DE10025095A1 - Prüfstand für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für Brennkraftmaschinen (10) mit einer Kurbelwelle und einer Abgasanlage (12), wobei der Prüfstand eine Belastungsmaschine (16) mit einer Gelenkwelle (18) aufweist, wobei die Gelenkwelle (18) kraftschlüssig mit der Kurbelwelle einer jeweils zu prüfenden Brennkraftmaschine (10) am Ort des kurbelwellenseitigen Abtriebs der Brennkraftmaschine (10) verbunden ist. Hierbei ist ein Getriebe (14) zwischen der Brennkraftmaschine (10) und der Belastungsmaschine (16) derart angeordnet und ausgebildet, daß das Getriebe (14) eingangsseitig direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (10) und ausgangsseitig direkt mit der Gelenkwelle (18) der Belastungsmaschine (16) verbunden ist, wobei die Ausgangsseite des Getriebes (14) zusammen mit der Gelenkwelle (18) parallel zu einer gedachten Vorderachse (22) eines der Einbaulage der Brennkraftmaschine (10) entsprechenden Kraftfahrzeuges (20) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelwelle und einer Abgasanlage, wobei der Prüfstand eine Belastungsmaschine mit einer Gelenkwelle aufweist, wobei die Gelenkwelle kraftschlüssig mit der Kurbelwelle einer jeweils zu prüfenden Brennkraftmaschine am Ort des kurbelwellenseitigen Abtriebs der Brennkraftmaschine verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Motorprüfstände bestehen im wesentlichen aus einer Belastungsmaschine mit Drehmoment- und Drehzahlmeßeinrichtung, die über eine Gelenkwelle und Zwischenlager mit der Kurbelwelle des zu prüfenden Motors gekuppelt wird. Diese Technik erfordert, daß der zu prüfende Motor mittels geeigneter Hilfskonstruktionen zu der feststehenden Belastungsmaschine ausgerichtet wird, damit die Gelenkwelle angekuppelt werden kann. Aus der DE 40 19 581 C2 ist ein derartiger Prüfstand für Verbrennungsmotoren zur Geräuschmessung von Kraftfahrzeug- Abgasanlagen bekannt, bei dem die Kurbelwelle des Motors fluchtend mit einer Eingangswelle einer Wirbelstrombremse direkt verbunden ist.

Im Gegensatz dazu haben Getriebeprüfstände, auf denen ein Aggregat, bestehend aus Fahrzeuggetriebe mit Verbrennungskraftmaschine, erprobt werden, für jede Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes eine Belastungsmaschine. Die Abtriebe werden mittels Gelenkwellen mit den Belastungsmaschinen gekuppelt. Auch hier ist eine Hilfskonstruktion notwendig, um das Aggregat in eine geeignete Position zur Verbindung an die Belastungsmaschinen zu bringen. Ein derartiger Prüfstand mit einer elektromotorischen Bremse an einer Gelenkwelle eines Hinterachsgetriebes ist beispielsweise aus dem Artikel "Thermisch-mechanischer Aggregate- und Abgasanlagen-Prüfstand für Betriebsfestigkeitsuntersuchungen" von Hans-Georg Holzheimer und Heinz Jörg Kolitsch in ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 87 (1985) 5 bekannt.

Heutige Fahrzeugmotoren mit Verbrennungskraftmaschine sind vorwiegend in Längs- oder Quereinbau in die Fahrzeuge eingebaut. Längseinbau bedeutet, daß die Kurbelwelle etwa in Fahrtrichtung ausgerichtet ist, während bei Quereinbau die Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung steht. Für einen herkömmlichen Motorprüfstand bedeutet dies, daß die Abgasanlage eines längs eingebauten Motors in Richtung der Belastungsmaschine zeigt. Die Abgasanlage eines quer eingebauten Motors steht etwa in einem rechten Winkel zur Belastungsmaschine, weil der Motor um 90° gedreht wird, um die Kurbelwelle mit der Belastungsmaschine zu kuppeln. Bei einem Getriebeprüfstand ist die Lage der Abgasanlage unabhängig von der Bauform des Motors, weil die Abtriebswellen des Getriebes die Einbaulage bestimmen.

Um eine Brennkraftmaschine mit allen notwendigen Ver- und Entsorgungsanschlüssen zu versehen, sowie eine fahrzeuggemäße Aufhängung zu realisieren, sind bei Getriebeprüfständen und Motorprüfständen mit Quer- und Längseinbau unterschiedliche Aufbauten und Anordnungen aller Komponenten notwendig. Dies erfordert eine Vielzahl von variablen Hilfskonstruktionen und bedingt Umbaumaßnahmen, wenn die gleiche Brennkraftmaschine zuerst auf einem Motorprüfstand (Einfahrprüfstand) und dann auf einem Getriebeprüfstand eingesetzt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welcher eine einheitliche Konstruktion für die Aufhängung der Brennkraftmaschinen im Prüfstand sowie eine einheitliche Adaptierung aller Ver- und Entsorgungsanschlüsse an den Prüfständen erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Prüfstand der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Getriebe zwischen der Brennkraftmaschine und der Belastungsmaschine derart angeordnet und ausgebildet ist, daß das Getriebe eingangsseitig direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und ausgangsseitig direkt mit der Gelenkwelle der Belastungsmaschine verbunden ist, wobei die Ausgangsseite des Getriebes zusammen mit der Gelenkwelle parallel zu einer gedachten Vorderachse eines der Einbaulage der Brennkraftmaschine entsprechenden Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist.

Dies hat den Vorteil, daß die Notwendigkeit der Ausrichtung der Brennkraftmaschine derart, daß die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und die Gelenkwelle der Belastungsmaschine miteinander fluchten, entfällt. Für einen Prüfstand ergibt sich bei der wahlweisen Montage von Längs- bzw. Quermotoren ein reduzierter Umrüstaufwand unter Beibehaltung der räumlichen Anordnung aller Komponenten des Prüfstandes. Mit anderen Worten ist die räumliche Anordnung von der Abgasanlage bzgl. der Belastungsmaschine sowohl für Quer- als Auch für Längsmotoren identisch.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind am Prüfstand für die jeweils montierte Brennkraftmaschine Befestigungseinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, daß diese einen Einbau der Brennkraftmaschine und der Abgasanlage in ein Kraftfahrzeug bzgl. Ort und Lage simulieren.

Beispielsweise ist die Brennkraftmaschine ein Längsmotor und weist das Getriebe eine Kegelradstufe mit 90°-Umlenkung der Abtriebsachse sowie eine Stirnradstufe auf. Alternativ ist die Brennkraftmaschine ein Quermotor und weist das Getriebe eine Stirnradstufe auf.

Zweckmäßigerweise ist das Getriebe ein Umlenkgetriebe mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 1 oder nahe 1.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstandes und

Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstandes.

Die in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellten bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Prüfstandes für eine Brennkraftmaschine 10 mit Abgasanlage 12 umfassen jeweils ein Umlenkgetriebe 14 sowie eine Belastungsmaschine 16 mit einer Gelenkwelle 18, die mit dem Umlenkgetriebe verbunden ist. Mit gestrichelten Linien ist ein gedachtes Kraftfahrzeug 20 dargestellt, welches der momentan am Prüfstand simulierten Einbaulage der Brennkraftmaschine 10 entspricht.

Erfindungsgemäß ist eine einheitliche Konstruktion für die Aufhängung der Brennkraftmaschinen sowie eine einheitliche Adaptierung aller Ver- und Entsorgungsanschlüsse an den Prüfständen mit einer Orientierung am front- oder allradgetriebenen Fahrzeug 20 mit Frontmotor vorgesehen. Ausgangspunkt des Bezugssystems für das Fahrzeug 20 und für den Prüfstand ist die Mitte einer Vorderachse 22. Alle Prüfstände werden so aufgebaut, daß die Belastungsmaschinen 16 und entsprechende, nicht dargestellte Palettensysteme in diesem Bezugssystem angeordnet sind.

Stellt man sich die Systeme Fahrzeug 20 und Motorprüfstand ineinander eingefügt vor, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, so befindet sich die Belastungsmaschine 16 in Richtung der Vorderachse 22 links neben dem Fahrzeug 20. Die Paletten zur Aufnahme von Aggregaten der Brennkraftmaschine 10 sind grundsätzlich so gestaltet, daß sie alle möglichen Befestigungspunkte im Motorraum eines Fahrzeugs 20 simulieren können. Auch hier ist der Ausgangspunkt die Mitte der Vorderachse 22. Da die Einbauräume in verschiedenen Fahrzeugen 20 ähnlich sind, können die Einbausituationen unter Verwendung von serienmäßigen Komponenten realisiert werden.

Die Lage der Abgasanlage 12 variiert bei diesem Bezugssystem in der Höhe nur wenig, die Richtung ist grundsätzlich gleich, weil alle Abgasanlagen im Fahrzeug 20 nach hinten geführt sind.

Erfindungsgemäß ist ein Prüfgetriebe 14 vorgesehen, welches im Prüfstand eingesetzt wird, um die Lage der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 10 an den Ort zu bringen, wo die Abtriebswellen beim Fahrzeuggetriebe angeordnet wären. Im wesentlichen handelt es sich dabei um ein Getriebe 14, welches hinsichtlich der Lage von Eingangs- und Ausgangswellen mit einem Fahrzeuggetriebe identisch ist. Das Prüfgetriebe 14 für Längsmotore (Fig. 1) hat eine Kegelradstufe zur 90°-Umlenkung der Abtriebsachse. Das Prüfgetriebe 14 für Längsmotore (Fig. 2) und das Prüfgetriebe 14 für Quermotore (Fig. 1) haben jeweils eine Stirnradstufe.

Eine Drehzahl- und Drehmomentmessung wird direkt am Anschlußflansch zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 vorgenommen. Damit werden die bei bisherigen Prüfstandskonzepten auftretenden Meßfehler aufgrund von Reibung und Massenträgheiten der zwischen Kurbelwelle und Drehmomentmeßort liegenden Prüfstandskomponenten (Zwischenlager, Wellen, Kupplungen) vermieden. Dadurch, daß Drehzahl und Drehmoment an der gleichen Stelle gemessen werden, haben dynamische Messungen eine höhere Aussagekraft als bei Systemen mit räumlich abweichendem Meßort für diese beiden Meßgrößen. Es werden beispielsweise handelsübliche Drehmoment- und Drehzahlmeßflansche mit berührungsloser Übertragung der Meßsignale eingesetzt.

Um den Temperatureinfluß auf das Meßsignal zu minimieren, wird eine gleichbleibende Temperierung des Meßflansches in einem Bereich unter 60°C gewährleistet. Eine nach außen offene Luftkühlung ist ggf. nicht möglich, wenn das Prüfgetriebe 14 auch bei akustischen Versuchen eingesetzt werden soll. Die Einstrahlung von Wärme von der Motorseite und aus dem Getriebe 14 wird durch Abschirmflächen und Isolation minimiert. Die Wärme, die über die Wellen von der Kurbelwelle und vom Getriebe 14 eingeleitet wird, wird an die Luft in der Meßflanschkammer abgegeben. Für eine gute Wärmeübertragung sind die Wellenflansche mit Kühlrippen ausgeführt. Die Luft kühlt sich an den ebenfalls mit Kühlrippen ausgeführten Innenflächen des Gehäuses ab. Der Befestigungsflansch für den Meßflansch ist getriebeseitig als Lüfter ausgeführt, damit die Luft innerhalb der Meßflanschkammer des Getriebegehäuses zirkuliert. Durch Luftleitflächen wird eine Zirkulation erzielt, die die Kühlrippen der Wellenflansche und anschließend die Kühlrippen am Gehäuse durchströmt.

Des Getriebe 14 dient ausschließlich dazu, die geometrische Lage des Anschlußflansches für die Gelenkwelle 18 anzupassen. Es soll so wenig wie möglich Einfluß auf das Verhalten des Prüflings 10 und das Gesamtsystem, bestehend aus Brennkraftmaschine 10 und Belastungsmaschine 16, nehmen.

Für längs eingebaute Brennkraftmaschinen 10 (Fig. 1) ist das Getriebe 14 mit einer 90°- Umlenkung über ein Kegelradpaar ausgeführt. Die nachgeschaltete Stirnradstufe dient der Verlagerung der Abtriebswelle auf die Mitte des Bezugssystems. Für quer eingebaute Brennkraftmaschinen (Fig. 2) ist nur eine Stirnradstufe erforderlich. Das Gesamtübersetzungsverhältnis liegt nahe bei 1. Aus schwingungstechnischen Gründen wird das Gesamtübersetzungsverhältnis ggf. nicht exakt 1 gewählt. In einer abgewandelten Ausführung kann auch ein abweichendes Übersetzungsverhältnis realisiert werden, um Anpassungen an die Betriebskennlinie (Drehzahlen, Drehmomente) der Belastungsmaschine vorzunehmen.

Das Getriebe 14 ist mit einer Öleinspritzschmierung ausgeführt. Außerhalb des Getriebes ist ein Öltank mit Öl/Wasser-Wärmetauscher angeordnet. Der Ölkreislauf wird mit einer externen Pumpe gefördert.

Ein Gehäuse umschließt das Getriebe und den Meßflansch. Das Gehäuse hat außen die Befestigungsflächen für eine Getriebeabstützung. An einer der Brennkraftmaschine 10 zugewandten Seite des Gehäuses befindet sich eine Flanschfläche zur Montage eines Adapters. Das Gehäuse ist mit einer Wasserkühlung ausgeführt. Damit werden die Voraussetzungen für einen geringen Temperaturgang der Drehmomentmessung sowie die Einhaltung der optimalen Zahneingriffsverhältnisse im Getriebe geschaffen. Um das Prüfgetriebe 14 an verschiedene Brennkraftmaschinen 10 montieren zu können, wird zwischen Prüfgetriebe 14 und Brennkraftmaschinen 10 ein flanschförmiger Adapter montiert. Dieser wird an die jeweiligen Befestigungsflächen und Befestigungsbohrungen verschiedener Brennkraftmaschinen 10 angepaßt.

Claims (5)

1. Prüfstand für Brennkraftmaschinen (10) mit einer Kurbelwelle und einer Abgasanlage (12), wobei der Prüfstand eine Belastungsmaschine (16) mit einer Gelenkwelle (18) aufweist, wobei die Gelenkwelle (18) kraftschlüssig mit der Kurbelwelle einer jeweils zu prüfenden Brennkraftmaschine (10) am Ort des kurbelwellenseitigen Abtriebs der Brennkraftmaschine (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe (14) zwischen der Brennkraftmaschine (10) und der Belastungsmaschine (16) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß das Getriebe (14) eingangsseitig direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (10) und ausgangsseitig direkt mit der Gelenkwelle (18) der Belastungsmaschine (16) verbunden ist, wobei die Ausgangsseite des Getriebes (14) zusammen mit der Gelenkwelle (18) parallel zu einer gedachten Vorderachse (22) eines der Einbaulage der Brennkraftmaschine (10) entsprechenden Kraftfahrzeuges (20) ausgerichtet ist.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Prüfstand für die jeweils montierte Brennkraftmaschine (10) Befestigungseinrichtungen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese einen Einbau der Brennkraftmaschine (10) und der Abgasanlage (12) in ein Kraftfahrzeug (20) bzgl. Ort und Lage simulieren.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (20) ein Längsmotor ist und das Getriebe (14) eine Kegelradstufe mit 90°-Umlenkung der Abtriebsachse sowie eine Stirnradstufe aufweist.

4. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (10) ein Quermotor ist und das Getriebe (14) eine Stirnradstufe aufweist.

5. Prüfstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (14) ein Umlenkgetriebe mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 1 oder nahe 1 ist.