EP2929358A1 - Verfahren zur überwachung einer rotation eines verdichterrades - Google Patents

Verfahren zur überwachung einer rotation eines verdichterrades

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Publication number
EP2929358A1
EP2929358A1 EP13780110.6A EP13780110A EP2929358A1 EP 2929358 A1 EP2929358 A1 EP 2929358A1 EP 13780110 A EP13780110 A EP 13780110A EP 2929358 A1 EP2929358 A1 EP 2929358A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor wheel
sensor
output signal
disturbance
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13780110.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Lerchenmueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2929358A1 publication Critical patent/EP2929358A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • G—PHYSICS
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • F05D2220/00—Application
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    • F05D2260/80—Diagnostics
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • Rotation properties are generally understood to be properties that describe the rotation of the rotating element at least partially. These may be, for example, angular velocities, rotational speeds, angular accelerations, rotational angles,
  • Angle positions or other properties that can characterize a continuous or discontinuous, uniform or non-uniform rotation or rotation of the rotating element act.
  • sensors are in Konrad Reif: sensors in the motor vehicle, 1. Edition 2010, described on pages 63 to 73 and 120 to 129.
  • Konrad Reif sensors in the motor vehicle, 1. Edition 2010, described on pages 63 to 73 and 120 to 129.
  • Speed sensing To detect, for example, a turbocharger speed, the speed of the
  • Compressor wheel of the turbocharger via a detection of the individual moving
  • Compressor blades are determined.
  • sensors can be used, which is based on a passive-inductive measuring principle.
  • the compressor blades following a rotational movement are guided through a stationary primary magnetic field, whereby eddy currents are caused in known manner in the compressor blades, preferably made of light metal, which again generate their own, so-called secondary magnetic field.
  • secondary magnetic field Due to the secondary magnetic field, a periodic, time-varying induction current is generated in the region of the sensor, which usually has a coil as a sensor element, which can be used by the sensor as an output signal, for example for calculating the rotational speed of the compressor wheel.
  • the induced in the coil of the sensor head alternating current is usually dependent on, for example, the speed of the passing compressor blades, the strength of the material-specific vortex field of the
  • Compressor blades the distance between the compressor blades with each other and also the distance between the compressor blades to the sensor head.
  • high reliability requirements are placed on a function of the vehicle, since a failure, in particular due to a failure of an exhaust gas turbocharger, is usually associated with a time-consuming repair and an equally time-consuming loss of use of the vehicle. This has negative economic consequences in the case of the usually commercial use of the vehicles.
  • the proposed method is used to monitor a rotation of a
  • Compressor wheel of an exhaust gas turbocharger has a
  • a sensor is used for detecting at least one rotational property of the compressor wheel.
  • the sensor is preferably an inductive sensor, which according to the prior art, for example, a magnetic field generator for generating a magnetic field at the location of the blades of the compressor wheel, and a
  • Magnetic sensor for example in the form of a coil may include.
  • the sensor according to the invention generates as a function of
  • the output signal of the sensor can preferably be an AC signal and / or AC signal.
  • Measuring method of the sensor is preferably a sinusoidal AC, or
  • the output signal generated in this way has a so-called fundamental oscillation with a frequency which corresponds to the product of the number n of blades of the compressor wheel multiplied by the current rotational speed of the compressor wheel.
  • This fundamental frequency can also be called
  • Increment frequency are understood, ie as the frequency of the detected magnetic events.
  • the method according to the invention further provides that further comprises at least one modulation of the output signal, in particular of an additive one
  • Amplitude modulation information about a malfunction of the compressor wheel is taken.
  • the output signal in addition to the sine wave generated as a function of the fundamental frequency of a additional sub-signal is superimposed additively with a frequency different from the fundamental frequency. Accordingly, it is now proposed that by using known demodulation and / or filtering methods to extract the modulated signal from the output signal and / or to separate it from the fundamental to be able to extract information about a disturbance of the compressor wheel from the extracted signal.
  • Probability of disturbance of the rotation can be made.
  • a possible present disturbance can be detected early by a simultaneous evaluation of the output signal of the sensor and corresponding further steps for avoiding a deterioration of the fault condition can be initiated.
  • the simultaneous evaluation of the output signal of the sensor as well as, for example, an evaluation to obtain the speed to already known
  • the extracted information about a disturbance of the compressor wheel may preferably be an information about a type of disturbance or an information about a degree of the disturbance.
  • the information about the type and / or the degree of the disturbance can be further advantageously used to more accurately estimate a damage or disturbance which is still in progress, or an already existing disturbance with regard to a temporary and / or permanent failure of the compressor wheel and / or the Turbocharger serve.
  • the imbalance compressor wheel no longer has a rotationally symmetric mass distribution and performs a swinging in the radial direction movement. Due to this movement, which oscillates radially relative to the axis of rotation of the compressor wheel, the distance between the outer contour of the blades or the compressor wheel and the inductive sensor varies proportionally.
  • the induction current used as the measured variable or the induction voltage directly depends on the strength of the magnetic vortex field and thus, as is known, also on the distance, in particular between the blades and the head end of the sensor pointing in the direction of the compressor wheel depends. This thus periodically approaching and removing one or more blades of the
  • Compressor wheel to the sensor thus has a substantial effect on the amplitude of the respective blade corresponding to the excursion of the exemplary induction current.
  • the fundamental frequency corresponds to n times the rotational speed of the compressor wheel. This is promoted in particular by the fact that the compressor wheel has a number n of blades.
  • the output signal of the sensor is preferably examined for a modulation of the output signal, in particular in the range of a frequency with one to two times the nth part of the fundamental frequency. In particular, from the ratio of the frequency of the modulated signal component to the fundamental frequency can be closed on a kind and / or a degree of the disorder.
  • the type and / or the degree of the disturbance is determined as a function of an instantaneous value and / or a change in the amplitude of the output signal.
  • a course of the change of the maxima and minima of a curve of the output signal is preferably used to determine the type and / or the degree of the disturbance.
  • the rotational speed of the rotating element is reduced and / or limited as a function of the type and / or the degree of the determined disturbance.
  • the possibility is created in an advantageous manner to prevent deterioration of the fault or even a total failure of the turbocharger.
  • an audible and / or audible warning signal which is perceptible, for example, to the driver of a motor vehicle, is generated, and this can be notified in advance of the disturbance. This would allow the driver of the motor vehicle to arrive on time For example, to go to a repair shop to eliminate the disturbance and any causes of the fault.
  • the inventively proposed device for monitoring a rotation of a compressor wheel has at least one sensor for detecting at least one
  • the sensor is an inductive sensor.
  • the sensor generates at least one output signal as a function of the eddy currents generated by passing the blades past the sensor.
  • the inventively proposed device further comprises at least one evaluation unit for evaluating the output signal.
  • the proposed device is further configured to perform the method described above, in particular to at least one modulation of the output signal, in particular a
  • Amplitude modulation to take information about a malfunction of the compressor wheel.
  • the evaluation unit has a demodulator, in particular an envelope demodulator, wherein the demodulator is set up to output from the demodulator
  • an envelope detector or an envelope detector has the particular advantage that it can be implemented in the evaluation unit in a particularly simple manner by providing a corresponding electrical circuit.
  • the device and / or the evaluation unit with a motor control in particular via corresponding electrical lines and further the device is arranged to generate a warning signal depending on the nature and / or degree of the disturbance.
  • the warning signal is an analog or digital warning signal, and this is transmitted from the device and / or the evaluation unit to the engine control.
  • the evaluation unit comprises a fault memory or is connected to a fault memory of a motor controller and the device is also set up to make an entry about the fault in the fault memory.
  • this may result in the advantage that an entry can be made repeatedly over a possibly continuous fault in the fault memory at certain time intervals. From this it is also advantageously created the possibility that, for example, a motor mechanic can read the error memory electronically and thus receives more information about the nature and / or the degree of disturbance in order to save time as possible and thus cost-saving.
  • the device can be set up in an advantageous manner, depending on the type and / or the degree of disturbance, the speed of the
  • Compressor wheel to prevent further deterioration of the fault condition.
  • the device reduces the speed of the compressor wheel due to a disturbance and possibly temporally limited, it may be provided accordingly that a possibly made by the device permanent limitation of the speed of the compressor wheel only after a successful maintenance and / or Repair of the
  • Fig. 1 shows a schematic structure of an embodiment of the device proposed by the invention
  • Fig. 2 is a graphically illustrated waveform of a detected
  • FIG. 1 is a possible embodiment of a device 10 for monitoring a rotation of a compressor wheel 12, in particular one
  • Compressor 12 of a turbocharger as well as to carry out the proposed method according to the invention, wherein the compressor wheel 12 circumferentially having a number n of blades 14.
  • the device 10 comprises at least one sensor 16, preferably an inductive sensor 16, for detecting at least one rotational property of the compressor wheel 12.
  • the compressor wheel 12 rotates for this purpose preferably about the axis of rotation 18th
  • the sensor 14 generates at least one output signal 20 as a function of the eddy currents generated by passing the blades 14, the device 10 furthermore having at least one evaluation unit 22 for evaluating the output signal 20.
  • the evaluation of the output signal 20 can be closed from a fundamental frequency of the output signal 20 to the rotational property, in particular the speed of the compressor wheel 12.
  • the evaluation unit 22 is set up in particular from at least one modulation of the output signal 20,
  • the device 10 is further preferably arranged in a compressor housing 24.
  • the illustration of FIG. 1 can be seen in particular that the on a
  • Compressor 12 arranged blades 14 are guided in their common movement about the rotation axis 18 in the region of a housing portion 26 of the compressor housing 24 on the end face of the sensor 16.
  • This is in particular a Magnetic field generated by the magnetic field generator 28 of the sensor 16 captured by the preferably made of light metal blades 14. Due to their movement substantially perpendicular to the orientation of the magnetic field, the magnetic field lines guided by the pole pin 30 to the magnetic field generator 28 are influenced such that a fluctuation of the magnetic flux within the pole pin 30 induces a current in the coil 32 surrounding the pole pin 30.
  • This induction current generated in the coil 32 can be detected by the sensor 16 and optionally directly as an output signal 20 of the sensor 16 or to the
  • FIG. 1 The illustration of FIG. 1 can also be seen that the evaluation unit 22 of the device 10 is preferably connected by lines 34 to the sensor 16. Via the lines 34, the output signal 20 of the sensor 16 is transmitted to the evaluation unit 22. Likewise, it is shown in FIG. 1 that the device 10 is preferably connected to a motor control 36 and, if appropriate, can make entries in a fault memory, not shown, of the engine control 36. Different
  • the engine controller 36 may be configured to read the evaluated output signals 20 from the evaluation unit 22 and make a corresponding entry in the error memory of the engine controller 36 in the event of a detected fault.
  • FIG. 2 is a corresponding curve of a measured output signal 20 of a sensor 16 for detecting at least one
  • the measured output signal 20 in this case has a frequency, in particular a fundamental frequency, which, the
  • Increment frequency corresponds.
  • the increment frequency merely indicates how many individual magnetic events generated by the passage of the blades 14 of the compressor wheel 12 could be detected.
  • the fundamental frequency preferably corresponds to n times the rotational speed of the compressor wheel 12, where n is the constant number of blades 14 of the compressor wheel 12.
  • the sensor 16 further preferred underlying inductive measuring principle, there is a clear proportional dependence between the peak values 38 of the excursions of the output signal 20 and the distance between the respective passing blades 14 of the compressor wheel 12 and the sensor 16, in particular one possibly in a head portion of the Sensor 16 arranged pole pin 30 and / or a preferred coil 32, even.
  • the individual deflections vary in their peak values 38. From this, it is possible to deduce a changing distance between the sensor 16 and the blades 14 guided past.
  • a further curve is drawn below the curve for the output signal 20, which corresponds to the modulated signal 40.
  • the modulated signal 40 corresponds to a so-called enveloping curve of the output signal 20.
  • the modulated signal 40 may in this case in particular have a frequency in the range of the rotational speed of the compressor wheel 12.
  • the modulated signal 40 may have a frequency in the range of the n-th part of the fundamental frequency of the output signal 20.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades (12), insbesondere eines Verdichterrades (12) eines Abgasturboladers, sowie eine Vorrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass das Verdichterrad (12) umfangsseitig eine Anzahl n an Schaufeln (14) aufweist, wobei ein Sensor (16) zur Erfassung wenigstens einer Rotationseigenschaft des Verdichterrades (12), speziell der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl, vorgesehen ist, wobei der Sensor (16) ein induktiver Sensor (16) ist, wobei der Sensor (16) in Abhängigkeit der durch Vorbeiführen der Schaufeln (14) erzeugten Wirbelströme mindestens ein Ausgangssignal (20) erzeugt, wobei aus einer Grundfrequenz des Ausgangssignals (20) auf die Rotationseigenschaft, insbesondere die Drehzahl, des Verdichterrades (12) geschlossen wird, wobei weiterhin aus mindestens einer Modulation des Ausgangssignals (20), insbesondere einer Amplitudenmodulation, eine Information über eine Störung des Verdichterrades (12) entnehmbar ist. Insbesondere kann eine Unwucht des Verdichterrades erkannt werden.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades
Stand der Technik
In Personenkraftwagen- sowie Nutzkraftwagen-Anwendungen werden zur
Effizienzsteigerung der Motorleistung zunehmend Abgasturbolader eingesetzt. Nach heutigem Stand weisen bereits mit steigender Tendenz ca. 30 % der Nutzkraftwagen einen Abgasturbolader auf. Bekanntermaßen werden derartige Anwendungen von Abgasturboladern zur Sicherung und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie zwecks einer besseren Ausnutzung der Systemgrenzen eingesetzt. Zur Überwachung der Abgasturbolader werden hierbei üblicherweise Sensoren eingesetzt, welche die Rotation beispielsweise der in dem Abgasturbolader rotierenden Turbinenräder oder
Verdichterräder überwachen. Bei Bi-Turbo-Systemen oder Registeraufladung werden die Sensoren auch zur Reglung des Abgassystems und/oder zur Gleichstellung der Turbolader benötigt.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoren bekannt, welche mindestens eine Rotationseigenschaft rotierender Elemente, wie beispielsweise dem Verdichterrad oder dem Verdichterrad eines Abgasturboladers, erfassen. Unter Rotationseigenschaften sind dabei allgemein Eigenschaften zu verstehen, welche die Rotation des rotierenden Elements zumindest teilweise beschreiben. Hierbei kann es sich beispielsweise um Winkelgeschwindigkeiten, Drehzahlen, Winkelbeschleunigungen, Drehwinkel,
Winkelstellungen oder andere Eigenschaften handeln, welche eine kontinuierliche oder diskontinuierliche, gleichförmige oder ungleichförmige Rotation oder Drehung des rotierenden Elements charakterisieren können. Beispiele derartiger Sensoren sind in Konrad Reif: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1 . Auflage 2010, auf den Seiten 63 bis 73 und 120 bis 129 beschrieben. Ein besonderer Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung, auf welche die Erfindung jedoch grundsätzlich nicht beschränkt ist, liegt in einer
Drehzahlerfassung. Zur Erfassung beispielsweise einer Turbolader-Drehzahl kann die Drehzahl des
Verdichterrades des Turboladers über eine Detektion der einzelnen bewegten
Verdichterschaufeln ermittelt werden. Hierzu können beispielsweise Sensoren zum Einsatz gelangen, welchen ein passiv-induktives Messprinzip zu Grunde liegt. Nach diesem Messprinzip werden die einer Rotationsbewegung folgenden Verdichterschaufeln durch ein stationäres primäres Magnetfeld geführt, wodurch in bekannter Weise in den bevorzugt aus Leichtmetall gefertigten Verdichterschaufeln Wirbelströme hervorgerufen werden, welche abermals ein eigenes, so genanntes sekundäres Magnetfeld erzeugen. Durch das sekundäre Magnetfeld wird im Bereich des Sensors, welcher üblicherweise eine Spule als Sensorelement aufweist, ein mit der Rotation der Verdichterschaufeln periodischer, sich zeitlich verändernder Induktionsstrom erzeugt, welcher von dem Sensor als Ausgangssignal beispielsweise zur Berechnung der Drehzahl des Verdichterrades verwendet werden kann. Der in der Spule des Sensorkopfes induzierte Wechselstrom ist üblicherweise abhängig von beispielsweise der Geschwindigkeit der vorbeilaufenden Verdichterschaufeln, der Stärke des Material-spezifischen Wirbelfeldes der
Verdichterschaufeln, dem Abstand zwischen den Verdichterschaufeln untereinander sowie auch der Abstand zwischen den Verdichterschaufeln zum Sensorkopf. Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich werden hohe Zuverlässigkeitsanforderungen an eine Funktion des Fahrzeugs gestellt, da ein Ausfall, insbesondere aufgrund eines Versagens eines Abgasturboladers, meist mit einer zeitaufwendigen Reparatur und einem gleichermaßen zeitaufwendigen Nutzungsausfall des Fahrzeugs verbunden ist. Dieser hat bei der üblicherweise gewerblichen Nutzung der Fahrzeuge negative wirtschaftliche Folgen.
Demnach besteht nicht nur die Notwendigkeit der Überwachung und Sicherung einer aktuellen Funktionstüchtigkeit des Turboladers, vielmehr sind weiterhin eine Prognose der Ausfallwahrscheinlichkeit sowie eine hierauf basierende frühzeitige Warnung vor einem Ausfall des Turboladers erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Verfahren zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades, insbesondere eines Verdichterrades eines Abgasturboladers, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, die gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen den Vorteil aufweisen, dass eine Aussage oder Prognose über die
Wahrscheinlichkeit einer Störung der Rotation ermöglicht wird. Das vorgeschlagene Verfahren dient der Überwachung einer Rotation eines
Verdichterrades eines Abgasturboladers. Das Verdichterrad weist hierbei eine
vorbestimmte Anzahl n an umfangsseitig angeordneten Schaufeln auf, wobei n eine ganze Zahl ist. Ferner gelangt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Sensor zur Erfassung wenigstens einer Rotationseigenschaft des Verdichterrades zum Einsatz. Bei dem Sensor handelt es sich bevorzugt um einen induktiven Sensor, welcher nach dem Stand der Technik beispielsweise einen Magnetfelderzeuger zur Erzeugung eines magnetischen Feldes am Ort der Schaufeln des Verdichterrades, sowie einem
Magnetsensor, beispielsweise in Form einer Spule, umfassen kann. Nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt der Sensor in Abhängigkeit der durch
Vorbeiführen der Schaufeln erzeugten Wirbelströme mindestens ein Ausgangssignal. Bei dem Ausgangssignal des Sensors kann es sich bevorzugt um ein Wechselstromsignal und/oder Wechselspannungssignal handeln.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird weiterhin von einer Grundfrequenz des Ausgangssignals auf die Rotationseigenschaft, insbesondere die Drehzahl des
Verdichterrades geschlossen. Gemäß dem zu Grunde liegenden induktiven
Messverfahren des Sensors wird bevorzugt ein sinusförmiges Wechselstrom-, bzw.
Wechselspannungssignal erzeugt, welches in Abhängigkeit der Vorbeiführung einer jeden Schaufel des Verdichterrads am Sensor einen positiven oder negativen Ausschlag des Ausgangssignals erzeugt. Das auf diese Weise generierte Ausgangssignal weist demnach eine sogenannte Grundschwingung mit einer Frequenz auf, welche dem Produkt aus der Anzahl n an Schaufeln des Verdichterrades multipliziert mit der aktuellen Drehzahl des Verdichterrades entspricht. Diese Grundfrequenz kann auch als
Inkrementfrequenz verstanden werden, also als die Frequenz der erfassten magnetischen Ereignisse.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht es weiter vor, dass weiterhin aus mindestens einer Modulation des Ausgangssignals, insbesondere einer additiven
Amplitudenmodulation, eine Information über eine Störung des Verdichterrades entnommen wird. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Ausgangssignal neben der in Abhängigkeit der Grundfrequenz generierten Sinusschwingung von einem weiteren Teilsignal mit einer von der Grundfrequenz verschiedenen Frequenz additiv überlagert ist. Demnach wird nunmehr vorgeschlagen, dass durch Anwendung bekannter Demodulationsverfahren und/oder Filterverfahren das aufmodulierte Signal aus dem Ausgangssignal zu extrahieren und/oder dieses von der Grundschwingung zu separieren, um dem extrahierten Signal eine Information über eine Störung des Verdichterrades entnehmen zu können.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird in besonders vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, dass eine Aussage oder Prognose über die
Wahrscheinlichkeit einer Störung der Rotation getroffen werden kann. Insbesondere, da durch eine zeitgleiche Auswertung des Ausgangssignals des Sensors eine etwaige vorliegende Störung frühzeitig erkannt werden kann und entsprechende weitere Schritte zur Vermeidung einer Verschlechterung des Störungszustands eingeleitet werden können. Die simultane Auswertung des Ausgangssignals des Sensors kann ebenso wie beispielsweise einer Auswertung zur Gewinnung der Drehzahl auf bereits bekannte
Methoden der Signalaufbereitung und Signalverarbeitung zurückgegriffen werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann es sich bei der entnommenen Information über eine Störung des Verdichterrades bevorzugt um eine Information über eine Art der Störung oder aber um eine Information über einen Grad der Störung handeln. Die Information über die Art und/oder den Grad der Störung kann in weiter vorteilhafter Weise zur genaueren Abschätzung einer noch im Entstehen befindlichen Beschädigung oder Störung, oder einer bereits vorliegenden Störung im Hinblick auf einen temporären und/oder endgültigen Ausfall des Verdichterrades und/oder des Turboladers dienen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens, ergeben sich, wenn die Störung eine Unwucht des Verdichterrades ist, die weiteren Vorteile, dass das rotierende
Verdichterrad aufgrund der Unwucht keine rotationssymmetrische Massenverteilung mehr aufweist und eine in radiale Richtung schwingende Bewegung ausführt. Aufgrund dieser radial zur Rotationsachse des Verdichterrades schwingenden Bewegung variiert proportional hierzu der Abstand zwischen der äußeren Kontur der Schaufeln, bzw. des Verdichterrades und dem induktiven Sensor. Da wie bereits eingangs beschrieben, bei dem passiv-induktiven Messprinzip der als Messgröße genutzte Induktionsstrom, bzw. die Induktionsspannung direkt von der Stärke des magnetischen Wirbelfeldes und somit bekanntermaßen auch von dem Abstand insbesondere zwischen den Schaufeln und den in Richtung des Verdichterrades weisenden Kopfende des Sensors abhängt. Dieses folglich periodische Annähern und Entfernen einer oder mehrerer Schaufeln des
Verdichterrades zum Sensor wirkt sich folglich im Wesentlichen auf die Amplitude des der jeweiligen Schaufel entsprechenden Ausschlags des beispielsweisen Induktionsstroms aus. Diese Änderungen, bzw. Varianzen in der Amplitude der jeweiligen Signalausschläge des Induktionsstroms lassen sich auf einfache Weise detektieren, wodurch in vorteilhafter Weise eine Erkennung einer Störung, insbesondere einer Unwucht des Verdichterrades ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann es besonders von Vorteil sein, wenn die Grundfrequenz dem n-fachen der Drehzahl des Verdichterrades entspricht. Dies wird insbesondere dadurch begünstigt, dass das Verdichterrad eine Anzahl n an Schaufeln aufweist. Weiterhin wird hierbei bevorzugt, das Ausgangssignal des Sensors auf eine Modulation des Ausgangssignals hin untersucht, insbesondere im Bereich einer Frequenz mit dem Ein- bis Zweifachen des n-ten Teil der Grundfrequenz. Insbesondere aus dem Verhältnis der Frequenz des aufmodulierten Signalanteils zu der Grundfrequenz kann auf eine Art und/oder einen Grad der Störung geschlossen werden.
Darüber hinaus kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens besonders von Vorteil sein, wenn in Abhängigkeit eines Momentanwertes und/oder einer Änderung der Amplitude des Ausgangssignals, die Art und/oder der Grad der Störung ermittelt wird. Bevorzugt wird hierbei ein Verlauf der Änderung der Maxima und Minima einer Kurve des Ausgangssignals zur Ermittlung der Art und/oder des Grades der Störung herangezogen.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass bei Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens in Abhängigkeit von der Art und/oder des Grades der ermittelten Störung die Drehzahl des rotierenden Elements reduziert und/oder begrenzt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, einer Verschlechterung der Störung oder sogar ein Totalausfall des Turboladers zu verhindern.
Alternativ oder zusätzlich kann es hierbei vorgehsehen sein, dass ein beispielsweise für den Führer eines Kraftfahrzeuges wahrnehmbares optisches und/oder akustisches Warnsignal erzeugt wird, und dieser frühzeitig über die Störung in Kenntnis gesetzt werden kann. Hierdurch würde es dem Führer des Kraftfahrzeugs ermöglicht, rechtzeitig beispielsweise eine Reparaturwerkstatt anzufahren, um die Störung sowie auch etwaige Ursachen der Störung beseitigen zu lassen.
Weiterhin wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens beschrieben und vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades weist mindestens einen Sensor zur Erfassung wenigstens einer
Rotationseigenschaft des Verdichterrades auf, wobei der Sensor ein induktiver Sensor ist. Der Sensor erzeugt hierbei in Abhängigkeit der durch Vorbeiführen der Schaufeln an dem Sensor erzeugten Wirbelströme mindestens ein Ausgangssignal. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Ausgangssignals. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist weiterhin eingerichtet, um das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen, insbesondere um aus mindestens einer Modulation des Ausgangssignals, insbesondere einer
Amplitudenmodulation, eine Information über eine Störung des Verdichterrades zu entnehmen.
Hieraus ergeben sich dieselben Vorteile wie in dem zuvor beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit einen Demodulator, insbesondere einen Hüllkurven- Demodulator, aufweist, wobei der Demodulator eingerichtet ist, um aus dem
Ausgangssignal ein demoduliertes Signal zu erzeugen und dem demodulierten Signal eine Information über die Störung des Verdichterrades zu entnehmen. Durch die
Demodulation, insbesondere durch eine Hüllkurvendetektion, kann ein durch die Störung des Verdichterrades hervorgerufenes Signal erzeugt werden, welches im Sensor beispielsweise aus einer additiven Amplitudenmodulation des Signals und einem störungsfreien Messsignals erzeugt wird. Des Weiteren bietet ein Hüllkurvendemodulator oder ein Hüllkurvendetektor insbesondere den Vorteil, dass dieser in der Auswerteeinheit auf besonders einfache Weise durch das Vorsehen einer entsprechenden elektrischen Schaltung realisiert werden kann. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung und/oder die Auswerteeinheit mit einer Motorsteuerung insbesondere über entsprechende elektrische Leitungen verbunden ist und ferner die Vorrichtung eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Grad der Störung ein Warnsignal zu erzeugen. Ergänzend hierzu, kann es weiter von Vorteil sein, wenn das Warnsignal ein analoges oder digitales Warnsignal ist, und dieses von der Vorrichtung und/oder der Auswerteeinheit an die Motorsteuerung übertragen wird.
Weiterhin kann es bei einer möglichen Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit einen Fehlerspeicher umfasst oder mit einem Fehlerspeicher einer Motorsteuerung verbunden ist und die Vorrichtung darüber hinaus eingerichtet ist, um einen Eintrag über die Störung im Fehlerspeicher vorzunehmen. Insbesondere kann sich hieraus der Vorteil ergeben, dass ein Eintrag über eine ggf. fortdauernde Störung im Fehlerspeicher in bestimmten Zeitintervallen wiederholt vorgenommen werden kann. Hieraus wird ferner in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, dass beispielsweise ein KFZ-Mechaniker den Fehlerspeicher elektronisch auslesen kann und somit weitere Informationen über die Art und/oder den Grad der Störung erhält, um diese möglichst zeitsparend und somit auch kostensparend beheben zu können. Alternativ oder ergänzend hierzu kann in vorteilhafter Weise die Vorrichtung weiter eingerichtet sein, um in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Grad der Störung die Drehzahl des
Verdichterrades zu reduzieren und/oder zu begrenzen. Hierdurch wird ein unmittelbares Eingreifen der Vorrichtung ermöglicht, welches in Abhängigkeit im Wesentlichen des Grades der Störung eine Reduzierung der Drehzahl des Verdichterrades vornimmt, um insbesondere eine Zerstörung und einen Totalausfall des Verdichterrades zu verhindern und ggf. durch eine weitere vorgenommene Begrenzung der Drehzahl des
Verdichterrades eine weitere Verschlechterung des Störungszustandes zu verhindern. In dem Falle, dass die Vorrichtung aufgrund einer Störung die Drehzahl des Verdichterrades reduziert und ggf. zeitlich fortdauernd begrenzt, kann es entsprechend vorgesehen sein, dass eine ggf. von der Vorrichtung vorgenommene dauerhafte Begrenzung der Drehzahl des Verdichterrades erst nach einer erfolgten Wartung und/oder Reparatur des
Verdichterrades und insbesondere der Beseitigung der Störung durch einen KFZ- Fachmann, die Begrenzung ebenfalls von diesem zurückgesetzt, bzw. aufgehoben werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 Einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung, und
Fig. 2 einen graphisch dargestellten Signalverlauf eines erfassten
Ausgangssignals eines Turboladers mit starker Unwucht.
Ausführungsformen der Erfindung
Der Darstellung von Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades 12, insbesondere eines
Verdichterrades 12 eines Turboladers, sowie zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zu entnehmen, wobei das Verdichterrad 12 umfangsseitig eine Anzahl n an Schaufeln 14 aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 mindestens einen Sensor 16, bevorzugt ein induktiver Sensor 16, zur Erfassung wenigstens einer Rotationseigenschaft des Verdichterrades 12. Das Verdichterrad 12 rotiert hierzu bevorzugt um die Rotationsachse 18.
Der Sensor 14 erzeugt in Abhängigkeit der durch Vorbeiführen der Schaufeln 14 erzeugten Wirbelströme mindestens ein Ausgangssignal 20, wobei die Vorrichtung 10 weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit 22 zur Auswertung des Ausgangssignals 20 aufweist. Bei der Auswertung des Ausgangssignals 20 kann aus einer Grundfrequenz des Ausgangssignals 20 auf die Rotationseigenschaft, insbesondere die Drehzahl, des Verdichterrades 12 geschlossen werden kann. Die Auswerteeinheit 22 ist insbesondere dazu eingerichtet, aus mindestens einer Modulation des Ausgangssignals 20,
insbesondere einer Amplitudenmodulation, eine Information über eine Störung des Verdichterrades 12 zu entnehmen.
Die Vorrichtung 10 ist weiter bevorzugt in einem Verdichtergehäuse 24 angeordnet. Der Darstellung von Fig. 1 ist hierbei insbesondere zu entnehmen, dass die an einem
Verdichterrad 12 angeordneten Schaufeln 14 bei ihrer gemeinsamen Bewegung um die Rotationsachse 18 im Bereich eines Gehäuseabschnitts 26 des Verdichtergehäuses 24 an der Stirnfläche des Sensors 16 vorbeigeführt werden. Hierbei wird insbesondere ein von dem Magnetfelderzeuger 28 des Sensors 16 erzeugtes Magnetfeld von den bevorzugt aus Leichtmetall bestehenden Schaufeln 14 eingefangen. Aufgrund ihrer Bewegung im Wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung des Magnetfeldes werden die durch den Polstift 30 zu dem Magnetfelderzeuger 28 geleiteten magnetischen Feldlinien derart beeinflusst, dass eine Schwankung des magnetischen Flusses innerhalb des Polstiftes 30 einen Strom in dem den Polstift 30 umschließenden Spule 32 induziert. Dieser in der Spule 32 erzeugte Induktionsstrom kann von dem Sensor 16 erfasst werden und wahlweise unmittelbar als Ausgangssignal 20 des Sensors 16 oder aber zur
Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals 20 genutzt werden.
Der Darstellung von Fig. 1 ist ebenso zu entnehmen, dass die Auswerteeinheit 22 der Vorrichtung 10 bevorzugt durch Leitungen 34 mit dem Sensor 16 verbunden ist. Über die Leitungen 34 wird das Ausgangssignal 20 des Sensors 16 an die Auswerteeinheit 22 übertragen. Ebenso ist in Fig. 1 dargestellt, dass die Vorrichtung 10 bevorzugt mit einer Motorsteuerung 36 in Verbindung steht und gegebenenfalls Einträge in einem nicht dargestellten Fehlerspeicher der Motorsteuerung 36 vornehmen kann. Anders
ausgedrückt, kann die Motorsteuerung 36 eingerichtet sein, um die ausgewerteten Ausgangssignale 20 von der Auswerteeinheit 22 auszulesen und im Falle einer erfassten Störung einen entsprechenden Eintrag in dem Fehlerspeicher der Motorsteuerung 36 vorzunehmen.
In der Darstellung von Fig. 2 ist ein entsprechender Kurvenverlauf eines gemessenen Ausgangssignals 20 eines Sensors 16 zur Erfassung wenigstens einer
Rotationseigenschaft des Verdichterrades 12 gezeigt. Das gemessene Ausgangssignal 20 weist hierbei eine Frequenz, insbesondere eine Grundfrequenz, auf, welche der
Inkrementfrequenz entspricht. Die Inkrementfrequenz gibt lediglich an, wie viele einzelne, durch das Vorbeiführen der Schaufeln 14 des Verdichterrades 12 erzeugte magnetische Ereignisse erfasst werden konnten. Somit entspricht die Grundfrequenz bevorzugt dem n- fachen der Drehzahl des Verdichterrades 12, wobei n die konstante Anzahl der Schaufeln 14 des Verdichterrades 12 ist. Aufgrund des dem Sensor 16 weiter bevorzugt zugrunde liegenden induktiven Messprinzips, besteht eine eindeutige proportionale Abhängigkeit zwischen den Spitzenwerten 38 der Ausschläge des Ausgangssignals 20 und der Entfernung zwischen den jeweiligen vorbeigeführten Schaufeln 14 des Verdichterrads 12 und dem Sensor 16, insbesondere einem möglicherweise in einem Kopfbereich des Sensors 16 angeordneten Polstift 30 und/oder einer bevorzugten Spule 32, selbst. Wie der Darstellung von Fig. 2 weiterhin entnommen werden kann, variieren die einzelnen Ausschläge in ihren Spitzenwerten 38. Hieraus kann auf einen sich verändernden Abstand zwischen dem Sensor 16 und den vorbeigeführten Schaufeln 14 geschlossen werden. Wie in Fig. 2 weiter gezeigt ist, ist unterhalb der Kurve für das Ausgangssignal 20 eine weitere Kurve eingezeichnet, welche dem aufmodulierten Signal 40 entspricht.
Zugleich entspricht das aufmodulierte Signal 40 einer sogenannten einhüllenden Kurve des Ausgangssignals 20. Das aufmodulierte Signal 40 kann hierbei insbesondere eine Frequenz im Bereich der Drehzahl des Verdichterrades 12 aufweisen. Anders
ausgedrückt, kann das aufmodulierte Signal 40 insbesondere eine Frequenz im Bereich des n-ten Teils der Grundfrequenz des Ausgangssignals 20 aufweisen. Dies
insbesondere dann, wenn sich eine Störung, insbesondere eine Unwucht, beispielsweise durch eine Verlagerung des Massenschwerpunktes des Verdichterrades 12 ergibt, unabhängig davon, ob das durch eine einzelne oder mehrere Beschädigungen verursacht ist.
Bei möglichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann es
insbesondere vorgesehen sein, dass aus dem Spitze-Spitze-Wert 42 des aufmodulierten Signals 40 auf die Varianz des Abstandes zwischen Sensor 16 und den vorbeigeführten Schaufeln 14 und weiter daraus folgend eine Stärke der Störung, insbesondere einer Unwucht, oder aber auf die Stärke der Verlagerung des Massen Schwerpunktes geschlossen werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades (12), insbesondere eines Verdichterrades (12) eines Abgasturboladers, wobei das Verdichterrad (12) umfangsseitig eine Anzahl n an Schaufeln (14) aufweist, wobei ein Sensor (16) zur Erfassung wenigstens einer Rotationseigenschaft des Verdichterrades (12) vorgesehen ist, wobei der Sensor (16) ein induktiver Sensor (16) ist, wobei der Sensor (16) in Abhängigkeit der durch Vorbeiführen der Schaufeln (14) erzeugten Wirbelströme mindestens ein Ausgangssignal (20) erzeugt, wobei aus einer
Grundfrequenz des Ausgangssignals (20) auf die Rotationseigenschaft, insbesondere die Drehzahl, des Verdichterrades (12) geschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass weiterhin aus mindestens einer Modulation des Ausgangssignals (20), insbesondere einer Amplitudenmodulation, eine Information über eine Störung des
Verdichterrades (12) entnehmbar ist.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Information über die
Störung insbesondere eine Information über eine Art und/oder einen Grad der Störung umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Störung eine
Unwucht des Verdichterrades (12) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundfrequenz das n-fache der Drehzahl des Verdichterrades (12) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit eines Momentanwertes und/oder einer Änderung der Amplitude des Ausgangssignals (20), die Art und/oder der Grad der Störung ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von der Art und/oder des Grades der ermittelten Störung die Drehzahl des rotierenden Elements reduziert und/oder begrenzt wird.
7. Vorrichtung (10) zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades (12), wobei die Vorrichtung (10) mindestens einen Sensor (16) zur Erfassung wenigstens einer Rotationseigenschaft des Verdichterrades (12) aufweist, wobei der Sensor (16) ein induktiver Sensor (16) ist, wobei der Sensor (16) in Abhängigkeit der durch
Vorbeiführen der Schaufeln (14) erzeugten Wirbelströme mindestens ein
Ausgangssignal (20) erzeugt, wobei die Vorrichtung (10) weiterhin mindestens eine Auswerteeinheit (22) zur Auswertung des Ausgangssignals (20) aufweist, wobei die
Vorrichtung (10) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
8. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteeinheit (22) einen Demodulator, insbesondere einen Hüllkurvendemodulator, aufweist, wobei der Demodulator eingerichtet ist, um aus dem Ausgangssignal (20) ein demoduliertes Signal (40) zu erzeugen und dem demodulierten Signal (40) eine Information über die Störung des Verdichterrades (12) zu entnehmen.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Auswerteeinheit (22) mit einer Motorsteuerung (36) verbunden ist, wobei die
Vorrichtung (10) eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von der Art und/oder dem Grad der Störung ein Warnsignal zu erzeugen.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Auswerteeinheit (22) einen Fehlerspeicher umfasst oder mit einem Fehlerspeicher einer Motorsteuerung (36) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (20) eingerichtet ist, um einen Eintrag über die Störung im Fehlerspeicher vorzunehmen.
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