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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Kraftstoffdiebstahl im Versuchsstadium.
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Stand der Technik
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Der Diebstahl von Kraftstoff aus Kraftwagen (insbesondere LKW) und Baumaschinen ist ein weit verbreitetes Phänomen, das zu erheblichen finanziellen Schäden führt: Zum einen kann der direkte finanzielle Schaden durch den Gegenwert des entwendeten Kraftstoffs bei Nutzfahrzeugtanks mit bis zu 800 Litern Fassungsvermögen leicht mehrere hundert Euro betragen. Zum anderen führt das verbreitete Anbohren von Kraftstofftanks zu Ausfall- und Reparaturzeiten, in denen diese kommerziell genutzten Fahrzeuge kein Geld verdienen können.
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Mechanische oder elektronische Sicherungen von Tankdeckeln sind wirkungslos gegen das Anbohren des Tanks. Eine Plausibilisierung von Tankgeber-Signalen mit den Kraftstoffverbrauchsdaten im Motorsteuergerät kann erst beim nächsten Motorstart das Fehlen von Kraftstoff feststellen. Dann ist der Schaden jedoch bereits angerichtet.
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Aus der
EP 1 762 418 B1 ist eine Kraftstoffdiebstahlmeldeanlage bekannt, die mit einem im Tank oder in der Kraftstoffleitung angeordneten Drucksensor den statischen Druck des Tankinhalts überwacht. Wird Kraftstoff entnommen, sinkt also der Füllstand im Tank, nimmt auch der statische Druck ab, und es wird ein Alarm ausgelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Erkennung eines versuchten Diebstahls von flüssigem Kraftstoff aus einem Tank entwickelt. Bei diesem Verfahren wird der Druck p im Tank ausgehend von einem Gleichgewichtsniveau pG in einem Gleichgewichtszustand, in dem kein Kraftstoff aus dem Tank entnommen wird, auf ein Sollniveau pS geändert. Anschließend wird der Druck p überwacht. Eine Abweichung des Drucks p vom Sollniveau pS, die ein vorgegebenes Alarmkriterium erfüllt, wird als Diebstahlsversuch gewertet.
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Der Druck p kann beispielsweise mit einer Abtastfrequenz um 1 Hz erfasst werden. Wird der Druck p mit dieser zeitlichen Auflösung erfasst, kann noch gut zwischen Druckänderungen unterschieden werden, die durch Öffnen bzw. Anbohren des Tanks einerseits und durch Änderung der Temperatur oder anderer Bedingungen andererseits bewirkt werden. Zugleich wird noch nicht übermäßig viel Energie für die Messung verbraucht. Gerade wenn der Tank zu einem stehenden Fahrzeug gehört, ist dessen Batterie die einzige verfügbare Energiequelle.
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Besonders vorteilhaft kann der Druck p von im Tank befindlicher Luft geändert und überwacht werden. Um Kraftstoff zu entwenden, wird der Tank typischerweise dort angebohrt, wo er Luft enthält, also beispielsweise auf der Oberseite. Ansonsten würde sofort unkontrolliert Kraftstoff austreten. Der Druck p der Luft im Tank ändert sich sofort beim Anbohren des Tanks, noch bevor ein Schlauch durch die Öffnung eingeführt und Kraftstoff entnommen wurde. Der Kraftstoffdiebstahl kann also bereits zu Beginn erkannt werden. Es kann dann beispielsweise eine für den Täter wahrnehmbare Alarmreaktion ausgelöst werden, die den Täter in die Flucht schlägt. Es kann aber auch beispielsweise ein stiller Alarm ausgelöst werden, der vom Täter nicht wahrnehmbar ist. Die Zeit, in der der Täter die Tatausführung fortsetzt, kann dann genutzt werden, um die Polizei hinzuzuziehen und den Täter auf frischer Tat zu stellen.
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Der Druck p von im Tank befindlicher Luft wird auch dann entlastet, wenn an beliebiger Stelle des Tanks Kraftstoff austritt, da sich dann das Volumen der Luft vergrößert. Die Alarmauslösung kann also nicht verhindert werden, indem in einen Bereich des Tanks gebohrt wird, der keine Luft enthält.
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Der Druck p kann beispielsweise erhöht werden, beispielsweise um 30 mbar gegenüber dem Umgebungsdruck. Alternativ kann der Druck p aber auch erniedrigt werden. Das Anbohren des Tanks führt dann zu einem Anstieg des Drucks p durch einströmende Luft.
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Vorteilhaft wird der Tank hermetisch gegenüber der Umgebung verschlossen, wenn der Druck p in seinem Inneren das Sollniveau pS erreicht hat. Dann kann eine weitere Änderung des Drucks p nur noch von unvermeidlichen Leckagen oder aber von versuchtem Kraftstoffdiebstahl herrühren.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Druck p im Tank fortwährend auf das Sollniveau pS geregelt, wobei die Geschwindigkeit der Regelung so gewählt wird, dass eine Änderung der Temperatur TK des Kraftstoffs, und/oder eine Änderung des Luftdrucks in der Umgebung, noch nicht zu einer Regelabweichung führt, die das Alarmkriterium erfüllt.
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Die Temperatur TK des Kraftstoffs ist insbesondere dann veränderlich, wenn der Tank zu einem Fahrzeug gehört. Insbesondere bei Dieselfahrzeugen mit Common Rail-Einspritzsystem wird zur Absenkung des Drucks im Rail, etwa bei einem Lastwechsel, zuvor durch die Hochdruckpumpe komprimierter Kraftstoff in den Tank zurückgeführt. Dabei wird die durch die Kompression in den Kraftstoff eingebrachte Energie in Wärme umgewandelt. Der Kraftstoff wird also im Fahrzeugbetrieb erwärmt und kühlt nach dem Abstellen des Fahrzeugs ab. Unabhängig von diesem Wirkmechanismus kann der Kraftstoff aber auch beispielsweise nach dem Abstellen des Fahrzeugs in der prallen Sonne erwärmt werden, da herkömmliche Tanks für Flüssigkraftstoff nicht thermisch isoliert sind.
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Der Luftdruck in der Umgebung kann tageszeitlich und abhängig vom Wetter schwanken. Zugleich stehen gerade Nutzfahrzeuge häufig längere Zeit, etwa an Wochenenden, an denen ein LKW-Fahrverbot gilt. In dieser Zeit kann beispielsweise durch einen Wetterwechsel der Luftdruck um Beträge geändert werden, die 30 mbar und mehr erreichen können.
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Beide Effekte wirken jedoch auf einer im Vergleich zu dem plötzlichen Druckabfall bei einem Kraftstoffdiebstahl wesentlich langsameren Zeitskala. Durch die aktive Regelung des Drucks p kann also gewährleistet werden, dass ein Diebstahlsversuch zu jeder Zeit erkannt werden kann, und zugleich wird das Risiko von Falschalarmen vermindert.
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Analoges gilt in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, in der das Sollniveau pS Änderungen des Ist-Drucks p im Tank nachgeführt wird, sofern diese mit einer Änderungsrate dp/dt erfolgen, die unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt. Insbesondere bei sehr großen Temperaturschwankungen im Tagesverlauf verbraucht eine passive Anpassung des Sollniveaus pS wesentlich weniger Energie als eine ständige aktive Regelung des Ist-Drucks p.
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Das Alarmkriterium kann beispielsweise einen Schwellwert für die Abweichung des Drucks p vom Sollniveau pS, und/oder eine Änderungsrate dieser Abweichung, umfassen. Der Druck p wird jedoch in einem realen System auch ohne Diebstahlsversuch nie völlig konstant sein, da es immer unvermeidliche Leckagen gibt. Diese Leckagen sind für das jeweilige Kraftstoffsystem spezifisch und können in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt werden, indem die Erfüllung des Alarmkriteriums anhand eines Vergleichs des Zeitverlaufs des Drucks p mit mindestens einer vorgegebenen Kennlinie geprüft wird.
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Vorteilhaft werden die Umgebungstemperatur Tu, die Temperatur TK des Kraftstoffs, die Temperatur TL der im Tank vorhandenen Luft, und/oder der Füllstand h des Tanks, in die Prüfung, ob das Alarmkriterium erfüllt ist, einbezogen. Beispielsweise können Kennlinien, mit denen der Zeitverlauf des Drucks p verglichen wird, mit diesen Größen parametriert sein, und/oder es kann an Hand dieser Größen eine von mehreren Kennlinien für den Vergleich ausgewählt werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Erkennung eines versuchten Diebstahls von flüssigem Kraftstoff aus einem Tank. Diese Vorrichtung umfasst eine Pumpe zur Förderung von Luft in den Tank oder aus dem Tank, einen Drucksensor zur Erfassung eines Drucks p in dem Tank sowie eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Abweichung des Drucks p von einem Sollwert pS zu ermitteln und anhand eines vorgegebenen Alarmkriteriums zu entscheiden, ob diese Abweichung als Diebstahlsversuch gewertet wird. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, das Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen und die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile zu erzielen.
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Der Drucksensor kann ein Absolutdrucksensor sein, aber auch beispielsweise ein Differenzdrucksensor, der den Tankinnendruck relativ zum Umgebungsdruck erfasst. Mit einem Differenzdrucksensor können beispielsweise wetterbedingte Druckschwankungen von vornherein ausgeblendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Pumpe, und/oder der Drucksensor, im Luftpfad einer Entlüftung des Tanks angeordnet. Zum einen lässt sich auf diese Weise gerade der Druck von im Tank befindlicher Luft einstellen und überwachen, der besonders frühzeitig auf einen Diebstahlsversuch reagiert. Zum anderen ist kein Eingriff in den Tank selbst erforderlich. Der Luftpfad der Entlüftung ist insbesondere für die Nachrüstung der Vorrichtung vergleichsweise einfach zugänglich.
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Vorteilhaft ist mindestens ein Ventil vorgesehen, mit dem der Tank hermetisch gegen die Umgebung abschließbar ist. Beispielsweise kann dieses Ventil zwischen die Pumpe und den Tank geschaltet sein. Es können aber auch beispielsweise weitere elektrisch betätigbare Ventile in den Vor- und Rücklaufleitungen zwischen Tank und Verbrennungsmotor herangezogen werden, um einen Druckabbau über diese Kraftstoffleitungen zu vermeiden und den Tank so hermetisch abzuschließen.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Überdruckventil vorgesehen. Dieses Überdruckventil ist dazu ausgebildet, einen oberhalb eines Grenzdrucks pT liegenden Druck p abzubauen, wobei der Grenzdruck pT höher ist als der Sollwert pS. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass nach dem Abstellen eines Fahrzeugs in der prallen Sonne und dem hermetischen Abschließen des Tanks der Temperaturanstieg zu einem unzulässigen Druckaufbau im Tank führt. Liegt der Sollwert pS beispielsweise 30 mbar über dem Umgebungsdruck, ist beispielsweise ein Grenzdruck pT von 50 mbar sinnvoll. Der Überdruck kann beispielsweise in den Luftpfad einer Entlüftung des Tanks abgeleitet werden.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, der auf der Außenseite einer Wandung des Tanks angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Druck p im Tank über die Verformung bzw. Dehnung des Tanks indirekt gemessen werden, ohne dass hierzu ein Eingriff in den Tank erforderlich wäre.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur TK des Kraftstoffs, der Temperatur TL der im Tank vorhandenen Luft, und/oder der Umgebungstemperatur TU, vorgesehen. Ein solcher Temperatursensor muss nicht zwangsläufig eigens für die Vorrichtung installiert werden. Es können beispielsweise auch im Fahrzeug ohnehin vorhandene Sensoren verwendet werden.
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Beispielsweise kann die Auswerteeinheit mit einem Fahrzeugbus, etwa einem CAN-Bus, verbunden sein. Über diesen Bus können dann nicht nur Daten vom Drucksensor bezogen werden, sondern auch von allen anderen im Fahrzeug bereits vorhandenen Sensoren. Beispielsweise kann so auch der Tankfüllstandsgeber mitbenutzt werden, der im Fahrzeug stets vorhanden ist.
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Die Auswerteeinheit erfordert nicht zwangsläufig ein eigenes Steuergerät, sondern kann beispielsweise in ein schon vorhandenes Steuergerät integriert sein, beispielsweise in ein Motorsteuergerät. Wenn etwa das Motorsteuergerät das Abschalten der Zündung registriert, so kann es beispielsweise veranlassen, dass der Druck p im Tank geändert und der Tank anschließend hermetisch abgeschlossen wird. Anschließend kann das Motorsteuergerät auch den Ist-Druck p im Tank überwachen.
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Wenn ein Diebstahlsversuch erkannt worden ist, so kann dieser beispielsweise an eine „connectivity control unit“, CCU, weitergegeben werden. Die CCU ist für die Kommunikation des Fahrzeugs mit der Außenwelt zuständig und kann den Alarm beispielsweise an Sicherheitsbehörden, an ein Call-Center oder an den Fahrzeugnutzer weiterleiten. Am Fahrzeug selbst können beliebige weitere Alarmreaktionen ausgelöst werden, wie beispielsweise Einschalten der Fahrzeugbeleuchtung, das Auslösen von Kameras am Fahrzeug, Hupen oder Warnblinken.
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Zur Sicherung gegen Fehlalarme bei einer legalen Tanköffnung zur Fahrzeugbetankung kann beispielsweise über einen Schalter im Fahrzeug oder über Fernbetätigung von einem Smartphone der Alarm unterdrückt werden. Der Schalter kann beispielsweise mit einem Schloss gekoppelt sein, das den Tankdeckel verschließt, so dass das zur legalen Tanköffnung notwendige Entriegeln des Schlosses auch gleichzeitig den Alarm unterdrückt. Es kann aber auch beispielsweise über eine Funkschnittstelle die Anwesenheit eines legalen, mit einem Transponder ausgestatteten Fahrzeugschlüssels detektiert und daraufhin der Alarm unterdrückt werden. Das Aufbrechen oder unrechtmäßige Entsperren des Schlosses am Tankdeckel reicht dann nicht aus, um den Alarm zu unterdrücken.
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Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf Kraftstofftanks beschränkt, die zu Fahrzeugen gehören. Sie ist gleichermaßen beispielsweise auch für Kraftstofftanks von Notstromversorgungen, wo häufig ein für mehrere Tage ausreichender und entsprechend wertvoller Kraftstoffvorrat gelagert wird. Ebenso können beispielsweise auch Kraftstofftanks für nichtmotorische Anwendungen, etwa Heizöltanks, überwacht werden, zumindest dann, wenn der Brenner gerade nicht läuft.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es zeigt:
- 1 Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 100;
- 2 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1.
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Nach 1 beginnt das Verfahren 100 damit, dass in Schritt 110 der Druck p im Tank 4 ausgehend vom Gleichgewichtsniveau pG auf ein Sollniveau pS geändert wird. Um den Druck p anschließend auf dem Sollniveau pS zu halten, wenn kein Kraftstoffdiebstahl versucht wird, kann der Tank 4 in Schritt 112 hermetisch gegen die Umgebung abgeschlossen werden. Es ist aber auch möglich, gemäß Schritt 114 den Druck p fortwährend auf das Sollniveau pS zu regeln oder aber umgekehrt gemäß Schritt 116 das Sollniveau pS langsamen Änderungen des Ist-Drucks p anzupassen. Jedoch ist keine der Maßnahmen gemäß den Schritten 112, 114 und 116 zwingend.
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In Schritt 120 wird der Ist-Druck p im Tank 4 überwacht. Optional wird in Schritt 122 der Zeitverlauf des Drucks p mit mindestens einer vorgegebenen Kennlinie verglichen und das Ergebnis dieses Vergleichs für die Prüfung, ob das Alarmkriterium für einen Kraftstoffdiebstahl erfüllt ist, herangezogen. Alternativ oder auch in Kombination können gemäß Schritt 124 Größen, die sich auf den Ist-Druck p auswirken, in diese Prüfung einbezogen werden. In dem vorliegenden Beispiel sind diese Größen die Umgebungstemperatur Tu, die Temperatur TK des Kraftstoffs 2, die Temperatur TL der im Tank 4 vorhandenen Luft 3, und/oder der Füllstand h des Tanks 4.
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In Schritt 130 wird schließlich anhand des vorgegebenen Alarmkriteriums entschieden, ob die Abweichung des Drucks p vom Sollniveau pS als Diebstahlsversuch gewertet wird.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1, mit der das Verfahren 100 durchgeführt werden kann. In dem Tank 4 befindet sich Kraftstoff 2, und oberhalb des Kraftstoffs 2 befindet sich Luft 3. Über eine Entlüftung 4a vermag der Tank 4 Luft 3 mit der Umgebung auszutauschen.
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Über eine Pumpe 5 kann der Druck p der Luft 3 im Tank 4 auf den Sollwert pS eingestellt werden. Anschließend kann der Tank 4 mit dem elektromagnetisch betätigbaren Ventil 8 hermetisch von der Umgebung abgeschlossen werden. Das Ventil 8 ist normal-geschlossen, verbraucht also nach dem Anpassen des Drucks p auf den Sollwert pS nicht ständig Energie.
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Ein Überdruckventil 9 begrenzt den Druckaufbau im Tank 4. Sobald der Ist-Druck p den vorgegebenen Grenzdruck pT überschreitet, öffnet das Überdruckventil 9 und baut über seine integrierte Entlüftung den überschüssigen Druck p ab.
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Die Auswerteeinheit 7 ist mit dem Drucksensor 6 gekoppelt, der den Druck p der Luft 3 im Tank 4 misst. Zusätzlich werden die Temperatur TK des Kraftstoffs 2, die Temperatur TL der Luft 3 sowie die Umgebungstemperatur Tu über Temperatursensoren 10a, 10b bzw. 10c gemessen und an die Auswerteeinheit 7 weitergeleitet. Auch der Füllstand h wird über einen in 2 nicht eingezeichneten Füllstandsgeber an die Auswerteeinheit 7 kommuniziert.
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Die Auswerteeinheit 7 verwendet die Temperaturen TK, TU, TL sowie den Füllstand h, um Änderungen des Drucks p, die von einem Anbohren oder sonstigen Öffnen des Tanks 4 herrühren, von solchen Änderungen des Drucks p zu unterscheiden, die andere Ursachen haben. Insbesondere wirkt sich eine Änderung der Temperaturen TK und TL auf die Dichte des Kraftstoffs 2, bzw. der Luft 3, aus.
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Daneben ist die Auswerteeinheit 7 auch dafür zuständig, mittels der Pumpe 5 den Druck p im Tank 4 auf das Sollniveau ps einzustellen und das Ventil 8 zu steuern.
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Wenn in Schritt 130 des Verfahrens 100 ein Diebstahlsversuch erkannt wurde, wird dies von der Auswerteeinheit 7 an die „connectivity control unit“, CCU 200, kommuniziert. Die CCU 200 überträgt per Funk ein Alarmsignal 201 an Sicherheitsbehörden 301, ein Call-Center 302 sowie den Fahrzeugnutzer 303. Sämtliche Kommunikation innerhalb der Vorrichtung 1 kann über einen CAN-Bus des Fahrzeugs stattfinden, in dem die Vorrichtung 1 eingebaut ist. Das Fahrzeug und der CAN-Bus sind der Übersichtlichkeit halber in 2 nicht eingezeichnet.
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Um Fehlalarme beim rechtmäßigen Betanken zu vermeiden, ist zusätzlich ein Lesegerät 11 vorgesehen, das eine Funkkommunikation 11a mit einem legalen Fahrzeugschlüssel 12 aufbaut, wenn sich dieser in der Nähe befindet. In diesem Fall übermittelt das Lesegerät 11 ein Unscharf-Signal US an die Auswerteeinheit 7, damit die Generierung des Alarms in Schritt 130 des Verfahrens 100 unterdrückt wird. Da der Fahrzeugschlüssel 12 auch zum Öffnen des in 2 nicht eingezeichneten Tankdeckels benötigt wird, ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Unscharfschaltung der Vorrichtung 1 beim Betanken nicht vergessen werden kann. Gerade ein versehentlich ausgelöster stiller Alarm wird zunächst vor Ort nicht erkannt und kann unnötige Folgekosten nach sich ziehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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