DE102015120934B3 - Method for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines - Google Patents

Method for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines Download PDF

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Abstract

Die Erfindung stellt ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen bei stationärer Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am Strömungsprüfstand bereit, mittels welchem der Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie auf die individuellen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen für den Einlasskanal und Auslasskanal erfasst werden kann.The invention provides a method according to the invention for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines with stationary flow through the inlet channels and the outlet channels at the flow test stand, by means of which the influence of the piston and combustion chamber geometry on the individual valve lift-dependent flow numbers for the inlet channel and outlet channel can be detected.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a method for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines according to the features of patent claim 1.

Stand der Technik State of the art

Für die Brennverfahrensentwicklung von Hubkolbenbrennkraftmaschinen werden virtuelle Entwicklungswerkzeuge zur Motorsimulation verwendet. Als wichtige Eingabegröße für diese Motorsimulationen, insbesondere Ladungswechselsimulationen sind Durchflusskennzahlen notwendig, welche das Durchlassvermögen des Einlasstrakts und des Auslasstrakts der ventilgesteuerten Hubkolbenbrennkraftmaschine beschreiben. Dabei spielen insbesondere die ventilhubabhängigen Durchflusskennzahlen der Einlasskanäle und Auslasskanäle in einem Zylinder beziehungsweise in einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine für den Ladungswechsel eine entscheidende Rolle. For combustion process development of reciprocating internal combustion engines, virtual development tools are used for engine simulation. As an important input variable for these engine simulations, in particular charge cycle simulations, flowcharts are necessary which describe the permeability of the inlet tract and the outlet tract of the valve-controlled reciprocating internal combustion engine. In particular, the valve lift-dependent flow characteristic numbers of the intake ducts and exhaust ducts in a cylinder or in a cylinder head of the reciprocating internal combustion engine play a decisive role for the charge cycle.

Diese Durchflusszahlen beschreiben stets das Verhältnis zwischen einem Gasstrom, welcher die Einlasskanäle oder Auslasskanäle durchströmt und einem potentiell möglichen Gasstrom, welcher sich bei den gegebenen Randbedingungen einstellen würde, und werden auf herkömmliche Weise bei individueller stationärer Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben ermittelt. Dazu wird ein durch den Einlasskanal oder Auslasskanal strömender Gasstrom gemessen, welcher sich in Abhängigkeit von Randbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit des Ventilhubs des jeweiligen Gaswechselventils und in Abhängigkeit des vorliegenden Druckgefälles zwischen Brennraum und entgegengesetztem Kanalende ergibt und ins Verhältnis mit einem bei den gegebenen Randbedingungen theoretisch möglichen Gasstrom gesetzt wird. These flow rates always describe the relationship between a gas flow passing through the intake passages or exhaust passages and a potentially possible gas flow that would occur under the given constraints, and are conventionally accomplished with individual steady flow through the intake passages and the exhaust passages at the flow dynamometer without in-cylinder built-in piston determined. For this purpose, a flowing through the inlet channel or outlet gas flow is measured, which depends on boundary conditions, in particular depending on the valve lift of the respective gas exchange valve and depending on the present pressure gradient between the combustion chamber and the opposite end of the channel and in relation to a theoretically possible given the boundary conditions Gas flow is set.

Während des Versuchs zur Ermittlung der ventilhubabhängigen Durchflusszahl werden die Randbedingungen konstant gehalten. Deshalb spricht man von einer stationären Durchströmung. Damit ist die ventilhubindividuelle Durchflusskennzahl nur von den geometrischen Randbedingungen abhängig und kann das Durchlassvermögen des Einlasskanals beziehungsweise des Auslasskanals beschreiben. Der durch den Einlasskanal oder Auslasskanal strömende Gasstrom wird dabei über den Brennraum beziehungsweise über den Zylinder ohne eingebauten Kolben zu- beziehungsweise abgeführt. Die Messung des Gasstroms erfolgt mittels einer Volumenstrommessung oder Massestrommessung. Die Durchströmung durch den Einlasskanal und den Auslasskanal kann dabei in beide Richtungen erfolgen, wobei sich demnach ventilhubabhängige Durchflusskennzahlen für die Gasströmung in den Brennraum und aus dem Brennraum jeweils für den Einlasskanal und den Auslasskanal ergeben. Für die Darstellung eines Spülvorgangs mit positivem Spülgefälle ist die Einströmung über den Einlasskanal in den Brennraum und die Ausströmung über die Auslasskanäle aus dem Brennraum relevant. Für die Darstellung eines Spülvorgangs mit negativem Spülgefälle ist die Einströmung über den Auslasskanal in den Brennraum und die Ausströmung über die Einlasskanäle aus dem Brennraum relevant. During the test to determine the valve lift-dependent flow rate, the boundary conditions are kept constant. Therefore one speaks of a stationary flow. Thus, the valve lift-individual flow characteristic only depends on the geometric boundary conditions and can describe the permeability of the inlet channel or the outlet channel. The gas stream flowing through the inlet channel or outlet channel is supplied or removed via the combustion chamber or via the cylinder without built-in pistons. The measurement of the gas flow is carried out by means of a volume flow measurement or mass flow measurement. The flow through the inlet channel and the outlet channel can be carried out in both directions, resulting in Ventilhubabhängige flow characteristics for the gas flow into the combustion chamber and from the combustion chamber respectively for the inlet channel and the outlet channel. For the representation of a rinsing process with a positive rinsing gradient, the inflow via the inlet channel into the combustion chamber and the outflow via the outlet channels from the combustion chamber are relevant. For the representation of a rinsing process with a negative rinsing gradient, the inflow via the outlet channel into the combustion chamber and the outflow via the inlet channels from the combustion chamber are relevant.

Die Durchflusskennzahl des Einlasskanals und die Durchflusskennzahlen des Auslasskanals dienen im Rahmen der Ladungswechselsimulation zur Füllungsberechnung bei im Zylinder eingebauten und bewegten Kolben der Hubkolbenbrennkraftmaschine. The flow characteristic of the inlet channel and the flow characteristics of the outlet channel are used in the charge cycle simulation for filling calculation in built-in cylinder and moving piston reciprocating internal combustion engine.

Während des Spülvorgangs, also der Überschneidung der Strömung durch den Einlasskanal und durch den Auslasskanal, welche sich entsprechend einem Spülgefälle bei Ventilüberschneidung einstellt, ergeben sich Abweichungen der mittels der Ladungswechselsimulation berechneten Füllung vom tatsächlichen Wert. Dadurch wird die Vorhersagekraft der Ladungswechselsimulation verschlechtert. Ursache ist der Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie auf die Strömung während des Spülvorgangs, welcher durch die individuelle stationäre Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am stationären Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben nicht erfasst werden kann. During the flushing process, ie the overlap of the flow through the inlet channel and through the outlet channel, which adjusts according to a purging gradient at valve overlap, deviations of the charge calculated by means of the charge cycle simulation result from the actual value. Thereby, the predictive power of the charge cycle simulation is deteriorated. The reason for this is the influence of the piston and combustion chamber geometry on the flow during the flushing process, which can not be detected by the individual steady-state flow through the inlet ducts and the outlet ducts on the stationary flow test stand without pistons built into the cylinder.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 032 935 A1 ist ein Verfahren zum Berechnen eines Brennraumdruckes bekannt. Dazu wird ein Gasmassenstrom durch das Einlassventil und ein Gasmassenstrom durch das Auslassventil bestimmt, wobei die Einlass- und Auslassventile als isentrop adiabate Drosseln modelliert werden. From the publication DE 10 2008 032 935 A1 For example, a method of calculating a combustion chamber pressure is known. For this purpose, a gas mass flow through the inlet valve and a gas mass flow through the outlet valve is determined, wherein the inlet and outlet valves are modeled as isentropic adiabatic throttles.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 06 903 A1 geht ein Verfahren zum Ermitteln der Steuerzeiten eines Verbrennungsmotors hervor, wobei die Ermittlung der Ventilsteuerzeit des sich öffnenden Auslassventils durch den Vergleich einer theoretischen, berechneten Druckverlaufskurve des Brennraumdruckes über dem Kurbelwinkel und einer tatsächlichen, gemessenen Brennraumdruckverlaufskurve erfolgt. In einer Ausbildung des Verfahrens erfolgt die Berechnung unter der Annahme einer bestimmten Öffnungscharakteristik des Auslassventils, die in Abhängigkeit von der Ventilerhebungskurve und von der Nockenwellenstellung relativ zur Kurbelwelle den Druckverlauf des ausströmenden Gases bestimmt. From the publication DE 103 06 903 A1 is a method for determining the timing of an internal combustion engine, wherein the determination of the valve timing of the opening exhaust valve by comparing a theoretical, calculated pressure curve of the combustion chamber pressure over the crank angle and an actual, measured combustion chamber pressure curve. In one embodiment of the method, the calculation takes place on the assumption of a specific opening characteristic of the exhaust valve, which determines the pressure profile of the outflowing gas as a function of the valve lift curve and of the camshaft position relative to the crankshaft.

Aus der Offenlegungsschrift WO 97/35 106 A2 ist ein Verfahren zum modellgestützten Bestimmen der in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einströmenden Frischluftmasse bei externer Abgasrückführung bekannt. Zur genauen Berechnung des Massenstroms in den jeweiligen Zylinder wird vorgeschlagen, einerseits die Beschreibung der Verhältnisse im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine mittels partieller Differentialgleichungen und andererseits die Berechnung des Massenstromes am Einlassventil nach der Durchflussgleichung durchzuführen. From the publication WO 97/35 106 A2 is a method for model-based determination of the incoming into the cylinder of an internal combustion engine fresh air mass at external exhaust gas recirculation known. For the exact calculation of the mass flow in the respective cylinder, it is proposed to carry out, on the one hand, the description of the conditions in the intake tract of the internal combustion engine by means of partial differential equations and, on the other hand, the calculation of the mass flow at the inlet valve according to the flow equation.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen bei stationärer Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am stationären Strömungsprüfstand bereitzustellen, mittels welchem der Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie auf die individuellen Durchflusszahlen für den Einlasskanal und Auslasskanal erfasst werden kann. The object of the invention is to provide a method for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines with stationary flow through the inlet channels and the outlet channels at the stationary flow test stand, by means of which the influence of the piston and combustion chamber geometry on the individual flow rates for the inlet channel and outlet channel can be detected.

Lösung der Aufgabe Solution of the task

Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel. The object is achieved by the method for flow rate determination for reciprocating internal combustion engines according to the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the embodiment.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Erfindung stellt ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen bei stationärer Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am Strömungsprüfstand bereit, mittels welchem der Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie auf die individuellen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen für den Einlasskanal und Auslasskanal erfasst werden kann. The invention provides a method according to the invention for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines with stationary flow through the inlet channels and the outlet channels at the flow test stand, by means of which the influence of the piston and combustion chamber geometry on the individual valve lift-dependent flow numbers for the inlet channel and outlet channel can be detected.

Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • • Ermittlung von ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben,
  • • Ermittlung von ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben,
  • • Ermittlung von theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen eines theoretischen Spülvorgangs mit negativem Spülgefälle oder positivem Spülgefälle auf Basis der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals und der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals,
  • • Ermittlung von tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen eines tatsächlichen Spülvorgangs mit negativem Spülgefälle oder positivem Spülgefälle anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand mit im Zylinder eingebauten Kolben,
  • • Ermittlung von ventilhubabhängigen, den Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie charakterisierenden Korrekturfaktoren aus dem Verhältnis zwischen den tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs und den theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des theoretischen Spülvorgangs, und
  • • Korrektur der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mittels der ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie, sowie
  • • Korrektur der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mittels der ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie.
The method comprises the steps:
  • Determination of valve-lift-dependent flow rates of the intake duct based on steady-state flow through the flow test rig without piston installed in the cylinder,
  • Determination of valve lift-dependent flow rates of the exhaust duct based on steady-state flow through the flow test bench without piston installed in the cylinder,
  • Determination of theoretical, valve-lift-dependent flow rates of a theoretical flushing operation with negative flushing gradient or positive flushing gradient on the basis of the valve-lift-dependent flow rates of the inlet channel and the valve-lift-dependent flow numbers of the outlet channel,
  • Determination of actual valve lift-dependent flow rates of an actual flushing operation with negative flushing gradient or positive flushing gradient on the basis of steady-state flow through the flow tester with piston installed in the cylinder.
  • Determination of valve lift dependent, the influence of the piston and combustion chamber geometry characterizing correction factors from the ratio between the actual valve lift dependent flow rates of the actual flushing and the theoretical valve lift dependent flow rates of the theoretical flushing, and
  • • Correction of the valve lift-dependent flow rates of the intake passage by means of the valve lift-dependent correction factors to valve lift-dependent flow rates of the intake passage with influence of the piston and combustion chamber geometry, as well
  • • Correction of the valve lift-dependent flow rates of the outlet channel by means of the valve lift-dependent correction factors to valve lift-dependent flow numbers of the outlet channel with influence of the piston and combustion chamber geometry.

Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorteilhaften Verfahrens werden zunächst in separaten Strömungsversuchen die ventilhubabhängigen Durchflusskennzahlen des Einlasskanals eines Zylinders und die ventilhubabhängigen Durchflusskennzahlen des Auslasskanals des Zylinders anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben und damit ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie ermittelt. Dazu wird der Ventilhub des Einlassventils beziehungsweise des Auslassventils für eine Durchströmung durch den Einlasskanal beziehungsweise durch den Auslasskanal eingestellt und der sich bei einem bestimmten Druckgefälle über den Einlasskanal beziehungsweise Auslasskanal einstellende Gasstrom gemessen und ins Verhältnis zu einem bei diesen Randbedingungen potentiell möglichen Gasstrom gesetzt. Demnach ergeben sich ventilhubabhängige Durchflusszahlen des Einlasskanals beziehungsweise des Auslasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie. To carry out the method advantageous according to the invention, the valve-lift-dependent flow characteristics of the inlet duct of a cylinder and the valve lift-dependent flow characteristics of the exhaust duct of the cylinder are initially determined in separate flow tests using a stationary flow on the flow test stand without integrated piston in the cylinder and thus without influence of the piston and combustion chamber geometry. For this purpose, the valve lift of the intake valve or the Outlet valve for a flow through the inlet channel or through the outlet channel set and measured at a certain pressure gradient across the inlet channel or outlet adjusting gas flow and set in relation to a potentially possible at these boundary conditions gas flow. Accordingly, valve lift-dependent flow rates of the inlet channel or the outlet channel result without influence of the piston and combustion chamber geometry.

Basierend auf den ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie und der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie wird weiter die theoretische Durchflusszahl ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie ermittelt, welche sich bei einer gemeinsamen Durchströmung von Einlasskanal und Auslasskanal während des theoretischen Spülvorgangs ergeben würde. Dazu wird ein theoretischer Spülgasstrom definiert, der bei einem positiven Spülgefälle dem über den Einlasskanal in den Brennraum einströmenden Gasmassestrom und dem über den Auslasskanal aus dem Brennraum ausströmenden Gasmassestrom, beziehungsweise der bei einem negativen Spülgefälle dem über den Auslasskanal in den Brennraum einströmenden Gasmassestrom und dem über den Einlasskanal aus dem Brennraum ausströmenden Gasmassestrom entspricht. Anhand des theoretischen Spülgasstroms und einer Rückrechnung mittels der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie und der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie lässt sich das theoretische Druckgefälle für den theoretischen Spülvorgang ermitteln. Aus dem Verhältnis des theoretischen Spülgasstroms und dem bei dem theoretischen Druckgefälle potentiell möglichen Spülgasstrom werden die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des theoretischen Spülvorgangs ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie ermittelt. Based on the valve lift-dependent flow rates of the intake passage without influence of the piston and combustion chamber geometry and the valve lift-dependent flow rates of the exhaust passage without influence of the piston and combustion chamber geometry, the theoretical flow rate is determined without influence of the piston and combustion chamber geometry, which in a common flow from intake port and Outlet channel during the theoretical rinsing process would result. For this purpose, a theoretical purging gas flow is defined, which in the case of a positive purging gradient, the gas mass flow flowing into the combustion chamber via the inlet channel and the gas mass flow flowing out of the combustion chamber via the outlet channel, or the gas mass flow flowing into the combustion chamber via the outlet channel in the case of a negative purging gradient corresponds to the inlet channel from the combustion chamber effluent gas mass flow. Based on the theoretical purge gas flow and a recalculation by means of the valve lift-dependent flow rates of the inlet channel without influence of the piston and combustion chamber geometry and the valve lift-dependent flow rates of the outlet channel without influence of the piston and combustion chamber geometry, the theoretical pressure gradient for the theoretical flushing can be determined. From the ratio of the theoretical purge gas flow and the purge gas flow potentially possible in the case of the theoretical pressure gradient, the valve lift-dependent flow rates of the theoretical purge process are determined without influence of the piston and combustion chamber geometry.

Diese theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des theoretischen Spülvorgangs werden mit tatsächlichen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs verglichen. Die dafür erforderlichen tatsächlichen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs werden anhand einer stationären Durchströmung des Einlasskanals und des Auslasskanals entsprechend dem positiven oder negativen Spülgefälle am stationären Strömungsprüfstand mit im Zylinder eingebauten Kolben ermittelt. Dazu wird der sich bei dem positiven oder negativen Spülgefälle einstellende tatsächliche Spülgasstrom mit einem bei dem entsprechenden Spülgefälle potentiell möglichen Spülgasstrom ins Verhältnis gesetzt. These theoretical valve lift dependent flow rates of the theoretical purge are compared to actual valve lift dependent flow numbers of the actual purge. The actual, valve lift-dependent flow rates of the actual flushing process required for this purpose are determined by means of a stationary flow through the inlet duct and the outlet duct corresponding to the positive or negative flushing gradient on the stationary flow test stand with pistons built into the cylinder. For this purpose, the actual purge gas flow that occurs in the case of the positive or negative purge gradient is set in relation to a purge gas flow that is potentially possible for the corresponding purge gradient.

Aus dem Verhältnis zwischen theoretischer, ventilhubabhängiger Durchflusszahl des theoretischen Spülvorgangs und tatsächlicher, ventilhubabhängiger Durchflusszahl des tatsächlichen Spülvorgangs werden ventilhubabhängige Korrekturfaktoren ermittelt. Anhand dieser ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren werden die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie, beziehungsweise die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie korrigiert. From the relationship between the theoretical, valve-lift-dependent flow rate of the theoretical rinsing process and the actual valve-lift-dependent flow rate of the actual rinsing process, valve-lift-dependent correction factors are determined. On the basis of these valve lift-dependent correction factors, the valve lift-dependent flow rates of the intake passage without influence of the piston and combustion chamber geometry to Ventilhubabhängigen flow rates of the intake passage with influence of the piston and combustion chamber geometry, or the valve lift-dependent flow rates of the exhaust passage without influence of the piston and combustion chamber geometry to valve lift-dependent flow rates of the exhaust passage with influence corrected the piston and combustion chamber geometry.

Sind mehrere Einlasskanäle beziehungsweise Auslasskanäle mit dem Brennraum eines Zylinders verbunden, so werden die mehreren Einlasskanäle beziehungsweise mehreren Auslasskanäle in vorteilhafter Weise während der stationären Durchströmung gleichzeitig durchströmt. Dabei werden die Ventilhübe der mehreren Einlassventile beziehungsweise der mehreren Auslassventile derart eingestellt, wie dies im realen Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt. Vorzugsweise werden die Ventilhübe der mehreren Einlassventile beziehungsweise Auslassventile gleich eingestellt. If a plurality of inlet channels or outlet channels are connected to the combustion chamber of a cylinder, the plurality of inlet channels or a plurality of outlet channels are flowed through in an advantageous manner during the steady-state flow through. In this case, the valve strokes of the plurality of intake valves or of the plurality of exhaust valves are set in such a way as is done in actual operation of the reciprocating internal combustion engine. Preferably, the valve lifts of the plurality of intake valves and exhaust valves are set equal.

Ausführungsbeispiel embodiment

Beispielhaft wird hier eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. By way of example, a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is shown here.

In einem stationären Strömungsversuch am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben werden die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals αE(hEV) und die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals αA(hAV) ohne Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie in separaten Messungen ermittelt. In a steady-state flow test on the flow test stand with no piston installed in the cylinder, the valve lift-dependent flow rates of the inlet channel α E (h EV ) and the valve lift-dependent flow numbers of the outlet channel α A (h AV ) are determined in separate measurements without influence of the piston and combustion chamber geometry.

Die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals αE(hEV) ergeben sich aus dem Verhältnis zwischen ventilhubabhängigem, gemessenen Massestrom m .E(hEV) und einem bezüglich einer Referenzfläche A bei den gegebenen Randbedingungen potentiell möglichen Massestrom m .E_pot gemäß

Figure DE102015120934B3_0001
wobei sich der potentiell mögliche Massestrom m .E_pot aus
Figure DE102015120934B3_0002
ergibt. Die Referenzfläche kann dabei die Zylinderquerschnittsfläche darstellen. Die Temperatur T01 im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Einlasskanals, der Druck p01 im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Einlasskanals und der Druck p02 im Brennraum werden jeweils gemessen. Die Werte für die spezifische Gaskonstante R und den Isentropenexponenten κ für Luft sind bekannte Stoffkonstanten. The valve lift-dependent flow rates of the inlet channel α E (h EV ) result from the ratio between Ventilhubabhängigem measured mass flow m. E (h EV ) and with respect to a reference surface A at the given boundary conditions potentially possible mass flow m. E_pot according to
Figure DE102015120934B3_0001
where is the potentially possible mass flow m. E_pot out
Figure DE102015120934B3_0002
results. The reference surface can represent the cylinder cross-sectional area. The temperature T 01 in the region of the side facing away from the combustion chamber side of the inlet channel, the pressure p 01 in the region of the side facing away from the combustion chamber side of the inlet channel and the pressure p 02 in the combustion chamber are each measured. The values for the specific gas constant R and the isentropic exponent κ for air are known substance constants.

Analog dazu ergeben sich die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals αA(hAV) aus

Figure DE102015120934B3_0003
Analogously, the valve lift-dependent flow rates of the outlet channel α A (h AV ) result
Figure DE102015120934B3_0003

Die Temperatur T03 im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Auslasskanals, der Druck p02 im Brennraum und der Druck p03 im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Auslasskanals werden jeweils gemessen. The temperature T 03 in the region of the side of the outlet channel facing away from the combustion chamber, the pressure p 02 in the combustion chamber and the pressure p 03 in the region of the side of the outlet channel facing away from the combustion chamber are respectively measured.

Basierend auf den ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals αE(hEV) und den ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals αA(hAV) werden theoretische, ventilhubabhängige Durchflusszahlen αSp_theo(hEV, hAV) eines theoretischen Spülvorgangs ermittelt. Dabei wird ein theoretischer Massestrom des theoretischen Spülvorgangs m .Sp_theo angenommen, welcher während des Spülvorgangs den Einlasskanal und den Auslasskanal durchströmt. Based on the valve lift-dependent flow rates of the inlet channel α E (h EV ) and the valve lift-dependent flow numbers of the outlet channel α A (h AV ) are theoretical, valve lift-dependent flow rates α Sp_theo (h EV , h AV ) of a theoretical flushing determined. This is a theoretical mass flow of the theoretical rinsing process m. Sp_theo assumed, which flows through the inlet channel and the outlet channel during the purging process.

Anhand der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals αE(hEV) und der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals αA(hAV) sowie des theoretischen Massestroms des theoretischen Spülvorgangs m .Sp_theo werden die das theoretische Spülgefälle des theoretischen Spülvorgangs definierenden Drücke p01Sp_theo und p03Sp_theo ermittelt. Der theoretische Druck des theoretischen Spülvorgangs p01Sp_theo beschreibt dabei den Druck im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Einlasskanals und der theoretische Druck des theoretischen Spülvorgangs p03Sp_theo den Druck im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Auslasskanals. In vorteilhafter Weise kann einer der Beiden, den theoretischen Spülvorgang definierenden Drücke p01Sp_theo und p03Sp_theo sowie eine Umgebungstemperatur T01Sp_theo als Startbedingung vorgegeben werden. Demnach ergeben sich die theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen αSp_theo(hEV, hAV) des theoretischen Spülvorgangs aus

Figure DE102015120934B3_0004
Based on the valve lift-dependent flow rates of the inlet channel α E (h EV ) and the valve lift-dependent flow rates of the outlet channel α A (h AV ) and the theoretical mass flow of the theoretical rinsing process m. Sp_theo the pressures p 01Sp_theo and p 03Sp_theo defining the theoretical purging gradient of the theoretical purging process are determined. The theoretical pressure of the theoretical purging process p 01Sp_theo describes the pressure in the region of the side of the inlet channel facing away from the combustion chamber and the theoretical pressure of the theoretical purging p 03Sp_theo the pressure in the region of the side of the outlet channel facing away from the combustion chamber. Advantageously , one of the two, the theoretical purging process defining pressures p 01Sp_theo and p 03Sp_theo and an ambient temperature T 01Sp_theo be given as a start condition. Accordingly, the theoretical, valve-lift-dependent flow rates α Sp_theo (h EV , h AV ) of the theoretical flushing process result
Figure DE102015120934B3_0004

Anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand mit im Zylinder eingebauten Kolben werden tatsächliche ventilhubabhängige Durchflusszahlen eines tatsächlichen Spülvorgangs αSp_tat(hEV, hAV) ermittelt, wobei sich die tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs aus

Figure DE102015120934B3_0005
ergeben. Die Temperatur T01Sp_tat im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Einlasskanals, der Druck p01Sp_tat im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Einlasskanals und der Druck p03Sp_tat im Bereich der von dem Brennraum abgewandten Seite des Auslasskanals werden jeweils gemessen. Actual valve lift-dependent flow rates of an actual flushing process α Sp_tat (h EV , h AV ) are determined on the basis of a steady-state flow through the flow test stand with pistons built into the cylinder, the actual valve lift-dependent flow numbers of the actual flushing process being determined
Figure DE102015120934B3_0005
result. The temperature T 01Sp_tat in the region of the side of the inlet channel facing away from the combustion chamber, the pressure p 01Sp_tat in the region of the side of the inlet channel facing away from the combustion chamber and the pressure p 03Sp_tat in the region of the side of the outlet channel facing away from the combustion chamber are respectively measured.

Weiter werden ventilhubabhängige, den Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie charakterisierende Korrekturfaktoren k(hEV, hAV) aus dem Verhältnis zwischen den tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs αSp_tat(hEV, hAV) und den theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des theoretischen Spülvorgangs αSp_theo(hEV, hAV) gemäß

Figure DE102015120934B3_0006
ermittelt. Anhand dieser ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren k(hEV, hAV) werden die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals αE(hEV) zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie αE_korr(hEV), sowie die ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals αA(hAV) zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie αA_korr(hAV) gemäß αE_korr(hEV) = k(hEV, hAV)·αE(hEV) [Gl. 8] beziehungsweise αA_korr(hEV) = k(hEV, hAV)·αA(hEV) [Gl. 9] korrigiert. Further, valve-lift-dependent correction factors k (h EV , h AV ) characterizing the influence of the piston and combustion chamber geometry are the ratio between the actual valve lift-dependent flow numbers of the actual flushing process α Sp_tat (h EV , h AV ) and the theoretical valve lift-dependent flow numbers of the theoretical flushing process α Sp_theo (h EV , h AV ) according to
Figure DE102015120934B3_0006
determined. On the basis of these valve lift-dependent correction factors k (h EV , h AV ), the valve lift-dependent flow rates of the intake passage α E (h EV ) to Ventilhubabhängigen flow rates of the intake passage with influence of the piston and combustion chamber geometry α E_korr (h EV ), and the valve lift-dependent flow rates of the exhaust passage α A (h AV ) to Ventilhubabhängigen flow rates of the exhaust passage with influence of the piston and combustion chamber geometry α A_korr (h AV ) according to α E_korr (h EV ) = k (h EV , h AV ) · α E (h EV ) [Eq. 8th] respectively α A_korr (h EV ) = k (h EV , h AV ) · α A (h EV ) [Eq. 9] corrected.

Claims (1)

Verfahren zur Durchflusszahlbestimmung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen bei stationärer Durchströmung der Einlasskanäle und der Auslasskanäle am Strömungsprüfstand, umfassend die Schritte: – Ermittlung von ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben, – Ermittlung von ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand ohne im Zylinder eingebauten Kolben, – Ermittlung von theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen eines theoretischen Spülvorgangs mit negativem Spülgefälle oder positivem Spülgefälle auf Basis der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals und der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals, – Ermittlung von tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen eines tatsächlichen Spülvorgangs mit negativem Spülgefälle oder positivem Spülgefälle anhand einer stationären Durchströmung am Strömungsprüfstand mit im Zylinder eingebautem Kolben, – Ermittlung von ventilhubabhängigen, den Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie charakterisierenden Korrekturfaktoren aus dem Verhältnis zwischen den tatsächlichen ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des tatsächlichen Spülvorgangs und den theoretischen, ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des theoretischen Spülvorgangs, und – Korrektur der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mittels der ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Einlasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie, sowie – Korrektur der ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mittels der ventilhubabhängigen Korrekturfaktoren zu ventilhubabhängigen Durchflusszahlen des Auslasskanals mit Einfluss der Kolben- und Brennraumgeometrie.  Method for determining the flow rate for reciprocating internal combustion engines with stationary flow through the inlet ducts and the outlet ducts at the flow test bench, comprising the steps: Determination of valve-lift-dependent flow rates of the inlet channel based on steady-state flow at the flow test bench without piston installed in the cylinder, Determination of valve-lift-dependent flow numbers of the outlet channel based on steady-state flow through the flow-test stand without piston installed in the cylinder, Determination of theoretical, valve-lift-dependent flow rates of a theoretical flushing operation with negative flushing gradient or positive flushing gradient on the basis of the valve-lift-dependent flow numbers of the inlet channel and the valve-lift-dependent flow numbers of the outlet channel, Determination of actual valve lift-dependent flow rates of an actual flushing operation with a negative flushing gradient or positive flushing gradient on the basis of a steady-state flow through the flow tester with in-cylinder piston, Determination of valve lift-dependent, the influence of the piston and combustion chamber geometry characterizing correction factors from the ratio between the actual valve lift-dependent flow rates of the actual flushing and the theoretical, valve lift-dependent flow rates of the theoretical flushing, and Correction of the valve lift-dependent flow rates of the intake passage by means of the valve lift-dependent correction factors to valve lift-dependent flow rates of the intake passage with influence of the piston and combustion chamber geometry, and Correction of the valve lift-dependent flow rates of the outlet channel by means of the valve lift-dependent correction factors to valve lift-dependent flow numbers of the outlet channel with influence of the piston and combustion chamber geometry.
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