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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zum Erkennen einer Manipulation an einem Verbrennungsmotor.
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Stand der Technik
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Verfahren zur Manipulation von Verbrennungsmotoren zur Leistungssteigerung sind bekannt. Derartige Manipulationen werden auch als Tuning bezeichnet. Diese können zu erheblichen Belastungen des Verbrennungsmotors und/oder seiner Zusatzkomponenten führen und deren Lebensdauer deutlich reduzieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation an einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie eine das Verfahren durchführende Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation an einem Verbrennungsmotor:
- – Messen einer Geschwindigkeit eines Frischluft- und/oder Abgasstroms in dem Verbrennungsmotor;
- – Gegenüberstellen der gemessenen Geschwindigkeit und einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit; und
- – Erkennen der Manipulation, wenn ein Ergebnis der Gegenüberstellung von einer vorbestimmten Bedingung abweicht.
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Unter einer Gegenüberstellung soll im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein rechnerischer Vergleich der beiden Geschwindigkeiten verstanden werden. Die vorbestimmte Bedingung stellt dabei erlaubte Unterschiede zwischen den beiden Drehzahlverläufen dar. Werden keine Unterschiede zwischen den Geschwindigkeiten toleriert, ist die vorbestimmte Bedingung gleich Null. Zum rechnerischen Vergleichen kann jede beliebige Rechenart verwendet werden. So können die Geschwindigkeiten subtrahiert, dividiert oder korreliert werden. Die Geschwindigkeiten können zum Gegenüberstellen zunächst auch in eine skalare Größe umgerechnet und dann durch Subtrahieren oder Dividieren miteinander verglichen werden. Das Ergebnis des rechnerischen Vergleichs kann beispielsweise mit einem vorbestimmten Funktionszusammenhang verglichen werden, dem das Ergebnis des rechnerischen Vergleichs folgen muss, um die vorbestimmte Bedingung zu erfüllen.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass eine Manipulation des Verbrennungsmotors zu dessen Leistungssteigerung nachträglich wieder rückgängig gemacht werden könnte, so dass es in einem durch die Manipulation entstandenen Schadensfall schwierig bis unmöglich wäre, den Schaden nachweisbar auf die durchgeführte Manipulation zurückzuführen. Demgegenüber ist es die Idee der Erfindung, die Manipulation während des Betriebs des Fahrzeugs durch Betrachten einer geeigneten Zustandsgröße des Verbrennungsmotors zu erkennen und entsprechend auf die Manipulation zu schließen, wenn die Zustandsgröße einen bezüglich eines Normalbetriebs des Verbrennungsmotors betrachtet zu hohen Wert aufweist. Als derartige Zustandsgröße hat sich der Luftstrom durch den Verbrennungsmotor als am besten geeignet erwiesen, da die durch den Verbrennungsmotor erzeugte mechanische Leistung direkt von diesem Luftstrom abhängig ist.
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In einer Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Frischluft- und/oder Abgasstroms in dem Verbrennungsmotor kontinuierlich erfasst. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Geschwindigkeit über die Zeit erfasst wird. Um ein zufälliges Abweichen der erfassten Geschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit besser von einem durch die Manipulation verursachten Abweichen unterscheiden zu können, kann die kontinuierlich erfasste Geschwindigkeit beispielsweise auch durch Mittelwertbildung gefiltert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verbrennungsmotor einen Turbolader und die Geschwindigkeit wird anhand einer Drehgeschwindigkeit des Turboladers erfasst. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass in einem modernen Hochleistungsmotor durch eine Erhöhung des Ladedrucks die Leistung des Verbrennungsmotors deutlich gesteigert werden könnte. Durch diese Maßnahme kann der Turbolader jedoch in einem unzulässigen Betriebsbereich betrieben werden, wodurch es zu einem erhöhten Verschleiß des Turboladers und damit zu einem vorzeitigen Ausfall des Turboladers kommen könnte. Werden die leistungssteigernden Maßnahmen wie bereits erwähnt rückgängig gemacht, so könnte es unmöglich werden, den Ausfall des Turboladers auf den Betrieb im unzulässigen Betriebsbereich und damit auf die leistungssteigernde Maßnahme zurückzuführen. Daher wird mit der vorliegenden Ausführung vorgeschlagen, den Betrieb des Turboladers anhand seiner Drehzahl zu überwachen.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Sollgeschwindigkeit ein Maximalwert in Form einer Konstante. Auf diese Weise kann die Gegenüberstellung in einfacher Weise durch einen direkten Vergleich zwischen der Sollgeschwindigkeit und der erfassten Geschwindigkeit erfolgen, wobei geprüft wird, ob die erfasste Geschwindigkeit kleiner ist als die Sollgeschwindigkeit.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Sollgeschwindigkeit abhängig von einem Umgebungsdruck des Verbrennungsmotors. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass insbesondere im Falle eines Turboladereinsatzes die Turboladerdrehzahl bei gleich bleibendem Motordrehmoment sinkt, wenn der Umgebungsdruck sinkt. Das heißt, dass gegebenenfalls fälschlicherweise auf eine leistungssteigernde Maßnahme am Verbrennungsmotor und/oder am Turbolader geschlossen werden könnte, wenn ein Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor einen Berg hinauf bewegt wird und sich dabei der Umgebungsdruck ändert. Um dies zu vermeiden wird vorgeschlagen, die Sollgeschwindigkeit umgebungsdruckabhängig auszugestalten. Alternativ könnte aber auch die Ist-Geschwindigkeit umgebungsdruckabhängig erfasst werden. Letztendlich sollte sichergestellt sein, dass der Umgebungsdruck mit in die vorbestimmte Bedingung der eingangs genannten Gegenüberstellung einfließt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:
- – Zählen der erkannten Manipulationen; und
- – Hinterlegen der gezählten Manipulationen in einem Speicher.
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Durch die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können im Falle eines Schadens an dem Verbrennungsmotor und/oder dem Turbolader die erkannten Manipulationen zu Diagnosezwecken ausgelesen werden. Um zu vermeiden, dass aufgrund von Fehlmessungen fälschlicherweise auf eine Manipulation geschlossen wird, werden in der bevorzugten Ausführungsform die erkannten Manipulationen gezählt, wobei dem diagnostizierenden Techniker selbst überlassen bleibt, ab welcher Zählerhöhe er auf eine tatsächlich erfolgte Manipulation schließt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:
- – Erfassen eines Spitzenwerts der Geschwindigkeit, wenn die Manipulation erkannt wird; und
- – Hinterlegen des Spitzenwerts der Geschwindigkeit in einem Speicher.
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Der Spitzenwert der Geschwindigkeit kann im Falle einer erkannten Manipulation ebenfalls helfen, eine Manipulation sicher zu erkennen, denn wenn der Spitzenwert der Geschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit lediglich leicht überschreitet, ist das eher ein Hinweis auf eine nicht durch eine Manipulation hervorgerufene, zufällige Überschreitung als wenn die Überschreitung signifikant ist.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgende Schritte:
- – Erfassen einer Zeitdauer, während der die Manipulation erkannt wird; und
- – Hinterlegen der erfassten Zeitdauer in einem Speicher.
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Analog zum Spitzenwert der Geschwindigkeit kann auch die Dauer der Überschreitung der erfassten Geschwindigkeit über die Sollgeschwindigkeit helfen, die Messergebnisse zu qualifizieren und gegebenenfalls Fehlmessungen auszusortieren.
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Die Manipulation kann vorzugsweise eine leistungssteigernde Manipulation am Verbrennungsmotor sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere Recheneinheit, zum Erkennen einer Manipulation an einem Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – eine Geschwindigkeit eines Frischluft- und/oder Abgasstroms in dem Verbrennungsmotor zu messen;
- – die gemessene Geschwindigkeit und eine Sollgeschwindigkeit einander gegenüberzustellen; und
- – die Manipulation zu erkennen, wenn ein Ergebnis der Gegenüberstellung von einer vorbestimmten Bedingung abweicht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beliebig derart erweiterbar, um eines der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß den Unteransprüchen auszuführen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor ist zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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In Zusammenhang mit einem Computerprogramm könnte unter Manipulationen am Verbrennungsmotor insbesondere Daten- oder Programmänderungen der Motorsteuerungssoftware durch unauthorisierte Personen und/oder auf unauthorisierte Art und Weise verstanden werden.
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Das Computerprogramm sollte besonders bevorzugt getrennt von einem Computerprogramm ausgeführt sein, das zur Ansteuerung des oben genannten Verbrennungsmotors und/oder Turboladers dient, damit die Manipulation keinen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren und damit auf das entsprechende Computerprogramm hat.
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Die Erfindung betrifft auch ein elektronisches Speichermedium auf dem ein angegebenes Computerprogramm gespeichert ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein elektronisches Steuergerät mit dem angegebenen elektronischen Speichermedium.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors; und
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2 eine schematische Ansicht einer Motorsteuerung für den Verbrennungsmotor.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Frischluftansauganlage 6 zur Zuführung von Frischluft in den Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor 2 kann beispielsweise zum Antrieb eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs verwendet werden.
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Die Frischluftansauganlage 6 umfasst in der Zeichnung von links nach rechts gesehen einen Lufteinlass 8, einen Luftfilter 10, einen Heißfilmluftmassenmesser 12, eine Verzweigung 14, einen Verdichter 16, einen Kühler 18, ein Ventil 20 und eine Verzweigung 22. Dabei repräsentiert ein Luftweg vom Lufteinlass 8 bis zum Verdichter 16 einen ersten Abschnitt 24, in dem die Frischluft einen vergleichsweise niedrigen Druck aufweist, und ein Luftweg vom Verdichter 16 bis zum Verbrennungsmotor 2 einen zweiten Abschnitt 26, in dem die Frischluft einen vergleichsweise hohen Druck aufweist.
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Die Abgasausstoßanlage 4 im oberen Bereich der 1 enthält in der Zeichnung von rechts nach links eine Verzweigung 28, eine Abgasturbine 30, einen Oxidationskatalysator 32, einen Partikelfilter 34, eine Verzweigung 36, eine Abgasklappe 38 und einen Schalldämpfer 40. Dabei repräsentiert ein Abgasweg vom Verbrennungsmotor 2 bis zu der Abgasturbine 30 einen Abschnitt 42, in dem ein Abgas einen vergleichsweise hohen Druck aufweist, und ein Abgasweg von der Abgasturbine 30 bis zu dem Schalldämpfer 40 einen Abschnitt 44, in dem ein Abgas einen vergleichsweise niedrigen Druck aufweist. Es versteht sich, dass der Druck des Abgases längs des Abschnitts 44 auch schrittweise über die Abgasturbine 30, den Oxidationskatalysator 32 und den Partikelfilter 34 abgebaut werden kann, entsprechend den in diesen Elementen auftretenden Strömungswiderständen.
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Die Abgasturbine 30 wird in der vorliegenden Ausführung durch ein aus dem Verbrennungsmotor 2 ausgestoßenes Abgas gedreht, wodurch der Verdichter 16 angetrieben wird. Auf diese Weise komprimiert der Verdichter 16 eine durch den Verbrennungsmotor 2 angesaugte Frischluft. Dieser Vorgang ist dem Fachmann unter dem Begriff „aufladen“ der Frischluft bekannt, wobei an dieser Stelle darauf hingewiesen werden soll, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, die Frischluft aufzuladen. In 1 sind die Abgasturbine 30 und der Verdichter 16 Teil eines Turboladersystems, wobei das Turboladersystem auch durch ein Druckwellenladersystem ersetzt werden könnte.
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Im linken Bereich der 1 befindet sich zwischen der Verzweigung 36 der Abgasausstoßanlage 4 und der Verzweigung 14 der Frischluftansauganlage 6 eine Niederdruck-Abgasrückführung 46. Die Niederdruck-Abgasrückführung 46 umfasst eine Einrichtung 48 sowie ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil 50.
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Im rechten Bereich der 1 befindet sich zwischen der Verzweigung 28 der Abgasausstoßanlage 4 und der Verzweigung 22 der Frischluftansauganlage 6 eine Hochdruck-Abgasrückführung 52. Die Hochdruck-Abgasrückführung 52 umfasst eine Einrichtung 54 und ein Hochdruck-Abgasrückführungsventil 56. Die Einrichtungen 48 bzw. 52 umfassen vorliegend je einen nicht näher erläuterten Abgasrückführungskühler mit einem Bypass und einem Ventil.
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Im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 durchströmt den Luftfilter 10 und den Heißfilmluftmassenmesser 12 eine Niederdruckfrischluft 58, die an der Verzweigung 14 mit einem über die Niederdruck-Abgasrückführung 46 zurückgeführten Niederdruckabgas 60 angereichert wird. Die angereicherte Niederdruckfrischluft 62 wird im Verdichter 16 verdichtet. Die verdichtete angereicherte Niederdruckfrischluft 64 wird im Abschnitt 22 mit einem zurückgeführten Hochdruckabgas 66 angereichert und als Hochdruckfrischluft 68 dem Verbrennungsmotor 2 zur Verbrennung eines Kraftstoffs zugeführt.
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Der Verbrennungsmotor 2 stößt als Resultat der Verbrennung ein Hochdruckabgas 70 aus, von dem im Abschnitt 28 das zurückgeführte Abgas 66 abgegriffen wird. Die Menge des zurückgeführten Abgases 66 wird dabei über das Hochdruck-Abgasrückführungsventil 56 eingestellt. Der Rest 72 des Hochdruckabgases 70 wird in der Abgasturbine 30 zu einem Niederdruckabgas 74 entspannt. Im Abschnitt 36 wird vom Niederdruckabgas 74 das zurückgeführte Niederdruckabgas 60 abgegriffen, während der Rest 76 des Niederdruckabgases 74 über einen Auspuff 78 ausgestoßen wird.
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Der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 mit der Abgasausstoßanlage 4 und der Frischluftansauganlage 6 wird in der vorliegenden Ausführung in einer dem Fachmann bekannten Weise durch eine Motorsteuerung 80 koordiniert und gesteuert. Zur Steuerung und Koordination werden typischerweise ein Betriebszustand der zuvor genannten Komponenten sowie ein durch den Verbrennungsmotor 2 abzugebendes Sollmoment 82 erfasst, das beispielsweise in dem oben erwähnten Fahrzeug das vom Fahrer oder einer anderen technischen Einheit, wie beispielsweise einem Fahrdynamikregler, vorgegebene Fahrerwunschmoment sein kann. Der Betriebszustand wird anhand verschiedener Messgrößen erfasst, von denen in der vorliegenden Ausführung beispielhaft die Drehzahl 84 der Abgasturbine 30 und des Verdichters 16 sowie eine Umgebungstemperatur 86 des Verbrennungsmotors 2 gezeigt sind.
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Die Motorsteuerung 80 generiert basierend auf dem Sollmoment 82 und dem Betriebszustand 84, 86 Ansteuersignale zum Steuern des Verbrennungsmotors 2 mit der Abgasausstoßanlage 4 und der Frischluftansauganlage 6, um mit dem Verbrennungsmotor 2 das Sollmoment 82 abzubilden. Von diesen Ansteuersignalen ist in 1 der Übersichtlichkeit halber nur eines angedeutet und mit dem Bezugszeichen 88 versehen.
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Das Sollmoment 82 ist vorgegebenen Grenzen unterworfen, die unter anderem von der technischen Beanspruchbarkeit des Verbrennungsmotors 2 selbst sowie der Abgasausstoßanlage 4 und der Frischluftansauganlage 6 abhängen. Beispielsweise dürfen die Abgasturbine 30 und der Verdichter 16 nicht mit einer beliebig hohen Geschwindigkeit gedreht werden, wodurch die Aufladung und damit das darstellbare Sollmoment 82 durch den Verbrennungsmotor 2 beschränkt ist. Damit die Abgasturbine 30 und der Verdichter 16 nicht in einem unzulässigen Geschwindigkeitsbereich betrieben werden, wird die Motorsteuerung 80 so programmiert, dass sie die oben genannten vorgegebenen Grenzen einhält.
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Jedoch wäre es möglich, die Motorsteuerung 80 umzuprogrammieren und so das durch den Verbrennungsmotor 2 darstellbare Sollmoment 82 auf die Gefahr hin zu erhöhen, dass die oben genannten Komponenten technisch überbelastet und beschädigt werden. Würde die Motorsteuerung 80 nach dieser Beschädigung der Komponenten wieder in den ursprünglichen Funktionszustand zurückprogrammiert, so könnte ein Hersteller des Verbrennungsmotors 2 kaum beweisen, dass die Beschädigungen von einem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 außerhalb der oben erwähnten vorgegebenen Grenzen herrühren.
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Um dies zu vermeiden schlägt die vorliegende Ausführung vor, die Drehzahl 84 der Abgasturbine 30 und des Verdichters 16 über die Zeit aufzuzeichnen. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob das entsprechende Turboladersystem und damit der Verbrennungsmotor 2 in einem Betriebsbereich arbeitet, der außerhalb der oben erwähnten vorgegebenen Grenzen liegt. Die Drehzahl 84 kann beispielsweise in einem Speicher in der Motorsteuerung 80 hinterlegt werden, wobei die aufgezeichnete Drehzahl 84 zu jeder Zeit aus dem Speicher ausgelesen, beispielsweise auf einem Bildschirm 90 dargestellt, werden kann.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht der Motorsteuerung 80 für den Verbrennungsmotor 2 zeigt.
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Die Motorsteuerung 80 weist in der vorliegenden Ausführung eine Ansteuereinheit 92 und eine Überwachungseinheit 94 auf. Die Ansteuereinheit 92 ist in der dem Fachmann bekannten Weise zur Erzeugung der oben genannten Ansteuersignale vorgesehen, von denen in 1 und damit auch in 2 nur das Ansteuersignal 88 gezeigt ist.
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Getrennt von der Ansteuereinheit 92 ist die Überwachungseinheit 94 in die Motorsteuerung 80 implementiert. Diese Trennung hat den Vorteil, dass leistungssteigernde Manipulationen in der Ansteuereinheit 92 keine Auswirkungen auf die Überwachungseinheit 94 haben.
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Die Überwachungseinheit 94 umfasst eine Vergleichseinheit 96, in der die Drehzahl 84 einer Solldrehzahl 98 gegenübergestellt wird. Die Solldrehzahl 98 wird in der vorliegenden Ausführung durch eine Gewichtung 101 eines in einem Festspeicher 100 hinterlegten Festwerts 102 mit der Umgebungstemperatur 86 gebildet. Auf diese Weise wird bei der Überwachung der Drehzahl 84 berücksichtigt, dass ein Ladedruck des Turboladersystems abhängig von der Umgebungstemperatur 86 ist.
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Zum Gegenüberstellen wird die Solldrehzahl 98 der vorliegenden Ausführung mit der Drehzahl 84 verglichen. Überschreitet die Drehzahl 84 die Solldrehzahl 98, so wird ein Timer 104 aktiviert, der an einen Kennlinienschreiber 106 ein Zeitsignal 108 ausgibt. Der Kennlinienschreiber 106 wird durch das Zeitsignal 108 aktiviert und schreibt die Drehzahl 84 in Abhängigkeit von dem Zeitsignal 108 in den oben genannten Speicher 110.
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Aus diesem kann die Drehzahl 84 im Nachhinein, wie bereits erwähnt, wieder ausgelesen werden.
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In der vorliegenden Ausführung wird die Drehzahl 84 somit nur dann aufgezeichnet, wenn auch aktiv eine leistungssteigernde Manipulation, beispielsweise der Ansteuereinheit 92, erkannt wurde, um den Speicher 110 nicht mit belanglosen Daten zu füllen, die keine relevanten Information enthalten.
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Alternativ könnte an die Vergleichseinheit auch ein nicht weiter dargestellter Zähler angeschlossen sein, der bei jedem Überschreiten der Sollgeschwindigkeit 98 einen im Speicher 110 hinterlegten Wert hochzählt und optional ein Maximum sowie die Zeitdauer der überhöhten Drehzahl 84 aufzeichnet.
