AT510676B1 - Vorrichtung zur versorgung einer verbrennungsmaschine mit konditioniertem verbrennungsgas - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine (1) mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesondere Luft, vorzugsweise in Prüfständen, weist eine von einer Konditionierungsanlage (2) ausgehende Versorgungsleitung (3) zur Verbrennungsmaschine (1) für Druck/feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas auf, ebenso wie eine Absaugleitung (11) für das Abgas der Verbrennungsmaschine (1) und eine Bypassleitung (7) von der Versorgungsleitung (3) zur Absaugleitung (11).Um dabei die sichere Druckregelung bei sicherer, konstanter Versorgung der Verbrennungsmaschine (1) zu gewährleisten, ist in der Versorgungsleitung (3) stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung (7) ein erstes Regelorgan ( 4) vorgesehen, das über einen Regler (5) angesteuert ist, dessen Regelgröße von einem ersten Drucksensor (6) in der Ver­bindungsleitung (3) zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine (1) geliefert wird.

Description

österreichisches Patentamt AT510 676B1 2014-05-15

Beschreibung

VORRICHTUNG ZUR VERSORGUNG EINER VERBRENNUNGSMASCHINE MIT KONDITIONIERTEM VERBRENNUNGSGAS

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesondere Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend eine von einer Konditionierungsanlage ausgehende Versorgungsleitung zur Verbrennungsmaschine für Druck/feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas, sowie eine Absaugleitung für das Abgas der Verbrennungsmaschine, sowie eine Bypassleitung von der Versorgungsleitung zur Absaugleitung, sowie eine gleichartige Vorrichtung zur Versorgung mehrerer Verbrennungsmaschinen mit konditioniertem Verbrennungsgas, umfassend zumindest eine sich gegebenenfalls zu mehreren Verbrennungsmaschinen verzweigende Versorgungsleitung.

[0002] Der Zustand der Ansaugluft beeinflusst in starkem Maße das Betriebsverhalten einer Verbrennungsmaschine. So erhöht sich bei Ottomotoren zum Beispiel das Motordrehmoment mit ansteigendem Luftdruck um ca. +0,12% pro Hektopascal. Eine Temperaturerhöhung der angesaugten Umgebungsluft um 1 ° C verursacht im gleichen Fall beispielsweise einen Leistungsabfall von ca.-0,5%. Der Feuchtegehalt der Ansaugluft hat unmittelbar nur wenig Einfluss auf die Motorleistung, jedoch sind Auswirkungen auf die Abgasemissionen, besonders der Stickoxide, nicht zu vernachlässigen, was sowohl bei Otto- als auch Dieselmotoren der Fall ist. Ein höherer Feuchtegehalt der Ansaugluft ermöglicht bei Ottomotoren außerdem einen früheren Zündzeitpunkt bis zum Erreichen der Klopfgrenze.

[0003] Alle diese Einflüsse sind auch bei Abstimmungsarbeiten am Motorenprüfstand zu berücksichtigen. Da die Entwicklungsarbeiten von Verbrennungsmaschinen aufgrund der weltweit strenger werdenden Abgasgesetzgebung und der höheren Leistungsdichte immer höhere Anforderungen bezüglich der Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Versuchsergebnisse stellt, ist es daher erforderlich, sämtliche Einflüsse, welche die Versuchsergebnisse bei der Motorenentwicklung beeinflussen, so weit wie möglich zu eliminieren. Da zu diesen Einflüssen auch der Zustand der Ansaugluft zählt, ist es notwendig diese zu konditionieren, um vergleichbare Versuchsbedingungen am Motorenprüfstand zu erreichen.

[0004] Bekannte Systeme zur Konditionierung der Ansaugluft für Verbrennungsmaschinen sind am Markt käuflich verfügbar (z.B. „Combustion Air Conditioning Unit der Firma AVL-List GmbH, Graz/Österreich oder FEV AirCon der Firma FEV Motorentechnik GmbH, Aachen/Deutschland). Diese Systeme werden aber direkt an das Luftversorgungssystem der Verbrennungsmaschine angeschlossen, und müssen auf diese Weise bei Änderungen des Betriebszustandes der Verbrennungsmaschine und daraus folgenden Änderungen des Luftdurchsatzes direkt den Änderungen des Luftdurchsatzes der Verbrennungsmaschine folgen. Ein Beispiel für eine derartige bekannte Anlage ist in der DE 40 15 818 C2 beschrieben. In der AT 4978 U2 und der AT 6824 U2 sind weiters ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei welchen über eine Versorgungsleitung die Zuführung von feuchte- und/oder temperaturkonditioniertem Verbrennungsgas zur Verbrennungsmaschine erfolgt. Um dabei eine sichere, konstante Konditionierung auch unter dynamischen und hoch dynamischen Betriebsbedingungen zu ermöglichen, wird dabei zu jedem Zeitpunkt eine im Wesentlichen konstante, vollständig konditionierte Menge des Verbrennungsgases bereitgestellt, welche zumindest der von der jeweiligen Verbrennungsmaschine maximal benötigten Menge entspricht.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war eine verbesserte Ausführung einer Vorrichtung wie eingangs angegeben, bei welcher eine sichere, konstante Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit sicherer Druckregelung gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe war die sichere konstante Versorgung mehrerer, an der selben Konditionieranlage angeschlossenen Verbrennungsmaschinen mit individueller, sicherer Druckregelung.

[0006] Zur Lösung der ersten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Versor- 1 /6 österreichisches pstentamt AT 510 676 B1 2014-05-15 gungsleitung stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung ein erstes Regelorgan vorgesehen ist, das über einen Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße von einem ersten Drucksensor in der Verbindungsleitung zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine geliefert wird.

[0007] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Bypassleitung stromabwärts der Verzweigung ein zweites Regelorgan vorgesehen, das über einen zweiten Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße zusammengesetzt vom ersten Drucksensor und einem zweiten Drucksensor in der Absaugleitung geliefert wird.

[0008] Dabei kann vorteilhaftenweise vorgesehen sein, dass die Regelgröße des zweiten Reglers der Differenzdruck zwischen dem Druck in der Verbindungsleitung zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine und dem Druck in der Absaugleitung ist.

[0009] Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Absaugleitung ein drittes Regelorgan vorgesehen ist, das über einen dritten Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße vom Drucksensor in der Absaugleitung geliefert wird.

[0010] Zur Lösung der zweiten Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Versorgung mehrerer Verbrennungsmaschinen mit konditioniertem Verbrennungsgas erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Absaugleitung für mehrere Verbrennungsmaschinen vorgesehen ist, und dass von jeder Versorgungsleitung zu einer Verbrennungsmaschine je eine Bypassleitung zur gemeinsamen Absaugleitung führt, wobei in jeder Versorgungsleitung stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung je ein erstes Regelorgan vorgesehen ist, das über je einen Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße von je einem ersten Drucksensor in der Verbindungsleitung zwischen der Verzweigung und der jeweiligen Verbrennungsmaschine verbunden ist.

[0011] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist in jeder Bypassleitung stromabwärts der Verzweigung ein zweites Regelorgan vorgesehen, das über einen zweiten Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße zusammengesetzt vom ersten Drucksensor und einem zweiten Drucksensor in der Absaugleitung geliefert wird.

[0012] Dabei kann vorzugsweise weiters vorgesehen sein, dass die Regelgröße des zweiten Reglers der Differenzdruck zwischen dem Druck in der Verbindungsleitung zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine und dem Druck in der Absaugleitung ist.

[0013] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Absaugleitung ein drittes Regelorgan vorgesehen ist, das über einen dritten Regler angesteuert ist, dessen Regelgröße vom Drucksensor in der Absaugleitung geliefert wird.

[0014] Dabei ist es von Vorteil, wenn die Absaugleitung mit dem dritten Regelorgan von einem Sammelvolumen ausgeht, in welches Abgasleitungen mehrerer Verbrennungsmaschinen und die diesen Verbrennungsmaschinen zugehörigen Bypassleitungen einmünden.

[0015] Schließlich ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasleitungen zum Sammelvolumen jeweils zumindest ein einstellbares viertes Regelorgan vorgesehen ist.

[0016] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand von zwei konkreten, beispielhaften Ausführungsbeispielen, die auch in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert werden.

[0017] Dabei zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Prüfstand mit einem Prüfling, und die Fig. 2 ist eine Ausführungsform für eine Prüfstandsanordnung für zwei Prüflinge mit gemeinsamer Abgasabführung.

[0018] Das erfindungsgemäße System wird verwendet um für Verbrennungsmotoren am Prüfstand die gleichen, frei wählbaren Druckverhältnisse am Motorein- und Motoraustritt zu simulieren. Dem Verbrennungsmotor 1 wird über ein herkömmliches Konditioniersystem 2 und die Versorgungsleitung 3 feuchte-, druck- und temperaturkonditionierte Verbrennungsluft zugeführt. 2/6 österreichisches Patentamt AT510 676B1 2014-05-15

Dazu wird die Luft im Konditioniersystem 2 auf eine frei definierbare Feuchte und Temperatur konditioniert. Über ein internes Klappensystem wird der Durchfluss auf Basis eines installierten Volumenstromsensors geregelt und diese Druckregeleinrichtung übernimmt auch die Druckregelung für Steady-State Prüfanwendungen.

[0019] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das System um eine Druckregelung erweitert. Dazu ist in der Versorgungsleitung 3 ein erstes Regelorgan 4 für den Durchfluss vorgesehen und über einen Regler 5, vorzugsweise einen PID-Regler, angesteuert. Dieser Regler 5 erhält seine Regelgröße von einem ersten Drucksensor 6, der in der Verbindungsleitung 3 vor der Verbrennungsmaschine 1 angeordnet ist.

[0020] Zwischen dem Regelorgan 4 und dem Drucksensor 6 zweigt eine Bypassleitung 7 von der Versorgungsleitung 3 ab, wobei der besagte Drucksensor 6 in jedem Fall zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine 1 und das erste Regelorgan 4 in der Versorgungsleitung 3 stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung 7 positioniert ist.

[0021] In der Bypassleitung 7 ist stromabwärts der Verzweigung aus der Versorgungsleitung 3 ein zweites Regelorgan 8 vorgesehen, das über einen zweiten Regler 9, vorzugsweise ebenfalls einem PID-Regler, angesteuert ist. Die Regelgröße dieses zweiten Reglers setzt sich allerdings zusammen aus Eingängen vom ersten Drucksensor 6 und von einem zweiten Drucksensor 10 in der Absaugleitung 11 für das Abgas der Verbrennungsmaschine 1. Vorteilhafterweise ist die Regelgröße des zweiten Reglers 9 der Differenzdruck zwischen dem Druck in der Versorgungsleitung 3 zwischen der Verzweigung der Bypassleitung 7 und der Verbrennungsmaschine 1 und dem Druck in der Absaugleitung 11.

[0022] In der Absaugleitung 11 ist dann noch ein drittes Regelorgan 12 vorgesehen und über einen dritten Regler 13 angesteuert, dessen Regelgröße vom Drucksensor 10 in der Absaugleitung 11 geliefert wird. Auch der dritte Regler 13 ist vorzugsweise ein PID-Regler.

[0023] Das erste Regelorgan 4 wirkt als erste Druckregeleinrichtung zur Grobregelung des Systems und wird auf Basis des Drucks am Motor 1 geregelt. Das zweite Regelorgan 8 als zweites Druckregelorgan im Bypass 7 des Motors 1 dient als regelbare Druckverlusteinrichtung, um denselben Druckverlust im Bypass 7 wie am Eintritt des Motors 1 einzustellen. Das Regelorgan 12 schließlich, das hinter der Zusammenführung der Bypassleitung 7 mit der Abgasleitung 14 der Verbrennungsmaschine 1, wo zur Strömungsvergleichmäßigung ein größeres Volumen als Kollektor 15 vorgesehen sein kann, wirkt als eigentliches Druckregelorgan des Systems, welches den Druck im Gesamtsystem regelt.

[0024] Die in Fig. 1 dargestellte und bislang erläuterte Anordnung kann auch einfach für die Druckregelung für zwei oder mehrere unabhängige Prüfstände erweitert werden, wobei zur Erweiterung der Funktionalität noch Absperrorgane in den einzelnen Abgassystemen installiert werden müssen, um jeden einzelnen Prüfstand deaktivieren zu können.

[0025] Dabei ist zumindest eine Konditionierungsanlage 2 vorgesehen, gegebenenfalls auch für jeden oder für eine Gruppe von Prüfständen eine eigene Konditionierungsanlage 2, wie in Fig. 2 dargestellt. Von der oder jeder Konditionierungsanlage 2 geht eine, sich gegebenenfalls zu mehreren Verbrennungsmaschinen 1 verzweigende, Versorgungsleitung 3 für das Druck/ feuchte- und/oder temperaturkonditionierte Verbrennungsgas aus.

[0026] Für mehrere Verbrennungsmaschinen 1 ist nun eine gemeinsame Absaugleitung 11 vorgesehen, die vorzugsweise wieder von einem Sammelvolumen bzw. Kollektor 15 ausgeht, in welchen die Abgasleitungen 14 der Motoren 1 als auch die von jeder Versorgungsleitung 3 abzweigenden Bypassleitungen 7 einmünden.

[0027] Wieder ist in jeder Versorgungsleitung 3 stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung 7 je ein erstes Regelorgan 4 vorgesehen. Es ist in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert über je einen Regler 5 angesteuert ist, dessen Regelgröße von je einem ersten Drucksensor 6 in der Verbindungsleitung zwischen der Verzweigung und der jeweiligen Verbrennungsmaschine 1 geliefert wird. Auch ist wieder in jeder Bypassleitung 7 stromabwärts der Verzweigung ein zweites Regelorgan 8 vorgesehen. Die Regelgrösse dieses zweiten Reg- 3/6 österreichisches Patentamt AT510 676 B1 2014-05-15 lers 9 setzt sich zusammen aus Signalen vom ersten Drucksensor 6 und einem zweiten Drucksensor 10 in der Absaugleitung 11, vorzugsweise im Kollektor 15. Auch hier wird vorzugsweise wieder auf den Differenzdruck zwischen dem Druck in der Verbindungsleitung 3 zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine 1 und dem Druck in der Absaugleitung 11 geregelt.

[0028] Neben dem ebenfalls vorgesehenen, in der Absaugleitung 11 angeordneten dritten Regelorgan 12 und seinem Regler 13, dessen Regelgröße wieder vom Drucksensor 10 in der Absaugleitung 11 geliefert wird, ist als vorteilhafte Systemerweiterung in den Abgasleitungen 14 zum Sammelvolumen 15 jeweils zumindest ein einstellbares viertes Regelorgan 16 vorgesehen. 4/6

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT510 676 B1 2014-05-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine (1) mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesondere Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend eine von einer Konditionierungsanlage (2) ausgehende Versorgungsleitung (3) zur Verbrennungsmaschine (1) für Druck/feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas, sowie eine Absaugleitung (11) für das Abgas der Verbrennungsmaschine, sowie eine Bypassleitung (7) von der Versorgungsleitung (3) zur Absaugleitung (11), wobei in der Versorgungsleitung (3) stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung (7) ein erstes Regelorgan (4) vorgesehen ist, das über einen Regler (5) angesteuert ist, dessen Regelgröße von einem ersten Drucksensor (6) in der Verbindungsleitung (3) zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine (1) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypassleitung (7) stromabwärts der Verzweigung ein zweites Regelorgan (8) vorgesehen ist, das über einen zweiten Regler (9) angesteuert ist, dessen Regelgröße zusammengesetzt vom ersten Drucksensor (6) und einem zweiten Drucksensor (10) in der Absaugleitung (11) geliefert wird und in der Absaugleitung (11) ein drittes Regelorgan (12) vorgesehen ist, das über einen dritten Regler (13) angesteuert ist, dessen Regelgröße vom Drucksensor (10) in der Absaugleitung geliefert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße des zweiten Reglers (9) der Differenzdruck zwischen dem Druck in der Verbindungsleitung (3) zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine (1) und dem Druck in der Absaugleitung (11) ist.
3. 3. Vorrichtung zur Versorgung mehrerer Verbrennungsmaschinen (1) mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesondere Luft, vorzugsweise in Systemen mit mehreren Prüfständen, umfassend zumindest eine von zumindest einer Konditionierungsanlage (2) ausgehende und sich gegebenenfalls zu mehreren Verbrennungsmaschinen (1) verzweigende Versorgungsleitung (3) für Druck/feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Absaugleitung (11) für mehrere Verbrennungsmaschinen (1) vorgesehen ist, und dass von jeder Versorgungsleitung (3) zu einer Verbrennungsmaschine (1) je eine Bypassleitung (7) zur gemeinsamen Absaugleitung (11) führt, wobei in jeder Versorgungsleitung (3) stromaufwärts der Verzweigung zur Bypassleitung (7) je ein erstes Regelorgan (4) vorgesehen ist, das über je einen Regler (5) angesteuert ist, dessen Regelgröße von je einem ersten Drucksensor (6) in der Verbindungsleitung (3) zwischen der Verzweigung und der jeweiligen Verbrennungsmaschine (1) geliefert wird, dass in jeder Bypassleitung (7) stromabwärts der Verzweigung ein zweites Regelorgan (8) vorgesehen ist, das über einen zweiten Regler (9) angesteuert ist, dessen Regelgröße zusammengesetzt vom ersten Drucksensor (6) und einem zweiten Drucksensor (10) in der Absaugleitung (11) geliefert wird und dass in der gemeinsamen Absaugleitung (11) ein drittes Regelorgan (12) vorgesehen ist, das über einen dritten Regler (13) angesteuert ist, dessen Regelgröße vom Drucksensor (10) in der Absaugleitung (11) geliefert wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße des zweiten Reglers (9) der Differenzdruck zwischen dem Druck in der Verbindungsleitung (3) zwischen der Verzweigung und der Verbrennungsmaschine (1) und dem Druck in der Absaugleitung (11) ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugleitung (11) mit dem dritten Regelorgan (12) von einem Sammelvolumen (15) ausgeht, in welches Abgasleitungen (14) mehrerer Verbrennungsmaschinen (1) und die diesen Verbrennungsmaschinen zugehörigen Bypassleitungen (7) einmünden.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasleitungen (14) zum Sammelvolumen (15) jeweils zumindest ein einstellbares viertes Regelorgan (16) vorgesehen ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6