DE102017215055A1

DE102017215055A1 - Verfahren zur Überwachung eines Drucksensors mit einem Druckpulsgeber

Info

Publication number: DE102017215055A1
Application number: DE102017215055.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Farr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Drucksensors (46) für flüssige Medien (38) und einen Druckpulsgeber (44). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen:
a) Beaufschlagen des Druckpulsgebers (44) mit ausgeprägtem stabilen Zustand (24) und metastabilen Zustand (26) mit dem Druck des flüssigen Mediums (38),
b) Erzeugen eines Druckpulses durch den Druckpulsgeber (44) an einem Referenzdruckpunkt bei Zustandswechsel von stabilem Zustand (24) in den metastabilen Zustand (26) und umgekehrt,
c) Ändern des Druckes des flüssigen Mediums (38) derart, dass der Druckverlauf durch den Referenzdruckpunkt verläuft,
d) Erfassen der Druckpulse des Druckpulsgebers (44) durch den Drucksensor (46) während des Verfahrensschritts c),
e) Auswertung der gemäß d) erfassten Druckpulse und Ermittlung eines gemessenen Referenzdruckes und
f) Vergleichen des gemessenen Referenzdruckes mit einem Erwartungswert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung eines Drucksensors für ein flüssiges Medium, mittels eines Druckpulsgebers sowie ein Druckpulsgeber. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des Druckpulsgebers.
Stand der Technik
In vielen Bereichen der Technik werden Drucksensoren zur Erfassung des Drucks von flüssigen Medien eingesetzt, so zum Beispiel im Rahmen der Fabrikautomatisierung, der Prozessautomatisierung und der Fahrzeugtechnik beispielsweise bei Kraftstoffeinspritzsystemen, bei Abgasnachbehandlungssystemen und bei Bremssystemen von Fahrzeugen.
Bei einigen Anwendungen ist eine Überwachung des Drucksensors im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung erforderlich, da hohe Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit sowie gesetzliche Anforderungen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen zu erfüllen sind. Im Rahmen der Plausibilitätsprüfung wird in der Regel der Messwert des Drucksensors mit einem Erwartungswert verglichen. Der Erwartungswert kann im Allgemeinen auf unterschiedliche Weisen gewonnen werden. So lässt sich der Erwartungswert aus einem definierten Betriebszustand, beispielsweise dem drucklosen Zustand oder auch dem maximalen Druck, begrenzt durch ein Druckregelventil herleiten. Des Weiteren kann ein zweiter Drucksensor als Referenzdrucksensor eingesetzt werden. Schließlich besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines nummerischen Modells, basierend auf anderen Messgrößen und physikalischen Gleichungen, einen Druck zu simulieren. Des Weiteren besteht, die Möglichkeit den Erwartungswert durch Schalten eines Druckschalters zu bestimmen.
Die oben beschriebenen Arten der Plausibilitätsprüfung werden im Rahmen einer On Board Diagnose (OBD) von Kraftfahrzeugen verwendet. Der Einsatz von Drucksensoren bzw. Plausibilitätsprüfungen ist aus DE 10 2012 221 127 A1 , der DE 10 2012 217 741 A1 , DE 10 2012 203 283 A1 , DE 10 2011 101 825 A1 , DE 10 2007 030 713 A1 , DE 10 2007 028 487 A1 , DE 103 31 964 A1 , der DE 10 2006 001 549 A1 , der DE 199 07 338 A1 sowie der DE 42 29 487 A1 hinreichend bekannt.
Die aus den genannten Schriften hervorgehende Plausibilitätsprüfung weist im praktischen Betrieb Nachteile auf, so zum Beispiel das Auftreten erhöhter Zusatzkosten für aktive Sensoren, insbesondere für einen zweiten Drucksensor oder einen Druckschalter. Ferner ist als Nachteil zu nennen, dass nur eine eingeschränkte Funktionalität im Rahmen der Plausibilitätsprüfungen überprüft wird, so zum Beispiel die Überwachung nur des Offset-Fehlers im drucklosen Zustand, so dass Informationen für die Plausibilität bei Maximaldruck fehlen. Des Weiteren ist als Nachteil aufzuzählen, dass im Rahmen der bekannten Plausibilitätsprüfung eine zusätzliche Beanspruchung des hydraulischen Systems durch kurze Zeit, insbesondere bei kurzzeitigem Betrieb bei einem maximalen Druck auftritt. Auf diesen Druck hin sind jedoch die hydraulischen Komponenten des Hydrauliksystems zu dimensionieren, was ebenfalls weitere Kosten und weiteren Aufwand nach sich zieht.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Drucksensors für flüssige Medien mit einem Druckpulsgeber vorgeschlagen, bei dem zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

a) Beaufschlagen eines Druckpulsgebers mit ausgeprägtem stabilen und metastabilen Zustand mit dem Druck eines flüssigen Mediums,
b) Erzeugen eines Druckpulses durch den Druckpulsgeber an einem Referenzdruckpunkt bei Zustandswechsel von stabilem Zustand in metastabilen Zustand und umgekehrt,
c) Ändern des Drucks des flüssigen Mediums derart, dass der Druckverlauf durch den Referenzdruckpunkt verläuft,
d) Erfassen der Druckpulse des Druckpulsgebers durch den Drucksensor während des Verfahrensschrittes c),
e) Auswerten der gemäß d) erfassten Druckpulse und Ermittlung eines gemessenen Referenzdruckes,
f) Vergleichen des gemessenen Referenzdruckes mit einem Erwartungswert.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erfolgt eine kostengünstig durchführbare Plausibilitätsprüfung des Drucksensors, insbesondere innerhalb eines frei wählbaren Druckniveaus. Die Plausibilitätsprüfung erfordert einen vergleichsweise geringen Rechenaufwand; ferner ist darüber hinaus eine Nachrüstung bestehender Systeme sowie die Integration des Druckpulsgebers in den Drucksensor möglich. Als Modifikationen werden lediglich eine Ergänzung des Hydrauliksystems und eine Anpassung der Auswertungssoftware erforderlich.
Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, wird bei Ermittlung unzulässig hoher Abweichungen zwischen dem Verfahrensschritt f) gemessenen Referenzdruck und einem Erwartungswert, der Drucksensor als defekt betrachtet.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann gemäß Verfahrensschritt c) ein Druckpuls bei Druckerhöhung oder ein Druckpuls bei Druckerniedrigung eingesetzt werden, derart, dass der Druckverlauf durch den Referenzdruckpunkt verläuft.
Für die Auswertung der Druckpulse des Druckpulsgebers gemäß Verfahrensschritt e) ist eine erste fallende Flanke, insbesondere bei einer Druckerhöhung oder eine erste steigende Flanke bei einer Druckerniedrigung maßgeblich. Daher spielen überlagerte Störungen, welche erst nach dieser Flanke auftreten, keine Rolle und verfälschen die Ergebnisse nicht. Gemäß des Verfahrensschrittes e) können bei Druckerhöhung zu Beginn des Betriebes mehrere Druckpulse ausgewertet werden, analog dazu können auch gemäß Verfahrensschritt e) bei Druckerniedrigung zum Ende des Betriebes mehrere Druckpulse ausgewertet werden. Dadurch wird eine Steigerung der Robustheit erreicht. Falls der Referenzdruck von dem erwarteten Wert zu stark abweicht, besteht die Möglichkeit, zusätzliche Druckpulse durch eine anschließende Druckerhöhung oder Druckerniedrigung zu generieren um das Ergebnis zu bestätigen.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht auch die Möglichkeit, für den Fall, dass das Druckniveau der Druckpulse im Betrieb regelmäßig durchlaufen werden, die Überwachung des Drucksensors quasi-kontinuierlich vorzunehmen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus neben dem oben dargestellten Verfahren auf den Druckpulsgeber mit dem das Verfahren durchgeführt wird. Dieser umfasst in vorteilhafter Weise eine Membran aus nicht rostendem Federstahl, die aufgrund ihrer Formgebung ein bistabiles Verhalten aufweist. Das bistabile Verhalten ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Membran. Die Ausbildung der im Rahmen des Druckpulsgebers eingesetzten Membran aus nicht rostendem Federstahlband gemäß DIN 17 224, die eine hohe zulässige Hubspannung aufweist, gewährleistet die Medienbeständigkeit der Membran. Diese ist nur reversibel verformbar, d.h. darf die Streckgrenze des Federstahlbandes nicht überschreiten.
Der erfindungsgemäße Druckpulsgeber ist darüber hinaus so beschaffen, dass eine plastische Verformung der Membran bei Drücken deutlich oberhalb des Referenzdruckes ausgeschlossen ist. Zur mechanischen Entlastung der Membran ist auf ihrer der Druckbeaufschlagung abgewandten Seite eine Durchlässe aufweisende Abstützstruktur vorgesehen.
Abhängig davon, ob der zu überwachende Drucksensor ein absolut oder relativ messender Drucksensor ist, kann das Volumen auf der Rückseite der Membran des Druckpulsgebers entweder abgeschlossen sein d.h. unter einem definierten Druck stehen, oder es besteht die Möglichkeit, dass das Volumen auf der Rückseite der Membran in Kontakt mit dem Umgebungsdruck steht. Durch diese Ausführungsmöglichkeiten ist sichergestellt, dass der Drucksensor und der Druckpulsgeber einen definierten Druck als Bezugspunkt verwenden.
Der erfindungsgemäße Druckpulsgeber kann an einer Druckkammer aufgenommen sein, die in Schmalbauweise ausgeführt ist. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet Schmalbauweise, dass die Höhe der Druckkammer die Breite der Druckkammer um ein Mehrfaches übersteigt. Bei der Ausführung der Druckkammer in Schmalbauweise kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass im flüssigen Medium enthaltene Luftblasen entgegen der Wirkung der Schwerkraft aufsteigen können. Eingeschlossene Luftblasen reduzieren andernfalls die hydraulische Steifigkeit des Systems und können unter Umständen die Amplitude der Druckpulse in unerwünschter Weise zu stark dämpfen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann der Druckpulsgeber an einer Druckkammer aufgenommen sein, die einen in vertikale Richtung verlaufenden ersten Stichkanal für das flüssige Medium sowie einen diesen kreuzenden, in horizontale Richtung verlaufenden zweiten Stichkanal für das flüssige Medium aufweist. Der Vorteil der beiden Stichkanäle liegt darin, dass das Volumen des erforderlichen flüssigen Mediums zwischen dem Druckpulsgeber und dem Drucksensor minimiert wird. Dadurch ist die absolute Höhe des Druckpulses größer, so dass der Druckpuls sicher detektiert werden kann.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auch auf die Verwendung der Druckpulsgebern für die Überwachung von Drucksensoren, beispielsweise bei hohen Hochdruckeinspritzsystemen für Kraftstoff wie beispielsweise im Common-Rail-Einspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen. Hier könnte ein zweifacher Drucksensor durch einen einfachen Drucksensor ersetzt werden. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckpulsgeber an Abgasnachbehandlungssystemen eingesetzt werden, sowohl bei Abgasnachbehandlung von Personenkraftwagen als auch zur Abgasnachbehandlung von Nutzfahrzeugen. Des Weiteren kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Druckpulsgeber an Bremssystemen eingesetzt werden, bei denen eine Überwachung der dort eingesetzten Drucksensoren zur Erfassung des Drucks in den Bremszylindern erforderlich ist.
Vorteile der Erfindung
Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind darin zu erblicken, dass durch das Verfahren und den mit diesem Zusammenhang eingesetzten Drucksensor der Druckpulsgeber eine sehr günstige Plausibilitätsprüfung des eingesetzten Drucksensors erfolgen kann. Insbesondere ist hervorzuheben, dass die Plausibilitätsprüfung in einem frei wählbaren Druckniveau durchführbar ist. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, erfordert die Prüfung einen vergleichsweise geringen Rechenaufwand. Darüber hinaus ist eine Nachrüstung bereits bestehender, ausgelieferter Systeme möglich, ebenso wie die Integration des Druckpulsgebers in den Drucksensor. Zur Nachrüstung ist lediglich eine geringfügige Modifikation eines Hydrauliksystems bzw. der Hydraulikkomponenten erforderlich, ferner eine Anpassung der Software.
Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Lösung sind darin zu erblicken, dass sich diese als besonders zuverlässig erwiesen hat, da die Wirkkette vollständig bekannt ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist ferner robust, da nur ein bewegliches Teil und eine Dichtung vonnöten sind. Sie lässt sich universell im Hinblick auf unterschiedliche Flüssigkeiten einsetzen und ist darüber hinaus skalierbar durch Anpassung der Steifigkeit der Membran des Druckpulsgebers. Schließlich ist das zugrunde zu liegende Berechnungsverfahren äußerst einfach zu implementieren und einfach zu verifizieren.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

1 die Draufsicht auf eine als Druckpulsgeber eingesetzte Membran,
2 die Auslenkung der Membran aufgetragen über den Druck sowie den stabilen Zustand und den Metazustand der Membran gemäß 1,
3.1 und 3.2 die mit einer Durchlässe aufweisenden Abstützstruktur versehene Membran im drucklosen Zustand und in einem Druck-beaufschlagten Zustand,
4 die schematische Anordnung von Druckgeber und Drucksensor an einer Druckkammer,
5 den Druckverlauf aufgetragen über die Zeitachse bei Druckerhöhung,
6 den Druckverlauf aufgetragen über die Zeitachse bei Druckerniedrigung,
7 eine Druckkammer in Schmalbauweise zur Vermeidung von unerwünschter Dämpfung durch Luftblasen,
8 eine sich einstellende Dämpfung aufgrund einer Luftblase bei Druckerhöhung,
9 eine sich einstellende Dämpfung durch Luftblasen bei einer Druckerniedrigung,
10 eine weitere Ausführungsvariante einer Druckkammer mit Stichkanälen für das flüssige Medium,
11 und 12 Druckverläufe bei Druckerhöhung und Druckerniedrigung in einer Druckkammer gemäß 10, und
13.1 und 13.2 sich einstellende durch ein Förderaggregat bedingte Druckschwingungen nach unterschiedlichen Zeiten mit Förderbetrieb ohne Unterbrechung.

Ausführungsvarianten
1 zeigt eine Membran eines Druckpulsgebers in der Draufsicht.
Ein Druckpulsgeber 44 ist als Membran 10 ausgeführt. Eine Fläche 14 der Membran 10 ist durch einen Rand 12 begrenzt. Aufgrund ihrer Formgebung hat die als Druckpulsgeber 44 dienende Membran 10 gemäß 1 ein bistabiles Verhalten in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite.
2 ist die Auslenkung der Membran aufgetragen über den Druck zu entnehmen.
Wie 2 zeigt, erfolgt ein sprunghafter Wechsel der Auslenkung der Membran von einem stabilen Zustand 24 bis zum Erreichen eines Druckes 20 (p_down). Mit Bezugszeichen 25 ist ein Hysteresebereich gekennzeichnet. Nach diesem nimmt die Membran ab eines Druckes 22 (p_up) ihren metastabilen Zustand 26 an. Die Hysterese 25 ist gegeben durch den Druckunterschied zwischen dem Druck 22, nämlich p_up abzüglich des Druckes 20, nämlich p_down. Sowohl die Membran 10 als auch ihre Dichtung stehen mit dem flüssigen Medium 38 in Kontakt. Wird die Membran 10 aus rostfreiem Stahl hergestellt, ist die Medienbeständigkeit in der Regel gewährleistet. Die Dichtung wird in der Regel aus einem Polymer gefertigt und ist speziell auf das flüssige Medium 38 abzustimmen. Damit sich die Membran 10 nur reversibel innerhalb ihres elastischen Bereiches verformt, darf die Streckgrenze des verwendeten Materials, aus dem die Membran 10 gefertigt wird, nicht überschritten werden. Als Material zur Herstellung der Membran 10 eignet sich insbesondere nicht rostendes Federstahlband gemäß DIN 17 224, was eine hohe zulässige Zugspannung aufweist.
Den 3.1 und 3.2 ist eine Durchlässe 35 aufweisende Abstützstruktur 34 der Membran 10 zu entnehmen, wobei die Durchlässe 35 aufweisende Abstützstruktur 34 auf der der Druckbeaufschlagung der Membran 10 abgewandten Seite angeordnet ist. Während in 3.1 ein druckloser Zustand 30 dargestellt ist, wirkt in 3.2 ein Druck, welcher einen druckbeaufschlagten Zustand 32 kennzeichnet.
3.1 zeigt, dass die Fläche 14 der Membran 10 nach oben ausgebeult ist, während bei einem druckbeaufschlagten Zustand 32 gemäß der Darstellung in 3.2 die Fläche 14 der Membran 10 eingeebnet wird und durch die Durchlässe 35 aufweisende Abstützstruktur 34 abgestützt ist. Die Druckbeaufschlagung 32 kann beispielsweise durch den Eisdruck eines gefrorenen flüssigen Mediums 38 hervorgerufen werden, welches die Oberseite der Membran 10 mechanisch stark beansprucht.
Neben der in den 3.1 und 3.2 dargestellten, die mechanische Stabilität des als Membran 10 ausgebildeten Druckpulsgebers 44 verbessernden Abstützstruktur 34, ist zu beachten, dass ein zu überwachender Drucksensor 46, wie schematisch in 4 dargestellt, entweder als absolut oder als relativ messender Drucksensor 46 ausgeführt sein kann. Dementsprechend ist das Volumen auf der Rückseite der Membran 10 entweder abgeschlossen und steht unter einem definierten Druck, oder dieses Volumen ist in Kontakt mit dem Umgebungsdruck. In beiden Fällen ist sichergestellt, dass der Drucksensor 46 - wie in 4 schematisch angedeutet - sowie der Druckpulsgeber 44 einen definierten Druck als Bezugspunkt verwenden.
4 zeigt in schematischer Weise eine Druckkammer 42. Diese ist durch ein flüssiges Medium 38 beaufschlagt, welches durch einen Zu- bzw. einen Abfluss 40 aus der Druckkammer 42 aus- bzw. in diese einströmt. Einander gegenüberliegend sind an den Stirnseiten der Druckkammer 42 der Druckpulsgeber 44 und diesem gegenüberliegend der Drucksensor 46 angeordnet.
Der Darstellung gemäß 5 ist ein Druckverlauf, aufgetragen über die Zeitachse zu entnehmen. Eine Druckerhöhung, beispielsweise eingeleitet über die in 4 dargestellte Ausführungsvariante des ersten Druckpulsgebersystems 36 führt zu einem Druckminimum 50 und einer sich einstellenden Abklingphase 52 nach Erreichen des Druckminimums 50. Der Druckverlauf ab Initiierung des Druckpulses zum Zeitpunkt 0 s, ist durch Bezugszeichen 48 gekennzeichnet und dadurch charakterisiert, dass eine näherungsweise exponentielle Abnahme der Amplituden über die Zeitachse t während der Abklingphase 52 erfolgt.
Innerhalb des Algorithmus' zur Auswertung des Referenzdruckes wird in einem Schritt geprüft, ob ein DTl-gefilterter Druck außerhalb eines Bereiches von +/-60 hPa liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass immer die erste Flanke des Druckpulses ausgewertet wird, unabhängig davon, ob es sich um eine steigende oder eine fallende Flanke handelt.
Der Darstellung gemäß 6 ist der Druckverlauf 54 nach einem Druckpuls zu entnehmen, der in dem in 4 dargestellten ersten Druckpulsgebersystem 36 erfolgt. Bei der Darstellung gemäß 6 handelt es sich um den Druckverlauf 54 bei einer Druckerniedrigung in der Druckkammer 42 des ersten Druckpulsgebersystems 36 gemäß der schematischen Darstellung in 4.
Nach dem Erreichen eines Druckmaximums 56 erfolgt eine Abklingphase 58, wobei die Amplituden des Druckpulses gemäß des Druckverlaufes 54 bei Druckerniedrigung kontinuierlich kleiner werden und gegen Null konvergieren.
Gemäß den Darstellungen der 5 und 6 kann für die Überwachung des Drucksensors 46 der Druckpulsgeber 44, beispielsweise im ersten Druckpulsgebersystem 36 gemäß 4 eine Druckerhöhung und auch eine Druckerniedrigung herbeiführen. Eine dazu eingesetzte Förderpumpe verursacht in der Regel periodische Druckschwingungen. Häufig nimmt hier die Amplitude der Druckschwingungen mit der Zeitdauer nach Druckaufbau zu, da die Systeme an hydraulischer Steifigkeit gewinnen. Sollten diese Druckschwingungen die Erfassung eines Referenzdruckes stören, kann der Referenzdruck nur bei stehender Förderpumpe während des Druckabfalls bestimmt werden oder der Referenzdruck wird kurz nach Druckaufbau bei laufender Förderpumpe bestimmt. Die Druckschwingungen können durch Filter höherer Ordnung unterdrückt werden, vorzugsweise variiert hierbei die Filterzeitkonstante mit der Drehzahl der jeweils eingesetzten Förderpumpe, die mit der entsprechenden Druckkammer 42 der Druckpulsgebersysteme hydraulisch in Verbindung steht.
Der Darstellung gemäß 7 ist eine Ausführungsvariante eines Druckpulsgebersystems zu entnehmen, die im Vergleich zu dem in 4 dargestellten ersten Druckpulsgebersystems 36 deutlich schmaler baut.
Eine in 7 dargestellte Schmalbauweise 62 einer Luftblasen-freien Auslegung 60 ist dadurch charakterisiert, dass eine Höhe 66 der Druckkammer 42 deren Breite 64 um ein Mehrfaches übersteigt. In der in 7 dargestellten Schmalbauweise 62 der Druckkammer 42 liegen der Druckpulsgeber 44 und der zu überwachende Drucksensor 46 beabstandet durch die Breite 64 einander gegenüber. Auch in der in 7 dargestellten Ausführungsvariante ist die Druckkammer 42 mit dem flüssigen Medium 38 befüllt und verfügt über Zu- bzw. Abfluss - andeutet durch die Pfeile 40. Im flüssigen Medium 38 eingeschlossene Luftblasen reduzieren die hydraulische Steifigkeit des Systems und können unter Umständen die Amplitude der vom Druckpulsgeber 44 ausgesandten Druckpulse stark dämpfen. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist eine Auslegung zu bevorzugten, bei dem der Druck im System blasenfrei aufgebaut werden kann. Die Druckkammer 42 ist daher so ausgeführt, dass in ihr keine Luftblasen gefangen sind, sondern Luftblasen entgegen der Schwerkraft aufsteigen können und demzufolge die vom Druckpulsgeber 44 erzeugten Druckpulse nicht oder nur geringfügig beeinflussen.
In den Darstellungen gemäß der 8 und 9 sind Druckverläufe 68, 72 über die Zeitachse aufgetragen.
Bei den Druckverläufen 68 bzw. 72 gemäß der 8 und 9, ist im flüssigen Medium 38, welches in der Druckkammer 42 des ersten Druckpulsgebersystems 36 gemäß der Darstellung in 4 entladen ist, eine Luftblase eingeschlossen. Aus einem Vergleich der 8 und 9 mit den 5 und 6, in denen die Druckverläufe 48 bzw. 54 bei Druckerhöhung oder Druckerniedrigung dargestellt sind, ergibt sich, dass die Minima bzw. Maxima 70, 73 deutlich geringer ausfallen, da die Druckpulse durch die jeweils im flüssigen Medium 38 eingeschlossene Luftblase erheblich gedämpft werden. Dies bedeutet, dass die Minima bzw. Maxima 70, 73 bei Druckerhöhung bzw. Druckerniedrigung bei eingeschlossener Luftblase im flüssigen Medium 38 deutlich geringer ausfallen und dafür Sorge zu tragen ist, dass im flüssigen Medium, das in der Druckkammer 42 bevorratet ist, erst gar keine Luftblasen eingeschlossen werden, was den Idealfall darstellt, oder dass diesen die Gelegenheit gegeben wird, nach oben entgegen der Schwerkraft im flüssigen Medium 38 aufzusteigen wie dies in 7 angedeutet ist, wie die Druckkammer 42 in Schmalbauweise 62 ausgeführt ist. Hier besteht die Möglichkeit, dass die Luftblasen nach oben in Richtung des Abflusses 40 aufsteigen können, und sich somit aus dem Bereich entfernen, in dem der zu überwachende Drucksensor 46 dem Druckpulsgeber 44 gegenüberliegt. Da sich in der Ausführungsvariante gemäß 7 die Luftblasen entgegen der Schwerkraft nach oben bewegen können, ist eine Beeinflussung der Druckverläufe zwischen Druckpulsgeber 44 und zu überwachenden Drucksensor 46 nahezu ausgeschlossen.
Bei einem Algorithmus zur Auswertung des Referenzdruckes wird typischerweise der Druck des flüssigen Mediums 38 alle 2 ms mit dem Drucksensor 46, der zu überwachen ist, gemessen. Der gemessene Druck wird alle 2 ms mit einem DT1-Filter gefiltert. Die Zeitkonstante beträgt 24 ms. Zusätzlich wird der gemessene Druck alle 2 ms mit einem PT1-Filter gefiltert. Die Zeitkonstante beträgt ebenfalls 24 ms. Alle 2 ms wird der PT1-gefilterte Druck in einen Ringspeicher geschrieben. Dieser Ringspeicher umfasst 8 Speicherzellen. Alle 2 ms wird geprüft, ob der DTl-gefilterte Druck außerhalb eines Bereichs von +/- 60 hPa liegt. In diesem Falle ist der Referenzdruck gleich dem Inhalt derjenigen Speicherzelle, welche 7 Schritte vor der aktuellen Speicherzelle liegt, demnach 14 ms zuvor beschrieben wurde. Innerhalb des Algorithmus' wird der Druckpuls erkannt, jedoch ist Druck zu diesem Zeitpunkt bereits nicht mehr stationär. Somit kann der Referenzdruck nicht hinreichend genau erfasst werden. Demzufolge wird in einem weiteren Schritt auf den PTl-gefilterten Druckwert zurückgegriffen, welcher 14 ms zuvor gespeichert wurde. Wie man sieht, ist der Druck zu diesem Zeitpunkt stationär. Über den Algorithmus wird der Referenzdruck korrekt erfasst.
10 zeigt die Darstellung eines zweiten Druckpulsgebersystems 74.
Aus der Darstellung gemäß 10 geht hervor, dass die Druckkammer 42 durch zwei gekreuzt angeordnete gegenseitig miteinander in Verbindung stehende erste und zweite Stichkanäle 76 bzw. 78 gebildet ist. Der erste Stichkanal 76 verläuft in vertikale Richtung und kreuzt den sich in horizontale Richtung erstreckenden zweiten Stichkanal 78. Analog zur in 4 dargestellten Ausführungsform des ersten Druckpulsgebersystems 36 liegen der Druckpulsgeber 44 und der zu überwachende Drucksensor 46 einander gegenüber; die Druckkammer 42 ist über einen Zu- bzw. Abfluss 40 mit dem flüssigen Medium 38 beaufschlagt. Dieses befüllt die gekreuzt angeordneten vertikal bzw. horizontal verlaufenden Stichkanäle 76 bzw. 78.
Bei Druckbeaufschlagung des in 10 dargestellten zweiten Druckpulsgebersystems, stellen sich die in 11 bzw. 12 dargestellten Druckverläufe 80 bei Druckerhöhung gemäß 11 und Druckverlauf 90 bei Druckerniedrigung gemäß 12 ein. Die in den 11 und 12 dargestellten, jeweils über die Zeitachse aufgetragenen Druckverläufe 80 und 90 sind gedämpfte harmonische Schwingungen mit überlagerten Störungen. Für die Auswertung der Druckpulse ist hierbei jedoch die erste fallende bzw. erste steigende Flanke entscheidend. Daher spielen überlagerte Störungen, welche erst nach dieser Flanke auftreten, keine Rolle.
Den 13.1 und 13.2 sind jeweils Druckpulse bei einer Druckerhöhung gemäß des in 10 dargestellten zweiten Druckpulsgebersystems 74 zu entnehmen, jeweils mit Druckschwingungen durch ein Förderaggregat.
In den beiden Figuren sind jeweils ein Druckverlauf 92 über die Zeitachse aufgetragen, wobei zum Zeitpunkt t = 0 ein Druckpuls erfolgt. Da ein Förderaggregat seinerseits periodische Druckschwingungen verursacht, kann die Bestimmung des Referenzdruckes gestört werden. Häufig nimmt die Amplitude der Druckschwingungen mit der Zeitdauer nach Druckaufbau zu, da die Systeme an hydraulischer Steifigkeit gewinnen. Aus den Druckverläufen 92 bzw. 94 für einen Förderbetrieb ohne Unterbrechung nach 25 h bzw. ein Druckverlauf 92 für einen Förderbetrieb ohne Unterbrechung nach 60 h, vergleiche Position 96, lässt sich ableiten, dass das hydraulische System mit der Zeit steifer wurde. Nach 20 h sind die Druckpulsationen sehr gering und stören daher nicht. Nach 60 h Förderbetrieb ohne Unterbrechung jedoch verursacht das Förderaggregat aufgrund der erhöhten Steifigkeit des hydraulischen Systems periodische Druckschwingungen, welche den Druckpuls stören.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012221127 A1 [0004]
DE 102012217741 A1 [0004]
DE 102012203283 A1 [0004]
DE 102011101825 A1 [0004]
DE 102007030713 A1 [0004]
DE 102007028487 A1 [0004]
DE 10331964 A1 [0004]
DE 102006001549 A1 [0004]
DE 19907338 A1 [0004]
DE 4229487 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Drucksensors (46) für flüssige Medien (38) mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Beaufschlagen des Druckpulsgebers (44) mit ausgeprägtem stabilen Zustand (24) und metastabilen Zustand (26) mit dem Druck des flüssigen Mediums (38), b) Erzeugen eines Druckpulses durch den Druckpulsgeber (44) an einem Referenzdruckpunkt bei Zustandswechsel von stabilem Zustand (24) in den metastabilen Zustand (26) und umgekehrt, c) Ändern des Druckes des flüssigen Mediums (38) derart, dass der Druckverlauf durch den Referenzdruckpunkt verläuft, d) Erfassen der Druckpulse des Druckpulsgebers (44) durch den Drucksensor (46) während des Verfahrensschritts c), e) Auswerten der gemäß d) erfassten Druckpulse und Ermittlung eines gemessenen Referenzdruckes und f) Vergleichen des gemessenen Referenzdruckes mit einem Erwartungswert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung unzulässiger Abweichungen gemäß Verfahrensschritt f) der Drucksensor (46) als defekt bewertet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) ein Druckpuls bei Druckerhöhung oder ein Druckpuls bei Druckerniedrigung eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung der Druckpulse gemäß Verfahrensschritt e) eine erste fallende Flanke bei Druckerhöhung und erste steigende Flanke bei Druckerniedrigung maßgeblich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt e) bei Druckerhöhung zu Beginn des Betriebes mehrere Druckpulse ausgewertet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt e) bei Druckerniedrigung zum Ende des Betriebes mehrere Druckpulse ausgewertet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Referenzdruckpunkt von dem Erwartungswert zu stark abweicht, zusätzliche Druckpulse durch eine anschließende Druckerhöhung oder Druckerniedrigung generiert werden, um das Ergebnis zu überprüfen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Druckniveaus der Druckpulse im Betrieb des Drucksensors (46) regelmäßig durchlaufen werden, die Überwachung des Drucksensors (46) quasi-kontinuierlich erfolgt.
Druckpulsgeber (44) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Membran (10) aus nicht rostendem Federstahl umfasst, die aufgrund ihrer Formgebung ein bistabiles Verhalten (24, 26) aufweist.
Druckpulsgeber (44) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die Membran (10) auf ihrer der Druckbeaufschlagung abgewandten Seiten von einer Durchlässe (35) aufweisenden Abstützstruktur (34) abgestützt ist.
Druckpulsgeber (44) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen auf einer Rückseite der Membran (10) abgeschlossen ist und unter einem definierten Druck steht, oder das Volumen in Kontakt mit dem Umgebungsdruck steht.
Druckpulsgeber (44) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser an einer Druckkammer (42) aufgenommen ist, die in Schmalbauweise (62) ausgeführt ist, die dadurch charakterisiert ist, dass deren Höhe (66) deren Breite (64) um ein Mehrfaches übersteigt.
Druckpulsgeber (44) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser an einer Druckkammer (42) aufgenommen ist, die einen in vertikale Richtung verlaufenden ersten Stichkanal (76) für das flüssige Medium (38) und einen in horizontale Richtung verlaufenden zweiten Stichkanal (78) für das flüssige Medium (38) aufweist, die miteinander verbunden sind.
Verwendung des Druckpulsgebers (44) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 in einem Hochdruckeinspritzsystem mit Hochdrucksammelraum (Common Rail), oder in einem Abgasnachbehandlungssystem für Verbrennungskraftmaschinen oder in einem Bremssystem für Fahrzeuge zur Erfassung des Drucks in Bremszylindern.