-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlbestimmung, insbesondere zum Bestimmen der Drehzahl eines Verbrennungsmotors.
-
Stand der Technik:
-
Zur Bestimmung der Drehzahl von Brennkraftmaschinen sind verschiedenste Anordnungen und Verfahren bekannt, die zumeist mittels mechanischer oder elektrischer Abgriffe von Bewegungsgrößen, Zündsignalen oder dergleichen arbeiten. Insbesondere im Zusammenhang mit den heutzutage zumeist gesetzlich vorgeschriebenen periodischen Untersuchungen ist es erwünscht, die Drehzahl eines als Antriebsmotor in ein Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors ohne aufwendige und für die unterschiedlichen Fahrzeugtypen von vornherein unterschiedliche Montage von zusätzlichen Sensoren, bzw. ohne eine zusätzliche Kontaktierung von eventuell an der Brennkraftmaschine ohnedies befindlichen Sensoren, rasch, einfach und zuverlässig zu messen und gegebenenfalls für die Auswertung beispielsweise von Abgasmessungen zur Verfügung zu stellen.
-
Bei Ottomotoren wird häufig das Zündsignal über einfache kapazitive oder induktive Geber erfasst und daraus die Drehzahl bestimmt. Die Möglichkeit bzw. Brauchbarkeit derartiger Verfahren und Anordnungen ist in hohem Maße vom Zustand der Zündanlage der geprüften Brennkraftmaschine abhängig.
-
Bei Dieselmotoren ist beispielsweise die Verwendung so genannter Aufklemmgeber bekannt, die auf eine Kraftstoffeinspritzleitung geklemmt werden, um von außen und ohne Öffnung der Leitung das Einspritzsignal zu erfassen und aus seiner periodischen Wiederkehr die Bestimmung der Drehzahl in einer entsprechenden Auswerteeinheit zu erlauben.
-
Weitere bekannte Anordnungen und Verfahren verwenden die vom Betrieb der Lichtmaschine der Brennkraftmaschine herrührende Restwelligkeit der elektrischen Bordnetzspannung des Fahrzeuges zur Drehzahlbestimmung.
-
EP 0 863 404 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehzahl einer Brennkraftmaschine aus dem von der Brennkraftmaschine im Betrieb emittierten Schall.
-
US 5,181,232 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl eines Dieselmotors, welche Schwingungen, die sich beim Betrieb des Motors durch die Kraftstoffeinspritzleitung ausbreiten, auswertet.
-
Offenbarung der Erfindung:
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen der Drehzahl eines Rotors, insbesondere der Drehzahl der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Patentanspruch 6 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmender Drehzahl eines Rotors umfasst die Schritte: Aussenden (Emittieren) eines Hochfrequenz-Signals (HF-Signals) durch eine Antenne; Reflektieren des ausgesendeten HF-Signals an einem Reflektor, wobei der Reflektor relativ zu der Antenne mit einer Frequenz vibriert, die eine Funktion der Drehzahl des Rotors ist; Empfangen des von dem Reflektor reflektierten HF-Signals; und Bestimmen der Drehzahl des Rotors durch Auswerten des empfangenen HF-Signals.
-
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Drehzahl eines Rotors, insbesondere zur Bestimmung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung hat einen HF-Sender, der zum Erzeugen eines HF-Signals ausgebildet ist; einen HF-Empfänger, der zum Empfangen des von dem HF-Sender ausgesendeten und von einem Reflektor reflektierten HF-Signals ausgebildet ist; und eine Auswerteinrichtung, die ausgebildet ist, um die Drehzahl des Rotors durch Auswerten des von dem HF-Empfänger empfangenen HF-Signals zu bestimmen.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine zuverlässige, robuste Messung der Drehzahl bei hoher Messempfindlichkeit und -genauigkeit. Sie sind flexibel für verschiedene Motor- und Fahrzeugtypen einsetzbar, ohne dass eine elektrische Verbindung mit dem Motor oder dem Fahrzeugbordnetz erforderlich ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung sind kostengünstig realisierbar und weisen eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen auf.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Vergleichen des von dem HF-Sender emittierten HF-Signals mit dem reflektierten und vom Empfänger empfangenen HF-Signal. Durch einen solchen Vergleich kann die Drehzahl auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
-
Insbesondere umfasst ein solcher Vergleich das Auswerten einer Dopplerverschiebung der Frequenz des empfangenen Signals gegenüber der Frequenz des ausgesendeten Signals und/oder eine Auswertung der Änderung der Amplitude zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Signal. Durch Auswerten einer Phasen- und/oder Frequenzänderung (Dopplerverschiebung) und/oder einer Änderung der Amplitude des empfangenen Signals kann einfach und mit hoher Genauigkeit auf die Rotordrehzahl zurückgeschlossen werden.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich das Auswerten eines von einem weiteren Sensor erzeugten Signals, wobei das Signal des weiteren Sensors auf einem anderen Messprinzip als der Reflexion eines HF-Signals beruht; insbesondere kann es sich bei dem weiteren Sensor um einen Körperschallsensor handeln. Durch Auswerten eines Signals eines zusätzlichen Sensors kann die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden. Insbesondere können Mehrdeutigkeiten, welche sich beim Auswerten des reflektierten HF-Signals ergeben können, aufgelöst werden.
-
Als HF-Sensor kommt insbesondere ein einfaches, monofrequentes System, ein so genannter CW-Sensor, zum Einsatz. Vorzugsweise arbeitet der Sensor mit Frequenzen, die größer als 1 GHz sind. Mit einem solchen HF-Sensor sind ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung kostengünstig realisierbar.
-
In einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der HF-Sender, der HF-Empfänger und die Auswerteinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Eine solche Kombination von Sender, Empfänger und Auswerteinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse stellt eine kompakte Messvorrichtung zur Verfügung, die einfach zu transportieren und einzusetzen ist. Eine derartige Messvorrichtung ist insbesondere für einen mobilen Einsatz gut geeignet.
-
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung einen zusätzlichen Sensor, insbesondere einen Körperschallsensor auf. Durch einen zusätzlichen, in der Vorrichtung vorgesehenen Sensor können die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Drehzahlbestimmung verbessert werden.
-
In einer Ausführungsform ist der HF-Sender ein monofrequenter HF-Sender. Da ein monofrequenter Sender kostengünstig ist, kann eine Vorrichtung mit einem monofrequenten Sender besonders kostengünstig realisiert werden.
-
Vorzugsweise arbeitet der HF-Sender in einem Bereich von Frequenzen, die größer als 1 GHz sind. Dieser Frequenzbereich ist besonders gut geeignet, um die Drehzahl mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
-
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Datenschnittstelle auf, die zum Übertragen der ermittelten Drehzahl an ein externes Diagnosegerät ausgebildet ist. Über eine solche Datenschnittstelle kann die von der Vorrichtung bestimmte Drehzahl unmittelbar an ein Diagnosegerät übertragen werden. Die Überprüfung des Motors und die Diagnose von Fehlfunktionen kann so vereinfacht und insbesondere automatisiert werden. Darüber hinaus werden menschliche Fehler bei der Übertragung der gemessenen Drehzahl von der Messvorrichtung an das Diagnosegerät vermieden und die Zuverlässigkeit der Diagnose wird erhöht.
-
Die Datenschnittstelle kann als parallele oder serielle Kabelschnittstelle, als Datenbus oder als drahtlose Schnittstelle ausgebildet sein. Eine drahtgebundene Schnittstelle ist kostengünstig realisierbar; eine drahtlose Schnittstelle vereinfacht die Durchführung der Drehzahlmessung, da kein störendes Kabel zwischen der am Fahrzeug installierten Messvorrichtung und dem externen Diagnosegerät notwendig ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben.
-
Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehzahlbestimmung; und
-
2 den schematischen Aufbau eines HF-Sensors, wie er in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 zur Drehzahlbestimmung.
-
Die Messvorrichtung 2 weist einen HF-Sensor 4 auf, der einen HF-Sender 4a und einen HF-Empfänger 4b umfasst.
-
Der HF-Sender 4a erzeugt im Betrieb ein HF-Signal, insbesondere ein Signal mit einer Frequenz, die größer als 1 GHz ist. Das HF-Signal wird über eine an dem HF-Sensor 4 angebrachte Antenne 6 in Form einer elektromagnetischen Welle ausgesendet und von einem in der 1 nicht gezeigten Reflektor reflektiert. Der HF-Sensor 4 und der Reflektor sind im Betrieb so angebracht, dass der Reflektor relativ zu dem HF-Sensor 4 mit einer Frequenz vibriert, die eine Funktion der zu bestimmenden Drehzahl ist. Insbesondere ist die Vibrationsfrequenz des Reflektors gleich der Rotationsfrequenz oder ein ganzzahliges Vielfaches davon.
-
Die von dem nicht gezeigten Reflektor reflektierte elektromagnetische Welle wird von der Antenne 6 oder einer zusätzlichen, in der 1 nicht gezeigten, speziellen Empfangsantenne empfangen und als elektrisches HF-Signal dem HF-Empfänger 4b zugeführt.
-
Das von dem HF-Empfänger 4b empfangene HF-Signal wird einer Auswerteinrichtung 8 zugeführt, die ausgebildet ist, um das reflektierte und empfangene HF-Signal mit dem ausgesendeten HF-Signal zu vergleichen und aus diesem Vergleich die Frequenz der Vibration des Reflektors in Bezug auf den HF-Sensor 4 zu bestimmen. Da die Vibrationsfrequenz des Reflektors eine Funktion der Drehzahl des Rotors ist, kann aus der Vibrationsfrequenz des Reflektors auf die Drehzahl des Rotors zurückgeschlossen werden.
-
Die auf diese Weise von der Auswerteinrichtung 8 bestimmte Drehzahl wird durch eine an der Auswerteinrichtung 8 vorgesehene Anzeigevorrichtung 8a angezeigt. Alternativ oder zusätzlich wird die ermittelte Drehzahl über eine Datenschnittstelle 8b an ein externes Diagnosegerät 12 übertragen. Diese Übertragung kann drahtgebunden über ein Datenkabel 14 oder drahtlos über eine Funkverbindung, die z. B. W-LAN- oder Bluetooth-Funkverbindung ausgebildet ist, durchgeführt werden.
-
Bei einer drahtgebundenen Datenübertragung kann die Messvorrichtung 2 über das Datenkabel 14 mit Strom versorgt werden. Bei einer drahtlosen Übertragung ist eine eigene Stromversorgung in der Messvorrichtung 2 vorzusehen. Um eine Kabelverbindung zur vermeiden und einen einfachen und bequemen mobilen Einsatz der Messvorrichtung 2 zur ermöglichen, kann die Messvorrichtung 2 insbesondere über in der 1 nicht gezeigte Akkus, die innerhalb der Messvorrichtung 2 angeordnet sind, mit Strom versorgt werden.
-
In einer Variante einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 weist die Messvorrichtung 2 einen weiteren Sensor 10 auf, der beispielsweise als Körperschallsensor 10 ausgebildet ist und im Betrieb derart angeordnet ist, dass er durch die zu messende Rotation erzeugten Körperschall aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt.
-
Das von dem zusätzlichen Sensor 10 abgegebene elektrische Signal wird der Auswerteinrichtung 8 zugeführt und zusätzlich zu dem von dem HF-Sensor 4 zugeführten Signal zur Bestimmung der Drehzahl herangezogen. Durch die Auswertung eines zusätzlichen Signals kann die Genauigkeit der Drehzahlbestimmung erhöht werden. Insbesondere können Mehrdeutigkeiten, die bei der Auswertung des HF-Signals auftreten können, z. B. wenn die Vibrationsfrequenz des Reflektors ein Vielfaches der Rotationsfrequenz ist, ausgeschlossen werden.
-
Die 2 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Messaufbaus.
-
Der HF-Sensor 4 weist einen HF-Sender 4a auf, der ein HF-Signal, insbesondere ein HF-Signal mit einer Frequenz von mehr als 1 GHz, erzeugt.
-
Das von dem HF-Sender 4a erzeugte HF-Signal wird über eine Weiche 4c der Antenne 6 zugeführt, welche eine hochfrequente elektromagnetische Welle 7 aussendet.
-
Die elektromagnetische Welle 7 breitet sich im Raum vor dem HF-Sensor 6 aus und wird von einem gegenüber der Antenne 6 angeordneten Reflektor 16 reflektiert. Wenn der in der 2 nicht gezeigte Rotor rotiert, vibriert der Reflektor 16 relativ zu dem HF-Sensor 4 mit einer Frequenz, die eine Funktion der Drehzahl des Rotors ist. Die von dem Reflektor 16 reflektierte elektromagnetische Welle 9 weist gegenüber der von der Antenne 6 ausgesendeten elektromagnetischen Welle 7 eine Phasenverschiebung und/oder eine Frequenzverschiebung (Dopplereffekt) auf.
-
Die von dem Reflektor 16 reflektierte elektromagnetische Welle 9 wird von der Antenne 6 empfangen und über die Weiche 4c dem HF-Empfänger 4b zugeführt.
-
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeweils eine eigene Antenne 6 zum Aussenden (Emittieren) der elektromagnetischen Welle 7 und zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Welle 9 vorgesehen. In diesem Fall kann auf die Weiche 6c verzichtet werden.
-
Das von dem Empfänger 4b empfangene Signal wird ebenso wie das von dem HF-Sender 4a erzeugte Signal der Auswerteinrichtung 8 zugeführt.
-
Die Auswerteinrichtung 8 ermittelt durch Vergleichen des von dem HF-Sender 4a erzeugten Signals mit dem von dem Empfänger 4b empfangenen Signal die Drehzahl des Rotors und gibt das Ergebnis auf der Anzeigevorrichtung 8a und/oder über die Datenschnittstelle 8b aus.
-
An der Auswerteinrichtung 8 kann eine in den Figuren nicht gezeigte Einstellvorrichtung vorgesehen sein, über die für den Fall, dass die Vibrationsfrequenz ein Vielfaches der Rotationsfrequenz (Drehzahl) ist, ein Umrechnungsfaktor einstellbar ist, um die korrekte Drehzahl zu berechnen. Der Umrechnungsfaktor kann sich beispielsweise aus Plausibilitätsbetrachtungen bzw. einer groben Schätzung und/oder Messung der Drehzahl mit einem anderen Verfahren ergeben.
-
Um die Drehzahl eines Motors erfindungsgemäß zu messen, wird der HF-Sensor 4 vorzugsweise an einer gut zugänglichen Stelle im Motorraum befestigt und so ausgerichtet, dass der Motor oder ein mit dem Motor fest verbundenes Teil, welches beim Betrieb des Motors mit der gleichen Frequenz wie der Motor selbst vibriert, als Reflektor 16 wirkt und eine von dem HF-Sensor 4 ausgesendete elektromagnetische Welle 7 reflektiert.
-
Alternativ kann der HF-Sensor 4 selbst am Motor befestigt und derart ausgerichtet werden, dass ein im Bezug auf die Vibration des Motors ruhender Bereich, z. B. ein Bereich der Karosserie, als Reflektor 16 wirkt.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das von der Auswerteinrichtung 8 über die Datenschnittstelle 8b ausgegebene Drehzahlsignal auch für Mess- und Regelzwecke von Maschinen bzw. Maschinenteilen nutzbar.
-
Mit dem vorgeschlagenen Messprinzip können auch Vibrationen und Beschleunigungen beliebiger Maschinen oder Maschinenteile erfasst und bestimmt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0863404 A1 [0006]
- US 5181232 [0007]
