DE102010031481A1

DE102010031481A1 - Prüfstand und Verfahren zum Prüfen von Fluidpumpen und Fluidinjektoren

Info

Publication number: DE102010031481A1
Application number: DE102010031481A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schoenfeld; Karl Kastner; Daniel Strack; Kurt Blank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19
Also published as: EP2593662B1; CN102971523B; US20130186605A1; WO2012007229A1; BR112013000622B1; EP2593662A1; US9528768B2; BR112013000622A2; CN102971523A

Abstract

Ein Prüfstand (2) zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe (8) und/oder eines Fluidinjektors (10) hat eine Vorrichtung zur Konditionierung eines zum Prüfen verwendeten Prüffluids. Die Vorrichtung weist einen Tank (4), der zur Aufnahme und Speicherung des Prüffluids ausgebildet ist, eine ersten Fluidentnahmeleitung (6), die ausgebildet ist, um Prüffluid aus dem Tank (4) zu entnehmen und der Fluideinspritzpumpe (8) zuzuführen, und einen Kühlkreis (12) zum Kühlen des in dem Tank (4) gespeicherten Prüffluids auf. Der Kühlkreis (12) hat eine zweite Fluidentnahmeleitung (14) und eine Rücklaufleitung (18). Die Fluidentnahmeleitung (14) ist zur Entnahme von Prüffluid aus dem Tank (4) ausgebildet und mit einem Wärmetauscher (16), der zum Kühlen des aus dem Tank (4) entnommenen Prüffluids ausgebildet ist, verbunden. Die Rücklaufleitung (18) ist mit dem Wärmetauscher (16) verbunden und ausgebildet, um das Prüffluid aus dem Wärmetauscher (16) zurück in den Tank (4) zu leiten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand und ein Verfahren zum Prüfen einer Fluidpumpe und/oder eines Fluidinjektors, mit einer Vorrichtung zum Konditionieren des zur Prüfung verwendeten Prüföls.
Stand der Technik:
Zum Prüfen von Fluidpumpen, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpen, und Fluidinjektoren (Kraftstoffinjektoren) in einem Prüfstand ist es wünschenswert, dass das zum Prüfen verwendete Fluid (Prüföl) eine definierte Temperatur hat. Je nach den herrschenden Umgebungs- und Betriebsbedingungen ist es dazu notwendig, das verwendete Fluid zu erwärmen oder zu kühlen.
Es ist bekannt, das aus einem Tank entnommene Fluid durch einen Wärmetauscher zu führen, um es zu kühlen, bevor es der Fluidpumpe zugeführt wird.
Zusätzlich ist im Fluidtank häufig eine Heizung vorgesehen, um das Fluid bei Bedarf zu heizen.
Offenbarung der Erfindung:
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Prüfstand und ein verbessertes Verfahren zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe und/oder eines Fluidinjektors zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Konditionierung des bei der Prüfung verwendeten Fluids ermöglichen.
Eine erfindungsgemäßer Prüfstand weist einen Tank zur Aufnahme und Speicherung des Fluids und eine erste Fluidentnahmeleitung auf, die dazu ausgebildet ist, Fluid aus dem Tank zu entnehmen und einer zu prüfenden Fluideinspritzpumpe, die insbesondere eine Kraftstoff-Hochdruckpumpen sein kann, zuzuführen.
Ein erfindungsgemäßer Prüfstand weist einen ersten Kühlkreis zum Kühlen des in dem Tank gespeicherten Fluids auf, wobei der erste Kühlkreis eine erste Fluidentnahmeleitung hat, die zur Entnahme von Fluid aus dem Tank ausgebildet und hydraulisch mit einem Wärmetauscher verbunden ist, um im Betrieb aus dem Tank entnommenes Fluid dem Wärmetauscher zuzuführen. Der Wärmetauscher ist geeignet, das aus dem Tank entnommene Fluid zu kühlen. Der erste Kühlkreis weist zusätzlich eine mit dem Wärmetauscher verbundene Rücklaufleitung aus, die ausgebildet ist, um Fluid, das durch die zweite Fluidentnahmeleitung aus dem Tank in den Wärmetauscher geströmt ist, in den Tank zurückzuführen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe und/oder eines Fluidinjektors umfasst die Schritte: Konditionieren, insbesondere Temperieren eines in einem Tank gespeicherten Fluids und Entnehmen des konditionierten Fluids aus dem Tank, um es einer Fluideinspritzpumpe zuzuführen, welche das Fluid unter erhöhtem Druck an den zu prüfenden Fluidinjektor liefert. Die Konditionierung des Fluids umfasst dabei die Schritte: Entnehmen des Fluids aus dem Tank; Kühlen des Fluids in einem Wärmetauscher; und Zurückführen des gekühlten Fluids in den Tank.
Ein erfindungsgemäßer Prüfstand und ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglichen eine gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbesserte Konditionierung des Fluids durch Temperieren des Fluids im Tank. Da die Fluidmenge im Tank eine größere Wärmekapazität aufweist als die Fluidmenge, die in einem herkömmlichen Verfahren durch den Wärmetauscher geführt wird, der unmittelbar vor der Fluideinspritzpumpe angeordnet ist, können Temperaturschwankungen des Fluids im Zulauf zur Fluideinspritzpumpe reduziert werden. Es können einerseits höhere Anforderungen an die Temperaturstabilität bei der Prüfung von Fluideinspritzpumpen und Fluidinjektoren, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpen und Kraftstoffinjektoren, wie sie insbesondere in Dieselmotoren verwendet werden, erfüllt werden. Andererseits kann der Wärmetauscher bei gleichbleibenden Anforderungen an die Temperaturstabilität kleiner als bisher dimensioniert werden, so dass die Herstellungskosten und der Platzbedarf reduziert werden können.
Die thermische Energie E = m·c·T des im Tank gespeicherten Prüffluids ist deutlich größer als die thermische Energie des Volumenstroms durch den Wärmetauscher einer herkömmlichen Vorrichtung. Ein Tank, wie er typischerweise in einem Prüfstand verwendet wird, enthält Fluid mit einer Masse von etwa 40 Kilogramm. Diese Masse entspricht im Prüfbetrieb bei einer Prüfung mit hoher Pumpenförderleistung einer Förderdauer von ca. 10 Minuten und bei einer Prüfung mit kleinerer Pumpenförderleistung einer Förderdauer von ca. 20 Minuten.
Bei einer erfindungsgemäßen Temperierung des Fluids im Tank genügt üblicherweise ein ca. 50% kleinerer Volumenstrom durch den Wärmetauscher und ein entsprechend kleiner dimensionierter Wärmetauscher als in einem herkömmlichen Verfahren, um die Temperatur des Fluids mit der gleichen Güte wie in einem herkömmlichen Verfahren konstant zu halten.
In einer Ausführungsform ist ein zweiter Kühlkreis vorgesehen, der mit dem. Wärmetauscher verbunden und der ausgebildet ist, um das durch den Wärmetauscher strömende Fluid zu kühlen. Durch einen zweiten Kühlkreis kann das Fluid effektiv und kostengünstig gekühlt werden.
In einer Ausführungsform ist im zweiten Kühlkreis ein Regelventil vorgesehen, das geeignet ist, die Kühlmittelströmung im zweiten Kühlkreis zu regulieren. Durch Regeln der Kühlmittelströmung im zweiten Kühlkreis kann die Kühlleistung des zweiten Kühlkreises eingestellt werden. Insbesondere kann die Temperatur des Fluids im Tank auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
In einer Ausführungsform ist im zweiten Kühlkreis eine Kühlmittelpumpe angeordnet, die ausgebildet ist, die Zirkulation von Kühlmittel durch den Kühlkreis zu unterstützen. Die Effizienz des Kühlkreises kann durch eine solche Pumpe, welche die Zirkulation von Kühlmittel durch den zweiten Kühlkreis unterstützt, verbessert werden.
In einer Ausführungsform ist das Kühlmittel, das im zweiten Kühlkreis zirkuliert, Wasser. Wasser ist ein effektives und kostengünstiges Kühlmittel.
In einer Ausführungsform ist in dem Tank eine Heizung angeordnet, die geeignet ist, das in dem Tank gespeicherte Fluid zu erwärmen. Durch eine im Tank angebrachte Heizung kann die gewünschte Temperatur des Fluids im Tank insbesondere auch dann auf den gewünschten Wert eingestellt werden, wenn der gewünschte Wert oberhalb der aktuellen Fluidtemperatur bzw. der Umgebungstemperatur liegt.
In einer Ausführungsform ist in der ersten Fluidentnahmeleitung und/oder im Tank ein Temperatursensor angeordnet, der ausgebildet ist, um die Temperatur des Fluids zu messen. Durch Messen der Temperatur des Fluids kann eine gewünschte Fluidtemperatur besonders effizient und genau eingestellt werden.
Das Messen der Fluidtemperatur in der ersten Fluidentnahmeleitung liefert einen besonders genauen Wert der Temperatur des Fluids, das der Fluideinspritzpumpe zugeführt wird. Eine Messung der Temperatur des Fluids im Tank ermöglicht es, den Kühlkreis und/oder die Heizung besonders effizient und zielgenau anzusteuern, um die gewünschte Temperatur des Fluids im Tank einzustellen.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst auch, das Kühlen und/oder Heizen des Fluids im Tank auf Grundlage der gemessenen Temperatur zu regeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Konditionieren und insbesondere Temperieren eines Fluids, welches zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe und/oder eines Fluidinjektors verwendet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 umfasst einen Tank 4, der zur Aufnahme und Speicherung des zu konditionierenden Fluids ausgebildet ist.
Eine erste Fluidentnahmeleitung 6 ist vorgesehen, um Fluid aus dem Tank 4 zu entnehmen und einer Fluideinspritzpumpe 8 zuzuführen. Die Fluideinspritzpumpe 8 erhöht im Betrieb den Druck des aus dem Tank 4 entnommenen Fluids und führt das Fluid einem Druckspeicher (Prüfrail) 40 zu. Der Druck im Druckspeicher 40 ist durch wenigstens einen im Druckspeicher 40 angeordneten Drucksensor 42 messbar und kann durch Ansteuern eines Druckeinstellventils 44, durch welches überschüssiges Fluid aus dem Druckspeicher 40 in den Tankbehälter 4 rückführbar ist, mit hoher Genauigkeit auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Der Druckspeicher 40 ist über eine Fluiddruckleitung 9 hydraulisch mit einem zu prüfenden Fluidinjektor 10 verbunden, um dem Fluidinjektor 10 im Betrieb unter Druck stehendes Fluid zuzuführen.
Das von dem Fluidinjektor 10 im Prüfbetrieb ausgegebene Fluid wird von einer Auffangvorrichtung 11 aufgefangen und durch eine Fluidmesseinheit 50 in den Tank 4 zurückgeführt. Die Fluidmesseinheit 50 hat eine Auswert- und Anzeigeeinheit 52, die ausgebildet ist, um die von der Fluidmesseinheit 50 gemessenen Fluidmengen auszuwerten und anzuzeigen bzw. an ein nicht in der Figur gezeigtes Diagnosegerät weiter zu geben.
Der Druckspeicher 40 ist zusätzlich über eine Bypass-Leitung 48, die durch ein Bypass-Ventil 46 verschließbar ist, hydraulisch mit der Fluidmesseinheit 50 verbunden. Zum Prüfen des Fluidinjektors 10 ist das Bypass-Ventil 46 geschlossen. Um die Fluideinspritzpumpe 8 zu prüfen, wird das Bypass-Ventil 46 geöffnet und der Fluidinjektor 10 wird nicht angesteuert, so dass die Fluidmesseinheit 50 die durch die Fluideinspritzpumpe 8 geförderte Fluidmenge misst.
In der ersten Fluidentnahmeleitung 6 ist innerhalb des Tanks 4 eine erste Fluidförderpumpe 32 vorgesehen, die ausgebildet ist, um die Entnahme von Fluid aus dem Tank 4 zu unterstützen und das entnommene Fluid der Fluideinspritzpumpe 8 zuzuführen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidförderpumpe 32 außerhalb des Tanks 4 in der ersten Fluidentnahmeleitung 6 angeordnet.
Weiterhin ist in der ersten Fluidentnahmeleitung 6 ein erster Temperatursensor 28 vorgesehen, der geeignet ist, die Temperatur des durch die erste Fluidentnahmeleitung 6 aus dem Tank 4 entnommenen Fluids zu messen und das Messergebnis an eine in der Figur nicht gezeigte Steuervorrichtung weiterzugeben.
In dem Tank 4 ist eine Heizung 26 angeordnet, die von der nicht gezeigten Steuervorrichtung ansteuerbar ist, um bei Bedarf die Temperatur des Fluids im Tank 4 zu erhöhen.
Es ist ein erster Kühlkreis 12 mit einer zweiten Fluidentnahmeleitung 14 vorgesehen, die ausgebildet ist, um Fluid aus dem Tank 4 zu entnehmen und einem Wärmetauscher 16 zuzuführen. Eine Rücklaufleitung 18 ist ebenfalls mit dem Wärmetauscher 16 verbunden, um Fluid, welches durch die zweite Fluidentnahmeleitung 14 aus dem Tank 4 entnommen worden und durch den Wärmetauscher 18 geströmt ist, aus dem Wärmetauscher 18 zurück in den Tank 4 zu leiten.
In der zweiten Fluidentnahmeleitung 14 ist innerhalb des Tanks 4 eine zweite Fluidförderpumpe 34 vorgesehen, die ausgebildet ist, im Betrieb eine Fluidströmung aus dem Tank 4 durch die zweite Fluidentnahmeleitung 14, den Wärmetauscher 16 und die Rücklaufleitung 18 zu bewirken. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Fluidförderpumpe 34 außerhalb des Tanks 4 in der zweiten Fluidentnahmeleitung 14 angeordnet.
Die zweite Fluidförderpumpe 34 wird ebenfalls von der nicht gezeigten Steuervorrichtung angesteuert, um die Temperatur des Fluids im Tank 4 zu regulieren, insbesondere, um die Temperatur des Fluids im Tank 4 zu reduzieren.
An den Wärmetauscher 16 ist ein zweiter Kühlkreis 20 angeschlossen, der dazu ausgebildet ist, innerhalb des Wärmetauschers 16 Wärme von dem durch den Wärmetauscher 16 strömenden Fluid an Kühlmittel, das durch den zweiten Kühlkreis 20 zirkuliert, zu übertragen und abzuführen, um das Fluid zu kühlen. In dem zweiten Kühlkreis 20 ist eine Kühlmittelpumpe 24 vorgesehen, um die Zirkulation des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreis 20 zu unterstützen. Ferner ist ein regelbares Kühlmittelventil 22 vorgesehen, welches durch die nicht gezeigte Steuervorrichtung ansteuerbar ist, um die Kühlmittelströmung durch den zweiten Kühlkreis 20 zu regeln. Durch das Kühlmittelventil 22 kann so die Kühlleistung des Wärmetauschers 16 auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Der zweite Kühlkreis 20 weist einen zweiten Wärmetauscher 36, der beispielsweise als Kaltwassersatz ausgebildet ist, auf, um das Kühlmittel, welches durch das Fluid im Wärmetauscher 16 erwärmt worden ist, zu kühlen. Durch einen geschlossenen Kühlkreis 20 kann das Fluid effektiv, kostengünstig und umweltschonend gekühlt werden.
Innerhalb des Tanks 4 ist ein zweiter Temperatursensor 30 vorgesehen, der ausgebildet ist, um die Temperatur des Fluids im Tank 4 zu messen. Auch dieser zweite Temperatursensor 30 ist vorzugsweise mit der nicht gezeigten Steuervorrichtung verbunden.
Die Steuervorrichtung weist vorzugsweise eine Eingabevorrichtung auf, über welche die für den jeweiligen Prüfvorgang gewünschte Fluidtemperatur einstellbar ist. In Abhängigkeit der von den Temperatursensoren 28, 30 gemessenen und an die Steuervorrichtung übermittelten Temperaturwerte steuert die Steuervorrichtung die zweite Fluidförderpumpe 34, die Kühlmittelpumpe 24, das Kühlmittelventil 22 und die Heizung 26 so an, dass das Fluid im Tank 4 möglichst schnell die gewünschte Temperatur erreicht. Die Zirkulation des Fluids durch den ersten Kühlkreis 12, welche durch die zweite Fluidförderpumpe 34 bewirkt wird, hat eine Durchmischung des Fluids im Tank 4 zur Folge, wodurch eine gleichmäßige Temperierung des Fluids im Tank 4 erreicht wird.
Vorzugsweise sind die Entnahmestelle des Fluids, an der das Fluid durch die zweite Fluidentnahmeleitung 14 aus dem Tank 4 entnommen und dem ersten Kühlkreis 12 zugeführt wird, und die Stelle, an der das gekühlte Fluid durch die Rücklaufleitung 18 zurück in das Tank 4 geführt wird, an entfernt voneinander angeordneten Stellen des Tanks 4 ausgebildet, um eine besonders gute Durchmischung des Fluids im Tank 4 und eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Tanks 4 zu erreichen.

Claims

Prüfstand (2) zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe (8) und/oder eines Fluidinjektors (10) mit einer Vorrichtung zur Konditionierung eines zum Prüfen verwendeten Prüffluids, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Tank (4), der zur Aufnahme und Speicherung des Prüffluids ausgebildet ist; eine erste Fluidentnahmeleitung (6), die ausgebildet ist, um Prüffluid aus dem Tank (4) zu entnehmen und der Fluideinspritzpumpe (8) zuzuführen. einen ersten Kühlkreis (12), der zum Kühlen des in dem Tank (4) gespeicherten Prüffluids ausgebildet ist, wobei erste der Kühlkreis (12) aufweist: eine zweite Fluidentnahmeleitung (14), die zur Entnahme von Prüffluid aus dem Tank (4) ausgebildet ist; einen Wärmetauscher (16), der zum Kühlen des aus dem Tank (4) entnommenen Prüffluids ausgebildet und mit der zweiten Fluidentnahmeleitung (14) verbunden ist; und eine Rücklaufleitung (18), die mit dem Wärmetauscher (16) verbunden und ausgebildet ist, um das Prüffluid aus dem Wärmetauscher (16) zurück in den Tank (4) zu leiten.
Prüfstand (2) nach Anspruch 1, mit einem zweiten Kühlkreis (20), der mit dem Wärmetauscher (16) verbunden und ausgebildet ist, um im Betrieb das durch den Wärmetauscher (16) strömende Prüffluid zu kühlen.
Prüfstand (2) nach Anspruch 2, wobei im zweiten Kühlkreis (20) ein Regelventil (22) vorgesehen ist, das geeignet ist, eine Kühlmittelströmung durch den Kühlkreis (20) zu regulieren.
Prüfstand (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Kühlmittelpumpe (22) im zweiten Kühlkreis (20) angeordnet und ausgebildet ist, eine Zirkulation von Kühlmittel durch den Kühlkreis (20) zu unterstützen.
Prüfstand (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer in dem Tank (4) angeordneten Heizung (30), die geeignet ist, das in dem Tank (4) gespeicherte Prüffluid zu erwärmen.
Prüfstand (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der ersten Fluidentnahmeleitung (6) und/oder im Tank (4) wenigstens ein Temperatursensor (28, 30) angeordnet ist, der ausgebildet ist, um die Temperatur des Prüffluids zu messen.
Verfahren zum Prüfen einer Fluideinspritzpumpe (8) und/oder eines Fluidinjektors (10) mit den Schritten: Konditionieren eines in einem Tank (4) gespeicherten Prüffluids; und Entnehmen des konditionierten Prüffluids aus dem Tank (4), um es der Fluideinspritzpumpe (8) zuzuführen, welche das Prüffluid unter erhöhtem Druck an den Fluidinjektor (10) liefert, wobei das Konditionieren des Prüffluids die Schritte umfasst: Entnehmen von Prüffluid aus dem Tank (4); Leiten des entnommenen Prüffluids durch einen Wärmetauscher (16); und Zurückführen des entnommenen Prüffluids in den Tank (4).
Verfahren nach Anspruch 7, welches zusätzlich das Heizen des Prüffluids im Tank (4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, welches zusätzlich das Messen der Temperatur des Prüffluids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren umfasst, das Kühlen und ggf. Heizen des Prüffluids auf Grundlage der gemessenen Temperatur zu regeln.