CN104024879B - 用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对涡轮增压器（10）的转速进行检测的装置，具有转速传感器单元（1），该转速传感器单元具有用于发出雷达波（RW）的雷达发射器（2）和用于接收所述雷达波（RW）的雷达接收器（3），并且该转速传感器单元设计用于：检测由所述涡轮增压器（11）的机器元件（11）反射的雷达波（RW）并且将其作为测量信号来提供；并且所述装置具有测评单元（5），该测评单元与所述转速传感器单元（1）相耦合并且设计用于根据预先确定的标准来检查所反射的雷达波（RW）是否能够通过所述雷达接收器（3）来检测，并且根据对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器（10）的转速。

Description

用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于对涡轮增压器的转速进行检测的一种装置和一种方法。

背景技术

DE 10 2010 003 347 A1说明了一种用于确定压缩机尤其是涡轮增压器的转速的数据的方法，该方法具有以下步骤：提供测量信号、尤其是微波测量信号，所述微波测量信号对准所述压缩机的压缩机转子，使得所述测量信号在所述压缩机转子的旋转的叶片上被反射；并且检测由一个或者多个叶片所反射的测量信号；并且根据所反射的测量信号来确定所述涡轮增压器的转速的数据。

此外，说明一种用于确定压缩机尤其是涡轮增压器的转速的数据的装置，其中所述装置具有：一用于提供测量信号、尤其是微波测量信号的信号源，所述测量信号对准所述压缩机的压缩机转子，使得所述测量信号在所述压缩机转子的旋转的叶片上被反射；一用于对由一个或者多个叶片反射的测量信号进行检测的传感器元件；以及一用于根据所反射的测量信号来确定所述转速的数据的控制单元。

图1A示出了由DE 10 2010 003 347 A1公开的涡轮增压器101的、与轴102的轴向方向垂直的剖面图，所述轴102以能够旋转的方式支承在涡轮增压器壳体中。在图1B中示出了由DE 10 2010 003 347 A1公开的涡轮增压器101的、沿着图1A的线条S-S沿着箭头方向的剖面图。

所述涡轮增压器101具有一拥有叶片104的压缩机转子103，所述压缩机转子布置在所述轴102上。在所述涡轮增压器101中，通过所述压缩机转子103的旋转通过吸入口105沿着所述轴102的轴向的方向吸入空气，通过所述压缩机转子103的叶片104对其进行压缩，并且通过螺旋状围绕着所述压缩机转子103布置的排出通道107将其排出。所述压缩机转子103对于每个叶片104来说具有一个叶片支撑体108，所述叶片支撑体108支撑着叶片109，所述叶片109沿着轴向的方向从所述叶片支撑体108上伸出并且额外地朝所述压缩机转子103的优选的旋转方向弯曲。在所述涡轮增压器101的壳体中，固定地布置了一测量装置110，该测量装置适合于无接触地检测所述叶片109的外面的边缘从旁边经过的情况。必须如此选择所述测量装置110的布置情况，从而可以几乎无干扰地在所述测量装置110与所述叶片端部或者叶尖之间传输所述测量信号。所述测量装置110包括用于朝所述叶片109的方向发出微波测量信号的信号源111。如此提供所述测量信号，使得其可以从所述叶片109的叶片端部的一个或者多个位置上被反射。此外，所述测量装置110包括一传感器元件112，用于检测被所述叶片109的叶片端部反射的微波测量信号。所述传感器元件112相应地与所述从所述信号源111上发出的微波测量信号的种类相匹配。也就是说，如果所述信号源111作为电磁的信号发出雷达信号，那么所述传感器元件112就相当于雷达波传感器。所述测量装置110与控制单元115相连接。所述控制单元115从所述传感器元件112处接收代表着所反射的微波测量信号的微波信号，并且实施对于所反射的微波信号的测评。所述传感器元件112作为电的测量信号提供相应的电的参量、比如电压信号或者电流信号，所述电的测量信号的幅度相应于所反射的微波信号的强度。可以规定，识别所述涡轮增压器101的压缩机转子103的过速并且保存相应的关于这方面的信息。如果所述涡轮增压器101的压缩机转子103的转速n超过预先给定的、用于最大的转速的转速阈值，则可以以合适的方式记录、输出这种情况或者将这种情况保存在存储单元116中，用于后来进行调用。

在很大程度上熟知的并且可用的用于在感应的系统的基础上为涡轮增压器进行转速检测的系统固定地安装在车辆的相应的涡轮增压器壳体上。这样的在这种基础上的转速传感器不适合于在移动的并且不取决于类型的维修点诊断仪中使用，因为这些具有感应的传感器系统的转速传感器与所述涡轮增压器形成一个单元，也就是说在使用感应的传感器的情况下，所述传感器固定地与特殊的涡轮增压器类型相匹配，并且不可能截取信号以进行信号测评。

发明内容

本发明提供一种用于对具有转速传感器单元的涡轮增压器的转速进行检测的装置，所述装置具有转速传感器单元，该转速传感器单元具有用于发出雷达波的雷达发射器和用于接收所述雷达波的雷达接收器，并且该转速传感器单元设计用于：检测由所述涡轮增压器的机器元件反射的雷达波并且将其作为测量信号来提供；并且所述装置具有测评单元，该测评单元与所述转速传感器单元相耦合并且设计用于：根据预先确定的标准来检查所反射的雷达波是否能够通过所述雷达接收器来检测，并且根据对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器的转速。

此外，本发明提供一种用于对涡轮增压器的转速进行检测的方法，该方法具有以下步骤：通过转速传感器单元的雷达发射器来发出雷达波；并且通过所述转速传感器单元的雷达接收器来接收由所述涡轮增压器的机器元件反射的雷达波，其中将所接收的雷达波作为测量信号来提供，并且根据预先确定的标准来检查，是否通过所述雷达接收器来检测所反射的雷达波；并且通过测评单元根据对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器的转速。

本发明的构思在于，按所述雷达传感器的、关于所述涡轮增压器的辐射角可以在接收所述雷达传感器的信号时出现信号消除，并且在将所述雷达传感器安装到所述涡轮增压器上时支持使用者，用于避免误测量。

本发明的另一优点在于，可以在不取决于相应的车辆或者发动机的情况下将所述雷达传感器安装到所述涡轮增压器上，并且在进行测量之后又可以将其移走。所连接的塑料软管对所述雷达波来说不代表着障碍。

本发明的改进方案和改动方案在从属权利要求中得到了说明。

按照本发明的一种实施方式，对于所述涡轮增压器的转速的检测通过以下方式来实现：所述预先确定的标准包括所述测量信号的周期性的构成的程度。这能够对所述涡轮增压器的转速进行精确的检测，其中在所述机器元件的旋转持续时间的范围内需要短暂的时间间隔，用于测量所述转速。

按照本发明的另一种实施方式，所述测量信号的周期性的构成的程度能够借助于对于所述测量信号的谱分析或者过零点的计数和/或对于所述测量信号的傅里叶转换通过所述测评单元来确定。这种测评方法允许降低所述测评单元的所需要的计算功率。此外，由此能够以有利的方式实现对于所述转速的检测的进一步的加速。

按照本发明的另一种实施方式，所述测评单元设计用于：在至少和所述涡轮增压器所具有的机器元件的数目一样多的周期里对测量信号进行测评。由此有利地对在所述测量信号中的寄生的干扰进行滤波并且提高所述装置的可靠性。

按照本发明的另一种实施方式，所述机器元件设计为压缩机叶片。

按照本发明的另一种实施方式，所述装置设计为车辆诊断系统。

按照本发明的另一种实施方式，所述装置以1到300cm、优选1到30cm的间距对准所述涡轮增压器。这能够实现所述装置的灵活的定位并且允许在将所述装置用作维修点诊断仪时对使用者来说舒适的操纵。

按照本发明的另一种实施方式，所述雷达发射器和雷达接收器设计用于在300MHz到300GHz、尤其是500MHz到200GHz、特别优选2200MHz到12GHz的频率范围内发送或者接收雷达波。

按照本发明的另一种实施方式，所述装置具有显示单元，该显示单元与所述测评单元相耦合，并且该显示单元设计用于显示对于所述转速传感器单元的位置的检查的结果以及所求得的涡轮增压器的转速。这种实施方式具有以下优点：以简单的方式实现与所述检查的结果相关的变化的信息的、光学的显示。

按照所述方法的一种实施方式，作为所述预先确定的标准检测所述测量信号的周期性的构成的程度。由此可以可靠地确定信号质量。

按照所述方法的一种实施方式，借助于对于测量信号的谱分析和/或傅里叶转换通过所述测评单元来确定所述测量信号的周期性的构成的程度。这允许有利地分析用所述测量信号来扫描的振动，用于检测所述振幅谱连同所有其频率数值，所述频率数值在物理上起作用并且与所述涡轮增压器的转速处于直接的连接之中。

附图说明

本发明的实施方式的其它特征和优点从以下参照附图所作的说明中获得。

附图中：

图1是按本发明的、用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置的、一种实施方式的示意图；

图2A-2C是按照按本发明的、用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置的一种实施方式通过所述转速传感器单元检测的测量信号的、可能的时间上的信号曲线的幅度-时间-图表；

图3A-3C是按照按本发明的、用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置的一种实施方式通过所述转速传感器单元检测的测量信号的、其它可能的时间上的信号曲线的幅度-时间-图表以及所属的脉冲图；

图4是用于对涡轮增压器的转速进行检测的方法的流程图的图解的图示；并且

图5A、5B是由DE 10 2010 003 347 A1公开的涡轮增压器的、沿着轴向的方向或者沿着剖切线S-S的剖视图。

在附图中，相同的以及功能相同的元件、特征和组件-只要未作相反的解释-都分别设有相同的附图标记。此外，不言而喻，附图中的组件和元件出于简明及可理解性的原因不一定彼此间按比例尺地示出。

具体实施方式

图1示出了一种按本发明的、用于对涡轮增压器的转速进行检测的装置的一种实施方式的示意图。所述装置包括转速传感器单元1以及测评单元5，所述测评单元则具有显示单元6。

所述测评单元5比如构造为可存储编程的控制机构或者构造为可编程的数字计算机。所述显示单元6比如设计为用于以光学的方式显示变化的信息、状态和数值、尤其是转速测量值的装置。

所述转速传感器单元1与所述测评单元相连接，并且包括用于发出雷达波RW的雷达发射器2和用于接收所发出的雷达波RW的雷达接收器3，所述雷达波RW由所述涡轮增压器10的机器元件11反射回去并且由所述雷达接收器3来检测。

所述转速传感器单元1从所接收的雷达波RW中形成测量信号，该测量信号被传输给所述测评单元5。

所述雷达发射器2比如设计为连续波雷达、CW雷达，英语：continous wave radar，并且利用未调制的传感器信号，其中为了放大信号而使用高功率放大器、行波管或者其它的半导体发射器模块。

所述雷达接收器3比如设有所集成的天线，并且在使用被旋入在波导管中的点接触二极管，其中可以用微带线技术使用半导体线路。

在所示出的实施变型方案中，所述显示单元6被集成在所述测评单元5中。比如所述显示单元6也可以与所述测评单元5分开地构成并且通过线缆或者无线的通信连接与所述测评单元5相连接。

所述测评单元5通过人工输入或者自动地读出所述涡轮增压器10或者车辆的标志这种方式来拥有关于安装在所述涡轮增压器10的轴上的机器元件11的信息。

所述显示元件7和8能够显示所反射的雷达波RW是否能够通过所述雷达接收器3来检测的状态，并且向使用者比如指出为了最佳地对所述涡轮增压器10的转速进行检测而改变所述转速传感器单元1的位置的要求。此外，所述显示单元6比如具有用于将所述涡轮增压器10的所算出的转速数值显示出来的文字数字的显示器。

作为具有用于发出雷达波RW的雷达发射器2和用于接收雷达波RW的雷达接收器3的装置的设计方案的替代方案，所述装置也可以具有发射器及接收器单元，所述发射器及接收器单元用于发送并且接收处于其它的电磁的频谱范围内的电磁波或者辐射，比如处于100到300GHz的范围内的兆兆赫兹辐射、比如处于300MHz到100GHz的范围内的微波或者比如处于30kHz到300MHz的范围内的无线电波。

作为人工输入或者读出所述涡轮增压器或者车辆的标记或者型号这种方案的替代方案，所述测评单元5也可以识别在由所述转速传感器单元提供的测量信号中的周期性的谐振，并且根据这种谐振来确定所述涡轮增压器10本身的叶轮或者机器元件的数目。这种在测量信号中的谐振通过所述涡轮增压器10的较小的、不可避免的不平衡来引起，并且能够直接确定所述涡轮增压器10的转速。

图2A-2C分别示出了分别具有测量信号的不同的时间上的信号曲线SV1-SV3的幅度-时间-图表，所述测量信号通过所述转速传感器单元1来检测。在所述图表的X轴上绘示出时间。在所述图表的Y轴上绘示出所述信号幅度。比如作为有待由所述传感器单元1检测的并且在图表中绘示出的物理的参量来使用电压。所示出的信号曲线SV1-SV3比如拥有主要的正弦状的形状。

图2A示出了测量信号的信号曲线SV1的幅度-时间-图表，其中构造了较高的程度的周期性。所述周期性的程度比如用作所述预先确定的标准，并且通过所述测评单元5来求取，并且用于确定所述涡轮增压器10的转速。在图2A所示出的信号曲线SV1中所述测量信号的数值以有规律的间隔重复，因为可以全部检测从各个机器元件11上发出的反射脉冲或者雷达波RW，并且因此特定的、与所述涡轮增压器10的转速相对应的频率在所述测量信号的频谱中占优势。比如所示出的信号曲线SV1尤其有利地用于确定所述涡轮增压器10的转速。

图2B示出了测量信号的信号曲线SV2的幅度-时间-图表，其中构成所述测量信号的周期性的、与图2A的信号曲线SV1相比较小的程度。在所述测量信号的所示出的信号曲线SV2中，虽然所述测量信号的数值在同样主要有规律的间隔内重复。不过，所述涡轮增压器10的各个机器元件11的一定程度的反射的消失导致所述测量信号的和所检测的信号曲线SV2的不利的变动。比如所述转速传感器单元1的、关于所述涡轮增压器10的机器元件11的、不利的几何上的布置，对于缺少通过所述雷达接收器3对所有反射进行的检测这种情况来说是有因果关系的。

在所述幅度-时间-图表中的测量信号的、在图2C中示出的时间上的信号曲线SV3，与所述信号曲线SV1和SV2相比显示出所述测量信号的进一步的变差情况。比如，在这样的测量信号的基础上，难以通过所述测评单元5来确定所述涡轮增压器10的转速，或者根本不可能在没有所述转速传感器单元1的雷达接收器3的情况下移到更加合适的空间位置中用于检测所述机器元件11的反射。

图3A-3C示出了通过所述转速传感器单元1检测的测量信号的、其它可能的时间上的信号曲线SV4-SV6的幅度-时间-图表。此外，在附图3A-3C中示出了脉冲图表，所述脉冲图表具有在对于所述测量信号的周期性的分析的基础上求得的针状脉冲NI。在X轴上绘示出时间。在Y轴上绘示出所述测量信号的信号幅度。

对于所述测量信号的测评允许在相应的信号曲线的振幅谱中对特征和相应的频率进行测评。在此，由于所述机器元件11的所检测到的雷达反射而与所述涡轮增压器10的转速直接相关的频率用于确定所述涡轮增压器10的转速。

在图3A-3C的每张单个的图示中，在幅度-时间-图表中分别在所示出的信号曲线SV4-SV6下面示出了以脉冲图表示出的针状脉冲NI。所述针状脉冲NI通过由所述测评单元5对相应的信号曲线SV4-SV6进行的测评来求得，并且用符号表示所述涡轮增压器10的各个机器元件11的、用所述测量信号所检测的雷达反射。比如由所述测评单元5从相应的信号曲线SV4-SV6的解调的时间信号中推导出所述针状脉冲NI。

在此关于X轴相应地在相应的时刻作为垂直的线条绘示出针状脉冲NI，在所述相应的时刻由所述雷达接收器3来检测所述机器元件11的相应的雷达反射。

图3A以幅度-时间-图表示出了具有所述测量信号的周期性的较高的程度的信号曲线SV4。图3B示出了具有所述测量信号的周期性的、与图3A的信号曲线SV4相比降低的程度的信号曲线SV5。所述测量信号的、在图3C中示出的信号曲线SV6与SV4及SV5的信号曲线相比显示出所述测量信号的进一步变差情况。

下面借助于图4对所述按本发明的、用于检测涡轮机的转速的方法进行解释。

在第一步骤S1中，通过所述转速传感器单元1作为传感器信号来检测所述涡轮增压器10的转速，并且将其转化为电的测量信号。为此，通过所述转速传感器单元1的雷达发射器2来发出雷达波RW，并且通过所述转速传感器单元1的雷达接收器3又接收由所述涡轮增压器10的机器元件11所反射的雷达波RW，其中作为测量信号来提供所接收的雷达波RW。

在第二步骤S2中根据预先确定的标准来检查S2，是否通过所述雷达接收器3检测到所反射的雷达波RW，并且此外通过测评单元5根据对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器10的转速。

如果比如在所述周期持续时间小于参考周期的1.5倍时其余的振动的周期持续时间处于相同的数量级中，那就如此安置所述转速传感器单元1，从而可以进行所述装置的可靠的测量。

如果扩大观测间隔，那就继续存在通过所述测评单元的信号处理来对较短的、比如比观测间隔的10%小的信号漏失进行校正。由所述转速传感器单元所接收的信号由测评单元在至少与所述涡轮增压器所具有的压缩机转子的数目一样多的信号周期里来检测。检测最短的周期的或者参考周期的持续时间。将所述持续时间与其它的周期进行比较。

在第三步骤S3中，通过所述显示单元6来显示由所述测评单元5所确定的转速值，所述显示单元6与所述测评单元5相耦合，或者被集成到所述测评单元5中。此外，作为替代方案或者补充方案，关于最佳的对于所述涡轮增压器10的转速的检测来显示出对于所述转速传感器单元的位置的合适性的检查的结果。

在所述显示单元6上，通过所述比如以作为发光器材使用白炽灯或者发光二极管或者信号-发光二极管的信号灯的形式实现的显示元件7和/或8来向使用者显示对于所述转速传感器单元1的位置的检查的结果。在所述转速传感器单元错误地定位时，不输出任何转速信息。

Claims (13)

1.用于对涡轮增压器（10）的转速进行检测的车辆诊断系统，具有：

-转速传感器单元（1），该转速传感器单元具有用于发出雷达波（RW）的雷达发射器（2）和用于接收雷达波（RW）的雷达接收器（3），并且该转速传感器单元设计用于检测由所述涡轮增压器（10）的机器元件（11）反射的雷达波（RW）并且将其作为测量信号来提供；以及

-测评单元（5），该测评单元与所述转速传感器单元（1）相耦合并且设计用于根据预先确定的标准来检查所反射的雷达波（RW）是否能够通过所述雷达接收器（3）来检测，并且借助于对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器（10）的转速，

- 显示单元（6），该显示单元与所述测评单元（5）相耦合，并且该显示单元设计用于显示对所述转速传感器单元（1）的位置的检查的结果以及所求得的涡轮增压器（10）的转速。

2.按权利要求1所述的车辆诊断系统，其中所述预先确定的标准包括所述测量信号的周期性的构成的程度。

3.按权利要求2所述的车辆诊断系统，其中所述测量信号的周期性的构成的程度能够借助于对所述测量信号的谱分析和/或傅里叶转换通过所述测评单元（5）来确定。

4.按前述权利要求1到3中任一项所述的车辆诊断系统，其中所述测评单元（5）设计用于：在至少和所述涡轮增压器（10）所具有的机器元件（11）的数目一样多的周期里对所述测量信号进行测评。

5.按前述权利要求1到3中任一项所述的车辆诊断系统，其中所述机器元件（11）是压缩机叶片。

6.按前述权利要求1到3中任一项所述的车辆诊断系统，其中所述车辆诊断系统以1到300cm的间距对准所述涡轮增压器（10）。

7.按权利要求6所述的车辆诊断系统，其中所述车辆诊断系统以1到30cm的间距对准所述涡轮增压器（10）。

8.按前述权利要求1到3中任一项所述的车辆诊断系统，其中所述雷达发射器（2）和所述雷达接收器（3）设计用于在300MHz到300GHz的频率范围之内发送或接收雷达波。

9.按权利要求8所述的车辆诊断系统，其中所述雷达发射器（2）和所述雷达接收器（3）设计用于在500MHz到200GHz的频率范围之内发送或接收雷达波。

10.按权利要求9所述的车辆诊断系统，其中所述雷达发射器（2）和所述雷达接收器（3）设计用于在2200MHz与12GHz之间的频率范围之内发送或接收雷达波。

11.用于对涡轮增压器（10）的转速进行检测的方法，具有以下步骤：

-通过转速传感器单元（1）的雷达发射器（2）来发出（S1）雷达波（RW），并且通过所述转速传感器单元（1）的雷达接收器（3）来接收由所述涡轮增压器（10）的机器元件（11）反射的雷达波（RW），其中将所接收的雷达波（RW）作为测量信号来提供，并且

-根据预先确定的标准来检查（S2）是否通过所述雷达接收器（3）检测到所反射的雷达波（RW），并且通过测评单元（5）根据对于所述测量信号的测评来求得所述涡轮增压器（10）的转速，并且在与所述测评单元（5）相耦合的显示单元（6）上显示对所述转速传感器单元（1）的位置的检查的结果以及所求得的涡轮增压器（10）的转速。

12.按权利要求11所述的方法，其中作为所述预先确定的标准检测所述测量信号的周期性的构成的程度。

13.按权利要求11或12所述的方法，其中借助于对测量信号的谱分析和/或过零点的计数和/或对测量信号的傅里叶转换通过所述测评单元（5）来确定所述测量信号的周期性的构成的程度。