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Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Testvorrichtung.
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Auf dem Gebiet der Kraftmaschinen, insbesondere der Verbrennungskraftmaschinen, ist es bekannt, spezifizierte Leistungsmerkmale der Kraftmaschine unter verschiedenen äußeren Bedingungen wie Außentemperatur und äußerem, atmosphärischem Luftdruck zu verifizieren. Eine Möglichkeit der Verifikation ist die Durchführung von Feldtests, bei denen allerdings die Schwierigkeit besteht, dass die äußeren Bedingungen naturgemäß nicht konstant gehalten werden können. Außerdem sind für einige Verbrennungskraftmaschinen wie beispielsweise Flugzeugtriebwerke Feldtests prinzipiell nicht möglich.
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Zur Verifikation von Leistungsmerkmalen einer Kraftmaschine sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen eine Testvorrichtung die äußeren Bedingungen simuliert.
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Die
CN 102 221 467 A beschreibt ein Höhensimulations-Testsystem für Motoren, das ein Regelventil zwischen Lufteinlass- und Abgas-Strecke aufweist.
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Die
DE 10 2009 016 807 A1 beschreibt einen Prüfstand zur Höhensimulation für eine Brennkraftmaschine. Der Prüfstand weist einen Versorgungsraum auf, in dem eine Versorgungsanlage angeordnet ist, ferner einen vom Versorgungsraum baulich getrennten Prüfraum zur Aufnahme der Brennkraftmaschine, wobei der Prüfraum mit dem Versorgungsraum fluidisch verbunden ist weswegen somit eine Konditionierung der Bedingungen für die zu prüfende Brennkraftmaschine erreichbar sein soll. Die Versorgungsanlage weist eine erste Versorgungseinheit und eine zweite Versorgungseinheit auf. Die erste Versorgungseinheit, die zumindest zur Konditionierung der Temperaturbedingungen vorgesehen ist, befindet sich im Versorgungsraum; die zweite Versorgungseinheit, die zur Konditionierung der Druckbedingungen vorgesehen ist, ist von der ersten Versorgungseinheit getrennt und weist ein Gebläseelement auf, das einen gewünschten Druck derart bereitstellt, dass im Versorgungsraum und im Prüfraum der Druck im Wesentlichen gleich groß ist.
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Die
DE 10 2015 102 891 A1 beschreibt einen Höhensimulations-Messstand für einen Verbrennungsmotor aufweisend zumindest einen Zylinder mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens einer Ausströmöffnung. Fluidkommunizierend sind mit der wenigstens einen Einströmöffnung eine erste Druckveränderungsvorrichtung und fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Ausströmöffnung eine zweite Druckveränderungsvorrichtung angeordnet, wobei durch die erste Druckveränderungsvorrichtung an der Einströmöffnung und durch die zweite Druckveränderungsvorrichtung an der Ausströmöffnung jeweils ein Gasdruck entsprechend einer simulierten Höhe erzeugbar ist. Die erste Druckveränderungsvorrichtung kann eine Verdichterturbine und die zweite Druckveränderungsvorrichtung kann eine Abgasturbine beinhalten, wobei die erste Druckveränderungsvorrichtung und/oder die zweite Druckveränderungsvorrichtung Teile eines Abgasturboladers sein können.
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Die
CN 102 252 854 A beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Luftansaug-/Abgasdrucks in einem Höhensimulationssystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren auf ein Höhensimulationstestsystem eines Flugzeugtriebwerks gerichtet ist und folgende spezifische Schritte umfasst: 1. Durchführung einer Initialisierung; 2. Vorgabe einer zu simulierenden Höhe H und Beschaffung eines atmosphärischen Drucks P der Höhe; und 3. gemeinsame Regelung von Abluftdruck P2 und Lufteinlassdruck P1 des Motors zur Stabilisierung in der Nähe des atmosphärischen Drucks P unter Verwendung eines KI (Künstliche Intelligenz)-basierten Regelalgorithmus und durch kontinuierliche, gleichzeitige Überwachung von Änderungen jedes Parameters, um eine entsprechende Einstellung rechtzeitig vorzunehmen. Das Verfahren zur Regelung eines Luftansaug-/Abgasdrucks soll die Vorteile haben, dass P1 und P2 ein besseres Zeitverhalten aufweisen, dass der Steuerungsprozess stabil und schnell ist, dass ein Schutz für den Motor und andere Testeinrichtungen gefördert wird und dass die Testeffizienz wirksam verbessert werden könne.
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Ferner beschreibt die
CN 103 575 540 A eine Höhensimulations-Testvorrichtung eines motorbetriebenen Drucksystems. Die Höhensimulations-Testvorrichtung umfasst ein Drucksystem und ein Antriebssystem des Drucksystems und dient zum Simulieren unterschiedlicher Höhen-Tiefdruckumgebungen, um den Höhensimulationstest für einen Luftkompressor durchzuführen. Die Höhensimulations-Testvorrichtung des motorbetriebenen Drucksystems testet Leistungsänderungen des Motors und des motorbetriebenen Drucksystems unter verschiedenen atmosphärischen Höhendrücken, die hauptsächlich, in unterschiedlichen Höhen und unterschiedlichen atmosphärischen Drücken, eine Zeit für den Anstieg des Luftdruck eines Luftbehälters von 0 um 100 kPa, eine Zeit, bis der Luftbehälter den höchsten Druck erreicht, die Luftansaugströmung und andere Parameter beinhalten, um die Höhenleistung des motorbetriebenen Drucksystems zu bestimmen, das den Motor als Antriebssystem nutzt.
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Weiterhin schlägt die
CN 101 975 661 A einen Wärmebilanz- und Höhensimulations-Leistungsteststand für einen Motor vor. Der Motor ist auf einem Rahmen des Höhensimulations-Teststands angeordnet und mit einem wärmeabstrahlenden Wassertank durch eine Wassereinlassleitung und eine Wasserauslassleitung verbunden. Ein Kühlwasser-Durchflussmesser ist in der Wasserauslassleitung nahe einer Wasserauslassseite einer motorgetriebenen Wasserpumpe angeordnet. Der wärmeabstrahlende Wassertank ist in einem Wassertank mit konstanter Temperatur eingetaucht. Der wärmeabstrahlende Wassertank und der Wassertank mit konstanter Temperatur sind jeweils mit einem Temperatursensor versehen. Eine Seite des Wassertanks mit konstanter Temperatur ist mit einem Gebläse versehen. Der Motor ist lufteinlassseitig mit einer Drosselklappe und abgasseitig mit einer Saugvorrichtung verbunden. Der wärmeabstrahlende Wassertank ist über eine dampfführende Leitung mit einem Abgas- und Druckstabilisierungsbehälter verbunden. Der Höhensimulations-Leistungsteststand soll für den Motor und den wärmeabstrahlenden Wassertank in der Ebene einen in großen Höhen herrschenden Luftdruck simulieren können, könne auf praktische Weise und wirtschaftlich einen Wärmebilanz- und Höhen-Leistungstest an einem Motor durchführen, stelle ein technisches Hauptelement für Konstruktion und Entwicklung eines höhenfähigen Motor-Abstrahlungssystem bereit, verringere Kosten für Höhen-Feldtests und verkürze eine Entwicklungsperiode des höhenfähigen Motors.
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Die
CN 201 600 244 U beschreibt eine Simulationsvorrichtung zur Messung einer Fahrzeugleistung in großen Höhen, wobei die Simulationsvorrichtung ein Ansaugdrucksimulationssystem, ein Simulationssystem und ein Abgasdruckregelungssystem umfasst. Das Ansaugdruck-Simulationssystem besteht aus einem elektrischen Einlass-Regelventil und einem Ansaug-Druckausgleichsbehälter, seinerseits mit diesem verbunden, um einen Luft-Durchflussmesser zu bilden, wobei das Simulationssystem den durch den Luft-Durchflussmesser aufgebauten Druck abführt. Ein Abgas-Druckausgleichsbehälter, ein Abgasregelventil und eine Pumpe sind in dieser Reihenfolge verbunden. Regelanschlüsse des elektrischen Einlass-Regelventils und des Abgasregelventils sind mit Ausgangsanschlüssen eines Steuerungssystems verbunden.
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Die
US 7 181 379 B2 beschreibt ein Verfahren und ein variables Höhensimulationssystem zur Prüfung von Motoren und Fahrzeugen. Das System dient zum Steuern sowohl des Drucks als auch der Temperatur an einem Motorlufteinlass, dem Motorkurbelgehäuse und dem Motorauslass, so dass die Druck- und Temperaturbedingungen abgeglichen sind. Die Motoren werden sowohl in simulierten Höhenlagen (Betriebsluft bei barometrischen Drücken niedriger als ein lokaler barometrischer Druck am Prüfstandort) und in niedrigen Höhen (Betriebsluft bei barometrischem Druck höher als ein lokaler barometrischer Druck am Prüfstandort) und bei verschiedenen Lufttemperaturen getestet. Das Verfahren und das Höhensimulationssystem sorgen für einen Ausgleich des Luftdrucks am Motorlufteinlass, am Kurbelgehäuse und am Motorauslass. Bei dem beschriebenen Verfahren wird Umgebungsluft durch einen motorgetriebenen Verdichter zu einem druckdichten Verteilerraum gezogen. Der Druck im Verteilerraum wird aufrechterhalten und eingestellt, indem die Leistung des Verdichters gesteuert wird. Luft mit einem bestimmten Druck, um eine ausgewählte Höhe zu simulieren, wird vom Verteilerraum zu dem Kurbelgehäuse und dem Motorlufteinlass verteilt. Zusätzlich wird Luft in einen Abgasverdünnungstunnel geleitet, der strömungstechnisch mit dem Motorauslass verbunden ist, wodurch der Druck am Lufteinlass, im Kurbelgehäuse und im Motorauslass abgeglichen werden.
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Die
US 6 561 014 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Tests an einem Fahrleistungsprüfstand eines Testgeländes unter einem simulierten atmosphärischen Druck, der sich wesentlich von einem tatsächlichen atmosphärischen Umgebungsdruck am Testgelände unterscheidet. Der Verbrennungsmotor weist einen Lufteinlass zur Zuführung eines Einlassluftstroms für die Verbrennung innerhalb des Verbrennungsmotors und einen Abgasauslass zum Auslass eines aus dem Verbrennungsmotor austretenden Abgasstroms auf. Das Verfahren umfasst die Schritte, den Lufteinlass einem simulierten atmosphärischen Druck auszusetzen, den Abgasauslass dem simulierten atmosphärischen Druck auszusetzen und den Verbrennungsmotor zu betreiben, während der Lufteinlass und der Abgasauslass dem simulierten atmosphärischen Druck ausgesetzt sind. Die Vorrichtung umfasst einen Abgasdruckregler, um den Abgasauslass des Verbrennungsmotors im Wesentlichen auf einem bestimmten Abgasdruck während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu halten. Die Vorrichtung beinhaltet ferner einen Einlassdruckregler, um den Lufteinlass des Verbrennungsmotors während des Betriebs des Verbrennungsmotors im Wesentlichen auf einem bestimmten Ansaugdruck zu halten.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Testvorrichtungen zur Simulation eines Betriebs einer Kraftmaschine in einer Höhenlage noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Testvorrichtung zur Simulation eines Betriebs einer Kraftmaschine mit atmosphärischem Luftverbrauch in einer Höhenlage bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau aufweist und dynamische Tests ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Testvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Aufgezeigt wird eine Testvorrichtung zur Simulation eines Betriebs einer Kraftmaschine in einer Höhenlage, aufweisend
- - einen klimatisierten Testraum, in dem die Kraftmaschine angeordnet ist,
- - eine Lufteinlass-Strecke zur Leitung von Luft aus einer äußeren Umgebung zu einem Einlass der Kraftmaschine,
- - eine Abgas-Strecke zur Leitung von Abgas aus einem Auslass der Kraftmaschine in die äußere Umgebung,
- - ein in der Lufteinlass-Strecke angeordnetes Einlassventil, und
- - eine an einem Ende der Abgas-Strecke angeordnete Vakuumpumpe,
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Erfindungsgemäß ist zwischen der Lufteinlass-Strecke und der Abgas-Strecke ein Ausgleichsventil angeordnet, das eine strömungstechnische Kopplung zwischen der Lufteinlass-Strecke und der Abgas-Strecke herstellt und zu einem zumindest weitgehenden Angleichen zwischen dem Luftdruck in der Lufteinlass-Strecke und einem Druck in der Abgas-Strecke dient.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweils abhängigen Unteransprüche.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Testvorrichtung zur Simulation eines Betriebs einer Kraftmaschine mit atmosphärischem Luftverbrauch in einer Höhenlage weist eine Lufteinlass-Strecke und eine Abgas-Strecke auf. Die Lufteinlass-Strecke dient zur Leitung von Luft aus einer äußeren Umgebung zu einem Einlass der Kraftmaschine. Die Abgas-Strecke dient zur Leitung von Abgas aus einem Auslass der Kraftmaschine in die äußere Umgebung.
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Die erfindungsgemäße Testvorrichtung beinhaltet ferner ein in der Lufteinlass-Strecke angeordnetes Einlassventil und eine an einem kraftmaschinenfernen Ende der Abgas-Strecke angeordnete Vakuumpumpe. Zwischen der Lufteinlass-Strecke und der Abgas-Strecke ist ein Ausgleichsventil vorgesehen.
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Durch die Anordnung des Einlassventils kann der Luftdruck in der Lufteinlass-Strecke eingestellt werden. Das Ausgleichsventil stellt eine strömungstechnische Kopplung zwischen der Lufteinlass-Strecke und der Abgas-Strecke her und dient zu einem zumindest weitgehenden Angleichen zwischen dem Luftdruck in der Lufteinlass-Strecke und einem Druck in der Abgas-Strecke. Durch die erfindungsgemäße Testvorrichtung kann eine genaue und zuverlässig wirksame Einstellung von Druckwerten in der Lufteinlass-Strecke und der Abgas-Strecke erreicht werden. Zudem kann die Testvorrichtung in einer geeigneten Ausgestaltung dynamische Tests der Kraftmaschine mit transienten Betriebsparametern ermöglichen.
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Besonders bevorzugt ist das Ausgleichsventil zwischen einem Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke und einem Endbereich der Abgas-Strecke angeordnet.
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Das in der Lufteinlass-Strecke angeordnete Einlassventil dient auch zur Einstellung einer in die Lufteinlass-Strecke einströmenden Luftmenge. Das Einlassventil ist bevorzugt als Absperrklappe ausgebildet.
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Unter dem Begriff einer „Kraftmaschine mit atmosphärischem Luftverbrauch“ sollen im Sinne dieser Erfindung insbesondere auch Kraftmaschinen verstanden werden, bei denen in einer Lufteinlass-Strecke eine Verdichtungsvorrichtung zum Verdichten der atmosphärischen Luft und zum Bereitstellen der verdichteten atmosphärischen Luft für Stoffumsetzungsprozesse in der Kraftmaschine vorgesehen ist. Die Kraftmaschine kann insbesondere als Verbrennungskraftmaschine oder als Brennstoffzellenaggregat ausgebildet sein.
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Die Testvorrichtung weist, wie bereits oben erwähnt, einen klimatisierten Testraum auf, der zur Aufnahme der Kraftmaschine vorgesehen ist, bzw. in dem die Kraftmaschine angeordnet ist. Unter dem Begriff „dazu vorgesehen“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere speziell dafür programmiert, ausgelegt oder angeordnet verstanden werden.
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Auf diese Weise kann insbesondere der Einfluss einer temperaturabhängig geänderten Wärmeabstrahlung der Kraftmaschine untersucht werden, wodurch eine besonders realistische Simulation des Betriebs der Kraftmaschine in einer Höhenlage und entsprechend besonders realistische Ergebnisse erzielt werden können.
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Besonders bevorzugt ist der klimatisierte Testraum zur Einstellung vorgebbarer Parameter der Luft aus der äußeren Umgebung vorgesehen. Dadurch kann beispielsweise der Einfluss niedrigerer Lufttemperaturen und/oder niedrigerer Luftfeuchte der Höhenlage in der Lufteinlass-Strecke auf ein Betriebsverhalten der Kraftmaschine untersucht werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind das Einlassventil und das Ausgleichsventil als steuerbare Stetigventile ausgebildet, wobei eine elektronische Steuerungseinheit zur Ansteuerung zumindest des Einlassventils und des Ausgleichsventils vorgesehen ist.
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Unter einem „Stetigventil“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein Ventil verstanden werden, dass eine stetige Einstellung von Druck und/oder Durchflussmenge eines durch das Ventil fließenden Mediums erlaubt. Der Begriff „Stetigventil“ soll insbesondere und nicht abschließend Absperrklappen, Proportional-Wegeventile, Proportional-Druckventile, Proportional-Stromventile, Regel-Wegeventile und Servo-Wegeventile umfassen. Unter einer „elektronischen Steuerungseinheit“ soll im Sinne dieser Erfindung insbesondere eine elektronische Recheneinheit mit zumindest einem elektronischen Regelkreis und/oder zumindest einem elektronischen Steuerkreis verstanden werden.
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Auf diese Weise kann eine präzise und rasche Einstellung des Luftdrucks in der Lufteinlass-Strecke und des Drucks in der Abgas-Strecke, insbesondere für die Durchführung dynamischer Tests, ermöglicht werden.
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Wenn die elektronische Steuerungseinheit der Testvorrichtung zumindest eine Prozessoreinheit und eine digitale Datenspeichereinheit aufweist, auf die die Prozessoreinheit datentechnischen Zugriff hat, kann eine automatische, flexible und zuverlässige Ausführung von Testsequenzen mit unterschiedlichen Betriebsparametern ermöglicht werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Vakuumpumpe für einen Betrieb bei einer vorgebbaren, konstanten Drehzahl vorgesehen. Dadurch können ein regelungstechnischer Aufwand und eine Komplexität der Vakuumpumpe gering gehalten und Bauteile und Kosten eingespart werden.
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Bevorzugt ist zwischen einer Ansaug-Seite und einer Auslass-Seite der Vakuumpumpe ein ansteuer- oder regelbares Bypass-Ventil vorgesehen. Das Bypass-Ventil kann bei Betriebsstörungen der Vakuumpumpe eine strömungstechnische Verbindung der Ansaug-Seite und der Auslass-Seite bereitstellen, wodurch auch in diesem Fall ein sicherer Betrieb der Testvorrichtung gewährleistet werden kann. Insbesondere kann das Bypass-Ventil von der elektronischen Steuerungseinheit angesteuert bzw. geregelt werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen weist die Testvorrichtung einen Abgasturbolader auf, dessen Verdichter an einem kraftmaschinennahen Ende der Lufteinlass-Strecke und dessen Abgasturbine an einem kraftmaschinennahen Ende der Abgas-Strecke angeordnet ist. Dadurch können insbesondere bei als Verbrennungsmotoren mit Abgasaufladung ausgebildeten Kraftmaschinen Rüstzeiten für einen simulierten Betrieb in einer Höhenlage reduziert werden.
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Wenn in der Testvorrichtung zumindest eine Abgasrückführungsstrecke zwischen der Abgas-Strecke und der Lufteinlass-Strecke vorgesehen ist, kann die Testvorrichtung besonders vorteilhaft für den Test von Otto-und Dieselmotoren verwendet werden.
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Die Abgasrückführungsstrecke kann als Niederdruck-Abgasrückführung (LP-AGR) oder als Hochdruck-Abgasrückführung (HP-AGR) ausgebildet sein. In Ausführungsformen der Testvorrichtung können sowohl eine Niederdruck-Abgasrückführung als auch eine Hochdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein.
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In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Testvorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet zumindest folgende Schritte:
- Öffnen des Einlassventils und des Ausgleichsventils zur Herstellung einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der äußeren Umgebung und der Vakuumpumpe,
- Aktivierung der Vakuumpumpe,
- Ansteuern des Einlassventils zur Erreichung eines vorbestimmten Druckwertes in einem Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke,
- Ansteuern des Ausgleichsventils zur Erreichung einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem vorbestimmten Druckwert des Anfangsbereichs der Lufteinlass-Strecke und dem Endbereich der Abgas-Strecke,
- Inbetriebnahme der Kraftmaschine, und
- Ansteuern des Einlassventils und des Ausgleichsventils zur Beibehaltung des vorbestimmten Druckwertes im Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke und zur Beibehaltung der vorbestimmten Druckdifferenz.
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Die im Zusammenhang mit der Testvorrichtung beschriebenen Vorteile sind in vollem Umfang auf das Verfahren übertragbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testvorrichtung mit einer installierten, zu testenden Kraftmaschine in einer schematischen Darstellung, und
- 2 ein Flussdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Testvorrichtung der 1.
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1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testvorrichtung 10 mit einer installierten, zu testenden Kraftmaschine 14 mit atmosphärischem Luftverbrauch in einer schematischen Darstellung. Die Kraftmaschine 14 ist beispielhaft als Vierzylinder-Dieselmotor ausgebildet. Die Testvorrichtung 10 dient zur Simulation eines Betriebs der Kraftmaschine 14 in einer Höhenlage von bis zu 3000 m über NN, was einem atmosphärischen Luftdruck von etwa 700 mbara (a: absolut; entspricht 70000 Pa) entspricht.
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Die Testvorrichtung 10 weist einen klimatisierten Testraum 12 auf, der zur Aufnahme der Kraftmaschine 14 in einer Motorhalterung (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Der klimatisierte Testraum 12 saugt atmosphärische Außenluft an und stellt vorgebbare Parameter der angesaugten Luft, nämlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit, ein.
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Die Testvorrichtung 10 umfasst eine Lufteinlass-Strecke 20 zur Leitung der konditionierten Luft aus dem klimatisierten Testraum 12 zu einem Einlass 16 der Kraftmaschine 14. Des Weiteren beinhaltet die Testvorrichtung 10 eine Abgas-Strecke 30 zur Leitung von Abgas aus einem Auslass 18 der Kraftmaschine 14 in die äußere Umgebung.
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In einem von der Kraftmaschine 14 entfernt angeordneten Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke 20 ist ein Einlassventil 22 installiert, das als steuerbares Stetigventil, beispielhaft als Absperrklappe ausgebildet ist. An das Einlassventil 22 der Lufteinlass-Strecke 20 schließt sich in Richtung der Kraftmaschine 14 ein Unterdruckbehälter 24 an, der mit einem Drucksensor 26 ausgestattet ist. Der Drucksensor 26 kann als separates Bauteil im Unterdruckbehälter 24 angeordnet sein. Der Drucksensor 26 kann aber auch ein integraler Bestandteil des Einlassventils 22 sein.
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An einem von der Kraftmaschine 14 entfernt angeordneten Ende der Abgas-Strecke 30 ist eine zur Kühlung an einen Wasserkreislauf 64 angeschlossene Vakuumpumpe 40 angeordnet, die für einen Betrieb bei einer vorgebbaren, konstanten Drehzahl vorgesehen ist. Eine Ansaugöffnung 42 der Vakuumpumpe 40 ist der Kraftmaschine 14 zugewandt und mit einem Unterdruckbehälter 32 der Abgas-Strecke 30 strömungstechnisch verbunden. Zwischen der Ansaugöffnung 42 und einer Auslassöffnung 44 der Vakuumpumpe 40 ist eine Umgehungsleitung installiert, die mittels eines steuerbaren Bypass-Ventils 46 kontrolliert werden kann.
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Die Testvorrichtung 10 beinhaltet ferner einen Abgasturbolader 54 mit einer Abgasturbine 56 und einem Verdichter 58. Die Abgasturbine 56 ist mit dem Auslass 18 der Kraftmaschine 14 verbunden und treibt auf einer gemeinsamen Achse den Verdichter 58 an, dessen Einlass mit dem Unterdruckbehälter 24 der Lufteinlass-Strecke 20 und dessen Auslass mit dem Einlass 16 der Kraftmaschine 14 verbunden ist. Vor dem Einlass 16 der Kraftmaschine 14 ist ein an sich bekannter Ladeluftkühler 28 zur Absenkung der Temperatur der verdichteten Luft vorgesehen. Der Unterdruckbehälter 32 der Abgas-Strecke 30 ist mit einem weiteren Drucksensor 34 ausgestattet und verbindet einen Auslass der Abgasturbine 56 mit der Ansaugöffnung 42 der Vakuumpumpe 40. In einem Bereich zwischen der Abgasturbine 56 und dem Unterdruckbehälter 32 der Abgas-Strecke 30 sind ein Dieselpartikelfilter 63 zur Reduzierung der im Abgas vorhandenen Partikel, eine steuerbare Abgasklappe 59 zur Regelung eines Abgasgegendrucks und ein Abgaskühler 36 zur Absenkung der Abgastemperatur angeordnet.
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Zudem sind zwischen der Abgas-Strecke 30 und der Lufteinlass-Strecke 20 zwei Abgasrückführungsstrecken (AGR) 60, 62 eingerichtet. Die erste Abgasrückführungsstrecke 60 ist eine Hochdruck-AGR. Eine Entnahme des Abgases erfolgt vor der Abgasturbine 56 des Turboladers 54, und die Einleitung des Abgases in die Lufteinlass-Strecke 20 erfolgt zwischen dem Ladeluftkühler 28 und dem Einlass 16 der Kraftmaschine 14. Die zweite Abgasrückführungsstrecke 62 ist eine Niederdruck-AGR. Eine Entnahme des Abgases erfolgt nach dem Dieselpartikelfilter 63, und die Einleitung des Abgases in die Lufteinlass-Strecke 20 erfolgt vor dem Verdichter 58.
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Zwischen dem Unterdruckbehälter 24 der Lufteinlass-Strecke 20 und dem Unterdruckbehälter 32 der Abgas-Strecke 30 ist ein Ausgleichsventil 38 vorgesehen, das als steuerbares Stetigventil ausgebildet ist. Bei einer entsprechenden Ansteuerung stellt das Ausgleichsventil 38 eine strömungstechnische Kopplung zwischen der Lufteinlass-Strecke 20 und der Abgas-Strecke 30 her, wodurch ein Druck in der Abgas-Strecke 30 dem Luftdruck in der Lufteinlass-Strecke 20, vor dem Verdichter 58, zumindest weitgehend angeglichen werden kann.
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Zur Ansteuerung des steuerbaren Einlassventils 22, des steuerbaren Ausgleichsventils 38, der steuerbaren Abgasklappe 59 und des steuerbaren Bypass-Ventils 46 ist die Testvorrichtung 10 mit einer elektronischen Steuerungseinheit 48 ausgestattet. Die elektronische Steuerungseinheit 48 umfasst eine Prozessoreinheit 50 und eine digitale Datenspeichereinheit 52, auf die die Prozessoreinheit 50 datentechnischen Zugriff hat.
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Nachfolgend wird eine mögliche erfindungsgemäße Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb der Testvorrichtung 10 gemäß 1 beschrieben. Ein Flussdiagramm des Verfahrens ist in 2 dargestellt. Die elektronische Steuerungseinheit 48 beinhaltet ein Softwaremodul zur automatischen Ausführung des Verfahrens, wobei Schritte des Verfahrens als auszuführender Programmcode vorliegen, der in der digitalen Datenspeichereinheit 52 der elektronischen Steuerungseinheit 48 hinterlegt ist und von der Prozessoreinheit 50 der elektronischen Steuerungseinheit 48 ausgeführt werden kann.
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In Vorbereitung einer Durchführung des Verfahrens wird unterstellt, dass alle beteiligten Vorrichtungen und Komponenten sich in einem betriebsbereiten Zustand und in der in 1 dargestellten Anordnung befinden.
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In einem Schritt 66 des Verfahrens werden das Einlassventil 22 und das Ausgleichsventil 38 zur Herstellung einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der äußeren Umgebung und der Ansaugöffnung 42 der Vakuumpumpe 40 durch die elektronische Steuerungseinheit 48 vollständig geöffnet. In einem weiteren Schritt 68 des Verfahrens wird die Vakuumpumpe 40 derart aktiviert, dass sie mit einer vorgegebenen, konstanten Drehzahl läuft. In einem nächsten Schritt 70 des Verfahrens wird das Einlassventil 22 durch die elektronische Steuerungseinheit 48 angesteuert, bis ein vorbestimmter Druckwert von beispielsweise 900 mbara (entspricht 90000 Pa) im Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke 20 erreicht ist.
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In einem folgenden Schritt 72 des Verfahrens wird das Ausgleichsventil 38 von der elektronischen Steuerungseinheit 48 angesteuert, bis eine vorbestimmte Druckdifferenz von beispielsweise 10 mbar zwischen dem vorbestimmten Druckwert des Anfangsbereichs der Lufteinlass-Strecke 20 und dem Endbereich der Abgas-Strecke 30 erreicht ist.
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Im nächsten Schritt 74 des Verfahrens erfolgen eine Inbetriebnahme der Kraftmaschine 14 und ein Betrieb an einem vorbestimmten Arbeitspunkt.
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Anschließend werden in einem weiteren Schritt 76 das Einlassventil 22 und das Ausgleichsventil 38 zur Beibehaltung des vorbestimmten Druckwertes im Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke 20, im angenommenen Beispiel von 900 mbara, und zur Beibehaltung der vorbestimmten Druckdifferenz von in diesem Beispielsfall 10 mbar, von der elektronischen Steuerungseinheit 48 angesteuert.
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Durch Wechseln des Arbeitspunktes der Kraftmaschine 14 und/oder Änderung des vorbestimmten Druckwertes im Anfangsbereich der Lufteinlass-Strecke 20 können mittels der erfindungsgemäßen Testvorrichtung 10 Höhen- und/oder Lastprofile für den Betrieb der Kraftmaschine 14 simuliert werden, die auch dynamische Komponenten enthalten können. Dies ist in 2 durch die Rückspringpfeile angedeutet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Testvorrichtung
- 12
- Testraum
- 14
- Kraftmaschine
- 16
- Einlass
- 18
- Auslass
- 20
- Lufteinlass-Strecke
- 22
- Einlassventil
- 24
- Unterdruckbehälter
- 26
- Drucksensor
- 28
- Ladeluftkühler
- 30
- Abgas-Strecke
- 32
- Unterdruckbehälter
- 34
- Drucksensor
- 36
- Abgaskühler
- 38
- Ausgleichsventil
- 40
- Vakuumpumpe
- 42
- Ansaugöffnung
- 44
- Auslassöffnung
- 46
- Bypass-Ventil
- 48
- elektronische Steuerungseinheit
- 50
- Prozessoreinheit
- 52
- digitale Datenspeichereinheit
- 54
- Abgasturbolader
- 56
- Abgasturbine
- 58
- Verdichter
- 59
- Abgasklappe
- 60
- Hochdruck-AGR
- 62
- Niederdruck-AGR
- 63
- Dieselpartikelfilter
- 64
- Wasserkreislauf
Verfahrensschritte: - 66
- Öffnen des Einlassventils und des Ausgleichsventils
- 68
- Aktivierung der Vakuumpumpe
- 70
- Ansteuerung des Einlassventils für vorbestimmten Druckwert in Lufteinlass-Strecke
- 72
- Ansteuerung des Ausgleichsventils für vorbestimmte Druckdifferenz
- 74
- Betrieb der Kraftmaschine an vorbestimmtem Arbeitspunkt
- 76
- Ansteuerung des Einlassventils für vorbestimmten Druckwert in Lufteinlass-Strecke und des Ausgleichsventils für vorbestimmte Druckdifferenz
