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Die Erfindung betrifft eine Temperieranlage für einen Motor, einen Prüfstand mit einer Temperieranlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Temperieranlage und eines Prüfstands.
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Aus der
DE 10 2009 013 449 A1 ist eine Temperieranlage bekannt, mit der mittels eines Arbeitsfluids die Temperatur eines Motors eingestellt werden kann. Des Weiteren wird ein Prüfstand mit einer derartigen Temperieranlage offenbart.
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Die erfindungsgemäße Temperieranlage für einen Motor umfasst einen Hauptkreislauf zum Einstellen einer Temperatur eines im Hauptkreislauf zirkulierenden ersten Arbeitsfluids, eine Pumpe, die in dem Hauptkreislauf zum Zirkulieren des Arbeitsfluids angeordnet ist, einen Motorkreislauf, der mit dem Motor zum Einstellen einer Temperatur des Motors verbindbar ist und in dem ein zweites Arbeitsfluid zirkulierbar ist, einen ersten Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Hauptkreislauf und dem Motorkreislauf, einen ersten Temperatursensor, mit dem die Temperatur des zweiten Arbeitsfluids messbar ist, und eine Pumpensteuerung, wobei die Pumpensteuerung mit dem ersten Temperatursensor verbunden ist und eingerichtet ist, eine Fördermenge der Pumpe in Abhängigkeit eines mit dem Temperatursensor gemessenen Temperaturwertes des zweiten Arbeitsfluids zu regeln.
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Die Prüfung eines Motors, wie eines Verbrennungsmotors, kann einen Betrieb des Motors bei unterschiedlichen Temperaturen umfassen. Dies kann auch das Durchfahren eines vorgegebenen Temperaturverlaufes umfassen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die tatsächliche Temperatur des Motors möglichst dem vorgegebenen Temperaturverlauf entspricht. Mit der erfindungsgemäßen Temperieranlage kann die Temperatur des Motors eingestellt werden. Die Einstellung der Temperatur des Motors erfolgt durch das Einstellen der Temperatur des im Motorkreislauf zirkulierenden zweiten Arbeitsfluids. Dessen Temperatur ist wiederum über den ersten Wärmetauscher durch die Temperatur des ersten Arbeitsfluids im Hauptkreislauf vorgegeben. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Temperieranlage eine Pumpensteuerung umfasst, die die Fördermenge der Pumpe in Abhängigkeit des Temperaturwertes des zweiten Arbeitsfluides regelt, ist es möglich, durch eine Änderung der Fördermenge eine schnelle Änderung der Temperatur des ersten Arbeitsfluids zu erzielen und über die dadurch bewirkte Änderung der Temperatur des zweiten Arbeitsfluids eine schnelle Anpassung der Temperatur des Motors an einen vorgegebenen Temperatursollwert zu erreichen.
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Der Motorkreislauf ist bevorzugt mit einem Kühlmittelkreislauf des Motors verbunden. Das zweite Arbeitsfluid fließt somit durch den Motorkreislauf und den Kühlmittelkreisauf des Motors, wodurch eine schnelle Temperierung des Motors bewirkt wird. Ein Ausgang des Motorkreislaufs ist mit einem Eingang des Kühlmittelkreislaufs und ein Eingang des Motorkreislaufs ist mit einem Ausgang des Kühlmittelkreislaufs verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Motorkreislaufeingang angeordnet. Der Temperatursensor misst damit den Temperaturwert des zweiten Arbeitsfluids, nachdem es den Motor durchlaufen hat. Die Temperatur des zweiten Arbeitsfluids entspricht damit im Wesentlichen der Temperatur des Motors. Damit eignet sich dieser Temperaturwert als Eingangswert für die Pumpensteuerung zum Regeln der Fördermenge der Pumpe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperaturwert als lstwert Eingangswert eines durch die Pumpensteuerung ausgebildeten Reglers. Sollwert und damit weiterer Eingangswert für den Regler ist die vorgegebene Temperatur. Die Regelung der Fördermenge erfolgt in Abhängigkeit der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert.
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Der erfindungsgemäße Prüfstand umfasst eine erfindungsgemäße Temperieranlage. Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Temperieranlage oder eines Prüfstands wird die Fördermenge der Pumpe zumindest zeitweise in Abhängigkeit des mit dem ersten Temperatursensor gemessenen Temperaturwerts geregelt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperieranlage,
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2 einen Regler zum Regeln der Fördermenge der Fördermenge der Pumpe, und
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3 einen mit der Temperieranlage gefahrenen Temperaturverlauf.
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Die 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Temperieranlage. Die Temperieranlage umfasst einen Hauptkreislauf 1 zum Einstellen einer Temperatur eines im Hauptkreislauf zirkulierenden ersten Arbeitsfluids und einen Motorkreislauf 3, der mit einem Motor 4 zum Einstellen einer Temperatur des Motors 4 verbindbar ist und in dem ein zweites Arbeitsfluid zirkulierbar ist. Die Flussrichtung des ersten und zweiten Arbeitsfluids sind in der Figur mit Pfeilen 13 dargestellt. Des Weiteren umfasst die Temperieranlage einen ersten Wärmetauscher 5 zum Wärmeaustausch zwischen dem Hauptkreislauf 1 und dem Motorkreislauf 3 und einen ersten Temperatursensor 6, mit dem die Temperatur des zweiten Arbeitsfluids messbar ist. Die Temperieranlage umfasst zudem eine Pumpe 2, die in dem Hauptkreislauf zum Zirkulieren des Arbeitsfluids angeordnet ist, und eine Pumpensteuerung 7. Die Pumpensteuerung ist mit dem ersten Temperatursensor 6 verbunden und eingerichtet, eine Fördermenge der Pumpe 2 in Abhängigkeit eines mit dem Temperatursensor 6 gemessenen Temperaturwertes des zweiten Arbeitsfluids zu regeln.
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Die Steuerung der Fördermenge der Pumpe kann über eine Regelung einer Drehzahl der Pumpe erfolgen. Dabei können über die Pumpensteuerung einer Vielzahl von unterschiedlichen Drehzahlen und damit eine Vielzahl von unterschiedlichen Fördermengen eingestellt werden.
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Der Motorkreislauf 3 ist mit einem Kühlmittelkreislauf (nicht dargestellt) des Motors 4 verbunden. Dabei ist ein des Motorkreislaufausgang 12 des Motorkreislaufs 3 mit einem Eingang des Kühlmittelkreislaufs und ein Motorkreislaufeingang 8 mit dem Ausgang des Kühlmittelkreislaufs verbunden. Das zweite Arbeitsfluid kann somit durch den Motorkreislauf 3 und den Kühlmittelkreislauf des Motors 4 zirkulieren und auf diese Weise eine Temperierung des Motors 4 bewirken. Die Zirkulation erfolgt durch eine nicht näher dargestellte Pumpe des Motors 4.
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Alternativ ist es möglich, den Temperatursensor am Motor 4 anzuordnen, beispielsweise am Kühlmittelkreislauf. Des Weiteren kann der Motor einen Sensor aufweisen, der als Temperatursensor 6 eingesetzt werden kann.
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Der Motorkreislauf 3 umfasst zudem einen Druckausgleichsbehälter 14, Ventile V und eine Heizung 15 zum Heizen des zweiten Arbeitsfluids. Die Heizung 15 ist vorteilhaft, um eine schnelle Temperaturerhöhung des zweiten Arbeitsfluids und damit des Motors zu erreichen. Die Heizung 15 ist parallel zum ersten Wärmetauscher 1 angeordnet, wodurch es möglich ist, durch Betätigung der Ventile V das zweite Arbeitsfluid durch die Heizung durchzuführen oder an dieser vorbeizuleiten.
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Der Hauptkreislauf umfasst einen Kaltkreislauf 9 und einen Warmkreislauf 10. Der Kaltkreislauf 9 und der Warmkreislauf 10 sind über ein Mischventil 11 miteinander verbunden. Der Abschnitt des Hauptkreislaufs in Flussrichtung nach dem Mischventil 11 führt zum ersten Wärmetauscher 11. Die Pumpe 2 ist in diesem Abschnitt zwischen Mischventil 11 und ersten Wärmetauscher 11 angeordnet.
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Die Temperatur des ersten Arbeitsfluids im Warmkreis wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 90° C und 120° C eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt dies über einen zweiten Wärmetauscher 17 des Warmkreislaufs 10, der mit einer geeigneten Vorrichtung zur Erzeugung der Temperatur verbunden ist. Die Temperatur des ersten Arbeitsfluids im Kaltkreis 9 wird vorzugsweise auf einem Wert zwischen 20°C und 35° C eingestellt. Dies erfolgt hier über einen dritten Wärmetauscher 18 des Kaltkreises 9, der mit einer geeigneten Kühlvorrichtung verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Kaltkreislauf 9 einen vierten Wärmetauscher 19, der den Kaltkreislauf 9 an einen zusätzlichen zweiten Kaltkreislauf 21 der Temperieranlage koppelt. Der zweite Kaltkreislauf 21 umfasst eine Kühlvorrichtung 20 und eine Pumpe zum Zirkulieren eines sich im zweiten Kaltkreislauf befindenden dritten Arbeitsfluids. Dadurch, dass der Kaltkreislauf 9 zwei mit geeigneten Kühlvorrichtungen verbundene Wärmetauscher 18, 19 vorsieht, kann eine vorteilhafte schnelle Kühlung des ersten Arbeitsfluids erreicht werden.
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Abhängig von der Stellung des Mischventils V1 wird dem ersten Wärmetauscher 5 Arbeitsfluid aus dem Warmkreislauf 10 oder dem Kaltkreislauf 9 zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Mischventil V1 schaltbar in eine erste Stellung, in der der Warmkreislauf 10 mit dem ersten Wärmetauscher 5 verbunden ist und eine zweite Stellung, in der der Kaltkreislauf 9 mit dem ersten Wärmetauscher 5 verbunden ist. Die Schaltung des Mischventils V1 erfolgt durch eine nicht näher dargestellte Steuerung der Temperieranlage. Durch schnelles Schalten ist es möglich, die Temperatur des ersten Arbeitsfluids am ersten Wärmetauscher in einem breiten Bereich zu variieren. Alternativ ist es möglich, ein variabel einstellbares Mischventil einzusetzen, so dass Arbeitsfluid aus dem Kaltkreislauf 9 und dem Warmkreislauf 10 in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt werden können. Im Bereich des Mischventils 11 sind Ventile V im Hauptkreislauf 1 vorgesehen, durch deren Betätigung es möglich ist, über einen Bypass 22 Arbeitsfluid aus dem Kaltkreislauf 9 an dem Mischventil 11 vorbei vor die Pumpe 2 zu leiten. Schließlich umfasst der Hauptkreislauf 1 einen Druckausgleichsbehälter 23 zum Ausgleichen eines Drucks im Hauptkreislauf 1.
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Die Drehzahl der Pumpe 2 bestimmt die Fördermenge und damit den Durchsatz des ersten Arbeitsfluids am ersten Wärmetauscher 5. Über die Regelung der Drehzahl der Pumpe Iässt sich die dem ersten Wärmetauscher über das erste Arbeitsfluid zugeführte Wärme steuern und folglich die Temperatur des zweiten Arbeitsfluids im Motorkreislauf 3 und damit die Temperatur des Motors 4 beeinflussen. Es hat sich herausgestellt, dass über eine solche Regelung zumindest in bestimmten Situationen eine vorteilhafte genauere und schnellere Einstellung der Temperatur des Motors 4 möglich ist als dies allein durch ein Mischen der Arbeitsfluide oder Umschalten zwischen Kaltund Warmkreislauf mittels des Mischventils 11 möglich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der mit dem Temperatursensor 6 gemessene Temperaturwert als lstwert Eingangswert E1 eines durch die Pumpensteuerung 7 ausgebildeten Reglers, siehe 2. Sollwert und damit weiterer Eingangswert E2 für den Regler ist die für vorgegebene Temperatur. Die Regelung der Fördermenge der Pumpe 2 erfolgt in Abhängigkeit der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Regler ein PID-Regler. Ausgabewert A des Reglers ist ein Wert für die Drehzahl der Pumpe 2. Alternative Regelkonzepte sind grundsätzlich ebenfalls möglich.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird als erstes, zweites und drittes Arbeitsfluid Wasser-Glykol eingesetzt.
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Der Hauptkreislauf kann zur Steuerung oder Überwachung der Temperieranlage an verschiedenen Stellen Temperatur- oder Drucksensoren aufweisen.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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3 zeigt ein Diagramm, dass einen vorgegebenen Soll-Temperaturverlauf für den Motor 4 über die Zeit t darstellt. Der Solltemperaturverlauf ist hier ein durch eine obere Grenze Tmax und eine untere Grenze Tmin definierter Temperaturkorridor. Die Temperatur des Motors 4 ist mittels der Temperieranlage so einzustellen, dass sich der Zeitverlauf der Temperatur des Motors 4 innerhalb des vorgegebenen Korridors befindet.
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In diesem Ausführungsbeispiel unterteilt sich der vorgegebene Temperaturverlauf in eine Aufheizphase, eine sich an die Aufheizphase anschließende Stationärphase und eine sich an die Stationärphase anschließende Abkühlphase.
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Dem eigentlichen Prüflauf geht eine Planung voraus. lm Rahmen der Planung wird zumindest der Betrieb der Temperieranlage geplant und gemäß der Planung ein Programm erstellt, gemäß dem die Temperieranlage den Prüflauf durchfährt.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird für die Aufheizphase festgelegt, dass das Mischventil V1 sich in der ersten Stellung befindet, in der es den Warmkreislauf 10 mit dem ersten Wärmetauscher verbindet. Das Ventil V2 ist offen, das Ventil V3 ist geschlossen. Stellt sich bei der Planung heraus, dass der Motor 4 selbst zu wenig Wärme erzeugt, um die vorgegebene Temperatur zu erreichen, wird die Drehzahl der Pumpe 2 auf Null gestellt. Sollte dies nicht ausreichend sein, kann die Heizung 15 aktiviert und das Ventil V3 geöffnet werden. Wenn sich die Temperatur des Motors 4 zu schnell erhöht, kann das Ventil V3 geschlossen, die Heizung 15 ausgestellt werden und die Drehzahl der Pumpe 2 erhöht werden.
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Für die Stationärphase wird festgelegt, dass das Mischventil V1 sich in der zweiten Stellung befindet, in der es den Kaltkreislauf 9 mit dem ersten Wärmetauscher verbindet. Das Ventil V2 ist offen, das Ventil V3 ist geschlossen. Das Halten der Temperatur des Motors 4 im gewünschten Bereich erfolgt mittels der Regelung der Drehzahl der Pumpe 2.
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Für die Abkühlphase wird festgelegt, dass das Mischventil V1 sich in der zweiten Stellung befindet, in der es den Kaltkreislauf 9 mit dem ersten Wärmetauscher verbindet. Das Ventil V2 ist offen, das Ventil V3 ist geschlossen. Das Senken der Temperatur des Motors 4 innerhalb des vorgegebenen Korridors erfolgt mittels der Regelung der Drehzahl der Pumpe 2.
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Entsprechend des so geplanten Programms wird die Temperieranlage für die Durchführung des Prüflaufs betrieben. Während des Prüflaufs ist die Regelung der Pumpe 2 immer aktiv. Durch den Temperaturkorridor ist ein Temperatursollwert vorgegeben. In Abhängigkeit einer Abweichung zwischen dem Temperatursollwert und dem mit dem Temperatursensor 6 gemessenen Temperaturwert Tm wird über die Einstellung der Drehzahl die Fördermenge der Pumpe geregelt. Wie 3 zeigt, kann auf diese Weise erreicht werden. dass sich Tm über die gesamte Zeit des Prüflaufs innerhalb des vorgegebenen Temperaturkorridors befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009013449 A1 [0002]
