DE102018206826A1

DE102018206826A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Druckbehälter, Druckbehälter

Info

Publication number: DE102018206826A1
Application number: DE102018206826.7A
Authority: DE
Inventors: Christos Hondros; Guenter Veit
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, unter Verwendung einer Drucksensors. Erfindungsgemäß wird ein mit Hilfe des Drucksensors aufgenommenes Sensorsignal einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit übermittelt und mittels der Auswerteeinheiten mit unterschiedlich hoher Auflösung ausgewertet oder zur Bestimmung des absoluten Drucks und der Druckänderung eingesetzt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen Druckbehälter mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einen Druckbehälter, insbesondere einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, mit einer solchen Vorrichtung.
Bei dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher kann es sich insbesondere um ein Rail eines Common-Rail-Einspritzsystems handeln, an den mindestens ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Der Druck im Rail wird mittels eines Drucksensors, dem sogenannten Raildrucksensor überwacht.
Stand der Technik
Druckänderungen im Rail werden mittels herkömmlicher Raildrucksensoren nur unzureichend erfasst. Insbesondere kleine Druckänderungen können nur mit großer Toleranz bestimmt werden. Aktuell wird beispielsweise ein Raildrucksensor eingesetzt, der eine feste Auflösung von 10 Bit besitzt, was bei einem Systemdruck von 2500 bar etwa 2,44 bar (2500/1024) entspricht. Durch Langzeitermittlung kann das Ergebnis verbessert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine möglichst genaue Erfassung selbst kleiner Druckänderungen im Rail bzw. in einem Druckbehälter ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Druckbehälter mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, wird unter Verwendung einer Drucksensors durchgeführt. Erfindungsgemäß wird ein mit Hilfe des Drucksensors aufgenommenes Sensorsignal einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit übermittelt. Mittels der Auswerteeinheiten wird das Sensorsignal mit unterschiedlich hoher Auflösung ausgewertet oder zur Bestimmung des absoluten Drucks und der Druckänderung eingesetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach ein Sensorsignal eines Drucksensors unterschiedlichen Auswertungen unterzogen. Hierzu werden eine erste und eine zweite Auswerteeinheit eingesetzt. Mit Hilfe der ersten und der zweiten Auswerteeinheit kann somit eine Auswertung in unterschiedlicher Auflösung vorgenommen werden, um beispielsweise eine Art Lupenfunktion zu realisieren. Alternativ kann mit Hilfe der ersten und der zweiten Auswerteeinheit zum einen der Absolutdruck, zum anderen die Druckänderung im Druckbehälter erfasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit zur Verbesserung der Auflösung eines Raildrucksensors eingesetzt werden, um insbesondere die Toleranz bei der Bestimmung kleiner Druckänderungen zu minimieren. Entsprechend sind nur wenige Zyklen notwendig, um vertrauenswürdige Messwerte zu bekommen. Ferner kann die Druckänderung zusammen mit dem Absolutdruck erfasst werden.
Bevorzugt wird das mit Hilfe des Drucksensors aufgenommene Sensorsignal in einer der beiden Auswerteeinheiten einer Ableitung unterzogen. Die Betrachtung der Ableitung führt zu einer Auswertung mit verbesserter Auflösung, so dass auf diesem Wege die bereits erwähnte Lupenfunktion realisiert werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das mit Hilfe des Drucksensors aufgenommene Sensorsignal an eine der beiden Auswerteeinheiten als differentiales Signal übermittelt wird. Auf diese Weise kann eine Druckänderung im Druckbehälter erfasst bzw. gemessen werden, während die jeweils andere Auswerteeinheit den Absolutdruck als Messwert zur Verfügung stellt. Somit können zeitgleich der absolute Druck und eine Druckänderung im Druckbehälter bestimmt werden.
Des Weiteren bevorzugt werden die Auswerteeinheiten jeweils im Wechsel als erste und zweite Auswerteeinheit eingesetzt, wobei vorzugsweise der Wechsel in vorgegebenen zeitlichen Abständen vorgenommen wird. Das heißt, dass beide Auswerteeinheiten in der Lage sein müssen, den Absolutdruck und eine Druckänderung im Druckbehälter zu bestimmen. Das heißt ferner, dass beide Auswerteeinheiten gleich ausgebildet sein können. Der vorzugsweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen vorgenommene Wechsel ermöglicht eine gegenseitige Plausibilisierung der Ergebnisse der beiden Auswerteeinheiten, so dass eine höhere Sicherheit bzw. eine höhere Zuverlässigkeit erreicht wird.
Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird vorzugsweise ein Drucksensor mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verwendet. Das heißt, dass der Drucksensor zwei Auswerteeinheiten aufweisen kann, die mit einem Messgrößenaufnehmer verschaltet sind. Alternativ kann der Drucksensor mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verschaltet werden. Der Drucksensor wird in diesem Fall im Wesentlichen durch einen Messgrößenaufnehmer ausgebildet, der über Signalleitungen mit zwei externen Auswerteeinheiten in datenübertragender Weise verbunden ist.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt, so dass dem System immer eine Information zum absoluten Druck als auch zu einer Druckänderung im Druckbehälter bzw. im Hochdruckspeicher vorliegt. Wechsel zwischen den beiden Auswerteeinheiten durch Umschalten sind vorzugsweise ebenfalls während des Fahrbetriebs vorzunehmen, damit dem System keine Informationen verloren gehen.
Die darüber hinaus vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen Drucksensor, der eine erste und eine zweite Auswerteeinheit aufweist oder mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verschaltet ist. Das heißt, dass der Drucksensor eine Baueinheit mit den beiden Auswerteeinheiten ausbilden kann oder über Signalleitungen mit diesen verbunden ist, so dass die Signalauswertung extern, beispielsweise in einer externen Auswerte- und Steuereinheit, erfolgt. Die Vorrichtung ist somit vielseitig einsetzbar.
Die beiden Auswerteeinheiten müssen jeweils dazu ausgelegt sein, auf Basis des vom Drucksensor übermittelten Drucksignals den Absolutdruck und eine Druckänderung im Druckbehälter zu bestimmen. Vorzugsweise weisen daher beide Auswerteeinheiten die gleiche Elektronik auf.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheiten jeweils mehrfach kalibriert sind. Das heißt, dass vorzugsweise in jeder Auswerteeinheit unterschiedliche Kennlinien hinterlegt sind, die unterschiedlich hoch aufgelöste Auswertungen ermöglichen, so dass zwischen der ersten und der zweiten Auswerteeinheit zum Zwecke der Plausibilisierung umgeschaltet werden kann.
Des Weiteren wird ein Druckbehälter, insbesondere ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Drucksensor am Druckbehälter angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der Auswertungsmöglichkeiten eines Sensorsignals eines Drucksensors und
2 ein Diagramm zur graphischen Darstellung der unterschiedlichen Kennlinien einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Dem Diagramm der 1 sind zwei Kurven zu entnehmen, die auf gefilterten Signalen beruhen und somit geglättet sind. Kurve 1 stellt den Verlauf des Drucks p über die Zeit t dar, d. h. $p = f (t) .$
Bei der Kurve 2 handelt es sich um die entsprechende Ableitung, d. h. $dp / dt = f' (t) .$
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit Hilfe der beiden Auswerteeinheiten einmal der Absolutdruck (Kurve 1) und einmal die Druckänderung (Kurve 2) in einem Druckbehälter erfasst. Die Kurve 2 zeigt dabei Druckänderungen, die sich in einem Bereich von etwa ± 50 bar bewegen. Auf diese Weise kann ein unzulässig hoher Druckabfall im Druckbehälter zuverlässig und schnell detektiert werden. Sofern es sich um einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher, insbesondere um ein Rail handelt, kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass der Raildruck nicht unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt.
Die Auswertung eines Sensorsignals eines Drucksensors erfolgt üblicherweise mittels einer Drucksensor-Kennlinie, in der Werte des Raildrucks p über der elektrischen Spannung aufgetragen sind. Der Druckverlauf verhält sich dabei proportional zum Spannungsverlauf, so dass die Kennlinie eine Gerade ist.
In der 2 ist eine flach ansteigende erste Kennlinie A dargestellt, die einer ersten Auswerteeinheit zuzuordnen ist. Die erste Auswerteeinheit erfasst demnach einen vergleichsweise weiten Druckbereich, vorliegend von 0 bis 1000 bar („full range“). Die demgegenüber steil ansteigende zweite Kennlinie B ist einer zweiten Auswerteeinheit zuzuordnen und erfasst lediglich einen Druckbereich von etwa 100 bar, jedoch mit verbesserter Auflösung, so dass die zweite Auswerteeinheit als eine Art „Lupe“ einsetzbar ist, die - bezogen auf einen eingeschränkten Druckbereich eine - zuverlässigere Aussage ermöglicht. Bei einer Mehrfachkalibrierung der Auswerteeinheit kann die Lupenfunktion auf weitere Druckbereiche erstreckt werden (siehe gestrichelt dargestellte Kennlinie B').

Claims

Verfahren zur Bestimmung des absoluten Drucks und/oder einer Druckänderung in einem Druckbehälter, insbesondere in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, unter Verwendung einer Drucksensors, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Hilfe des Drucksensors aufgenommenes Sensorsignal einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit übermittelt wird und mittels der Auswerteeinheiten mit unterschiedlich hoher Auflösung ausgewertet oder zur Bestimmung des absoluten Drucks und der Druckänderung eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Hilfe des Drucksensors aufgenommene Sensorsignal in einer der beiden Auswerteeinheiten einer Ableitung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Hilfe des Drucksensors aufgenommene Sensorsignal an eine der beiden Auswerteeinheiten als differentiales Signal übermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheiten jeweils im Wechsel als erste und zweite Auswerteeinheit eingesetzt werden, wobei vorzugsweise der Wechsel in vorgegebenen zeitlichen Abständen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verwendet wird oder der Drucksensor mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Drucksensor, der eine erste und eine zweite Auswerteeinheit aufweist oder mit einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit verschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheiten jeweils mehrfach kalibriert sind.
Druckbehälter, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs, mit einer Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Drucksensor am Druckbehälter angeordnet ist.