CN101922314A - 用于提供用于内燃机的增压装置的转速数据和温度数据的方法和装置 - Google Patents

用于提供用于内燃机的增压装置的转速数据和温度数据的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于提供用于内燃机的增压装置的转速数据和温度数据的方法和装置。用于提供用于内燃机的增压装置的转速数据和温度数据的探测电路(7)包括：用于提供周期性的探测信号的转速传感器(11)，所述探测信号的频率依赖于所述增压装置(1)中的转速；用于检测关于所述增压装置(1)中的温度的温度数据的温度传感器(16)；修改单元(14)，用于提供周期性的输出信号，所述输出信号的周期性依赖于所述周期性的探测信号，并且用于依赖于所检测的温度数据调节所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度，使得所述周期性的输出信号通过其周期性提供转速数据并且通过信号脉冲的时间长度(tT)提供温度数据。

Description

用于提供用于内燃机的增压装置的转速数据和温度数据的方法和装置
技术领域
本发明涉及具有增压装置尤其废气涡轮增压器的内燃机。
背景技术
内燃机越来越多地设有增压装置，用于扩大能够输送给内燃机的空气量。由此可以明显地改进内燃机的功率和效率
增压装置通常具有布置在内燃机的排气段中的涡轮机。所述涡轮机通过合适的机械装置与供气段中的压缩机相耦合，从而将涡轮机的涡轮的旋转转换为压缩机的压缩机轮的旋转。通常涡轮和压缩机轮通过轴彼此相连接。
借助于所述增压装置调节压缩机的输出侧的增压压力，方法是用调节干预(Stelleingriff)要么影响通过增压装置的涡轮机的废气流的量要么比如借助于变化的涡轮机几何形状来影响涡轮机的效率。
因为通过废气焓来驱动的增压装置的转速绝大部分依赖于废气焓，所以在有些情况下按内燃机的运行方式会超过增压装置的最大允许的转速。在超过这种转速时，增压装置通常遭到破坏。尤其具有小的涡轮直径和压缩机轮直径的增压装置由于小的惯性矩具有得到改进的旋转加速特性，所述增压装置在动态的状况中会很快地超过最大允许的转速。对于这种状况来说值得追求的是，控制或者说调节增压装置的工作轮的转速，用于能够更好地防止超速。
除此以外，尤其在通过具有不同特征的增压装置的串联或并联线路进行双级或更多级增压时，依赖于增压装置的转速对其进行调节是有意义的。
按照WO 2006/045 680 A1借助于固定在工作轮的轴上的磁铁来对涡轮增压器进行转速检测，所述工作轮的以轴转速进行的旋转通过压缩机外壳上的霍尔元件来探测。作为替代方案，公开文献WO2005/012 919 A1公开了一种转速检测方案，该转速检测方案通过压缩机叶片的运动用GMR元件来检测在静止的磁场中引起的涡流。
此外可能有必要的是，对增压装置的温度进行监控。因为按内燃机的工作点，可能出现很高的会损坏增压装置的温度。
从公开文献DE 10 2006 021 430 A1中公开了一种用于增压装置的温度检测方案。其中说明，通过温度的监控可以避免增压装置的不允许的高温度。尤其所述增压装置可以依赖于所探测的温度如此运行，从而比如可以通过增压压力的降低或者通过电的散热风扇的相应的触发来降低所述增压装置的温度。所述转速检测借助于用于分析转速传感器信号的集成的开关电路并且借助于具有依赖于温度的电流-电压-特征的二极管来进行。由此作为用于所述增压装置的温度的尺度，可以通过二极管提供关于电压降的数据。在转速传感器信号的检测与借助于二极管进行的温度检测之间可以进行切换，从而通过集成电路要么提供转速数据要么提供温度数据。
这种解决方案的缺点是，在集成电路中需要比较复杂的电路，用于在作为温度数据的电压降模拟参量与转速传感器信号的提供之间进行切换。此外，对由集成电路提供的信息进行分析的控制仪必须适合于模拟的温度数据的分析。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种方法和一种装置，用于简单地提供增压装置的转速数据和温度数据，其中在与增压装置分开的控制仪中降低了用于提供转速数据和温度数据的开销。
该任务通过按权利要求1所述的用于提供关于用于内燃机的增压装置的转速的转速数据和所述增压装置的温度数据的探测电路、通过按并列权利要求所述的控制仪、发动机系统并且通过方法得到解决。
本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。
按照第一方面设置了用于提供关于用于内燃机的增压装置的转速的转速数据以及所述增压装置的温度数据的探测电路。
所述探测电路包括：
-用于提供周期性的探测信号的转速传感器，其频率依赖于增压装置中的转速；
-用于检测关于所述增压装置中的温度的温度数据的温度传感器；
-修改单元，用于提供周期性的输出信号，所述输出信号的周期性依赖于周期性的探测信号，并且用于依赖于所检测的温度数据调节所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度，使得所述周期性的输出信号通过其周期性提供转速数据并且通过信号脉冲的时间长度(tT)提供温度数据。
上述探测电路能够以简单的方式提供关于用于内燃机的增压装置中的转速或者温度的转速数据或者温度数据，从而可以由单独的控制仪以特别简单的方式来对所述转速数据或者温度数据进行分析，在此向所述单独的控制仪输送所述转速数据和温度数据。尤其以所提供的信号脉冲的频率的形式对转速进行编码，其中所述频率表示增压装置的元件比如压缩机轮的转速。此外，通过信号脉冲的时间长度可以对增压装置中的温度进行编码。通过这种方式，可以在控制仪中通过对脉冲的频率的简单分析推断出所述增压装置的工作轮的转速并且通过探测信号的脉冲长度的测量来检测温度数据，在此向所述控制仪提供所述探测信号。由此省去如在现有技术中一样施加电流用于测量增压装置中的温度或者说通过控制仪来测量模拟的电压。
利用上述探测电路可以在一个唯一的探测信号中提供来自增压装置的转速数据和温度数据的检测，并且此外可以以纯数字的方式来对所提供的探测信号进行分析。
此外，可以设置温度分析单元用于依赖于所检测的温度数据提供温度值，其中构造所述修改单元用于依赖于温度值调节输出信号的信号脉冲的时间长度。
通过这种方式可以以合适的形式尤其以数字的形式提供所述修改单元的经常作为电参量提供的温度数据，从而可以以更为简单的方式来调整信号脉冲的时间长度。
按照另一种实施方式，所述温度传感器可以提供电参量作为温度数据，其中所述温度分析单元尤其通过一种或者多种阈值比较来数字化温度数据并且提供数字信息作为温度值。
可以设置分频器，从而按照预先给定的分频器数值来划分探测信号的频率，从而得到具有划分的频率的探测信号并且将其提供给修改单元，其中构造所述修改单元用于提供周期性的输出信号作为具有划分的频率并且具有信号脉冲的信号，所述信号脉冲的时间长度相应地依赖于所检测的温度数据。
按照另一个方面，设置了用于控制内燃机的运行的控制仪，其中构造所述控制仪用于接收周期性的信号，从而确定所接收的信号的频率，用于从所述频率中求得转速数据；用于从所接收的信号的信号脉冲的时间长度中求得温度数据，并且用于依赖于所求得的转速数据和所求得的温度数据运行所述内燃机。
按照另一个方面，设置了发动机系统，该发动机系统具有上述的布置在内燃机的增压装置上的探测电路以及用于控制内燃机的运行的控制仪，其中所述控制仪与所述探测电路相连接，用于得到周期性的输出信号并且从所述周期性的输出信号的频率中求得转速数据并且从周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度中求得温度数据。
按照另一个方面，设置了一种用于提供关于用于内燃机的增压装置的转速的转速数据以及所述增压装置的温度数据的方法。
该方法包括以下步骤：
-提供周期性的探测信号，该探测信号的频率依赖于增压装置中的转速；
-检测关于所述增压装置中的温度的温度数据；
-提供周期性的输出信号，所述输出信号的周期性依赖于周期性的探测信号，并且
-依赖于所检测的温度数据调节所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度，
其中所述周期性的输出信号通过其周期性提供转速数据并且通过信号脉冲的时间长度(tT)提供温度数据。
此外，可以依赖于所检测的温度数据来提供温度值，其中依赖于所述温度值来调节所述输出信号的信号脉冲的时间长度。
按照另一种实施方式，可以以电参量的形式来提供所述温度数据，其中尤其通过一种或者多种阈值比较来数字化所述温度数据并且提供数字信息作为温度值。
可以按照预先给定的分频器数值来划分所述探测信号，从而得到具有划分的频率的探测信号，其中作为输出信号提供具有划分的频率并且具有信号脉冲的信号，其时间长度相应地依赖于所检测的温度数据。
此外，所述输出信号可以在与所述增压装置分开的用于控制内燃机的运行的控制仪中接收，其中所述控制仪从输出信号的频率中求得转速数据并且从所述输出信号的信号脉冲的时间长度中求得温度数据。
附图说明
下面借助于附图对优选的实施方式进行详细解释。其中：
图1是具有与控制仪相连接的探测电路的增压装置的示意图；
图2是所述探测电路的示意图，该探测电路布置在所述增压装置中并且提供探测信号；并且
图3是输出信号A关于时间t的信号分布的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了增压装置1，该增压装置1在该实施例中构造为废气涡轮增压器。所述增压装置1具有带有涡轮2的涡轮机9，所述涡轮布置在(未示出的)内燃机的排气段3中并且通过燃烧废气的废气流得到驱动。所述涡轮2通过轴4与压缩机10的压缩机轮5相耦合，使得压缩机轮5通过涡轮2的旋转得到驱动。也可以使涡轮机9的涡轮2与压缩机10的压缩机轮5进行其它形式的耦合。
所述压缩机轮5布置在供气段6中，从而将来自环境的空气朝压缩机10的输出侧的方向输送，用于在那里在增压压力下提供所述空气。经过压缩的空气能够实现更高的驱动力矩并且一般能够以更高的效率实现内燃机的运行。
为更好地控制或者说调节增压装置1的运行，需要知道工作轮也就是涡轮2、轴4以及压缩机轮5的转速。借助于转速数据，可以避免危急的工作点和超速，方法是必要时也就是说依赖于所求得的转速或者说转速的阈值比较的结果对发动机运行进行干预。
为检测转速设置了探测电路7，该探测电路7布置在压缩机轮5上或附近，用于以合适的方式来检测压缩机轮5的转速。为检测压缩机轮5的转速，从现有技术中知道不同的方法。比如可以借助于霍尔传感器来检测转速。在这种情况下将磁铁布置在涡轮2、压缩机轮5或者轴4上并且设置霍尔传感器元件用于探测所述磁铁从旁边掠过的情况。探测信号在压缩机轮5旋转时相应于周期性的信号，该信号的频率与转速成比例。作为替代方案，转速检测可以通过压缩机轮5的叶片从GMR元件(GMR：Giant Magneto-Resistance(巨磁阻))旁边经过这种方式来实施。在这种测量原理中，测量通过压缩机轮5的叶片从旁边经过对磁场产生的影响。其它的用于转速检测的方案在现有技术中为人所知并且在这方面不再进一步对此进行探讨。按所述探测电路7在压缩机轮5上的布置的结构，压缩机轮5每旋转一圈就产生一个或者多个脉冲。
用于转速检测的装置的共同点是，在探测信号中对转速进行编码，所述探测信号包含彼此先后相随的信号脉冲，其中所述信号脉冲的频率表明压缩机轮5的转速或者说与压缩机轮5的转速成比例。将依赖于探测信号的输出信号传输给控制仪8，该控制仪8根据转速数据对发动机系统进行干预，用于比如控制增压装置1的转速或者避免超速。
此外，在探测电路7中进行温度检测，从而可以将温度数据提供给与探测电路7相连接的控制仪8。
所述探测电路7优选构造为集成的电路，比如构造为ASIC(特定应用集成电路)，该电路布置在增压装置1的工作轮的附近。图2更为详细地示出了所述探测电路7。该探测电路7包括转速传感器11，该转速传感器11提供一系列信号脉冲(高电平)作为探测信号，所述探测信号的频率表明压缩机轮5的转速。通过信号放大器12以模拟方式使探测信号放大并随后可以将其输送给可选的分频器13。所述分频器13如此降低探测信号的频率，从而可以在降低干扰的情况下进行传输和分析。
所述分频器13的分频比如可以借助于简单的计数器来构成，所述计数器对于探测信号的每个信号脉冲进行增值并且在达到一个分频器数值时发出第一信号电平比如高电平形式的信号脉冲一段持续时间并且将计数器数值比如复位到零，这段持续时间相应于信号脉冲的时间长度tT。在这段持续时间过去之后，输出第二信号电平比如低电平，直到下次达到所述分频器数值。比如所述第一信号电平为从在计数器中达到分频器数值直到探测信号的下一个脉冲沿的持续时间而定义或者定义为预先给定的绝对的持续时间或者定义为关于由分频器13输出的信号的周期时间的相对的持续时间。由分频器13输出的信号具有周期时间tP。所述分频器数值表明分频器因数或者说分频比例，用该分频比例来降低探测信号的频率或者说提高探测信号的周期时间tP。用于探测信号的分频器数值可以通过合适的预调节来确定。在此可以如此选择所述分频器数值，使得探测信号具有一种频率，对于该频率来说可以在减少干扰的情况下进行传输和分析。在知道所述分频器13的分频器数值和在压缩机轮5每旋转一圈时通过探测电路7产生的信号脉冲的数量的情况下，可以在控制仪8中求得压缩机轮5的转速。
由分频器13每个周期输出的信号脉冲的时间长度tT可以确定绝对的持续时间或者说可以通过占空比来确定，比如50％，所述占空比表明高电平的持续时间与低电平的持续时间之间的比例。所述时间长度tT可以在修改单元14中修改或者说调节。所述修改单元14接收由分频器13提供的周期性的信号并且在依赖于由温度分析单元15提供的温度值V的情况下修改信号脉冲的时间长度tT，从而得到输出信号。所述修改单元14如此修改所述周期性的信号，从而保持该周期性信号的频率或者说周期性。
所述温度分析单元15与温度传感器16相连接，该温度传感器16比如能够借助于二极管(未示出)来构成，所述二极管的电流-电压-特性曲线依赖于温度。所述二极管可以集成在探测电路7中或者作为单独的结构元件在所述增压装置1中布置在合适的位置上，在该位置上应该检测温度。也可以取代二极管而设置其它的对温度敏感的结构元件比如对温度敏感的电阻以及类似的结构元件。
所述温度传感器16作为关于温度的数据通常提供模拟的电参量，比如在预先给定测量电压时提供电流或者在预先给定测量电流时提供电压。可以在温度分析单元15中对相应的电参量进行分析，用于比如得到数字化的温度值。比如可以借助于将所述电参量与一个或者多个温度阈值进行一种或者多种阈值比较这种方式来数字化关于温度的数据。当然也可以使用其它已知的用于模拟-数字-转换的方法，用于提供所述电参量，所述电参量表明数字化成温度值V的温度。
依赖于比较的结果或者说依赖于数字化的温度数据，按照预先给定的图像函数来求得温度值V。所述温度值V(图像函数的依赖于温度数据的函数值)比如可以说明绝对的数值或者相对的数值，利用所述绝对的数值或者相对的数值来对传输给控制仪8的输出信号的信号脉冲的时间长度tT进行修改。
所述修改单元14比如可以包括另一个计数器，该计数器在规定的脉冲沿方向(比如上升的脉冲沿)的每个脉冲沿上起动并且一直计数到一个计数器数值(通过预先给定的恒定的系统节拍来进行循环)，所述计数器数值依赖于数字化的温度值V或者相应于数字化的温度值V。在所述另外的计数器的起动的同时以及在计数过程中，输出所述输出信号的第一信号电平并且在达到计数器数值时或者之后输出第二信号电平。如上面说明的一样可以规定，如此规定温度值V的允许的数值范围，使得计数器数值大于0并且小于由所述分频器13输出的信号的周期时间tP与所述系统节拍的周期时间之间的比例。比如可以实施这一点，方法是将温度值V在其产生之后限制到相应的最大值。作为替代方案，已经可以按照图像函数来将温度数据描绘到相应的温度值V，所述图像函数具有大于0的最小温度值以及最大可能的温度值，该最大可能的温度值小于由所述分频器13输出的信号的周期时间tP与系统节拍的周期时间之间的比例。
为限制温度值V，可以如此选择所述图像函数，从而对于最大的温度值V来说在修改单元中产生具有比周期性的输出信号的周期时间小的持续时间的信号脉冲，并且对于最小的温度值V来说在修改单元中产生具有比0大的持续时间的信号脉冲，从而保持得到具有信号脉冲的周期性的信号。所述图像函数可以用线性方式、用对数方式或者按照其它的函数来描绘温度数据。尤其所述图像函数可以对二极管特性曲线的在使用用于温度测量的二极管时出现的非线性进行补偿，使得所测量的温度与温度值V之间的关联变为线性的。
作为替代方案，所述修改单元14可以包括模拟结构的单稳态触发器，该单稳态触发器依赖于脉冲沿产生具有可变化的能够调节的时间长度tT的信号脉冲。如果作为温度值将模拟的电参量传输给所述修改单元14，那么单稳态触发器是尤其合适的。而后依赖于所述电参量可以以已知的方式调节持续时间，在该持续时间里在特定的脉冲沿方向的脉冲沿之后输出第一信号电平。模拟的温度值V的限制可以在温度分析单元15中进行，并且比如可以通过受限制的线性的或者非线性的放大器来实现，所述放大器的输出参量被限制到一个最小值和一个最大值。比如为此可以使用运算放大器。
作为结果得到所述输出信号A关于时间t的信号分布，该信号分布在图3中示范性地示出。所述输出信号的周期时间tP相应于由分频器13提供的信号的周期时间。所述信号脉冲的时间长度tT表示有待传输的温度数据。
当然可以仅仅如此对信号脉冲的脉冲持续时间进行调节，使得输出信号的周期性没有受到不好的影响，也就是说脉冲持续时间不得为0并且必须小于由分频器13提供的信号的整个周期时间。因此，所检测到的温度的预先确定的有待传输的数值范围描绘在处于0与由分频器13提供的信号的周期时间之间的脉冲持续时间上。作为替代方案可以规定，所述温度值V不是在温度分析单元15中而是在修改单元14中受到限制。
在控制仪8中通过所述探测电路7的周期性的输出信号的频率的测量来对探测电路7的周期性的输出信号进行分析，从而得到转速数据。可以从转速数据中求得转速，方法是将所述周期性的输出信号的通过控制仪8求得的频率除以在压缩机轮5每旋转一圈时通过探测电路7产生的信号脉冲的数目并且与在分频器13中使用的分频器因数相乘。为此，必须在所述控制仪中比如在未示出的存储器中提供相应的数据。
此外，可以借助于简单的通常在微型控制器中实施的时间测量来测量所述输出信号的信号脉冲的时间长度，从而在微型控制器中提供依赖于信号脉冲的长度的温度数据。这比如对于所接收的周期性的输出信号的第一脉冲沿来说可以通过时间计数的起动并且对于所接收的周期性的输出信号的第二脉冲沿来说可以通过时间计数的停止来进行。按照另一种在控制仪8中预先给定的图像函数(该图像函数比如可以与在温度分析单元中实施的图像函数相颠倒)将所测量的时间转换为温度数据，所述温度数据相应于所测量的温度或者说明所测量的温度。
通过上述方式将所述转速数据和温度数据编码为周期性的输出信号，由此所述控制仪8可以在没有额外模拟的分析或者说额外的模拟-数字-转换器的情况下用于对温度数据进行分析。在控制仪中使用关于转速的数据以及温度数据，从而调节发动机系统的运行。借助于关于增压装置1中的工作轮的转速的转速数据和关于增压装置1中的温度的温度数据，可以调节内燃机的运行方式或者说工作点，比如用于对增压装置1的效率进行优化、避免超速以及类似作用。

Claims (12)

1.探测电路(7)，用于提供关于用于内燃机的增压装置(1)的转速的转速数据以及所述增压装置(1)的温度数据，该探测电路(7)包括：
-用于提供周期性的探测信号的转速传感器(11)，所述探测信号的频率依赖于所述增压装置(1)中的转速；
-用于检测关于所述增压装置(1)中的温度的温度数据的温度传感器(16)；
-修改单元(14)，用于提供周期性的输出信号，所述输出信号的周期性依赖于所述周期性的探测信号，并且用于依赖于所检测的温度数据调节所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)，使得所述周期性的输出信号通过其周期性提供转速数据并且通过信号脉冲的时间长度(tT)提供温度数据。
2.按权利要求1所述的探测电路(7)，还包括：
-用于依赖于所检测的温度数据提供温度值的温度分析单元(15)，
其中构造所述修改单元(14)用于依赖于所述温度值调节输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)。
3.按权利要求2所述的探测电路(7)，其中，所述温度传感器(16)提供电参量作为温度数据，其中构造所述温度分析单元(15)用于尤其通过一种或者多种阈值比较来数字化温度数据并且提供数字信息作为温度值。
4.按权利要求1到3中任一项所述的探测电路(7)，其中，设置了分频器(13)，从而根据预先给定的分频器数值来划分探测信号的频率，用于得到具有划分的频率的探测信号并且将其提供给修改单元(14)，其中构造所述修改单元(14)用于作为周期性的输出信号提供具有划分的频率并且具有信号脉冲的信号，所述信号脉冲的时间长度相应地依赖于所检测的温度数据。
5.用于控制内燃机的运行的控制仪(8)，其中，构造所述控制仪(8)，
-用于接收周期性的信号，
-用于确定所接收的信号的频率，
-用于从所述频率中求得尤其关于用于内燃机的增压装置(1)的转速的转速数据；并且
-用于从所接收的信号的信号脉冲的时间长度(tT)中求得尤其关于所述增压装置(1)的温度的温度数据；
-用于依赖于所求得的转速数据和/或所求得的温度数据运行内燃机。
6.按权利要求7所述的控制仪(8)，其中，构造所述控制仪(8)用于求得转速数据，方法是提供表示每旋转一圈检测到的脉冲的数目的数据以及另外的关于分频器因数的数据，其中作为转速数据来求得转速，方法是将规定的频率与分频器因数相乘并且除以每旋转一圈所检测到的脉冲的数目。
7.发动机系统，具有按权利要求1到4中任一项所述的布置在内燃机的增压装置(1)上的探测电路(7)并且具有用于控制内燃机的运行的控制仪(8)，其中所述控制仪(8)与所述探测电路(7)相连接，用于得到周期性的输出信号并且从周期性的输出信号的频率中求得转速数据并且从所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)中求得温度数据。
8.用于提供关于用于内燃机的增压装置(1)的转速的转速数据以及增压装置(1)的温度数据的方法，该方法具有以下步骤：
-提供周期性的探测信号，所述探测信号的频率依赖于所述增压装置(1)中的转速；
-检测关于增压装置(1)中的温度的温度数据；
-提供周期性的输出信号，所述输出信号的周期性依赖于周期性的探测信号，并且
-依赖于所检测的温度数据调节所述周期性的输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)，
其中，所述周期性的输出信号通过其周期性提供转速数据并且通过信号脉冲的时间长度(tT)提供温度数据。
9.按权利要求7所述的方法，其中，依赖于所检测的温度数据提供温度值，其中依赖于温度值调节所述输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)。
10.按权利要求8所述的方法，其中，以电参量形式提供所述温度数据，其中尤其通过一种或者多种阈值比较来数字化所述温度数据并且作为温度值提供数字信息。
11.按权利要求7到9中任一项所述的方法，其中，按照预先给定的分频器数值来划分所述探测信号，用于得到具有划分的频率的探测信号，其中作为输出信号提供具有划分的频率并且具有信号脉冲的信号，其时间长度(tT)相应地依赖于所检测的温度数据。
12.按权利要求7到10中任一项所述的方法，其中，所述输出信号在与所述增压装置分开的用于控制内燃机的运行的控制仪(8)中接收，其中所述控制仪从所述输出信号的频率中求得转速数据并且从所述输出信号的信号脉冲的时间长度(tT)中求得温度数据。
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