Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmessstand
zu schaffen, der die Abbildung tatsächlicher Druckverhältnisse
erlaubt.
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erzielt
werden kann, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckschwankungen vorgesehen
wird.
Die
Aufgabe wird gemäß einem
ersten Aspekt gelöst
durch eine Verbindungsvorrichtung für Ansaug- und/oder Abgaskanäle für eine Brennkraftmaschine
in einer Fließbank,
wobei die Verbindungsvorrichtung mindestens einen Durchgangskanal
aufweist. Die Verbindungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus,
dass in dem Durchgangskanal mindestens ein Absperrorgan zum zeitweiligen,
zumindest teilweisen Absperren des Luftstroms durch den mindestens
einen Durchgangskanal angeordnet ist.
Die
Verbindungsvorrichtung kann erfindungsgemäß zur Verbindung zwischen den
Saugkanälen
und den Abgaskanälen
der Brennkraftmaschine verwendet werden und somit für die Strömungsuntersuchung
den Motor, insbesondere den Zylinderkopf, ersetzen. Es ist erfindungsgemäß möglich, die tatsächlich in
einem Kraftfahrzeug einzubauenden Anlagen mit der Verbindungsvorrichtung
zu verbinden. Allerdings liegt es auch im Rahmen der Erfindung,
Versuchsteile zu verwenden, die die Geometrie der Saug- und/oder
Abgasanlage aufweisen, um deren Strömungsverhalten zu prüfen. Die
Anzahl der Durchgangskanäle
kann entsprechend der Zylinderzahl des Motors, für den die Abgas- oder Sauganlage eingesetzt
werden soll, gewählt
werden. Bei einem Vier-Zylinder-Motor wird die Anzahl der Durchgangskanäle dem entsprechend
auf vier festgelegt. Der Querschnitt des Durchgangskanals kann beispielsweise
rund oder oval sein.
Durch
das Vorsehen eines Durchgangskanals, bei dem der Luftstrom zumindest
zeitweise durch ein Absperrorgan unterbrochen werden kann, können Druckschwankungen
in den zu untersuchenden Saug- und/oder Abgaskanälen erzeugt werden. Da diese
Druckschwankungen bei dem Motorbetrieb durch die Ventilbewegung
vorliegen, kann mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
der Betriebszustand realistisch simuliert werden und die Geometrie
der Abgas- und/oder Sauganlagen auch bezüglich dieser Bedingungen optimal
ausgelegt werden.
Gemäß einer
Ausführungsform
ist das mindestens eine Absperrorgan drehbar gelagert und erzeugt
eine zyklische Druckschwankung. Die Verbindungsvorrichtung kann
somit als Pulsator bezeichnet werden, bei dem der Luftstrom pulsierend
durch den Durchgangskanal geleitet wird.
Durch
diese Ausgestaltung kann die Ventilbewegung auch bezüglich der
zeitlichen Abfolge in der Fließbank
realistisch nachgestellt werden. Durch die drehbare Lagerung des
Absperrorgans kann dieses auf einfache Weise betätigt werden, um die zyklische
Druckschwankung zu erzeugen. Es ist aber auch möglich, das Absperrorgan schwenkbar,
beispielsweise als Klappe oder lateral verschiebbar, auszugestalten.
Vorzugsweise stellt das mindestens eine Absperrorgan einen Walzenschieber
oder einen Drehschieber dar.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Verbindungsvorrichtung mit einem Elektromotor verbunden
ist, der zumindest das eine Absperrorgan antreibt. Diese Art des
Antriebs ist besonders bei der Verwendung von Rotationsteilen als
Absperrorganen von Vorteil, da hierbei auf einfache Weise die Rotationsbewegung
des Elektromotors auf das oder die Absperrorgane übertragen
werden kann.
An
zumindest einem Ausgang des mindestens einen Durchgangskanals ist
vorzugsweise ein Befestigungselement für einen Ansaug- oder einen Abgaskanal
vorgesehen und im Bereich jedes der Befestigungselemente ist eine
Druck-Messvorrichtung vorgesehen. Auf diese Weise kann an den für die Strömungsuntersuchung
wichtigen Stellen der Druck gemessen werden. Da die Druckmessvorrichtungen
an den Befestigungselementen vorgesehen sind, die mit der Verbindungsvorrichtung
verbunden sind, kann ein aufwändiges
Anbringen oder Einbringen der Messvorrichtungen in die zu untersuchenden Kanäle vermieden
werden.
Vorzugsweise
sind in der Verbindungsvorrichtung mindestens zwei Absperrorgane
vorgesehen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils mindestens
einen Durchgangskanal zumindest teilweise absperren. Diese zeitlich
versetzt wirkenden Absperrorgane können in einem einzigen oder
aber in unterschiedlichen Durchgangskanälen vorgesehen sein. Auf diese
Weise können
unterschiedliche Zündfolgen
mit der Verbindungsvorrichtung simuliert werden.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe durch eine Fließbank
zur Strömungsuntersuchung
in Ansaug- und Abgasanlagen für
eine Brennkraftmaschine gelöst,
wobei die Fließbank
eine Verbindungsvorrichtung umfasst, die mindestens einen Durchgangskanal
aufweist und in dem Durchgangskanal mindestens ein-Absperrorgan
zum zeitweiligen, zumindest teilweise Absperren des Luftstroms durch
den mindestens einen Durchgangskanal besitzt.
Diese
Fließbank
kann somit als Kaltfließprüfstand dienen,
d.h. erfordert keinen befeuerten Motor und kann dennoch die Strömungsbedingungen
während
des Motorbetriebs realistisch nachbilden. Da bei der erfindungsgemäßen Fließbank die
Temperatur im wesentlichen bei Raumtemperatur liegt, können für Versuchsteile,
die beispielsweise die Abgaskanäle bilden
können,
Materialien verwendet werden, die einfach zu bearbeiten und zudem
kostengünstig
sind. So kann beispielsweise Aluminium für die Versuchsteile verwendet
werden. Dadurch können Änderungen
an der Geometrie der Kanäle
auf einfache und kostengünstige
Weise schnell durchgeführt
werden. So wird die Optimierung der Auslegung der Saug- und/oder
Abgasanlage vereinfacht, beschleunigt und kostengünstiger.
Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die Fließbank
einen in Strömungsrichtung
vor der Verbindungsvorrichtung angeordneten Verteiler, der so ausgelegt
ist, dass an zumindest zwei der Durchgangskanäle der Verbindungsvorrichtung
unterschiedliche Drücke
angelegt werden können.
Durch diesen Aufbau können
unterschiedliche Betriebsbedingungen, die auch im Motorbetrieb auftreten
können,
untersucht werden. Diese Ausführungsform
der Fließbank
kann insbesondere zur Auslegung des Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine
dienen.
Schließlich wird
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum
Simulieren des Luftstroms in mindestens einem der Kanäle einer
Ansaug- oder Abgasanlage für
eine Brennkraftmaschine auf einer Fließbank, wobei die Luftströmung zwischen
der Ansaug- und Abgasanlage periodischen Unterbrechungen unterworfen
wird. Mit diesem Verfahren wird eine Auslegung, insbesondere geometrische
Auslegung, von Kanälen
einer Abgas- oder Sauganlage für
eine Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung von Betriebsbedingungen
ermöglicht.
So können
beispielsweise der Durchmesser, die Krümmung einzelner Kanäle und deren
Länge mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zuverlässig
festgelegt werden.
Vorteile
und Merkmale die bezüglich
der Verbindungsvorrichtung beschrieben werden, gelten, soweit anwendbar,
entsprechend für
die Fließbank
und das Verfahren und jeweils umgekehrt.
Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Figuren genauer beschrieben.
1 zeigt
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Fließbank mit
der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung;
2 zeigt
einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
in einer ersten Stellung;
3 zeigt
einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
in einer zweiten Stellung; und
4 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung von Absperrorganen für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.
Der
Aufbau von Fließbänken ist
hinreichend bekannt, so dass in 1 nur die
für das
Verständnis der
Erfindung wesentlichen Bestandteile schematisch gezeigt sind. In
der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Fließbank 1 eine
Verbindungsvorrichtung 2. Diese ist mit einem Elektromotor 3 verbunden, über den
sie angetrieben wird.
An
der Einlassseite der Verbindungsvorrichtung 2 ist diese
in der dargestellten Ausführungsform mit
vier Zuführungskanälen 41, 42, 43, 44 verbunden, die
von einem Verteiler 5 mit Luft versorgt werden. Der Verteiler 5 ist
mit einem Luftversorgungskanal 6 verbunden, der wiederum
mit einer Luftzuführungsvorrichtung 7,
beispielsweise in Form einer Pumpe, verbunden ist.
An
der Auslassseite der Verbindungsvorrichtung 2 sind vier
Auslässe
vorgesehen, die jeweils mit einem Ende der Kanäle 81, 82, 83, 84 des
Abgaskrümmers 8 verbunden
sind. Die Kanäle
des Abgaskrümmers 81, 82, 83, 84 laufen
an dem gegenüberliegenden
Ende zu einer Abgasleitung 9 zusammen.
An
der Verbindungsvorrichtung 2 sind an den Einlässen und
Auslässen,
die jeweils zu den Zuführungskanälen 41, 42, 43, 44 und
den Abgaskrümmerkanälen 81, 82, 83, 84 führen, Befestigungselemente 21 vorgesehen.
Diese dienen zum einen der Befestigung der Kanäle 41, 42, 43, 44, 81, 82, 83, 84 an
der Verbindungsvorrichtung 2 und andererseits sind an diesen
Befestigungselementen 21 Messvorrichtungen zum Erfassen
des Drucks vorgesehen. Selbstverständlich können Messvorrichtungen zum
Erfassen des Drucks auch an anderen Stellen vorgesehen werden.
An
den Druckmessstellen in den Befestigungselementen für die Zuführungskanäle 41, 42, 43, 44 kann
das Vorliegen eines von der Luftzuführungsvorrichtung 7 und
den Verteiler 5 eingestellten Drucks überprüft werden. Dieser kann in den
Zuführungskanälen 41, 42, 43, 44 gleich
oder unterschiedlich sein. An den Druckmessstellen in den Befestigungselementen,
an denen die Abgaskrümmerkanäle 81, 82, 83, 84 montiert
sind, kann der dort anliegende Druck dann als Ergebnis ermittelt
werden.
In 2 ist
ein Querschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung 2 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dem Durchgangskanal 22 der
Verbindungsvorrichtung 2 ist ein Absperrorgan 23 vorgesehen.
In der dargestellten Ausführungsform
weist das Absperrorgan 23 eine zylindrische Form auf, wobei über den
Durchmesser des Absperrorgans 23 ein Kanal 231 vorgesehen
ist. Das Absperrorgan 23 kann in der Verbindungsvorrichtung 2 gedreht
werden, wobei die in den 2 und 3 gezeigten
Positionen eingenommen werden können.
In der in 2 gezeigten Position des Absperrorgans 23 ist
der Durchgangskanal 24 der Verbindungsvorrichtung 2 mit
dem Kanal 231 des Absperrorgans 23 ausgerichtet,
so dass ein ungestörter
Luftstrom durch die Verbindungsvorrichtung 2 strömen kann.
Wird das Absperrorgan 23 gedreht, so kann es beispielsweise
die in 3 gezeigte Position einnehmen, wodurch der Durchgangskanal 24 der
Verbindungsvorrichtung 2 blockiert wird und der Luftstrom
dadurch behindert wird.
Diese
Drehung des Absperrorgans 23 kann beispielsweise über den
in 1 gezeigten Elektromotor 3 erfolgen.
Insbesondere kann dieser das Absperrorgan 23 so antreiben,
dass dieses rotiert und somit periodisch den Luftstrom durch die
Verbindungsvorrichtung 2 unterbricht. Hierdurch werden
in den Kanälen 41, 42, 43, 44, 81, 82, 83, 84 Druckschwankungen
erzeugt, die über
die dort angeordneten Druckmessvorrichtungen 21 erfasst
werden können.
In 4 ist
eine mögliche
Ausgestaltung der Absperrorgane 23 gezeigt; die für eine Verbindungsvorrichtung 2 mit
vier Durchgangskanälen 24 verwendet
werden kann. Hierbei können
die in den 2 und 3 gezeigten
Absperrorgane 23, die als Scheiben ausgestaltet sind, miteinander
starr verbunden sein. Die Kanäle 231 in
den Absperrorganen 23 sind hierbei zueinander versetzt.
So kann ein dem Motorbetrieb entsprechendes Druckverhalten eingestellt
werden, wenn die miteinander verbundenen. Absperrorgane 23 beispielsweise über den
Elektromotor 3 angetrieben werden. Es ist aber auch möglich, die
Absperrorgane 23 für
einzelne Durchgangskanäle 24 der
Verbindungsvorrichtung 2 getrennt voneinander auszugestalten
und anzutreiben. Hierdurch wird die Verbindungsvorrichtung 2 noch
flexibler einsetzbar.
Die
in 1 dargestellte Ausführungsform kann beispielsweise
einen 4 Zylinder-Motor mit einer 180° Zündfolge bzw. Zündabstand
am Kaltfließprüfstand simulieren.
Je nach der Drehzahl des Motors stellen sich unterschiedliche Luftmassendurchsätze oder
Druckdifferenzen ein. Mit der erfindungsgemäßen Fließbank 1 kann
jede gewünschte
Drehzahl, insbesondere über
die Luftzuführungsvorrichtung 7 und
den Verteiler 5, eingestellt werden und es ist auch möglich, Profile
zu durchfahren, wodurch das Untersuchungsergebnis noch aussagekräftiger wird. Es
können
mit der erfindungsgemäßen Fließbank aber
auch andere Motoren mit einer anderen Zylinderzahl simuliert werden.
Jeder Zuführungskanal 41, 42, 43, 44 zu
der Verbindungsvorrich tung 2 lässt sich beispielsweise zur
Auslegung des Abgaskrümmers 8 separat
hinsichtlich Druckdifferenz oder Druckverhältnis einstellen.
Mit
der Verbindungsvorrichtung 2 kann entsprechend einem befeuerten
Betrieb einer Brennkraftmaschine die Ventilbewegung abgebildet werden.
Durch diese Ventilbewegung wird in der Ansaug- und Abgasanlage der
Brennkraftmaschine im Betrieb eine Druckschwankung hervorgerufen.
Der Druck ändert
sich hierbei über
die Zeit, so dass kein konstanter Durchsatz von Luft stattfindet.
Mit der Verbindungsvorrichtung, in der die Absperrorgane vorzugsweise
Drehbewegungen ausführen,
können
diese Druckschwankungen zyklisch wiederholt werden.
Mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau
lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen, die in der Motor-Vorentwicklung
besonders vorteilhaft genutzt werden können. Insbesondere können durch
diesen Aufbau viel Zeit und Kosten gespart werden: Die Rüstzeit zum
Aufbau der Fließbank
ist erheblich verkürzt.
Zudem kann kostengünstiges
Material verwendet werden, da die Messungen zur Auslegung bei Raumtemperatur
stattfinden können.
Weiterhin können
die einzelnen Komponenten, die mit der Fließbank untersucht und ausgelegt
werden können,
insbesondere die Abgas- und die Ansaugkanäle, durch geeignete Materialwahl
einfach gefertigt werden. Beispielsweise können diese Teile für die Fließbank aus Aluminium
hergestellt werden, das zum einen kostengünstig ist und sich leicht bearbeiten
lässt.
Ein aufwändiger
Fertigungsvorgang, der mit Elementen aus Stahl durchzuführen wäre, kann
somit in der Versuchsphase vermieden werden und auf die Fertigung der
tatsächlich
einzubauenden Teile verschoben werden. Da die Verwendung eines tatsächlichen
Verbrennungsmotors entfallen kann, kann der Versuchsstand aufgebaut
werden, ohne dass eine Ableitung von Abgasen nötig wäre. Es ist somit. möglich Änderungen,
die zur Verbesserung des Betriebs der Brennkraftmaschine führen können, schnell
und günstig
in der erfindungsgemäßen Fließbank zu
realisieren und dort zu testen.
Weiterhin
kann die Bewertung der Güte
einzelner Geometrien detailliert erfolgen und die Verwendung von
kostengünstiger
und vervielfältigbarer Messtechnik
wird ermöglicht.
Zudem sind gleiche Prüfstandbedingungen über einen
längeren
Zeitraum stabil einstellbar. So kann beispielsweise eine sehr stabile
zyklische Druckschwankung für
sehr gute (bis zu 100%) Vergleichbarkeit und Verifizierung von Messergebnissen
ermöglicht
werden.