DE102016121974A1

DE102016121974A1 - Hot gas pulse generator and turbocharger tester with it

Info

Publication number: DE102016121974A1
Application number: DE102016121974.6A
Authority: DE
Inventors: Geoff Charles Capon; Dennis Witt; Colin Copeland; Sam Akehurst
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2017-06-08
Also published as: GB2536760A; GB2536760B; GB201521435D0

Abstract

Ein Heißgasimpulsgenerator 10, 100, der eine geschlossene Kammer 12, 112 hat, die für einen Anschluss an eine Quelle heißen, mit Druck beaufschlagten Gases über ein Einlassventil 11, 111 eingerichtet ist, und eingerichtet ist, um Impulse von heißem, mit Druck beaufschlagtem Gas zu einem Turbolader 20, der getestet wird, über ein Auslassventil 13, 113 zu liefern, ist offenbart. Durch Variieren der Frequenz des Öffnens des Auslassventils 13, 113, können Variationen der Maschinendrehzahl simuliert werden. Das Volumen der Kammer 12, 112 kann entweder durch Bewegen eines Stopfens 15, 115 in einem Zylinder 16, 116, der teilweise die Kammer 12, 112 definiert, oder durch Verwenden von Stopfen 15, 115 mit unterschiedlicher Höhe geändert werden. In beiden Fällen wird die Größe des Heißgasimpulses, der zu dem Turbolader 20 geliefert wird, geändert, wenn das Volumen der Kammer 12, 112 geändert wird, wodurch unterschiedliche Maschinendrosselöffnungszustände simuliert werden.A hot gas pulse generator 10, 100 having a closed chamber 12, 112 for connection to a source of pressurized gas through an inlet valve 11, 111 and adapted to receive pulses of hot, pressurized gas to a turbocharger 20 being tested via an exhaust valve 13, 113 is disclosed. By varying the frequency of opening the exhaust valve 13, 113, variations in engine speed can be simulated. The volume of the chamber 12, 112 can be changed either by moving a plug 15, 115 in a cylinder 16, 116 that partially defines the chamber 12, 112, or by using different height plugs 15, 115. In either case, the size of the hot gas pulse delivered to the turbocharger 20 is changed as the volume of the chamber 12, 112 is changed, thereby simulating different engine throttle opening conditions.

Description

Diese Erfindung betrifft Turbolader für Brennkraftmaschinen und insbesondere ein Gerät zum Testen eines Turboladers, um die Betriebsmerkmale des Turboladers zu bestimmen.This invention relates to turbochargers for internal combustion engines, and more particularly to an apparatus for testing a turbocharger to determine the operating characteristics of the turbocharger.

Das Bestimmen der Leistungsmerkmale von Turboladern ist wesentlich, um solche Turbomaschinen anzupassen und zu optimieren, wenn sie an Diesel- und Benzinbrennkraftmaschinen angewandt werden.Determining the performance of turbochargers is essential to adapt and optimize such turbomachinery when applied to diesel and gasoline internal combustion engines.

Herkömmlich verwenden handelsübliche Turboladertestgeräte (Turboladergasprüfstände) Erdgasbrenner und sind eingerichtet, um einen beständigen Strom von heißem, mit Druck beaufschlagtem Gas zu einem Turbolader, der zu testen ist, zu erzeugen. Ein typischer Turboladerprüfstand ist fähig, einen heißen Gasmassenstrom von bis zu etwa 0,3 kg/s zu erzeugen, verbraucht zwischen 5 und 350 kW Leistung, erzeugt einen mit Druck beaufschlagten Heißgasstrom von bis zu 0,8 MPa (8 bar) und kann eine Heißgastemperatur bis zu 1200 °C erzeugen.Conventionally, commercial turbocharger gas testers use natural gas burners and are designed to produce a steady stream of hot, pressurized gas to a turbocharger to be tested. A typical turbocharger test rig is capable of producing a hot gas mass flow of up to about 0.3 kg / s, consumes between 5 and 350 kW of power, generates a pressurized hot gas flow of up to 0.8 MPa (8 bar), and can produce a Hot gas temperature up to 1200 ° C generate.

Beim Gebrauch liefert eine Hubkolben-Brennkraftmaschine jedoch einen hoch unbeständigen pulsierenden Strom zu der Turboladerturbine, und die Leistung eines Turboladers, die unter diesen nicht beständigen Zustandsbedingungen erhalten wird, unterscheidet sich signifikant von der Leistung, die man unter beständigen Strömungsbedingungen unter Verwenden eines herkömmlichen Turboladergasprüfstands mit beständigem Strom erhält. In use, however, a reciprocating internal combustion engine provides a highly variable pulsating flow to the turbocharger turbine, and the performance of a turbocharger obtained under these unstable state conditions is significantly different from that obtained under steady flow conditions using a conventional turbocharger gas dynamometer sustained current.

Zusätzlich, falls die Frequenz von Abgasimpulsen geringer wird, zum Beispiel durch Verringern des Maschinenbetriebs von vier Zylindern auf drei Zylinder, wird der Abgasstrom zu der Turbine eines Turboladers sogar noch pulsierender und unbeständiger, so dass der Gebrauch eines herkömmlichen Turboladergasprüfstands mit beständigem Strom für Gebrauchsbedingungen noch weniger repräsentativ wird.Additionally, if the frequency of exhaust pulses decreases, for example, by reducing engine operation from four cylinders to three cylinders, exhaust flow to the turbine of a turbocharger becomes even more pulsating and fickle, so that the use of a conventional constant current turbocharger gas test bench for service conditions still remains becomes less representative.

Es besteht daher ein Bedarf an Bereitstellung eines Geräts, das fähig ist, einen hoch pulsierenden Gasstrom zu einer Turbine eines Turboladers zu erzeugen, der die typischen Strömungsbedingungen, die man beim Gebrauch einer Maschine antrifft, akkurat nachvollziehen kann.There is therefore a need to provide a device capable of generating a high pulsating gas flow to a turbine of a turbocharger that can accurately track the typical flow conditions encountered in the use of a machine.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Heißgasimpulsgenerator und ein Turboladertestgerät bereitzustellen, die fähig sind, einen pulsierenden Gasstrom zu einem Turbolader zum Beurteilen der Leistung eines Turboladers zu erzeugen.It is an object of this invention to provide a hot gas pulse generator and a turbocharger testing apparatus capable of generating a pulsating gas flow to a turbocharger for evaluating the performance of a turbocharger.

Es wird folglich ein Heißgasimpulsgenerator zum Bereitstellen einer gepulsten Zuführung von heißem Gas zu einem Turbolader zu Testzwecken bereitgestellt, wobei der Impulsgenerator eingerichtet ist, um eine Zuführung heißen, mit Druck beaufschlagten Gases von einer Quelle heißen, mit Druck beaufschlagten Gases zu empfangen, und zum Anschließen an einen Turbolader, der zu testen ist, angepasst ist, wobei der Impulsgenerator einen Körper, der mindestens eine Kammer mit geschlossenem Volumen definiert, mindestens ein Einlassventil, um den Gasstrom von der Quelle heißen, mit Druck beaufschlagten Gases in den Zylinder zu steuern, mindestens ein Auslassventil, um den Gasstrom von dem mindestens einen Zylinder zu dem Turbolader, der getestet wird, zu steuern, und ein Ventilsteuermittel zum Steuern des Öffnens und Schließens des mindestens einen Einlass- und Auslassventils, um die Zuführung gepulster Abgase von einer Maschine zu dem Turbolader zu simulieren, umfasst.There is thus provided a hot gas pulse generator for providing a pulsed supply of hot gas to a turbocharger for testing purposes, the pulse generator being arranged to supply hot pressurized gas from a source of hot pressurized gas and to connect is adapted to a turbocharger to be tested, wherein the pulse generator at least one body, which defines at least one closed-volume chamber, at least one inlet valve to control the gas flow from the source, with pressurized gas into the cylinder an exhaust valve for controlling the flow of gas from the at least one cylinder to the turbocharger being tested, and valve control means for controlling the opening and closing of the at least one intake and exhaust valve to supply pulsed exhaust from an engine to the turbocharger to simulate.

Bei einer Ausführungsform ist das Ventilsteuermittel betreibbar, um die Frequenz von Gasimpulsen, die zu dem Turbolader, der getestet wird, geliefert werden, zu ändern.In one embodiment, the valve control means is operable to change the frequency of gas pulses supplied to the turbocharger being tested.

Ferner kann das Ventilsteuermittel betreibbar sein, um die Frequenz von Gasimpulsen, die zu dem Turbolader, der getestet wird, geliefert werden, mit einer Rate zu erhöhen, die für eine beschleunigende Maschine repräsentativ ist.Further, the valve control means may be operable to increase the frequency of gas pulses supplied to the turbocharger being tested at a rate representative of an accelerating engine.

Bei einer Ausführungsform ist das Ventilsteuermittel betreibbar, um die Frequenz von Gasimpulsen, die zu dem Turbolader, der getestet wird, geliefert werden, mit einer Rate zu verringern, die für eine verlangsamende Maschine repräsentativ ist.In one embodiment, the valve control means is operable to reduce the frequency of gas pulses delivered to the turbocharger being tested at a rate representative of a decelerating engine.

Bei einer Ausführungsform ist das Volumen der Kammer mit geschlossenem Volumen veränderbar, um die Größe der Gasimpulse, die zu dem Turbolader geliefert werden, zu verändern.In one embodiment, the volume of the closed-volume chamber is variable to vary the magnitude of the gas pulses delivered to the turbocharger.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Volumen der geschlossenen Kammer zwischen einem Mindestvolumen, das einen Gasimpulszustand mit einer niedrigen Größe bereitstellt, und einem Maximalvolumen, das einen Gasimpulszustand mit einer großen Größe bereitstellt, veränderbar.In another embodiment, the volume of the closed chamber is variable between a minimum volume that provides a low-level gas pulse state and a maximum volume that provides a large-sized gas pulse state.

Bei einem Aspekt wird ein Turboladertestgerät bereitgestellt, das einen Impulsgenerator wie oben beschrieben und einen Generator heißen, mit Druck beaufschlagten Gases, der eingerichtet ist, um heißes, mit Druck beaufschlagtes Gas zu dem Impulsgenerator zu liefern, umfasst.In one aspect, there is provided a turbocharger tester comprising a pulse generator as described above and a generator of pressurized gas configured to deliver hot, pressurized gas to the pulse generator.

Bei einer Ausführungsform weist das Gerät ferner einen Elektromotor und eine elektronische Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebs des Elektromotors auf, wobei die Einlass- und Auslassnockenwelle beide von dem Elektromotor als Reaktion auf ein Steuersignal von der elektronischen Steuervorrichtung gedreht werden.In one embodiment, the apparatus further includes an electric motor and an electronic control device for controlling the operation of the electric motor, wherein the intake and exhaust camshafts both from the electric motor in response be rotated to a control signal from the electronic control device.

Die elektronische Steuervorrichtung kann betreibbar sein, um den Elektromotor zu steuern, um die Frequenz von Impulsen, die von dem Impulsgenerator geliefert werden, zwischen einer Mindestfrequenz und einer Höchstfrequenz, die für eine Maschine repräsentativ sind, zu variieren.The electronic control device may be operable to control the electric motor to vary the frequency of pulses provided by the pulse generator between a minimum frequency and a maximum frequency representative of an engine.

Bei einem Aspekt wird ein Verfahren zum Testen eines Turboladers bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Anbringen des Turboladers an einem Impulsgenerator eines Turboladertestgeräts nach einem der Ansprüche 10 bis 14; und
(b) Betreiben des Turboladertestgeräts, um heiße Gasimpulse mit bekannter Impulsgröße mit unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen, um die Frequenz und Größe von Abgasimpulsen von einer Maschine zu simulieren.

In one aspect, there is provided a method of testing a turbocharger comprising the steps of:

(a) attaching the turbocharger to a pulse generator of a turbocharger tester according to any one of claims 10 to 14; and
(b) operating the turbocharger testing apparatus to generate hot gas pulses of known pulse magnitude at different frequencies to simulate the frequency and magnitude of exhaust pulses from a machine.

Das Verfahren kann ferner den folgenden Schritt umfassen:

(c) Ändern der Impulsgröße und Wiederholen des Schritts (b), um die Frequenz und die Größe von Abgasimpulsen, wenn die Maschine in einem unterschiedlichen Zustand arbeitet, zu simulieren.

The method may further comprise the following step:

(c) changing the pulse size and repeating step (b) to simulate the frequency and size of exhaust pulses when the engine is operating in a different state.

Weitere Schritte können Folgendes aufweisen:

(d) Ändern des Drucks des heißen Gases, das zu dem Impulsgenerator geliefert wird, und Wiederholen der Schritte (b) und (c), und/oder
(e) Ändern der Temperatur des heißen Gases, das zu dem Impulsgenerator geliefert wird, und Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d).

Additional steps can include:

(d) changing the pressure of the hot gas supplied to the pulse generator and repeating steps (b) and (c), and / or
(e) changing the temperature of the hot gas supplied to the pulse generator and repeating steps (b), (c) and (d).

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Verweis auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in welcher:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawing, in which:

1 eine schematische Darstellung eines Turboladertestgeräts gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist, die eine erste Ausführungsform eines Impulsgenerators zeigt, der in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung gebaut ist, die den Impulsgenerator in einem Zustand des Erzeugens von Impulsen mit niedriger Größe zeigt, 1 Fig. 12 is a schematic diagram of a turbocharger testing apparatus according to a second aspect of the invention, showing a first embodiment of a pulse generator constructed in accordance with a first aspect of the invention showing the pulse generator in a state of generating low-magnitude pulses;

2 eine Darstellung ähnlich wie 1 ist, die aber den Impulsgenerator in einem Zustand des Erzeugens von Impulsen mit großer Größe zeigt, 2 a representation similar to 1 but showing the pulse generator in a state of generating large-size pulses,

3 eine Endansicht einer zweiten Ausführungsform eines Impulsgenerators ist, der in Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der Erfindung gebaut ist, die den Impulsgenerator in einem Zustand des Erzeugens von Impulsen mit mittlerer Größe zeigt, 3 FIG. 4 is an end view of a second embodiment of a pulse generator constructed in accordance with the first aspect of the invention, showing the pulse generator in a state of producing intermediate sized pulses. FIG.

4 eine schematische Draufsicht des Impulsgenerators ist, der in 3 gezeigt ist, die ein Ventilsteuermittel zeigt, das verwendet wird, um das Öffnen und Schließen des Einlass- und Auslassventils, die Teil des Impulsgenerators sind, zu steuern, 4 is a schematic plan view of the pulse generator, in 3 showing a valve control means used to control the opening and closing of the intake and exhaust valves which are part of the pulse generator;

5 eine auseinandergezogene Ansicht des Impulsgenerators, der in den 3 und 4 gezeigt ist, in einem teilweise zusammengefügten Zustand ist, und 5 an exploded view of the pulse generator, in the 3 and 4 is shown in a partially assembled state, and

6 eine Tabelle ist, die diverse Kombinationen von Impulsfrequenz, Impulsgröße und Heißgastemperatur zum Simulieren einer Viertaktmaschine mit einem Zylinder zeigt. 6 Figure 13 is a table showing various combinations of pulse frequency, pulse size and hot gas temperature for simulating a four-stroke engine with a cylinder.

Unter besonderem Verweis auf die 1 und 2 ist ein Turboladertestgerät 1 gezeigt, das eine Quelle von mit Druck beaufschlagtem heißem Gas in der Form eines Heißgasgenerators 2 und einen Impulsgenerator 10 (auf den 1 und 2 durch eine durchbrochene Linie angegeben) umfasst, der eingerichtet ist, um heißes, mit Druck beaufschlagtes Gas von dem Heißgasgenerator 2 zu erhalten und es zu einer Turbine 21 eines Turboladers 20, der zu testen ist, zuzuführen. Der Turbolader 20 weist auch einen Verdichter 22 auf, der von der Turbine 21 angetrieben wird, wie gemäß dem Stand der Technik gut bekannt ist.With special reference to the 1 and 2 is a turbocharger tester 1 showing a source of pressurized hot gas in the form of a hot gas generator 2 and a pulse generator 10 (on the 1 and 2 indicated by a broken line) adapted to receive hot, pressurized gas from the hot gas generator 2 and get it to a turbine 21 a turbocharger 20 which is to be tested. The turbocharger 20 also has a compressor 22 up, from the turbine 21 is driven, as is well known in the art.

Der Heißgasgenerator 2 hat eine ähnliche Auslegung und Bauweise wie die, die normalerweise bei einem herkömmlichen Turboladerprüfstand verwendet wird. Solche Heißgasgeneratoren sind im Handel bei KRATZER AUTOMATION AG, Gutenberg Straße 5, Unterschleissheim, Deutschland, erhältlich.The hot gas generator 2 has a similar design and construction to that normally used in a conventional turbocharger test bench. Such hot gas generators are commercially available from KRATZER AUTOMATION AG, Gutenberg Strasse 5, Unterschleissheim, Germany.

Der Impulsgenerator 10 umfasst einen Körper 17, der einen Zylinder 16 definiert, in dem sich ein Stopfen 15 befindet. Der Stopfen 15 und der Zylinder 16 definieren bei diesem Beispiel eine einzelne Kammer 12 mit geschlossenem Volumen. Man weiß zu schätzen, dass der Impulsgenerator bei anderen Ausführungsformen mehr als einen Zylinder, Stopfen und mehr als eine Kammer haben könnte.The pulse generator 10 includes a body 17 who has a cylinder 16 defines, in which a stopper 15 located. The stopper 15 and the cylinder 16 define a single chamber in this example 12 with closed volume. It will be appreciated that in other embodiments, the pulse generator could have more than one cylinder, plug, and more than one chamber.

Der Impulsgenerator 10 ist an den Heißgasgenerator 2 durch eine Zuführleitung 3 angeschlossen, die an den Impulsgenerator 10 über ein Einlassventil 11 angeschlossen ist. Das Einlassventil 11 steuert den Gasstrom von dem Heißgasgenerator 2 in die Kammer 12, mit der es über einen Einlassport 4 verbunden ist. The pulse generator 10 is to the hot gas generator 2 through a supply line 3 connected to the pulse generator 10 via an inlet valve 11 connected. The inlet valve 11 controls the gas flow from the hot gas generator 2 in the chamber 12 with which it has an inlet port 4 connected is.

Das Öffnen und das Schließen des Einlassventils 11 werden von einem elektronisch gesteuerten elektrischen Aktuator 32 gesteuert. Der elektronisch gesteuerte Aktuator 32 ist betrieblich mit einer elektronischen Steuervorrichtung 30 verbunden, und der Betrieb des elektronisch gesteuerten Aktuators 32 wird von der elektronischen Steuervorrichtung 30 gesteuert.Opening and closing the inlet valve 11 be from an electronically controlled electric actuator 32 controlled. Of the electronically controlled actuator 32 is operational with an electronic control device 30 connected, and the operation of the electronically controlled actuator 32 is from the electronic control device 30 controlled.

Ein Auslassventil 13 wird verwendet, um den Heißgasstrom von der Kammer 12 zu der Turbine 21 des Turboladers 20, der getestet wird, zu steuern. Das Öffnen und das Schließen des Auslassventils 13 werden von einem elektronisch gesteuerten elektrischen Aktuator 34 gesteuert. Der elektronisch gesteuerte Aktuator 34 ist betrieblich mit der elektronischen Steuervorrichtung 30 verbunden, und der Betrieb des elektronisch gesteuerten Aktuators 34 wird von der elektronischen Steuervorrichtung 30 gesteuert.An exhaust valve 13 is used to control the hot gas flow from the chamber 12 to the turbine 21 of the turbocharger 20 which is tested to control. Opening and closing the exhaust valve 13 be from an electronically controlled electric actuator 34 controlled. The electronically controlled actuator 34 is operational with the electronic control device 30 connected, and the operation of the electronically controlled actuator 34 is from the electronic control device 30 controlled.

Das Auslassventil 13 ist mit der Kammer 12 über einen Auslassport 5 und mit dem Turbolader 20 über eine Turboladerzuführleitung 6 verbunden. Gas strömt aus der Turbine 21 über eine Abgasleitung 7 zur Umgebungsluft.The outlet valve 13 is with the chamber 12 via an outlet port 5 and with the turbocharger 20 via a turbocharger supply line 6 connected. Gas flows out of the turbine 21 via an exhaust pipe 7 to the ambient air.

Man weiß zu schätzen, dass mehr als ein Einlassventil, das den Heißgasstrom in die Kammer steuert, und/oder mehr als ein Auslassventil, das den Heißgasstrom von der Kammer zu dem Turbolader steuert, vorhanden sein könnte.It will be appreciated that more than one inlet valve which controls the flow of hot gas into the chamber and / or more than one outlet valve which controls the flow of hot gas from the chamber to the turbocharger could be present.

Es ist klar, dass die elektrischen Aktuatoren 32, 34 in der Nähe von heißem Gas arbeiten müssen, und dass sie entweder von einer Zuführung gekühlten Wassers gekühlt werden und/oder an die jeweiligen Einlass- und Auslassventile 11, 13 durch wärmeisolierende Anschlüsse angeschlossen sind. It is clear that the electric actuators 32 . 34 have to work in the vicinity of hot gas, and that they are cooled either by a supply of cooled water and / or to the respective inlet and outlet valves 11 . 13 are connected by heat insulating connections.

Die Temperatur und der Druck des heißen Gases, das von dem Heißgasgenerator 2 geliefert wird, werden wie schematisch durch den Gebrauch des Bezugszeichens 31 auf den 1 und 2 angegeben, gemessen.The temperature and pressure of the hot gas coming from the hot gas generator 2 are delivered as schematically by the use of the reference numeral 31 on the 1 and 2 indicated, measured.

Diverse Sensoren werden bereitgestellt, um den Betrieb des Turboladers 20 zu messen, wie zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, die Drehzahl des Turboladers 20, der Heißgasdruck stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbine 21, die Heißgastemperatur stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbine 21, der Massendurchsatz des heißen Gases, das in die Turbine 21 ein- und/oder aus ihr austritt, der Massendurchsatz der verdichteten Luft, die von dem Verdichter 22 erzeugt wird, die Temperatur der Luft, die in den Verdichter 22 hinein und/oder aus ihm heraus strömt, der Druck der Luft, die in den Verdichter hinein und/oder aus dem Verdichter heraus strömt. Diese Sensoren sind schematisch auf den 1 und 2 durch das Bezugszeichen 25 angegeben.Various sensors are provided to the operation of the turbocharger 20 to measure, such as, but not limited to, the speed of the turbocharger 20 , the hot gas pressure upstream and / or downstream of the turbine 21 , the hot gas temperature upstream and / or downstream of the turbine 21 , the mass flow rate of the hot gas entering the turbine 21 on and / or out of it, the mass flow rate of the compressed air coming from the compressor 22 is generated, the temperature of the air entering the compressor 22 into and / or out of it, the pressure of the air flowing into and / or out of the compressor. These sensors are schematic on the 1 and 2 by the reference numeral 25 specified.

In 1 ist der Stopfen 15 hoch in dem Zylinder 16 positioniert, so dass das Volumen der Kammer 12 an einem Mindestvolumen ist, das ausgelegt ist, um einen geschlossenen Drosselzustand einer Maschine zu simulieren, während der Stopfen 15 in 2 tief in dem Zylinder 16 positioniert ist, so dass das Volumen der Kammer 12 an einem Maximalvolumen ist, das ausgelegt ist, um einen weit offenen Drosselzustand einer Maschine zu simulieren.In 1 is the stopper 15 high in the cylinder 16 positioned so that the volume of the chamber 12 at a minimum volume designed to simulate a closed throttle condition of a machine during the plug 15 in 2 deep in the cylinder 16 is positioned so that the volume of the chamber 12 at a maximum volume designed to simulate a wide open throttle condition of a machine.

Wenn das Volumen der Kammer 12 auf einen Mindestwert gestellt ist, spricht man von einem Gasimpulszustand mit niedriger Größe, und die Größe der Gasimpulse, die zu der Turbine geliefert werden, ist an einem Minimum.If the volume of the chamber 12 is set to a minimum value, it is called a low-level gas pulse state and the size of the gas pulses delivered to the turbine is at a minimum.

Wenn das Volumen der Kammer 12 auf einen Höchstwert gestellt ist, spricht man von einem Gasimpulszustand mit großer Größe, und die Größe der Gasimpulse, die zu der Turbine geliefert werden, ist an einem Maximum.If the volume of the chamber 12 is set at a maximum value, it is called a gas pulse state of large size, and the size of the gas pulses supplied to the turbine is at a maximum.

Das Volumen der Kammer 12 ist daher zwischen dem Gasimpulszustand mit niedriger Größe und dem Gasimpulszustand mit großer Größe veränderbar, um diverse Drosselöffnungspositionen einer Maschine zu simulieren.The volume of the chamber 12 is therefore variable between the small-sized gas pulse state and the large-sized gas pulse state to simulate various throttle opening positions of a machine.

In dem Fall des Beispiels, das in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Stopfen 15 zwischen Positionen hoch im Zylinder 16 und tief im Zylinder 16 verlagerbar gezeigt, und man weiß zu schätzen, dass ein Aktuator (nicht gezeigt), wie zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, eine Kurbel ähnlich der, die bei einer herkömmlichen Kolbenhubmaschine verwendet wird, vorgesehen ist, um eine solche Bewegung des Stopfens 15 auszuführen. In the case of the example included in the 1 and 2 shown is the plug 15 between positions high in the cylinder 16 and deep in the cylinder 16 displaceable, and it will be appreciated that an actuator (not shown), such as, but not limited to, a crank similar to that used in a conventional reciprocating machine, is provided for such movement of the plug 15 perform.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Stopfen 15 in einer stationären Position in dem Zylinder 16 installiert sein, und eine Anzahl von Stopfen mit unterschiedlicher Höhe kann verwendet werden, um die Änderung des Kammervolumens zu erzeugen. Es kann zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, ein Stopfen für niedriges Kammervolumen mit einem Durchmesser von 0,05 m und einer Höhe von 0,075 m, ein Stopfen für mittleres Kammervolumen mit einem Durchmesser von 0,05 m und einer Höhe von 0,06 m, sowie ein Stopfen für hohes Kammervolumen mit einem Durchmesser von 0,05 m und einer Höhe von 0,045 m vorhanden sein.In an alternative embodiment, the plug 15 in a stationary position in the cylinder 16 may be installed and a number of different height plugs may be used to produce the change in chamber volume. For example, and without limitation, a low chamber volume plug 0.05m in diameter and 0.075m in height, a 0.05m diameter intermediate chamber volume stopper, and 0 in height, 06 m, as well as a plug for high chamber volume with a diameter of 0.05 m and a height of 0.045 m be present.

Der Betrieb des Turboladertestgeräts 1 läuft wie folgt ab.The operation of the turbocharger tester 1 runs as follows.

Ein Turbolader 20, der zu testen ist, wird an der Turboladerzuführleitung 6 zum Testen bereit angeschlossen.A turbocharger 20 which is to be tested, is at the turbocharger supply line 6 connected ready for testing.

Das Volumen der Kammer 12 ist eingestellt, um eine gewünschte Maschinendrosselposition zu simulieren. The volume of the chamber 12 is set to simulate a desired machine throttle position.

Der Heißgasgenerator 2 wird gestartet und gesteuert, um einen Heißgasstrom mit bekanntem Druck und bekannter Temperatur zu erzeugen, wie zum Beispiel 750 °C und 0,8 MPa (8 bar).The hot gas generator 2 is started and controlled to produce a hot gas flow of known pressure and temperature, such as 750 ° C and 0.8 MPa (8 bar).

Das Einlass- und Auslassventil 11 und 13 werden dann betätigt, um Heißgasimpulse zu dem Turbolader 20 mit einer bekannten Frequenz zu erzeugen, um den Betrieb einer Maschine, die mit einer bestimmten Drehzahl arbeitet, zu simulieren.The inlet and outlet valve 11 and 13 are then actuated to apply hot gas pulses to the turbocharger 20 with a known frequency to simulate the operation of a machine that operates at a certain speed.

Die Reaktion des Turboladers auf diesen Satz von Betriebsparametern wird dann aufgezeichnet, und die Frequenz der Heißgasimpulse, die zu dem Turbolader 20 geliefert werden, wird durch Steuern des Öffnens und Schließens des Einlass- und Auslassventils 11 und 13 geändert. Man weiß zu schätzen, dass zum Erhöhen der Frequenz der Heißgasimpulse die Frequenz, mit der das Auslassventil 13 geöffnet werden muss, erhöht wird und umgekehrt. The response of the turbocharger to this set of operating parameters is then recorded, and the frequency of the hot gas pulses flowing to the turbocharger 20 are supplied by controlling the opening and closing of the intake and exhaust valves 11 and 13 changed. It is appreciated that to increase the frequency of the hot gas pulses, the frequency with which the exhaust valve 13 has to be opened, and vice versa.

Die Frequenz der Impulse heißen Gases, die zu dem Turbolader 20 geliefert werden, wird anhand eines Bereichs von Frequenzen zwischen einer Mindestfrequenz und einer Höchstfrequenz, die ausgewählt sind, um die erwarteten Abgasimpulse von einer Maschine beim Betrieb zwischen ausgewählten Mindest- und Höchstdrehzahlen, wie zum Beispiel Leerlaufdrehzahl und maximal zugelassene Betriebsdrehzahl, darzustellen, geändert. Man weiß zu schätzen, dass die Beschleunigung einer Maschine durch Erhöhen der Frequenz von Impulsen von dem Impulsgenerator 10 im Laufe der Zeit mit einer Rate, die einer erwarteten Frequenzsteigerung von Impulsen von einer Maschine, wenn sie beschleunigt wird, entspricht, simuliert werden kann. Man weiß ferner zu schätzen, dass das Verlangsamen einer Maschine durch Verringern der Frequenz von Impulsen von dem Impulsgenerator 10 im Laufe der Zeit mit einer Rate, die einer erwarteten Frequenzverringerung von Impulsen von einer Maschine, wenn sie langsamer wird, entspricht, simuliert werden kann.The frequency of the pulses is called gas leading to the turbocharger 20 are varied based on a range of frequencies between a minimum frequency and a maximum frequency that are selected to represent the expected exhaust pulses from an engine operating between selected minimum and maximum speeds, such as idle speed and maximum permitted operating speed. It is appreciated that the acceleration of a machine by increasing the frequency of pulses from the pulse generator 10 can be simulated over time at a rate that corresponds to an expected frequency increase of pulses from a machine as it accelerates. It is further appreciated that slowing down a machine by reducing the frequency of pulses from the pulse generator 10 over time, at a rate that corresponds to an expected frequency reduction of pulses from a machine as it slows down.

Nachdem ein vollständiger Lauf von Impulsfrequenzen abgeschlossen wurde, kann entweder das Volumen der Kammer 12 geändert und der Prozess wiederholt werden, oder der Druck oder die Temperatur des heißen Gases, das von dem Heißgasgenerator zugeführt wird, kann geändert werden, bevor der Lauf von Impulsfrequenzen wiederholt wird.After a complete run of pulse frequencies has been completed, either the volume of the chamber 12 may be changed and the process repeated, or the pressure or the temperature of the hot gas supplied from the hot gas generator may be changed before the flow of pulse frequencies is repeated.

In den meisten Fällen wird die Öffnungsfrequenz sowohl des Einlass- als auch des Auslassventils 11 und 13 geändert, um die Frequenz von Heißgasimpulsen, die zu dem Turbolader 20 geliefert werden, zu variieren, weil eine solche Anordnung den Betrieb einer Maschine besser simuliert. Man weiß jedoch zu schätzen, dass es nicht erforderlich ist, die Öffnungsfrequenz des Einlassventils 11 zu variieren, falls die Kammer 12 mit heißem Gas bis zu dem geforderten Druck schnell genug unter Verwendung einer einzigen Frequenz gefüllt werden kann.In most cases, the opening frequency of both the intake and the exhaust valve 11 and 13 changed to the frequency of hot gas pulses leading to the turbocharger 20 be varied because such an arrangement better simulates the operation of a machine. However, it is appreciated that it is not necessary to have the opening frequency of the intake valve 11 to vary if the chamber 12 can be filled with hot gas to the required pressure fast enough using a single frequency.

Durch Verwenden des Impulsgenerators 10 und des Turboladertestgeräts 1 auf diese Art, wird es erlaubt, Turboladerleistungsabbildungen zu erzeugen, die diverse Frequenzen, Kammervolumen (Impulsgrößen), Heißgasdrücke und Heißgastemperaturen referenzieren. Solche Abbildungen können beim Beurteilen der Eignung eines Turboladers für eine neue Maschinenanwendung verwendet werden, um festzustellen, ob der Turbolader die für die vorgeschlagene Anwendung erforderlichen Merkmale hat.By using the pulse generator 10 and the turbocharger tester 1 In this way, it is allowed to generate turbocharger performance maps that reference various frequencies, chamber volumes (pulse sizes), hot gas pressures, and hot gas temperatures. Such maps may be used in assessing the suitability of a turbocharger for a new engine application to determine if the turbocharger has the features required for the proposed application.

Eine dreidimensionale Turboladerabbildung, die Impulsfrequenz im Vergleich zu Impulsgröße und Heißgasdruck referenziert, kann zum Beispiel für den Gebrauch als ein Anwendungsführungstool erzeugt werden.For example, a three-dimensional turbocharger map that references pulse frequency versus pulse size and hot gas pressure may be generated for use as an application guide tool.

Man weiß auch zu schätzen, dass die Daten, die durch Turboladertesten erzeugt werden, in Form einer Tabelle, die in einem elektronischen Prozessor oder Gerät in der Form einer oder mehrerer Nachschlagetabellen gespeichert werden kann, angeordnet werden können.It will also be appreciated that the data generated by turbocharger testing may be arranged in the form of a table that may be stored in an electronic processor or device in the form of one or more look-up tables.

6 zeigt in Tabellenform ein nicht einschränkendes Beispiel der Testresultate, die erzeugt werden können, wenn ein Turboladertestgerät in Übereinstimmung mit dieser Erfindung verwendet wird. Bei dem bereitgestellten Beispiel wird die Impulsfrequenz von 5 Hertz bis 70 Hertz für drei Kammervolumina, die groß, mittel und klein genannt werden, und für drei unterschiedliche Heißgaslieferdrücke von 0,4 MPa, 0,6 MPa und 0,8 MPa variiert. Die ausgewählte Kombination aus Impulsfrequenz, Druck und Impulsgröße ist für einen typischen Bereich von Maschinenbetriebszuständen repräsentativ. 6 FIG. 11 shows in tabular form a non-limiting example of the test results that may be generated when using a turbocharger tester in accordance with this invention. In the example provided, the pulse frequency is varied from 5 hertz to 70 hertz for three chamber volumes, called large, medium and small, and for three different hot gas delivery pressures of 0.4 MPa, 0.6 MPa and 0.8 MPa. The selected combination of pulse frequency, pressure and pulse magnitude is representative of a typical range of engine operating conditions.

Man weiß zu schätzen, dass das Einlass- und das Auslassventil 11 und 13 nicht durch elektronisch gesteuerte Aktuatoren betrieben werden müssen, und dass andere Mittel, wie zum Beispiel mechanische Nocken (wie unten unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben) verwendet werden könnten, um das Einlass- und das Auslassventil 11 und 13 zu betätigen.It is appreciated that the inlet and outlet valves 11 and 13 need not be operated by electronically controlled actuators and that other means, such as mechanical cams (as discussed below with reference to FIGS 3 to 5 described) could be used to the inlet and the outlet valve 11 and 13 to press.

Ungeachtet des verwendeten Ventilbetätigungstyps, muss die Ventilbetätigung ausreichend leistungsfähig sein, um das Einlass- und das Auslassventil 11 und 13 zu öffnen und/oder zu schließen, wenn sie den hohen Gasdrücken, die für das Turboladertesten erforderlich sind, ausgesetzt werden.Regardless of the valve actuation type used, the valve actuation must be sufficiently powerful to provide the intake and exhaust valves 11 and 13 to open and / or close, when exposed to the high gas pressures required for turbocharger testing.

Außerdem weiß man zu schätzen, dass das Einlass- und das Auslassventil 11 und 13 sowie andere Bauteile des Impulsgenerators 10 hohen Temperaturen unterliegen, die Maschinenabgastemperaturen darstellen, wie zum Beispiel Temperaturen bis zu 1000 °C, und daher aus Materialien hergestellt sein müssen, die in der Lage sind, hohem Druck bei einer so hohen Temperatur standzuhalten.In addition, it is appreciated that the intake and exhaust valves 11 and 13 as well as other components of the pulse generator 10 high temperatures, which represent engine exhaust temperatures, such as temperatures up to 1000 ° C, and therefore must be made of materials capable of withstanding high pressure at such a high temperature.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei der eine einzige elektronische Steuervorrichtung 30 verwendet wird, um den Betrieb des Einlass- und Auslassventils 11 und 13 zu steuern und Daten von den Sensoren 25, 31 zu sammeln, weiß man zu schätzen, dass mehrere elektronische Einheiten vorgesehen sein könnten, und dass die Steuerung des Impulsgenerators 10, die Steuerung des Heißgasgenerators 2 sowie die Erfassung von Daten von den Sensoren 25, 31 durch getrennte elektronische Vorrichtungen ausgeführt werden könnten.Although the invention has been described with reference to an embodiment in which a single electronic control device 30 is used to control the operation of the intake and exhaust valves 11 and 13 to control and data from the sensors 25 . 31 to appreciate, it is appreciated that several electronic units could be provided, and that the control of the pulse generator 10 , the control of the hot gas generator 2 as well as the collection of data from the sensors 25 . 31 could be performed by separate electronic devices.

Unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ist ein Impulsgenerator 100 gezeigt, der drei Zylinder 116 hat, die ausgelegt sind, um den Betrieb einer Dreizylinder-Viertaktbrennkraftmaschine zu simulieren.With reference to the 3 to 5 is a pulse generator 100 shown the three cylinders 116 designed to simulate the operation of a three-cylinder four-stroke internal combustion engine.

Wie oben ist der Impulsgenerator 100 Teil eines Turboladertestgeräts, das eine Quelle von mit Druck beaufschlagtem heißen Gas, wie zum Beispiel einen Heißgasgenerator, (nicht gezeigt) und den Impulsgenerator 100 umfasst. Wie oben ist der Impulsgenerator 100 eingerichtet, um eine Zuführung von heißem, mit Druck beaufschlagtem Gas von dem Heißgasgenerator zu erhalten und Heißgasimpulse zu einem Turbolader (nicht gezeigt), der zu testen ist, zu liefern.As above is the pulse generator 100 Part of a turbocharger tester that includes a source of pressurized hot gas, such as a hot gas generator (not shown) and the pulse generator 100 includes. As above is the pulse generator 100 adapted to receive a supply of hot, pressurized gas from the hot gas generator and to deliver hot gas pulses to a turbocharger (not shown) to be tested.

Wie oben erwähnt, kann der Heißgasgenerator eine ähnliche Auslegung und Bauweise haben wie die, die normalerweise bei einem herkömmlichen Turboladerprüfstand verwendet wird, wie zum Beispiel einem Heißgasgenerator des im Handel bei KRATZER AUTOMATION AG, Gutenberg Straße 5, Unterschleissheim, Deutschland, erhältlichen Typs. As mentioned above, the hot gas generator may have a similar design and construction to that normally used in a conventional turbocharger test stand, such as a hot gas generator of the type commercially available from KRATZER AUTOMATION AG, Gutenberg Strasse 5, Unterschleissheim, Germany.

Der Impulsgenerator 100 umfasst einen Körper 117, der drei Zylinder 116 definiert, in welche jeweils ein Stopfen 115 gepasst ist. Die Stopfen 115 und die Zylinder 116 definieren in dem Fall dieses Beispiels drei Kammern 112 mit geschlossenem Volumen, von welchen in 3 nur eine gezeigt ist.The pulse generator 100 includes a body 117 , the three cylinder 116 defined, in each of which a stopper 115 is fit. The plugs 115 and the cylinders 116 In the case of this example, define three chambers 112 with closed volume, of which in 3 only one is shown.

Ein Zylinderkopf 140, der in dem Fall dieses Beispiels die Form eines modifizierten existierenden Zylinderkopfs einer Maschine hat, ist an einem oberen Ende des Körpers 117 anhand einer Adapterplatte 102 angebracht. Jeder der Stopfen 115 ist in Position an einer Grundplatte 101 mithilfe einer Gewindebefestigung 119 befestigt. Die Grundplatte 101 ist an dem Körper 117, der manchmal ein Zylinderblock genannt wird, durch eine Anzahl langer Gewindebefestigungen (nicht gezeigt) befestigt, die sich in dem Fall dieses Beispiels durch Öffnungen in dem Zylinderkopf 140 und in der Adapterplatte 102 erstrecken. Man wird zu schätzen wissen, dass bei anderen Ausführungsformen alternative Befestigungsmittel verwendet werden können, um den Zylinderkopf 140 an dem Körper 117 zu befestigen.A cylinder head 140 which in the case of this example has the shape of a modified existing cylinder head of a machine is at an upper end of the body 117 using an adapter plate 102 appropriate. Each of the plugs 115 is in position on a base plate 101 using a threaded fastener 119 attached. The base plate 101 is on the body 117 , sometimes referred to as a cylinder block, is secured by a number of long threaded fasteners (not shown) which, in the case of this example, extend through openings in the cylinder head 140 and in the adapter plate 102 extend. It will be appreciated that in other embodiments, alternative fasteners may be used to secure the cylinder head 140 on the body 117 to fix.

In dem Fall des gezeigten Beispiels wurde die Höhe der Stopfen 116 derart ausgewählt, dass ein großes Kammervolumen erzeugt wird, wenn die Stopfen 115 in den Zylindern 116 in Position sind. Das erzeugt einen Impuls mit großer Größe, wenn heißes Gas durch die Kammern 112 strömt, wodurch ein weit offener Maschinendrosselzustand simuliert wird.In the case of the example shown, the height of the plugs was 116 selected such that a large chamber volume is created when the plugs 115 in the cylinders 116 are in position. This creates a large size pulse when hot gas passes through the chambers 112 flows, simulating a wide-open engine throttle condition.

Alternativ können Stopfen auch für den Gebrauch zum Variieren des Volumens der Kammern 112 verfügbar sein, um diverse Maschinendrosselöffnungszustände, die zu simulieren sind, zu ermöglichen.Alternatively, plugs may also be used to vary the volume of the chambers 112 be available to allow various machine throttle opening conditions to be simulated.

Es kann zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, ein Stopfen für eine Kammer mit niedrigem Volumen mit einem Durchmesser von 0,06 m und einer Höhe von 0,09 m, ein Stopfen für eine Kammer mit mittlerem Volumen mit einem Durchmesser von 0,06 m und einer Höhe von 0,075 m sowie ein Stopfen für eine Kammer mit großem Volumen mit einem Durchmesser von 0,06 m und einer Höhe von 0,056 m, wie in den 3 und 5 gezeigt, vorhanden sein. For example, and without limitation, a 0.04 m diameter, 0.09 m high volume, low volume chamber plug may be used as a medium volume volume stopper with a diameter of 0, 06 m and a height of 0.075 m and a plug for a large volume chamber with a diameter of 0.06 m and a height of 0.056 m, as in 3 and 5 shown to be present.

Wenn das Volumen der Kammern 112 auf einen Mindestwert gestellt ist, spricht man davon, dass der Impulsgenerator in einem Gasimpulszustand mit niedriger Größe ist, und die Größe der Gasimpulse, die zu dem Turbolader geliefert werden, ist an einem Minimum.If the volume of the chambers 112 is set to a minimum value, it is said that the pulse generator is in a low-level gas pulse state, and the magnitude of the gas pulses supplied to the turbocharger is at a minimum.

Wenn das Volumen der Kammern 112 auf einen Höchstwert gestellt ist, spricht man davon, dass der Impulsgenerator in einem Gasimpulszustand mit großer Größe ist, und die Größe der Gasimpulse, die zu dem Turbolader geliefert werden, ist an einem Maximum.If the volume of the chambers 112 is set to a maximum value, it is said that the pulse generator is in a gas pulse state of large size, and the size of the gas pulses supplied to the turbocharger is at a maximum.

Das Volumen der Kammern 112 ist daher zwischen dem Gasimpulszustand mit niedriger Größe und dem Gasimpulszustand mit großer Größe durch Einfügen von Stopfen 115 mit unterschiedlichen Höhen in die Zylinder 116 und ihr Befestigen in Position an der Grundplatte 101 veränderbar, um diverse Drosselöffnungspositionen einer Maschine zu simulieren.The volume of the chambers 112 is therefore between the small-sized gas pulse state and the large-size gas pulse state by plug insertion 115 with different heights in the cylinder 116 and their fastening in position on the base plate 101 changeable to various To simulate throttle opening positions of a machine.

Wie bei der ersten Ausführungsform, könnten bewegbare Stopfen alternativ verwendet werden, die in den Zylindern 116 durch entsprechende Aktuatoren verlagerbar sind, wie zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, eine Kurbelwellen- und Verbindungsstangenanordnung. Der Impulsgenerator 100 ist an den Heißgasgenerator durch eine Zuführleitung (nicht gezeigt) angeschlossen, die an einen Einlasskrümmer 132 des Impulsgenerators 100 über einen Flansch 133 angeschlossen ist.As with the first embodiment, movable plugs could be alternatively used in the cylinders 116 be displaced by respective actuators, such as, but not limited to, a crankshaft and connecting rod assembly. The pulse generator 100 is connected to the hot gas generator through a supply line (not shown) connected to an intake manifold 132 of the pulse generator 100 over a flange 133 connected.

Der Impulsgenerator 100 kann an den Turbolader, der zu testen ist, durch eine Turboladerzuführleitung (nicht gezeigt) angeschlossen werden, die mit einem Auslasskrümmer 134 des Impulsgenerators 100 über einen Flansch 135 verbunden ist. Bei anderen Fällen, bei welchen der Turbolader zu einem geschlossenen gekoppelten Typ gehört, kann der Turbolader jedoch direkt an den Flansch 135 des Auslasskrümmers 134 angeschlossen sein.The pulse generator 100 may be connected to the turbocharger to be tested through a turbocharger supply line (not shown) connected to an exhaust manifold 134 of the pulse generator 100 over a flange 135 connected is. In other cases, however, where the turbocharger belongs to a closed-coupled type, the turbocharger may directly contact the flange 135 the exhaust manifold 134 be connected.

Heißes Gas von dem Heißgasgenerator tritt in die Kammern 112 des Impulsgenerators 100 in dem Fall dieses Beispiels über drei Einlassports 103, die in dem Zylinderkopf 140 definiert sind, ein. Obwohl in dem Fall dieses Beispiels jede der Kammern 112 mit heißem Gas über einen einzigen jeweiligen Einlassport 103 versorgt wird, weiß man zu schätzen, dass jede Kammer 112 alternativ mit heißem Gas durch mehr als einen Einlassport versorgt werden könnte.Hot gas from the hot gas generator enters the chambers 112 of the pulse generator 100 in the case of this example over three inlet ports 103 in the cylinder head 140 are defined. Although in the case of this example, each of the chambers 112 with hot gas through a single respective inlet port 103 is supplied, one appreciates that each chamber 112 alternatively could be supplied with hot gas through more than one inlet port.

Der Heißgasstrom von jedem Einlassport 103 in die dazugehörende Kammer 112 wird in dem Fall dieses Beispiels durch ein einziges Einlassventil 111 gesteuert, wobei insgesamt drei Einlassventile 111 vorhanden sind. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass mehr als ein Einlassventil vorhanden sein könnte, das eingerichtet ist, um den Heißgasstrom zu jeder Kammer 112 zu steuern, insbesondere, falls mehr als ein Auslassport pro Kammer 112 vorgesehen ist.The hot gas flow from each inlet port 103 in the corresponding chamber 112 in the case of this example, is provided by a single inlet valve 111 controlled, with a total of three intake valves 111 available. However, it will be appreciated that there could be more than one inlet valve configured to deliver the hot gas flow to each chamber 112 in particular, if more than one outlet port per chamber 112 is provided.

Jedes der Einlassventile hat die Form eines herkömmlichen Tellerventils 111, das durch eine jeweilige schraubenförmige Ventilfeder 145 geschlossen gehalten wird, und von einem Ventilaktuator in der Form eines jeweiligen Nockens 142, der auf eine Einlassnockenwelle 141 montiert ist, geöffnet wird. Wie gemäß dem Stand der Technik gut bekannt ist, ist ein Einlassventilplättchen 143 zwischen jeden der Einlassnocken 142 und das Einlassventil 111, das er betätigt, zwischengefügt.Each of the inlet valves is in the form of a conventional poppet valve 111 , which passes through a respective helical valve spring 145 is kept closed, and of a valve actuator in the form of a respective cam 142 that's on an intake camshaft 141 is mounted, is opened. As is well known in the art, is an inlet valve plate 143 between each of the intake cams 142 and the inlet valve 111 he pressed, interposed.

Die Einlassnockenwelle 141 wird von einem Elektromotor 152 als Reaktion auf ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung 130 gedreht.The intake camshaft 141 is powered by an electric motor 152 in response to a control signal from a controller 130 turned.

Heißes Gas von dem Impulsgenerator 100 verlässt die Kammern 112 des Impulsgenerators 100 in dem Fall dieses Beispiels über drei Auslassports 105, die in dem Zylinderkopf 140 definiert sind. Obwohl in dem Fall dieses Beispiels jede der Kammern 112 mit einem einzigen jeweiligen Auslassport 105 verbunden ist, weiß man zu schätzen, dass jede Kammer 112 mit mehr als einem Auslassport verbunden sein könnte.Hot gas from the pulse generator 100 leaves the chambers 112 of the pulse generator 100 in the case of this example over three outlet ports 105 in the cylinder head 140 are defined. Although in the case of this example, each of the chambers 112 with a single respective outlet port 105 connected, one appreciates that every chamber 112 could be connected to more than one outlet port.

Heißes Gas strömt beim Gebrauch von den Kammern 112 durch die Auslassports 105 zu dem Auslasskrümmer 134 und von dort zu dem Turbolader, der getestet wird.Hot gas flows from the chambers during use 112 through the outlet ports 105 to the exhaust manifold 134 and from there to the turbocharger being tested.

Der Heißgasstrom durch jeden Auslassport 105 in den Auslasskrümmer 134 wird in dem Fall dieses Beispiels durch ein einziges Auslassventil 113 gesteuert, wobei insgesamt drei Auslassventile 113 vorhanden sind. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass mehr als ein Auslassventil vorhanden sein könnte, das eingerichtet ist, um den Heißgasstrom von jeder Kammer 112 zu steuern.The hot gas flow through each outlet port 105 in the exhaust manifold 134 In the case of this example, it is replaced by a single outlet valve 113 controlled, with a total of three exhaust valves 113 available. However, it will be appreciated that there could be more than one exhaust valve configured to control the hot gas flow from each chamber 112 to control.

Jedes der Auslassventile hat die Form eines herkömmlichen Tellerventils 113, das durch eine jeweilige schraubenförmige Ventilfeder 146 geschlossen gehalten wird, und von einem Ventilaktuator in der Form eines jeweiligen Nockens 144, der auf eine Auslassnockenwelle 147 montiert ist, geöffnet wird. Wie gemäß dem Stand der Technik gut bekannt ist, ist ein Auslassventilplättchen 145 zwischen jeden der Auslassnocken 144 und das Auslassventil 113, das er betätigt, zwischengefügt.Each of the exhaust valves is in the form of a conventional poppet valve 113 , which passes through a respective helical valve spring 146 is kept closed, and of a valve actuator in the form of a respective cam 144 that is on an exhaust camshaft 147 is mounted, is opened. As is well known in the art, is an outlet valve plate 145 between each of the exhaust cams 144 and the exhaust valve 113 he pressed, interposed.

Die Auslassnockenwelle 147 wird von einem Elektromotor 154 als Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 130 gedreht.The exhaust camshaft 147 is powered by an electric motor 154 in response to a control signal from the controller 130 turned.

Man wird zu schätzen wissen, dass durch Verwenden von zwei Elektromotoren 152, 154 zum Steuern des Öffnens des Einlass- und Auslassventils 111 und 113 die Phasenlage und Dauer des Einlass- und Auslassventils 111 und 113 unabhängig gesteuert werden können. It will be appreciated that by using two electric motors 152 . 154 for controlling the opening of the intake and exhaust valves 111 and 113 the phasing and duration of the intake and exhaust valves 111 and 113 can be independently controlled.

Durch Variieren der Drehzahl der zwei Elektromotoren, kann die Frequenz von Heißgasimpulsen, die zu dem Turbolader, der getestet wird, geliefert werden, zwischen Mindest- und Höchstfrequenzen geändert werden, um diverse Betriebsdrehzahlen einer Maschine zu simulieren.By varying the speed of the two electric motors, the frequency of hot gas pulses delivered to the turbocharger being tested can be changed between minimum and maximum frequencies to simulate various operating speeds of a machine.

Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass beide Nockenwellen 141, 147 alternativ von einem einzigen Elektromotor angetrieben werden könnten. Falls ein einziger Elektromotor verwendet wird, könnte die Phasenlage des Einlass- und Auslassventils durch Verwenden eines herkömmlichen Nockenphaseneinstellmechanismus eingestellt werden.However, it will be appreciated that both camshafts 141 . 147 alternatively could be powered by a single electric motor. If a single electric motor is used, the phasing of the intake and exhaust valves could be adjusted by using a conventional cam phasing mechanism.

Wie zuvor, werden die Temperatur und der Druck des heißen Gases, das von dem Heißgasgenerator geliefert wird, gemessen, und diverse Sensoren (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um den Betrieb des Turboladers zu messen, um die erforderlichen Daten zum Beurteilen seiner Leistung bereitzustellen. As before, the temperature and pressure of the hot gas provided by the hot gas generator are measured, and various sensors (not shown) are provided to measure the operation of the turbocharger to provide the required data to assess its performance.

Diese Sensoren könnten zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein Drehzahl des Turboladers, den Heißgasdruck stromaufwärts und/oder stromabwärts des Turboladers, die Heißgastemperatur stromaufwärts und/oder stromabwärts des Turboladers, den Massendurchsatz von heißem Gas, das in den Turbolader ein- und/oder aus ihm austritt, den Massendurchsatz der verdichteten Luft, die von dem Turbolader erzeugt wird, die Temperatur der Luft, die in den Turbolader hinein und/oder aus ihm heraus strömt, den Druck der Luft, die in den Turbolader hinein und/oder aus ihm heraus strömt, aufweisen. These sensors could include, but are not limited to, the speed of the turbocharger, the hot gas pressure upstream and / or downstream of the turbocharger, the hot gas temperature upstream and / or downstream of the turbocharger, and the mass flow rate of hot gas entering and / or leaving the turbocharger it exits, the mass flow rate of the compressed air produced by the turbocharger, the temperature of the air flowing into and / or out of the turbocharger, the pressure of the air entering and / or leaving the turbocharger out flows.

Der Betrieb des Turboladertestgeräts ist sehr ähnlich wie oben.The operation of the turbocharger tester is very similar to the one above.

Ein Turbolader, der zu testen ist, wird an den Flansch 135 auf dem Auslasskrümmer 134 zum Testen bereit angeschlossen.A turbocharger to be tested is attached to the flange 135 on the exhaust manifold 134 connected ready for testing.

Das Volumen der Kammern 112 wird eingestellt, um eine gewünschte Maschinendrosselposition zu simulieren, indem Stopfen 115 mit der erforderlichen Höhe in Position befestigt werden.The volume of the chambers 112 is set to simulate a desired engine throttle position by plugging 115 be fastened in position with the required height.

Der Heißgasgenerator wird gestartet und gesteuert, um einen Heißgasstrom mit bekanntem Druck und bekannter Temperatur zu erzeugen.The hot gas generator is started and controlled to produce a hot gas flow of known pressure and temperature.

Das Einlass- und Auslassventil 111 und 113 werden dann betrieben, um Heißgasimpulse zu dem Turbolader mit einer bekannten Frequenz zu erzeugen, um den Betrieb einer Maschine, die mit einer bestimmten Drehzahl arbeitet, zu simulieren.The inlet and outlet valve 111 and 113 are then operated to generate hot gas pulses to the turbocharger at a known frequency to simulate the operation of a machine operating at a particular speed.

Die Reaktion des Turboladers auf diesen Satz von Betriebsparametern wird dann aufgezeichnet, und die Frequenz der Heißgasimpulse, die zu dem Turbolader geliefert werden, wird von der elektronischen Steuervorrichtung 130 geändert, die die Drehzahl der Elektromotoren 152, 154 ändert, wodurch die Frequenz des Öffnens und Schließens des Einlass- und Auslassventils 111 und 113 gesteuert wird. Man weiß zu schätzen, dass zum Erhöhen der Frequenz der Heißgasimpulse die Frequenz, mit der die Auslassventile 113 geöffnet werden, erhöht werden muss und umgekehrt. The response of the turbocharger to this set of operating parameters is then recorded and the frequency of the hot gas pulses delivered to the turbocharger is determined by the electronic control device 130 changed the speed of the electric motors 152 . 154 changes, reducing the frequency of opening and closing the intake and exhaust valves 111 and 113 is controlled. It is appreciated that to increase the frequency of the hot gas pulses, the frequency at which the exhaust valves 113 opened, must be increased and vice versa.

In den meisten Fällen wird die Öffnungsfrequenz sowohl des Einlass- als auch des Auslassventils 111 und 113 jeder Kammer 112 geändert, um die Frequenz von Heißgasimpulsen, die zu dem Turbolader geliefert werden, zu variieren, weil eine solche Anordnung den Betrieb einer Maschine besser simuliert. Man weiß jedoch zu schätzen, dass es nicht erforderlich ist, die Öffnungsfrequenz der Einlassventile 111 zu variieren, falls die Kammern 112 mit heißem Gas bis zu dem geforderten Druck schnell genug gefüllt werden können. In most cases, the opening frequency of both the intake and the exhaust valve 111 and 113 every chamber 112 changed to vary the frequency of hot gas pulses supplied to the turbocharger, because such an arrangement simulates the operation of a machine better. However, it is appreciated that it is not necessary to have the opening frequency of the intake valves 111 to vary if the chambers 112 can be filled fast enough with hot gas to the required pressure.

Die Frequenz der Impulse heißen Gases, die zu dem Turbolader geliefert werden, wird anhand eines Bereichs von Frequenzen zwischen einer Mindestfrequenz und einer Höchstfrequenz, die ausgewählt sind, um die erwarteten Abgasimpulse von einer Maschine beim Betrieb zwischen ausgewählten Mindest- und Höchstdrehzahlen, wie zum Beispiel Leerlaufdrehzahl und maximal zugelassene Betriebsdrehzahl darzustellen, geändert.The frequency of the pulses of hot gas supplied to the turbocharger is determined by a range of frequencies between a minimum frequency and a maximum frequency that are selected to the expected exhaust pulses from a machine operating between selected minimum and maximum speeds, such as Idle speed and maximum permitted operating speed, changed.

Nachdem ein vollständiger Lauf von Frequenzen, die die Beschleunigung oder Verlangsamung einer Maschine simulieren, abgeschlossen wurde, wird der Prozess für einen unterschiedlichen Heißgasdruck oder für eine unterschiedliche Heißgastemperatur wiederholt.After a complete run of frequencies simulating the acceleration or deceleration of a machine has been completed, the process is repeated for a different hot gas pressure or for a different hot gas temperature.

Das Volumen der Kammern 112 wird dann durch Ersetzen der Stopfen 115 mit einer Höhe mit Stopfen 115 einer unterschiedlichen Höhe geändert. Man weiß zu schätzen, dass, obwohl hier auf drei Sätze von Stopfen mit unterschiedlicher Höhe verwiesen wird, mehr oder weniger Sätze von Stopfen vorhanden sein könnten. The volume of the chambers 112 is then replaced by replacing the plugs 115 with a height with stopper 115 changed a different height. It will be appreciated that although reference is here made to three sets of plugs of different heights, more or fewer sets of plugs could be present.

Nach dem Abschließen des Testens des Turboladers für diverse Kombinationen von Impulsfrequenz, Impulsdruck, Impulsgröße und Heißgastemperatur, können eine oder mehrere Turboladerleistungsabbildungen erzeugt werden, die diverse Frequenzen, Kammervolumina (Impulsgrößen), Heißgasdrücke und Heißgastemperaturen referenzieren.After completing the turbocharger testing for various combinations of pulse frequency, pulse pressure, pulse magnitude, and hot gas temperature, one or more turbocharger performance maps may be generated that reference various frequencies, chamber volumes (pulse sizes), hot gas pressures, and hot gas temperatures.

Zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, kann eine dreidimensionale Turboladerabbildung, die Impulsfrequenz im Vergleich zu Impulsgröße und Heißgasdruck referenziert, erzeugt werden.By way of example and not limitation, a three-dimensional turbocharger map that references pulse frequency versus pulse size and hot gas pressure may be generated.

Bei einer besonders wirtschaftlichen Ausführungsform eines Heißgasimpulsgenerators, wurde ein herkömmlicher Zylinderkopf angepasst, um einen mit Druck beaufschlagten beständigen Heißgasstrom von einem Turboladergasprüfstand zu erhalten und Heißgasimpulse zu erzeugen, die für Maschinenabgasimpulse repräsentativ sind.In a particularly economical embodiment of a hot gas pulse generator, a conventional cylinder head has been adapted to receive a pressurized steady stream of hot gas from a turbocharger gas test bench and to generate hot gas pulses representative of engine exhaust pulses.

Der Gebrauch einer existierenden Zylinderkopfauslegung war dahingehend vorteilhaft, dass sie für einen typischen Abgasventil- und Abgaskrümmerströmungsweg zu einer Turboladerturbine repräsentativ war. Die verwendeten Einlassventile wurden mit Ventilen ersetzt, die fähig waren, den hohen Gastemperaturen standzuhalten, die an dem Einlass in den Impulsgenerator vorliegen. Der Gebrauch von Einlassventilen, die aus demselben oder einem ähnlichen Material wie das herkömmlich für Abgasventile verwendete hergestellt waren, löste dieses Problem. The use of an existing cylinder head design was advantageous in that it was representative of a typical exhaust valve and exhaust manifold flowpath to a turbocharger turbine. The intake valves used were replaced with valves capable of withstanding the high gas temperatures present at the inlet to the pulse generator. The use of intake valves made of the same or similar material as that conventionally used for exhaust valves solved this problem.

Die Steuerung der Nocken, die zum Betreiben des Einlass- und Auslassventils verwendet wurden, wurde durch Verwenden eines einzigen Elektromotors vorgesehen, der herkömmliche Nockenwellen-Phaseneinstellertechnologie verwendete, um sowohl die Einlass- als auch die Auslassnockenwelle anzutreiben.The control of the cams used to operate the intake and exhaust valves was provided by using a single electric motor that used conventional camshaft phaser technology to drive both the intake and exhaust camshafts.

Die Servosteuerung der Nockenwellen, die separate Elektromotoren für die Einlass- und Auslassnockenwelle verwendet, könnte jedoch problemlos verwendet werden. However, the camshaft servo control using separate intake and exhaust camshaft electric motors could easily be used.

Das Einlass- und das Auslassventil wurden unter Verwendung einer herkömmlichen Anordnung aus Rückstellfeder und Nocken betrieben. Die Federkonstante, die für die Einlassventile verwendet wurde, wurde jedoch erhöht, um zu verhindern, dass die Einlassventile auffliegen, wenn sie dem mit Druck beaufschlagten, heißen Gas von dem Heißgasgenerator ausgesetzt werden. Der Gebrauch von Einlassventilfedern mit einer Federkonstanten von 450 N/m hat sich als effektiv erwiesen, um unbeabsichtigtem Öffnen der Einlassventile vorzubeugen.The intake and exhaust valves were operated using a conventional return spring and cam arrangement. However, the spring constant used for the intake valves has been increased to prevent the intake valves from flying when exposed to the pressurized hot gas from the hot gas generator. The use of inlet valve springs with a spring rate of 450 N / m has proven to be effective in preventing inadvertent opening of intake valves.

Das Ersetzen des herkömmlichen Ventilbetätigungsmechanismus aus Feder und Nocken durch einen desmodromischen Mechanismus wäre möglich und würde potenziell dem Problem des unbeabsichtigten Öffnens des Einlassventils abhelfen.Replacement of the conventional spring-cam valve actuation mechanism with a desmodromic mechanism would be possible and would potentially alleviate the problem of inadvertent opening of the intake valve.

Der Fachmann weiß zu schätzen, dass die Erfindung, obgleich sie beispielhaft unter Verweis auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass alternative Ausführungsformen erstellt werden könnten, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.It will be appreciated by those skilled in the art that although the invention has been described by way of example with reference to one or more embodiments, it is not limited to the disclosed embodiments, and alternative embodiments could be made without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims Claims is defined to leave.

Claims

A hot gas pulse generator for providing a pulsed supply of hot gas to a turbocharger for testing purposes, the pulse generator configured to receive a supply of a hot, pressurized gas from a source of hot pressurized gas and for connection to a turbocharger, which is to be tested, wherein the pulse generator modulates a body defining at least one closed-volume chamber, at least one outlet valve to control the gas flow from the source of pressurized gas into the cylinder, at least one outlet valve controlling the gas flow from the at least one cylinder to the turbocharger being tested, and valve control means for controlling the opening and closing of the at least one intake and exhaust valve to simulate the delivery of pulsed exhaust gases from an engine to the turbocharger ,

The pulse generator of claim 1, wherein the valve control means is operable to change the frequency of gas pulses supplied to the turbocharger being tested.

The pulse generator of claim 2, wherein the valve control means is operable to increase the frequency of gas pulses supplied to the turbocharger being tested at a rate representative of an accelerating engine.

The pulse generator of claim 2, wherein the valve control means is operable to reduce the frequency of gas pulses supplied to the turbocharger being tested at a rate representative of a decelerating engine.

Pulse generator according to one of claims 1 to 4, wherein the volume of the closed-volume chamber is variable to change the size of the gas pulses supplied to the turbocharger.

A pulse generator according to claim 5, wherein the volume of the closed chamber is variable between a minimum volume providing a gas pulse state of a small size and a maximum volume providing a gas pulse state of a large size.

Pulse generator according to claim 6, wherein the pulse generator in the gas pulse state of small size generates a gas flow to the turbocharger, which is representative of a closed engine throttle condition.

The pulse generator of claim 6, wherein the pulse generator in the high magnitude gas pulse state generates a gas flow to the turbocharger representative of a wide open engine throttle condition.

Pulse generator according to one of claims 1 to 8, wherein the at least one inlet valve is a poppet valve, which is actuated by a cam on an intake camshaft, and the at least one exhaust valve is a poppet valve, which is actuated by a cam on an exhaust camshaft.

A turbocharger tester comprising a pulse generator according to any one of claims 1 to 9 and a A generator of hot, pressurized gas adapted to deliver hot, pressurized gas to the pulse generator.

The apparatus of claim 10 when dependent on claim 9, wherein the apparatus further comprises an electric motor and an electronic control device for controlling the operation of the electric motor, wherein the intake and exhaust camshafts are both rotated by the electric motor in response to a control signal from the electronic control device ,

The apparatus of claim 11, wherein the electronic control device is operable to control the electric motor to vary the frequency of pulses provided by the pulse generator between a minimum frequency and a maximum frequency representative of an engine.

The apparatus of claim 10 when dependent on claim 9, the apparatus further comprising first and second electric motors and an electronic control device for controlling the operation of the first and second electric motors, the intake camshaft being controlled by the first electric motor in response to a control signal from the first electric motor electronic control device is rotated, and the exhaust camshaft is rotated by the second electric motor in response to a control signal from the electronic control device.

The apparatus of claim 13, wherein the electronic control device is operable to control the electric motors to vary the frequency of pulses provided by the pulse generator between a minimum frequency and a maximum frequency representative of an engine.

Method for testing a turbocharger, comprising the following steps: (a) attaching the turbocharger to a pulse generator of a turbocharger tester according to any one of claims 10 to 14; and (b) operating the turbocharger testing apparatus to generate hot gas pulses of known pulse magnitude at different frequencies to simulate the frequency and magnitude of exhaust pulses from a machine.

The method of claim 15, further comprising the step of: (c) changing the pulse size and repeating step (b) to simulate the frequency and size of exhaust pulses when the engine is operating in a different state.

The method of claim 16, wherein the method further comprises repeating step (c) until a full range of pulse sizes and frequencies have been simulated.

The method of claim 16 or claim 17, wherein the method further comprises the step of: (d) changing the pressure of the hot gas supplied to the pulse generator and repeating steps (b) and (c).

The method of claim 18, further comprising the step of: (e) changing the temperature of the hot gas supplied to the pulse generator and repeating steps (b), (c) and (d).

Hot gas pulse generator, substantially as described herein with reference to the accompanying drawings.

Turbocharger tester, essentially as described herein with reference to the accompanying drawings.

A method of testing a turbocharger, substantially as described herein with reference to the accompanying drawings.