umfang der Welle heranführenden Schenkeln, wobei die gegensätzlichen Pole des Permanentmagneten in periodischem Wechsel einem anderen Schenkel gegenüberliegen, jedoch jedem Schenkel jeweils zugleich ein Pol des Permanentmagneten zugewandt ist, sowie mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Drehzahl der Welle aufgrund der infolge der Änderungen des magnetischen Flusses bei der Rotation des Permanentmagneten in der Induktionsspule induzierten Spannungsimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (2) des ferromagnetischen Bauteils (3) quer durch den vom Strömungsgehäuse (1) des Abgasturboladers umschlossenen Strömungsraum (9) von der Welle (5) weg auf die Außenseite des Strömungsgehäuses (1) führen, und die Schenkel (2) auf der Außenseite des Strömungsgehäuses (1) miteinander verbunden sind, und die Induktionsspule (6) in dem außerhalb des Strömungsraums (9) gelegenen Abschnitt des ferromagnetischen Bauteils (3) angeordnet ist.1. Device for detecting the rotational speed of the shaft of an exhaust gas turbocharger, with a permanent magnet rotating with the shaft, and a ferromagnetic component serving as the core of an induction coil in a section of its longitudinal extension with legs approaching the periphery of the shaft on different sides, the opposite ones Periodically alternating poles of the permanent magnet lie opposite another leg, but each leg also has a pole of the permanent magnet facing it at the same time, as well as with an evaluation device for determining the rotational speed of the shaft due to the induced in the induction coil as a result of the changes in the magnetic flux during the rotation of the permanent magnet Voltage pulses, characterized in that the legs ( 2 ) of the ferromagnetic component ( 3 ) transversely through the flow space ( 9 ) enclosed by the flow housing ( 1 ) of the exhaust gas turbocharger away from the shaft ( 5 ) to the outside of the Lead flow housing ( 1 ), and the legs ( 2 ) on the outside of the flow housing ( 1 ) are connected to each other, and the induction coil ( 6 ) is arranged in the section of the ferromagnetic component ( 3 ) located outside the flow space ( 9 ). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Bauteil (3) aus einem stabförmigen Material hufeisenförmig gebogen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic component ( 3 ) is bent from a rod-shaped material in a horseshoe shape.
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