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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtungen,
insbesondere Abgasturboladern.
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Stand der Technik
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Zunehmend
werden Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtungen versehen, um
die dem Verbrennungsmotor zuführbare Luftmenge zu vergrößern.
Dadurch können Leistung und Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
deutlich verbessert werden.
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Aufladeeinrichtungen
weisen in der Regel eine Turbine auf, die in einem Abgasabschnitt
des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Die Turbine ist über
eine geeignete mechanische Einrichtung mit einem Verdichter in einem
Luftzuführungsabschnitt gekoppelt, so dass eine Drehung
eines Turbinenrads der Turbine in eine Drehung eines Verdichterrades des
Verdichters umgesetzt wird. Üblicherweise sind Turbinenrad
und Verdichterrad durch eine Welle miteinander verbunden.
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Mit
Hilfe der Aufladeeinrichtung wird ein Ladedruck an einer Ausgangsseite
des Verdichters eingestellt, indem mit einem Stelleingriff entweder
die Menge des Abgasstroms über die Turbine der Aufladeeinrichtung
oder die Effizienz der Turbine z. B. mit Hilfe einer variablen Turbinengeometrie
beeinflusst wird.
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Da
die Drehzahl der über die Abgasenthalpie angetriebenen
Aufladeeinrichtung zum größten Teil von der Abgasenthalpie
abhängt, kann unter Umständen, je nach Betriebsart
des Verbrennungsmotors, die maximale zulässige Drehzahl
der Aufladeeinrichtung überschritten werden. Bei einer Überschreitung
dieser Drehzahl wird die Aufladeeinrichtung üblicherweise
zerstört. Insbesondere Aufladeeinrichtungen mit kleinen
Turbinen- und Verdichterraddurchmessern, die durch ein kleines Massenträgheitsmoment
ein verbessertes Drehbeschleunigungsverhalten aufweisen, können
in dynamischen Situationen sehr schnell die maximale zulässige Drehzahl überschreiten.
Für diese Situation ist es wünschenswert, die
Drehzahl des Laufzeugs der Aufladeeinrichtung zu steuern bzw. zu
regeln, um einen verbesserten Schutz vor einer Überdrehzahl
zu ermöglichen.
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Darüber
hinaus ist insbesondere bei einer zwei- oder mehrstufigen Aufladung
durch eine Reihen- oder Parallelschaltung von Aufladeeinrichtungen
mit unterschiedlicher Charakteristik eine Regelung der Aufladeeinrichtungen
abhängig von deren Drehzahlen sinnvoll.
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Eine
Drehzahlerfassung von Turboladern kann gemäß
WO 2006/045 680 A1 mit
Hilfe eines auf einer Welle des Laufzeugs befestigten Magneten vorgenommen
werden, dessen Rotation mit der Wellendrehzahl durch ein Hall-Element
am Verdichtergehäuse detektiert wird. Alternativ offenbart
die Druckschrift
WO
2005/012 919 A1 eine Drehzahlerfassung, die durch die Bewegung
der Verdichterschaufeln in einem stationären Magnetfeld
hervorgerufene Wirbelströme mit einem GMR-Element erfasst.
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Weiterhin
kann es notwendig sein, die Temperatur der Aufladeeinrichtung zu überwachen.
Denn je nach Betriebspunkt des Verbrennungsmotors kann sich eine
sehr hohe Temperatur einstellen, die die Aufladeeinrichtung schädigen
kann.
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Aus
der Druckschrift
DE
10 2006 021 430 A1 ist eine Temperaturerfassung für
eine Aufladeeinrichtung bekannt. Darin wird beschrieben, dass durch
die Überwachung der Temperatur unzulässig hohe
Temperaturen der Aufladeeinrichtung vermieden werden können.
Insbesondere kann die Aufladeeinrichtung abhängig von der
detektierten Temperatur so betrieben werden, dass sich deren Temperatur
senken lässt, z. B. durch eine Reduzierung des Ladedrucks oder
durch eine entsprechende Ansteuerung eines elektrischen Kühlerlüfters.
Die Drehzahlerfassung erfolgt mit Hilfe eines integrierten Schaltkreises,
mit dem das Drehzahlgebersignal ausgewertet wird, und mit Hilfe
einer Diode, die eine temperaturabhän gige Strom-Spannungs-Charakteristik
aufweist. Als Maß für die Temperatur der Aufladeeinrichtung
kann somit eine Angabe über einen Spannungsabfall über
die Diode bereitgestellt werden. Zwischen der Erfassung des Drehzahlgebersignals
und der Temperaturerfassung mit Hilfe der Diode kann umgeschaltet
werden, um entweder eine Drehzahlangabe oder eine Temperaturangabe
durch die integrierte Schaltung bereitzustellen.
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Nachteilig
an dieser Lösung ist, dass eine relativ komplexe Schaltung
in der integrierten Schaltung notwendig ist, um das Umschalten zwischen
der analogen Größe des Spannungsabfalls als Temperaturangabe
und dem Bereitstellen des Drehzahlgebersignals durchzuführen.
Weiterhin muss das Steuergerät, das die von der integrierten
Schaltung bereitgestellten Informationen auswertet, für
die Auswertung der analogen Temperaturangabe geeignet sein.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum einfachen Bereitstellen einer Drehzahlangabe
und einer Temperaturangabe für eine Aufladeeinrichtung
zur Verfügung zu stellen, wobei der Aufwand zum Bereitstellen
der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe in einem von der Aufladeeinrichtung
getrennten Steuergerät reduziert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch die Detektionsschaltung zum Bereitstellen einer
Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung
für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe
der Aufladeeinrichtung gemäß Anspruch 1, durch das
Steuergerät, das Motorsystem sowie durch das Verfahren
gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist eine Detektionsschaltung zum Bereitstellen einer
Drehzahlangabe über eine Drehzahl einer Aufladeeinrichtung
für einen Verbrennungsmotor und einer Temperaturangabe
der Aufladeeinrichtung vorgesehen. Die Detektionsschaltung umfasst:
- – einen Drehzahlsensor zum Bereitstellen
eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer
Drehzahl in der Aufladeeinrichtung abhängt;
- – einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperaturangabe über
eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung;
- – eine Modifizierungseinheit, um ein periodisches Ausgangssignal
bereitzustellen, dessen Periodizität von dem periodischen
Detektionssignal abhängt, und um abhängig von
der erfassten Temperaturangabe eine zeitliche Länge eines
Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals einzustellen, so
dass das periodische Ausgangssignal die Drehzahlangabe durch dessen
Periodizität und die Temperaturangabe durch die zeitliche Länge
(tT) des Signalimpulses bereitstellt.
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Die
obige Detektionsschaltung ermöglicht es in einfacher Weise,
eine Drehzahlangabe oder eine Temperaturangabe über die
Drehzahl bzw. Temperatur in einer Aufladeeinrichtung für
einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, so dass diese in einer besonders
einfachen Weise von einem separaten Steuergerät, dem die
Drehzahlangabe und die Temperaturangabe bereitgestellt werden, ausgewertet werden
können. Insbesondere wird die Drehzahl in Form einer Frequenz
von bereitgestellten Signalimpulsen kodiert, wobei die Frequenz
die Drehzahl eines Elements der Aufladeeinrichtung, z. B. des Verdichterrades,
angibt. Über die zeitliche Länge des Signalimpulses
kann weiterhin eine Temperatur in der Aufladeeinrichtung kodiert
werden. Auf diese Weise ist es möglich, in einem Steuergerät,
dem das Detektionssignal bereitgestellt wird, durch einfache Auswertung
der Frequenz der Pulse auf die Drehzahl des Laufzeugs der Aufladeeinrichtung
zu schließen und durch Messen der Pulslänge des
Detektionssignals eine Temperaturangabe zu erfassen. Ein Einprägen eines
Stroms zur Messung der Temperatur in der Aufladeeinrichtung bzw.
das Messen einer analogen Spannung durch das Steuergerät
wie beim Stand der Technik entfällt somit.
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Mit
obiger Detektionsschaltung ist es möglich, die Erfassung
der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe aus einer Aufladeeinrichtung
in einem einzigen Detektionssignal bereitzustellen und weiterhin,
dass das bereitgestellte Detektionssignal in rein digitaler Weise
ausgewertet werden kann.
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Weiterhin
kann eine Temperaturauswerteeinheit zum Bereitstellen eines Temperaturwerts
abhängig von der erfassten Temperaturangabe vorgesehen
sein, wobei die Modifizierungseinheit ausgebildet ist, um die zeitliche
Länge der Signalimpulse des Ausgangssignals abhängig
von dem Temperaturwert einzustellen.
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Auf
diese Weise kann die häufig als elektrische Größe
bereitgestellte Temperaturangabe der Modifizierungseinheit in geeigneter
Form, insbesondere in digitaler Form, bereitgestellt werden, so
dass die Anpassung der zeitlichen Länge der Signalimpulse
in einfacherer Weise erfolgen kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann der Temperatursensor eine
elektrische Größe als Temperaturangabe bereitstellen,
wobei die Temperaturauswerteeinheit die Temperaturangabe, insbesondere
durch einen oder mehrere Schwellwertvergleiche, digitalisiert und
eine digitale Information als Temperaturwert bereitstellt.
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Es
kann ein Frequenzteiler vorgesehen sein, so dass eine Frequenz des
Detektionssignals gemäß einem vorgegebenen Teilerwert
geteilt wird, um ein Detektionssignal mit einer geteilten Frequenz
zu erhalten, und der Modifizierungseinheit bereitzustellen, wobei
die Modifizierungseinheit ausgebildet ist, um das periodische Ausgangssignal
als Signal mit der geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, deren zeitliche
Länge jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt,
bereitzustellen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Steuergerät zum Steuern des Betriebs
eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Steuergerät ausgebildet
ist, um ein periodisches Signal zu empfangen, um eine Frequenz des
empfangenen Signals zu bestimmen, um eine Drehzahlangabe aus der
Frequenz zu ermitteln; um eine Temperaturangabe aus der zeitlichen
Länge eines Signalimpulses des empfangenen Signals zu ermitteln,
und um den Verbrennungsmotor abhängig von der ermittelten
Drehzahlangabe und der ermittelten Temperaturangabe zu betreiben.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen Detektionsschaltung,
die an einer Aufladeeinrichtung eines Verbrennungsmotors angeordnet
ist, und mit einem Steuergerät zum Steuern des Betriebs
des Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Steuergerät
mit der Detektionsschaltung verbunden ist, um das periodische Ausgangssignal
zu erhalten und eine Drehzahlangabe aus der Frequenz des periodischen
Ausgangssignals und einer Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge
eines Signalimpulses des periodischen Ausgangssignals zu ermitteln.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Drehzahlangabe über eine
Drehzahl einer Aufladeeinrichtung für einen Verbrennungsmotor
und einer Temperaturangabe der Aufladeeinrichtung vorgesehen. Das
Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen
eines periodischen Detektionssignals, dessen Frequenz von einer
Drehzahl in der Aufladeeinrichtung abhängt;
- – Erfassen einer Temperaturangabe über eine Temperatur
in der Aufladeeinrichtung;
- – Bereitstellen eines periodischen Ausgangssignals,
dessen Periodizität von dem periodischen Detektionssignal
abhängt, und
- – Einstellen einer zeitliche Länge eines Signalimpulses
des periodischen Ausgangssignals abhängig von der erfassten
Temperaturangabe,
wobei das periodische Ausgangssignal
die Drehzahlangabe durch dessen Periodizität und die Temperaturangabe
durch die zeitliche Länge (tT)
des Signalimpulses bereitstellt.
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Weiterhin
kann ein Temperaturwert abhängig von der erfassten Temperaturangabe
bereitgestellt werden, wobei die zeitliche Länge des Signalimpulses
des Ausgangssignals abhängig von dem Temperaturwert eingestellt
wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann die Temperaturangabe in Form
einer elektrischen Größe bereitgestellt werden,
wobei die Temperaturangabe, insbesondere durch einen oder mehrere
Schwellwertvergleiche, digitalisiert wird und eine digitale Information
als Temperaturwert bereitgestellt wird.
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Das
Detektionssignal kann gemäß einem vorgegebenen
Teilerwert geteilt werden, um das Detektionssignal mit einer geteilten
Frequenz zu erhalten, wobei als Ausgangssignal ein Signal mit der
geteilten Frequenz und mit Signalimpulsen, dessen zeitliche Länge
jeweils von der erfassten Temperaturangabe abhängt, bereitgestellt
wird.
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Weiterhin
kann das Ausgangssignal in einem von der Aufladeeinrichtung getrennt
ausgebildeten Steuergerät zum Steuern des Betriebs des
Verbrennungsmotors empfangen werden, wobei das Steuergerät
die Drehzahlangabe aus der Frequenz des Ausgangssignals und eine
Temperaturangabe aus der zeitlichen Länge des Signalimpulses
des Ausgangssignals ermittelt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Aufladeeinrichtung mit einer Detektionsschaltung, die
mit einem Steuergerät verbunden ist;
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2 eine
schematische Darstellung der Detektionsschaltung, die in der Aufladeeinrichtung angeordnet
ist und die das Detektionssignal bereitstellt; und
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3 eine
Darstellung eines Signalverlaufs des Ausgangssignals A über
der Zeit t.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
schematisch eine Aufladeeinrichtung 1, die in diesem Ausführungsbeispiel
als Abgasturbolader ausgebildet ist. Die Aufladeeinrichtung 1 weist
eine Turbine 9 mit einem Turbinenrad 2 auf, das
in einem Abgasabschnitt 3 eines (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors
angeordnet ist und durch einen Abgasstrom von Verbrennungsabgasen
angetrieben wird. Das Turbinenrad 2 ist über eine
Welle 4 mit einem Verdichterrad 5 eines Verdichters 10 gekoppelt,
so dass das Verdichterrad 5 durch die Rotation des Turbinenrads 2 angetrieben
wird. Auch andere Kopplungen des Turbinenrades 2 der Turbine 9 mit
dem Verdichterrad 5 des Verdichters 10 sind möglich.
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Das
Verdichterrad 5 ist in einem Luftzuführungsabschnitt 6 angeordnet,
so dass Luft aus der Umgebung in Richtung der Ausgangsseite des
Verdichters 10 gefördert wird, um diese dort unter
einem Ladedruck bereitzustellen. Die komprimierte Luft ermöglicht
höhere Antriebsmomente und allgemein den Betrieb des Verbrennungsmotors
mit einem höheren Wirkungsgrad.
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Zur
besseren Steuerung bzw. Regelung des Betriebs der Aufladeeinrichtung 1 ist
die Kenntnis einer Drehzahl des Laufzeugs, d. h. des Turbinenrads 2,
der Welle 4 und des Verdichterrades 5 notwendig. Mit
Hilfe einer Drehzahlangabe ist es mög lich, kritische Betriebspunkte
und Überdrehzahlen zu vermeiden, indem nötigenfalls,
d. h. abhängig von der ermittelten Drehzahl bzw. von einem
Ergebnis eines Schwellwertvergleichs der Drehzahl, Eingriffe in
den Motorbetrieb vorgenommen werden.
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Zur
Erfassung der Drehzahl ist eine Detektionsschaltung 7 vorgesehen,
die an oder nahe dem Verdichterrad 5 angeordnet ist, um
in geeigneter Weise die Drehzahl des Verdichterrads 5 zu
ermitteln. Zur Erfassung der Drehzahl des Verdichterrads 5 sind
verschiedene Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise
kann die Drehzahl mit Hilfe eines Hall-Sensors ermittelt werden.
Dabei ist ein Magnet an dem Turbinenrad 2, an dem Verdichterrad 5 oder
an der Welle 4 angeordnet und ein Hall-Sensor-Element ist
vorgesehen, um ein Vorbeistreichen des Magneten zu detektieren.
Das Detektionssignal entspricht bei Rotation des Verdichterrades 5 einem
periodischen Signal, dessen Frequenz proportional zu der Drehzahl
ist. Alternativ kann eine Drehzahlerfassung durch ein Vorbeilaufen
der Schaufeln des Verdichterrades 5 an einem GMR-Element
(GMR: Giant Magneto-Resistance) durchgeführt werden. Bei
diesem Messprinzip wird eine Beeinflussung eines Magnetfelds durch
das Vorbeilaufen der Schaufeln des Verdichterrades 5 gemessen. Weitere
Möglichkeiten zur Drehzahlerfassung sind in dem Stand der
Technik bekannt und es wird hierin nicht weiter darauf eingegangen.
Je nach Ausbildung der Anordnung der Detektionsschaltung 7 am
Verdichterrad 5 werden pro Umdrehung des Verdichterrades 5 ein
oder mehrere Impulse erzeugt.
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Den
Vorrichtungen zur Drehzahlerfassung ist gemein, dass die Drehzahl
in einem Detektionssignal kodiert ist, das aufeinander folgende
Signalimpulse enthält, wobei die Frequenz der Signalimpulse
die Drehzahl des Verdichterrads 5 angibt bzw. zu dieser proportional
ist. Ein von dem Detektionssignal abhängiges Ausgangssignal
wird an ein Steuergerät 8 kommuniziert, das entsprechend
der Drehzahlangabe einen Eingriff in das Motorsystem vornimmt, um
z. B. die Drehzahl der Aufladeeinrichtung 1 zu steuern oder
eine Überdrehzahl zu vermeiden.
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Weiterhin
erfolgt in der Detektionsschaltung 7 eine Temperaturerfassung,
so dass eine Temperaturangabe dem Steuergerät 8,
das mit der Detektionsschaltung 7 verbunden ist, bereitgestellt
werden kann.
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Die
Detektionsschaltung 7 ist vorzugsweise als integrierte
Schaltung, z. B. als ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung)
ausgebildet, die nahe dem Laufzeug der Aufladeeinrichtung 1 angeordnet
ist. Die Detektionsschaltung 7 ist in 2 detaillierter
dargestellt. Die Detektionsschaltung 7 umfasst den Drehzahlsensor 11,
der eine Abfolge von Signalimpulsen (High-Pegel) als Detektionssignal
bereitstellt, dessen Frequenz die Drehzahl des Verdichterrads 5 angibt.
Durch einen Signalverstärker 12 wird das Detektionssignal
in analoger Weise verstärkt und kann anschließend
einem optionalen Frequenzteiler 13 zugeführt werden.
Der Frequenzteiler 13 reduziert die Frequenz des Detektionssignals
so, dass eine störungsreduzierte Übermittlung und
Auswertung möglich ist.
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Die
Frequenzteilung des Frequenzteilers 13 kann beispielsweise
mit Hilfe eines einfachen Zählers ausgebildet sein, der
bei jedem Signalimpuls des Detektionssignals inkrementiert und bei
Erreichen eines Teilerwerts einen Signalimpuls in Form eines ersten
Signalpegels, z. B. einem High-Pegel, für eine Zeitdauer
ausgibt, die einer zeitlichen Länge tT des Signalimpulses
entspricht und den Zählerwert z. B. auf 0 zurücksetzt.
Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird ein zweiter Signalpegel, z. B.
ein Low-Pegel ausgegeben, bis ein nächstes Mal der Teilerwert
erreicht worden ist. Z. B. kann der erste Signalpegel für
eine Zeitdauer von dem Erreichen des Teilerwerts in dem Zähler
bis zu einer nächsten Flanke des Detektionssignals oder
als vorgegebene absolute Zeitdauer oder als eine bezüglich
der Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 ausgegebenen
Signals relative Zeitdauer definiert sein. Das von dem Frequenzteiler 13 ausgegebene
Signal weist eine Periodendauer tP auf.
Der Teilerwert gibt einen Teilerfaktor bzw. ein Teilungsverhältnis
an, mit dem die Frequenz des Detektionssignals verringert bzw. die
Periodendauer tP des Detektionssignals erhöht
wird. Der Teilerwert für das Detektionssignal kann durch
eine geeignete Voreinstellung festgelegt t werden. Der Teilerwert
kann dabei so gewählt werden, dass das Detektionssignal
eine Frequenz aufweist, bei der eine störungsreduzierte Übermittlung
und Auswertung möglich ist. Bei Kenntnis des Teilerwerts
des Frequenzteilers 13 und der Anzahl der durch die Detektionsschaltung 7 pro
Umdrehung des Verdichterrades 5 generierten Signalimpulse
kann im Steuergerät 8 die Drehzahl des Verdichterrads 5 ermittelt
werden.
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Die
zeitliche Länge tT des von dem
Frequenzteiler 13 pro Periode ausgegebenen Signalimpulses
kann auf eine absolute Zeitdauer festgelegt sein bzw. kann durch ein
Tastverhältnis bestimmt sein, wie z. B. 50%, das ein Verhältnis
der Zeitdauer eines High-Pegels und einem Low-Pegel angibt. Die zeitliche
Länge tT kann in der Modifizierungseinheit 14 geändert
bzw. eingestellt werden. Die Modifizierungseinheit 14 empfängt
das von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellte periodische
Signal und modifiziert die zeitliche Länge tT der
Signalimpulse abhängig von einem Temperaturwert V, der
von einer Temperaturauswerteeinheit 15 bereitgestellt wird,
um das Ausgangssignal zu erhalten. Die Modifizierungseinheit 14 modifiziert
das periodische Signal so, dass die Frequenz bzw. die Periodizität
des periodischen Signals beibehalten wird.
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Die
Temperaturauswerteeinheit 15 ist mit einem Temperatursensor 16 verbunden,
der beispielsweise mit Hilfe einer Diode (nicht gezeigt) ausgebildet
sein kann, deren Strom-Spannungs-Kennlinie von der Temperatur abhängig
ist. Die Diode kann in der Detektionsschaltung 7 integriert
ausgebildet sein oder als separates Bauelement an einer geeigneten Position
in der Aufladeeinrichtung 1, an der die Temperatur erfasst
werden soll, angeordnet sein. An Stelle der Diode kann auch ein
anderes temperaturempfindliches Bauelement vorgesehen werden, wie
z. B. ein temperaturempfindlicher Widerstand, und dergleichen.
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Der
Temperatursensor 16 liefert als Angabe über die
Temperatur in der Regel eine analoge elektrische Größe,
wie z. B. einen Strom bei Vorgabe einer Messspannung oder eine Spannung
bei Vorgabe eines Messstromes. Die entsprechende elektrische Größe
kann in der Temperaturauswerteeinheit 15 ausgewertet werden,
um z. B. einen digitalisierten Temperaturwert zu erhalten. Beispielsweise
kann eine Angabe über die Temperatur digitalisiert werden,
z. B. mit Hilfe eines oder mehrerer Schwellwertvergleiche der elektrischen
Größe mit einem oder mehreren Temperaturschwellenwerten.
Selbstverständlich können auch andere bekannte
Verfahren einer Analog-Digital-Wandlung verwendet werden, um die
elektrische Größe, die die Temperatur angibt, digitalisiert
als Temperaturwert V bereitzustellen.
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Abhängig
von dem Ergebnis des Vergleichs bzw. abhängig von der digitalisierten
Temperaturangabe kann der Temperaturwert V gemäß einer
vorgegebenen Abbildungsfunktion ermittelt werden. Der Temperaturwert
V (Funktionswert der Abbildungsfunktion abhängig von der
Temperaturangabe) kann beispielsweise einen absoluten Wert oder
einen relativen Wert angeben, mit dem die zeitliche Länge
tT der Signalimpulse des an das Steuergerät 8 kommunizierten
Ausgangssignals modifiziert wird.
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Die
Modifizierungseinheit 14 kann beispielsweise einen weiteren
Zähler umfassen, der bei jeder Flanke einer festgelegten
Flankenrichtung (z. B. steigende Flanke) gestartet wird und bis
zu einem Zählerwert (getaktet durch einen vorgegebenen
konstanten Systemtakt) zählt, der von dem digitalisierten Temperaturwert
V abhängt oder diesem entspricht. Gleichzeitig mit dem
Starten des weiteren Zählers und während des Zählens
wird ein erster Signalpegel des Ausgangssignals ausgegeben und bei
bzw. nach Erreichen des Zählerwerts wird ein zweiter Signalpegel
ausgegeben. Wie oben angegeben ist vorzusehen, dass der zulässige
Wertebereich des Temperaturwerts V so festgelegt ist, dass die Zählerwerte
größer als 0 und kleiner sind als das Verhältnis
zwischen der Periodendauer tP des von dem
Frequenzteiler 13 ausgegebenen Signals und der Periodendauer
des Systemtaktes. Dies kann beispielsweise durchgeführt
werden, indem der Temperaturwert V nach seiner Generierung auf einen
entsprechenden Maximalwert beschränkt wird. Alternativ
kann bereits die Abbildung der Temperaturangabe auf einen entsprechenden
Temperaturwert V gemäß einer Abbildungsfunktion
durchgeführt werden, die einen minimalen Temperaturwert
von größer als 0 und einen maximal möglichen
Temperaturwert aufweist, der kleiner ist als das das Verhältnis
zwischen der Periodendauer tP des von dem
Frequenzteiler 13 ausgegebenen Signals und der Periodendauer
des Systemtaktes.
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Zur
Begrenzung des Temperaturwerts V kann die Abbildungsfunktion so
gewählt sein, dass bei dem maximalen Temperaturwert V in
der Modifizierungseinheit der Signalimpuls mit einer Zeitdauer generiert
wird, die kleiner ist als die Periodendauer des periodischen Ausgangssignals,
und dass bei dem minimalen Temperaturwert V in der Modifizierungseinheit
der Signalimpuls mit einer Zeitdauer generiert wird, die größer
ist als 0, so dass ein periodisches Signal mit Signalimpulsen erhalten
bleibt. Die Abbildungsfunktion kann die Temperaturangabe linear,
logarithmisch oder gemäß einer anderen Funktion abbilden.
Insbesondere kann die Abbildungsfunktion die bei Verwendung einer
Diode zur Temperaturmessung auftretende Nichtlinearität
der Diodenkennlinie ausgleichen, so dass der Zusammenhang zwischen gemessener
Temperatur und Temperaturwert V linear wird.
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Alternativ
kann die Modifizierungseinheit 14 ein Monoflop in analoger
Bauweise umfassen, das abhängig von einer Impulsflanke
einen Signalimpuls variabler, einstellbarer zeitlicher Länge
tT erzeugt. Ein Monoflop ist insbesondere
dann geeignet, wenn als Temperaturwert eine analoge elektrische
Größe an die Modifizierungseinheit 14 übermittelt
wird. Abhängig von der elektrischen Größe
kann dann eine Zeitdauer, während der nach einer Flanke
einer bestimmten Flankenrichtung ein erster Signalpegel ausgegeben
wird, in bekannter Weise eingestellt werden. Die Begrenzung des
analogen Temperaturwerts V kann in der Temperaturauswerteeinheit 15 erfolgen
und z. B. durch einen begrenzten linearen oder nicht-linearen Verstärker,
dessen Ausgangsgröße auf einen minimalen Wert
und einen maximalen Wert begrenzt wird, realisiert werden. Z. B.
kann dazu ein Operationsverstärker verwendet werden.
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Im
Ergebnis erhält man einen Signalverlauf des Ausgangssignals
A über der Zeit t, der in 3 beispielhaft
dargestellt ist. Die Periodendauer tP des Ausgangssignals
entspricht der Periodendauer des von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten
Signals. Die zeitliche Länge tT des
Signalimpulses gibt eine zu übermittelnde Temperaturangabe
an.
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Selbstverständlich
darf eine Einstellung der Impulsdauer des Signalimpulses nur so
vorgenommen werden, dass die Periodizität des Ausgangssignals
nicht beeinträchtigt ist, d. h. die Impulsdauer darf nicht
0 sein und muss geringer sein als die gesamte Periodendauer des
von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten Signals. Der
vorbestimmte, zu übermittelnde Wertebereich der erfassten
Temperatur wird daher auf Impulsdauern zwischen 0 und der Periodendauer
des von dem Frequenzteiler 13 bereitgestellten Signals
abgebildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Temperaturwert
V nicht in der Temperaturauswerteeinheit 15 sondern in
der Modifizierungseinheit 14 begrenzt wird.
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Im
Steuergerät 8 erfolgt die Auswertung des periodischen
Ausgangssignals der Detektionsschaltung 7 durch Messung
seiner Frequenz, um eine Drehzahlangabe zu erhalten. Die Drehzahl
kann aus der Drehzahlangabe ermittelt werden, indem die durch das
Steuergerät 8 ermittelte Frequenz des periodischen
Ausgangssignals durch die Anzahl der durch die Detektionsschaltung 7 pro
Umdrehung des Verdichterrades 5 generierten Signalimpulse
dividiert wird und mit dem in dem Frequenzteiler 13 verwendeten
Teilerfaktor multipliziert wird. Dazu müs sen in dem Steuergerät
z. B. in einem nicht gezeigten Speicher die entsprechenden Angaben
bereitgestellt werden.
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Weiterhin
kann die zeitliche Länge eines der Signalimpulse des Ausgangssignals
mit Hilfe einer einfachen, in Mikrocontrollern üblicherweise
implementierten, Zeitmessung gemessen werden, so dass dort die von
der Länge der Signalimpulse abhängige Temperaturangabe
bereitgestellt ist. Dies kann beispielsweise durch Starten einer
Zeitzählung bei einer ersten Flanke des empfangenen periodischen
Ausgangssignals und durch Stoppen der Zeitzählung bei einer
zweiten Flanke des empfangenen periodischen Ausgangssignals erfolgen.
Die gemessene Zeit wird gemäß einer weiteren im
Steuergerät 8 vorgegebenen Abbildungsfunktion
(die z. B. invers zu der in der Temperaturauswerteinheit implementierten
Abbildungsfunktion sein kann) in eine Temperaturangabe umgesetzt,
die der gemessenen Temperatur entspricht oder diese angibt.
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Durch
die Kodierung der Drehzahlangabe und der Temperaturangabe auf obige
Weise in das periodische Ausgangssignal kann das Steuergerät 8 ohne
eine zusätzlich analoge Auswertung bzw. einen zusätzlichen
Analog-Digital-Wandler zum Auswerten der Temperaturangabe vorgesehen
werden. Die Angabe zur Drehzahl und die Temperaturangabe werden
in dem Steuergerät verwendet, um den Betrieb des Motorsystems
zu regeln. Mit Hilfe der Drehzahlangabe über die Drehzahl
des Laufzeugs in der Aufladeeinrichtung 1 und der Temperaturangabe über eine
Temperatur in der Aufladeeinrichtung 1 kann die Betriebsart
bzw. der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors eingestellt werden,
z. B. um den Wirkungsgrad der Aufladeeinrichtung 1 zu optimieren, eine Überdrehzahl
zu vermeiden und dergleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/045680
A1 [0007]
- - WO 2005/012919 A1 [0007]
- - DE 102006021430 A1 [0009]