DE102016206329B4

DE102016206329B4 - Verfahren zum Betreiben eines einen Wastegate-Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016206329B4
Application number: DE102016206329.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Burkhardt; Jürgen Dingl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: US20190128206A1; KR20180118221A; WO2017178130A1; CN108884768A; DE102016206329A1; US10746122B2; KR102130235B1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines einen Wastegate-Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem ein Saugrohrdrucksensor den Saugrohrdruck misst und ein Motorsteuergerät hieraus die Zylinderluftmasse ermittelt und bei dem aufgrund der ermittelten Zylinderluftmasse Kraftstoff eingespritzt wird, mit den folgenden Schritten: (1) Ermitteln und Ablegen eines plausiblen Saugrohrdruckgradienten für einen jeweils aktuellen Motorbetriebspunkt im Motorsteuergerät; (2) Berechnen des Gradienten des während einer Volllastbeschleunigung mit dem Saugrohrdrucksensor gemessenen aktuellen Saugrohrdrucks durch das Motorsteuergerät; (3) Vergleichen beider Werte miteinander; (4) bei Überschreiten der Differenz aus abgelegtem plausiblen Saugrohrdruckgradient und aktuell berechnetem Saugrohrdruckgradient eines gewählten Schwellwertes Erkennen einer Manipulation des Saugrohrdrucksensors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines einen Wastegate-Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem ein Saugrohrdrucksensor den Saugrohrdruck misst und ein Motorsteuergerät hieraus die Zylinderluftmasse ermittelt und bei dem aufgrund der ermittelten Zylinderluftmasse Kraftstoff eingespritzt wird.
Mit „Saugrohrdrucksensor” ist dabei ein Sensor gemeint, welcher den Druck misst, der im Saugrohr herrscht. Er muss nicht unbedingt direkt im Saugrohr angeordnet sein. Insbesondere kann es auch ein meistens als Ladedrucksensor bezeichneter Sensor sein, der zwischen Turboladerverdichter und Drosselklappe vor dem Saugrohr angeordnet ist, wo bei offener Drosselklappe derselbe Druck wie im Saugrohr herrscht.
Moderne Verbrennungsmotoren sind oft mit Turboladern ausgerüstet, um im Vergleich zu hubraumgleichen Saugmotoren eine höhere Motorleistung erreichen zu können. Dabei ist es durchaus üblich, dass Fahrzeughersteller baugleiche Motoren in unterschiedlichen Leistungsvarianten anbieten. Die einzelnen Motorkomponenten werden jeweils auf die höchste geplante Leistungsvariante dimensioniert, können aber auch in niedrigeren Leistungsvarianten eingesetzt werden.
Aufgrund dieser vorhandenen technischen Reserven einzelner Motorkomponenten hat sich ein Markt von Anbietern – Tunern – entwickelt, die durch Modifikationen der Motor-Hardware und -Software Leistungserhöhungen und/oder Verbrauchseinsparungen der Motoren versprechen und – zumindest teilweise – auch realisieren. Dabei können aber die Schadstoffemissionen und/oder die Haltbarkeit des Motors negativ beeinflusst werden. Diese Modifikationen sind deshalb von Seiten der Hersteller und des Gesetzgebers unerwünscht. Beobachtet wurde auch, dass wahrscheinlich durch Tuningmaßnahmen geschädigte Motoren nach Rücknahme der Tuningmaßnahmen in die Werkstatt gebracht wurden und auf Herstellerkosten repariert werden sollten.
Aus diesen Gründen werden Verfahren gesucht, solche Tuningmaßnahmen in der Motorsteuerung sicher zu erkennen.
Bisher sind lediglich Verfahren und Vorrichtungen bekannt die in der Lage sind fehlerhafte Saugrohrdrucksensoren zu erkennen.
So gibt zum Beispiel das Dokument DE 10 2008 005 958 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung an, zur Identifizierung eines fehlerhaften Drucksensors in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet sind, dass bei einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, bei dem wenigstens annähernd ein gleicher Druck für die beiden Drucksensoren besteht, mit beiden Drucksensoren eine erste Druckmessung durchgeführt wird, wobei von den beiden Messwerten der ersten Druckmessung ein erster Differenzwert bestimmt wird und geprüft wird, ob der erste Differenzwert größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert ist, wobei eine Fehlermeldung für einen Sensordefekt indiziert, wenn der erste Differenzwert größer ist als der erste Schwellenwert.
Das Dokument DE 10 2005 027 565 A1 gibt ein weiteres Verfahren zur Fehlerdiagnose eines Umgebungsdrucksensors und eines Saugrohrdrucksensors an, bei dem Signale des Umgebungsdrucksensors und des Saugrohrdrucksensors im Stand der Brennkraftmaschine gemessen und der Umgebungsdruck mit dem Saugrohrdruck verglichen wird, wobei bei einer Abweichung größer einem Maximalwert mindestens ein weiteres Sensorsignal im Betrieb der Brennkraftmaschine gemessen wird und zur Identifikation des fehlerhaften Sensors herangezogen wird.
Schließlich gibt Dokument DE 102 30 834 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine an, bei dem ebenfalls der Umgebungsdruck mittels eines Umgebungsdrucksensors und der Druck in einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine mittels eines Saugrohrdrucksensors ermittelt wird, und bei dem die Funktionsfähigkeit des Umgebungsdrucksensors dadurch überprüft wird, dass der Umgebungsdruck mit einem Startwert verglichen wird, der vor einem Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine mittels des Saugrohrdrucksensors gewonnen wird.
Für druckgeführte Turbomotoren, d. h. Turbomotoren ohne Luftmassenmesser, wird die Zylinderluftmasse im Motorsteuergerät auf der Basis des gemessenen Saugrohrdrucks berechnet. Aufgrund der berechneten Zylinderluftmasse wird Kraftstoff eingespritzt, und der Motor erzeugt Drehmoment. Im Auslieferungszustand bildet die Motorsteuerung den Saugrohrdruck aufgrund des Messwertes des Saugrohrdrucksensors richtig ab, berechnet die wirkliche Zylinderluftmasse und misst so viel Kraftstoff zu, dass der Motor im gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben wird. Kleinere Abweichungen des gemessenen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses von seinem Sollwert werden vom in der Motorsteuerung implementierten Lambdaregler durch Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge ausgeglichen.
Wenn man – wie auch immer – ausgehend von einem in der Motorsteuerung beschriebenen Motorbetriebspunkt bei unverändertem Messwert des Saugrohrdrucks real den Saugrohrdruck erhöht, erhöht sich damit real auch die reale Zylinderluftmasse, auch wenn die im Motorsteuergerät berechnete Zylinderluftmasse nicht steigt. Bei im ersten Schritt konstanter Kraftstoffmenge führt dies zu einem Ausmagern des Abgases, d. h. zu Sauerstoffüberschuss im Abgas. Die Lambdasonde misst diesen Sauerstoffüberschuss, und das Motorsteuergerät erhöht die eingespritzte Kraftstoffmasse, um das geforderte Luft-Kraftstoff-Verhältnis real einzuhalten. Damit hat der Motor real mehr Luft und mehr Kraftstoff zur Verfügung als vom Motorsteuergerät gefordert und erzeugt real mehr Drehmoment als vom Motorsteuergerät gefordert, ohne dass dies die Motorsteuerung abbildet. Damit ist eine solche Erhöhung des realen Saugrohrdrucks eine mögliche Maßnahme zur Erhöhung der Motorleistung.
Eine solche reale Erhöhung des Saugrohrdrucks relativ zum Messwert des Saugrohrdrucks kann man beispielsweise dadurch erreichen, dass man den gemessenen Saugrohrdruck zu geringeren Werten hin manipuliert, indem man zwischen Saugrohrdrucksensor und Motorsteuergerät ein Tuninggerät einbaut, dass die Sensorsignale entsprechend manipuliert. Solche Tuninggeräte sind aus der Praxis bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem Manipulationen des Saugrohrdrucksensors erkannt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
Ermitteln und Ablegen eines plausiblen Saugrohrdruckgradienten für einen jeweils aktuellen Motorbetriebspunkt im Motorsteuergerät;
Berechnen des Gradienten des während einer Volllastbeschleunigung mit dem Saugrohrdrucksensor gemessenen aktuellen Saugrohrdrucks durch das Motorsteuergerät;
Vergleichen beider Werte miteinander;
bei Überschreiten der Differenz aus abgelegtem plausiblen Saugrohrdruckgradient und aktuell berechnetem Saugrohrdruckgradient eines gewählten Schwellwertes Erkennen einer Manipulation des Saugrohrdrucksensors.
Damit eine Manipulation des Messwertes des Saugrohrdrucks in einem konkreten Motorbetriebspunkt auf die zuvor beschriebene Weise eine Erhöhung der realen Leistung des Verbrennungsmotors bewirken kann, ist es zwingend notwendig, dass der Motor in diesem Betriebspunkt in der Lage ist, durch Verstellung der Aktuatoren des Luftpfades den Luftmassenstrom in den Motor real über den für diesen Motorbetriebspunkt von der Motorsteuerung geforderten Luftmassenstrom zu erhöhen. Für Verbrennungsmotoren mit Wastegate-Turbolader sind die wesentlichen Aktuatoren des Luftpfades zum Steuern des Luftmassenstromes die Drosselklappe zur dosierten Drosselung und das Wastegate zur Dosierung der Turboladerleistung. In Motorbetriebspunkten im Ladebetrieb nahe der Volllast wird die Drosselklappe meistens voll geöffnet und bietet keine Möglichkeit zur weiteren Steigerung des Luftmassenstromes. Damit kann eine Erhöhung des Luftmassenstromes in Motorbetriebspunkten nahe der Volllast nur durch eine Erhöhung der Turboladerleistung mittels eines weiteren Schließens des Wastegates realisiert werden.
Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass es in Motorbetriebspunkten mit offener Drosselklappe und geschlossenem Wastegate nicht möglich ist, durch Manipulation der Messwerte den Luftmassenstrom und damit die Motorleistung real zu erhöhen. Es sind keine Tuninggeräte bekannt, die in der Lage sind, die vom Motorsteuergerät gesendeten Ansteuerungssignale des Wastegates und/oder die Lagerückmeldung des Wastegates an das Motorsteuergerät auszuwerten. Damit wirkt eine eventuelle Manipulation des Messwertes des Saugrohrdrucks sowohl in Motorbetriebspunkten mit teilweise geöffnetem Wastegate als auch in Motorbetriebspunkten mit voll geschlossenem Wastegate. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, in Betriebspunkten mit geschlossenem Wastegate die aufgrund des aktuell gemessenen Saugrohrdrucks in der Motorsteuerung modellierten Zustandsgrößen des Motors mit im Motorsteuergerät abgelegten, für diesen Betriebspunkt plausiblen Werten dieser Zustandsgröße zu vergleichen.
Stationär, d. h. mit konstanten Zustandsgrößen, insbesondere mit konstanter Motordrehzahl, werden Motoren im realen Straßenbetrieb sehr selten mit geschlossenem Wastegate betrieben. Dies tritt nur bei geringer Motordrehzahl bei Bergfahrt auf. In allen anderen Betriebspunkten ist die Motorleistung ausreichend groß, um den Motor zu beschleunigen. Damit sind diese Betriebspunkte nicht stationär.
Häufig treten Betriebspunkte mit geschlossenem Wastegate jedoch für mehrere Sekunden während Volllastbeschleunigungsphasen auf. Während einer Volllastbeschleunigung steigen infolge des vollen Öffnens der Drosselklappe und des vollen Schließens des Wastgates der Luftmassenstrom und damit der Druck vor der Drosselklappe, der Saugrohrdruck, die Motorleistung und die Motordrehzahl für mehrere Sekunden mit für den jeweiligen Motorbetriebspunkt maximal möglichen Gradienten. Dieser betriebspunktspezifische maximale Gradient des Saugrohrdrucks wird im Motorsteuergerät abgelegt.
Während einer Volllastbeschleunigung wird im Motorsteuergerät auf der Basis des gemessenen Saugrohrdrucks dessen Gradient berechnet.
Wenn der Messwert des Saugrohrdrucks durch ein Tuninggerät hin zu geringeren Werten manipuliert wird, dann ist der aus den manipulierten Messwerten berechnete Gradient kleiner als der für den aktuellen Motorbetriebspunkt im Motorsteuergerät abgelegte plausible Gradient. Wenn die Differenz aus abgelegtem plausiblen Saugrohrgradient und aktuell berechnetem Saugrohrdruckgradient einen gewählten Schwellwert überschreitet, wird eine Manipulation des Saugrohrdrucksensors erkannt.
Vorzugsweise wird dabei die erkannte Manipulation im Fehlerspeicher des Motorsteuergerätes abgelegt.
Als Fehlerreaktion kann beispielsweise die Leistung des Motors beschränkt werden.
Erfindungsgemäß wird der Gradient des aktuellen Saugrohrdrucks vorzugsweise während jeder Volllastbeschleunigung berechnet.
Der im Motorsteuergerät abgelegte plausible Saugrohrdruckgradient wird insbesondere an einem nichtmanipulierten Referenzmotor ermittelt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Motorbetriebspunkt vorzugsweise durch Motordrehzahl und/oder Gang, insbesondere auch durch den Saugrohrdruck zu Beginn der Volllastbeschleunigung und/oder den Gradienten der Motordrehzahl, charakterisiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor mit Wastegate-Turbolader und Motorsteuergerät, der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß kann somit eine Manipulation des Saugrohrdrucksensors und eine damit erreichte Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors mit Wastegate-Turbolader erkannt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform des in Rede stehenden Verfahrens betrifft einen Verbrennungsmotor, der einen Wastegate-Turbolader aufweist. Bei einem Wastegate handelt es sich um ein Klappe, die die Abgase im Turbolader am Turbinenrad vorbeileitet. Ferner weist der Verbrennungsmotor einen Saugrohrdrucksensor auf, der den Saugrohrdruck misst. Ein Motorsteuergerät ermittelt hieraus die Zylinderluftmasse. Aufgrund der ermittelten Zylinderluftmasse wird eine entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt.
Es sind Tuningmaßnahmen für derartige Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen man eine reale Erhöhung des Saugrohrdrucks relativ zum Messwert des Saugrohrdrucks dadurch erreicht, dass man den gemessenen Saugrohrdruck zu geringeren Werten hin manipuliert, indem man zwischen Saugrohrdrucksensor und Motorsteuergerät ein Tuninggerät einbaut, das die Sensorsignale entsprechend manipuliert. Bei dem vorliegenden Verfahren geht es nunmehr darum, eine Manipulation des Saugrohrdrucksensors zu erkennen.
In einem ersten Schritt wird ein plausibler Saugrohrdruckgradient für einen jeweils aktuellen Motorbetriebspunkt im Motorsteuergerät ermittelt und abgelegt. Dieser plausible Saugrohrdruckgradient wird an einem nichtmanipulierten Referenzmotor ermittelt (Schritt 1).
In Schritt 2 wird der Gradient des während einer Volllastbeschleunigung mit dem Saugrohrdrucksensor gemessenen aktuellen Saugdrucks durch das Motorsteuergerät berechnet.
In Schritt 3 werden beide Werte miteinander verglichen, und in Schritt 4 wird bei Überschreiten der Differenz aus abgelegtem plausiblen Saugrohrdruckgradient und aktuell berechnetem Saugrohrdruckgradient eines gewählten Schwellwertes eine Manipulation des Saugrohrdrucksensors erkannt.
Die erkannte Manipulation kann dann im Fehlerspeicher des Motorstreuergerätes abgelegt werden (Schritt 5), und als gezielte Gegenmaßnahme kann als Fehlerreaktion die Leistung des Verbrennungsmotors beschränkt werden (Schritt 6).

Claims

Verfahren zum Betreiben eines einen Wastegate-Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors, bei dem ein Saugrohrdrucksensor den Saugrohrdruck misst und ein Motorsteuergerät hieraus die Zylinderluftmasse ermittelt und bei dem aufgrund der ermittelten Zylinderluftmasse Kraftstoff eingespritzt wird, mit den folgenden Schritten: (1) Ermitteln und Ablegen eines plausiblen Saugrohrdruckgradienten für einen jeweils aktuellen Motorbetriebspunkt im Motorsteuergerät; (2) Berechnen des Gradienten des während einer Volllastbeschleunigung mit dem Saugrohrdrucksensor gemessenen aktuellen Saugrohrdrucks durch das Motorsteuergerät; (3) Vergleichen beider Werte miteinander; (4) bei Überschreiten der Differenz aus abgelegtem plausiblen Saugrohrdruckgradient und aktuell berechnetem Saugrohrdruckgradient eines gewählten Schwellwertes Erkennen einer Manipulation des Saugrohrdrucksensors.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, (5) dass die erkannte Manipulation im Fehlerspeicher des Motorsteuergerätes abgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, (6) dass als Fehlerreaktion die Leistung des Motors beschränkt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des aktuellen Saugrohrdrucks während jeder Volllastbeschleunigung berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der plausible Saugrohrdruckgradient an einem nichtmanipulierten Referenzmotor ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebspunkt durch Motordrehzahl und/oder Gang, sowie durch den Saugrohrdruck zu Beginn der Volllastbeschleunigung und/oder durch den Gradienten der Motordrehzahl, charakterisiert wird.
Verbrennungsmotor mit Wastegate-Turbolader und Motorsteuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.