DE102004057963A1

DE102004057963A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anregung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004057963A1
Application number: DE102004057963A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schulz; Oliver Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-08
Also published as: JP2006153016A; US7516652B2; US20060144131A1; FR2878576A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anregung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (1) einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die zu einer einfachen und zuverlässigen Möglichkeit zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs führen. Dabei wird eine den Druck in einem Kraftstoffspeicher (20) oder in einer Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) charakterisierende Größe ausgewertet. In mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) angeregt.

Description

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

Dabei ist es bereits bekannt, dass das Kraftstoffversorgungssystem mindestens einen Kraftstoffspeicher und mindestens eine Kraftstoffleitung umfasst, wobei ein Druck in mindestens einem Kraftstoffspeicher mittels eines Drucksensors gemessen wird und abhängig vom gemessenen Druck die Druckschwankungen ermittelt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung angeregt wird. Auf diese Weise lassen sich auswertbare Druckschwingungen im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung erzielen, die beispielsweise eine zuverlässige Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung ermöglichen. Allgemein lassen sich Eigenschaften des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung, wie beispielsweise eine Eigenfrequenz oder eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs einfach und zuverlässig ermitteln.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, dass bei der Auswertung der sich bei der angeregten Eigenschwingung ergebenden den Druck im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung charakterisierenden Größe eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung ermittelt wird.

Auf diese Weise lassen sich Druckschwankungen des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung zuverlässig erfassen und ermöglichen so eine weitgehende Kompensation ihrer Auswirkungen. Die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs lässt sich auf diese Weise auch ohne die Verwendung von Kennfeldern und damit weniger aufwendig ermitteln.

Besonders vorteilhaft ist es, dass aus einem zeitlichen Verlauf der Eigenschwingung eine Frequenz der Eigenschwingung, insbesondere mittels einer Fouriertransformation, ermittelt wird. Auf diese Weise lassen sich die Druckschwankungen besonders einfach und aussagekräftig ermitteln. Auch diese Frequenzinformation kann somit zur Kompensation der genannten Druckschwankungen verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn aus der Frequenz der Eigenschwingung, der Schwingungslänge und der Schwingungsordnung der Eigenschwingung eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs besonders einfach und präzise mit Hilfe mathematischer Zusammenhänge herleiten.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Eigenschwingung in einem Arbeits- oder Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine angeregt wird. Auf diese Weise muss der Arbeits- oder Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine zur Anregung der Eigenschwingung und gegebenenfalls zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs nicht unterbrochen werden.

Vorteilhaft ist aber auch, wenn die Eigenschwingung in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine angeregt wird. Im Schubbetrieb kann die Kraftstoffzufuhr in den Kraftstoffspeicher oder in die Kraftstoffleitung gesperrt werden, ohne dass dies den Betrieb der Brennkraftmaschine wesentlich beeinträchtigt. Durch das Sperren der Kraftstoffzufuhr lässt sich das Aufprägen von Störgrößen auf die auszuwertende Eigenschwingung weitgehend vermeiden, sodass die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit noch zuverlässiger erfolgen kann. Insbesondere machen sich die von einer Kraftstoffpumpe induzierten Druckstöße beim Sperren der Kraftstoffzufuhr bei der gemessenen und für den Druck im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung charakteristischen Größe nicht mehr bemerkbar, weshalb der Verlauf dieser Größe sehr viel glatter ist. Durch die geringeren Störungen im Messsignal der gemessenen Größe lassen sich die gesuchten Eigenfrequenzen im Fourierspektrum einfacher und genauer detektieren.

Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Eigenschwingung insbesondere im Schubbetrieb bei unterbrochener Kraftstoffzufuhr und/oder bei unterbrochener Kraftstoffabfuhr anzuregen. Denn auch bei unterbrochener Kraftstoffabfuhr wird vermieden, dass sich störende Druckschwankungen auf Grund der Kraftstoffentnahme im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Größe überlagern, sodass durch die geringeren Störungen im Messsignal der gemessenen Größe sich die gesuchten Eigenfrequenzen der Eigenschwingung im Fourierspektrum ebenfalls einfacher und genauer detektieren lassen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs auch abhängig von einer Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs noch genauer ermitteln. Dies gilt insbesondere für den Schubbetrieb, in dem die Kraftstofftemperatur absinkt, zumal die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs stark abhängig von der Temperatur des Kraftstoffs ist.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Eigenschwingung durch kurzzeitiges Öffnen eines Druckventils angeregt wird. Auf diese Weise lässt sich eine Eigenschwingung hinreichend großer Amplitude im Kraftstoffspeicher oder in der Kraftstoffleitung erzielen, die beispielsweise von einem Drucksensor auch aufgelöst werden kann.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Öffnungsdauer des Druckventils kleiner oder gleich der Periodendauer der erwarteten Eigenschwingung gewählt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gewünschte Eigenschwingung auch angeregt werden kann.

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 des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet 1 ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine, die beispielsweise und ohne Ausschluss der Allgemeinheit ein Fahrzeug antreibt. Dabei wird Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 65 mittels einer in 1 nicht dargestellten Niederdruckpumpe über eine erste Kraftstoffzuleitung 5, eine Kraftstoffzumesseinheit 70, eine zweite Kraftstoffzuleitung 10, eine Hochdruckpumpe 75 und eine dritte Kraftstoffzuleitung 15 in einen Kraftstoffspeicher 20 gepumpt. Die Kraftstoffzumesseinheit 70 wird von einer Steuerung 105 angesteuert und regelt die Kraftstoffansaugmenge der Hochdruckpumpe 75. Wird die Kraftstoffzumesseinheit von der Steuerung 105 geschlossen, so fördert die Hochdruckpumpe 75 keinen Kraftstoff mehr in den Kraftstoffspeicher 20, der im Folgenden auch als Kraftstoffdruckspeicher oder Rail bezeichnet wird. Nur im geöffneten Zustand der Kraftstoffzumesseinheit 70 kann die Hochdruckpumpe 75 Kraftstoff in das Rail 20 pumpen. Dabei kann die Steuerung 105 die von der Hochdruckpumpe 75 in das Rail 20 pumpbare Ansaugmenge durch entsprechende Vorgabe eines Öffnungsgrades der Kraftstoffzumesseinheit 70 steuern. Die Kraftstoffzumesseinheit 70 kann dabei beispielsweise in Form eines Ventils ausgebildet sein. Der im Rail 20 befindliche Kraftstoff kann über eine erste Hochdruckleitung 25 einem ersten Einspritzventil 85, über eine zweite Hochdruckleitung 30 einem zweiten Einspritzventil 90, über eine dritte Hochdruckleitung 35 einem dritten Einspritzventil 95 und über eine vierte Hochdruckleitung 40 einem vierten Einspritzventil 100 jeweils zur Einspritzung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Die Einspritzung kann dabei direkt in einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen oder alternativ in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine. Dabei kann in einen Zylinder über mindestens eines der Einspritzventile der Kraftstoff direkt eingespritzt werden. Gemäß 1 sind beispielhaft 4 Einspritzventile dargestellt, es können aber auch mehr oder weniger sein. Die Einspritzventile 85, 90, 95, 100 werden von der Steuerung 105 zur Einstellung einer vorgegebenen Öffnungszeit und Öffnungsdauer angesteuert, beispielsweise um ein über ein Fahrpedal vorgegebenes Fahrerwunschmoment umzusetzen oder um eine vorgegebene Luft-/Kraftstoff- Gemischzusammensetzung im Brennraum der Brennkraftmaschine zu erzielen. Ferner ist ein Druckventil 45, das im Folgenden auch als Druckregelventil bezeichnet wird, im Bereich des Rails 20 angeordnet. Das Druckregelventi1 45 wird von der Steuerung 105 angesteuert, um einen gewünschten Druck des Kraftstoffs im Rail 20 einzustellen. Weiterhin ist im Bereich des Rails 20 ein Drucksensor 55 angeordnet, der den Kraftstoffdruck im Rail 20 misst und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung 105 weiterleitet. Zusätzlich und in 1 dargestellt kann optional ein Temperatursensor 80 im Bereich des Rails, vorzugsweise in einer Innenwand des Rails vorgesehen sein, der die Temperatur des Kraftstoffs im Rail 20 misst und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung 105 weiterleitet. Weitere der Steuerung 105 zugeführte Eingangsgrößen sind in 1 mit dem Bezugszeichen 120 gekennzeichnet. Bei diesen weiteren Eingangsgrößen 120 kann es sich beispielsweise um eine Motordrehzahl und eine Last der Brennkraftmaschine und insbesondere eine Information darüber handeln, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb befindet oder in einem Zugbetrieb. Aus diesen weiteren Eingangsgrößen 120 kann die Steuerung 105 einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmen.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Rail 20 anzuregen und den sich bei der angeregten Eigenschwingung ergebenden Druck im Rail 20 mittels des Drucksensors 55 zu messen. Dieser gemessene Druck wird dann in Form des Messsignals vom Drucksensors 55 an die Steuerung 105 weitergeleitet. Da der Drucksensor 55 den Kraftstoffdruck im Rail 20 kontinuierlich misst, wird der Steuerung 105 auf diese Weise mittels des Messsignals ein zeitlicher Verlauf des Kraftstoffdrucks im Rail 20 zugeführt. In 2 ist ein Funktionsdiagramm dargestellt, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung 50 beschreibt und anhand dessen auch das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht wird. Dabei kann die Vorrichtung 50 software- und /oder hardwaremäßig in der Steuerung 105 implementiert sein. Gemäß 2 umfasst die Vorrichtung 50 eine Abtasteinheit 110, der das Messsignal p des Drucksensors 55 zugeführt ist. Die Abtasteinheit 110 tastet das Messsignal p in dem Fachmann bekannter Weise ab, um an seinem Ausgang Abtastwerte p_i für eine Fouriertransformation bereit zu stellen, die von einer nachfolgenden Fouriertransformationseinheit 115 auch durchgeführt wird. Die Fouriertransformation 115 liefert dann eine Eigenfrequenz f_e an eine Ermittlungseinheit 60, der außerdem die Länge l des Rails 20 als Schwingungslänge und die Schwingungsordnung n der sich ausbildenden Eigenschwingung mit der Frequenz f_e zugeführt ist. Aus den bei der Fouriertransformation gelieferten Schwingungsfrequenzen lässt sich die jeweils zugeordnete Schwingungsordnung n in dem Fachmann bekannter Weise bestimmen.
Zusätzlich und optional kann der Ermittlungseinheit 60 auch noch die vom Temperatursensor 80 ermittelte Kraftstofftemperatur T zugeführt werden. Im folgenden soll zunächst angenommen werden, dass die Kraftstofftemperatur T nicht berücksichtigt wird. Die Ermittlungseinheit 60 ermittelt dann aus der zugeführten Eigenfrequenz f_e, der Schwingungsordnung n und der Schwingungslänge 1 gemäß folgender Beziehung eine Schallgeschwindigkeit v_s des Kraftstoffs im Rail 20: vs = fe·1·n/2 (1).
Wenn der Druck nicht an dem interessierenden Betriebspunkt gemessen werden kann, sondern nur an einem benachbarten Punkt, muss eine eventuelle Variation der Kraftstofftemperatur T berücksichtigt werden. Sofern die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der Temperatur beispielsweise in Kennfeldern abgelegt ist, kann von dem Messpunkt auf den interessierenden Betriebspunkt extrapoliert werden. Die Schallgeschwindigkeit muss nur dann korrigiert werden, wenn sich interessierender Betriebspunkt und Messpunkt unterscheiden. Ansonsten wird die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit bei der Druckmessung direkt und automatisch berücksichtigt. Ausgehend von Gleichung (1) kann so der Einfluss der Kraftstofftemperatur T auf die Schallgeschwindigkeit v_s des Kraftstoffs berücksichtigt werden. Dabei wird die mittels Gleichung (1) ermittelte Schallgeschwindigkeit v_s abhängig von der Kraftstofftemperatur T in eine korrigierte Schallgeschwindigkeit v_{s korr} des Kraftstoffs korrigiert, die dann statt der Schallgeschwindigkeit v_s von der Ermittlungseinheit 60 abgegeben wird. Die Kennfelder können beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt werden. Wird die Kraftstofftemperatur T nicht gemessen, so kann sie dennoch berücksichtigt werden, wenn beispielsweise das Temperaturverhalten des Kraftstoffs in einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine bekannt ist. Im Schubbetrieb beispielsweise vermindert sich im Allgemeinen die Kraftstofftemperatur T, weil weniger Kraftstoff durch das Druckregelventil 45 abgesteuert wird, sodass sich geringere Drosselverluste ergeben und weil weniger Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe 75 verdichtet werden muss. Da die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs wie beschrieben stark abhängig von der Kraftstofftemperatur T ist, muss das Abkühlen des Kraftstoffs im Rail 20 während der Schubphase berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung kann entweder wie beschrieben durch Messung der Kraftstofftemperatur T erfolgen oder durch Bedatung geeigneter Kennfelder, in denen das Abkühlverhalten abgelegt ist. Diese beispielsweise ebenfalls auf einem Prüfstand ermittelten Kennfelder geben somit an, welche Temperatur der Kraftstoff zu welchem Zeitpunkt der Schubphase hat. Die so ermittelte Kraftstofftemperatur T kann dann beispielsweise mit Hilfe einer Kennlinie oder eines Kennfeldes wie beschrieben zur Korrektur des mittels Gleichung (1) ermittelten Wertes für die Schallgeschwindigkeit v_s in der beschriebenen Weise verwendet werden.
Die so ermittelte, gegebenenfalls temperaturabhängig korrigierte Schallgeschwindigkeit kann dann einer Weiterverarbeitung in der Steuerung 105 zugeführt werden. Dieb Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Rail 20 ist insbesondere in Common-Rail-Systemen, die beispielsweise gemäß dem Kraftstoffversorgungssystem 1 nach 1 aufgebaut sind, für einige Steuerfunktionen eine wichtige Größe. So benötigt man die Schallgeschwindigkeit beispielsweise zur Druckwellenkompensation im Rail 20 und in den Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40, das bedeutet für den korrekten Ausgleich der Auswirkungen von Druckschwankungen im Rail 20 und in den Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40. Die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs hängt dabei von der Dichte und der Kompressibilität des Kraftstoffs ab, sie ist damit eine Funktion der Kraftstoffsorte und der Kraftstofftemperatur. Während die Kraftstofftemperatur prinzipiell wie beschrieben gemessen oder modelliert werden kann, ist eine Detektion der getankten Kraftstoffqualität zur Zeit nicht möglich.
Problematisch ist lediglich noch die Frage, wie eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Rail 20 zur zuverlässigen Ermittlung der Eigenfrequenz f_e und damit auch zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Rail 20 angeregt werden kann. Dazu sollten vom Drucksensor 55 auflösbare Druckschwingungen im Rail 20 induziert werden. Eine solche fremderregte Eigenschwingung des Kraftstoffs im Rail 20 kann beispielsweise durch kurzzeitiges Öffnen des Druckregelventils 45 ausgelöst werden. Dabei sollte die Zeitkonstante des Druckregelventils 45, d. h. die Zeitdauer, während der das Druckregelventil 45 kurzzeitig geöffnet ist, nicht größer sein als die Periodendauer der erwarteten zu detektierenden Eigenschwingung. Da die Eigenschwingung des Kraftstoffs im Rail 20 im Bereich zwischen etwa 700 und 1000 Hz liegt, sollte das Druckregelventil 45 eine Zeitkonstante kleiner oder gleich 2 ms haben. Wird die Eigenschwingung durch die beschriebene kurzzeitige, insbesondere aber nicht notwendiger Weise vollständige Öffnung des Druckregelventils 45 ausgelöst, so ergibt sich eine hinreichend große Amplitude der erzeugten Eigenschwingung, die vom Drucksensor 55 aufgelöst und somit gemessen werden kann. Herkömmliche Drucksensoren lösen zur Zeit etwa 2,5 bar auf. Ausgehend von einem beispielsweise durch die Hochdruckpumpe 75 zur Verfügung gestellten Grundraildruck des Kraftstoffs von beispielsweise etwa 400 bar beträgt dabei die Schwingungsamplitude etwa 50 bar und ist somit vom Drucksensor 55 problemlos auflösbar. Der für derzeitige Kraftstoffversorgungssysteme vorgeschlagene Grundraildruck des Kraftstoffs von beispielsweise etwa 400 bar ergibt sich ausgehend von einem Basiswert von etwa 300 bar für den zuverlässigen Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems zuzüglich jeweils etwa 50 bar zur Erzeugung der Eigenschwingung und für die Schwingung selbst. Die Frequenz der Eigenschwingung, das heißt die Eigenfrequenz ist dabei in erster Näherung, d.h. bei isentropen Verhältnissen, unabhängig von der Amplitude der Eigenschwingung. Dies ist eine typische Eigenschaft linearer Systeme, gilt aber nicht zwangsläufig für nichtlineare Systeme. Da es sich hier um ein in erster Näherung lineares System handelt, ist es egal, welchen Druckeinbruch bzw. welche Amplitude der Eigenschwingung durch das kurzzeitige Öffnen des Druekregelventils 45 erzeugt wird. Die gemessene Eigenfrequenz f_e wird davon unabhängig annähernd die gleiche sein. Die Anforderungen bezüglich der angeregten Schwingungsamplitude durch das Druekregelventil 45 sind also gering. Wird das Druckregelventil 45 mit dem maximal zulässigen Strom beaufschlagt, werden demnach keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Stromstärke, die Bestromungsdauer oder den Öffnungsquerschnitt des Druckregelventils 45 gestellt. Entscheidend ist, dass die Dynamik des Druckregelventils 45 ausreicht, um die Schwingung anzuregen, d.h. dass die Öffnungsdauer des Druckregelventils 45 wie beschrieben genügend kurz gehalten werden kann. Es kommt also nicht darauf an, mit welchem Öffnungsgrad das Druckregelventil 45 während der kurzzeitigen Öffnung geöffnet wird.
Die Anregung der Eigenschwingung kann beispielsweise abhängig vom Vorliegen eines bestimmten Betriebszustandes der vom Kraftstoffversorgungssystem 1 mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine erfolgen. Die Vorrichtung 50 umfasst eine Anregungseinheit 125, der die weiteren Eingangsgrößen 120 zugeführt sind und die aus den weiteren Eingangsgrößen 120 in dem Fachmann bekannter Weise den Betriebszustand der Brennkraftmaschine ableitet. Insbesondere ermittelt die Anregungseinheit 125, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Zugbetrieb oder in einem Schubbetrieb befindet. Die Anregungseinheit 125 vergleicht den aus den zugeführten weiteren Eingangsgrößen 120 abgeleiteten aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem für die Anregung der Eigenschwingung im Rail 20 vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Im Fall der Übereinstimmung veranlasst die Anregungs einheit 125 das Druckregelventil 45 zu der beschriebenen kurzzeitigen Öffnung, um die Eigenschwingung anzuregen. Außerdem aktiviert die Anregungseinheit 125 die Fouriertransformationseinheit 115 zur Ermittlung der Eigenfrequenz f_e aus der zeitlichen Folge der Abtastwerte p_i. Bei Nicht -Übereinstimmung erfolgt keine derartige Ansteuerung des Druckregelventils 45 durch die Anregungseinheit 125 und auch keine Aktivierung der Fouriertransformationseinheit 115 durch die Anregungseinheit 125. Eine Auswertung der zeitlichen Folge der Abtastwerte p_i zur Ermittlung der Eigenfrequenz f_e findet somit nicht statt.
Gemäß dem Beispiel nach 2 umfasst die Vorrichtung 50 die Abtasteinheit 110, die Fouriertransformationseinheit 115, die Ermittlungseinheit 60 und die Anregungseinheit 125. Dabei dienen die Abtasteinheit 110, die Fourietransformationseinheit 115 und die Ermittlungseinheit 60 zum Auswerten des vom Drucksensor 55 erfassten zeitlichen Verlaufes des Drucksignals p und die Anregungseinheit 125 dient zum Anregen der Eigenschwingung des Kraftstoffs in Rail 20. Alternativ kann die Vorrichtung 50 auch den Drucksensor 55 und/oder das Druckregelventil 45 umfassen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte die Abtasteinheit 110 und/oder die Fouriertransformationseinheit 115 außerhalb der Vorrichtung 50, beispielsweise vereint mit dem Drucksensor 55 in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel wurde beschrieben, dass die Anregungseinheit 125 die Fouriertransformationseinheit 115 bei Vorliegen des vorgegebenen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine aktiviert und andernfalls deaktiviert. Alternativ könnte die Anregungseinheit 125 in entsprechender Weise auch die Abtasteinheit 110 oder die Ermittlungseinheit 60 aktivieren bzw. deaktivieren.
Für die Anregung der auszuwertenden Eigenschwingung kann beispielsweise der Zugbetrieb der Brennkraftmaschine als vorgegebener Betriebszustand vorgesehen sein, der den Arbeits- oder im Falle des Antriebs eines Fahrzeugs den Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnet. Dabei wird dieser Betriebszustand zum Anregen der Eigenschwingung nur dann zugelassen, wenn in diesem Betriebszustand kurzzeitig leichte Druckschwankungen bzw. -schwingungen des Kraftstoffs in Rail 20 zulässig sind. Andernfalls kann als vorgegebener Betriebszustand zum Anregen der auszuwertenden Eigenschwingung ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine gewählt werden. Wie beschrieben vermindert sich im Schubbetrieb im Allgemeinen die Kraftstofftemperatur, sodass in diesem Fall die Temperatur T des Kraftstoffs in der beschriebenen Weise bei der Ermittlung der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Rail 20 berücksichtigt werden sollte, um einen möglichst zuverlässigen Wert für diese Schallgeschwin digkeit zu erhalten. Andernfalls ist der ermittelte Wert für die Schallgeschwindigkeit mit einem entsprechenden Fehler behaftet.
Besonders im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bietet sich für die Anregung der Eigenschwingung an, die Kraftstoffzumesseinheit 70 zu schließen. Dazu wird die Kraftstoffzumesseinheit 70 in entsprechender Weise von der Steuerung 105, insbesondere von der Anregungseinheit 125 der Vorrichtung 50 angesteuert, wenn diese erkennt, dass ein für die Anregung der Eigenschwingung vorgegebener Schubbetrieb der Brennkraftmaschine aktuell vorliegt. In entsprechender Weise kann die Einspritzung über die Einspritzventile 85, 90, 95, 100 unterbrochen werden, wobei diese von der Steuerung 105 bzw. von der Anregungseinheit 125 in entsprechender Weise angesteuert werden, wenn der für die Anregung der Eigenschwingung vorgegebene Schubbetrieb der Brennkraftmaschine vorliegt und von der Anregungseinheit 125 mittels der weiteren Eingangssignale 120 erkannt wurde. Die Hochdruckpumpe 75 fördert nun keinen Kraftstoff mehr in das Rail 20, weil die Kraftstoffzumesseinheit 70 geschlossen ist. Das Rail 20 stellt nun ein abgeschlossenen System dar, weil weder Kraftstoff über die dritte Kraftstoffzuleitung 15 zufließt noch Kraftstoff über eine der Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40 abfließt. Nun kann durch kurzzeitiges Öffnen des Druckregelventils 45 die Eigenschwingung von der Anregungseinheit 125 angeregt werden. Im Drucksignal p, das vom Drucksensor 55 für diese angeregte Eigenschwingung gemessen wird, verschwinden dann die von der Hochdruckpumpe bzw. durch die Einspritzvorgänge der Einspritzventile 85, 90, 95, 100 induzierten Druckstöße, weswegen der Druck des Kraftstoffs im Rail 20 zeitlich sehr viel glatter verläuft. Durch die geringeren Störungen im Drucksignal p lässt sich die gesuchte Eigenfrequenz f_e im Fouriusspektrum einfacher und genauer detektieren.
Es kann auch vorgesehen sein, für die Anregung der Eigenschwingung im Schubbetrieb nur die Kraftstoffzumesseinheit 70 zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr oder nur die Einspritzventile 85, 90, 95, 100 zur Unterbrechung der Kraftstoffabfuhr anzuregen, wobei dann jeweils nur ein Teil der beschriebenen Störungen des Drucksignals p vermieden wird. Ist nur die Kraftstoffzufuhr unterbrochen, so werden die Störungen auf Grund eines Druckabfalls im Rail 20 bei Kraftstoffeinspritzung nicht unterdrückt. Ist nur die Einspritzung von Kraftstoff durch die Einspritzventile 85, 90, 95, 100, also die Kraftstoffabfuhr unterbrochen, so werden die Störungen, die sich auf Grund der von der Hochdruckpumpe induzierten Druckstöße im gemessenen Drucksignal p ergeben, nicht unterdrückt. Das Druckregelventil 45 wird bei fördernder Hochdruckpumpe und abgeschalteter Einspritzung nach kurzer Zeit öffnen, um den Druck im Rail 20 zu begren zen. Eine vollständige Unterdrückung der Störungen im Drucksignal p kann nur erreicht werden, wenn sowohl die Kraftstoffzufuhr beispielsweise über Schließen der Kraftstoffzumesseinheit 70 als auch die Kraftstoffabfuhr beispielsweise durch Schließen der Einspritzventile 85, 90, 95, 100 unterbrochen werden.
Das Drucksignal p stellt den zeitlichen Verlauf des vom Drucksensor 55 gemessenen Druckes des Kraftstoffs im Rail 20 dar. Dieser zeitliche Verlauf des Druckes wird von der Abtasteinheit 110 in eine seitliche Abfolge von Abtastwerten p_i umgewandelt. Aus dieser zeitlichen Folge von Abtastwerten p_i ermittelt die Fouriertransformationseinheit 115 das Frequenzspektrum und extrahiert daraus die Eigenfrequenz f_e beispielsweise als diejenige Schwingung mit der höchsten Amplitude.
Im Vorstehenden wurde beschrieben, wie eine Eigenschwingung im Rail 20 angeregt und ausgewertet werden kann. In entsprechender Weise kann auch eine Eigenschwingung des Kraftstoffs in einer der Kraftstoffzuleitungen 5, 10, 15 oder in einer der Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40 angeregt und ausgewertet werden. Dazu können entsprechende Kraftstoffzuleitungen oder Hochdruckleitungen mit einem entsprechenden Ventil und einem entsprechenden Drucksensor, optional auch mit einem entsprechenden Temperatursensor ausgestattet werden. Mit Ausnahme der ersten Kraftstoffzuleitung 5 lässt sich in den übrigen Kraftstoffzuleitungen 10, 15 und den Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40 durch Sperren der Kraftstoffzumesseinheit 70 die Kraftstoffzufuhr und durch Sperren der Einspritzventile 85, 90, 95, 100 die Kraftstoffabfuhr unterbrechen, sodass in der zuvor beschriebenen Weise, insbesondere im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine Störungen der in der entsprechenden Kraftstoffzuleitung 10, 15 bzw. in der entsprechenden Hochdruckleitung 25, 30 35, 40 induzierten Eigenschwingung in der beschriebenen Weise vermeiden lassen. Somit lässt sich in der oben beschriebenen Weise auch eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs in einer der Kraftstoffzuleitungen 5, 10, 15 bzw. in einer der Hochdruckleitungen 25, 30, 35, 40 ermitteln.
Anstelle des Drucks selbst kann auch allgemein eine den Druck charakterisierende Größe gemessen und ausgewertet werden. Dabei kann der zeitliche Verlauf dieser Größe in der beschriebenen Weise durch Abtastung und Fouriertransformation auf ihre Eigenfrequenz hin ausgewertet werden, wobei die Ermittlung der Schallgeschwindigkeit in der oben beschriebenen Weise und ausgehend von der den Druck charakterisierenden Größe ermittelt werden kann. Dabei wurde im oben beschriebenen Beispiel der Druck selbst als den Druck charakterisierende Größe zur Ermittlung der Eigenfrequenz f_e und der Schallgeschwindigkeit v_s bzw. der korrigierten Schallgeschwindigkeit v_{s korr} verwendet. Eine den Druck charakterisierende Größe kann beispielsweise auch eine im Drucksensor 55 gebildete Größe, beispielsweise die Amplitude einer ausgelenkten Druckmembran sein, die zum Druck des Kraftstoffs im Rail 20 proportional ist.
Es ist auch möglich, mehrere Betriebszustände der Brennkraftmaschine für die Anregung und Auswertung der Eigenschwingung vorzugeben, beispielsweise sowohl den Zugbetrieb als auch den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.
Beim verwendeten Kraftstoff könnte es sich beispielsweise um Dieselkraftstoff, alternativ aber auch um Ottokraftstoff handeln.

Claims

Verfahren zur Anregung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (1) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei der angeregten Eigenschwingung sich ergebende den Druck im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) charakterisierende Größe ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem zeitlichen Verlauf der Eigenschwingung eine Frequenz der Eigenschwingung, insbesondere mittels einer Fouriertransformation, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Frequenz der Eigenschwingung, der Schwingungslänge und der Schwingungsordnung der Eigenschwingung eine Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung in einem Arbeits- oder Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine angeregt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs auch abhängig von einer Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung bei unterbrochener Kraftstoffzufuhr und/oder bei unterbrochener Kraftstoffabfuhr angeregt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung durch kurzzeitiges Öffnen eines Druckventils (45) angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsdauer des Druckventils (45) kleiner oder gleich der Periodendauer der erwarteten Eigenschwingung gewählt wird.
Vorrichtung (50) zur Anregung von Druckschwankungen in einem Kraftstoffversorgungssystem (1) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Anregungsmittel (45) vorgesehen sind, die in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Eigenschwingung des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (20) oder in der Kraftstoffleitung (5, 10, 15, 25, 30, 35, 40) anregen.