DE102009026971B4

DE102009026971B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen einer Drehzahl- und Temperaturangabe einer Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009026971B4
Application number: DE102009026971.1A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: US8459023B2; DE102009026971A1; CN101922314A; US20100313855A1

Abstract

Detektionsschaltung (7) zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung (1), umfassend:
- einen Drehzahlsensor (11) zum Bereitstellen eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer Drehzahl in der Aufladeeinrichtung (1) abhängt;
- einen Temperatursensor (16) zum Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung (1) ;
- eine Modifizierungseinheit (14), um ein periodisches Ausgangssignal bereitzustellen, dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal abhängt, und um abhängig von der erfassten Temperaturangabe eine zeitliche Länge (t_T) eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals einzustellen, so dass das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtungen, insbesondere Abgasturboladern.
Stand der Technik
Zunehmend werden Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtungen versehen, um die dem Verbrennungsmotor zuführbare Luftmenge zu vergrößern. Dadurch können Leistung und Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors deutlich verbessert werden.
Aufladeeinrichtungen weisen in der Regel eine Turbine auf, die in einem Abgasabschnitt des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Die Turbine ist über eine geeignete mechanische Einrichtung mit einem Verdichter in einem Luftzuführungsabschnitt gekoppelt, so dass eine Drehung eines Turbinenrads der Turbine in eine Drehung eines Verdichterrades des Verdichters umgesetzt wird. Üblicherweise sind Turbinenrad und Verdichterrad durch eine Welle miteinander verbunden.
Mit Hilfe der Aufladeeinrichtung wird ein Ladedruck an einer Ausgangsseite des Verdichters eingestellt, indem mit einem Stelleingriff entweder die Menge des Abgasstroms über die Turbine der Aufladeeinrichtung oder die Effizienz der Turbine z. B. mit Hilfe einer variablen Turbinengeometrie beeinflusst wird.
Da die Drehzahl der über die Abgasenthalpie angetriebenen Aufladeeinrichtung zum größten Teil von der Abgasenthalpie abhängt, kann unter Umständen, je nach Betriebsart des Verbrennungsmotors, die maximale zulässige Drehzahl der Aufladeeinrichtung überschritten werden. Bei einer Überschreitung dieser Drehzahl wird die Aufladeeinrichtung üblicherweise zerstört. Insbesondere Aufladeeinrichtungen mit kleinen Turbinen- und Verdichterraddurchmessern, die durch ein kleines Massenträgheitsmoment ein verbessertes Drehbeschleunigungsverhalten aufweisen, können in dynamischen Situationen sehr schnell die maximale zulässige Drehzahl überschreiten. Für diese Situation ist es wünschenswert, die Drehzahl des Laufzeugs der Aufladeeinrichtung zu steuern bzw. zu regeln, um einen verbesserten Schutz vor einer Überdrehzahl zu ermöglichen.
Darüber hinaus ist insbesondere bei einer zwei- oder mehrstufigen Aufladung durch eine Reihen- oder Parallelschaltung von Aufladeeinrichtungen mit unterschiedlicher Charakteristik eine Regelung der Aufladeeinrichtungen abhängig von deren Drehzahlen sinnvoll.
Eine Drehzahlerfassung von Turboladern kann gemäß WO 2006/045 680 A1 mit Hilfe eines auf einer Welle des Laufzeugs befestigten Magneten vorgenommen werden, dessen Rotation mit der Wellendrehzahl durch ein Hall-Element am Verdichtergehäuse detektiert wird. Alternativ offenbart die Druckschrift WO 2005/012 919 A1 eine Drehzahlerfassung, die durch die Bewegung der Verdichterschaufeln in einem stationären Magnetfeld hervorgerufene Wirbelströme mit einem GMR-Element erfasst.
Weiterhin kann es notwendig sein, die Temperatur der Aufladeeinrichtung zu überwachen. Denn je nach Betriebspunkt des Verbrennungsmotors kann sich eine sehr hohe Temperatur einstellen, die die Aufladeeinrichtung schädigen kann.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 021 430 A1 ist eine Temperaturerfassung für eine Aufladeeinrichtung bekannt. Darin wird beschrieben, dass durch die Überwachung der Temperatur unzulässig hohe Temperaturen der Aufladeeinrichtung vermieden werden können. Insbesondere kann die Aufladeeinrichtung abhängig von der detektierten Temperatur so betrieben werden, dass sich deren Temperatur senken lässt, z. B. durch eine Reduzierung des Ladedrucks oder durch eine entsprechende Ansteuerung eines elektrischen Kühlerlüfters. Die Drehzahlerfassung erfolgt mit Hilfe eines integrierten Schaltkreises, mit dem das Drehzahlgebersignal ausgewertet wird, und mit Hilfe einer Diode, die eine temperaturabhängige Strom-Spannungs-Charakteristik aufweist. Als Maß für die Temperatur der Aufladeeinrichtung kann somit eine Angabe über einen Spannungsabfall über die Diode bereitgestellt werden. Zwischen der Erfassung des Drehzahlgebersignals und der Temperaturerfassung mit Hilfe der Diode kann umgeschaltet werden, um entweder eine Drehzahlangabe oder eine Temperaturangabe durch die integrierte Schaltung bereitzustellen.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass eine relativ komplexe Schaltung in der integrierten Schaltung notwendig ist, um das Umschalten zwischen der analogen Größe des Spannungsabfalls als Temperaturangabe und dem Bereitstellen des Drehzahlgebersignals durchzuführen. Weiterhin muss das Steuergerät, das die von der integrierten Schaltung bereitgestellten Informationen auswertet, für die Auswertung der analogen Temperaturangabe geeignet sein.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum einfachen Bereitstellen einer Drehzahlangabe und einer Temperaturangabe für eine Aufladeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei der Aufwand zum Bereitstellen der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe in einem von der Aufladeeinrichtung getrennten Steuergerät reduziert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Detektionsschaltung zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung gemäß Anspruch 1, durch das Steuergerät, das Motorsystem sowie durch das Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Detektionsschaltung zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung vorgesehen. Die Detektionsschaltung umfasst:

- einen Drehzahlsensor zum Bereitstellen eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer Drehzahl in der Aufladeeinrichtung abhängt;
- einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung;
- eine Modifizierungseinheit, um ein periodisches Ausgangssignal bereitzustellen, dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal abhängt, und um abhängig von der erfassten Temperaturangabe eine zeitliche Länge eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals einzustellen, so dass das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses bereitstellt.

Die obige Detektionsschaltung ermöglicht es in einfacher Weise, eine Drehzahlangabe oder eine Temperaturangabe über die Drehzahl bzw. Temperatur in einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, so dass diese in einer besonders einfachen Weise von einem separaten Steuergerät, dem die Drehzahlangabe und die Temperaturangabe bereitgestellt werden, ausgewertet werden können. Insbesondere wird die Drehzahl in Form einer Frequenz von bereitgestellten Signalimpulsen kodiert, wobei die Frequenz die Drehzahl eines Elements der Aufladeeinrichtung, z.B. des Verdichterrades, angibt. Über die zeitliche Länge des Signalimpulses kann weiterhin eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung kodiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, in einem Steuergerät, dem das Detektionssignal bereitgestellt wird, durch einfache Auswertung der Frequenz der Pulse auf die Drehzahl des Laufzeugs der Aufladeeinrichtung zu schließen und durch Messen der Pulslänge des Detektionssignals eine Temperaturangabe zu erfassen. Ein Einprägen eines Stroms zur Messung der Temperatur in der Aufladeeinrichtung bzw. das Messen einer analogen Spannung durch das Steuergerät wie beim Stand der Technik entfällt somit.
Mit obiger Detektionsschaltung ist es möglich, die Erfassung der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe aus einer Aufladeeinrichtung in einem einzigen Detektionssignal bereitzustellen und weiterhin, dass das bereitgestellte Detektionssignal in rein digitaler Weise ausgewertet werden kann.
Weiterhin kann eine Temperaturauswerteeinheit zum Bereitstellen eines Temperaturwerts abhängig von der erfassten Temperaturangabe vorgesehen sein, wobei die Modifizierungseinheit ausgebildet ist, um die zeitliche Länge der Signalimpulse des Ausgangssignals abhängig von dem Temperaturwert einzustellen.
Auf diese Weise kann die häufig als elektrische Größe bereitgestellte Temperaturangabe der Modifizierungseinheit in geeigneter Form, insbesondere in digitaler Form, bereitgestellt werden, so dass die Anpassung der zeitlichen Länge der Signalimpulse in einfacherer Weise erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Temperatursensor eine elektrische Größe als Temperaturangabe bereitstellen, wobei die Temperaturauswerteeinheit die Temperaturangabe, insbesondere durch einen oder mehrere Schwellwertvergleiche, digitalisiert und eine digitale Information als Temperaturwert bereitstellt.
Es kann ein Frequenzteiler vorgesehen sein, so dass eine Frequenz des Detektionssignals gemäß einem vorgegebenen Teilerwert geteilt wird, um ein Detektionssignal mit einer geteilten Frequenz zu erhalten, und der Modifizierungseinheit bereitzustellen, wobei die Modifizierungseinheit ausgebildet ist, um das periodische Ausgangssignal als Signal mit der geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, deren zeitliche Länge jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt, bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Steuergerät zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, um ein periodisches Signal zu empfangen, um eine Frequenz des empfangenen Signals zu bestimmen, um eine Drehzahlangabe aus der Frequenz zu ermitteln; um eine Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge eines Signalimpulses des empfangenen Signals zu ermitteln, und um den Verbrennungsmotor abhängig von der ermittelten Drehzahlangabe und der ermittelten Temperaturangabe zu betreiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen Detektionsschaltung, die an einer Aufladeeinrichtung eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und mit einem Steuergerät zum Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Steuergerät mit der Detektionsschaltung verbunden ist, um das periodische Ausgangssignal zu erhalten und eine Drehzahlangabe aus der Frequenz des periodischen Ausgangssignals und einer Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals zu ermitteln.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer Drehzahl in der Aufladeeinrichtung abhängt;
- Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung;
- Bereitstellen eines periodischen Ausgangssignals, dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal abhängt, und
- Einstellen einer zeitliche Länge eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals abhängig von der erfassten Temperaturangabe, wobei das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses bereitstellt.

Weiterhin kann ein Temperaturwert abhängig von der erfassten Temperaturangabe bereitgestellt werden, wobei die zeitliche Länge des Signalimpulses des Ausgangssignals abhängig von dem Temperaturwert eingestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Temperaturangabe in Form einer elektrischen Größe bereitgestellt werden, wobei die Temperaturangabe, insbesondere durch einen oder mehrere Schwellwertvergleiche, digitalisiert wird und eine digitale Information als Temperaturwert bereitgestellt wird.
Das Detektionssignal kann gemäß einem vorgegebenen Teilerwert geteilt werden, um das Detektionssignal mit einer geteilten Frequenz zu erhalten, wobei als Ausgangssignal ein Signal mit der geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, dessen zeitliche Länge jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt, bereitgestellt wird.
Weiterhin kann das Ausgangssignal in einem von der Aufladeeinrichtung getrennt ausgebildeten Steuergerät zum Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors empfangen werden, wobei das Steuergerät die Drehzahlangabe aus der Frequenz des Ausgangssignals und eine Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge des Signalimpulses des Ausgangssignals ermittelt.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Aufladeeinrichtung mit einer Detektionsschaltung, die mit einem Steuergerät verbunden ist;
2 eine schematische Darstellung der Detektionsschaltung, die in der Aufladeeinrichtung angeordnet ist und die das Detektionssignal bereitstellt; und
3 eine Darstellung eines Signalverlaufs des Ausgangssignals A über der Zeit t.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch eine Aufladeeinrichtung 1, die in diesem Ausführungsbeispiel als Abgasturbolader ausgebildet ist. Die Aufladeeinrichtung 1 weist eine Turbine 9 mit einem Turbinenrad 2 auf, das in einem Abgasabschnitt 3 eines (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors angeordnet ist und durch einen Abgasstrom von Verbrennungsabgasen angetrieben wird. Das Turbinenrad 2 ist über eine Welle 4 mit einem Verdichterrad 5 eines Verdichters 10 gekoppelt, so dass das Verdichterrad 5 durch die Rotation des Turbinenrads 2 angetrieben wird. Auch andere Kopplungen des Turbinenrades 2 der Turbine 9 mit dem Verdichterrad 5 des Verdichters 10 sind möglich.
Das Verdichterrad 5 ist in einem Luftzuführungsabschnitt 6 angeordnet, so dass Luft aus der Umgebung in Richtung der Ausgangsseite des Verdichters 10 gefördert wird, um diese dort unter einem Ladedruck bereitzustellen. Die komprimierte Luft ermöglicht höhere Antriebsmomente und allgemein den Betrieb des Verbrennungsmotors mit einem höheren Wirkungsgrad.
Zur besseren Steuerung bzw. Regelung des Betriebs der Aufladeeinrichtung 1 ist die Kenntnis einer Drehzahl des Laufzeugs, d.h. des Turbinenrads 2, der Welle 4 und des Verdichterrades 5 notwendig. Mit Hilfe einer Drehzahlangabe ist es möglich, kritische Betriebspunkte und Überdrehzahlen zu vermeiden, indem nötigenfalls, d.h. abhängig von der ermittelten Drehzahl bzw. von einem Ergebnis eines Schwellwertvergleichs der Drehzahl, Eingriffe in den Motorbetrieb vorgenommen werden.
Zur Erfassung der Drehzahl ist eine Detektionsschaltung 7 vorgesehen, die an oder nahe dem Verdichterrad 5 angeordnet ist, um in geeigneter Weise die Drehzahl des Verdichterrads 5 zu ermitteln. Zur Erfassung der Drehzahl des Verdichterrads 5 sind verschiedene Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann die Drehzahl mit Hilfe eines Hall-Sensors ermittelt werden. Dabei ist ein Magnet an dem Turbinenrad 2, an dem Verdichterrad 5 oder an der Welle 4 angeordnet und ein Hall-Sensor-Element ist vorgesehen, um ein Vorbeistreichen des Magneten zu detektieren. Das Detektionssignal entspricht bei Rotation des Verdichterrades 5 einem periodischen Signal, dessen Frequenz proportional zu der Drehzahl ist. Alternativ kann eine Drehzahlerfassung durch ein Vorbeilaufen der Schaufeln des Verdichterrades 5 an einem GMR-Element (GMR: Giant Magneto-Resistance) durchgeführt werden. Bei diesem Messprinzip wird eine Beeinflussung eines Magnetfelds durch das Vorbeilaufen der Schaufeln des Verdichterrades 5 gemessen. Weitere Möglichkeiten zur Drehzahlerfassung sind in dem Stand der Technik bekannt und es wird hierin nicht weiter darauf eingegangen. Je nach Ausbildung der Anordnung der Detektionsschaltung 7 am Verdichterrad 5 werden pro Umdrehung des Verdichterrades 5 ein oder mehrere Impulse erzeugt.
Den Vorrichtungen zur Drehzahlerfassung ist gemein, dass die Drehzahl in einem Detektionssignal kodiert ist, das aufeinander folgende Signalimpulse enthält, wobei die Frequenz der Signalimpulse die Drehzahl des Verdichterrads 5 angibt bzw. zu dieser proportional ist. Ein von dem Detektionssignal abhängiges Ausgangssignal wird an ein Steuergerät 8 kommuniziert, das entsprechend der Drehzahlangabe einen Eingriff in das Motorsystem vornimmt, um z.B. die Drehzahl der Aufladeeinrichtung 1 zu steuern oder eine Überdrehzahl zu vermeiden.
Weiterhin erfolgt in der Detektionsschaltung 7 eine Temperaturerfassung, so dass eine Temperaturangabe dem Steuergerät 8, das mit der Detektionsschaltung 7 verbunden ist, bereitgestellt werden kann.
Die Detektionsschaltung 7 ist vorzugsweise als integrierte Schaltung, z. B. als ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ausgebildet, die nahe dem Laufzeug der Aufladeeinrichtung 1 angeordnet ist. Die Detektionsschaltung 7 ist in 2 detaillierter dargestellt. Die Detektionsschaltung 7 umfasst den Drehzahlsensor 11, der eine Abfolge von Signalimpulsen (High-Pegel) als Detektionssignal bereitstellt, dessen Frequenz die Drehzahl des Verdichterrads 5 angibt. Durch einen Signalverstärker 12 wird das Detektionssignal in analoger Weise verstärkt und kann anschließend einem optionalen Frequenzteiler 13 zugeführt werden. Der Frequenzteiler 13 reduziert die Frequenz des Detektionssignals so, dass eine störungsreduzierte Übermittlung und Auswertung möglich ist.
Die Frequenzteilung des Frequenzteilers 13 kann beispielsweise mit Hilfe eines einfachen Zählers ausgebildet sein, der bei jedem Signalimpuls des Detektionssignals inkrementiert und bei Erreichen eines Teilerwerts einen Signalimpuls in Form eines ersten Signalpegels, z.B. einem High-Pegel, für eine Zeitdauer ausgibt, die einer zeitlichen Länge t_T des Signalimpulses entspricht und den Zählerwert z.B. auf 0 zurücksetzt. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird ein zweiter Signalpegel, z.B. ein Low-Pegel ausgegeben, bis ein nächstes Mal der Teilerwert erreicht worden ist. Z.B. kann der erste Signalpegel für eine Zeitdauer von dem Erreichen des Teilerwerts in dem Zähler bis zu einer nächsten Flanke des Detektionssignals oder als vorgegebene absolute Zeitdauer oder als eine bezüglich der Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 ausgegebenen Signals relative Zeitdauer definiert sein. Das von dem Frequenzteiler 13 ausgegebene Signal weist eine Periodendauer t_P auf. Der Teilerwert gibt einen Teilerfaktor bzw. ein Teilungsverhältnis an, mit dem die Frequenz des Detektionssignals verringert bzw. die Periodendauer t_P des Detektionssignals erhöht wird. Der Teilerwert für das Detektionssignal kann durch eine geeignete Voreinstellung festgelegt t werden. Der Teilerwert kann dabei so gewählt werden, dass das Detektionssignal eine Frequenz aufweist, bei der eine störungsreduzierte Übermittlung und Auswertung möglich ist. Bei Kenntnis des Teilerwerts des Frequenzteilers 13 und der Anzahl der durch die Detektionsschaltung 7 pro Umdrehung des Verdichterrades 5 generierten Signalimpulse kann im Steuergerät 8 die Drehzahl des Verdichterrads 5 ermittelt werden.
Die zeitliche Länge t_T des von dem Frequenzteiler 13 pro Periode ausgegebenen Signalimpulses kann auf eine absolute Zeitdauer festgelegt sein bzw. kann durch ein Tastverhältnis bestimmt sein, wie z.B. 50 %, das ein Verhältnis der Zeitdauer eines High-Pegels und einem Low-Pegel angibt. Die zeitliche Länge t_T kann in der Modifizierungseinheit 14 geändert bzw. eingestellt werden. Die Modifizierungseinheit 14 empfängt das von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellte periodische Signal und modifiziert die zeitliche Länge t_T der Signalimpulse abhängig von einem Temperaturwert V, der von einer Temperaturauswerteeinheit 15 bereitgestellt wird, um das Ausgangssignal zu erhalten. Die Modifizierungseinheit 14 modifiziert das periodische Signal so, dass die Frequenz bzw. die Periodizität des periodischen Signals beibehalten wird.
Die Temperaturauswerteeinheit 15 ist mit einem Temperatursensor 16 verbunden, der beispielsweise mit Hilfe einer Diode (nicht gezeigt) ausgebildet sein kann, deren Strom-Spannungs-Kennlinie von der Temperatur abhängig ist. Die Diode kann in der Detektionsschaltung 7 integriert ausgebildet sein oder als separates Bauelement an einer geeigneten Position in der Aufladeeinrichtung 1, an der die Temperatur erfasst werden soll, angeordnet sein. An Stelle der Diode kann auch ein anderes temperaturempfindliches Bauelement vorgesehen werden, wie z. B. ein temperaturempfindlicher Widerstand, und dergleichen.
Der Temperatursensor 16 liefert als Angabe über die Temperatur in der Regel eine analoge elektrische Größe, wie z. B. einen Strom bei Vorgabe einer Messspannung oder eine Spannung bei Vorgabe eines Messstromes. Die entsprechende elektrische Größe kann in der Temperaturauswerteeinheit 15 ausgewertet werden, um z.B. einen digitalisierten Temperaturwert zu erhalten. Beispielsweise kann eine Angabe über die Temperatur digitalisiert werden, z.B. mit Hilfe eines oder mehrerer Schwellwertvergleiche der elektrischen Größe mit einem oder mehreren Temperaturschwellenwerten. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren einer Analog-Digital-Wandlung verwendet werden, um die elektrische Größe, die die Temperatur angibt, digitalisiert als Temperaturwert V bereitzustellen.
Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs bzw. abhängig von der digitalisierten Temperaturangabe kann der Temperaturwert V gemäß einer vorgegebenen Abbildungsfunktion ermittelt werden. Der Temperaturwert V (Funktionswert der Abbildungsfunktion abhängig von der Temperaturangabe) kann beispielsweise einen absoluten Wert oder einen relativen Wert angeben, mit dem die zeitliche Länge t_T der Signalimpulse des an das Steuergerät 8 kommunizierten Ausgangssignals modifiziert wird.
Die Modifizierungseinheit 14 kann beispielsweise einen weiteren Zähler umfassen, der bei jeder Flanke einer festgelegten Flankenrichtung (z.B. steigende Flanke) gestartet wird und bis zu einem Zählerwert (getaktet durch einen vorgegebenen konstanten Systemtakt) zählt, der von dem digitalisierten Temperaturwert V abhängt oder diesem entspricht. Gleichzeitig mit dem Starten des weiteren Zählers und während des Zählens wird ein erster Signalpegel des Ausgangssignals ausgegeben und bei bzw. nach Erreichen des Zählerwerts wird ein zweiter Signalpegel ausgegeben. Wie oben angegeben ist vorzusehen, dass der zulässige Wertebereich des Temperaturwerts V so festgelegt ist, dass die Zählerwerte größer als 0 und kleiner sind als das Verhältnis zwischen der Periodendauer t_P des von dem Frequenzteiler 13 ausgegebenen Signals und der Periodendauer des Systemtaktes. Dies kann beispielsweise durchgeführt werden, indem der Temperaturwert V nach seiner Generierung auf einen entsprechenden Maximalwert beschränkt wird. Alternativ kann bereits die Abbildung der Temperaturangabe auf einen entsprechenden Temperaturwert V gemäß einer Abbildungsfunktion durchgeführt werden, die einen minimalen Temperaturwert von größer als 0 und einen maximal möglichen Temperaturwert aufweist, der kleiner ist als das das Verhältnis zwischen der Periodendauer t_P des von dem Frequenzteiler 13 ausgegebenen Signals und der Periodendauer des Systemtaktes.
Zur Begrenzung des Temperaturwerts V kann die Abbildungsfunktion so gewählt sein, dass bei dem maximalen Temperaturwert V in der Modifizierungseinheit der Signalimpuls mit einer Zeitdauer generiert wird, die kleiner ist als die Periodendauer des periodischen Ausgangssignals, und dass bei dem minimalen Temperaturwert V in der Modifizierungseinheit der Signalimpuls mit einer Zeitdauer generiert wird, die größer ist als 0, so dass ein periodisches Signal mit Signalimpulsen erhalten bleibt. Die Abbildungsfunktion kann die Temperaturangabe linear, logarithmisch oder gemäß einer anderen Funktion abbilden. Insbesondere kann die Abbildungsfunktion die bei Verwendung einer Diode zur Temperaturmessung auftretende Nichtlinearität der Diodenkennlinie ausgleichen, so dass der Zusammenhang zwischen gemessener Temperatur und Temperaturwert V linear wird.
Alternativ kann die Modifizierungseinheit 14 ein Monoflop in analoger Bauweise umfassen, das abhängig von einer Impulsflanke einen Signalimpuls variabler, einstellbarer zeitlicher Länge t_T erzeugt. Ein Monoflop ist insbesondere dann geeignet, wenn als Temperaturwert eine analoge elektrische Größe an die Modifizierungseinheit 14 übermittelt wird. Abhängig von der elektrischen Größe kann dann eine Zeitdauer, während der nach einer Flanke einer bestimmten Flankenrichtung ein erster Signalpegel ausgegeben wird, in bekannter Weise eingestellt werden. Die Begrenzung des analogen Temperaturwerts V kann in der Temperaturauswerteeinheit 15 erfolgen und z.B. durch einen begrenzten linearen oder nicht-linearen Verstärker, dessen Ausgangsgröße auf einen minimalen Wert und einen maximalen Wert begrenzt wird, realisiert werden. Z.B. kann dazu ein Operationsverstärker verwendet werden.
Im Ergebnis erhält man einen Signalverlauf des Ausgangssignals A über der Zeit t, der in 3 beispielhaft dargestellt ist. Die Periodendauer t_P des Ausgangssignals entspricht der Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten Signals. Die zeitliche Länge t_T des Signalimpulses gibt eine zu übermittelnde Temperaturangabe an.
Selbstverständlich darf eine Einstellung der Impulsdauer des Signalimpulses nur so vorgenommen werden, dass die Periodizität des Ausgangssignals nicht beeinträchtigt ist, d.h. die Impulsdauer darf nicht 0 sein und muss geringer sein als die gesamte Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten Signals. Der vorbestimmte, zu übermittelnde Wertebereich der erfassten Temperatur wird daher auf Impulsdauern zwischen 0 und der Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten Signals abgebildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Temperaturwert V nicht in der Temperaturauswerteeinheit 15 sondern in der Modifizierungseinheit 14 begrenzt wird.
Im Steuergerät 8 erfolgt die Auswertung des periodischen Ausgangssignals der Detektionsschaltung 7 durch Messung seiner Frequenz, um eine Drehzahlangabe zu erhalten. Die Drehzahl kann aus der Drehzahlangabe ermittelt werden, indem die durch das Steuergerät 8 ermittelte Frequenz des periodischen Ausgangssignals durch die Anzahl der durch die Detektionsschaltung 7 pro Umdrehung des Verdichterrades 5 generierten Signalimpulse dividiert wird und mit dem in dem Frequenzteiler 13 verwendeten Teilerfaktor multipliziert wird. Dazu müssen in dem Steuergerät z.B. in einem nicht gezeigten Speicher die entsprechenden Angaben bereitgestellt werden.
Weiterhin kann die zeitliche Länge eines der Signalimpulse des Ausgangssignals mit Hilfe einer einfachen, in Mikrocontrollern üblicherweise implementierten, Zeitmessung gemessen werden, so dass dort die von der Länge der Signalimpulse abhängige Temperaturangabe bereitgestellt ist. Dies kann beispielsweise durch Starten einer Zeitzählung bei einer ersten Flanke des empfangenen periodischen Ausgangssignals und durch Stoppen der Zeitzählung bei einer zweiten Flanke des empfangenen periodischen Ausgangssignals erfolgen. Die gemessene Zeit wird gemäß einer weiteren im Steuergerät 8 vorgegebenen Abbildungsfunktion (die z.B. invers zu der in der Temperaturauswerteinheit implementierten Abbildungsfunktion sein kann) in eine Temperaturangabe umgesetzt, die der gemessenen Temperatur entspricht oder diese angibt.
Durch die Kodierung der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe auf obige Weise in das periodische Ausgangssignal kann das Steuergerät 8 ohne eine zusätzlich analoge Auswertung bzw. einen zusätzlichen Analog-Digital-Wandler zum Auswerten der Temperaturangabe vorgesehen werden. Die Angabe zur Drehzahl und die Temperaturangabe werden in dem Steuergerät verwendet, um den Betrieb des Motorsystems zu regeln. Mit Hilfe der Drehzahlangabe über die Drehzahl des Laufzeugs in der Aufladeeinrichtung 1 und der Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung 1 kann die Betriebsart bzw. der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors eingestellt werden, z.B. um den Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung 1 zu optimieren, eine Überdrehzahl zu vermeiden und dergleichen.

Claims

Detektionsschaltung (7) zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung (1), umfassend: - einen Drehzahlsensor (11) zum Bereitstellen eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer Drehzahl in der Aufladeeinrichtung (1) abhängt; - einen Temperatursensor (16) zum Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung (1) ; - eine Modifizierungseinheit (14), um ein periodisches Ausgangssignal bereitzustellen, dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal abhängt, und um abhängig von der erfassten Temperaturangabe eine zeitliche Länge (t_T) eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals einzustellen, so dass das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses bereitstellt.
Detektionsschaltung (7) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: - eine Temperaturauswerteeinheit (15) zum Bereitstellen eines Temperaturwerts abhängig von der erfassten Temperaturangabe, wobei die Modifizierungseinheit (14) ausgebildet ist, um die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses des Ausgangssignals abhängig von dem Temperaturwert einzustellen.
Detektionsschaltung (7) nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor (16) eine elektrische Größe als Temperaturangabe bereitstellt, wobei die Temperaturauswerteeinheit (15) ausgebildet ist, um die Temperaturangabe, insbesondere durch einen oder mehrere Schwellwertvergleiche zu digitalisieren und eine digitale Information als Temperaturwert bereitzustellen.
Detektionsschaltung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Frequenzteiler (13) vorgesehen ist, so dass eine Frequenz des Detektionssignals gemäß einem vorgegebenen Teilerwert geteilt wird, um ein Detektionssignal mit einer geteilten Frequenz zu erhalten, und der Modifizierungseinheit (14) bereitzustellen, wobei die Modifizierungseinheit (14) ausgebildet ist, um als periodisches Ausgangssignal ein Signal mit der geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, deren zeitliche Länge jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt, bereitzustellen.
Steuergerät (8) zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wobei das Steuergerät (8) ausgebildet ist, - um ein periodisches Signal zu empfangen, - um eine Frequenz des empfangenen Signals zu bestimmen, - um eine Drehzahlangabe, über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor, aus der Frequenz zu ermitteln; und - um eine Temperaturangabe, über eine Temperatur der Aufladeeinrichtung (1), aus der zeitlichen Länge (t_T) eines Signalimpulses des empfangenen Signals zu ermitteln; - um den Verbrennungsmotor abhängig von der ermittelten Drehzahlangabe und/oder der ermittelten Temperaturangabe zu betreiben.
Steuergerät (8) nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät (8) ausgebildet ist, die Drehzahlangabe zu ermitteln, indem eine Angabe, die die Anzahl von detektierten Impulsen pro Umdrehung angibt, und eine weitere Angabe über einen Teilerfaktor bereitgestellt wird, wobei die Drehzahl als Drehzahlangabe ermittelt, indem die bestimmte Frequenz mit dem Teilerfaktor multipliziert wird und durch die Anzahl von detektierten Impulsen pro Umdrehung dividiert wird.
Motorsystem mit einer Detektionsschaltung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die an einer Aufladeeinrichtung (1) eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und mit einem Steuergerät (8) zum Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors, wobei das Steuergerät (8) mit der Detektionsschaltung (7) verbunden ist, um das periodische Ausgangssignal zu erhalten und eine Drehzahlangabe aus der Frequenz des periodischen Ausgangssignals und eine Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge (t_T) des Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals zu ermitteln.
Verfahren zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung (1) für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung (1), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer Drehzahl in der Aufladeeinrichtung (1) abhängt; - Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung (1); - Bereitstellen eines periodischen Ausgangssignals, dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal abhängt, und - Einstellen einer zeitlichen Länge (t_T) eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals abhängig von der erfassten Temperaturangabe, wobei das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Temperaturwert abhängig von der erfassten Temperaturangabe bereitgestellt wird, wobei die zeitliche Länge (t_T) des Signalimpulses des Ausgangssignals abhängig von dem Temperaturwert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Temperaturangabe in Form einer elektrischen Größe bereitgestellt wird, wobei die Temperaturangabe durch einen oder mehrere Schwellwertvergleiche digitalisiert wird und eine digitale Information als Temperaturwert bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Detektionssignal gemäß einem vorgegebenen Teilerwert geteilt wird, um das Detektionssignal mit einer geteilten Frequenz zu erhalten, wobei als Ausgangssignal ein Signal mit der geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, dessen zeitliche Länge (t_T) jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Ausgangssignal in einem von der Aufladeeinrichtung getrennt ausgebildeten Steuergerät (8) zum Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors empfangen wird, wobei das Steuergerät die Drehzahlangabe aus der Frequenz des Ausgangssignals und eine Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge (t_T) des Signalimpulses des Ausgangssignals ermittelt.