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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckerfassungsvorrichtung, die einen Fluid-Druck erfasst. Vorzugsweise wird die Druckerfassungsvorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet, die Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine einspritzt.
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WO 02/ 086 302 A1 offenbart beispielsweise eine herkömmliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine interne Verbrennungsmaschine, die einen Drucksensor enthält, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Kraftstoffdruck ausgibt, wobei der Kraftstoffdruck basierend auf einem Ausgangssignals des Drucksensors ermittelt wird.
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Da sich jedoch der Ausgabewert des Drucksensors mit der Temperatur des Sensors verändert, kann ein Fehler bei der Druckerfassung verursacht werden. Andererseits steigen die Herstellungskosten, wenn die temperaturabhängige Veränderung des Ausgangswerts durch weitere Komponenten und Einstellungen verringert werden soll.
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Die US 2008 / 0 228 374 A1 offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (Kraftstoffzufuhrsystem) eines Kraftstoffeinspritzsystems vom Common-Rail-Typ für einen Motor, umfassend einen Drucksensor, der in einem Kraftstoffeinlass eines Injektors zum Messen eines Kraftstoffdrucks an einer Position angeordnet ist, an der der Sensor angeordnet ist, und eine ECU zum Erfassen verschiedene Arten von Druckschwankungen, die mit der Einspritzung verbunden sind, einschließlich eines Drucklecks aufgrund eines Einspritzvorgangs des Einspritzventils und Wellencharakteristiken aufgrund ihrer tatsächlichen Einspritzung auf der Grundlage von Sensorausgaben des Drucksensors. Die ECU erhält die Sensorausgänge seriell im Abstand von 20 µ/Sek vom Drucksensor.
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In der
DE 196 33 156 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Es wird ein Drucksignal bestimmt und die Kraftstoffzumessung abhängig von diesem Drucksignal gesteuert. Das Drucksignal hängt vom Verlauf des Kraftstoffdrucks über der Zeit und/oder über der Winkelstellung einer Welle ab. Ausgehend von dem Drucksignal wird ein Signal bereitgestellt, das die Kraftstoffeigenschaften charakterisiert.
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Das bei Speicher-Einspritzsystemen für Kraftfahrzeuge bestehende Problem, dass für eine definierte einzuspritzende Kraftstoffmenge nicht nur der vorherrschende Druck, sondern auch die Temperatur des Kraftstoffs berücksichtig werden müssen, wird gemäß der
DE 103 01 264 A1 dadurch gelöst, dass ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung vorgeschlagen wird, die Temperatur aus dem vom Drucksensor gemessenen Druck und der Schallgeschwindigkeit einer beim Einspritzen entstehenden Druckwelle zu bestimmen.
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Die
DE 100 61 705 C1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird Kraftstoff in einen Druckspeicher gefördert. Es werden in dem Druckspeicher auftretende, durch Störgrößen verursachte Druckschwingungen mittels mindestens eines in dem Kraftstoffzumesssystem angeordneten Druckstellers gedämpft. Um eine besonders effektive Kompensation insbesondere hochfrequenter Druckschwingungen zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Störgrößen bei einer Regelung eines in dem Druckspeicher herrschenden Einspritzdrucks unmittelbar in die Regelung einfließt. Vorzugsweise wird anhand mindestens einer der Störgrößen) mit Hilfe eines Reglers ein Ansteuersignal für den mindestens einen Drucksteller ermittelt, der infolge des Ansteuersignals die Druckschwingungen überlagernde Kompensationsschwingungen erzeugt, wobei es durch die Überlagerung der Schwingungen an mindestens einer Stelle in dem Druckspeicher zu einer Verringerung der Amplitude der Druckschwingungen kommt.
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In Anbetracht der vorhergehend genannten Punkte ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckerfassungsvorrichtung vorzusehen, die einen Druck des Fluids, das in einer Leitung strömt, ohne Berücksichtigung der Temperatur genau erfassen kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Druckerfassungsvorrichtung einen ersten Drucksensor, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einem Druck eines in einer Leitung strömenden Fluids angepaßt ist, einen zweiten Drucksensor, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend dem Druck des Fluids angepaßt ist, wobei der zweite Drucksensor in Fluid-Strömungsrichtung stromabwärts bezüglich des ersten Drucksensors angeordnet ist; einen Druckberechnungsabschnitt, der zum Berechnen des Fluid-Drucks basierend auf zumindest einem der Ausgangssignale des ersten und zweiten Drucksensors angepaßt ist; einen Übertragungszeitberechnungsabschnitt, der zum Berechnen einer Übertragungszeit, die für eine Druckpulsation des Fluids, die zwischen einer Position des ersten Drucksensors und einer Position des zweiten Drucksensors benötigt wird, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Drucksensoren angepaßt ist; und einen Korrekturabschnitt, der zum Korrigieren eines durch den Druckberechnungsabschnitt berechneten Wertes des Fluid-Drucks basierend auf der durch den Übertragungszeitberechnungsabschnitt berechneten Übertragungszeit angepaßt ist.
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Eine Übertragungsrate der Druckpulsation variiert in Übereinstimmung mit der Fluidtemperatur, das heißt, es besteht eine Korrelation zwischen der Temperatur des Fluids und der Übertragungszeit. Durch Korrigieren des berechneten Werts des Fluid-Drucks basierend auf der Übertragungszeit, kann gemäß der vorhergehenden Konfiguration der Druck des Fluids ohne Berücksichtigung der Temperatur genau erfasst werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Druckerfassungsvorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Akkumulator, der einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff (im Folgenden Hochdruckkraftstoff) speichert, ein Einspritzventil, das den Kraftstoff, der von dem Akkumulator zugeführt wird, in eine interne Verbrennungsmaschine einspritzt, und eine Kraftstoffleitung, die den Kraftstoff in dem Akkumulator zu dem Einspritzventil leitet, wobei die Druckerfassungsvorrichtung einen ersten Drucksensor enthält, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend einem Druck des Kraftstoffs, der in der Kraftstoffleitung strömt, angepaßt ist; einen zweiten Drucksensor, der zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend dem Kraftstoffdruck angepaßt ist, wobei der zweite Drucksensor in Kraftstoff-Strömungsrichtung bezüglich des ersten Drucksensors stromabwärts angeordnet ist; einen Druckberechnungsabschnitt, der zum Berechnen des Kraftstoffdrucks basierend auf zumindest einem der Ausgangssignale des ersten und zweiten Drucksensors angepaßt ist; einen Übertragungszeitberechnungsabschnitt, der zum Berechnen einer Übertragungszeit, die für die Übertragung einer Druckpulsation des Kraftstoffs, der von dem Einspritzventil zugeführt wird, die von einer Position des zweiten Drucksensors zu einer Position des ersten Drucksensors übertragen werden soll, benötigt wird, basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Drucksensoren angepaßt ist; und ein Korrekturabschnitt, der zum Korrigieren eines durch den Druckberechnungsabschnitt berechneten Werts des Kraftstoffdrucks basierend auf der durch den Übertragungszeitberechnungsabschnitt berechneten Übertragungszeit angepaßt ist.
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Demgemäß kann der Kraftstoffdruck ohne Berücksichtigung der Temperatur genau erfasst werden.
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Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, in der eine Druckerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
- 2 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Ausgang des Drucksensors der 1 zeigt;
- 3 ein Flussdiagramm, das ein Druckerfassungsverfahren zeigt, das von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) in 1 durchgeführt wird;
- 4 einen Graphen, der Ausgangssignale der zwei Drucksensoren in 1 zeigt; und
- 5 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Übertragungsrate der Druckpulsation und einer Kraftstofftemperatur zeigt.
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(Ausführungsform)
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Eine Druckerfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer internen Verbrennungsmaschine, mit der ein Fahrzeug ausgerüstet ist, verwendet. Wie in 1 gezeigt, enthält die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Akkumulator 1, der einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff (im Folgenden Hochdruckkraftstoff) speichert, wobei der Akkumulator 1 mit einer Mehrzahl von Einspritzventilen 2 verbunden ist. Jedes der Einspritzventile 2 wird durch eine Steuereinheit (im Folgenden hier als elektronische Steuereinheit = ECU bezeichnet) 3 gesteuert, so dass die Einspritzventile 2 für eine vorbestimmte Zeitdauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt geöffnet sind und der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der von dem Akkumulator 1 zugeführt wird, in einen entsprechenden Zylinder der Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Dieselmotors (nicht gezeigt), eingespritzt wird. 1 zeigt lediglich ein Einspritzventil 2 entsprechend einem Zylinder einer Vier-Zylindermaschine. Die anderen Einspritzventile 2 sind daher nicht dargestellt.
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Der Akkumulator 1 und das Einspritzventil 2 sind mittels einer Kraftstoffleitung 4 verbunden und der Kraftstoff in dem Akkumulator 1 wird durch die Kraftstoffleitung 4 zu dem Einspritzventil 2 geführt. Des Weiteren sind zwei Drucksensoren 5, 6 in der Kraftstoffleitung 4 angeordnet, welche elektrische Signale entsprechend einem Druck des in der Kraftstoffleitung 4 strömenden Kraftstoffs ausgeben. Der Drucksensor 5 ist in einem vorbestimmten Abschnitt zu dem Drucksensor 6 in Kraftstoff-Strömungsrichtung angeordnet. Hierbei ist der Sensor, der in der Kraftstoff-Strömungsrichtung stromaufwärts angeordnet ist, als der erste Drucksensor 5 bezeichnet und der Sensor, der in der Kraftstoff-Strömungsrichtung stromabwärts angeordnet ist, als der zweite Drucksensor 6 bezeichnet.
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Die ECU 3 enthält einen bekannten Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM und einen RAM (nicht gezeigt) enthält, und der eine arithmetische Verarbeitung in Übereinstimmung mit einem in dem Mikrocomputer gespeicherten Programm durchführt. Die Signale von den ersten und zweiten Drucksensoren 5, 6 werden ununterbrochen bzw. kontinuierlich in die ECU 3 eingegeben, wobei noch weitere Informationen, wie etwa die Maschinendrehzahl, ein Beschleunigungswert entsprechend der Gaspedalstellung des Fahrzeugs und dergleichen, kontinuierlich in die ECU 3 eingegeben. Die ECU 3 berechnet daraufhin den optimalen Einspritzzeitpunkt und die optimale Einspritzmenge (Einspritzdauer) basierend auf dem Betriebszustand der Maschine und des Fahrzeugs und steuert den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungszeitdauer der jeweiligen Einspritzventile 2.
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Als nächstes wird das Druckerfassungsverfahren, das von der ECU 3 durchgeführt wird, beschrieben. Die Drucksensoren 5, 6 der vorliegenden Ausführungsform besitzen die in 2 gezeigte Temperatur-Ausgangs-Kennlinie. Gemäß 2 steigt die Ausgangsspannung in einem Niedrigtemperaturbereich rasch an, steigt dann in einem mittleren Temperaturbereich nur noch allmählich an, fällt in einem Hochtemperaturbereich mit weiter ansteigender Temperatur wieder ab.
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Der in 3 dargestellte Ablauf wird während eines von der ECU 3 durchgeführten Maschinensteuerverfahrens interrupt-gesteuert. Als erstes werden bei Schritt 100 die Ausgangssignale der Drucksensoren 5, 6 eingelesen.
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Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 4 wird bei Schritt 110 basierend auf dem Ausgangssignal des zweiten Drucksensors 106 unter Verwendung eines Druckberechnungsabschnitts berechnet. Insbesondere ist ein Kennfeld (map), die die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und dem Kraftstoff definiert, in der ECU 3 gespeichert, und der Druck des Kraftstoffs wird berechnet. Wenn wie bei der vorliegenden Ausführungsform das Ausgangssignal des zweiten Drucksensors verwendet wird, kann der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 4 an einer Position nahe dem Einspritzventil 2 erfasst werden. Für den Fall, bei dem der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 4 an einer Position nahe dem Akkumulator 1 erfasst wird, wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 4 basierend auf dem Ausgangssignal des ersten Drucksensors 5 berechnet.
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Bei dem Schritt 120 wird eine Übertragungszeit t basierend auf korrespondierenden bzw. entsprechenden Scheitel- bzw. Maximalwerten jedes der Ausgangssignale der ersten und zweiten Drucksensoren 5, 6 unter Verwendung eines Übertragungszeitberechnungsabschnitts berechnet. Die Übertragungszeit t gibt die Zeit an, die zur Übertragung der Druckpulsation, die bei der Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, von der Position des zweiten Drucksensors 6 zu der Position des ersten Drucksensors 5 erforderlich ist. Daher kann die Übertragungszeit der Druckpulsation des zu dem Einspritzventil 2 zugeführten Kraftstoffs einfach mit einem hohen Grad an Genauigkeit berechnet werden.
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Für die Übertragung der Druckpulsation von dem Einspritzventil 2 von der Position des zweiten Drucksensors 6 zu der Position des ersten Drucksensors 5 wird Zeit benötigt. Wie in 4 dargestellt wird daher eine Lücke der Übertragungszeit t zwischen dem Ausgangssignal des ersten Drucksensors 5, die durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, und dem Ausgangssignal des zweiten Drucksensors 6, die durch die durchgezogene Linie angedeutet ist, erzeugt. Die Übertragungszeit wird bei dem Schritt 120 berechnet.
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Der bei dem Schritt 110 berechnete Kraftstoffdruck wird basierend auf die Übertragungszeit bei Schritt 130 unter Verwendung eines Korrekturabschnitts korrigiert. Wie in 5 gezeigt steigt die Übertragungsrate der Druckpulsation mit steigender Temperatur an. Je höher die Temperatur des Kraftstoffs wird desto kürzer wird daher die Übertragungszeit t. Ein Kennfeld (map), die die Beziehung zwischen der Übertragungszeit und einem Temperaturkorrekturbetrag definiert, ist in der ECU 3 gespeichert, und der Temperaturkorrekturbetrag wird basierend auf der Übertragungszeit t unter Verwendung des Kennfelds berechnet. Anschließend wird der bei Schritt 110 berechnete Kraftstoffdruck entsprechend dem Temperaturkorrekturbetrag korrigiert und der Kraftstoffdruck nach der Korrektur berechnet.
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Der Kraftstoffdruck nach der Korrektur wird als ein Einstellparameter zum Berechnen des Einspritzbetrags in dem von der ECU 3 durchgeführten Maschinensteuerverfahren verwendet.
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Wie vorhergehend beschrieben, variiert gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Übertragungsrate der Druckpulsation in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur, das heißt, es gibt eine Korrelation zwischen der Kraftstofftemperatur und der Übertragungszeit t. Durch Korrigieren des berechneten Werts des Kraftstoffdrucks basierend auf der Übertragungszeit kann daher der Kraftstoffdruck ohne Berücksichtigung der Temperatur genau berechnet werden. Die ersten und zweiten Drucksensoren 5, 6 können in einer bestimmten der Mehrzahl von Kraftstoffleitungen 4 angeordnet werden. Für diesen Fall kann die Anzahl an benötigten Drucksensoren verringert werden, und dadurch kann die Übertragungszeit der Druckpulsation des Kraftstoffs, der zu dem Einspritzventil 2 zugeführt wird, leicht berechnet werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obgleich bei der obigen Ausführungsform das Beispiel beschrieben worden ist, bei dem die Druckpulsation von dem Einspritzventil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfasst wird, kann die Druckerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Druckpulsation von dem Akkumulator der Kraftstoffeinspritzvorrichtung erfassen.
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Obgleich bei der vorhergehenden Ausführungsform beispielhaft beschrieben worden ist, dass die Druckerfassungsvorrichtung auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer internen Verbrennungsmaschine angewendet wird, kann die Druckerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch auf andere Vorrichtungen angewendet werden, als auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Des Weiteren kann die Druckerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Erfassung eines Drucks von einem Fluid, das kein Kraftstoff ist, angewendet werden.
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Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es jedoch offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung zahlreiche Modifikationen und Äquivalente. Obgleich die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, welche bevorzugt sind, beschrieben worden sind, sind außerdem andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr oder weniger oder lediglich ein einziges Element enthalten, ebenso vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
