DE102010003347A1

DE102010003347A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer oder mehrerer Drehzahlen einer Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010003347A1
Application number: DE102010003347A
Authority: DE
Inventors: Juergen Seidel; Alex Grossmann; Bernhard Opitz; Dirk Hofmann; Jochen Laubender; Uwe Kassner; Dirk Eichel; Klaus Lerchenmueller; Juergen Wendt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2030-03-27
Also published as: US20100332180A1; DE102010003347B4; CN101923164A; US8504321B2; CN101923164B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors (1), insbesondere eines Turboladers, mit folgenden Schritten:
– Bereitstellen (S1) eines Meßsignals, insbesondere eines Mikrowellen-Meßsignals, das auf ein Verdichterrad (3) des Kompressors (1) gerichtet ist, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern (9) des Verdichterrades (3) reflektiert wird;
– Erfassen (S2) des von einem oder mehreren Schaufelblättern (9) reflektierten Meßsignals;
– Bestimmen (S3) der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Meßsignal.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Aufladeeinrichtungen für Verbrennungsmotoren, insbesondere Verfahren und Vorrichtungen, mit denen eine Drehzahl bzw. mehrere Drehzahlen einer Aufladeeinrichtung bestimmt werden können.
Stand der Technik
Kompressoren, wie z. B. Turbolader, werden in Kraftfahrzeugen zur Aufladung von Verbrennungsmotoren genutzt, um die Leistung zu steigern. Turbolader weisen dazu ein schnell drehendes Verdichterrad mit Schaufeln auf, mit dem Luft aus der Umgebung angesaugt, und unter höherem Druck in einem Luftsystem des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird.
Das Verdichterrad wird über eine Turbine angetrieben, die im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und abhängig von der Abgasenthalpie das Verdichterrad antreibt. Die unter höherem Druck in dem Luftsystem des Verbrennungsmotors bereitgestellte Luft führt zu einer höheren Brennraumfüllung und damit zu mehr Drehmoment und Leistung bei gleichem Volumen.
Die Abgasturboaufladung findet heute sowohl zur Leistungssteigerung als auch zur Verbrauchseinsparung durch Downsizing zunehmend Einsatz. Im letzteren Fall wird die gesteigerte Leistung verwendet, den Hubraum und damit den gesamten Verbrennungsmotor zu verkleinern und das Getriebe zu verlängern. Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ergibt sich einerseits aus einer Verschiebung der motorischen Betriebspunkte in Bereichen mit einer effizienteren Ver brennung und andererseits aus einer verminderten Reibleistung durch die verkleinerte Bauweise und die verringerte Motordrehzahl.
Charakteristisch für den Abgasturbolader ist, dass das Laufzeug mit der Turbine, dem Verdichter und der die Turbine und das Verdichterrad verbindenden Welle völlig ungebremst drehen kann. Abhängig von der Enthalpie des Abgasmassenstroms und von der durch die verdichtete Luft aufgenommenen Leistung ergibt sich die Drehzahl des Laufzeugs. Die Drehzahl wird im Betriebspunkt mit hohem Verdichtungsverhältnis und/oder hohem Volumenstrom so hoch, dass die Fliehkräfte am Umfang des Verdichterrads zur Verformung von Schaufeln des Verdichterrades führen können. Das Verdichterrad und weitere schnell laufende Bauteile des Turboladers unterliegen daher einer hohen Verschleißanfälligkeit und Materialermüdung, so dass die Lebensdauer des Turboladers in erheblichem Maße von seinen Betriebsbedingungen abhängt.
Wird der Turbolader nahe der Pumpgrenze oder im Pumpzustand betrieben, können die Schaufeln des Verdichterrades zu mechanischen Schwingungen angeregt werden, die bei zu hoher Belastung oder bei Dauerbelastung zur Zerstörung des Verdichterrades und damit des gesamten Turboladers führen können. Die Schwingungen der Schaufeln führen zu einer schnelleren Materialermüdung und schließlich zu Ermüdungsbrüchen, wodurch die Lebensdauer des Turboladers bei Auftreten von Pumpzuständen erheblich beeinträchtigt ist. Auch ein häufiges Betreiben des Turboladers mit einer Überdrehzahl, bei der die äußeren Enden der Verdichterschaufeln sehr hohe Bahngeschwindigkeiten erreichen können, führt zu einer deutlich erhöhten Materialermüdung und damit zu einer reduzierten Lebensdauer.
Gerade beim Fahrzeugtuning zur Leistungssteigerung können Manipulationen am Motorsystem dazu führen, dass der Turbolader häufig in der Überdrehzahl betrieben wird. Dies stellt einen Missbrauch des Turboladers dar, da dessen Lebensdauer deutlich verkürzt wird. Ist der Turbolader defekt, entstehen dem Hersteller des Turboladers hohe Kosten, wobei der Nachweis, dass ein Missbrauch vorliegt, schwierig zu führen ist.
Weiterhin treten beim Betrieb des Turboladers Verschleißerscheinungen in den Lagern des Turboladers auf, die zu einer sich über die Lebensdauer des Turbo laders ändernden Drehungsungleichförmigkeit führt. Auch die Geschwindigkeit, mit der einzelne Bauteile des Turboladers verschleißen, hängt von den Betriebszuständen während der Betriebszeit des Turboladers ab. Der Grad des Verschleißens bestimmt die Restlebensdauer erheblich.
Da eine Beschädigung des Verdichterrads vermieden werden soll, ist es sinnvoll, die Drehzahl des Verdichterrads zu überwachen und es muss sichergestellt werden, dass der Drehzahlbereich, in welchem das Verdichterrad beschädigt wird, niemals erreicht wird. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren für PKW wird die Drehzahl des Verdichterrads üblicherweise nicht direkt bestimmt, sondern es wird aus thermodynamischen Größen, typischerweise dem Druckverhältnis und dem Volumenstrom über dem Verdichter, abgeleitet. Hier gehen Betriebscharakteristiken des Verdichters ein, die in der Regel einer Serienstreuung unterliegen. Außerdem ist die Erfassung oder Modellierung der dazu notwendigen Größen (Druck, Temperatur des Massenstroms und dergleichen) ebenfalls toleranzbehaftet. Um dies zu berücksichtigen, wird in der Regel ein Sicherheitsabstand zur maximal zulässigen Drehzahl festgelegt, was jedoch dazu führt, dass das Potential des Turboladers nicht vollständig genutzt werden kann. Desweiteren muss der Turbolader größer dimensioniert werden, so dass er ein schlechteres Ansprechverhalten bei kleineren Leistungsbereichten, insbesondere bei kleineren Motordrehzahlen, aufweist. Das Ziel muss es daher sein, den Turbolader möglichst nah an seiner Grenzdrehzahl zu betreiben.
Andererseits können andere Fehler im Motorsystem dazu führen, dass die oben beschriebene indirekte Ermittlung der Drehzahl versagt. Beispielsweise wird eine zu niedrige Drehzahl des Turboladers bestimmt, wenn im Bereich hinter dem Verdichter ein Leck auftritt, wodurch der Volumenstrom erhöht wird, was die Motorsteuerung je nach Sensorkonfiguration nur ungenau oder gar nicht erfassen kann. Weiterhin kann eine Verstopfung des Luftfilters zu einem Druckabfall vor dem Verdichter führen und damit zu einem erhöhten Verdichtungsverhältnis bei gleichem Luftmassenstrom und damit zu einer erhöhten Drehzahl des Turboladers. Es ist daher sinnvoll, die Drehzahl des Turboladers direkt zu messen, um die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Es sind bereits Verfahren bekannt, die im Prinzip auf einer Detektion einer Drehgeschwindigkeit des Verdichterrades durch Messung der Frequenz des Vorbei laufens von Schaufeln des Verdichterrades an einem Sensorelement beruhen. Das Sensorelement ist nahe der Schaufeln angeordnet und detektiert das Vorbeilaufen der Schaufeln durch Erfassen einer induktiven Änderung eines Widerstands bzw. eines Stromflusses als Reaktion auf die Störung eines Magnetfeldes eines Permanentmagneten beim Vorbeilaufen der Schaufel des Turboladers.
Dieses Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl hat den Nachteil, dass aufgrund der hohen Temperaturen im Verdichter die verfügbaren Sensoren ungeeignet sind, da diese temperaturempfindlich sein können. Außerdem ist der verfügbare Bauraum am Verdichtergehäuse sehr beengt, so dass besonders bei kleinen Turboladern der Einbau eines entsprechenden Sensors nahe der Schaufeln des Verdichterrads begrenzt ist. Auch die Justage bei der Verwendung oben aufgeführten Messprinzipien ist anspruchsvoll, da unter Umständen Anforderungen an die Positionierung des Sensors im Submillimeterbereich bestehen.
Zunehmend werden bei Motorsystemen zweistufige Aufladeeinrichtungen verwendet. Dabei werden zwei Aufladeeinheiten (Kompressorstufen) hintereinander oder parallel zueinander angeordnet, die oftmals verschiedene Kompressorleistungen aufweisen. Die Kompressorstufe mit der geringeren Kompressorleistung weist eine geringere Trägheit auf und wird verwendet, um die Aufladung bei kleinen Motorlasten, beispielsweise beim Beginn einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, zu übernehmen. Dadurch wird aufgrund ihrer schnelleren Ansprechzeit ein schneller Aufbau des Ladedrucks ermöglicht und es kann auf schnelle Lastmomentenanforderungen des Verbrennungsmotors schnell reagiert werden. Die Kompressorstufe mit der größeren Kompressorleistung kann währenddessen durch ein Bypassventil inaktiv geschaltet sein. Mit zunehmender Motorlast übernimmt dann sukzessive die Kompressorstufe mit der hohen Kompressorleistung das Bereitstellen des entsprechend hohen Luftmassenstroms. Die Kompressorstufe mit der geringen Kompressorleistung wird dann durch ein weiteres Bypassventil umgangen und dadurch inaktiv geschaltet. Zur Steuerung der Bypassventile, die zum Einstellen der entsprechenden Kompressorleistungen notwendig ist, ist die Kenntnis der Drehzahlen der einzelnen Aufladeeinheiten der Kompressorstufen erforderlich. Das Vorsehen einzelner Drehzahlmessungen ist jedoch aufgrund des beschränkten Bauraums und der örtlich nahe beieinander angeordneten Aufladeeinheiten einer solchen mehrstufigen Aufladeeinrichtung aufwändig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren und robusten Bestimmen einer Drehzahl einer Aufladeeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren und robusten Bestimmen einer Drehzahl in einer Aufladeeinheit in einer mehrstufigen Aufladeeinrichtung zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren zum Bestimmen einer Drehzahl eines Kompressors nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors, insbesondere eines Turboladers, vorgesehen, mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines Mikrowellen-Meßsignals, das auf ein Verdichterrad des Kompressors gerichtet ist, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des Verdichterrades reflektiert wird;
– Erfassen eines von einem oder mehreren Schaufelblättern reflektierten Mikrowellen-Meßsignals;
– Bestimmen der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Mikrowellen-Meßsignal.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, mithilfe eines elektromagnetischen Mikrowellen-Meßsignals ein von einem Vorbeilaufen eines Schaufelblattes des Verdichterrades des Kompressors abhängiges reflektiertes Meßsignal zu erhalten, wobei man die Amplitude, die Intensität oder eine andere beschriebene Größe des reflektierten Meßsignals als eine Angabe über die Drehzahl erhält. Die Verwendung von Mikrowellen-Signalen zur Durchführung der Drehzahlmessung ist vorteilhaft, da Mikrowellen-Signale nicht durch Verschmutzungen und andere Beläge auf den Schaufelblättern absorbiert oder in sonstiger Weise beeinträchtigt werden. Dadurch wird das Verfahren unempfindlich gegenüber den in der An saugstrecke eines Verbrennungsmotors üblicherweise vorhandenen Verschmutzungen, z. B. Ölfilmbildung durch Öleintrag aus der Kurbelgehäuseentlüftung. Dies stellt daher einen erheblichen Vorteil gegenüber der Verwendung von optischen Signalen als Meßsignal dar.
Weiterhin kann eine Modulation des reflektierten Meßsignals ausgewertet werden, um die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen. Eine Angabe des gesendeten Meßsignals und eine Angabe des reflektierten Meßsignals im Zeitbereich können multipliziert werden, um ein Produktsignal mit einem Summensignal und einem Differenzsignal zu erhalten, wobei das Differenzsignal herausgefiltert wird, wobei die Drehzahl aus dem Differenzsignal unter Berücksichtigung der Anzahl der Schaufelblätter ermittelt wird. Insbesondere kann das Produktsignal mit Hilfe einer Fourier-Analyse analysiert werden, um die Frequenz des Differenzsignals als die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Fehlerinformation bereitgestellt werden, wenn die Drehzahl des Verdichterrades einen Drehzahlschwellenwert übersteigt.
Es kann ein Schwellenwertvergleich mit der Auswerteinformation durchgeführt werden, wobei abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs eine Fehlerinformation gespeichert und/oder ausgegeben wird.
Es kann alternativ vorgesehen sein, dass eine aufgrund eines Doppler-Effektes durch die Bewegung eines Schaufelblattes erfolgende Frequenzänderung des reflektierten Meßsignals bezüglich des gesendeten Meßsignals ausgewertet wird, um die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen.
Weiterhin kann aus einem Phasenversatz zwischen dem ausgesendeten Meßsignal und dem reflektierten Meßsignal eine Positionsänderung des Verdichterrades ermittelt werden, wobei die Angabe zu der Drehzahl durch Auswerten der Positionsänderung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Mikrowellen-Meßsignal auf ein erstes Verdichterrad eines ersten Kompressors gesendet werden, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des ersten Verdichter rades reflektiert wird, wobei das Mikrowellen-Meßsignal auf ein zweites Verdichterrad eines zweiten Kompressors gesendet wird, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades reflektiert wird, wobei in einem ersten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des ersten Verdichterrades reflektierte Mikrowellen-Meßsignal erfasst wird und in einem zweiten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades reflektierte Mikrowellen-Meßsignal erfasst wird, wobei die Angaben der Drehzahlen des ersten und des zweiten Verdichterrades abhängig von den jeweils reflektierten Mikrowellen-Meßsignalen bestimmt werden.
Weiterhin kann das Mikrowellen-Meßsignal in dem ersten Zeitfenster wechselweise auf das erste Verdichterrad und in dem zweiten Zeitfenster auf das zweite Verdichterrad gerichtet werden.
Insbesondere können das erste und das zweite Zeitfenster wechselweise ausgewählt werden, wobei die Zeitdauern des ersten und des zweiten Zeitfensters abhängig von einer jeweils eingestellten Kompressorleistung des ersten und des zweiten Kompressors gewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors, insbesondere eines Turboladers, vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:

– eine Signalquelle zum Bereitstellen eines Mikrowellen-Meßsignals, das auf ein Verdichterrad des Kompressors gerichtet ist, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des Verdichterrades reflektiert wird;
– ein Sensorelement zum Erfassen des von einem oder mehreren Schaufelblättern reflektierten Mikrowellen-Meßsignals;
– eine Steuereinheit zum Bestimmen der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Mikrowellen-Meßsignal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine oder mehrere Antennen umfassen, um das Mikrowellen-Meßsignal auf ein erstes Verdichterrad eines ersten Kompressors zu senden, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des ersten Verdichterrades reflektiert wird, und um das Mikrowellen-Meßsignal auf ein zweites Verdichterrad eines zweiten Kompressors zu senden, so dass das Mikrowellen-Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades reflektiert wird; wobei das Sensorelement ausgebildet ist, um in einem ersten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des ersten Verdichterrades reflektierte Mikrowellen-Meßsignal zu erfassen und in einem zweiten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades reflektierte Mikrowellen-Meßsignal zu erfassen; wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Angaben der Drehzahlen des ersten und des zweiten Verdichterrades abhängig von den jeweils reflektierten Mikrowellen-Meßsignalen zu bestimmen.
Weiterhin kann die Antenne eine Array-Antenne umfassen, die von der Signalquelle so angesteuert wird, dass das Mikrowellen-Meßsignal wechselweise in dem ersten Zeitfenster auf das erste Verdichterrad und in dem zweiten Zeitfenster auf das zweite Verdichterrad gerichtet wird.
Die Steuereinheit kann so ausgebildet sein, um das erste und das zweite Zeitfenster wechselweise auszuwählen, wobei die Zeitdauern des ersten und des zweiten Zeitfensters abhängig von einer jeweils eingestellten Kompressorleistung des ersten und des zweiten Kompressors gewählt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Signalquelle und das Sensorelement bezüglich eines Ansaugrohres für den Kompressor angeordnet sind, um das Mikrowellen-Meßsignal in das Ansaugrohr einzukoppeln und um das reflektierte Mikrowellen-Meßsignal durch das Sensorelement zu empfangen, wobei das Mikrowellen-Meßsignal mindestens einmal an dem Ansaugrohr reflektiert wird und/oder eine Wand des Ansaugrohres einmalig durchdringt. Insbesondere kann das Ansaugrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein oder es können Reflektionsstellen an der Wand des Ansaugrohres vorgesehen sein, die durch Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf das nichtleitende Ansaugrohr ausgebildet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a und 1b Schnittansichten durch einen Turbolader in axialer Richtung bzw. entlang der Schnittlinie S-S;
2 Ausgangssignale eines Sensorelements bei vorbeilaufenden Verdichterschaufeln;
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Diagnose des Turboladers;
4 eine schematische Darstellung des Messprinzips zur Ermittlung der Drehzahl des Verdichterrades durch Auswerten des modulierten Meßsignals;
5 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Kompressor mit zwei Aufladeeinheiten;
6 eine Blockdarstellung der Messung der Drehzahlen der beiden Aufladeeinheiten des Motorsystems der 5; und
7 eine Blockdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Messung der Drehzahlen der beiden Aufladeeinheiten des Motorsystems der 5;
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Möglichkeit zur Anordnung von Signalquelle und Sensorelement gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9 eine schematische Darstellung einer weiteren Möglichkeit der Anordnung von Signalquelle und Sensorelement zur Messung einer Drehzahl einer Aufladeeinheit des Motorsystems;
10a und 10b schematische Darstellungen von weiteren Möglichkeiten der Anordnung von Signalquelle und Sensorelement zur Messung einer Drehzahl einer Aufladeeinheit eines Motorsystems.
Beschreibung von Ausführungsformen
Folgende Ausführungsformen werden anhand eines Turboladers für automotive Anwendungen beschrieben. Die folgende Beschreibung lässt sich jedoch auf jede Art von Kompressor übertragen, bei dem ein Medium durch ein Verdichterrad mit Schaufeln angesaugt und zu einem höheren Druck verdichtet wird.
1a zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen Turbolader 1 senkrecht zu einer Achsrichtung einer Welle 2, die in einem Turboladegehäuse drehbar gelagert ist. In 1b ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie S-S der 1a in Pfeilrichtung dargestellt.
Der Turbolader 1 weist ein Verdichterrad 3 mit Schaufeln 4 auf, das an der Welle 2 angeordnet ist. In dem Turbolader 1 wird durch eine Drehung des Verdichterrades 3 Luft über eine Ansaugöffnung 5 in axialer Richtung der Welle 2 angesaugt, durch die Schaufeln 4 des Verdichterrades 3 verdichtet und über einen Auslasskanal 7, der spiralförmig um das Verdichterrad 3 angeordnet ist, ausgestoßen.
Das Verdichterrad 3 weist für jede der Schaufeln 4 einen Schaufelsteg 8 auf, der ein Schaufelblatt 9 trägt, das in axialer Richtung von dem Schaufelsteg 8 absteht und zusätzlich in Richtung der bevorzugten Drehrichtung des Verdichterrades 3 gekrümmt ist.
In dem Gehäuse des Turboladers 1 ist eine Messvorrichtung 10 fest angeordnet, die zur berührungslosen Erfassung eines Vorbeilaufens einer äußeren Kante der Schaufelblätter 9 geeignet ist. Die Anordnung der Messvorrichtung 10 muss so gewählt sein, dass Meßsignale zwischen der Messvorrichtung 10 und den Schaufelenden (Blattspitzen) nahezu ungestört übertragen werden können.
Die Messvorrichtung 10 umfasst eine Signalquelle 11 zum Aussenden eines Mikrowellen-Meßsignals in Richtung der Schaufelblätter 9. Das Meßsignal ist so beschaffen, dass es von einer oder mehreren Positionen der Schaufelenden der Schaufelblätter 9 reflektiert werden kann. Die Mikrowellen stellen ein elektromagnetisches Signal mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz bis etwa 300 GHz dar. Vorzugsweise kann die Signalquelle zum Aussenden von Radarwellen vorgesehen werden.
Die Messvorrichtung 10 umfasst weiterhin ein Sensorelement 12, um die von den Schaufelenden der Schaufelblätter 9 reflektierten Mikrowellen-Meßsignale zu erfassen. Das Sensorelement 12 ist entsprechend an die von der Signalquelle 11 ausgesendete Art des Mikrowellen-Meßsignals angepasst. D. h. wenn die Signalquelle 11 als ein elektromagnetisches Signal ein Radarsignal aussendet, entspricht das Sensorelement 12 einem Radarwellensensor.
Die Signalquelle 11 und das Sensorelement 12 der Messvorrichtung 10 können integriert ausgebildet sein, d. h. es ist eine Sende- und Empfangsantenne vorgesehen, die mit einem geeignetem Mischer verbunden ist, um dessen Mikrowellen-Meßsignal in Richtung der Schaufelräder 9 auszusenden und gleichzeitig die reflektierte Mikrowellen-Meßsignale zu erfassen. Mit Hilfe des Mischers werden das ausgesendete Meßsignal und das reflektierte Meßsignal voneinander getrennt, so dass das reflektierte Mikrowellen-Meßsignal separat ausgewertet werden kann.
Die Messvorrichtung 10 ist mit einer Steuereinheit 15 verbunden. Die Steuereinheit 15 empfängt ein die reflektierten Mikrowellen-Meßsignale repräsentierendes Mikrowellensignal von dem Sensorelement 12 und führt eine Auswertung des reflektierten Mikrowellensignals durch.
Das Sensorelement 12 liefert eine entsprechende elektrische Größe, wie z. B. ein Spannungssignal oder ein Stromsignal als elektrisches Meßsignal, dessen Amplitude einer Intensität des reflektierten Mikrowellensignals entspricht.
Es kann vorgesehen sein, eine Überdrehzahl des Verdichterrades 3 des Turboladers 1 zu erkennen und eine entsprechende Information darüber zu speichern. Überschreitet die Drehzahl n des Verdichterrades 3 des Turboladers 1 einen vorgegebenen Drehzahlschwellenwert für eine maximale Drehzahl, so kann dies in geeigneter Weise aufgezeichnet, ausgegeben oder in einer Speichereinheit 16 zum späteren Abrufen gespeichert werden.
Das Sensorelement 12 liefert bei konstanter Drehzahl n des Verdichterrades 3 und bei Meßsignalpulsen, die zu der Drehzahl n des Verdichterrades 3 synchronisiert sind, im Idealfall als reflektiertes Meßsignal ein periodisches Signal mit Impulsen, die zueinander einen äquidistanten zeitlichen Abstand aufweisen, wie es in 2 gezeigt ist. Die einzelnen Impulse weisen bei einem ordnungsgemäßen Verdichterrad 3 die gleichen Amplituden bezüglich des ausgesandten Meßsignals auf.
Mit Bezug auf 3 gibt die Signalquelle 11 ein Mikrowellen-Meßsignals (S1) aus, das auf das Verdichterrad 3 ausgesendet wird. Durch das Vorbeilaufen der Schaufelblätter 9 wird das ausgesandte Meßsignal moduliert, indem das Mikro wellen-Meßsignal abhängig von einer jeweiligen bestimmten Position der Schaufelenden der Schaufelblätter 9, die einen bestimmten Neigungswinkel bezüglich der Signalquelle 11 und des Sensorelements 12 aufweist, auf das Sensorelement 12 zurückreflektiert wird. Somit bewirkt das Vorbeilaufen der Schaufelenden der Schaufelblätter 9 eine Intensitätsschwankung des reflektierten Mikrowellensignals, das in dem Sensorelement 12 empfangen wird. Das Sensorelement 12 empfängt das reflektierte Meßsignal (S2) und wandelt das empfangene reflektierte Meßsignal in ein elektrisches Signal, vorzugsweise in ein Spannungs- oder Stromsignal, um und leitet dieses an eine Steuereinheit 15 weiter.
Bei einer Drehung des Verdichterrades 3 ergibt sich so ein Meßsignal mit Signalimpulsen entsprechend den Intensitätsschwankungen des reflektierten Mikrowellensignals aufgrund des Vorbeilaufens der Schaufelblätter 9 an der Messvorrichtung 10. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen den Signalimpulsen kann die Drehzahl n des Verdichterrades 3 abgeleitet werden (Schritt 3). Durch Schwankungen der zeitlichen Abstände der Signalpulse des Meßsignals kann zudem ein Verschleiß in den Lagerungen des Turboladers 1 oder allgemein eine Information über den Zustand des Turboladers 1 abgeleitet werden.
Das Messprinzip ist in 4 schematisch dargestellt. Die Signalquelle 11 liefert zusätzlich zu dem ausgesandten Mikrowellen-Meßsignal ein elektrisches Frequenzsignal mit einer Frequenz, die der Signalfrequenz entspricht. Das elektrische Frequenzsignal wird einem Multiplikator 30 zugeführt. Der Multiplikator 30 ist weiterhin mit dem Sensorelement 12 verbunden und empfängt von dem Sensorelement 12 eine elektrische Umsetzung des empfangenen Mikrowellensignals als Meßsignal. Durch die Multiplikation entsteht ein Produktsignal, das die Summenfrequenz und die Differenzfrequenz der von der Signalquelle 11 und von dem Sensorelement 12 übermittelten elektrischen Signale enthält.
Mit Hilfe eines Tiefpassfilters 31 mit geeigneter Grenzfrequenz zwischen der zweifachen Frequenz des Meßsignals und der Frequenz des Meßsignals wird die Summenfrequenz herausgefiltert. Ein nachfolgender Hochpassfilter 32 ist so dimensioniert, dass er die Differenzfrequenz passieren lässt. Der Tiefpassfilter 31 und der Hochpassfilter 32 werden so ausgelegt, dass die minimale zu erfassende Drehzahl und die maximale zu erfassende Drehzahl des Turboladers bzw. die diese repräsentierenden Frequenzen des resultierenden Produktsignals durchgelassen werden.
Am Ausgang des Hochpassfilters 32 ist ein Frequenzsignal entnehmbar, dessen Frequenz proportional zur Drehzahl ist. Dividiert man die Frequenz des Frequenzsignals durch die Anzahl der Schaufeln des Verdichterrads, so erhält man direkt eine Angabe in Umdrehungen pro Sekunde. Dies kann in der Steuereinheit 15 durchgeführt werden. Insbesondere gilt: n = (f_send – f_empf)·60/a,wobei n der Drehzahl in [min^–1], f_send der Frequenz des ausgesendeten Meßsignals, f_empf der Frequenz des empfangenen Meßsignals und a der Anzahl der Schaufelblätter entsprechen.
Die Auswertung des resultierenden Frequenzsignals am Ausgang des Hochpassfilters 32 kann mit Hilfe einer Fast-Fourier-Transformation oder einer Umsetzung in ein Pulssignal durchgeführt werden.
Die Auswertung des reflektierten Mikrowellen-Meßsignal kann auch basierend auf einem Frequenz- oder Phasensignal erfolgen. Bezüglich des Frequenzsignals kann eine aufgrund eines Dopplereffektes erfolgende Frequenzmodulation ausgewertet werden. Der Dopplereffekt ist anwendbar, da sich wegen des Neigungswinkels der Schaufelräder 9 bezüglich der Richtung des von der Signalquelle ausgesendeten Meßsignals eine periodische Bewegung des Bereiches auf den Schaufelblättern 9, auf dem das Meßsignal auftrifft, in Richtung des Meßsignals erfolgt. Dadurch erfolgt eine Modulation der Frequenz des Mikrowellen-Meßsignals entsprechend dem Dopplereffekt, die in der Steuereinheit 15 ausgewertet werden kann.
Weiterhin kann die Modulation der Phase des Mikrowellen-Meßsignals ausgewertet werden. Hier wird das Mikrowellen-Meßsignal auf einen Bereich des Verdichterrades 3 gerichtet, durch den sich die Schaufelblätter 9 bewegen. Je nach Position der Schaufelblätter 9 ist der Bereich bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Mikrowellen-Meßsignals versetzt. D. h. der Phasenversatz zwischen dem ausgesendeten Mikrowellen-Meßsignal und dem empfangenen Mikrowellen- Meßsignal hängt von der Position des Verdichterrades ab. Die Drehzahl des Verdichterrades 3 kann durch eine Auswertung der Positionsänderung bestimmt werden.
Das entsprechende Phasensignal kann insbesondere mit einer Phasendemodulation nach dem PLL-Verfahren ausgewertet werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines gesteuerten Oszillators über einen Phasenregelkreis durchgeführt werden, an den das zur Drehzahl proportionale reflektierte Meßsignal gekoppelt wird. Der gesteuerte Oszillator wird abhängig von einer Phasendifferenz zwischen dem von dem Ausgangssignal des gesteuerten Oszillators ausgegebenen Signal und dem reflektiertem Meßsignal angesteuert, wobei das Steuersignal für den Oszillator eine Angabe über die Drehzahl des Verdichterrades angibt.
In 5 ist eine schematische Darstellung eines Motorsystems 20 mit einer mehrstufigen Aufladeeinrichtung 24 dargestellt. Das Motorsystem 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21, dem Luft über einen Luftzuführungsabschnitt 22 zugeführt wird und von dem Verbrennungsabgas über einen Abgasabführungsabschnitt 23 abgeführt wird. Die mehrstufige Aufladeeinrichtung 24 weist im vorliegenden Beispiel zwei Aufladeeinheiten 25, 26 auf, die nacheinander in dem Luftzuführungsabschnitt 22 und dem Abgasabführungsabschnitt 23 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen können die Aufladeeinheiten auch parallel zueinander im Luftzuführungsabschnitt 22 und im Abgasabführungsabschnitt 23 angeordnet sein. Jede der Aufladeeinheiten 25, 26 weist ein eigenes Turbinenrad 27 auf, dass durch den Abgasstrom des Verbrennungsabgases angetrieben wird und ein entsprechendes Verdichterrad 28 antreibt. Die Aufladeeinheiten 25, 26 sind jeweils mit einem Wastegate-Ventil 29 in einer jeweiligen Umgehungsleitung 30 gekoppelt, um die Kompressorleistung der jeweiligen Aufladeeinheit 25, 26 einzustellen. Die Aufladeinheiten 25, 26 sind baulich integriert in der Aufladeeinrichtung 24 ausgeführt. Es ist eine Messvorrichtung 31 vorgesehen, die eine Signalquelle 32 zum Erzeugen des Meßsignals und ein Sensorelement 33 zum Empfangen eines reflektierten Meßsignals aufweist. Die Messvorrichtung 31 ist mit einer Steuereinheit 34 verbunden, das die Messvorrichtung 31 steuert.
In 6 ist ein System zur Ermittlung von Drehzahlen der Aufladeeinheiten 25, 26 einer mehrstufigen Aufladeeinrichtung 24 schematisch dargestellt. Die Steuereinheit 34 ist mit der Signalquelle 32 verbunden, um das Bereitstellen eines Meßsignals zu initiieren oder die Erzeugung des Meßsignals zu unterstützen. Die Signalquelle 32 ist mit einer ersten Antenne 35 und einer zweiten Antenne 36 gekoppelt, um das Meßsignal auszusenden. Die erste Antenne 35 richtet das Meßsignal auf das Verdichterrad 28 der ersten Aufladeeinheit 25 und die zweite Antenne 36 richtet das Meßsignal auf das Verdichterrad 28 der zweiten Aufladeeinheit 26. Das Meßsignal ist ein elektromagnetisches Signal, wie beispielsweise ein Mikrowellensignal, ein Radiosignal oder dergleichen.
Das Meßsignal wird von den Schaufelblättern der Verdichterräder 28 der beiden Aufladeeinheiten 25, 26 reflektiert und von der ersten bzw. der zweiten Antenne 35, 36 empfangen. Das empfangene, reflektierte Meßsignal wird dem Sensorelement 33 der Messvorrichtung 31 zugeführt.
Gesteuert durch die Steuereinheit 34 wertet das Sensorelement 33 in einem ersten Zeitfenster das von der ersten Aufladeeinheit 17 empfangene Meßsignal und in einem zweiten Zeitfenster das von der zweiten Aufladeeinheit 18 reflektierte Meßsignal aus. Das erste und das zweite Zeitfenster können alternierend festgelegt werden. Beim Betrieb der Aufladeeinrichtung 24 mit beiden Aufladeeinheiten 25, 26 werden die Drehzahlen der beiden Aufladeeinheiten 25, 26 wechselweise durch die Sensoreinheit 12 gemessen und die Drehzahlinformation bereitgestellt in der Steuereinheit 34 bereitgestellt und/oder an ein Motorsteuergerät kommuniziert.
Das wechselweise Empfangen des reflektierten Meßsisgnals kann durch wechselweises Abfragen der ersten Antenne 35 und der zweiten Antenne 36 durch die Sensoreinheit 32 erfolgen. Beispielsweise können durch einen geeigneten Multiplexer in der Sensoreinheit 32, der z. B. durch die Steuereinheit 34 steuerbar ausgeführt sein kann, eine der Antennen 35, 36 mit der Sensoreinheit 32 verbunden werden. Das empfangene Meßsignal kann in der Sensoreinheit 33 in einfacher Weise durch Umschalten zu der entsprechenden Antenne 35, 36 bereitgestellt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Messvorrichtung 31 anstelle mit einzelnen Antennen 35, 36 auch mit einer Array-Antenne 40 verbunden sein. Dies ist schematisch in der 7 dargestellt. Die Array-Antenne kann durch die Signalquelle 32 in bekannter Weise mit Meßsignalen unterschiedlicher Phasen lage angesteuert werden, so dass die Richtung des ausgesendeten elektromagnetischen Meßsignals (Richtung des höchsten Antennengewinns) auf das Verdichterrad 28 gerichtet wird, dessen Drehzahl gemessen werden soll. Die Festlegung der einzelnen Phasenlagen wird durch die Ansteuerung geeigneter mechanischer oder elektrischer Elemente durch die Steuereinheit 34 vorgenommen. Durch Veränderung der Phasenlage der Meßsignale kann die Richtwirkung der Array-Antenne so eingestellt werden, dass eine Ausrichtung auf das zu vermessende Verdichterrad 28 erfolgt. Dieses Verfahren ist insbesondere bei Verwendung von Mikrowellen als Meßsignale anwendbar.
Da die Array-Antenne 40 das Meßsignal nicht gleichzeitig in zwei verschiedene Richtungen abstrahlen kann, muss die Steuereinheit 34 die Signalquelle 32 und die Sensoreinheit 33 zueinander synchronisieren, so dass in dem ersten Zeitfenster die Signalquelle 32 das Meßsignal so der Array-Antenne 40 bereitstellt, dass das Meßsignal auf das Verdichterrad 28 der ersten Aufladeeinheit 25 gerichtet ist und die Sensoreinheit 33 die von der Array-Antenne empfangenen Meßsignale aus der Richtung des Verdichterrades 28 der ersten Aufladeeinheit 25 empfängt. Weiterhin kann die Steuereinheit 34 die Signalquelle 32 ansteuern, dass entsprechend in dem zweiten Zeitfenster das Meßsignal durch die Array-Antenne 40 so gesendet wird, dass das Meßsignal auf das Verdichterrad 28 der zweiten Aufladeeinheit 26 gerichtet ist. Während des zweiten Zeitfensters werden dann die empfangenen Meßsignale in der Sensoreinheit 33 ausgewertet.
Die Auswertung des empfangenen Meßsignals kann in oben beschriebener Weise erfolgen, indem die Frequenz des durch die Bewegung des Verdichterrades 28 modulierten Signals ausgewertet wird.
Alternativ sind Auswerteverfahren denkbar, die eine Bewegungsgeschwindigkeit einer Schaufel des Verdichterrades durch einen Frequenzunterschied zwischen gesendetem Meßsignal und empfangenen Meßsignal aufgrund des Doppler-Effekts in bekannter Weise auswerten. Die Drehzahl n ergibt sich aus: n = ((f'/f – 1)c)/2πrwobei f' der Frequenz des empfangenen Meßsignals, f der Frequenz des gesendeten Meßsignals, c der Lichtgeschwindigkeit und r dem Abstand des Meß punkts, an dem das Meßsignal auf der Schaufel des Verdichterrades 28 reflektiert wird, von der Drehachse des Verdichterrades 28 entsprechen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zeitdauern der Zeitfenster zur Vermessung der Verdichterräder 28 der ersten und zweiten Aufladeeinheit 25, 26 abhängig vom Motorbetriebspunkt gesteuert werden. Ist beispielsweise in der Aufladeeinrichtung 24 nur eine Aufladeeinheit 25, 26 aktiv und die andere durch das entsprechende Wastegate-Ventil 29 inaktiv geschaltet, kann die Drehzahl in der aktiven Aufladeeinheit 25, 26 durch entsprechende Wahl der jeweiligen Antenne 25, 26 bzw. Ausrichtung des Meßsignals mit Hilfe der Array-Antenne 40 auf das Verdichterrad 28 der aktiven Aufladeeinheit 25, 26 ausschließlich, häufiger oder für Zeitdauern gemessen werden, die länger sind als die Zeitdauern des jeweils anderen Zeitfensters.
Die Verwendung einer einzigen Signalquelle und eines einzigen Sensorelements zur Auswertung der Drehzahlen von zwei Aufladeeinheiten einer Aufladeeinrichtung ist mit geringerem Aufwand zu realisieren. Insbesondere sind Hochfrequenzbaugruppen zur Mikrowellenerzeugung und Empfangssignalverarbeitung nur einfach auszuführen. Da eine einzelne Drehzahlmessung innerhalb eines im Vergleich zur Dynamik der Drehzahländerung sehr geringen Zeitfensters erfolgen kann, ist das Drehzahlsignal uneingeschränkt für die Steuerung der Aufladeeinrichtung in Echtzeit geeignet.
Die 8a und 8b zeigen eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Messvorrichtung 10. Wie aus den 8a und 8b ersichtlich ist die Messvorrichtung 10 entfernt von dem Verdichterrad 3 an einem Ansaugrohr 40 zum Zuführen der von dem Verdichterrad 3 zu verdichteten Luft angeordnet. Bei den Ausführungsformen der 8a und 8b ist die Messvorrichtung 10 in einer Wand des Ansaugrohres 40 angebracht, so dass das ausgesendete und reflektierte Meßsignal im Inneren des Ansaugrohres 40 empfangen werden können. Die Messvorrichtung 10 kann das Verdichterrad 3 sowohl direkt als auch indirekt mit dem Meßsignal bestrahlen. In den Ausführungsformen der 8a und 8b wird das ausgesendete Meßsignal einmalig oder mehrfach an der Wand des Ansaugrohres 40 reflektiert. Dazu kann zu einen vorgesehen sein, das Ansaugrohr aus einem das Meßsignal reflektierenden Material, vorzugsweise einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Metall auszuführen. Man erkennt bei der Ausführungsform der 8a, dass das ausgesendete Meßsignal an den Reflektionsstellen R1 und R2 reflektiert wird, so dass es auf eine vordefinierte Position des Verdichterrades 3 gerichtet ist. Das reflektierte Meßsignal kann im Wesentlichem auf gleichem Wege wie das ausgesendete Meßsignal auf die Messvorrichtung 10 zurückgeworfen werden, oder durch das Ansaugrohr 40 auf andere Weise propagieren und beispielsweise an den weiteren Reflektionsstellen RR1, RR2 und RR3 auf die Messvorrichtung 10 zurückgeworfen werden.
Während die Ausführungsform der 8a den Fall eines metallischem bzw. eines elektrisch leitenden Ansaugrohres 40 darstellt, ist in der 8b eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Ansaugrohr aus einem nichtleitenden Material ausgebildet ist, und somit im Wesentlichen für das ausgesendete Mikrowellen-Meßsignal durchlässig ist. Um trotzdem die Reflektionen an den Reflektionsstellen R1 und R2 zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass an den Reflektionsstellen R1, R2 das Ansaugrohr 40 mit reflektierenden Flächen versehen ist. Beispielsweise können an der Innenseite des Ansaugrohrs 40 metallische Flächen aufgebracht werden, entweder durch Aufkleben oder Beschichten. Da das Material des Ansaugrohres 40 durchlässig für die Mikrowellen-Meßsignale ist, kann die Beschichtung bzw. das Aufbringen der Reflektionsbereiche auch an der Außenseite des Ansaugrohres 40 vorgenommen werden.
In 9 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Messvorrichtung 10 außerhalb des Ansaugrohres 40 ausgebildet ist. In diesem Fall ist das Ansaugrohr 40 ebenfalls nichtleitend ausgebildet, so dass die Mikrowellen-Meßsignale das Ansaugrohr 40 durchdringen können. Bei der Ausführungsform der 9 ist die Messvorrichtung 10 so angeordnet, dass das ausgesendete Mikrowellen-Meßsignal direkt, d. h. ohne Reflektion in dem Ansaugrohr 40 auf das Verdichterrad 3 gerichtet ist.
Vorzugsweise wird die Messvorrichtung 10 mit Hilfe einer geeigneten Halterung 41 in dem Ansaugrohr 40 befestigt. Selbstverständlich kann die Messvorrichtung 10 auch an anderen Bauteilen angebracht sein.
Die Ausführungsformen der 10a und 10b entsprechen im Wesentlichen einer Kombination der Merkmale der Ausführungsformen der 8a und 8b sowie 9. Die Ausführungsformen der 10a und 10b zeigen eine au ßerhalb des Ansaugrohres 40 angebrachte Messvorrichtung 10, die durch einen für das Mikrowellen-Meßsignal durchlässigen Bereich des Ansaugrohres 40 das Mikrowellen-Meßsignal ins Innere des Ansaugrohres 40 leitet. Dort wird das Mikrowellen-Meßsignal an mehreren Reflektionsstellen R1–R3 reflektiert und so auf einen bestimmten Bereich des Verdichterrades 3 gerichtet.
Bei einer Ausführungsform der 10a ist der Bereich des Ansaugrohres 40 stromabwärts der Position, an der die Messvorrichtung 10 das Meßsignal in das Ansaugrohr 40 einkoppelt, elektrisch leitend ausgebildet, d. h. beispielsweise mit einer elektrisch leitenden Schicht auf der Innenseite, bzw. Außenseite versehen, so dass sowohl das ausgesendete Mikrowellen-Meßsignal als auch das reflektierte Mikrowellen-Meßsignal im Inneren des Ansaugrohres 40 geführt wird. In der Ausführungsform der 10a wird das reflektierte Mikrowellen-Meßsignal auch dann auf die Messvorrichtung 10 gerichtet, wenn dieses einen zum ausgesendeten Mikrowellen-Meßsignal verschiedenen Strahlverlauf aufweist. Im Gegensatz dazu ist bei der Ausführungsform der 10b die Reflektionsstelle örtlich begrenzt, so dass im Wesentlichem die reflektierte Mikrowellen-Meßsignale nur dann auf die Messvorrichtung zurückgeworfen werden, wenn der Strahlweg in Wesentlichem dem Strahlweg des ausgesendeten Mikrowellen-Meßsignal entspricht.
Alternativ kann das Ansaugrohr 40 mindestens zweiteilig vorgesehen sein, bei dem ein Kunststoffansaugrohr in ein entsprechendes Metallrohr mündet, welches am Verdichterrad 3 endet. Die Messvorrichtung 10 kann außerhalb des Kunststoffrohres angeordnet sein, so dass die Messvorrichtung 10 das Meßsignal durch das Kunststoffansaugrohr in das Metallrohr einstrahlt. Im Prinzip können die Ausführungsformen der 8–10 mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen zur Drehzahlmessung kombiniert werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors (1), insbesondere eines Turboladers, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen (S1) eines Meßsignals, insbesondere eines Mikrowellen-Meßsignals, das auf ein Verdichterrad (3) des Kompressors (1) gerichtet ist, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern (9) des Verdichterrades (3) reflektiert wird; – Erfassen (S2) des von einem oder mehreren Schaufelblättern (9) reflektierten Meßsignals; – Bestimmen (S3) der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Meßsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Modulation des reflektierten Meßsignals ausgewertet wird, um die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Angabe des gesendeten Meßsignals und eine Angabe des reflektierten Meßsignals multipliziert werden, um ein Produktsignal mit einem Summensignal und einem Differenzsignal zu erhalten, wobei das Differenzsignal herausgefiltert wird, wobei die Drehzahl aus dem Differenzsignal unter Berücksichtigung der Anzahl der Schaufelblätter (9) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Produktsignal mit Hilfe einer Fourier-Analyse analysiert wird, um die Frequenz des Differenzsignals als die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Fehlerinformation bereitgestellt wird, wenn die Drehzahl des Verdichterrades einen Drehzahlschwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Schwellenwertvergleich mit der Auswerteinformation durchgeführt wird, wobei abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs eine Fehlerinformation gespeichert und/oder ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine aufgrund eines Doppler-Effektes durch die Bewegung eines Schaufelblattes erfolgende Frequenzänderung des reflektierten Meßsignals bezüglich des gesendeten Meßsignals ausgewertet wird, um die Angabe über die Drehzahl zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei aus einem Phasenversatz zwischen dem ausgesendeten Meßsignal und dem reflektierten Meßsignal eine Positionsänderung des Verdichterrades ermittelt wird, wobei die Angabe zu der Drehzahl durch Auswerten der Positionsänderung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Meßsignal auf ein erstes Verdichterrad (28) eines ersten Kompressors (25) gesendet wird, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern (9) des ersten Verdichterrades (28) reflektiert wird; wobei das Meßsignal auf ein zweites Verdichterrad (28) eines zweiten Kompressors (25) gesendet wird, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades (28) reflektiert wird; wobei in einem ersten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des ersten Verdichterrades (28) reflektierte Meßsignal erfasst wird und in einem zweiten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades (28) reflektierte Meßsignal erfasst wird; wobei die Angaben der Drehzahlen des ersten und des zweiten Verdichterrades (28) abhängig von den jeweils reflektierten Meßsignalen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Meßsignal in dem ersten Zeitfenster wechselweise auf das erste Verdichterrad (28) und in dem zweiten Zeitfenster auf das zweite Verdichterrad (28) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste und das zweite Zeitfenster wechselweise ausgewählt werden, wobei die Zeitdauern des ersten und des zweiten Zeitfensters abhängig von einer jeweils eingestellten Kompressorleistung des ersten und des zweiten Kompressors gewählt werden.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Angabe einer Drehzahl eines Kompressors (1), insbesondere eines Turboladers, umfassend: – eine Signalquelle (11) zum Bereitstellen eines Meßsignals, insbesondere eines Mikrowellen-Meßsignals, das auf ein Verdichterrad (3) des Kompressors (1) gerichtet ist, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern (9) des Verdichterrades (3) reflektiert wird; – ein Sensorelement (12) zum Erfassen des von einem oder mehreren Schaufelblättern (9) reflektierten Meßsignals; – eine Steuereinheit (15) zum Bestimmen der Angabe der Drehzahl abhängig von dem reflektierten Meßsignal.
Vorrichtung nach Anspruch 12, umfassend: eine oder mehrere Antennen, um das Meßsignal auf ein erstes Verdichterrad (28) eines ersten Kompressors (25) zu senden, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern (9) des ersten Verdichterrades (28) reflektiert wird, und um das Meßsignal auf ein zweites Verdichterrad (28) eines zweiten Kompressors (25) zu senden, so dass das Meßsignal an umlaufenden Schaufelblättern des zweiten Verdichterrades (28) reflektiert wird; wobei das Sensorelement (12) ausgebildet ist, um in einem ersten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern (9) des ersten Verdichterrades (28) reflektierte Meßsignal zu erfassen und in einem zweiten Zeitfenster das von einem oder mehreren Schaufelblättern (9) des zweiten Verdichterrades (28) reflektierte Meßsignal zu erfassen; wobei die Steuereinheit (15) ausgebildet ist, um die Angaben der Drehzahlen des ersten und des zweiten Verdichterrades (28) abhängig von den jeweils reflektierten Meßsignalen zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Antenne eine Array-Antenne umfasst, die von der Signalquelle (11) so angesteuert wird, dass das Meßsignal wechselweise in dem ersten Zeitfenster auf das erste Verdichterrad (28) und in dem zweiten Zeitfenster auf das zweite Verdichterrad (28) gerichtet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuereinheit (15) so ausgebildet ist, um das erste und das zweite Zeitfenster wechselweise auszuwählen, wobei die Zeitdauern des ersten und des zweiten Zeitfensters abhängig von einer jeweils eingestellten Kompressorleistung des ersten und des zweiten Kompressors gewählt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Signalquelle (11) und das Sensorelement (12) bezüglich eines Ansaugrohres (40) für den Kompressor (25) angeordnet sind, um das Mikrowellen-Meßsignal in das Ansaugrohr (40) einzukoppeln wird und um das reflektierte Mikrowellen-Meßsignal durch das Sensorelement (12) zu empfangen, wobei das Mikrowellen-Meßsignal mindestens einmal an dem Ansaugrohr (40) reflektiert wird und/oder eine Wand des Ansaugrohres (40) einmalig durchdringt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Ansaugrohr aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist oder wobei Reflektionsstellen (R1, R2, RR1, RR2, RR3) an der Wand des Ansaugrohres (40) vorgesehen sind, die durch Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf das nichtleitende Ansaugrohr (40) ausgebildet sind.
Computerprogramm, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.