AT505319B1

AT505319B1 - DEVICE FOR MEASURING THE LOAD MOVEMENT

Info

Publication number: AT505319B1
Application number: AT13832008A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2009-07-15
Also published as: AT505319A2; DE102009043849A1

Description

2 AT 505 319 Bl2 AT 505 319 Bl

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Ladungsbewegung zu Folge der Einlassströmung im Arbeitsraum einer Kreiskolbenmaschine, insbesondere einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine, wobei der Arbeitsraum von einem Gehäuse gebildet wird, welches dazu ausgebildet ist, einen Kreiskolben aufzunehmen, welcher entlang einer in Form einer Epitro-choide gestalteten Gehäusewand umläuft. Für Hubkolbenbrennkraftmaschinen sind verschiedene Messmethoden bekannt, um die Ladungsbewegung im Zylinder zu ermitteln. Dazu wird meist der Zylinderkopf oder ein Blaskasten, der den Einlasskanal enthält und somit den Zylinderkopf als Modell darstellt, auf dem Zylinder mit der Bohrung des Motors montiert und durch den Einlasskanal und den anschließenden Zylinder meist bei verschiedenen Ventilhüben eine Strömung und somit eine Ladungsbewegung (Drall und/oder Tumble) im Zylinderraum erzeugt. Diese Ladungsbewegung wird mit bekannten Messmethoden (Drehflügel, Momentenmessmethode, Strömungssensoren zur differentiellen Erfassung des Strömungsfeldes und dergleichen) erfasst und ausgewertet. Damit ist es möglich, nach entsprechender Normierung der Messergebnisse die Einlasskanäle von Hubkolbenmaschinen hinsichtlich der erreichten Ladungsbewegung zu klassifizieren.The invention relates to a device for measuring the charge movement due to the inlet flow in the working space of a rotary piston engine, in particular a rotary piston internal combustion engine, wherein the working space is formed by a housing which is adapted to receive a rotary piston, which along a designed in the form of an epitome choide Housing wall rotates. For reciprocating internal combustion engines, various measuring methods are known to determine the charge movement in the cylinder. For this purpose, usually the cylinder head or a blow box, which contains the intake port and thus represents the cylinder head as a model, mounted on the cylinder with the bore of the engine and through the inlet channel and the subsequent cylinder usually at different valve lifts a flow and thus a charge movement (twist and / or tumble) generated in the cylinder chamber. This charge movement is detected and evaluated with known measuring methods (rotary vane, moment measuring method, flow sensors for the differential detection of the flow field and the like). This makes it possible, after appropriate normalization of the measurement results, to classify the intake ports of reciprocating engines with regard to the charge movement achieved.

Da eine Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Art keinen zylindrischen Arbeitsraum aufweist ist es nicht ohne weiteres möglich, die Ladungsbewegung der Einlasskanäle mit bekannten einfachen Messaufbauten am Strömungsprüfstand zu erfassen.Since a rotary piston machine of the type mentioned has no cylindrical working space, it is not readily possible to detect the charge movement of the inlet ducts with known simple measuring structures on the flow tester.

Aus der DE 26 132 75 1 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung und Abstimmung der Drallströmung in Verbrennungsräumen von Kolbenmotoren mit einer zylindrischen Kammer, mit einem drallerzeugenden Einlass zu der Kammer und mit einer Drallmesseinrichtung bekannt. Die zylindrische Kammer wird von einer Strömungsgleichrichterplatte abgeschlossen, welche dem Kolben des Motors entspricht, so dass der Verbrennungsraum nachgebildet ist, wobei die Strömungsgleichrichterplatte an einer Kraftmesseinrichtung befestigt ist.From DE 26 132 75 1 a device for investigation and tuning of the swirl flow in combustion chambers of piston engines with a cylindrical chamber, with a spin-generating inlet to the chamber and with a swirl measuring device is known. The cylindrical chamber is closed by a flow straightener plate, which corresponds to the piston of the engine, so that the combustion chamber is modeled, wherein the flow straightening plate is attached to a force measuring device.

Aus der DE 40 41 076 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Wirbelkomponenten von Strömungen in Zylinderräumen von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche eine Strömungsgleichrichtervorrichtung und eine Mess Vorrichtung aufweist. Über die Strömungsgleichrichtervorrichtung wird die Strömung derart umgelenkt, dass sie nach Passieren dieser keinen Impuls in Richtung der Achse der Strömungsgleichrichtervorrichtung und keinen Drehimpuls um die Achse der Strömungsgleichrichtervorrichtung haben. Über eine Messvorrichtung werden während des Strömungsvorganges an der Strömungsgleichrichtervorrichtung entstehende Reaktionsgrößen ermittelt. Dadurch können Wirbelkomponenten in von Strömungen über gemessene Reaktionsgrößen ermittelt werden.From DE 40 41 076 A1 an apparatus for measuring the vortex components of flows in cylinder chambers of internal combustion engines is known which comprises a flow straightener device and a measuring device. Via the flow straightener device, the flow is deflected such that, after passing them, they have no momentum in the direction of the axis of the flow straightener device and no angular momentum about the axis of the flow straightening device. By means of a measuring device, reaction quantities resulting from the flow rectifier device are determined during the flow process. As a result, vortex components can be determined in flows of measured reaction quantities.

Keine der bekannten Verfahren eignet sich, um unmittelbar eine Ladungsbewegungsmessung bei einer Kreiskolbenmaschine durchzuführen.None of the known methods is suitable for directly performing a charge motion measurement in a rotary engine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, auf möglichst einfache Weise das Ladungsbewegungspotential zu Folge der Einlassströmung im Arbeitsraum einer Kreiskolbenbewegung zu ermitteln. Dabei sollen von Hubkolbenmaschinen bekannte Messmethoden angewendet werden können.The object of the invention is therefore to determine the charge movement potential due to the inlet flow in the working space of a rotary piston movement in the simplest possible way. In this case, known reciprocating engines measuring methods can be applied.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein im wesentlichen rohrförmiger Messzylinder, dessen Radius etwa dem Radius eines sich an die Epitrochoide anschmiegenden Kreises entspricht, auf eine Stirnseite des geöffneten, kolbenlosen Gehäuses so aufgesetzt ist, dass die Achse des Messzylinders etwa parallel zur Drehachse des Kreiskolbens und ein Teil der Wand des Messzylinders fluchtend mit einem einlassseitigen Abschnitt der Epitrochoide angeordnet ist und der Messzylinder einen einlassseitigen Bereich des Arbeitsraumes überdeckt, wobei der Rest des Arbeitsraumes, der sich außerhalb des Messzylinders befindet, durch ein Füllelement ausgefüllt ist, welches den Messzylinder in den Arbeitsraum fortsetzt, und dass im oder stromabwärts des Messzylinders eine Strömungsmesseinrichtung angeordnet ist, über welche bei Durchströmung des Einlasskanals eine dabei erzeugte Ladungsbewegung erfassbar ist. 3 AT 505 319 B1According to the invention this is achieved in that a substantially tubular measuring cylinder whose radius corresponds approximately to the radius of a conforming to the Epitrochoide circle is placed on a front side of the open, piston-less housing so that the axis of the measuring cylinder approximately parallel to the axis of rotation of the rotary piston and a part of the wall of the measuring cylinder is arranged in alignment with an inlet-side portion of the epitrochoid and the measuring cylinder covers an inlet-side area of the working space, wherein the remainder of the working space, which is outside the measuring cylinder, is filled by a filling element, which engages the measuring cylinder in the Working space continues, and that in or downstream of the measuring cylinder, a flow measuring device is arranged, via which a flow of charge generated during flow through the inlet channel can be detected. 3 AT 505 319 B1

Nach Abdichten des Messzylinders und des Füllelements wird eine Einlassströmung durch den Einlasskanal erzeugt und mittels der Strömungsmesseinrichtung das Ladungsbewegungspotential erfasst, welches als Grundlage für eine Klassifizierung der Einlasskanäle herangezogen werden kann. 5After sealing the measuring cylinder and the filling element, an inlet flow is generated through the inlet channel and the charge movement potential is detected by means of the flow measuring device, which can be used as the basis for a classification of the inlet channels. 5

Die Ladungsbewegung kann durch ein Drall-Messgerät oder ein Tumble-Messgerät erfasst werden.The charge movement can be detected by a swirl measuring device or a tumble measuring device.

Um eine Drallmessung durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn am Ausgang des Mess-io Zylinders ein axialer Strömungsgleichrichter und/oder ein Flügelrad angeordnet ist, wobei vorzugsweise der axiale Strömungsgleichrichter bzw. das Flügelrad einen definierten Abstand von der Stirnseite des Gehäuses aufweist.In order to be able to perform a swirl measurement, it is advantageous if an axial flow rectifier and / or an impeller is arranged at the outlet of the measuring cylinder, wherein preferably the axial flow rectifier or the impeller has a defined distance from the end face of the housing.

Auch eine Tumblemessung kann in einfacherWeise durchgeführt werden. Dazu ist vorgesehen, 15 dass am Ausgang des Messzylinders ein sphärischer Gleichrichter angeordnet ist.Even a tumor measurement can be carried out in a simple way. For this purpose it is provided 15 that a spherical rectifier is arranged at the output of the measuring cylinder.

Die Strömungsmessung kann über jede bekannte Methode unter Verwendung eines Drehflügelmessgerätes, eines Momentenmessgerätes, eines Staudruckanemometers, eines Ultraschallanemometers, eines Hitzdrahtanemometers, eines PIV-Systems (Particle Image Veloci-20 metry), eines Global-Doppler-Anemometers oder eines Laser-Doppleranemometers durchgeführt werden.The flow measurement may be performed by any known method using a rotary vane meter, a torque meter, a dynamic pressure anemometer, an ultrasonic anemometer, a hot wire anemometer, Particle Image Velocimetry (PIV), a Global Doppler Anemometer or a Laser Doppler Anemometer ,

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch: 25 Fig. 1 die Messanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren in einer Draufsicht,The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. FIG. 1 shows the measuring arrangement for the method according to the invention in a top view, FIG.

Fig. 2 die Messanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1 in einer erstenFig. 2 shows the measuring arrangement in a section along the line II-II in Fig. 1 in a first

Ausführungsvariante undVariant and

Fig. 3 die Messanordnung in einem Schnitt analog zu Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsvariante. 303 shows the measuring arrangement in a section analogous to FIG. 2 in a second embodiment variant. 30

Fig. 1 zeigt in einer stirnseitigen Ansicht das Gehäuse 1 einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 mit geöffneter Stirnseite. Mit Bezugszeichen 2 ist der Einlasskanal, mit Bezugszeichen 3 der Auslasskanal bezeichnet. Die inneren Gehäusewände 1a sind in Form einer Epitrochoide ε gestaltet und bilden die Lauffläche für einen umlaufenden Kreiskolben 4, der mit strichlierten 35 Linien angedeutet ist. Bezugszeichen 5 deutet die Lage einer Zündkerze an.Fig. 1 shows in a front view, the housing 1 of a rotary piston internal combustion engine 1 with open end face. With reference numeral 2, the inlet channel, designated by reference numeral 3, the outlet channel. The inner housing walls 1a are designed in the form of an epitrochoid ε and form the running surface for a revolving rotary piston 4, which is indicated by dashed lines. Reference numeral 5 indicates the position of a spark plug.

Um eine Messung der Ladungsbewegung L im Arbeitsraum 6 durchführen zu können, wird bei geöffneter Stirnseite 11 des Gehäuses 1 ein rohrförmiger Messzylinder 7 in Richtung der Drehachse des Kreiskolbens 4 auf das Gehäuse 1 aufgesetzt, wobei der Radius r des Messzylinders 40 7 dem Radius R eines Schmiegekreis k an die Epitrochoide ε der Gehäusewand 1a entspricht.In order to be able to carry out a measurement of the charge movement L in the working space 6, a tubular measuring cylinder 7 is placed on the housing 1 in the direction of the axis of rotation of the rotary piston 4 when the end face 11 of the housing 1 is open, the radius r of the measuring cylinder 40 being the radius R of a Oscillating k corresponds to the epitrochoid ε the housing wall 1a.

Die Achse 7a des Messzylinders 7 ist dabei etwa parallel zur Drehachse des Kreiskolbens 4 angeordnet. Ein Teil der Wand 7' des Messzylinders 7 ist fluchtend mit einem einlassseitigen Abschnitt der Epitrochoide ε ausgebildet, sodass der Messzylinder 7 einen einlassseitigen Abschnitt des Arbeitsraumes 6 überdeckt. Der restliche Teil des Arbeitsraumes 6 wird durch ein 45 Füllelement 8 zum Zylinder ergänzt, sodass sich der Messzylinder bis in den Arbeitsraum 6 fortsetzt (siehe Fig. 2 und 3). Im Endbereich des Messzylinders 7 ist beispielsweise eine Strömungsmesseinrichtung 13 mit einem Strömungsgleichrichter 9 oder einem Flügelrad 10 angeordnet. Im Falle des Einsatzes eines Flügelrades 10 sollte dieses von der Stirnseite 11 des Gehäuses 1 um einen definierten Abstand a entfernt sein, welcher zum Beispiel mindestens so 1,75 mal dem Durchmesser D des Messzylinders 7 entsprechen kann.The axis 7a of the measuring cylinder 7 is arranged approximately parallel to the axis of rotation of the rotary piston 4. A part of the wall 7 'of the measuring cylinder 7 is formed in alignment with an inlet-side section of the epitrochoid ε, so that the measuring cylinder 7 covers an inlet-side section of the working space 6. The remaining part of the working space 6 is supplemented by a filling element 8 to the cylinder, so that the measuring cylinder continues into the working space 6 (see FIGS. 2 and 3). In the end region of the measuring cylinder 7, for example, a flow measuring device 13 with a flow rectifier 9 or an impeller 10 is arranged. In the case of the use of an impeller 10, this should be removed from the end face 11 of the housing 1 by a defined distance a, which may correspond, for example, at least 1.75 times the diameter D of the measuring cylinder 7.

Fig. 2 zeigt einen analogen Messaufbau für eine Messung der Tumble-Bewegung T. Dabei ist am Austritt des Messzylinders 7 ein sphärischer Strömungsgleichrichter 12 vorgesehen. 55 Für die eigentliche Messung wird auf einem Strömungsprüfstand für stationäre Strömung beiFIG. 2 shows an analog measurement setup for a measurement of the tumble motion T. A spherical flow rectifier 12 is provided at the outlet of the measuring cylinder 7. 55 The actual measurement is based on a steady-state flow test bench

Claims

4 AT 505 319 B1 flows through a sufficient pressure gradient of about 25 mbar - 100 mbar the area between the inlet channel 2 and the measuring cylinder 7. In this case, air is sucked into the measuring cylinder 7 via the inlet channels 2 and the working chamber 6 formed approximately by the filling element 8 and, depending on the shape of the inlet channels 2, a more or less strong charge movement L is generated. This is then detected by a known flow measuring device. The flow measurement itself may be measured by any conventional method using a rotary vane meter, a torque meter, a dynamic pressure anemometer, an ultrasonic anemometer, a hot wire anemometer, a PIV system, a Global Doppler anemometer, a laser Doppler anemometer, or other flowmeter to detect a charge motion. be performed. With the described method, it is possible to supply the intake ports 2 of rotary engines of a classification with respect to charge movement and flow. 1. Apparatus for measuring the charge movement (L) due to the inlet flow in the working space (6) of a rotary piston engine, in particular a rotary piston internal combustion engine, wherein the working space (6) of a housing (1) is formed, which is adapted to a rotary piston ( 4), which runs along a housing wall (1a) in the form of an epitrochoid (e), characterized in that a substantially tubular measuring cylinder (7) whose radius (r) is approximately the radius (R) of a to the epitrochoid (ε) conforming circle (k) corresponds, on an end face (11) of the open, piston-free housing (1) is placed so that the axis (7a) of the measuring cylinder (7) approximately parallel to the axis of rotation of the rotary piston (4) and a Part of the wall (7 ') of the measuring cylinder (7) is arranged in alignment with an inlet-side section of the epitrochoid (ε) and the measuring cylinder (7) an inlet-side region of the working space (6) ü Covered, wherein the remainder of the working space (6), which is located outside of the measuring cylinder (7) is filled by a filling element (8), which continues the measuring cylinder (7) in the working space (6), and that in or downstream of the Measuring cylinder (7) a flow measuring device (13) is arranged, via which a flow of charge (L) generated during flow through the inlet channel (2) can be detected.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow measuring device (13) is formed by a swirl measuring device or a tumble measuring device.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for a swirl measurement at the output of the measuring cylinder (7) an axial flow rectifier (9) and / or an impeller (10) is arranged, wherein preferably the axial flow rectifier (9) or Impeller (10) has a defined distance (a) from the end face (11) of the housing (1).

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for a Tumblemes solution at the output of the measuring cylinder (7), a spherical rectifier (12) is arranged. For this purpose 2 sheets of drawings