AT523232B1 - Vorrichtung zur nachbildung des gasdynamischen verhaltens einer brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine. Um mit möglichst geringem Aufwand eine Untersuchung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung (1) zumindest einen Zylinder-Emulator (2) mit zumindest einem über zumindest ein Einlassventil (4) mit einem Einlasskanal (5) strömungsverbindbaren Einlassraum (3), mit zumindest einem über zumindest ein Auslassventil (7) mit einem Auslasskanal (8) strömungsverbindbaren Auslassraum (6) und mit zumindest einem ersten Druckhalteelement (15) aufweist, wobei der Auslassraum (6) über einen Strömungsweg (9) mit einer Brennkammer (11) strömungsverbunden oder strömungsverbindbar ist, und stromaufwärts der Brennkammer (11) im Strömungsweg (9) eine Massenstromregeleinheit (10) angeordnet ist, und wobei das erste Druckhalteelement (15) in dem Strömungsweg (9) zwischen der Brennkammer (11) und dem Auslassraum (6) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Einlassraum (3) und der Auslassraum (6) über den Strömungsweg (9) miteinander strömungsverbunden oder strömungsverbindbar sind und die Massenstromregeleinheit (10) zwischen dem Einlassraum (3) und der Brennkammer (11) angeordnet ist.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder. Weiters betrifft die Erfindung einen Teststand mit zumindest einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine.
[0002] Die Untersuchung der gasdynamischen Effekte, welche durch Wechselwirkung der Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entstehen, erfolgt üblicherweise bei einer komplett ausgestatteten Brennkraftmaschine. Die Anderung von insbesondere konstruktiv bedingten Parametern ist relativ aufwendig und nur mit erhöhtem Kosten- und Zeitaufwand möglich.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand eine Untersuchung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
[0004] Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung zumindest einen Zylinder-Emulator mit zumindest einem über zumindest ein Einlassventil mit einem Einlasskanal strömungsverbindbaren Einlassraum, mit zumindest einem über zumindest ein Auslassventil mit einem Auslasskanal strömungsverbindbaren Auslassraum und mit zumindest einem ersten Druckhalteelement aufweist, wobei der Auslassraum über einen Strömungsweg mit einer Brennkammer strömungsverbunden oder strömungsverbindbar ist, und stromaufwärts der Brennkammer im Strömungsweg eine Massenstromregeleinheit angeordnet ist, und wobei das erste Druckhalteelement in dem Strömungsweg zwischen der Brennkammer und dem Auslassraum angeordnet ist.
[0005] Vorzugsweise ist der Einlassraum und der Auslassraum über den Strömungsweg miteinander strömungsverbunden oder strömungsverbindbar, wobei die Massenstromregeleinheit zwischen dem Einlassraum und der Brennkammer angeordnet ist. Durch die saugseitig mit dem Einlassraum und druckseitig mit der Brennkammer verbundene Massenstromregeleinheit werden die Druckverhältnisse während des Ansaughubes und des Verdichtungshubes emuliert.
[0006] Alternativ dazu kann auch - gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung - vorgesehen sein, dass der Einlassraum und der Auslassraum strömungsmäßig voneinander getrennt sind, und dass der Einlassraum mit einer weiteren Massenstromregeleinheit verbunden ist, welche einen Unterdruck im Ansaugraum erzeugt und den Ansaughub eines Kolbens emuliert.
[0007] Unter Zylinder-Emulator ist hier eine Einrichtung zu verstehen, welche das gasdynamische Verhalten, insbesondere das Ansaug- und Ausstoßverhalten, zumindest eines Zylinders einer Brennkraftmaschine nachbilden kann.
[0008] Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Massenstromregeleinheit durch ein Drehkolbengebläse gebildet ist. Der Massenstromregeleinheit dient dazu, um das dynamische Druckverhalten in einem Zylinder zu Folge der Kolbenbewegung und der Verbrennung bei einem Zylinder der Brennkraftmaschine nachzubilden. Insbesondere wird der Ansaugtakt und der Ladevorgang, sowie der Verdichtungstakt der Brennkraftmaschine nachgebildet.
[0009] Die Brennkammer dient dazu, um die thermischen Bedingungen und den Abgasdruck eines realen gefeuerten Testzylinders nachzubilden. In der Brennkammer wird mittels der Verbrennungseinrichtung ein Kraftstoff - beispielsweise Methan - verbrannt, welcher geeignet ist, eine definierte Zieltemperatur zu erreichen, welche der Verbrennungstemperatur in einem realen gefeuerten Zylinder einer Brennkraftmaschine entspricht. Dieser Kraftstoff kann sich vom Kraftstoff der realen Brennkraftmaschine unterscheiden.
[0010] Als realer gefeuerter Testzylinder ist hier ein zu testender Zylinder zu verstehen, der alle Komponenten - insbesondere einen hin- und hergehenden Kolben, Gaswechselventile, Brennraum, Einspritzeinrichtung und Zündeinrichtung einer voll funktionsfähigen Brennkraftmaschine aufweist.
[0011] Das erste Druckhalteelement dient dazu, in der Auslasskammer und im Auslasskanal während dem Offnen der Auslassventile Druckverhältnisse zu emulieren, die den Druckverhält-
nissen während des Ausstoßtaktes der realen Brennkraftmaschine entsprechen. Das erste Druckhalteelement kann dabei zumindest ein Druckhalteventil und/oder zumindest eine Drossel aufweisen. Die Offnung- und Schließbewegungen des Auslassventils und des Druckhalteventils erfolgen dabei vorzugsweise gegengleich. Das Druckhalteventil des ersten Druckhalteelements ist dabei geöffnet, solange das Auslassventil geschlossen ist. Kurz bevor das Auslassventil geÖffnet wird, wird das Druckhalteventil des ersten Druckhalteelements geschlossen und erst wieder geöffnet, wenn das Auslassventil schließt.
[0012] Um eine realitätsnahe Emulation des Auslasshubes zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn das Volumen des Auslassraums im Wesentlichen dem Volumen eines zu emulierenden Zylinders der realen Brennkraftmaschine entspricht.
[0013] Zum Einstellen und zur Veränderung von zylinderspezifischen gasdynamischen Parametern ist es günstig, wenn die Massenstromregeleinheit, das erste Druckhalteelement und/oder die Verbrennungseinrichtung über eine elektronische Steuereinheit steuerbar ist/sind.
[0014] Zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ausgebildet ist um mindestens zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine zu emulieren, wobei vorzugsweise die Vorrichtung pro zu emulierenden Zylinder einen Zylinder-Emulator mit jeweils einem Auslassraum und jeweils einem ersten Druckhalteelement aufweist.
[0015] Eine einfache und kompakte Ausführungsvariante der Erfindung mit geringer Teilezahl sieht vor, dass die Vorrichtung für zumindest zwei Zylinder-Emulatoren ein gemeinsames Einlassplenum, eine gemeinsame Massenstromregeleinheit und/oder eine gemeinsame Brennkammer aufweist, wobei das gemeinsame Einlassplenum im Strömungsweg stromaufwärts der Massenstromregeleinheit angeordnet ist und mit den Einlassräumen der zumindest zwei ZylinderEmulatoren für die zumindest zwei zu emulierenden Zylinder strömungsverbunden oder strömungsverbindbar ist.
[0016] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest eine Baueinheit mit zumindest zwei Zylinder-Emulatoren aufweist. Vorzugsweise weist die Baueinheit ein gemeinsames Gehäuse für mehrere Zylinder-Emulatoren auf. Dies hat den Vorteil, dass Bearbeitungsflächen und Verbindungen eingespart und damit der Fertigungs- und Montageaufwand klein gehalten werden kann.
[0017] Um einen flexiblen Einsatz zur Nachbildung von Brennkraftmaschinen mit unterschiedlicher Zylinderanzahl zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zumindest zwei baugleiche Emulator-Module mit jeweils zumindest einem Zylinder-Emulator aufweist, welche modulartig miteinander verbunden sind.
[0018] Um die Gasdynamik einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern zu untersuchen, ist bei einem erfindungsgemäßen Teststand vorgesehen, dass zumindest ein Zylinder-Emulator einlass- und auslassströmungsmäßig parallel zu zumindest einem Test-Zylinder einer Brennkraftmaschine und/oder zu zumindest einem weiteren Zylinder-Emulator geschaltet ist, wobei die Einlasskanäle des zumindest einen Zylinder-Emulators und des zumindest einen Test-Zylinders und/oder des weiteren Zylinder-Emulators mit einem gemeinsamen Einlassstrang und die Auslasskanäle des zumindest einen Zylinder-Emulators und des zumindest einen Test-Zylinders und/oder des weiteren Zylinder-Emulators mit einem gemeinsamen Auslassstrang verbunden sind.
[0019] Die Summe aus Test-Zylinder und Zylinder-Emulatoren entspricht vorteilhafter Weise der Gesamtanzahl der Zylinder der zu untersuchenden Brennkraftmaschine.
[0020] Um die gasdynamischen Effekte einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nachzubilden ist es vorteilhaft, wenn im Einlassstrang, vorzugsweise stromaufwärts eines Ladeluftkühlers, ein Verdichter, angeordnet ist. Günstiger Weise ist im Auslassstrang zumindest eine Abgasturbine eines Abgasturboladers angeordnet, wobei vorzugsweise eine Welle des Abgasturboladers mit einer elektrischen Maschine verbunden ist.
[0021] Das gasdynamische Verhalten einer Brennkraftmaschine lässt sich mit dem Teststand untersuchen, indem die Gasdynamik zumindest eines Zylinders der zu untersuchenden Brennkraftmaschine nachgebildet wird, indem der Verlauf des Brennraumdruckes, der Verlauf der Brennraumtemperatur und die dem Brennraum zugeordneten Massenströme der zu untersuchenden Brennkraftmaschine in zumindest einem Arbeitszyklus zumindest eines Betriebspunktes bereitgestellt werden, und indem in zumindest einem Auslassraum des Zylinder-Emulators Massenströme, Temperaturen und Drücke eingestellt werden, die dem Verlauf des bereitgestellten Brennraumdruckes, der Brennraumtemperatur und die dem Brennraum zugeordneten Massenströme in dem zumindest einem Arbeitszyklus der zu untersuchenden Brennkraftmaschine entsprechen.
[0022] Dabei ist gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass Luft während eines emulierten Einlasstaktes von einem Einlassstrang durch zumindest ein geöffnetes Einlassventil in einen Einlassraum geleitet wird, wobei im Einlassraum durch eine Massenstromregeleinheit ein Unterdruck erzeugt wird, und wobei die Luft vom Einlassraum über die Massenstromregeleinheit einer Brennkammer zugeführt wird, dass während eines emulierten Verdichtungs- und Arbeitstakes Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht und mit der Luft vermischt wird und das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, wobei die Verbrennungsgase über ein erstes Druckhalteelement in einen Auslassraum strömen, und dass während eines emulierten Ausstoßtaktes das Verbrennungsgas durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil in einen Auslassstrang geleitet wird, wobei vorzugsweise das Auslassventil und ein Druckhalteventil des ersten Druckhalteelements gegengleich betätigt werden.
[0023] Um bei den Zylinder-Emulatoren die Einlass- und Auslasscharakteristika der zu untersuchenden realen Brennkraftmaschine weitgehend nachzubilden, ist es besonders vorteilhaft, wenn Einlass- und Auslasssteuerzeiten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, und dass zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil des Zylinder-Emulators oder der Zylinder-Emulatoren entsprechend den Einlass- und Auslasssteuerzeiten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine gesteuert werden. Dabei wird günstiger Weise das Ansaugverhalten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine durch zumindest ein Einlassventil, durch zumindest einen Einlassraum und zumindest eine Massenstromregeleinheit nachgebildet. Weiters wird das Ausstoßverhalten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine durch zumindest einen Auslassraum, zumindest ein Auslassventil und zumindest ein zwischen dem Auslassraum und der Brennkammer angeordnetes erstes Druckhalteelement nachgebildet.
[0024] Die Erfindung wird im Folgenden anhand den in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
[0025] Darin zeigen schematisch:
[0026] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante,
[0027] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante,
[0028] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine für fünf zu emulierende Zylinder,
[0029] Fig. 4 einen Teststand mit einer Vorrichtung zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine und
[0030] Fig. 5 ein Ventilhubdiagramm eines Zylinder-Emulators. [0031] Gleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0032] Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine weist einen Zylinder-Emulator 2 auf, welcher das Druck- und Temperaturverhalten in einem gefeuerten Zylinder - ohne Einsatz eines hin- und hergehenden Kolbens - nachbildet.
[0033] Der Zylinder-Emulator 2 weist zumindest einen Einlassraum 3 und zumindest ein Auslassraum 6 auf. Der Einlassraum 3 ist über zumindest ein Einlassventil 4 mit einem Einlasskanal 5 und der Auslassraum 6 über zumindest ein Auslassventil 7 mit einem Auslasskanal 8 strömungsverbindbar. Einlassventil 4 und Auslassventil 6 können beispielsweise über eine nicht weiter dargestellte Nockenwelle ähnlich wie bei einer realen Brennkraftmaschine betätigt werden.
[0034] Der Einlassraum 3 und der Auslassraum 6 sind über einen Strömungsweg 9 miteinander strömungsverbindbar. In dem Strömungsweg 9 befindet sich eine - im Ausführungsbeispiel durch ein Drehkolbengebläse gebildete Massenstromregeleinheit 10, eine Brennkammer 11 mit einer Verbrennungseinrichtung 12 und ein erstes Druckhalteelement 15, wobei die Massenstromregeleinheit 10 zwischen dem Einlassraum 3 und der Brennkammer 11, und das erste Druckhalteelement 15 zwischen der Brennkammer 11 und dem Auslassraum 6 angeordnet sind. Die Verbrennungseinrichtung 12 weist zumindest ein Kraftstoffzuführelement 13 und eventuell auch ein Zündelement 14 auf.
[0035] Weiters weist die Vorrichtung 1 eine elektronische Steuereinheit 16 zur Steuerung des Zylinder-Emulators 2, insbesondere der Massenstromregeleinheit 10, der Verbrennungseinrichtung 12 in der Brennkammer 11 und des ersten Druckhalteelements 15 des Zylinder-Emulators 2, auf.
[0036] Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 1 zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass für mehrere Zylinder-Emulatoren 2 ein gemeinsames Einlassplenum 3a, eine gemeinsame Massenstromregeleinheit 10 und eine gemeinsame Brennkammer 11 vorgesehen ist. Jeder Zylinder-Emulator 2 weist zumindest ein Einlassventil 4, zumindest einen Einlassraum 3, zumindest ein Auslassventil 7, zumindest einen Auslassraum 6 und zumindest ein erstes Druckhalteelement 15 auf. Das Einlassplenum 3a ist pro Zylinder-Emulator 2 über einen Verbindungskanal 9c des Strömungsweges 9 mit dem Einlassraum 3 verbunden, wobei im Verbindungskanal 9c ein beispielsweise durch ein Ventil 17a gebildetes zweites Druckhalteelement 17 angeordnet ist, welches in seiner Schließstellung die Strömungsverbindung zwischen Einlassraum 3 und Einlassplenum 3a unterbricht und in seiner Öffnungsstellung freigibt. Das Ventil 17a des zweiten Druckhalteelementes 17 kann schaltbar sein und über die elektronische Steuereinheit 16 angesteuert werden. In einer einfachen Ausführung kann das Ventil 17a auch als Rückschlagventil oder Rückschlagklappe ausgebildet sein. Alternativ zum Ventil 17a kann das zweite Druckhalteelement 17 auch durch eine Drossel gebildet sein.
[0037] Fig. 3 zeigt eine als Baueinheit ausgebildete Vorrichtung 1 mit mehreren Zylinder-Emulatoren 2 für fünf zu emulierende Zylinder, welche in einer ersten Gruppe A und einer zweiten Gruppe B angeordnet sind. In der Baueinheit ist ein für mehrere oder alle Zylinder-Emulatoren 2 gemeinsames Einlassplenum 3a, eine gemeinsame Massenstromregeleinheit 10 und eine gemeinsame Brennkammer 11 strömungsmäßig nacheinander im gemeinsamen Strömungsweg 9 angeordnet. Dabei ist der Einlassraum 3 jedes Zylinder-Emulators 2 über jeweils einen Verbindungskanal 9c mit dem Einlassplenum 3a verbunden. In jedem Verbindungskanal 9c ist bevorzugt ein zweites Druckhalteelement 17 mit einem Ventil 17a angeordnet, welches in einer Schließstellung die Strömungsverbindung zwischen dem Einlassraum 3 und dem Einlassplenum 3a unterbricht und in seiner Offnungsstellung freigibt. Für jeden Zylinder-Emulator 2 ist auch hier zumindest ein Einlassventil 4, zumindest ein Einlassraum 3, zumindest ein Auslassventil 7, zumindest ein Auslassraum 6 und zumindest ein erstes Druckhalteelement 15 vorgesehen. Stromabwärts der Brennkammer 11 spaltet sich der Strömungsweg 9 in zwei Teilströmungswege 9a, 9b auf, wobei ein erster Teilströmungsweg 9a zu den Auslassräumen 6 der beiden Zylinder-Emulatoren 2 der ersten Gruppe A und ein zweiter Teilströmungsweg 9b zu den Auslassräumen 6 der drei Zylinder-Emulatoren 2 der zweiten Gruppe B führt. Zwischen jedem Auslassraum 6 und dem ersten Teilströmungsweg 9a bzw. zweiten Teilströmungsweg 9b ist jeweils ein beispielsweise durch ein Hubventil gebildetes erstes Druckhalteelement 15 angeordnet.
[0038] Mit den Pfeilen ist in Fig. 3 die Luft- und Abgasströmung innerhalb der Vorrichtung 1 angedeutet. Luft strömt über in Fig. 3 nicht eingezeichnete Einlasskanäle und über die Einlassventile
4 in den Einlassraum 3 jedes Zylinder-Emulators 2 und wird über die Verbindungskanäle 9c in das gemeinsame Einlassplenum 3a befördert. Im gemeinsamen Einlassplenum 3a herrscht ein konstanter Druck von beispielsweise 2,5 bar, welcher vor allem durch die Massenstromregeleinheit 10 vorgegeben wird. Vom Einlassplenum 3a wird die Luft über die Massenregeleinheit 10 in die Brennkammer 11 gefördert. In der Brennkammer 11 wird über das Kraftstoffzuführelement 13 der Verbrennungseinrichtung 12 kontinuierlich Kraftstoff zugeführt und zusammen mit der durch die Massenstromregeleinheit 10 eingebrachten Luft verbrannt, wobei es zu einer Drucksteigerung in der Brennkammer 11 und stromabwärts der Brennkammer 11 im Strömungsweg 9 kommt. Die Verbrennungsgase werden über die beiden Teilströmungswege 9a, 9b und die ersten Druckhalteelemente 15 den Auslassräumen 6 der einzelnen Zylinder-Emulatoren 2 zugeführt, wobei sich in den Auslassräumen 6 beispielsweise Drücke zwischen etwa 3 und 19 bar einstellen. Sobald die Auslassventile 7 geöffnet werden, strömen die Verbrennungsgase über die Auslassventile 7 in die in Fig. 3 nicht eingezeichneten Auslasskanäle.
[0039] Fig. 4 zeigt einen Teststand 20 mit welchem beispielsweise die Gasdynamik eines V6Zylinder-Brennkraftmaschine emuliert werden kann. Der Teststand 20 weist im Ausführungsbeispiel zwei Gruppen A, B von Testzylinder 21 und/oder Zylinder-Emulatoren 2 auf. Die erste Gruppe A weist einen einzelnen gefeuerten Testzylinder 21 auf, welcher vom Aufbau her einem Zylinder der zu untersuchenden Brennkraftmaschine entspricht. Mit anderen Worten, der Testzylinder 21 weist alle Komponenten - insbesondere einen hin- und hergehenden Kolben, Gaswechselventile, Brennraum, Einspritzeinrichtung und Zündeinrichtung einer voll funktionsfähigen Brennkraftmaschine auf. Der nicht weiter dargestellte Kolben des Testzylinders 21 wirkt auf eine Kurbelwelle 22, die mit einer Leistungsbremse 23 verbunden ist. Weiters weist die erste Gruppe A zwei Zylinder-Emulatoren 2 auf, welche einlass- und auslassströmungsmäßig parallel zu dem gefeuerten Testzylinder 21 angeordnet sind. Mit Bezugszeichen 24 ist der Einlasskanal und mit Bezugszeichen 25 der Auslasskanal des Testzylinders 21 bezeichnet.
[0040] Die zweite Gruppe B ist ohne gefeuerte Testzylinder ausgeführt und weist drei ZylinderEmulatoren 2 auf, welche einlass- und auslassströmungsmäßig parallel zueinander angeordnet sind.
[0041] Die Einlasskanäle 5 der fünf Zylinder-Emulatoren 2 und der Einlasskanal 24 des TestZylinders 21 sind mit einem gemeinsamen Einlassstrang 26 verbunden.
[0042] Der Auslasskanal 27 des Testzylinders 21 und die Auslasskanäle 8 der zwei ZylinderEmulatoren 2a der ersten Gruppe A sind mit einem gemeinsamen ersten Auslassstrang 27a verbunden. Die Auslasskanäle 8 der drei Zylinder-Emulatoren 2b der zweiten Gruppe B sind mit einem gemeinsamen zweiten Auslassstrang 27b verbunden.
[0043] An Stelle von sechs Zylindern ist beim Teststand 20 somit nur ein Testzylinder 21 und eine entsprechende Anzahl an Zylinder-Emulatoren 2 - im Ausführungsbeispiel fünf ZylinderEmulatoren 2 - vorgesehen.
[0044] Im Ausführungsbeispiel ist im Einlassstrang 26 ein Verdichter 28 eines Abgasturboladers 30 und ein Ladeluftkühler 34 angeordnet. Der erste Auslassstrang 27a und der zweite Auslassstrang 27b führen zu einer beispielsweise zweiflutig ausgebildeten Abgasturbine 29 des im Ausführungsbeispiel elektrischen Abgasturboladers 30, wobei die Abgasturbine 29 über eine Bypassleitung 31a, 31b umgehbar ist, in welchen jeweils ein Bypassventil 32a, 32b angeordnet ist. Mit Bezugszeichen 33 ist eine mit der Abgasturboladerwelle 30a antriebsverbundene elektrische Maschine bezeichnet.
[0045] Der gefeuerte Testzylinder 21 und die Zylinder-Emulatoren 2 bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel die Gasdynamik einer V6-Brennkraftmaschine nach. Insbesondere können Resonanzladeeffekte und gasdynamische Effekte durch Druckpulsationen der Zylinder untereinander einer zu untersuchenden realen Brennkraftmaschine nachgebildet werden.
[0046] Die Steuerzeiten und Hubkurven He, Hı der Einlassventile 5 und Auslassventile 7 jedes Zylinder-Emulators 2 werden günstigerweise der zu untersuchenden realen Brennkraftmaschine nachgebildet. Die Steuerung der Einlassventile 5 und Auslassventile 7 kann dabei wie bei der
realen Brennkraftmaschine über Nockenwellen erfolgen. Die Steuerung des Druckhalteventils 15a der ersten Druckhalteelementes 15 kann über ein mechanisches, elektrisches, hydraulisches oder pneumatisches Betätigungsglied 15b erfolgen. Das Druckhalteventil 15a ist während des Auslassventilhubes H: des Auslassventils 7 geschlossen und kann dabei beispielsweise gegengleich zum Auslassventil 7 betätigt werden. In Fig. 4 sind mit den Pfeilen die Luft- und Abgasströmungen außerhalb der Vorrichtung 1 angedeutet.
[0047] In Fig. 5 sind die Einlassventilhübe Hz: der Einlassventile 5 und die Auslassventilhübe Hı der Auslassventile 7 über dem Kurbelwinkel KW aufgetragen. Weiters ist in Fig. 5 der Offnungsbereich Atı und der Schließbereich At, für das Druckhalteventil 15a des ersten Druckhalteelementes 15 eingezeichnet.
[0048] Die Vorrichtung 1 und das Verfahren gemäß der Erfindung kann zur Untersuchung des gasdynamischen Verhaltens für alle Brennkraftmaschinen, unabhängig von der Zylinderzahl, des Bewegungsablaufes, des Arbeitsverfahrens, dem Gemischbildungsverfahren, dem Zündverfahren und dem Brennverfahren verwendet werden.
Claims (16)
1. Vorrichtung (1) zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest einen Zylinder-Emulator (2) mit zumindest einem über zumindest ein Einlassventil (4) mit einem Einlasskanal (5) strömungsverbindbaren Einlassraum (3), mit zumindest einem über zumindest ein Auslassventil (7) mit einem Auslasskanal (8) strömungsverbindbaren Auslassraum (6) und mit zumindest einem ersten Druckhalteelement (15) aufweist, wobei der Auslassraum (6) über einen Strömungsweg (9) mit einer Brennkammer (11) strömungsverbunden oder strömungsverbindbar ist, und stromaufwärts der Brennkammer (11) im Strömungsweg (9) eine Massenstromregeleinheit (10) angeordnet ist, und wobei das erste Druckhalteelement (15) in dem Strömungsweg (9) zwischen der Brennkammer (11) und dem Auslassraum (6) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Einlassraum (3) und der Auslassraum (6) über den Strömungsweg (9) miteinander strömungsverbunden oder strömungsverbindbar sind und die Massenstromregeleinheit (10) zwischen dem Einlassraum (3) und der Brennkammer (11) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromregeleinheit (10) zumindest ein Drehkolbengebläse aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckhalteelement (15) zumindest ein Druckhalteventil (15a) und/oder zumindest eine Drossel aufweist, wobei vorzugsweise das Druckhalteventil (15a) des ersten Druckhalteelements (15) und das Auslassventil (7) gegengleich betätigbar sind.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Auslassraums (6) im Wesentlichen dem Volumen eines zu emulierenden Zylinders entspricht.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromregeleinheit (10), das erste Druckhalteelement (15) und/oder die Verbrennungseinrichtung (12) über eine elektronische Steuereinheit (16) steuerbar ist/sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist, um mindestens zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine zu emulieren, wobei vorzugsweise die Vorrichtung (1) pro zu emulierendem Zylinder einen ZylinderEmulator (2) mit jeweils zumindest einem Auslassraum (6) und jeweils zumindest einem ersten Druckhalteelement (15) aufweist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) für zumindest zwei Zylinder-Emulatoren (2) ein gemeinsames Einlassplenum (3a), eine gemeinsame Massenstromregeleinheit (10) und/oder eine gemeinsame Brennkammer (11) aufweist, wobei das gemeinsame Einlassplenum (3a) im Strömungsweg (9) stromaufwärts der Massenstromregeleinheit (10) angeordnet ist und mit den Einlassräumen (3) der zumindest zwei Zylinder-Emulatoren (2) strömungsverbunden oder strömungsverbindbar ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest eine Baueinheit mit zumindest zwei Zylinder-Emulatoren (2) aufweist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest zwei baugleiche Zylinder-Emulatoren (2) aufweist, welche modulartig miteinander verbunden sind.
10. Teststand (20) zur Nachbildung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit zumindest einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zylinder-Emulator (2) einlass- und auslassströmungsmäßig parallel zu zumindest einem Test-Zylinder (21) einer Brennkraftmaschine und/oder zu zumindest einem weiteren Zylinder-Emulator (2) geschaltet ist, wobei die Einlasskanäle (5; 24) des zumindest einen Zylinder-Emulators (2) und des zumindest einen Test-Zylinders (21) und/oder des weiteren Zylinder-Emulators (2) mit einem gemeinsamen Einlassstrang (26) und die Auslasskanäle (8; 25) des zumindest einen Zylinder-Emulators
(2a; 2b) und des zumindest einen Test-Zylinders (21) und/oder des weiteren Zylinder-Emulators (2) mit einem gemeinsamen Auslassstrang (27a, 27b) verbunden sind.
11. Teststand (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus TestZylinder (21) und Zylinder-Emulatoren (2) der Gesamtanzahl der Zylinder der zu untersuchenden Brennkraftmaschine entspricht.
12. Teststand (20) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlassstrang (26), vorzugsweise stromaufwärts eines Ladeluftkühlers (34), ein Verdichter (28), angeordnet ist.
13. Teststand (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslassstrang (27a, 27b) zumindest eine Abgasturbine (29) eines Abgasturboladers (30) angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Welle (30a) des Abgasturboladers (30) mit einer elektrischen Maschine (33) verbunden ist.
14. Verfahren zur Untersuchung des gasdynamischen Verhaltens einer Brennkraftmaschine mit einem Teststand (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdynamik zumindest eines Zylinders der zu untersuchenden Brennkraftmaschine nachgebildet wird, indem der Verlauf des Brennraumdruckes, der Verlauf der Brennraumtemperatur und die dem Brennraum zugeordneten Massenströme der zu untersuchenden Brennkraftmaschine in zumindest einem Arbeitszyklus zumindest eines Betriebspunktes bereitgestellt werden, und dass in zumindest einem Auslassraum (6) zumindest eines ZylinderEmulators (2) Massenströme, Temperaturen und Drücke eingestellt werden, die dem Verlauf des bereitgestellten Brennraumdruckes, der Brennraumtemperatur und die dem Brennraum zugeordneten Massenströme in dem zumindest einen Arbeitszyklus der zu untersuchenden Brennkraftmaschine entsprechen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Luft während eines emulierten Einlasstaktes von einem Einlassstrang (26) durch zumindest ein geöffnetes Einlassventil (4) in einen Einlassraum (3) geleitet wird, wobei im Einlassraum (3) durch eine Massenstromregeleinheit (10) ein Unterdruck erzeugt wird, und wobei die Luft vom Einlassraum (3) über die Massenstromregeleinheit (10) einer Brennkammer (11) zugeführt wird, dass während eines emulierten Verdichtungs- und Arbeitstakes Kraftstoff in die Brennkammer (11) eingebracht und mit der Luft vermischt wird und das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, wobei die Verbrennungsgase über ein erstes Druckhalteelement (15) in einen Auslassraum (6) strömen, und dass während eines emulierten Ausstoßtaktes das Verbrennungsgas durch zumindest ein geöffnetes Auslassventil (7) in einen Auslassstrang (27a, 27b) geleitet wird, wobei vorzugsweise das Auslassventil (7) und ein Druckhalteventil (15a) des ersten Druckhalteelements (15) gegengleich betätigt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass- und Auslasssteuerzeiten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, und dass zumindest ein Einlassventil (4) und zumindest ein Auslassventil (7) des zumindest einen Zylinder-Emulators (2) entsprechend den Einlass- und Auslasssteuerzeiten der zu untersuchenden Brennkraftmaschine gesteuert werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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| DE4133277A1 (de) * | 1991-10-08 | 1993-04-15 | Fev Motorentech Gmbh & Co Kg | Einrichtung zur untersuchung der stroemungsbewegung in zylindrischen bauteilen |
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- 2019-12-13 AT ATA51092/2019A patent/AT523232B1/de active
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