EP4336022A1 - Vorrichtung und verfahren zur diagnose einer manipulation einer abgasstrecke eines verbrennungsmotors - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur diagnose einer manipulation einer abgasstrecke eines verbrennungsmotors Download PDF

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EP4336022A1
EP4336022A1 EP23185742.6A EP23185742A EP4336022A1 EP 4336022 A1 EP4336022 A1 EP 4336022A1 EP 23185742 A EP23185742 A EP 23185742A EP 4336022 A1 EP4336022 A1 EP 4336022A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
exhaust
silencer
combustion engine
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23185742.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fischer
Manuel Weber
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/083—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using transversal baffles defining a tortuous path for the exhaust gases or successively throttling exhaust gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/08—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a pressure sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/04—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for motorcycles

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for diagnosing manipulation of an exhaust system of an internal combustion engine.
  • a vehicle in particular a two-wheeler such as a motorcycle, is proposed which has an internal combustion engine, a control unit, which in particular controls an ignition, and an exhaust gas line, the exhaust gas line comprising an exhaust manifold, an exhaust gas line, a silencer and an exhaust gas outlet.
  • a method for diagnosing manipulation of the exhaust gas path wherein the manipulation of the exhaust gas path of the Combustion engine in particular results in a potential increase in noise emissions.
  • An engine control triggers a pressure pulse at the manifold through a controlled re-ignition of the exhaust gas.
  • a pressure sensor near the exhaust manifold measures this pressure pulse and the resulting reflections of the pressure wave.
  • the pattern of reflections in relation to the exciting pressure pulse is a typical fingerprint for the existing exhaust system. This pattern is automatically learned and subsequently monitored. Systems with a lower sound insulation effect typically cause deviating reflection patterns that can be detected and identified as inadmissible manipulation.
  • the exhaust gas section in particular the silencer, has at least one, but advantageously several, cross-sectional jumps, with a part of the pressure pulse being reflected back against the original direction of propagation at a cross-sectional jump.
  • a pressure sensor first detects the triggered pressure pulse and then, with a time delay, the reflections, with the type of silencer used in the vehicle determining the sequence and strength of the reflections. This makes it possible to advantageously determine which type of silencer is used in the vehicle.
  • signal processing calculates a reflection pattern from the value of the measurement signal, the reflection pattern being used as a reference pattern for further processing. This makes it possible to advantageously detect sudden changes in the pattern and determine which type of silencer is used. This means that manipulation of the exhaust gas system can be detected inexpensively and easily.
  • FIG. 1 shows a vehicle 10 designed as a two-wheeler, especially as a motorcycle.
  • the vehicle 10 has an internal combustion engine 12.
  • the motor 12 is controlled by a control unit 14.
  • the control unit controls, among other things, an ignition 16.
  • the vehicle 10 has an exhaust system.
  • the exhaust line includes an exhaust manifold 17, an exhaust line 18, a silencer 20 and an exhaust outlet 22.
  • a function of the control unit 14 is intended to produce a “misfire” by briefly adjusting the ignition angle.
  • the controlled re-ignition of the exhaust gas at the exhaust manifold 17 triggers a pressure pulse D.
  • the pressure pulse D is in Figure 2 shown.
  • the pressure pulse D serves as an acoustic test signal.
  • the pressure pulse D can be influenced via the ignition parameters in such a way that it does not appear acoustically noticeable to a person in the area. However, the pressure pulse D has a sufficient signal strength S to be used for further evaluation.
  • the pressure pulse D propagates along the exhaust gas path at the speed of sound.
  • the exhaust gas line in particular the silencer 20, has at least one, but preferably several, cross-sectional jumps 24. At the cross-sectional jump 24 of the exhaust gas section, part of the pressure wave is reflected back against the original direction of propagation.
  • the reflections R are also in Figure 2 shown.
  • the exhaust manifold 17 has a sensor 28.
  • the sensor 28 is designed as a pressure sensor.
  • the pressure sensor 28 first detects the triggered pressure pulse D and then, with a time delay, the reflections R.
  • the type of silencer used in the vehicle 10 determines the sequence and strength of the reflections R.
  • the silencer types are shown schematically in Figure 3 shown.
  • a silencer that reduces a lot of noise at the exhaust outlet has a higher number of cross-sectional jumps and thus reflections with decreasing amplitude ( Figure 3a ).
  • a silencer that is designed for low exhaust back pressure has a lower number of cross-sectional jumps and thus reflections ( Figure 3b ).
  • An illegal silencer that has little sound insulation is characterized by few but strong reflections ( Figure 3c ).
  • a downstream signal processing calculates a reflection pattern from the value of the measurement signal.
  • the description of the reflection pattern is the reference pattern for further processing.
  • further signal evaluation include the use of the autocorrelation function or the cepstrum to determine the heights and/or the times of arrival of the reflected wave components. It is also possible to evaluate the level curve or the envelope curve and key figures derived from it.
  • the measurement is preferably carried out at a time when the engine 12 and the exhaust system are warm.
  • the measurement is preferably carried out at idle.
  • the flow of exhaust gas is lowest when idling. This means that the flow noise, which can mask the signal from the reflections, is also low.
  • only a single cylinder can be used to generate pressure pulses.
  • several cylinders can be used one after the other and the cylinder-specific results can be offset against each other.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose einer Manipulation einer Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose einer Manipulation einer Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors.
    • Stand der Technik
  • Motorräder verursachen durch das von ihrem Abgasstrang abgegebene Geräusch erhebliche Lärmbelästigungen insbesondere an häufig frequentierten Streckenabschnitten. Bei dabei besonders auffälligen Fahrzeugen wurde zumeist der originale, zugelassene Abgasschalldämpfer des Herstellers durch ein deutlich lauteres Modell aus dem Tuning-Ersatzteilhandel ersetzt. In vielen Fällen haben derartige Tuning-Bauteile keine Zulassung für den öffentlichen Straßenverkehr. Ein Betrieb des Fahrzeugs im öffentlichen Raum ist damit illegal. Es gibt derzeit Entwicklungen für Systeme im Motorrad, die eine unzulässige Manipulation der Abgasanlage erkennen sollen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Zweirad wie ein Motorrad vorgeschlagen, das einen Verbrennungsmotor, ein Steuergerät, welches insbesondere eine Zündung steuert, und eine Abgasstrecke aufweist, wobei die Abgasstrecke einen Abgaskrümmer, einen Abgasstrang, einen Schalldämpfer und eine Abgasmündung umfasst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Diagnose einer Manipulation der Abgasstrecke vorgeschlagen, wobei die Manipulation der Abgasstrecke des Verbrennungsmotors insbesondere eine potenzielle Steigerung der Geräusch Emissionen zur Folge hat. Eine Motorsteuerung löst durch eine kontrolliert herbeigeführte Nachzündung des Abgases am Krümmer einen Druckimpuls aus. Ein Drucksensor in der Nähe des Abgaskrümmers misst diesen Druckimpuls und die daraus resultierenden Reflektionen der Druckwelle. Das Muster der Reflektionen im Verhältnis zum anregenden Druckpuls ist ein typischer Fingerabdruck für die vorhandene Abgasanlage. Dieses Muster wird selbsttätig angelernt und im Weiteren überwacht. Anlagen mit geringerer Schalldämmwirkung verursachen typisch abweichende Reflektionsmuster, die erkannt und als unzulässige Manipulation identifiziert werden können.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Druckpuls im Abgasstrang zu erzeugen, der sich entlang der Abgasstrecke mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet.
  • Die Abgasstrecke, insbesondere der Schalldämpfer weist mindestens einen, vorteilhaft aber mehrere Querschnittssprünge auf, wobei an einem Querschnittssprung ein Teil des Druckpulses entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung zurück reflektiert wird.
  • Erfindungsgemäß detektiert ein Drucksensorerst den ausgelösten Druckpuls und anschließend, zeitlich versetzt die Reflektionen, wobei der im Fahrzeug jeweils eingesetzte Schalldämpertyp die Abfolge und Stärke der Reflektionen bestimmt. Somit kann vorteilhaft bestimmt werden, welcher Schalldämpfertyp im Fahrzeug eingesetzt ist.
  • Erfindungsgemäß berechnet eine Signalverarbeitung aus dem Wert des Messignals ein Reflektionsmuster, wobei das Reflektionsmuster für die weitere Bearbeitung als Referenzmuster verwendet wird. Somit können vorteilhaft sprunghafte Veränderungen im Muster erkannt und daraus abgeleitet werden, welcher Schalldämpfertyp zum Einsatz kommt. Somit können vorteilhaft kostengünstig und einfach Manipulationen an der Abgasstrecke erkannt werden.
  • Weitere Vorteile können den Zeichnungen und der Figurenbeschreibung entnommen werden.
    • Zeichnungen
  • Es zeigen
    • Figur 1:
    Zweirad mit einer Abgasstrecke in schematischer Darstellung,
    Figur 2:
    einen Druckpuls und Reflektionen,
    Figur 3:
    verschiedene Schalldämpfertypen eines Zweirads in schematischer Darstellung.
    Beschreibung
  • Figur 1 zeigt ein als Zweirad, besonders als Motorrad ausgebildetes Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Der Motor 12 wird von einem Steuergerät 14 gesteuert. Das Steuergerät steuert u.a. eine Zündung 16. Das Fahrzeug 10 weist eine Abgasstrecke auf. Die Abgasstrecke umfasst einen Abgaskrümmer 17, einen Abgasstrang 18, einen Schalldämpfer 20 und eine Abgasmündung 22.
  • Eine Funktion des Steuergeräts 14 ist dazu vorgesehen, durch ein kurzzeitiges Verstellen des Zündwinkels eine "Fehlzündung" zu erzeugen.
  • Durch die kontrolliert herbeigeführte Nachzündung des Abgases am Abgaskrümmer 17 wird ein Druckpuls D ausgelöst. Der Druckpuls D ist in Figur 2 gezeigt. Der Druckpuls D dient als akustisches Testsignal. Über die Zündparameter lässt sich der Druckpuls D so beeinflussen, dass er für einen Menschen in der Umgebung akustisch nicht auffällig erscheint. Der Druckpuls D weist aber eine ausreichende Signalstärke S auf, um für die weitere Auswertung genutzt werden zu können.
  • Der Druckpuls D breitet sich entlang der Abgasstrecke mit Schallgeschwindigkeit aus. Die Abgasstrecke, insbesondere der Schalldämpfer 20 weist mindestens einen, bevorzugt aber mehrere Querschnittssprünge 24 auf. Am Querschnittssprung 24 der Abgasstrecke wird ein Teil der Druckwelle entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung zurück reflektiert. Die Reflektionen R sind ebenfalls in Figur 2 dargestellt.
  • Der Abgaskrümmer 17 weist einen Sensor 28 auf. Der Sensor 28 ist als Drucksensor ausgebildet.
    Der Drucksensor 28 detektiert erst den ausgelösten Druckpuls D und anschließend, zeitlich versetzt die Reflektionen R. Der im Fahrzeug 10 jeweils eingesetzte Schalldämpertyp bestimmt dabei die Abfolge und Stärke der Reflektionen R.
  • Die Schalldämpfertypen sind schematisch in Figur 3 dargestellt.
    Ein Schalldämpfer, der viel Schall an der Abgasmündung reduziert, weist eine höhere Anzahl an Querschnittssprüngen und damit an Reflektionen mit abnehmender Amplitude auf (Figur 3a). Ein Schalldämpfer, der auf geringen Abgasgegendruck ausgelegt ist, weist eine geringere Anzahl an Querschnittssprüngen und damit Reflektionen auf (Figur 3b). Ein illegaler Schalldämpfer, der eine nur geringe Schalldämmung aufweist, zeichnet sich durch wenige, aber starke Reflektionen aus (Figur 3c).
  • Somit kann aus dem Messignal des Drucksensors abgeleitet werden, welcher Schalldämpfertyp zum Einsatz kommt.
  • Eine (nicht dargestellte) nachgeschaltete Signalverarbeitung berechnet aus dem Wert des Messignals ein Reflektionsmuster. Die Beschreibung des Reflektionsmusters ist für die weitere Bearbeitung das Referenzmuster. Beispiele für die weitere Signalauswertung sind die Nutzung der Autokorrelationsfunktion oder des Cepstrum zur Bestimmung der Höhen und/oder der Zeitpunkte des Eintreffens der reflektierten Wellenanteile. Möglich ist auch die Auswertung des Pegelverlaufs oder der Hüllkurve und daraus abgeleiteter Kennzahlen.
  • Die Messung erfolgt vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, zu dem der Motor 12 und der Abgasstrang betriebswarm ist. Dabei erfolgt die Messung vorzugsweise bei Leerlauf. Im Leerlauf ist der Durchsatz von Abgas am geringsten. Somit sind auch die Strömungsgeräusche gering, die das Signal der Reflektionen überdecken können. Bei Motoren mit mehreren Zylindern kann nur ein einzelner Zylinder zur Druckpuls-Erzeugung verwendet werden. Alternativ können auch mehrere Zylinder nacheinander verwendet und die Zylinder-individuellen Ergebnisse miteinander verrechnet werden.
  • Beim ersten Anlauf des Motors des Fahrzeugs 10 werden eine Anzahl von Messungen durchgeführt. Das System lernt dadurch das individuelle Reflektionsmuster der bei Auslieferung gelieferten Abgasanlage. Dieses Reflektionsmuster wird als Referenzmuster gelernt. Im weiteren Betrieb wird dieses Muster durch weitere Messungen überwacht. Graduelle Veränderungen durch Alterung werden mitgelernt und im Referenzmuster berücksichtigt.
  • Sprunghafte Veränderungen im Muster werden erkannt. Vor allem wenige, aber starke Reflektionen treten bei Manipulation am Abgasstrang auf. Somit kann eine Manipulation detektiert werden. Verändert sich das Muster sprunghaft, aber hin zu einem als unkritisch eingestuften Reflektionsmuster kann eine zulässige Änderung detektiert werden. Dies kann beispielsweise durch Einbau eines zulässigen Ersatzteils geschehen.
  • Wird eine Manipulation erkannt, können je nach Einsatzland, geltender Rechtsprechung und vom Fahrzeughersteller gewünschter Reaktion verschiedene Aktionen ausgelöst werden. Beispielhaft sind denkbar:
    • Eintrag im Fehlerspeicher
    • Aufleuchten einer Warnanzeige
    • Begrenzung der Motor-Drehzahl auf einen akustisch als unkritisch bewerteten Bereich
    • Sperren der Zündung für einen bestimmten Zeitraum um Rückbau zu ermöglichen
    • Stillegung des Fahrzeugs, Entsperrung z.B. nur über zertifizierte Fachwerkstatt nach Herstellung des Originalzustandes

Claims (7)

  1. Fahrzeug (10), insbesondere Zweirad, mit einem Verbrennungsmotor (12), einem Steuergerät (14), welches den Verbrennungsmotor (12), insbesondere eine Zündung (16) steuert, und mit einer Abgasstrecke, wobei die Abgasstrecke einen Abgaskrümmer (17), einen Abgasstrang (18), einen Schalldämpfer (20) und eine Abgasmündung (22) umfasst.
  2. Verfahren zur Diagnose einer Manipulation einer Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors (12) in einem Fahrzeug (10), wobei die Manipulation der Abgasstrecke des Verbrennungsmotors (12) insbesondere eine potenzielle Steigerung der Geräusch Emissionen zur Folge hat, mit zumindest folgendem Schritt:
    • kurzzeitiges Verstellen des Zündwinkels, um eine "Fehlzündung" zu erzeugen, die sich als ein akustisches Signal äußert, wobei die Verstellung des Zündwinkels durch eine Funktion eines Steuergeräts des Fahrzeugs erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Steuergerätes (14) dazu vorgesehen ist, einen Druckpuls (D) im Abgasstrang (18) zu erzeugen, der sich entlang der Abgasstrecke mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrecke, insbesondere der Schalldämpfer (20) mindestens einen oder mehrere Querschnittssprünge (24) aufweist, wobei an einem Querschnittssprung (24) ein Teil des Druckpulses (D) entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung zurück reflektiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (28) erst den ausgelösten Druckpuls (D) und anschließend, zeitlich versetzt die Reflektionen (R) detektiert, wobei der im Fahrzeug (10) jeweils eingesetzte Schalldämpfertyp (20) die Abfolge und Stärke der Reflektionen (R) bestimmt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalverarbeitung aus dem Wert des Messignals ein Reflektionsmuster berechnet, wobei das Reflektionsmuster für die weitere Bearbeitung als Referenzmuster verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sprunghafte Veränderungen im Muster erkannt werden und daraus abgeleitet werden, welcher Schalldämpfertyp (20) zum Einsatz kommt.
EP23185742.6A 2022-09-09 2023-07-17 Vorrichtung und verfahren zur diagnose einer manipulation einer abgasstrecke eines verbrennungsmotors Withdrawn EP4336022A1 (de)

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