DE102008036042A1 - Pulse generation unit for generating pulsed gasflow from unpulsed gasflow, has armature for rotatory opening and closing of gas channel between gas inlet and gas outlet - Google Patents
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- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Pulserzeugungseinheit zum Erzeugen eines gepulsten Gasstroms aus einem im Wesentlichen ungepulsten-Gasstrom und einen damit ausgerüsteten Prüfstand.The The invention relates to a pulse generating unit for generating a pulsed gas stream from a substantially unpulsed gas stream and a so equipped Test bench.
Zur Vermessung von Abgasturboladern ist ein Prüfstand (”Laderprüfstand”) bekannt, bei dem die Vermessung stationär erfolgt, indem eine Beaufschlagung durch einen konstanten Abgasmassenstrom erfolgt, der von einer stationär betriebenen Brennkammer erzeugt wird, welcher einem stationären Verdichter nachgeschaltet ist. Als Ergebnis werden stationär vermessene Kennfelder relevanter Parameterwerte generiert.to Measurement of exhaust gas turbochargers is a test bench ("loader test bench") known in which the survey stationary takes place by an application by a constant exhaust gas mass flow done by a stationary operated combustion chamber is generated, which a stationary compressor is downstream. As a result, stationary measured maps become more relevant Parameter values generated.
Dynamische Effekte, wie sie in der Realität im Motorbetrieb auftreten und die eine große Auswirkung insbesondere auf das Ansprechverhalten des Abgasturboladers besitzen, werden messtechnisch nicht erfasst und können bei einer Erstauslegung bisher nur mittels Korrekturfaktoren zu den stationär vermessenen Kennfelder berücksichtigt werden, die auf Erfahrungswerten beruhen. Auch für eine Auslegung der Abgasturbolader in der frühen Entwicklungsphase werden die Korrekturfaktoren verwendet. Die Auswirkung einer realistischen Abgasdynamik kann erst am Motorprüfstand bewertet werden. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden und erst in einer späteren Entwicklungsphase möglich. Auch eine Wechselwirkung der Kette: Krümmer/Flansch/Turbine (oder Twinscroll-Turbine) sowie die Auswirkung von Leckagen in dieser Kette können ebenfalls erst am Motorprüfstand bewertet werden.dynamic Effects, as in reality Engine operation occur and the one big impact in particular have on the response of the exhaust gas turbocharger, are metrologically not recorded and can at an initial design previously only by means of correction factors to the stationary measured Maps considered be based on experience. Also for a design of the turbocharger in the early Development phase, the correction factors are used. The effect A realistic exhaust gas dynamics can only be assessed on the engine test bench become. This is associated with considerable effort and only in one later Development phase possible. Also an interaction of the chain: manifold / flange / turbine (or Twinscroll turbine) as well as the impact of leaks in this Chain can also only on the engine test bench be rated.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Prüfung von Fahrzeugkomponenten unter Berücksichtigung einer realitätsnahen Abgasdynamik bereitzustellen, welche vergleichsweise wenig aufwändig ist und auch in einem frühen Entwicklungsstadium angewandt werden kann.It The object of the present invention is a possibility for testing of vehicle components taking into account a realistic To provide exhaust dynamics, which is relatively inexpensive and also in an early one Development stage can be applied.
Diese Aufgabe wird mittels einer Pulserzeugungseinheit, eines Prüfstands und eines Verfahrens zum Betreiben eines Prüfstands nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.These Task is by means of a pulse generating unit, a test bench and a method for operating a test bench according to the respective independent claim solved. Preferred embodiments are in particular the dependent ones claims removable.
Die Pulserzeugungseinheit dient zum Erzeugen eines gepulsten Gasstroms aus einem im Wesentlichen ungepulsten Gasstrom. Dazu weist die Pulserzeugungseinheit mindestens eine Armatur zum abwechselnden Öffnen und Verschließen mindestens eines Kanals zwischen mindestens einem Gaseinlass zum Einlassen des ungepulsten Gasstroms und mindestens einem Gasauslass zum Auslassen des gepulsten Gasstroms auf. Durch das abwechselnde Öffnen und Verschließen wird am Gasauslass abwechselnd der Gasvolumenstrom/Gasdruck hochgehalten und abgesenkt, wodurch sich der pulsartige Gasstrom ergibt. Durch die Eigenschaften der Armatur, z. B. der Geschwindigkeit des Wechsels zwischen einen geöffneten und einem sperrenden Zustand, dem Strömungsquerschnitt, der Art der Armatur usw., wird die Form der Pulse wesentlich mitbestimmt. Dadurch ist es möglich, bereits in frühen Entwicklungsphasen reale Anströmbedingungen eines Laders auf kostengünstige Art zu simulieren.The Pulse generating unit is used to generate a pulsed gas flow from a substantially unpulsed gas stream. For this purpose, the pulse generating unit at least one fitting for alternately opening and closing at least a channel between at least one inlet gas inlet the unpulsed gas stream and at least one gas outlet for discharging of the pulsed gas flow. By the alternating opening and close the gas volume flow / gas pressure is held up alternately at the gas outlet and lowered, resulting in the pulse-like gas flow. By the characteristics of the valve, z. B. the speed of change between an open one and a blocking state, the flow area, the type of Fitting, etc., the shape of the pulses is significantly influenced. Thereby Is it possible, already in early Development phases real onflow conditions a loader on inexpensive Kind of simulating.
Grundsätzlich ist die Pulserzeugungseinheit nicht auf eine bestimmte Zahl oder Art von Armaturen beschränkt. So kann mindestens eine Armatur als Ventil, Schieber, Drehschieber (Hahn) und/oder Klappe vorliegen. Es wird zu schnellen und robusten Schaltung jedoch eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, bei der die Armatur einen Drehschieber umfasst.Basically the pulse generating unit is not limited to a specific number or type limited by fittings. Thus, at least one valve as valve, slide, rotary valve (Cock) and / or flap present. It becomes too fast and robust circuit However, a pulse generating unit preferred in which the fitting includes a rotary valve.
Der Abschlusskörper des Drehschiebers ist vorzugsweise frei drehbar, d. h., dass er kontinuierlich umlaufend (ohne Anschlag) drehbar ist und somit zum Öffnen und Schließen nicht in entgegengesetzte Richtungen gedreht zu werden braucht. Dadurch kann ein sehr schnelles abwechselndes Öffnen und Schließen durch eine schnelle Drehbewegung des Abschlusskör pers erreicht werden, was für eine Nachbildung eines Abgasflusses aus einem Verbrennungsmotor vorteilhaft ist.Of the closing component the rotary valve is preferably freely rotatable, d. he, that he is continuously rotating (without stop) is rotatable and thus open and Shut down does not need to be turned in opposite directions. This allows a very fast alternate opening and closing a fast rotational movement of the Abschlusskör pers be achieved, what for a replica an exhaust flow from an internal combustion engine is advantageous.
Es wird insbesondere zur Erzeugung mindestens zweier getrennter gepulster Gasströme eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, die mindestens zwei fluidisch getrennte Gaskanäle aufweist. Jeder Gaskanal weist mindestens einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf. Jeder der Gaskanäle weist eine entsprechende Armatur zu seinem abwechselnden Öffnen und Verschließen auf. Mittels mindestens zweier gepulster Gasströme lässt sich die Abgaszuströmung zu einem Lader noch realistischer nachbilden als mit nur einem gepulsten Gasstrom, da jeder Gasstrom mindestens einem Gasstrom eines Zylinders oder einer Flut aus einem oder mehreren Zylindern zugeordnet werden kann. Grundsätzlich kann jede Armatur individuell angesteuert werden.It is used in particular for generating at least two separate pulsers gas flows a pulse generating unit preferably, the at least two fluidically separate gas channels having. Each gas channel has at least one gas inlet and one Gas outlet on. Each of the gas channels has a corresponding fitting for its alternating opening and close on. By means of at least two pulsed gas streams, the exhaust gas inflow can be imitate a loader more realistically than with just one pulsed one Gas stream, since each gas stream at least one gas stream of a cylinder or a flood of one or more cylinders can. in principle Each valve can be controlled individually.
Zur Erzeugung komplementär gepulster Gasströme wird insbesondere eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, bei der die jeweiligen Gaskanäle zueinander zeitversetzt öffenbar und verschließbar sind, insbesondere abwechselnd.to Generation complementary pulsed gas streams In particular, a pulse generating unit is preferred in which the respective gas channels to each other time-delayed openable and are lockable, in particular alternately.
Dann wird zur Erlangung eines einfachen Aufbaus eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, bei der die mindestens zwei Gaskanäle mittels eines gemeinsamen Drehschiebers öffenbar und verschließbar sind. Die Öffnungs- und Schließzyklen sind dann phasenstarr zueinander. Alternativ können die Abschlusskörper der Armaturen durch mindestens ein Kraftübertragungselement gemeinsam antreibbar sein, z. B. mittels einer gemeinsamen Welle, welche z. B. an verschiedene Kugelhähne angelenkt ist.Then, to obtain a simple structure, a pulse generating unit is preferable in which the at least two gas passages can be opened and closed by means of a common rotary valve. The opening and closing cycles are then phase-locked to each other. Alternatively, the closing body of the valves by at least one power transmission element can be driven together, z. B. by means of a common shaft, which z. B. is articulated to different ball valves.
Es wird für einen besonders einfachen Aufbau eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, bei welcher der gemeinsame Drehschieber einen Abschlusskörper, mit bezüglich seiner Drehachse winkelversetzten Durchgangsbohrungen aufweist. Bei zwei fluidisch getrennten Gaskanälen wird ein Abschlusskörper bevorzugt, bei der die Durchgangsbohrungen senkrecht zueinander stehen bzw. um 90° winkelversetzt sind. Bei drei fluidisch getrennten Gaskanälen werden drei um 60° zueinander winkelversetzte Durchgangsbohrungen bevorzugt, bei vier fluidisch getrennten Gaskanälen werden vier um 45° zueinander winkelversetzte Durchgangsbohrungen bevorzugt, und so weiter.It is for a particularly simple construction a pulse generating unit preferred in which the common rotary valve a closing body, with in terms of having its axis of rotation angularly offset through holes. In the case of two fluidically separated gas channels, a closing body is preferred, in which the through holes are perpendicular to each other or offset by 90 ° are. With three fluidically separated gas ducts, three become 60 ° apart angular offset through holes preferred, at four fluidly separate gas channels become four at 45 ° to each other angular offset through holes preferred, and so on.
Es wird bevorzugt, wenn der Abschlusskörper ein zylinderförmiger Abschlusskörper ist, jedoch kann er auch eine andere Form aufweisen, z. B. kugelförmig.It is preferred if the closure body is a cylindrical closure body, However, it may also have a different shape, for. B. spherical.
Zur Strömungsberuhigung wird eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, die einen Umluftkanal aufweist, der die mindestens eine Armatur umgeht und vorzugsweise in den hinter dem Turbolader sitzenden Auspuff führt. Der Strömungsquerschnitt des Umluftkanals ist vorzugsweise steuerbar.to flow stabilization a pulse generating unit is preferred which has a recirculating air channel, the at least one fitting bypasses and preferably in the behind the turbocharger sitting exhaust pipe leads. The flow cross section the circulating air channel is preferably controllable.
Es wird ferner eine Pulserzeugungseinheit bevorzugt, bei der den Armaturen eine gemeinsame Beruhigungskammer in Form eines Gasspeichervolumens strömungstechnisch vorgeschaltet ist, um einen konstanten Massenstrom sicherzustellen und die Brennkammer vor ungewollten Pulsationen zu schützen.It Furthermore, a pulse generating unit is preferred in which the valves a common calming chamber in the form of a gas storage volume aerodynamically upstream to ensure a constant mass flow and to protect the combustion chamber from unwanted pulsations.
Der Prüfstand, insbesondere ein Abgasturbolader-Prüfstand, weist mindestens eine, insbesondere wie oben beschriebene, Pulserzeugungseinheit auf.Of the Test bench, in particular an exhaust gas turbocharger test stand, has at least one, in particular as described above, pulse generating unit.
Es wird ein Prüfstand bevorzugt, bei welchem der stationären Brennkammer und der Pulserzeugungseinheit mindestens ein Speichervolumen fluidisch zwischengeschaltet ist, das einen konstanten Massenstrom an einer der Pulserzeugungseinheit fluidisch vorgeschalteten Brennkammer ermöglicht.It becomes a test bench preferred in which of the stationary combustion chamber and the pulse generating unit at least one storage volume is fluidically interposed, the one constant mass flow at one of the pulse generating unit fluidically upstream combustion chamber allows.
Es wird ferner ein Prüfstand bevorzugt, der einen Motor, insbesondere Elektromotor, zum Antreiben des Abschlusskörpers aufweist.It also becomes a test bench preferred, the a motor, in particular electric motor, for driving of the final body having.
Der Motor ist vorzugsweise ein drehzahlregelbarer Motor.Of the Engine is preferably a variable speed motor.
Die Drehzahl der Walze richtet sich nach der Anzahl der rotierenden Bohrungen, der zu simulierenden Motordrehzahl und der Anzahl der Zylinder, d. h., dass bei einem 4-Zylindermotor mit vier Abgasstößen je 720° Kurbelwinkel und einer Pulserzeugereinheit mit zwei um 90° versetzten Bohrungen (entsprechend vier Abgasstößen je 360° Walzenwinkel) die Walze mit halber Motordrehzahl rotieren sollte, um diese richtig abzubilden. Der besonders interessierende Drehzahlbereich liegt im vorliegenden Fall bei 500 < NWalze < 1250 [1/min] (”Low End Torque” (LET)-Bereich). Prinzipiell ist allerdings das ganze Drehzahlband des zu untersuchenden Verbrennungsmotors von Interesse.The speed of the roller depends on the number of rotating holes, the engine speed to be simulated and the number of cylinders, ie that in a 4-cylinder engine with four exhaust strokes per 720 ° crank angle and a pulse generator unit with two offset by 90 ° holes (corresponding four exhaust strokes per 360 ° roll angle), the roller should rotate at half the motor speed in order to map it correctly. The most interesting speed range in the present case is 500 <N roll <1250 [1 / min] ("Low End Torque" (LET) range). In principle, however, the entire speed range of the engine to be examined of interest.
Ein Teil der Analyse der Messdaten liegt in der Ermittlung des Massenstromverlaufs der gepulsten Strömung über die Abgasturbine. Da eine direkte Messung des zeitlich veränderlichen Massenstromverlaufs nicht möglich ist, werden die Massenstromverläufe berechnet. Als Eingangsgrößen hierfür werden zuvor winkelstatisch an beiden Seiten der Pulserzeugungseinheit gemessene Druckverläufe über die Pulserzeugungseinheit verwendet. Die Berechnung des Massenstromverlaufs erfolgt dann mittels eines die Gasdynamik simulierenden Strömungssimulationsprogramms, das die Pulse der Pulserzeugungseinheit nachbildet.One Part of the analysis of the measured data lies in the determination of the mass flow profile the pulsed flow over the Exhaust turbine. Because a direct measurement of the time-varying Mass flow path not possible is, the mass flow characteristics become calculated. As input variables for this are previously angular static on both sides of the pulse generating unit measured pressure gradients over the Pulser generating unit used. The calculation of the mass flow curve then takes place by means of a gas simulation simulating flow simulation program, which simulates the pulses of the pulse generating unit.
Zur Ermittlung des Massenstromverlaufs wird ein Prüfstand bevorzugt, welcher mindestens einen ersten Gasdrucksensor (X) vor der Armatur und mindestens einen zweiten Gasdrucksensor hinter der Armatur aufweist, wobei der mindestens eine erste Gasdrucksensor und der mindestens eine zweite Gasdrucksensor mittels der Armatur abwechselnd fluidisch verbindbar und trennbar sind. Der Gasdrucksensor kann Teil der Pulserzeugungseinheit sein oder dieser vor und/oder nachgeschaltet sein. Mittels der mindestens einen Druckmessung vor (stromaufwärts) und hinter (stromabwärts) der Armatur kann daraus der Massenstromverlauf berechnet werden. Zur redundanten Messung können mehrere Drucksensoren im gleichen Gaskanal vor und/oder hinter der Armatur vorhanden sein. Es können Drucksensoren in einem oder mehreren separaten Gaskanälen vorhanden sein, welche durch die Pulserzeugungseinheit geleitet werden. So mag die Ausrüstung nur eines Gaskanals mit Drucksensoren ausreichend sein.to Determination of the mass flow curve, a test stand is preferred, which at least a first gas pressure sensor (X) in front of the fitting and at least one second gas pressure sensor behind the valve, wherein the at least a first gas pressure sensor and the at least one second gas pressure sensor by means of the armature alternately fluidly connectable and separable are. The gas pressure sensor may be part of the pulse generation unit or this before and / or be downstream. By means of at least a pressure measurement before (upstream) and behind (downstream) the Valve can be calculated from the mass flow curve. to redundant measurement can several pressure sensors in the same gas channel before and / or behind the Faucet be present. It can Pressure sensors in one or more separate gas channels available which are passed through the pulse generating unit. So like the equipment be sufficient only a gas channel with pressure sensors.
Das Verfahren zum Betreiben eines solchen Prüfstands weist mindestens die folgenden Schritte auf: Messen eines Druckverlaufs mittels des mindestens einen ersten Gasdrucksensors; Messen eines Druckverlaufs mittels des mindestens einen zweiten Gasdrucksensors und Berechnen eines Massenstromverlaufs aus den gemessenen Druckverläufen.The Method for operating such a test bench has at least the following steps: measuring a pressure gradient by means of at least a first gas pressure sensor; Measuring a pressure curve by means of the at least one second gas pressure sensor and calculating a Mass flow curve from the measured pressure curves.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.In the following figures, the invention described in more detail schematically with reference to an embodiment. It can be provided with the same reference numerals for better clarity identical or equivalent elements.
In
der Skizze ist ferner ein Abgasturbolader
Optional
kann zwischen dem Abgasspeicher
Die
Pulserzeugungseinheit
Insbesondere
sind hier zur Ermittlung des Massenstromverlaufs des Abgases in
einem der Zuleitungskanäle
Die
Pulserzeugungseinheit
Fluidisch
und körperlich
zwischen den Abgaseinlässen
In
der gezeigten Darstellung befindet sich die Walze
Zur
Drehung der Walze
Speziell können Turbinen am Prüfstand mit gepulster Strömung beaufschlagt werden. Variationen von wesentlichen Strömungsparametern, wie Impulshöhe, Impulsdauer und Frequenz können relativ leicht per Änderung der Walzengeometrie (Anzahl der Bohrungen, Durchmesser der Bohrungen und Außendurchmesser der Walze) bzw. durch Änderung der Walzendrehzahl abgebildet werden.specially can Turbines on the test bench with pulsed flow be charged. Variations of essential flow parameters, like pulse height, Pulse duration and frequency can relatively easy by change the roll geometry (number of holes, diameter of the holes and outside diameter the roller) or by changing the Roller speed can be mapped.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course it is the present invention is not limited to the embodiment shown limited.
So können allgemein Turbolader für turboaufgeladene Verbrennungsmotoren geprüft werden, z. B. für Pkw, Lkw, Sonderfahrzeuge und sogar Schiffe (Schiffsdiesel).So can generally turbocharger for turbo charged internal combustion engines are tested, for. B. for cars, trucks, Special vehicles and even ships (marine diesel).
- 11
- Abgasturbolader-PrüfstandTurbocharger Test Bench
- 22
- Verdichtercompressor
- 33
- stationäre Brennkammerstationary combustion chamber
- 44
- Abgasspeicherexhaust memory
- 5a5a
- Zuleitungskanalsupply channel
- 5b5b
- AbleitungskanalWaterway
- 66
- PulserzeugungseinheitPulse generating unit
- 77
- Abgaskanalexhaust duct
- 88th
- VentilValve
- 99
- Abgasturboladerturbocharger
- 1010
- AuspuffExhaust
- 1111
- Umluftkanalreturn air duct
- 1212
- Gehäusecasing
- 1313
- Abgaseinlassexhaust inlet
- 1414
- Abgasauslassexhaust outlet
- 1515
- Walzeroller
- 1616
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 1717
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 1818
- GasdrucksensorGas pressure sensor
- 1919
- Antriebswelledrive shaft
- 2020
- Antriebsmotordrive motor
Claims (12)
Priority Applications (1)
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