DE10035816A1

DE10035816A1 - Verfahren zur Kallibrierung eines Drucksensors für ein Common-Rail-System

Info

Publication number: DE10035816A1
Application number: DE2000135816
Authority: DE
Inventors: Kurt Frank; Friedrich Boecking; Steffen Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-22
Filing date: 2000-07-22
Publication date: 2002-01-31
Also published as: WO2002008715A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors für ein Common-Rail-System vorgeschlagen, bei dem anstelle eines aufwendigen Abgleich- und Kalibrierverfahrens vorzugsweise nur eine Messung durchgeführt wird, bei der die Abweichung des Messwertes des Drucksensors (8) zu einem vorgegebenen Soll-Wert festgelegt wird. Dieser Differenzwert wird gespeichert und kann bei der Verwertung des Drucksignals ausgewertet werden. Insbesondere bei der Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in einem Common-Rail-System kann bei bekanntem Toleranzwert die Genauigkeit des gemessenen Drucksignals verbessert werden. Insbesondere bei einem Temperatur-Kennfeld, bei dem Teil-Kennfelder bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken vorgegeben werden, kann für jedes Teil-Kennfeld ein Toleranzbereich ermittelt werden und der Drucksensor (8) bei diesen Arbeitspunkten entsprechend korrigiert werden. Der Toleranzwert wird vorzugsweise in einer elektronischen Schaltung des Drucksensors (8) oder alternativ in einem Steuergerät (18) gespeichert, das für die Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorhanden ist. Die Drucksensoren (8) werden entsprechend ihrer Toleranzgruppe optisch mittels Farbcodierung, Barcode oder elektronisch mit geeigneten Mitteln markiert, so dass die Klassifizierung jederzeit erkennbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors für ein Common-Rail-System eines Kraftfahrzeugmotors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, Drucksensoren nach deren Fertigstellung auf vorgegebene Soll-Werte zu kalibrieren, um eine geforderte Genauigkeit für die Messwerte beim späteren Einsatz des Drucksensors zu erzielen. Unterschiedliche Genauigkeiten ergeben sich bei der Herstellung der Sensoren aufgrund einzelner toleranzbehafteter Fertigungsschritte. Daher werden die Sensoren nach der Fertigstellung üblicherweise einem Kalibrierverfahren unterworfen, bei dem durch wiederholte Mess- und Kalibriervorgänge die Messtoleranzen so eingeengt werden, bis der vorgegebene Zielwert erreicht ist. Diese wiederholten Arbeitsgänge Prüfen, Kalibrieren, Prüfen usw. sind jedoch sehr Zeit- und kostenaufwendig und insbesondere bei einer Massenfertigung nicht tolerierbar. Andererseits werden bei den heutigen optimierten Motoren sehr genau messende Drucksensoren mit engen Toleranzbreiten gefordert, um die an den Motor gestellten Anforderungen, wie beispielsweise hohe Leistung, geringe Abgasemission und geringer Kraftstoffverbrauch zu erfüllen. Eine Einteilung der Drucksensoren beispielsweise in unterschiedliche Toleranzklassen hat jedoch den Nachteil, dass sich eine große Typenvielfalt ergibt, die hohe Lagerkosten und einen aufwendigen Verwaltungsaufwand nach sich zieht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass wiederholte Prüf- und Kalibrierschritte eingespart werden können, so dass die Herstellung des Drucksensors kostengünstiger wird. Als besonderer Vorteil wird jedoch angesehen, dass dennoch jeder einzelne Drucksensor exakt auf den vorgewünschten Wert kalibrierbar ist und dass die kalibrierten Messwerte im späteren Einsatz jederzeit zur Verfügung stehen. Dadurch wird bei der Anwendung vorteilhaft eine hohe Genauigkeit der Messwerte bei minimalen Kosten erreicht.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass das Signal des Drucksensors für wenigstens einen weiteren Druck- Referenzwert verglichen wird und daraus ein weiterer Differenzwert gebildet und gespeichert wird. Dadurch kann vorteilhaft eine Kalibrierkennlinie oder bei Berücksichtigung eines weiteren Parameters, beispielsweise der Temperatur, ein Druck-Temperatur-Kennfeld gebildet werden. Dadurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, den Drucksensor für unterschiedliche Druck- und Temperaturbereiche zu verwenden, ohne dass zusätzliche aufwendige Kalibrierschritte erforderlich sind.

Eine günstige Lösung stellt auch dar, die ermittelten Differenzwerte in einem Speicher des Drucksensors selbst oder eines entsprechenden Steuergerätes abzulegen. Diese Differenzwerte können dann beim späteren Einsatz des Drucksensors weiterverarbeitet werden.

Da bei einer Serienfertigung eine möglichst einfache Handhabung angestrebt wird, erscheint es vorteilhaft, die unterschiedlichen Differenzwerte mehrerer Drucksensoren in Gruppen oder Klassen einzuteilen und die Drucksensoren mit ihrer Klasse zu kennzeichnen. Das vereinfacht insbesondere die Lagerhaltung und die spätere Verwendung im Kraftfahrzeug.

Vorteilhaft ist weiter, bei den Drucksensoren temperaturabhängige Druckwerte zu erfassen und mit einem Soll-Temperatur-Kennlinienfeld zu vergleichen. Für die unterschiedlichen Temperaturbereiche können somit verschiedene Toleranzklassen gebildet werden, die den Wünschen der Motorenhersteller entgegenkommen.

Als besonders günstig wird angesehen, die Kennzeichnung so auszubilden, dass sie optisch, beispielsweise als Farbcodierung oder Ziffer erkennbar oder von einem elektronischen Schaltgerät decodierbar ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Drucksensor im Querschnitt,

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Drucksensors in einem Common-Rail-System und

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit einer Klassenbildung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen Drucksensor 8. Der Drucksensor 8 ist rohrförmig aufgebaut, wobei das eine Ende mit einem Druckanschluss 5 ausgebildet ist, während sein zweites Ende einen elektrischen Steckanschluss 1 mit elektrischen Kontakten 1a aufweist. Innerhalb des Drucksensors 8 ist an geeigneter Stelle ein Druckelement 4 angeordnet, das den Druck erfasst, der sich über den Druckanschluss 5 auf das Druckelement 4 ausbildet. Das Druckelement 4 ist ein elektrisch messender Sensor, der gegen das Gehäuse abgedichtet ist und ein dem herrschenden Druck entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Das Druckelement 4 leitet über elektrische Leitungen 4a seine Signale auf eine Leiterplatte 3, die vorzugsweise außerhalb des Druckbereiches angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 3 werden die Messsignale gefiltert, verstärkt und so umgeformt, dass sie für die weitere Verarbeitung an den Kontakten 1a abgreifbar sind. Die Kontakte 1a wurden zu diesem Zweck isoliert durch die Wandung eines Gehäuses 2 nach außen geführt. Auf der Leiterplatte 3 ist in einer speziellen Ausführungsform ein Speicher vorgesehen, in dem Korrekturwerte für die Kalibrierung des Sensors dauerhaft speicherbar sind. Des Weiteren ist die Speicherung einer bestimmten Klasse oder Gruppe für die Kalibrierung der Messwerte vorsehbar, so dass auch über die elektrischen Kontakte 1a die Gruppe oder Klasse des Drucksensors 8 auslesbar ist. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, an einer geeigneten Stelle des Gehäuses 2 äußerlich sichtbar eine Markierung anzubringen, die als Farbmarkierung, Strichcodierung oder sonst eine geeignete optische Markierung darstellt, um auf optischem Wege die Toleranzklasse für den Drucksensor 8 erkennen zu lassen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Kalibrierung des Drucksensors 8 vorgesehen, die gemessenen Druckwerte in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur im Hochdruckbereich zu erfassen und unter Berücksichtigung der Temperatur und des Druckes abzuspeichern. Auch lassen sich auf diesem Wege Differenzwerte zu einem vorgegebenen Soll-Druck-Wert bei einer vorgegebenen Soll-Temperatur berechnen und auf der Leiterplatte 3 speichern, so dass diese Werte bei einem späteren Einsatz des Drucksensors 8 für die weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen.

Für eine weitere Ausführungsform ist vorgesehen, wenigstens eine weitere Klasse in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur für die Kalibrierung zu bilden, so dass der Drucksensor 8 für ein Temperatur-Druck-Kennfeld verfügbar ist. Für einzelne Bereiche des Temperatur-Druck-Feldes erhält der Drucksensor 8 eine entsprechende Typklasse, z. B. A, B, C oder D, wobei jede Typklasse einem vorgegebenen Toleranzbereich für die Messgenauigkeit entspricht. Auf diese Weise kann vorteilhaft der Drucksensor 8 für das gesamte Kennfeld kalibriert werden. Übergänge an einem Toleranzbereich in einen benachbarten Toleranzbereich können durch Interpolation beispielsweise elektronisch ausgeglichen werden, so dass praktisch keine Übergangssprünge entstehen. Dadurch werden vorteilhaft Unstetigkeiten im Kennfeld vermieden.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Common-Rail- System, wie es beispielsweise für Dieselmotoren verwendet wird. Der Drucksensor 8 ist an einem Common-Rail-Rohr 17 angebracht und misst den Kraftstoffdruck in diesem Rohr. Das Rohr 17 wird von einer Hochdruckpumpe 20 über eine Vorlaufleitung a gespeist, die über die Hochdruckpumpe 20 mit einer Kraftstoffpumpe 23 verbunden ist. Die Kraftstoffpumpe 23 ist vorzugsweise in einem Tank 22 angeordnet. Üblicherweise ist zwischen der Kraftstoffpumpe 23 und der Hochdruckpumpe 20 ein Filter 21 geschaltet, um Schwebstoffe im Kraftstoff herauszufiltern. Über eine Rücklaufleitung b wird überschüssiger Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 20 in den Tank 22 zurückgeleitet. An das Common-Rail-Rohr 17 sind beispielsweise druckseitig vier Injektoren 16 angeschlossen. Auch die Injektoren 16 sind über eine Rücklaufleitung b mit dem Tank 22 verbunden. Des Weiteren ist an das Common-Rail-Rohr 17 ebenfalls eine Rücklaufleitung b zum Tank 22 vorgesehen.

Die Kontrolle und Steuerung der Pumpen 20, 23 sowie der Injektoren 16 übernimmt ein Steuergerät 18, das mit entsprechenden elektrischen Leitungen 19 mit diesen Einheiten verbunden ist. An das Steuergerät 18 ist des Weiteren der Drucksensor 8 angeschlossen. Das Steuergerät 18 ist per se bekannt und muß daher nicht näher erläutert werden. Es weist einen Mikrocomputer auf, der von einem entsprechenden Softwareprogramm gesteuert wird. Dieses Programm ist vorzugsweise im Steuergerät 18 gespeichert. Des Weiteren sind an das Steuergerät 18 Sensoren angeschlossen, die Betriebs- oder Umgebungsparameter erfassen. Vorzugsweise ist ein Drehzahlsensor 10, ein Kurbelwinkelsensor 11, ein Gaspedalsensor 12, ein Druckregler 13, ein Temperatursensor für die Umgebungsluft 14 und/oder ein Temperatursensor 15 für die Wassertemperatur des Motors vorgesehen. Die von den Sensoren 10 . . . 15 gemessenen Signale werden ebenfalls in das Steuergerät 18 eingegeben. Diese Messwerte dienen dabei zur Optimierung bei der Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren genügt es, im Allgemeinen mit einer Messung in einem vorgegebenen Arbeitspunkt (Kalibrierpunkt) die Abweichung zum vorgegebenen Soll-Wert festzustellen, da aufgrund der feststehenden Konstruktion die Abweichungen bei weiteren Arbeitsbereichen bekannt sind. Insbesondere bei einem Temperatur-Druck-Kennfeld können somit Toleranzbereiche für einzelne Temperatur-Druck-Bereiche festgelegt werden. Durch das Verhalten des Sensors in diesen einzelnen Bereichen kann somit auch jedes Teilfeld für sich auf einen vorgegebenen Soll-Wert abgeglichen werden, wobei dann die einzelnen Toleranzwerte zu jedem Teilbereich abzuspeichern sind.

Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Tabelle für ein Temperatur- Druck-Kennfeld. In diesem Temperatur-Druck-Kennfeld werden beispielsweise bei den Temperaturen -40°C, 20°C, 90°C und 140°C die Drücke P0, P1, P2 und P3 gemessen. Zu den angeführten Temperaturen und Drücken werden nun die entsprechenden Teil-Kennfelder A, B, C und D zugeordnet. Dabei stellen die Teil-Kennfelder A . . . D zugelassene Toleranzbereiche für die Genauigkeit des Druckes bei den vorgegebenen Temperaturen dar. Beispielsweise entspricht A einem Toleranzbereich bis -3%, B bis -1,5%, C ±0% und D +1,5%. Werden diese Toleranzbereiche A . . . D in das Kennfeld gemäß der Fig. 3 vorgegeben, dann kann jeder Drucksensor entsprechend klassifiziert werden. Des Weiteren können diese Toleranzwerte A . . . D entweder im Drucksensor 8 selbst oder in dem zugeordneten Steuergerät 18 gespeichert werden. Des Weiteren ist eine entsprechende Klassifizierung durch eine optische Kennzeichnung am Drucksensor 8 möglich. Diese Kennzeichnung kann als Farbpunkt, Barcode oder elektrisch mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Kennwiderstände, Spulen, Kondensatoren oder Schaltkreisen erfolgen. Bei elektronischer Codierung werden die Toleranzbereiche natürlich im vorhandenen Schaltkreis des Drucksensors gespeichert.

Werden zu den einzelnen Teil-Kennfeldern die Abweichungen des Drucksensors 8 gemessen, dann kann mit Hilfe des Softwareprogramms des Steuergerätes 18 die Toleranz in jedem Teil-Kennfeld A . . . D für die Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge berücksichtigt werden, so dass die vorhandenen Toleranzen zu 0% kompensiert werden können und der Drucksensor in allen Temperatur- und Druckbereichen exakt arbeitet.

Claims

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors (8) für ein Common-Rail-System eines Kraftfahrzeugmotors, wobei der Drucksensor (8) in Abhängigkeit von dem zu messenden Druck ein elektrisches Signal liefert und wobei das elektrische Signal zur Kalibrierung des Drucksensors (8) mit einem Ist-Wert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass von dem gemessenen Istwert des elektrischen Signals und einem vorgegebenen Sollwert ein Differenzwert gebildet und gespeichert wird, dass der Differenzwert dem individuellen Drucksensor (8) als feste Korrekturgröße zugeordnet wird und dass bei weiterer Verwendung des Drucksensors (8) im Common-Rail-System die Messwerte des Drucksensors (8) unter Berücksichtigung der Korrekturgröße verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Drucksensors (8) für wenigstens einen weiteren Referenzwert verglichen und daraus ein weiterer Differenzwert gebildet und gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Drucksensors (8) unter Berücksichtigung eines weiteren Parameters, vorzugsweise der Temperatur gespeichert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Drucksensors (8) mit den ermittelten Druckwerten in einen Speicher des Drucksensors (8) und/oder korrigiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Drucksensors (8) mit den ermittelten Differenzwerten in einem Speicher eines Steuergerätes (18) abgelegt und/oder korrigiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Drucksensoren (8) mit unterschiedlichen Toleranzwerten in vorgegebene Toleranzbereiche oder -klassen einsortiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor mit der zugeordneten Toleranzgruppe gekennzeichnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Drucksensor (8) temperaturabhängige Druckwerte erfasst und mit einem Soll-Temperatur-Druck- Kennfeld verglichen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Drucksensor (8) unterschiedliche Toleranzklassen (A . . . D) eines Temperatur-Druck-Kennfeldes gebildet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennzeichnung des Drucksensors (8) optisch und/oder elektrisch auslesbar ist.