DE102004056893A1

DE102004056893A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem

Info

Publication number: DE102004056893A1
Application number: DE102004056893A
Authority: DE
Inventors: Jochen Walther; Oliver Schulz; Oliver Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-01
Also published as: FR2878292A1; FR2878292B1; US7210458B2; JP2006153007A; US20060130569A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (5) vorgeschlagen, die es ermöglichen, bei geringem Sensoreinsatz möglichst viele Informationen über die Druckschwankungen zu ermitteln. Dabei wird insbesondere mittels eines Sensors (55) ein Signal gebildet, das für einen Druck im Bereich eines ersten Einspritzventils (10) charakteristisch ist. Das Signal wird mittels eines ersten Filters (30) gefiltert. Das Signal wird mittels eines zweiten Filters (35) gefiltert. Das erste Filter (30) weist eine erste Filtercharakteristik und das zweite Filter (35) weist eine zweite Filtercharakteristik auf, die von der ersten Filtercharakteristik verschieden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und von einem Verfahren zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Aus der DE 10217592 A1 ist es bekannt, den Sensoreffekt des Piezo-Aktuators auszunutzen, um die Frequenz einer Druckwelle, welche durch Öffnen bzw. Schließen der Düsenöffnungen erzeugt wird, zu messen. Der Piezo-Aktuator dient dem Injektor dazu, das Steuerventil zu öffnen bzw. zu schließen um den Einspritzvorgang zu steuern. Dazu wird ausgenutzt, dass der Piezo-Aktuator elektrische Spannung in Kraft und elektrische Ladung in Längendehnung umsetzen kann. Dabei wird die Umkehrung dieser Wirkungen dazu genutzt, eine auf den Piezo-Aktuator ausgeübte mechanische Kraft in ein elektrisches Spannungssignal umzuwandeln. Dies nennt man den Sensoreffekt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass ein erstes Filter vorgesehen ist, dem das für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristische Signal zugeführt ist, und dass ein zweites Filter vorgesehen ist, dem dieses Signal zugeführt ist, wobei das erste Filter eine erste Filtercharakteristik und das zweite Filter eine zweite Filtercharakteristik aufweist, die von der ersten Filtercharakteristik verschieden ist. Auf diese Weise lässt sich das für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristische Signal in unterschiedlicher Weise filtern, sodass ihm unterschiedliche Informationen für eine differenzierte Weiterverarbeitung entnommen werden können. Somit lässt sich das für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristische Signal in vielfältiger Weise auswerten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine erste Grenzfrequenz des ersten Filters so gewählt ist, dass sie größer als erste Frequenzen von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund der Kraftstoffförderung durch eine Kraftstoffpumpe und/oder von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund eines Druckabfalls bei mindestens einem Einspritzvorgang ist, wobei ein Durchlassbereich des ersten Filters unterhalb der ersten Grenzfrequenz so gewählt ist, dass er die ersten Frequenzen umfasst. Auf diese Weise lassen sich dem für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signal gezielt Informationen über eventuell vorliegende niederfrequente Druckschwankungen auf Grund der Kraftstoffförderung durch die Kraftstoffpumpe und/oder auf Grund eines Druckabfalls bei mindestens einem Einspritzvorgang entnehmen und von anderen Informationen dieses Signals unterscheiden bzw. trennen. Somit ist eine gezielte Weiterverarbeitung der durch das erste Filter gewonnenen Informationen des für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals möglich.
Entsprechend vorteilhaft ist es, wenn eine Grenzfrequenz des zweiten Filters so gewählt ist, dass sie kleiner als eine zweite Frequenz oder zweite Frequenzen von zu erwartenden hochfrequenten Druckschwankungen ist, die bei einem Einspritzvorgang des ersten Einspritzventils auftreten, wobei ein Durchlassbereich des zweiten Filters oberhalb der zweiten Grenzfrequenz so gewählt ist, dass er die zweite Frequenz oder die zweiten Frequenzen umfasst. Auf diese Weise lassen sich aus dem für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signal Informationen über hochfrequente Druckschwankungen auf Grund eines Einspritzvorgangs des ersten Einspritzventils ermitteln und von anderen Informationen des für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals unterscheiden bzw. trennen. Die mittels des zweiten Filters gewonnenen Informationen des für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals können dann ebenfalls gezielt einer geeigneten Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Die beiden Filter lassen sich dabei in einfacher Weise dadurch realisieren, wenn das erste Filter als Tiefpass oder Bandpass ausgebildet ist bzw. wenn das zweite Filter als Hochpass oder Bandpass ausgebildet ist.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine Regeleinheit vorgesehen ist, der ein erstes Ausgangssignal des ersten Filters zugeführt ist und die den Druck in einer Kraftstoffzuleitung des Kraftstoffversorgungssystem abhängig vom ersten Ausgangssignal regelt. Auf diese Weise kann die vom ersten Filter gelieferte Information des für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals zur Druckregelung in der Kraftstoffzuleitung des Kraftstoffversorgungssystem eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine Ermittlungseinheit vorgesehen ist, der ein zweites Ausgangssignal des zweiten Filters zugeführt ist und die eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs abhängig vom zweiten Ausgangssignal ermittelt. Auf diese Weise können auch die vom zweiten Filter gewonnenen Informationen des für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals ausgewertet werden, beispielsweise um einen Einspritzmengenfehler zu bestimmen und die Zumessgenauigkeit der Kraftstoffzufuhr zu erhöhen.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn mindestens ein Sensor vorgesehen ist, der ein Signal in Abhängigkeit eines vorliegenden Druckes erzeugt, wobei der mindestens eine Sensor im Bereich des ersten Einspritzventils angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich der Druck an einer Stelle des Kraftstoffversorgungssystems ermitteln, an der er sowohl einen repräsentativen Anteil des niederfrequenten Druckverlaufs in einer gemeinsamen Kraftstoffzufuhr auf Grund der Kraftstoffförderung durch die Kraftstoffpumpe und/oder auf Grund des Druckabfalls bei mindestens einem Einspritzvorgang umfasst als auch einen repräsentativen Anteil des hochfrequenten Druckverlaufs in einer Kraftstoffzuleitung zwischen der gemeinsamen Kraftstoffzufuhr und dem ersten Einspritzventil, wobei dieser hochfrequente Druckverlauf durch den Einspritzvorgang des ersten Einspritzventils bedingt ist. Somit lassen sich der niederfrequente und der hochfrequente Anteil des vom Sensor ermittelten und für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils charakteristischen Signals mit Hilfe der beiden Filter voneinander trennen und jeweils einer geeigneten Weiterverarbeitung zuführen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffversorgungssystems und 2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet 5 ein Kraftstoffversorgungssystem beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftstoffversorgungssystem 5 versorgt beispielsweise einen Brennraum eines Motors mit Kraftstoff, im vorliegenden Beispiel mit Dieselkraftstoff über mindestens ein Einspritzventil, das auch als Injektor bezeichnet wird. Gemäß dem Beispiel nach 1 sind 4 Einspritzventile 10, 15, 20, 25 vorgesehen, die den Kraftstoff direkt in zugeordnete und in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Zylinder des Motors einspritzen. Dabei fördert in dem Fachmann bekannter Weise eine Hochdruckpumpe 40 mit vorgeschalteter und in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellter Kraftstoffzumesseinheit den Kraftstoff aus einem in 1 ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffreservoir über eine erste gemeinsame Kraftstoffzuleitung 95, ein Druckregelventil 60 und eine zweite gemeinsame Kraftstoffzuleitung 100 in ein sogenanntes Rail 85, das eine dritte gemeinsame Kraftstoffzuleitung in Form eines Kraftstoffdruckbehälters darstellt und den zugeführten Kraftstoff über Kraftstoffleitungen 65, 70, 75, 80 auf die einzelnen Einspritzventile 10, 15, 20, 25 verteilt. Das Druckregelventil 60 könnte alternativ auch direkt am Rail 85 oder an der Hochdruckpumpe 40 angeordnet sein. Die einzelnen Kraftstoffleitungen 65, 70, 75, 80 sind dabei Hochdruckleitungen. So wird der Kraftstoff vom Rail 85 über eine erste Kraftstoffleitung 65 einem ersten Einspritzventil 10, über eine zweite Kraftstoffleitung 70 einem zweiten Einspritzventil 15, über eine dritte Kraftstoffleitung 75 einem dritten Einspritzventil 20 und über eine vierte Kraftstoffleitung 80 einem vierten Einspritzventil 25 zugeführt. Das erste Einspritzventil 10 umfasst eine erste Düse 105, über die der Kraftstoff einem ersten Zylinder direkt eingespritzt wird. Das zweite Einspritzventil 15 umfasst eine zweite Düse 110, über die der Kraftstoff einem zweiten Zylinder direkt eingespritzt wird. Das dritte Einspritzventil 20 umfasst eine dritte Düse 115, über die der Kraftstoff einem dritten Zylinder direkt eingespritzt wird. Das vierte Einspritzventil 25 umfasst eine vierte Düse 120, über die der Kraftstoff direkt einem vierten Zylinder eingespritzt wird. Die vier Zylinder sind wie beschrieben in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Alternativ könnte der Kraftstoff in einen Zylinder auch über mehrere Einspritzventile eingespritzt werden. Alternativ zur Direkteinspritzung kommt, insbesondere bei einem Ottomotor, auch eine Saugrohreinspritzung in Frage. Ferner ist eine Steuerung 90 vorgesehen. Die Steuerung 90 steuert das Druckregelventil 60 zur Einstellung eines gewünschten Kraftstoffdruckes in den gemeinsamen Kraftstoffzuleitungen 95, 100, 85. Ferner steuert die Steuerung 90 die vier Einspritzventile 10, 15, 20, 25 im Hinblick auf einen vorgegebenen Öffnungszeitpunkt und eine vorgegebene Öffnungsdauer, um eine gewünschte Kraftstoffmenge in einem gewünschten Zeitfenster in die Zylinder abzuspritzen. Auch dies erfolgt in dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise zur Einstellung eines über ein Fahrpedal des Fahrzeugs vorgegebenen Fahrerwunschmomentes oder zur Einstellung eines vorgegebenen Luft-Kraftstoffgemischverhältnisses. In mindestens einer der Hochdruckleitungen 65, 70, 75, 80 ist ein Drucksensor 55 angeordnet, der den Kraftstoffdruck in dieser Hochdruckleitung misst und das Messergebnis an die Steuerung 90 weiterleitet. Dabei ist der Ducksensor 55 im Bereich des zugeordneten Einspritzventils angeordnet. Er kann beispielsweise wie in der DE 10217592 A1 beschrieben mit einem Piezo-Aktuator identisch sein, der als Steuerglied zum Öffnen und Schließen der Düse des entsprechenden Einspritzventils beispielhaft vorgesehen sein kann. Im Beispiel nach 1 ist der Drucksensor 55 in der ersten Hochdruckleitung 65 im Bereich des ersten Einspritzventils 10 angeordnet. Das von ihm erfasste zeitliche Signal des Druckverlaufs wird der Steuerung 90 zugeführt. In entsprechender Weise können auch ein oder mehrere weitere der Hochdruckleitungen 70, 75, 80 mit jeweils einem Drucksensor und einer Signalleitung zur Steuerung 90 ausgestattet sein.
Das Kraftstoffversorgungssystem 5 stellt ein sogenanntes Common-Rail-Einspritzsystem dar. Dabei stellt das Rail 85 wie beschrieben einen Hochdruckkraftstoffspeicher dar. Über das Druckregelventil 60 wird der Kraftstoff im Rail 85 auf einen vorgegebenen Druck eingestellt. Der vorgegebene Druck kann beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden. Bei jeder Einspritzung von Kraftstoff über die Einspritzventile 10, 15, 20, 25 in den Brennraum des Motors kommt es zu einem leichten Druckabfall im Rail 85. Um den vorgegebenen Druck im Rail 85 halten zu können, wird dem Rail 85 eine entsprechende Kraftstoffmenge über die Hochdruckpumpe 40 wieder zugeführt. Die dazu erforderliche Regelung des Drucks im Rail 85 erfolgt wahlweise mit Hilfe des Druckregelventils 60 oder über eine in 1 nicht dargestellte verstellbare Drosselstelle beispielsweise der Kraftstoffzumesseinheit an einem Kraftstoffzulauf der Hochdruckpumpe 40 aus dem in 1 nicht dargestellten Kraftstoffreservoir. Bei her kömmlichen Kraftstoffversorgungssystemen erfolgt die Messung des einzuregelnden Druckes über einen Raildrucksensor, der direkt am Rail 85 angeordnet ist.
Da das Rail 85 im Vergleich zu den angeschlossenen Hochdruckleitungen 65, 70, 75, 80 und den in 1 nicht dargestellten Hochdruckbohrungen innerhalb der einzelnen Einspritzventile 10, 15, 20, 25 über ein vergleichsweise großes Volumen verfügt, wobei insbesondere der Railinnendurchmesser sehr viel größer als der Leitungsinnendurchmesser der Hochdruckleitungen 65, 70, 75, 80 und Hochdruckbohrungen ist, werden hochfrequente Druckschwingungen, die bei der Einspritzung des Kraftstoffes in den Hochdruckleitungen 65, 70, 75, 80 und in den Einspritzventilen 10, 15, 20, 25 entstehen, vom Railvolumen gedämpft. Diese hochfrequenten Schwingungen, deren Frequenz beispielsweise etwa zwischen 1 und 3 kHz liegen, können somit vom Raildrucksensor nicht erfasst werden. Vom Raildrucksensor können lediglich die Druckanstiege durch die Förderhübe der Hochdruckpumpe 40 und die Druckeinbrüche auf Grund der Entnahme von Kraftstoff bei der Einspritzung von Kraftstoff über die Einspritzventile 10, 15, 20, 25 in die Zylinder erfasst werden.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, den Drucksensor an eine Position zu verlagern, in der sowohl die zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Rail 85 erforderlichen niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund beispielsweise der Förderung der Hochdruckpumpe 40 sowie der Kraftstoffentnahme durch Einspritzung messbar sind als auch die bisher nicht erfassbaren hochfrequenten Druckschwingungen zwischen der Düse des entsprechenden Einspritzventils einerseits und dem dem Rail 85 zugewandten Ende der zugeordneten Hochdruckleitung andererseits, wobei sich die hochfrequenten Druckschwingungen durch den Einspritzvorgang selbst ergeben. Durch geeignete Signalverarbeitung des gemessenen Drucksignals lassen sich hoch- und niederfrequente Anteile separieren, sodass ein einzelner Sensor für die Raildruckregelung und die Messung der hochfrequenten Druckschwingung in der entsprechenden Hochdruckleitung verwendet werden kann. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Kostenersparnis gegenüber einer Lösung mit zwei separaten Drucksensoren, die insbesondere bezüglich ihrer Position im Kraftstoffversorgungssystem 5 auf die Raildruckregelung einerseits bzw. auf die Messung der hochfrequenten Druckschwingung der zugeordneten Hochdruckleitung andererseits spezialisiert sind.
Erfindungsgemäß wird somit der Drucksensor 55 im Bereich des ersten Einsspritzventils 10 angeordnet. Dabei kann der Drucksensor 55 wie in 1 dargestellt beispielsweise an einem dem ersten Einspritzventil 10 zugewandten Ende der ersten Hochdruckleitung 65 angeordnet sein. Alternativ kann der Drucksensor 55 wie in der DE 10217592 A1 beschrieben auch einem Piezo-Aktuator als Steuerglied des ersten Einspritzventils 10 entsprechen und dessen Sensoreffekt wie in der DE 10217592 A1 beschrieben ausnutzen. Zur Erfassung der hochfrequenten Druckschwankungen in der zweiten Hochdruckleitung 70, in der dritten Hochdruckleitung 75 und in der vierten Hochdruckleitung 80 kann dort ebenfalls in entsprechender Weise ein Drucksensor im Bereich des zugeordneten Einspritzventils angeordnet werden, dessen Drucksignal in entsprechender Weise der Steuerung 90 zugeführt und dort ausgewertet wird. Im Folgenden wird dieses Vorgehen jedoch beispielhaft für den Drucksensor 55 in der ersten Hochdruckleitung 65 beschrieben.
Die Verlagerung des Drucksensors 55 vom Rail 85 an eine injektornahe Position auf einer der verfügbaren Hochdruckleitungen 65, 70, 75, 80 führt dazu, dass neben den niederfrequenten Druckschwankungen in Folge der Pumpenförderung durch die Hochdruckpumpe 40 und die Kraftstoffabgabe auf Grund der Einspritzung durch eines oder mehrere der Einspritzventile 10, 15, 20, 25 zusätzlich die hochfrequente Druckschwingung in der Hochdruckleitung, an der der Drucksensor 55 angeordnet ist, erfasst wird, wobei diese hochfrequente Druckschwingung durch den Einspritzvorgang des zugeordneten Einspritzventils selbst bedingt wird. Im vorliegenden Beispiel wird also durch den in der ersten Hochdruckleitung 65 angeordneten Drucksensor 55 die hochfrequente Druckschwingung in der ersten Hochdruckleitung 65 erfasst, die sich auf Grund des Einspritzvorgangs des ersten Einspritzventils 10 selbst ergibt.
Da sich die beschriebenen Effekte in unterschiedlichen Frequenzspektren ereignen, ist die Separation der niederfrequenten Druckschwankungen und der hochfrequenten Druckschwankungen, die im Signal des Drucksensors 55 enthalten sind, mit Hilfe einer geeigneten Filterung möglich. Eine entsprechend erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung verschiedener Druckschwankungen im Signal des Drucksensors 55 ist in 2 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet und kann software- und/oder hardwaremäßig in der Steuerung 90 implementiert sein. Dabei umfasst die Vorrichtung 1 ein erstes Filter 30 und ein zweites Filter 35, denen das Signal des Drucksensors 55 zugeführt ist. Das erste Filter 30 weist dabei eine erste Filtercharakteristik und das zweite Filter 35 eine zweite Filtercharakteristik auf. Die erste Filtercharakteristik ist von der zweiten Filtercharakteristik verschieden. Im vorliegenden Beispiel werden die beiden Filtercharakteristiken durch unterschiedliche, insbesondere aber nicht notwendiger Weise nicht überlappende Durchlassbereiche gebildet. Dabei ist eine erste Grenzfrequenz des ersten Filters 30 so gewählt, dass sie größer als erste Frequenzen von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund der Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 40 und/oder von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund eines Druckabfalls bei der Abgabe von Kraftstoff bei mindestens einem Einspritzvorgang durch eines der Einspritzventile 10, 15, 25 ist. Dabei ist ein Durchlassbereich des ersten Filters 30 unterhalb der ersten Grenzfrequenz so gewählt, dass er die ersten Frequenzen umfasst. Somit kann das erste Filter 30 beispielsweise als Bandpass ausgebildet sein, wobei dann noch eine dritte Grenzfrequenz für den Durchlassbereich des ersten Filters 3 so definiert werden muss, dass sie unterhalb der genannten ersten Frequenzen liegt. Noch einfacher lässt sich das erste Filter 30 als Tiefpass ausbilden, sodass die dritte Grenzfrequenz nicht mehr definiert werden muss. Am Ausgang des ersten Filters 30 liegt dann ein Signal an, das lediglich die Druckschwankungen mit den ersten Frequenzen umfasst und bei dem die hochfrequenten Druckschwankungen auf Grund des Einspritzvorgangs des ersten Einspritzventils 10 selbst herausgefiltert worden sind und somit nicht mehr enthalten sind. Dieses Ausgangssignal des ersten Filters 30 kann dann beispielsweise und wie in 2 dargestellt einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, die im Beispiel nach 2 durch eine Regeleinheit 45 charakterisiert ist. Die Regeleinheit 45 dient zur Regelung des Drucks im Rail 85 auf einen vorgegebenen Druckwert P_v, der der Regeleinheit 45 neben dem Ausgangssignal des ersten Filters 30 zugeführt ist. Die Regeleinheit 45 bildet dann die Differenz zwischen dem vorgegebenen Druckwert P_v und dem Ausgangssignal des ersten Filters 30 als Istwert des Raildrucks. Die Regeleinheit 45 erzeugt dann ein Ansteuersignal für das Druckregelventil 60 derart, dass die genannte Differenz minimiert, die niederfrequenten Druckschwankungen auf Grund der Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 40 und/oder auf Grund des Druckabfalls bei der Abgabe von Kraftstoff durch eines oder mehrere der Einspritzventile 10, 15, 20, 25 weitgehend kompensiert werden.
Eine Grenzfrequenz des zweiten Filters 35 wird so gewählt, dass sie kleiner als eine zweite Frequenz oder zweite Frequenzen von den zu erwartenden hochfrequenten Druckschwankungen ist, die bei einem Einspritzvorgang des ersten Einspritzventils 10 selbst auftreten. Dabei ist ein Durchlassbereich des zweiten Filters 35 oberhalb der zweiten Grenzfrequenz so gewählt, dass er die zweite Frequenz oder die zweiten Frequenzen umfasst. Das zweite Filter 35 kann dabei ebenfalls als Bandpass ausgebildet sein, der den Durchlassbereich des zweiten Filters 35 nach oben durch eine vierte Grenzfrequenz abschließt, die größer als die zweite Frequenz oder die zweiten Frequenzen ist. So kann beispielsweise die zweite Grenzfrequenz leicht kleiner oder gleich 1 kHz, beispielsweise zu 900 Hz und die vierte Grenzfrequenz beispielsweise leicht über 3 kHz, beispielsweise zu 3,1 kHz, gewählt werden. Noch einfacher lässt sich das zweite Filter 35 als Hochpass realisieren, wobei dann die vierte Grenzfrequenz nicht mehr definiert werden muss. Da die ersten Frequenzen kleiner als die zweite Frequenz bzw. die zweiten Frequenzen sind, sollte die erste Grenzfrequenz und die zweite Grenzfrequenz zwischen den ersten Frequenzen und der zweiten Frequenz bzw. den zweiten Frequenzen liegen, um die ersten Frequenzen von der zweiten Frequenz bzw. von den zweiten Frequenzen sauber trennen zu können. Dabei kann die erste Grenzfrequenz beispielsweise gleich der zweiten Grenzfrequenz gewählt werden. Um die Trennung der verschiedenen Frequenzspektren wirklich zuverlässig durchzuführen ist es auch vorteilhaft, die zweite Grenzfrequenz größer als die erste Grenzfrequenz zu wählen. Die zweite Grenzfrequenz kann aber auch kleiner als die erste Grenzfrequenz gewählt werden, wobei dann die Durchlassbereiche der beiden Filter 30, 35 überlappen. Im vorliegenden Beispiel können die erste und die zweite Grenzfrequenz auch jeweils zu 1 kHz gewählt werden. Somit liegt am Ausgang des zweiten Filters 35 ein Signal an, das von den niederfrequenten Druckschwankungen des Ausgangssignals des Drucksensors 55 bereinigt ist und nur die hochfrequenten Druckschwankungen auf Grund des Einspritzvorgangs des ersten Einspritzventils 10 selbst umfasst. Das Ausgangssignal des zweiten Filters 35 kann dann einer geeigneten Weiterverarbeitung zugeführt werden. Diese kann wie in 2 beispielhaft dargestellt durch eine Ermittlungseinheit 50 charakterisiert sein, die aus dem Ausgangssignal des zweiten Filters 35 die Frequenz der hochfrequenten Druckschwingung beispielsweise mit Hilfe eine Fourieranalyse ermittelt. Die Frequenz der hochfrequenten Druckschwingung in der ersten Hochdruckleitung 65 ist dabei direkt proportional zur Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs, sodass nach Bestimmung der Proportionalitätskonstante beispielsweise auf einem Prüfstand und deren Ablage in einem der Ermittlungseinheit 50 zugeordneten Speicher, mit Hilfe dieser Proportionalitätskonstante und der ermittelten Frequenz der hochfrequenten Druckschwingung die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der ersten Hochdruckleitung 65 von der Ermittlungseinheit 50 berechnet werden kann. Die ermittelte Schallgeschwindigkeit kann dann von der Ermittlungseinheit 50 wiederum einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, wobei diese Weiterverarbeitung in der Steuerung 90 oder einem davon verschiedenen Steuergerät erfolgen kann.
Auf Grund der hochfrequenten Druckschwankungen in der ersten Hochdruckleitung 65 und dem ersten Einspritzventil 10 können Einspritzmengenfehler entstehen, weil die Einspritzung über die Düse 105 des ersten Einspritzventils 10 zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die Druckwelle einer zeitlich vorgelagerten Einspritzung des ersten Einspritzventils 10 noch nicht abgeklungen ist. Ist jedoch diese Druckwelle, die der beschriebenen hochfrequenten Druckschwan kung zwischen der Düse 105 des ersten Einspritzventils 10 einerseits und dem railseitigen Ende der ersten Hochdruckleitung 65 andererseits entspricht, bekannt, nämlich in Form des Ausgangssignals des zweiten Filters 35, so kann abhängig vom Ausgangssignal des zweiten Filters 35 auch eine geeignete Einspritzmengenkorrektur durchgeführt werden, die die Druckwelle der zeitlich vorgelagerten Einspritzung des ersten Einspritzventils 10 berücksichtigt. Die konkrete Ausgestaltung einer solchen Weiterverarbeitung des Ausgangssignals des zweiten Filters 35 ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Mit einer solchen Einspritzmengenkorrektur lässt sich dann die Zumessgenauigkeit des Kraftstoffversorgungssystems erhöhen.
Bei der beschriebenen hochfrequenten Druckschwingung in der ersten Hochdruckleitung 65 und dem ersten Einspritzventil 10 handelt es sich um eine hydraulische Schwingung, die an der geschlossenen Düse 105 des ersten Einspritzventils 10 ihre maximale Druckamplitude aufweist, deren Druckamplitude am railseitigen offenen Ende der ersten Hochdruckleitung 65 jedoch sehr gering ist. Diese hochfrequente Schwingung lässt sich daher von einem herkömmlichen Drucksensor innerhalb des Rails 85 nicht erfassen. Dies gelingt in der beschriebenen Weise durch die injektornahe Anordnung des Drucksensors 55 in der ersten Hochdruckleitung 65. Obwohl der Drucksensor 55 dann nicht mehr im Bereich des Rails 85 angeordnet ist, gelingt es dennoch, den Druckverlauf im Rail 85 aus dem gemessenen Druck des Drucksensors 55 in der ersten Hochdruckleitung 65 mit hoher Genauigkeit zu rekonstruieren. Insbesondere die Höhe der Druckspitzen des niederfrequenten Drucksignals, die zur Regelung des Raildrucks herangezogen werden, unterscheiden sich nur unwesentlich von der Höhe der Druckspitzen des Drucksignals, das zu Testzwecken direkt im Rail 85 gemessen wurde und mit Hilfe des Filters 30 gefiltert wurde. Die Regelung des Raildrucks ist somit auch durch Verwendung des vom Drucksensor 55 injektornah in der ersten Hochdruckleitung 65 ermittelten gefilterten Drucksignals in der beschriebenen Weise ohne Genauigkeitseinbußen möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wurden anhand des vom Drucksensor 55 gelieferten Drucksignals beschrieben. Allgemein können die Druckschwankungen durch entsprechende Auswertung eines für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils 10 charakteristischen Signals ermittelt werden, wobei dieses Signal durch einen Sensor gebildet oder aus Betriebsgrößen des Kraftstoffversorgungssystems und/oder der über das Kraftstoffversorgungssystem 5 mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine modellierbar ist. Im vorliegenden Beispiel wurde als für den Druck im Bereich des ersten Einspritzventils 10 charakteristisches Signal das Drucksignal des Drucksensors 55 ausgewertet. Es könnte aber auch ein Signal verwendet werden, das zum Druck proportional ist, beispielsweise die Schwingungsamplitude der Membran eines Drucksensors.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst gemäß 2 das erste Filter 30, das zweite Filter 35, die Regeleinheit 45 und die Ermittlungseinheit 50. Dabei kann die Vorrichtung 1 alternativ zusätzlich auch den Drucksensor 55 und/oder das Druckregelventil 60 umfassen. Im Wesentlichen sollte die Vorrichtung 1 jedoch das erste Filter 30 und das zweite Filter 35 umfassen, sodass die Vorrichtung 1 in einer weiteren Alternative auch nur das erste Filter 30 und das zweite Filter 35 umfassen kann. Der vorgegebene Druck Pv kann von einem in 2 nicht dargestellten Speicher geliefert werden, wobei dieser Speicher der Steuerung 90 zugeordnet sein kann und innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet sein kann. Im vorliegenden Beispiel soll angenommen werden, dass dieser Speicher außerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet ist.

Claims

Vorrichtung (1) zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (5), wobei ein für einen Druck im Bereich eines ersten Einspritzventils (10) charakteristisches Signal ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Filter (30) vorgesehen ist, dem das Signal zugeführt ist, und dass ein zweites Filter (35) vorgesehen ist, dem das Signal zugeführt ist, wobei das erste Filter (30) eine erste Filtercharakteristik und das zweite Filter (35) eine zweite Filtercharakteristik aufweist, die von der ersten Filtercharakteristik verschieden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter (30) als Tiefpass oder Bandpass ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (35) als Hochpass oder als Bandpass ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Grenzfrequenz des ersten Filters (30) so gewählt ist, dass sie größer als erste Frequenzen von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen aufgrund der Kraftstoffförderung durch eine Kraftstoffpumpe (40) und/oder von zu erwartenden niederfrequenten Druckschwankungen aufgrund eines Druckabfalls bei mindestens einem Einspritzvorgang ist, wobei ein Durchlassbereich des ersten Filters (30) unterhalb der ersten Grenzfrequenz so gewählt ist, dass er die ersten Frequenzen umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Grenzfrequenz des zweiten Filters (35) so gewählt ist, dass sie kleiner als eine zweite Frequenz oder zweite Frequenzen von zu erwartenden hochfrequenten Druckschwankungen ist, die bei einem Einspritzvorgang des ersten Einspritzventils (10) auftreten, wobei ein Durchlaßbereich des zweiten Filters (35) oberhalb der zweiten Grenzfrequenz so gewählt ist, dass er die zweite Frequenz oder die zweiten Frequenzen umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinheit (45) vorgesehen ist, der ein erstes Ausgangssignal des ersten Filters (30) zugeführt ist und die den Druck in einer Kraftstoffzuleitung des Kraftstoffversorgungssystems (5) abhängig vom ersten Ausgangssignal regelt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlungseinheit (50) vorgesehen ist, der ein zweites Ausgangssignal des zweiten Filters (35) zugeführt ist und die eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs abhängig vom zweiten Ausgangssignal ermittelt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (55) vorgesehen ist, der ein Signal in Abhängigkeit eines vorliegenden Druckes erzeugt, wobei der mindestens eine Sensor (55) im Bereich des ersten Einspritzventils (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (5), wobei, insbesondere mittels eines Sensors (55), ein Signal gebildet wird, das für einen Druck im Bereich eines ersten Einspritzventils (10) charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mittels eines ersten Filters (30) gefiltert wird und dass das Signal mittels eines zweiten Filters (35) gefiltert wird, wobei das erste Filter (30) eine erste Filtercharakteristik und das zweite Filter (35) eine zweite Filtercharakteristik aufweist, die von der ersten Filtercharakteristik verschieden ist.