DE102018218217A1 - Rail pressure sensor arrangement with several sensor elements - Google Patents

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Carsten Scholten
Dominic Schehrer
Thomas Litterst
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Joerg Schmitt
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Raildrucksensoranordnung (10) zum Messen des Raildrucks bei einem Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine, umfassend zumindest ein erstes Sensorelement (12) mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Absolutdruckmessung, umfassend eine A/D-Wandlereinheit (13) zur Digitalisierung des analogen Messsignals, eine nachgeschaltete Korrektureinheit (15) zur Aufbereitung des digitalen Messsignals, welches eine nachgeschaltete D/A-Wandlereinheit (16) in ein analoges Eingangssignal für eine Motorsteuereinheit (11) umwandelt, wobei zumindest ein zweites Sensorelement (17) mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Frequenzermittlung des Messsignals vorgesehen ist, aus dessen Hochfrequenzanteilen eine nachgeschaltete Frequenzanalyseeinheit (19) die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs bestimmt, um diese der Motorsteuereinheit (11) als weitere Eingangsgröße für eine Erweiterung des Funktionsumfangs der Motorsteuerung zur Verfügung zu stellen.The invention relates to a rail pressure sensor arrangement (10) for measuring the rail pressure in a common rail system of an internal combustion engine, comprising at least a first sensor element (12) with downstream signal processing means for absolute pressure measurement, comprising an A / D converter unit (13) for digitizing the analogue Measurement signal, a downstream correction unit (15) for processing the digital measurement signal, which converts a downstream D / A converter unit (16) into an analog input signal for a motor control unit (11), at least one second sensor element (17) with downstream signal processing means for frequency determination the measurement signal is provided, from the high-frequency components of which a downstream frequency analysis unit (19) determines the current speed of sound of the fuel in order to make it available to the engine control unit (11) as a further input variable for expanding the functional scope of the engine control put.

Description

Die Erfindung betrifft eine Raildrucksensoranordnung zum Messen des Raildrucks bei einem Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine, umfassend zumindest ein erstes Sensorelement mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Absolutdruckmessung, umfassend eine A/D-Wandlereinheit zur Digitalisierung des analogen Messsignals, eine nachgeschaltete Korrektureinheit zur Aufbereitung des digitalen Messsignals, welches eine nachgeschaltete D/A-Wandlereinheit in ein passend analoges Eingangssignal für eine Motorsteuereinheit umwandelt.The invention relates to a rail pressure sensor arrangement for measuring the rail pressure in a common rail system of an internal combustion engine, comprising at least one first sensor element with downstream signal processing means for absolute pressure measurement, comprising an A / D converter unit for digitizing the analog measurement signal, and a downstream correction unit for conditioning the digital Measurement signal, which converts a downstream D / A converter unit into a suitable analog input signal for an engine control unit.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Verbrennungsmotorentechnik. Moderne Verbrennungsmotoren, speziell Dieselmotoren, sind gewöhnlich mit sogenannten Common-Rail-Systemen ausgestattet, welche es ermöglichen, den Kraftstoff mit sehr hoher Präzision unter sehr hohen Drücken in die Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Diese Common-Rail-Systeme verfügen über Raildrucksensoren, die den Druck im Rail erfassen. Der Druck wird einer Motorsteuereinheit als Eingangsgröße zugeführt, um den Kraftstoffverbrennungsprozess optimal zu steuern. In einem Common-Rail-System wird der Raildrucksensor im Wesentlichen für zwei Hauptfunktionalitäten eingesetzt. Zum einen dient dieser zur Regelung des aktuellen Raildrucks, zum anderen dient der Raildrucksensor auch zur Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in dem Brennraum.The field of application of the invention extends to internal combustion engine technology. Modern internal combustion engines, especially diesel engines, are usually equipped with so-called common rail systems, which make it possible to inject the fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine with very high precision and under very high pressures. These common rail systems have rail pressure sensors that measure the pressure in the rail. The pressure is fed to an engine control unit as an input variable in order to optimally control the fuel combustion process. In a common rail system, the rail pressure sensor is mainly used for two main functions. On the one hand, this serves to control the current rail pressure, on the other hand, the rail pressure sensor also serves to determine the amount of fuel to be injected in the combustion chamber.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2013 201 576 A1 geht ein Common-Rail-System für eine Brennkraftmaschine hervor. Ein Raildrucksensor dient dabei zur Messung des aktuell anliegenden Raildrucks, der als Messsignal einer Motorsteuereinhait zugeführt wird. Es werden hierbei besondere Maßnahmen zur Plausibilisierung des Messsignals getroffen.From the DE 10 2013 201 576 A1 is the result of a common rail system for an internal combustion engine. A rail pressure sensor is used to measure the rail pressure currently applied, which is fed as a measurement signal to an engine control unit. Special measures are taken to make the measurement signal plausible.

Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik bestehen Raildrucksensoren für Common-Rail-Systeme gewöhnlich aus mindestens einem Sensorelement, beispielsweise einem Dehnmessstreifen mit einer Signalverarbeitung. Der Dehnmessstreifen misst die von dem aktuellen Raildruck auf eine sensorinterne Messoberfläche aufgebrachten Bauteilspannungen, welche ein Maß für den anliegenden Druck darstellen. Die Signalverarbeitung umfasst zunächst eine Analog-Digital-Wandlung des Messsignals, welches anschließend verstärkt wird und dann sensor- und temperaturspezifisch korrigiert, gefiltert und schließlich als verstärktes korrigiertes digitales Signal wieder digital-analog gewandelt wird, um ein analoges Eingangssignal zu erhalten, das geeignet ist, um durch eine Motorsteuereinrichtung verarbeitet zu werden. Diese Signalverarbeitung sorgt insbesondere auch für eine Tiefpassfilterung des eigentlichen Raildrucksignals.According to the generally known prior art, rail pressure sensors for common rail systems usually consist of at least one sensor element, for example a strain gauge with signal processing. The strain gauge measures the component stresses applied by the current rail pressure to a sensor-internal measuring surface, which represent a measure of the applied pressure. The signal processing first comprises an analog-digital conversion of the measurement signal, which is then amplified and then corrected, filtered in a sensor- and temperature-specific manner and finally converted back to digital-analog as an amplified, corrected digital signal in order to obtain an analog input signal that is suitable to be processed by an engine controller. This signal processing in particular also ensures low-pass filtering of the actual rail pressure signal.

Aus dem per Sensorelement erfassten Messsignal werden im Zuge der digitalen Signalverarbeitung jedoch Informationen eliminiert, welche durch die Motorsteuereinheit zur Optimierung des Verbrennungsprozesses nützlich wären.In the course of digital signal processing, however, information that would be useful for the engine control unit to optimize the combustion process is eliminated from the measurement signal captured by the sensor element.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Raildrucksensoranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass neben der Ermittlung des Raildrucks auch andere im Messsignal enthaltenen steuerungstechnisch relevanten Informationen über den Zustand des Kraftstoffs gewonnen werden können.It is therefore the object of the present invention to further improve a rail pressure sensor arrangement of the generic type in such a way that, in addition to the determination of the rail pressure, other control-technically relevant information about the state of the fuel contained in the measurement signal can also be obtained.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Raildrucksensoranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved on the basis of a rail pressure sensor arrangement in accordance with the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims represent advantageous developments of the invention.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Raildrucksensoranordnung zumindest ein zweites Sensorelement mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Frequenzermittlung des Messsignals vorgesehen ist, aus dessen Hochfrequenzanteilen eine nachgeschaltete Frequenzanalyseeinheit die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs bestimmt, um diese der Motorsteuereinheit als weitere Eingangsgröße für eine Erweiterung des Funktionsumfangs der Motorsteuerung zur Verfügung zu stellen.The invention includes the technical teaching that, in a rail pressure sensor arrangement, at least one second sensor element with downstream signal processing means for frequency determination of the measurement signal is provided, from the high-frequency components of which a downstream frequency analysis unit determines the current speed of sound of the fuel, by which the engine control unit as a further input variable for expanding the To provide the functional scope of the motor control.

Mit anderen Worten umfasst die erfindungsgemäße Raildrucksensoranordnung neben einem gewöhnlichen Sensorelement zur Absolutdruckmessung mit digitalisierter Signalverarbeitung ein zusätzliches Sensorelement, das beispielsweise ebenfalls als Dehnmessstreifen ausgebildet sein kann, dessen Signalverstärkung rein analog erfolgt, wodurch die hochfrequenten Anteile im Messsignal nicht gefiltert werden, um aus dem so gewonnenen hochfrequenten Messsignalanteil per Frequenzanalyse die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs zu bestimmen. Die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs ist abhängig von der Kraftstoffart, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstofftemperatur. So kann bei bekanntem Kraftstoffdruck und Kraftstofftemperatur beispielsweise auf die Kraftstoffart geschlossen werden. Denn bei beispielsweise einer spezifisch hohen aktuellen Schallgeschwindigkeit liegt eine andere Kraftstoffart vor als bei einer spezifisch niedrigen Schallgeschwindigkeit. Da sich insbesondere diese Information nicht aus dem digitalisierten Messsignal entnehmen lässt, bildet die erfindungsgemäße Sensorerweiterung eine Basis für die vorstehend beschriebene Erweiterung des Funktionsumfangs der Motorsteuerung.In other words, the rail pressure sensor arrangement according to the invention comprises, in addition to a conventional sensor element for absolute pressure measurement with digitized signal processing, an additional sensor element, which, for example, can also be designed as a strain gauge, the signal amplification of which is purely analog, as a result of which the high-frequency components in the measurement signal are not filtered in order to extract from the thus obtained high-frequency measurement signal component to determine the current speed of sound of the fuel using frequency analysis. The current speed of sound of the fuel depends on the type of fuel, the fuel pressure and the fuel temperature. For example, if the fuel pressure and fuel temperature are known, the type of fuel can be inferred. This is because, for example, a specific high current speed of sound has a different fuel type than a specific low speed of sound. Because this information in particular is not derived from the digitized The sensor extension according to the invention forms a basis for the above-described expansion of the functional scope of the motor control.

Gemäß einer zusätzlichen Maßnahme kann die Signalverarbeitung des ersten Sensorelements das digitalisierte Messsignal durch eine Korrektureinheit bearbeiten lassen, welche das Messsignal hinsichtlich sensorspezifischer und temperaturspezifischer Einflüsse fehlerkorrigiert. So können beispielsweise Serienstreuungen eines Dehnmessstreifens korrigiert werden. Daneben kann die Korrektureinheit auch eine Tiefpassfilterung des digitalisierten Messsignals durchführen, um nur diejenigen Signalanteile aus dem Messsignal herauszufiltern, welche für die Messung des Raildrucks repräsentativ sind. According to an additional measure, the signal processing of the first sensor element can have the digitized measurement signal processed by a correction unit, which error-corrects the measurement signal with regard to sensor-specific and temperature-specific influences. For example, series spreading of a strain gauge can be corrected. In addition, the correction unit can also carry out low-pass filtering of the digitized measurement signal in order to filter out only those signal components from the measurement signal which are representative of the measurement of the rail pressure.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Signalverarbeitung des ersten Sensorelements auch eine optionale Verstärkereinheit zur Verstärkung des digitalisierten Messsignals umfasst, welches vorzugsweise zwischen der A/D-Wandlereinheit und der Korrektureinheit der Signalverarbeitungskette angeordnet sein kann.It is further proposed that the signal processing of the first sensor element also includes an optional amplifier unit for amplifying the digitized measurement signal, which can preferably be arranged between the A / D converter unit and the correction unit of the signal processing chain.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Signalverarbeitung des zweiten Sensorelements eine Verstärkereinheit zum analogen Verstärken des Messsignals umfasst, welche der Frequenzanalyseeinheit vorgeschaltet ist, um einen verbesserten Rauschabstand zum Nutzsignal zu erhalten, ehe die Frequenzanalyse stattfindet.According to a further measure improving the invention, it is proposed that the signal processing of the second sensor element comprises an amplifier unit for analog amplification of the measurement signal, which is connected upstream of the frequency analysis unit, in order to obtain an improved signal-to-noise ratio to the useful signal before the frequency analysis takes place.

Hinsichtlich der baulichen Ausführung der Raildrucksensoranordnung wird vorgeschlagen, dass das mindestens erste und/oder das mindestens zweite Sensorelement als ein je auf einer sensorinternen Messoberfläche aufgebrachter Dehnmessstreifen ausgebildet ist, dessen Messsignal von in einem lokalen ASIC-Bauelement integrierten Signalverarbeitungsmitteln verarbeitbar ist. Das ASIC-Bauelement sollte dabei zumindest die digitale Signalverarbeitung ausführen. Es ist jedoch auch denkbar, dass auch die analoge Messverstärkung mit anschließender Frequenzanalyse durch Funktionserweiterung mit dem ASIC-Bauelement durchführbar ist. Es ergibt sich hierdurch eine recht platzsparende Anordnung, so dass die besagten Bauteile vorzugsweise in einem gemeinsamen Sensorgehäuse untergebracht sind. Das Sensorgehäuse ist mit elektrischen Anschlüssen zur Zuleitung des vorverarbeiteten Messsignals an die Motorsteuereinrichtung ausgestattet. Daneben ist es auch denkbar, dass die Signalverarbeitung des ersten und/oder des mindestens zweiten Sensorelements zumindest teilweise seitens der Motorsteuerung durchgeführt wird.With regard to the structural design of the rail pressure sensor arrangement, it is proposed that the at least first and / or the at least second sensor element is designed as a strain gauge, each applied to a sensor-internal measuring surface, the measuring signal of which can be processed by signal processing means integrated in a local ASIC component. The ASIC component should at least carry out the digital signal processing. However, it is also conceivable that the analog measurement amplification with subsequent frequency analysis can also be carried out by expanding the function with the ASIC component. This results in a quite space-saving arrangement, so that the said components are preferably housed in a common sensor housing. The sensor housing is equipped with electrical connections for supplying the preprocessed measurement signal to the engine control device. In addition, it is also conceivable that the signal processing of the first and / or the at least second sensor element is carried out at least in part by the engine control.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are shown below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System,
  • 2 eine schematische Blockschaltbilddarstellung der Signalverarbeitung der Raildrucksensoranordnung,
  • 3 eine grafische Darstellung des zeitlichen Messwertverlaufs des digitalisierten Messsignals des ersten Sensorelements,
  • 4 eine grafische Darstellung des analogen Messsignals des zweiten Sensorelements, und
  • 5 das Ergebnis einer Frequenzanalyse zur Ermittlung der aktuellen Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs.
It shows:
  • 1 1 shows a schematic illustration of a fuel supply system of an internal combustion engine with a common rail system,
  • 2nd 2 shows a schematic block diagram representation of the signal processing of the rail pressure sensor arrangement,
  • 3rd a graphic representation of the temporal measured value curve of the digitized measurement signal of the first sensor element,
  • 4th a graphical representation of the analog measurement signal of the second sensor element, and
  • 5 the result of a frequency analysis to determine the current speed of sound of the fuel.

Nach 1 beinhaltet ein Common-Rail-System einer - hier nicht weiter dargestellten - Brennkraftmaschine eines Dieselkraftfahrzeuges einen Kraftstoffbehälter 1, eine Förderpumpe 2, eine Hochdruckpumpe 3, ein Niederdruckbegrenzungsventil 4, einen Kraftstoffspeicher 5, der mit verschiedenen Injektoren 6 in Verbindung steht und ein Druckregelventil 7, über das der Kraftstoffspeicher 5 mit dem Kraftstoffbehälter 1 in Verbindung steht. Das Druckregelventil 7 ist über eine Spule 8 elektromagnetisch steuerbar und ist derart ausgebildet, dass es bei Beaufschlagung mit einem Ansteuersignal einen bestimmten Druck im Kraftstoffspeicher 5 hält und nicht benötigten Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 1 ablässt.To 1 a common rail system of an internal combustion engine of a diesel motor vehicle, not shown here, contains a fuel tank 1 , a feed pump 2nd , a high pressure pump 3rd , a low pressure relief valve 4th , a fuel storage 5 that with different injectors 6 communicates and a pressure control valve 7 through which the fuel accumulator 5 with the fuel tank 1 communicates. The pressure control valve 7 is over a spool 8th Electromagnetically controllable and is designed such that when a control signal is applied, it has a certain pressure in the fuel accumulator 5 stops and unnecessary fuel in the fuel tank 1 drains.

Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 3 und dem Eingang des Druckregelventils 7 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Hochdruckbereich steht der Kraftstoff unter Raildruck. Zur Erfassung des Raildrucks im Hochdruckbereich wird eine Raildrucksensoranordnung 10 eingesetzt, welche neben der reinen Absolutdruckmessung auch weitere kraftstoffspezifische Parameter erfasst, die an nachfolgender Stelle näher erläutert werden.The lines between the outlet of the high pressure pump 3rd and the inlet of the pressure control valve 7 are referred to as the high pressure area. In this high pressure area the fuel is under rail pressure. A rail pressure sensor arrangement is used to detect the rail pressure in the high pressure area 10th used, which in addition to the pure absolute pressure measurement also records other fuel-specific parameters, which are explained in more detail below.

Verschiedene Stellglieder, wie beispielsweise die Hochdruckpumpe 3, die Injektoren 6 und das Druckregelventil 7 werden durch eine elektronische Motorsteuerung 11 angesteuert. Dabei verarbeitet die Motorsteuerung 11 verschiedene Signale weiterer Sensoren 9, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnen.Various actuators, such as the high pressure pump 3rd who have favourited Injectors 6 and the pressure control valve 7 are controlled by an electronic motor control 11 controlled. The engine control processes 11 various signals from other sensors 9 that characterize the operating state of the internal combustion engine.

Im Betrieb wird der Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 1 von der Vorförderpumpe 2 zur Hochdruckpumpe 3 gefördert. Steigt der Druck in diesem Niederdruckbereich auf zu hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckventil 4 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 2 und dem Kraftstoffbehälter 1 frei. Der Kraftstoff wird mit der Hochdruckpumpe 3 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich gefördert, wobei diese einen hohen Druck im Kraftstoffspeicher 5 aufbaut. Typische Werte bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen liegen zwischen 30 und 100 bar. Bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, also Dieselmotoren, werden Werte zwischen 1000 und 2000 bar erreicht. In operation, the fuel from the fuel tank 1 from the pre-feed pump 2nd to the high pressure pump 3rd promoted. If the pressure in this low pressure range rises to high values, the low pressure valve opens 4th and gives the connection between the output of the pre-feed pump 2nd and the fuel tank 1 free. The fuel comes from the high pressure pump 3rd promoted from the low-pressure area to the high-pressure area, which creates a high pressure in the fuel storage 5 builds up. Typical values for spark ignition internal combustion engines are between 30 and 100 bar. Values between 1000 and 2000 bar are achieved with self-igniting internal combustion engines, i.e. diesel engines.

Gemäß 2 umfasst die Raildrucksensoranordnung 10 ein erstes Sensorelement 12 mit nachgeschalteter Signalverarbeitung zur Absolutdruckmessung. Diese Signalverarbeitung besteht aus einer A/D-Wandlereinheit 13 zur Digitalisierung des analogen Messsignals. Eine der A/D-Wandlereinheit 13 nachgeschaltete Verstärkereinheit 14 sorgt für eine Verstärkung des digitalisierten Messsignals. Anschließend wird das digitalisierte verstärkte Messsignal in einer Korrektureinheit 15 derart aufbereitet, dass sensorspezifische und temperaturspezifische Einflüsse fehlerkorrigiert werden. Ein tiefpassaufgearbeitetes digitales Messsignal wird schließlich in einer D/A-Wandlereinheit 16 wieder in ein analoges Signal rückverwandelt, welches als Eingangssignal für die Motorsteuereinheit 11 geeignet ist.According to 2nd comprises the rail pressure sensor arrangement 10th a first sensor element 12th with downstream signal processing for absolute pressure measurement. This signal processing consists of an A / D converter unit 13 for digitizing the analog measurement signal. An amplifier unit connected downstream of the A / D converter unit 13 14 ensures that the digitized measurement signal is amplified. The digitized amplified measurement signal is then in a correction unit 15 prepared in such a way that sensor-specific and temperature-specific influences are corrected for errors. A low-pass processed digital measurement signal is finally in a D / A converter unit 16 converted back into an analog signal, which is used as an input signal for the engine control unit 11 suitable is.

Die Raildrucksensoranordnung 10 umfasst darüber hinaus ein zweites Sensorelement 17, das ebenfalls als Dehnmessstreifen (DMS) ausgebildet sein kann, dessen Messsignal in einer Verstärkereinheit 18 verstärkt wird, um dieses anschließend einer Frequenzanalyseeinheit 19 zuzuführen. Die Frequenzanalyseeinheit 19 bestimmt aus den Hochfrequenzanteilen des analogen Messsignals der zweiten Sensoreinheit 17 die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs, um diese der Motorsteuereinheit 11 als weitere Eingangsgröße für einen erweiterten Funktionsumfang der Motorsteuerung zuzuführen.The rail pressure sensor arrangement 10th also includes a second sensor element 17th , which can also be designed as a strain gauge, whose measurement signal in an amplifier unit 18th is amplified by a frequency analysis unit 19th feed. The frequency analysis unit 19th determined from the high-frequency components of the analog measurement signal from the second sensor unit 17th the current speed of sound of the fuel around this the engine control unit 11 as a further input variable for an extended range of functions of the engine control.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Signalverarbeitungsmittel für die beiden Sensoreinheiten 12 und 17 in einem lokalen ASIC-Bauelement 20 integriert, welches gemeinsam mit den beiden Sensorelementen 12 und 17 in einem gemeinsamen Sensorgehäuse 21 untergebracht ist.In this embodiment, the signal processing means for the two sensor units 12th and 17th in a local ASIC device 20th integrated, which together with the two sensor elements 12th and 17th in a common sensor housing 21 is housed.

Die grafische Darstellung gemäß 3 illustriert den zeitlichen Verlauf des über das erste Sensorelement gemessenen und digitalisierten Raildrucks.The graphic representation according to 3rd illustrates the time course of the rail pressure measured and digitized via the first sensor element.

Die 4 zeigt die im selben Zeitintervall durch das zweite Sensorelement ermittelten analogen Messwerte, die hier als Spannungsverlauf eines Dehnmessstreifens abgebildet sind.The 4th shows the analog measured values determined in the same time interval by the second sensor element, which are shown here as a voltage curve of a strain gauge.

In der 5 ist das Ergebnis der Frequenzanalyse beider Messsignale S1 und S2 ablesbar. Bei dieser Darstellung wird beispielsweise deutlich, dass im Bereich von 3 kHz das über die digitale Signalverarbeitung stark gefilterte Messsignal S1 keine Auffälligkeit zeigt, wohingegen das analoge Messsignal S2 an der Stelle von 3 kHz einen Amplitudenausschlag zeigt, welcher die Frequenz einer im Rail erzeugten stehenden Welle angibt. Hierüber und über die Wellenlänge lässt sich durch die an sich bekannten physikalischen Zusammenhänge die Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher (Rail) ermitteln. Da die Schallgeschwindigkeit unter anderem auch abhängig von der Kraftstoffart ist, lässt sich diese hierüber bestimmen und an die Motorsteuerung zur Optimierung des Verbrennungsprozesses melden.In the 5 is the result of the frequency analysis of both measurement signals S1 and S2 readable. In this representation it is clear, for example, that in the range of 3 kHz the measurement signal, which is heavily filtered by the digital signal processing S1 shows no abnormality, whereas the analog measurement signal S2 at the point of 3 kHz shows an amplitude swing, which indicates the frequency of a standing wave generated in the rail. Using this and the wavelength, the speed of sound of the fuel in the fuel accumulator (rail) can be determined through the physical relationships known per se. Since the speed of sound also depends on the type of fuel, this can be determined and reported to the engine control to optimize the combustion process.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, andere Informationen aus dem analogen Messsignal per Frequenzanalyse herauszulesen, welche zur Optimierung des Verbrennungsprozesses hilfreich sind. Darüber hinaus ist es auch denkbar, mehrere Sensorelemente mit nachgeschalteter digitaler Signalverarbeitung gemeinsam mit einem oder mehreren Sensorelementen mit nachgeschalteter analoger Signalverarbeitung zu kombinieren. Die Frequenzanalyse kann dabei auch seitens der Motorsteuereinheit erfolgen, welche insoweit nur ein analog vorverstärktes Messsignal erhält.The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiment described above. Rather, modifications thereof are also conceivable, which are also included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to use frequency analysis to extract other information from the analog measurement signal that is helpful to optimize the combustion process. In addition, it is also conceivable to combine a plurality of sensor elements with downstream digital signal processing together with one or more sensor elements with downstream analog signal processing. The frequency analysis can also be carried out by the engine control unit, which only receives an analog preamplified measurement signal.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013201576 A1 [0003]DE 102013201576 A1 [0003]

Claims (7)

Raildrucksensoranordnung (10) zum Messen des Raildrucks bei einem Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine, umfassend zumindest ein erstes Sensorelement (12) mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Absolutdruckmessung, umfassend eine A/D-Wandlereinheit (13) zur Digitalisierung des analogen Messsignals, eine nachgeschaltete Korrektureinheit (15) zur Aufbereitung des digitalen Messsignals, welches eine nachgeschaltete D/A-Wandlereinheit (16) in ein analoges Eingangssignal für eine Motorsteuereinheit (11) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Sensorelement (17) mit nachgeschalteten Signalverarbeitungsmitteln zur Frequenzermittlung des Messsignals vorgesehen ist, aus dessen Hochfrequenzanteilen eine nachgeschaltete Frequenzanalyseeinheit (19) die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffs bestimmt, um diese der Motorsteuereinheit (11) als weitere Eingangsgröße für eine Erweiterung des Funktionsumfangs der Motorsteuerung zur Verfügung zu stellen.Rail pressure sensor arrangement (10) for measuring the rail pressure in a common rail system of an internal combustion engine, comprising at least one first sensor element (12) with downstream signal processing means for absolute pressure measurement, comprising an A / D converter unit (13) for digitizing the analog measurement signal, one downstream Correction unit (15) for processing the digital measurement signal, which converts a downstream D / A converter unit (16) into an analog input signal for a motor control unit (11), characterized in that at least one second sensor element (17) with downstream signal processing means for frequency determination of the Measuring signal is provided, from whose high-frequency components a downstream frequency analysis unit (19) determines the current speed of sound of the fuel in order to make this available to the engine control unit (11) as a further input variable for expanding the functional scope of the engine control len. Raildrucksensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (15) der Signalverarbeitungsmittel des ersten Sensorelements (12) das digitalisierte Messsignal hinsichtlich zumindest sensorspezifischer und temperaturspezifischer Einflüsse fehlerkorrigiert und/oder eine Tiefpassfilterung ausführt.Rail pressure sensor arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that the correction unit (15) of the signal processing means of the first sensor element (12) error-corrects the digitized measurement signal with regard to at least sensor-specific and temperature-specific influences and / or carries out low-pass filtering. Raildrucksensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der A/D-Wandlereinheit (13) und der Korrektureinheit (15) der Signalverarbeitungsmittel des ersten Sensorelements (12) eine Verstärkereinheit (14) zur Verstärkung des digitalisierten Messsignals angeordnet ist.Rail pressure sensor arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that an amplifier unit (14) for amplifying the digitized measurement signal is arranged between the A / D converter unit (13) and the correction unit (15) of the signal processing means of the first sensor element (12). Raildrucksensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzanalyseeinheit (15) der Signalverarbeitungsmittel des zweiten Sensorelements (17) eine Verstärkereinheit (18) zum analogen Verstärken des Messsignals vorgeschaltet ist.Rail pressure sensor arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that the frequency analysis unit (15) of the signal processing means of the second sensor element (17) is preceded by an amplifier unit (18) for analog amplification of the measurement signal. Raildrucksensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Sensorelement (12, 17) als ein je auf einer sensorinternen Messoberfläche aufgebrachter Dehnmesstreifen ausgebildet ist, dessen Messsignal von in einem lokalen ASIC-Bauelement (20) integrierten Signalverarbeitungsmitteln verarbeitbar ist.Rail pressure sensor arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that the first and / or second sensor element (12, 17) is designed as a strain gauge each applied to a sensor-internal measurement surface, the measurement signal of which can be processed by signal processing means integrated in a local ASIC component (20). Raildrucksensoranordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest erste Sensorelement (12) und das zumindest zweite Sensorelement (17) in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (21) zusammen mit dem ASIC-Bauelement (20) untergebracht sind.Rail pressure sensor arrangement (10) after Claim 5 , characterized in that the at least first sensor element (12) and the at least second sensor element (17) are accommodated in a common sensor housing (21) together with the ASIC component (20). Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine mit einer Raildrucksensoranordnung (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.Common rail system of an internal combustion engine with a rail pressure sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims.
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