WO2006029965A1 - Abgasturbolader - Google Patents

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WO2006029965A1
WO2006029965A1 PCT/EP2005/054331 EP2005054331W WO2006029965A1 WO 2006029965 A1 WO2006029965 A1 WO 2006029965A1 EP 2005054331 W EP2005054331 W EP 2005054331W WO 2006029965 A1 WO2006029965 A1 WO 2006029965A1
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turbine
compressor
magnetic field
wheel
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Johannes Ante
Markus Gilch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger for a Brenn ⁇ engine, with a compressor and a turbine, wherein in the compressor, a compressor is rotatably mounted and in the turbine, a turbine wheel is rotatably mounted and the compressor is mechanically connected by means of a rotatably mounted turbo shaft to the turbine wheel and wherein the exhaust gas turbocharger ⁇ comprises means for detecting the rotational speed of the turboshaft.
  • the power generated by an internal combustion engine depends on the air mass and the corresponding amount of fuel that can be provided to the engine for combustion. If you want to increase the performance of the engine, more combustion air and more fuel must be supplied ⁇ . This increase in performance is achieved in a naturally aspirated engine by increasing the displacement or by increasing the speed. An increase in displacement, however, generally leads to heavier in size larger and therefore more expensive internal combustion engines. The increase in speed brings be ⁇ Sonder with larger engines considerable problems and disadvantages and is bordered be ⁇ for technical reasons.
  • An exhaust gas turbocharger essentially consists of a flow compressor and a compressor Turbines that are connected to a common shaft and rotate at the same speed.
  • the turbine converts the otherwise useless deflagrating energy of the exhaust gas into rotation ⁇ energy and drives the compressor.
  • the compressor draws in fresh air and promotes the pre-compressed air to which a ⁇ individual cylinders of the engine. The larger amount of air in the cylinders can be fed an increased amount of fuel, whereby the internal combustion engine gives more power.
  • the combustion process is also favorably influenced, so that the internal combustion engine achieves a better Intelwir ⁇ ciency.
  • the torque curve of a charged with a turbocharger internal combustion engine can be made extremely low.
  • Boost pressure to a constant value Boost pressure to a constant value.
  • turbochargers with variable turbine geometry are used.
  • the maximum allowed rotation may ⁇ number of combination of turbine wheel and turbine shaft which is also referred to as the rotating parts of the turbocharger, are exceeded.
  • this would be destroyed, which is equivalent to a total ⁇ damage the turbocharger.
  • Especially modern and small ⁇ ne turbocharger with significantly smaller turbine and Kompres ⁇ sorrad josmessern, which have a significantly lower mass inertia an improved spin acceleration behavior, are affected by the problem of exceeding the zulässi ⁇ gen maximum speed.
  • exceeding the speed limit by approximately 5% already leads to complete destruction of the turbocharger.
  • the wastegate valves have proven to be actuated according to the prior art by a signal resulting from the generated boost pressure. If the boost pressure exceeds a predetermined threshold value, then the wastegate valve opens and directs a portion of the exhaust gas mass flow past the turbine. This consumes less power due to the reduced mass flow, and the compressor performance decreases to the same extent.
  • the Lade ⁇ pressure and the speed of the turbine wheel and the compressor wheel ⁇ be reduced.
  • this control is relatively sluggish, since the pressure build-up occurs at a speed overrun of the running tool with a time offset. Therefore, the speed control for the turbocharger with the Lade ⁇ pressure monitoring in the high dynamic range (load change) must be done by correspondingly early boost pressure reduction, resulting in a loss of optimal efficiency.
  • the object of the present invention is therefore to provide an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine in which the rotational speed of the rotating parts (turbine compressors sorrad, turboshaft) detected easily and inexpensively and without we ⁇ sentliche structural intervention in the structure of existing door ⁇ turbochargers can be.
  • the device for detecting the rotational speed on the and / or in the turbo-shaft in the area between the compressor and the Tur ⁇ binenrad an element for varying comprises a magnetic field on ⁇ , wherein the variation of the magnetic field as a function of the rotation of the turbine shaft is carried, and wherein a Sensorele ⁇ ment is arranged in the vicinity of the element for varying the magnetic field, the variation of the magnetic field it ⁇ summarizes and converts them into electrically evaluatable signals.
  • the ⁇ ser range of the turbocharger is less thermally stressed relatively because it is from the hot exhaust stream away and in usually cooled by an oil lubrication.
  • the area of the turbo shaft between the compressor wheel and the turbine wheel is easily accessible, so here with little intervention in the design of existing turbocharger commercially available sensor elements, such as Hall Sensorele ⁇ elements, magnetoresistive sensor elements or inductive sensor ⁇ elements placed which allows cost-effective speed measurement in or on the turbocharger.
  • the boost pressure control valve can be very quickly and accurately be controlled or Turbi ⁇ nengeometrie of VTG loaders be changed to a rotational speed ⁇ exceeded to avoid the running tool.
  • the Turbola ⁇ can thus be ⁇ be operated on its speed limit, which it reaches its maximum efficiency ER- always been very close. A relatively large safety distance to the maximum speed limit, as it is usual in pressure-controlled turbochargers, is not required.
  • the sensor element is designed as a Hall sensor element.
  • Hall sensor elements are very good for detecting the variation of a magnetic field and are therefore very good for speed detection to use. Hall sensor elements are very cost effective.
  • the sensor element is magnetoresistive
  • MR sensor element formed.
  • MR sensor elements are part of their overall well ⁇ for detecting the variation of a magnetic field is suitable, inexpensive commercially acquirable and Tempera ⁇ structures used up to about 270 0 C.
  • the sensor element is designed as an inductive sensor element. Also induct ⁇ tive sensor elements are excellently suited for detecting the variation of a magnetic field and are also at high tempera tures ⁇ used.
  • the Sensorele ⁇ is ment to the outer wall of the turbocharger housing in the region Zvi ⁇ rule the compressor and the turbine can be placed.
  • This embodiment does not require any intervention in the housing of the turbocharger.
  • a strong magnet, for example, which is arranged in the region of the turboshaft between the compressor and the turbine, generated during rotation of the turbine shaft are arranged on the outer wall of the turbocharger housing Sensorele ⁇ ment a sufficiently large variation of the magnetic field, so that this sensor is a the Speed of the turbo shaft corresponding electrical signal can be generated.
  • the Ge ⁇ housing of the turbocharger is this, in this area of a magnetically non-shielding material.
  • the element is designed to vary a magnetic field as a bar magnet.
  • a rotating with the turbo shaft, diametrically polarized bar magnet generates in his environment a well-measurable variation of the magnetic field, whereby the speed of the turbo shaft, the Kompres ⁇ sorrades and the turbine wheel is well detected.
  • the element for varying a magnetic ⁇ field in the form of two magnetic dipoles is formed, wherein the north pole of the first dipole the south pole of the second dipole is facing.
  • Two magnetic dipoles perform the same function as a bar magnet, but they are lighter than a bar magnet, which is very advantageous.
  • the Ele ⁇ is ment for variation of a magnetic field as a slot in the loading area of the turboshaft ⁇ between the compressor wheel and the door ⁇ formed binenrad.
  • a slot in a ferromagnetic material an externally applied magnetic field can be well varied.
  • the magnetic flux is conducted according to the slit rotating in the field. This simple and inexpensive measure leads to a well measurable Va ⁇ riation of the magnetic field in the sensor element.
  • Figure 2 the turbine wheel, the turbo shaft and the compressor ⁇ rad.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas turbocharger 1 with a turbine 2 and a compressor 3.
  • the compressor wheel 9 is rotatably mounted and connected to the turbo shaft 5.
  • the turbo shaft 5 is rotatably mounted and connected at its other end to the turbine wheel 4.
  • Hot exhaust gas is admitted into the turbine 2 via the turbine inlet 7 by a combustion engine (not shown here), with the turbine wheel 4 being set in rotation.
  • the exhaust gas flow leaves the turbine 2 through the turbine outlet 8.
  • the turbine shaft 4 is connected to the compressor wheel 9 via the turbo shaft 5.
  • the turbine 2 drives the compressor 3.
  • air is sucked ⁇ through the air inlet 24 and then compressed and fed through the air outlet 6 of the internal combustion engine.
  • the turbine wheel 4 is usually made of a highly heat-resistant austenitic nickel compound, which is also suitable for the high temperatures when using the turbocharger for charging gasoline engines. It is manufactured using a fine casting process and is connected to the turbo shaft 5, which is usually made of high-tempered steel, for example by friction welding.
  • the component of turbine 4 and turbo shaft 5 is also called runners or running gear ⁇ net.
  • the compressor wheel 9 is for example made of an aluminum alloy likewise in a precision casting process.
  • the compressor wheel 9 is consolidating at the compressor end of the turboshaft 5 usually with a fastener be ⁇ .
  • This fastening element can for example be a cap nut, which braces the turbine wheel with a sealing bush, a bearing collar and a spacer sleeve against the Turbowel ⁇ lenbund fixed.
  • the rotor forms a solid unit with the compressor wheel 9. Since the compressor wheel 9 is usually made of an aluminum alloy, it is prob ⁇ lematisch here to determine the speed of the compressor wheel with a based on a magnetic field measurement.
  • an element 13 for variation of the magnetic field is formed on and / or in the turbo shaft 5 in the area of the turbo shaft 5 between the compressor wheel 9 and the turbine wheel 4, an element 13 for variation of the magnetic field is formed.
  • the element 13 is applied to the variation of the magnetic ⁇ field as a dipole magnet in or on the turbo shaft 5.
  • the magnetic dipole has a north pole N and a south pole S.
  • the formation of the element 13 is also magnetic. shear higher order multipole or magnetic as a change in the ferromagnetic material of the turboshaft 5.
  • the turboshaft 5 When generating the magnetic field, for example, by an attached outside of the turboshaft 5 ⁇ disposed magnet, the turboshaft 5, by a slot in the FER romagnetica material a nadoiereabphasen ⁇ -independent variation of the magnetic field in the sensor element 10 are generated.
  • the element 13 for variation of the magnetic field moves with the turbo shaft, whereby a speed-dependent variation of the magnetic field ⁇ can be measured with the sensor element 10 arranged in the vicinity.
  • a sensor element 10 is referred to as arranged in the vicinity of the element 13 for Varia ⁇ tion of the magnetic field, when the measuring element 13 for varying the magnetic field for speed ⁇ measurement sufficiently strong, easily measurable magnetic field variation in the sensor element 10 is generated.
  • Exhaust gas turbocharger 1 are thermally highly loaded Bau ⁇ parts in which temperatures up to 1000 ° C arise.
  • sensor elements 10 such as Hall sensors or magnetoresistive sensors, can not be measured at temperatures of about 1000 0 C, since they are thermally destroyed.
  • the electrical signals generated by the sensor element 10 are supplied via an electrical conductor 11 to an evaluation unit 12, which then controls, for example, the Wastgate valve, not shown here, or the variable turbine blades.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kompressor und einer Turbine, wobei in dem Kompressor eine Kompressorrad drehbar gelagert ist und in der Turbine ein Turbinenrad drehbar gelagert ist und das Kompressorrad mittels einer drehbar gelagerten Turbowelle mit dem Turbinenrad mechanisch verbunden ist und wobei der Abgasturbolader eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Turbowelle aufweist, welche an der und/oder in der Turbowelle im Bereich zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad ein Element zur Variation eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Drehung der Turbowelle aufweist, und wobei in der Nähe des Elementes zur Variation des Magnetfeldes ein Sensorelement angeordnet ist, das die Variation des Magnetfeldes erfasst und in elektrisch auswertbare Signale umwandelt.

Description

Beschreibung
Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brenn¬ kraftmaschine, mit einem Kompressor und einer Turbine, wobei in dem Kompressor eine Kompressorrad drehbar gelagert ist und in der Turbine ein Turbinenrad drehbar gelagert ist und das Kompressorrad mittels einer drehbar gelagerten Turbowelle mit dem Turbinenrad mechanisch verbunden ist und wobei der Abgas¬ turbolader eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Turbowelle aufweist.
Die von einer Brennkraftmaschine erzeugte Leistung hängt von der Luftmasse und der entsprechenden Kraftstoffmenge ab, die der Maschine zur Verbrennung zur Verfügung gestellt werden kann. Will man die Leistung der Brennkraftmaschine steigern, muss mehr Verbrennungsluft und mehr Kraftstoff zugeführt wer¬ den. Diese Leistungssteigerung wird bei einem Saugmotor durch eine Hubraumvergrößerung oder durch die Erhöhung der Drehzahl erreicht. Eine Hubraumvergrößerung führt aber grundsätzlich zu schwereren in den Abmessungen größeren und damit teureren Brennkraftmaschinen. Die Steigerung der Drehzahl bringt be¬ sonders bei größeren Brennkraftmaschinen erhebliche Probleme und Nachteile mit sich und ist aus technischen Gründen be¬ grenzt.
Eine viel genutzte technische Lösung zur Steigerung der Leis¬ tung einer Brennkraftmaschine ist die Aufladung. Damit be- zeichnet man die Vorverdichtung der Verbrennungsluft durch einen Abgasturbolader oder auch mittels eines vom Motor me¬ chanisch angetriebenen Verdichters. Ein Abgasturbolader be¬ steht im Wesentlichen aus einem Strömungsverdichter und einer Turbine, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Turbine setzt die sonst nutzlos verpuffende Energie des Abgases in Rotations¬ energie um und treibt den Verdichter an. Der Verdichter saugt Frischluft an und fördert die vorverdichtete Luft zu den ein¬ zelnen Zylindern des Motors. Der größeren Luftmenge in den Zylindern kann eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine mehr Leistung abgibt. Der Verbrennungsvorgang wird zudem günstig beeinflusst, so dass die Verbrennungskraftmaschine einen besseren Gesamtwir¬ kungsgrad erzielt. Darüber hinaus kann der Drehmomentverlauf einer mit einem Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine äußerst günstig gestaltet werden. Bei Fahrzeugherstellern vorhandene Seriensaugmotoren können durch den Einsatz eines Abgasturboladers ohne große konstruktive Eingriffe an der
Brennkraftmaschine wesentlich optimiert werden. Aufgeladene Brennkraftmaschinen haben in der Regel einen geringeren spe¬ zifischen Kraftstoffverbrauch und weisen eine geringere Schadstoffemission auf. Darüber hinaus sind Turbomotoren in der Regel leiser als Saugmotoren gleicher Leistung, da der Abgasturbolader selbst wie ein zusätzlicher Schalldämpfer wirkt. Bei Brennkraftmaschinen mit einem großen Betriebsdreh¬ zahlbereich, zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen für Perso¬ nenkraftwagen, wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen ein hoher Ladedruck gefordert. Dafür wird bei diesen Turboladern ein Ladedruckregelventil, ein so genanntes Waste-Gate-Ventil, eingeführt. Durch die Wahl eines entsprechenden Turbinenge¬ häuses wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen schnell ein hoher Ladedruck aufgebaut. Das Ladedruckregelventil (Waste- Gate-Ventil) begrenzt dann bei steigender Motordrehzahl den
Ladedruck auf einen gleich bleibenden Wert. Alternativ kommen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zum Einsatz. Bei zunehmender Abgasmenge kann die maximal zulässige Dreh¬ zahl der Kombination aus Turbinenrad und Turbowelle, die auch als Laufzeug des Turboladers bezeichnet wird, überschritten werden. Bei einer unzulässigen Überschreitung der Drehzahl des Laufzeuges würde dieses zerstört werden, was einem Total¬ schaden des Turboladers gleichkommt. Gerade moderne und klei¬ ne Turbolader mit deutlich kleineren Turbinen- und Kompres¬ sorraddurchmessern, die durch ein erheblich kleineres Massen¬ trägheitsmoment ein verbessertes Drehbeschleunigungsverhalten aufweisen, werden vom Problem des Überschreitens der zulässi¬ gen Höchstdrehzahl betroffen. Je nach Auslegung des Turbola¬ ders führt schon eine Überschreitung der Drehzahlgrenze um etwa 5 % zur kompletten Zerstörung des Turboladers .
Zur Drehzahlbegrenzung haben sich die Ladedruckregelventile bewährt, die nach dem Stand der Technik von einem aus dem er¬ zeugten Ladedruck resultierenden Signal angesteuert werden. Überschreitet der Ladedruck einen vorgegebenen Schwellwert, so öffnet das Ladedruckregelventil und leitet einen Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbei. Diese nimmt wegen des verringerten Massenstroms weniger Leistung auf, und die Kompressorleistung geht in gleichem Maße zurück. Der Lade¬ druck und die Drehzahl des Turbinenrades und des Kompressor¬ rades werden verringert. Diese Regelung ist jedoch relativ träge, da der Druckaufbau bei einer Drehzahlüberschreitung des Laufzeuges mit einem zeitlichen Versatz erfolgt. Deshalb muss die Drehzahlregelung für den Turbolader mit der Lade¬ drucküberwachung im hochdynamischen Bereich (Lastwechsel) durch entsprechend frühzeitige Ladedruckreduzierung erfolgen, was zu einem Verlust des optimalen Wirkungsgrades führt.
Eine direkte Messung der Drehzahl am Kompressorrad oder am Turbinenrad gestaltet sich schwierig, da zum Beispiel das Turbinenrad thermisch extrem belastet ist (bis zu 1000 "C), was eine Drehzahlmessung mit herkömmlichen Methoden am Turbi¬ nenrad verhindert. In einer Veröffentlichung der acam- Messelektronic GmbH vom April 2001 wird vorgeschlagen, die Kompressorschaufelimpulse im Wirbelstromprinzip zu messen und auf diese Art die Drehzahl des Kompressorrades zu bestimmen. Dieses Verfahren ist aufwendig und teuer, da zumindest ein Wirbelstromsensor im Gehäuse des Kompressors integriert wer¬ den müsste, was wegen der hohen Präzision, mit der Bauteile eines Turboladers gefertigt sind, äußerst schwierig sein dürfte. Neben der präzisen Integration des Wirbelstromsensors im Kompressorgehäuse entstehen Abdichtungsprobleme, die auf Grund der hohen thermischen Belastung eines Turboladers nur mit aufwendigen Eingriffen in die Bauweise des Turboladers zu bewältigen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem die Drehzahl der rotierenden Teile (Turbinenrad, Kompres- sorrad, Turbowelle) einfach und kostengünstig sowie ohne we¬ sentliche bauliche Eingriffe in die Bauweise bestehender Tur¬ bolader erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl an der und/oder in der Turbowelle im Bereich zwischen dem Kompressorrad und dem Tur¬ binenrad ein Element zur Variation eines Magnetfeldes auf¬ weist, wobei die Variation des Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Drehung des Turbowelle erfolgt und wobei in der Nähe des Elementes zur Variation des Magnetfeldes ein Sensorele¬ ment angeordnet ist, das die Variation des Magnetfeldes er¬ fasst und in elektrisch auswertbare Signale umwandelt. Vorteilhaft bei der Anordnung des Elementes zur Variation des Magnetfeldes an der und/oder in der Turbowelle im Bereich zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad ist, dass die¬ ser Bereich des Turboladers thermisch relativ wenig belastet ist, da er vom heißen Abgasstrom entfernt liegt und in der Regel durch eine Ölschmierung gekühlt wird. Darüber hinaus ist der Bereich der Turbowelle zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad gut zugänglich, wodurch hier mit nur geringen Eingriffen in die Bauweise bestehender Turbolader kommerziell verfügbare Sensorelemente, wie zum Beispiel Hall-Sensorele¬ mente, magnetoresistive Sensorelemente oder induktive Sensor¬ elemente, platziert werden können, was eine kostengünstige Drehzahlmessung im oder am Turbolader ermöglicht. Mit dem vom Sensorelement erzeugten Signal kann sehr schnell und präzise das Ladedruckregelventil angesteuert werden oder die Turbi¬ nengeometrie von VTG Ladern verändert werden, um eine Dreh¬ zahlüberschreitung des Laufzeuges zu vermeiden. Der Turbola¬ der kann somit immer sehr nahe an seiner Drehzahlgrenze be¬ trieben werden, wodurch er seinen maximalen Wirkungsgrad er- reicht. Ein relativ großer Sicherheitsabstand zur maximalen Drehzahlgrenze, wie er bei druckgesteuerten Turboladern üb¬ lich ist, wird nicht benötigt.
Bei einer ersten Weiterbildung ist das Sensorelement als Hall-Sensorelement ausgebildet. Hall-Sensorelemente eignen sich sehr gut zur Erfassung der Variation eines Magnetfeldes und sind daher sehr gut zur Drehzahlerfassung zu verwenden. Hall-Sensorelemente sind sehr kostengünstig.
Alternativ dazu ist das Sensorelement als magnetoresitives
(MR) Sensorelement ausgebildet. MR Sensorelemente sind ihrer¬ seits gut zur Erfassung der Variation eines Magnetfeldes ge- eignet, kostengünstig kommerziell erwerbbar und bei Tempera¬ turen bis etwa 270 0C einsetzbar.
Bei einer nächsten alternativen Ausgestaltung ist das Sensor- element als induktives Sensorelement ausgebildet. Auch induk¬ tive Sensorelemente eigenen sich bestens zur Erfassung der Variation eines Magnetfeldes und sind auch bei hohen Tempera¬ turen einsetzbar.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Sensorele¬ ment auf die Außenwand des Turboladergehäuses im Bereich zwi¬ schen dem Kompressor und der Turbine aufsetzbar. Diese Aus¬ führungsform erfordert keinerlei Eingriff in das Gehäuse des Turboladers. Ein starker Magnet zum Beispiel, der im Bereich der Turbowelle zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad angeordnet ist, erzeugt bei der Drehung der Turbowelle im auf der Außenwand des Turboladergehäuses angeordneten Sensorele¬ ment eine ausreichend starke Variation des Magnetfeldes, so dass in diesem Sensor ein der Drehzahl der Turbowelle ent- sprechendes elektrisches Signal erzeugt werden kann. Das Ge¬ häuse des Turboladers besteht hierzu in diesem Bereich aus einem magnetisch nicht abschirmenden Material.
Bei einer nächsten Ausgestaltung ist das Element zur Variati- on eines Magnetfeldes als Stabmagnet ausgebildet. Ein mit der Turbowelle rotierender, diametral polarisierter Stabmagnet erzeugt in seiner Umgebung eine gut messbare Variation des Magnetfeldes, womit die Drehzahl der Turbowelle, des Kompres¬ sorrades und des Turbinenrades gut erfassbar ist.
Alternativ dazu ist das Element zur Variation eines Magnet¬ feldes in Form zweier magnetischer Dipole ausgebildet, wobei der Nordpol des ersten Dipols dem Südpol des zweiten Dipols zugewandt ist. Zwei magnetische Dipole erfüllen die gleiche Funktion wie ein Stabmagnet, sie sind jedoch leichter als ein Stabmagnet, was sehr vorteilhaft ist.
Bei einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung ist das Ele¬ ment zur Variation eines Magnetfeldes als Schlitz in dem Be¬ reich der Turbowelle zwischen dem Kompressorrad und dem Tur¬ binenrad ausgebildet. Mit einem Schlitz in einem ferromagne- tischen Material kann ein von außen angelegtes Magnetfeld gut variiert werden. Der magnetische Fluss wird entsprechend der sich im Feld drehenden Schlitzung geleitet. Diese einfache und kostengünstige Maßnahme führt zu einer gut messbaren Va¬ riation des magnetischen Feldes im Sensorelement.
Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren bei¬ spielhaft dargestellt. Es zeigen:
Figur 1: einen Abgasturbolader,
Figur 2: das Turbinenrad, die Turbowelle und das Kompressor¬ rad.
Figur 1 zeigt einen Abgasturbolader 1 mit einer Turbine 2 und einem Kompressor 3. Im Kompressor 3 ist das Kompressorrad 9 drehbar gelagert und mit der Turbowelle 5 verbunden. Auch die Turbowelle 5 ist drehbar gelagert und an ihrem anderen Ende mit dem Turbinenrad 4 verbunden. Über den Turbineneinlass 7 wird heißes Abgas von einer hier nicht dargestellten Verbren¬ nungskraftmaschine in die Turbine 2 eingelassen, wobei das Turbinenrad 4 in Drehung versetzt wird. Der Abgasstrom ver- lässt die Turbine 2 durch den Turbinenauslass 8. Über die Turbowelle 5 ist das Turbinenrad 4 mit dem Kompressorrad 9 verbunden. Damit treibt die Turbine 2 den Kompressor 3 an. In den Kompressor 3 wird Luft durch den Lufteinlass 24 einge¬ saugt und dann verdichtet und über den Luftauslass 6 der Verbrennungskraftmaschine zugeführt .
Figur 2 zeigt das Turbinenrad 4, die Turbowelle 5 und das Kompressorrad 9. Das Turbinenrad 4 besteht in der Regel aus einer hochwarmfesten austenitischen Nickelverbindung, die auch für die hohen Temperaturen beim Einsatz des Turboladers zur Aufladung von Ottomotoren geeignet ist. Es wird im Fein- gussverfahren hergestellt und ist mit der Turbowelle 5, die in der Regel aus hochvergütetem Stahl besteht, zum Beispiel durch Reibschweißung verbunden. Das Bauteil aus Turbinenrad 4 und Turbowelle 5 wird auch als Läufer oder Laufzeug bezeich¬ net. Das Kompressorrad 9 wird zum Beispiel aus einer Alumini- umlegierung ebenfalls in einem Feingussverfahren hergestellt. Das Kompressorrad 9 wird an dem kompressorseitigen Ende der Turbowelle 5 in der Regel mit einem Befestigungselement be¬ festigt. Dieses Befestigungselement kann zum Beispiel eine Hutmutter sein, die das Turbinenrad mit einer Dichtbuchse, einem Lagerbund und einer Distanzbuchse gegen den Turbowel¬ lenbund fest verspannt. So bildet das Laufzeug eine feste Einheit mit dem Kompressorrad 9. Da das Kompressorrad 9 in der Regel aus einer Aluminiumlegierung besteht, ist es prob¬ lematisch, hier mit einer auf einer Magnetfeldänderung basie- rende Messung die Drehzahl des Kompressorrades zu bestimmen.
Auf und/oder in der Turbowelle 5 in dem Bereich der Turbowel¬ le 5 zwischen dem Kompressorrad 9 und dem Turbinenrad 4 ist ein Element 13 zu Variation des Magnetfeldes ausgebildet. In diesem Beispiel ist das Element 13 zu Variation des Magnet¬ feldes als Dipolmagnet in oder an der Turbowelle 5 angelegt. Der magnetische Dipol hat einen Nordpol N und einen Südpol S. Dankbar ist auch die Ausbildung des Elementes 13 als magneti- scher Multipol höherer Ordnung oder als Veränderung im ferro- magnetischen Material der Turbowelle 5. Wird das Magnetfeld beispielsweise durch einen außerhalb der Turbowelle 5 ange¬ ordneten Magnet erzeugt, kann durch einen Schlitz in dem fer- romagnetischen Material der Turbowelle 5 eine drehzahlabhän¬ gige Variation des Magnetfeldes im Sensorelement 10 erzeugt werden.
Das Element 13 zu Variation des Magnetfeldes bewegt sich mit der Turbowelle mit, wodurch mit den in der Nähe angeordneten Sensorelement 10 eine drehzahlabhängige Variation des Magnet¬ feldes gemessen werden kann. In diesem Zusammenhang wird ein Sensorelement 10 als in der Nähe des Elementes 13 zur Varia¬ tion des Magnetfeldes angeordnet bezeichnet, wenn durch das Element 13 zur Variation des Magnetfeldes eine zur Drehzahl¬ messung ausreichend starke, gut messbare Magnetfeldvariation im Sensorelement 10 erzeugt wird.
Als großer Vorteil der Messung der Drehzahl der Turbowelle 5 in dem Bereich der Turbowelle 5 zwischen dem Kompressorrad 9 und dem Turbinenrad 4 ist die hier herrschende Temperatur zu nennen. Abgasturbolader 1 sind thermisch hoch belastete Bau¬ teile, in denen Temperaturen bis 1000 °C entstehen. Mit be¬ kannten Sensorelementen 10, wie zum Beispiel Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren, kann bei Temperaturen von et¬ wa 1000 0C nicht gemessen werden, da diese thermisch zerstört werden. In dem Bereich der Turbowelle 5 zwischen dem Kompres¬ sorrad 9 und dem Turbinenrad 4 ergeben sich wesentlich gerin¬ gere Temperaturbelastungen für die Sensorelemente, weil die- ser Bereich abseits vom heißen Abgasstrom liegt und in der Regel durch die Ölschmierung der Turbowelle 5 gekühlt wird. Die vom Sensorelement 10 erzeugten elektrischen Signale wer¬ den über elektrisches Leiter 11 einer Auswerteelektronik 12 zugeführt, die dann zum Beispiel das hier nicht dargestellte Wast-Gate-Ventiel, oder die variablen Turbinenschaufeln an- steuert.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, mit ei¬ nem Kompressor (3) und einer Turbine (2), wobei in dem Kompressor (3) eine Kompressorrad (9) drehbar gelagert ist und in der Turbine (2) ein Turbinenrad (4) drehbar gelagert ist und das Kompressorrad (9) mittels einer drehbar gelagerten Turbowelle (5) mit dem Turbinenrad
(4) mechanisch verbunden ist und wobei der Abgasturbola- der (1) eine Einrichtung (26) zur Erfassung der Drehzahl der Turbowelle (5) aufweist, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (26) zur Erfassung der Drehzahl an der und/oder in der Turbowelle
(5) im Bereich zwischen dem Kompressorrad (9) und dem Turbinenrad (4) ein Element (13) zur Variation eines
Magnetfeldes aufweist, wobei die Variation des Magnet¬ feldes (25) in Abhängigkeit von der Drehung des Turbo¬ welle (5) erfolgt und wobei in der Nähe des Elementes (13) zur Variation des Magnetfeldes ein Sensorelement (10) angeordnet ist, das die Variation des Magnetfeldes erfasst und in elektrisch auswertbare Signale umwandelt.
2. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach An¬ spruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sensorelement (10) als Hall-Sensorelement aus¬ gebildet ist.
3. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach An¬ spruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sensorelement (10) als magnetoresitives Sensor¬ element ausgebildet ist.
4. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach An¬ spruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sensorelement (10) als induktives Sensorelement ausgebildet ist.
5. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach zu¬ mindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sensorelement (10) auf der Außenwand des Turboladergehäuses im Bereich zwi- sehen der Turbine (2) und dem Kompressor (3) angeordnet ist.
6. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach zu¬ mindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Element (13) zur
Variation eines Magnetfeldes als Stabmagnet ausgebildet ist.
7. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach zu- mindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Element (13) zur Variation eines Magnetfeldes in Form zweier magnetischer Dipole ausgebildet ist, wobei der Nordpol (N) des ersten Dipols dem Südpol (S) des zweiten Dipols zugewandt ist.
8. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine nach zu¬ mindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Element zur Varia¬ tion eines Magnetfeldes als Schlitz in dem Bereich der Turbowelle zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinen¬ rad ausgebildet ist.
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