DE102018128713A1 - Device for cooling the operating environment of a test bench motor unit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältekammer zur Aufnahme und Kühlung der Betriebsumgebung einer zu prüfenden Motoreneinheit umfassend wenigstens eine Brennkraftmaschine, wobei die Kältekammer als eine transportierbare Kältebox ausgebildet ist The present invention relates to a cold chamber for receiving and cooling the operating environment of a motor unit to be tested comprising at least one internal combustion engine, wherein the cold chamber is designed as a transportable cold box
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältekammer zur Aufnahme und Kühlung der Betriebsumgebung einer zu prüfenden Motoreneinheit umfassend wenigstens eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to a cold chamber for receiving and cooling the operating environment of a motor unit to be tested comprising at least one internal combustion engine.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Zur Prüfung von Fahrzeugmotoren in kalten Betriebsumgebungen, insbesondere zur Untersuchung der Kaltstarteigenschaften von Verbrennungsmotoren, werden im Stand der Technik Motorenprüfstände im Inneren großräumiger Kältekammem aufgebaut. Solche Kältekammem weisen ein übliches Innenvolumen von etwa 50 m3 auf und beherbergen den gesamten Prüfstandsaufbau inklusive Podest und Halterungen, dem Prüfling, der Messtechnik, sowie peripheren Steuergeräten zur Bedienung durch Bedienpersonal.For testing of vehicle engines in cold operating environments, in particular for the investigation of the cold start characteristics of internal combustion engines, engine test stands are constructed in the interior of large-scale Kältekammem in the prior art. Such Kältekammem have a common internal volume of about 50 m 3 and accommodate the entire test rig structure including pedestal and brackets, the DUT, the measurement technology, as well as peripheral control devices for operation by operating personnel.
Beispielsweise offenbart die
Des Weiteren offenbart die
Nachteilig an den großvolumigen Kältekammern nach dem Stand der Technik zur Kühlung der Betriebsumgebung einer zu prüfenden Motoreneinheit ist der zur Kühlung der Kältekammer notwendige hohe Energie- und insbesondere Zeitaufwand, wodurch sich die effektive Prüfdauer je Prüfling drastisch verlängert im Vergleich zu Prüfungen ohne Kühlung der Betriebsumgebung. Auch der Auf- oder Umbau des Prüfstandes ist mit hohem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, da sämtliche Komponenten in das Innere der Kältekammer transportiert und dort installiert werden müssen.A disadvantage of the large-volume refrigeration chambers according to the prior art for cooling the operating environment of a motor unit to be tested is the necessary for cooling the cold chamber high energy and in particular time, whereby the effective test duration per DUT drastically extended compared to tests without cooling the operating environment. The construction or conversion of the test stand is associated with high time and effort, since all components must be transported into the interior of the cold chamber and installed there.
Des Weiteren ist in einer Kältekammer die Verwendung einer Drehstrommaschine zur Aufnahme der Motorenleistung bzw. zum Schleppen des zu prüfenden Motors nur sehr eingeschränkt möglich, da Drehstrommaschinen nicht für den Betrieb bei sehr kalten Temperaturen geeignet sind und dort Schaden nehmen können.Furthermore, in a cold chamber, the use of a three-phase machine for receiving the engine power or towing the engine to be tested only very limited possible because three-phase machines are not suitable for operation in very cold temperatures and can take damage there.
Schließlich ist für den Betreiber von Motorenprüfständen das Vorhalten einer großvolumigen Kältekammer mit einem beträchtlichen Aufwand hinsichtlich der anfallenden Investitionskosten und des abzudeckenden Platzbedarfes verbunden.Finally, for the operator of engine test stands, the provision of a large-volume refrigeration chamber with a considerable effort in terms of investment costs incurred and space to be covered connected.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorgenannten Nachteile von Kältekammem zur Aufnahme und Kühlung der Betriebsumgebung einer Motoreneinheit zu überwinden und somit eine Weiterbildung zur ökonomischeren und flexibleren Einsetzbarkeit solcher Kältekammern vorzuschlagen.It is therefore the object of the present invention to overcome the aforementioned disadvantages of Kältekammem for receiving and cooling the operating environment of a motor unit and thus to propose a development for more economical and flexible applicability of such cold chambers.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kältekammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a cold chamber according to the preamble of
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Kältekammer als eine transportierbare Kältebox ausgebildet ist.The invention includes the technical teaching that the cold chamber is designed as a transportable cold box.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Dimensionen des zu kühlenden Volumens mittels der Kältebox im Vergleich zu den im Stand der Technik verwendeten Kältekammern stark zu reduzieren. Durch die Verringerung der räumlichen Abmessung der Kältebox wird das zu kühlende Volumen auf das Bauvolumen des Prüflings und seiner unmittelbaren Umgebung reduziert, während der Großteil der Prüfstandskomponenten außerhalb der Kältebox angeordnet ist. Der Zeitaufwand für die Einstellung eines Sollwertes der Betriebsumgebungstemperatur des Prüflings wird durch die Verwendung der Kältebox signifikant reduziert. Dank der erfindungsgemäßen Transportierbarkeit der Kältebox kann eine Vielzahl an Motorenprüfständen durch Bereitstellung der mobilen Kältebox für Tests bei tiefen Temperaturen umgerüstet werden. Dabei ist ferner die freie Konfigurierbarkeit des gesamten Prüfstandsaufbaus und seiner Umgebung deutlich erhöht, da im Gegensatz zu Aufbauten nach dem Stand der Technik die Zwangsbedingungen durch eine den gesamten Prüfstand samt seiner Peripherie einhausende Kältekammer entfallen.The basic idea of the invention is to greatly reduce the dimensions of the volume to be cooled by means of the cold box in comparison to the cold chambers used in the prior art. By reducing the spatial dimension of the cold box volume to be cooled is reduced to the volume of construction of the specimen and its immediate environment, while the majority of the test stand components is located outside the cold box. The time required for setting a target value of the operating environment temperature of the test object is significantly reduced by the use of the cold box. Thanks to the transportability of the refrigeration box according to the invention, a large number of engine test benches can be retrofitted by providing the mobile refrigeration box for tests at low temperatures. Furthermore, the free configurability of the entire test rig structure and its surroundings is significantly increased since, in contrast to prior art constructions, the constraints are eliminated by a cold chamber that encloses the entire test bench together with its periphery.
In vorteilhafter Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Kältebox eine Zuluftöffnung auf, über die das Innere der Kältebox mittels eines außerhalb der Kältebox anordenbaren Gebläses mit Luft beaufschlagbar ist und/oder wobei die einblasbare Luft mittels eines außerhalb der Kältebox anordenbaren Wärmetauschers und einer außerhalb der Kältebox anordenbaren Kältemaschine temperierbar ist.In an advantageous embodiment, the refrigeration box according to the invention has a supply air opening via which the interior of the refrigeration box can be acted upon by means of a blower which can be arranged outside the cold box and / or wherein the inflatable air can be tempered by means of a heat exchanger which can be arranged outside the cold box and a refrigerator which can be arranged outside the cold box is.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Kältebox eine Haube und eine Palette, wobei die Haube auf der Palette angeordnet und lösbar mit der Palette verbunden ist. Derartige Paletten stellen standardisierte Träger für den Prüfling dar und können zwischen unterschiedlichen Prüfstandsaufbauten ausgetauscht werden, typischerweise unter Verwendung eines Flurfördergerätes. Durch die Ausbildung der Kältebox als eine solche transportierbare Palette mit einer daran lösbar befestigten Haube wird ihre Handhabbarkeit und Einsetzbarkeit weiter erhöht. Insbesondere ist es damit möglich einen auf der Palette montierten Prüfling wahlweise Tests bei Raumtemperatur oder bei tiefen Temperaturen zu unterziehen, wobei sich die Umrüstarbeiten auf die Montage der Haube und ihre Verbindung mit der Kühlvorrichtung, bestehend aus Gebläse, Wärmetauscher und Kältemaschine, beschränkt. Vorzugsweise umfasst die Haube dabei vier vereinzelbare Seitenwände und einen Deckel, wobei die Seitenwände und der Deckel lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch wird die Montage der Haube auf der Palette weiter vereinfacht und kann beispielsweise von nur einer einzigen Person durchgeführt werden. Des Weiteren wird durch die Aufteilung der Haube in einzelne, voneinander lösbare Seiten und einen Deckel die Zugänglichkeit des Inneren der Kältebox verbessert, so dass der darin angeordnete Prüfling bei Bedarf, etwa zur nachträglichen Montage eines Sensors, sehr einfach für das Bedienpersonal erreichbar ist, ohne dass dazu die gesamte Haube samt der daran angeschlossenen Zuleitungen demontiert werden muss. Preferably, the cold box according to the invention comprises a hood and a pallet, wherein the hood is arranged on the pallet and releasably connected to the pallet. Such pallets are standardized supports for the test specimen and can be exchanged between different test rig constructions, typically using a material handling equipment. Due to the design of the cold box as such a transportable pallet with a hood releasably secured thereto, its operability and applicability is further increased. In particular, it is thus possible to subject a sample mounted on the pallet optionally tests at room temperature or at low temperatures, with the conversion work on the assembly of the hood and its connection to the cooling device consisting of blower, heat exchanger and chiller limited. Preferably, the hood comprises four isolatable side walls and a lid, wherein the side walls and the lid are releasably connected to each other. As a result, the assembly of the hood on the pallet is further simplified and can for example be performed by a single person. Furthermore, the accessibility of the interior of the cold box is improved by the division of the hood into individual, mutually detachable sides and a lid, so that the sample is arranged therein, for example, for retrofitting a sensor, very easily accessible to the operator, without that the entire hood including the connected leads must be dismantled.
Vorteilhaft weist die Haube der Kältebox eine Außenhaut aus Metall und eine innenliegende Wärmedämmschicht in Anordnung an der Außenhaut auf. Die Verwendung einer metallischen Außenhaut, etwa aus Aluminium, sorgt für die zu Transport und Handling der Kältebox notwendige Robustheit. Die Außenhaut kann dabei auch als ein Lochblech ausgebildet sein. Wahlweise kann auch eine Sandwich-Struktur aus einer Wärmedämmschicht zwischen einer Außen- und einer Innenhaut aus Metall Verwendung finden.Advantageously, the hood of the cold box on an outer skin made of metal and an inner thermal barrier coating in arrangement on the outer skin. The use of a metallic outer skin, for example made of aluminum, ensures the robustness required for transporting and handling the cold box. The outer skin can also be designed as a perforated plate. Optionally, a sandwich structure of a thermal barrier coating between an outer and an inner skin of metal use find.
In vorteilhafter Ausführungsform weist die Kältebox eine Länge von 1500-1800 mm, eine Breite von 900-1300 mm und eine Höhe von 1200-1700 mm auf, insbesondere die Abmessungen 1600 × 1000 × 1300 mm3 oder 1700 × 1170 × 1600 mm3. Entsprechend des erfindungsgemäßen Grundgedankens einer signifikanten Verringerung des Kühlvolumens im Vergleich zu Kältekammern aus dem Stand der Technik sind die räumlichen Abmessungen der Kältebox vorteilhaft an die räumlichen Abmessungen der Motoreneinheit angepasst. Typischerweise beläuft sich das Volumen der Kältebox auf das 2-fache bis 20-fache des Bauvolumens des Prüflings.In an advantageous embodiment, the cold box has a length of 1500-1800 mm, a width of 900-1300 mm and a height of 1200-1700 mm, in particular the dimensions 1600 × 1000 × 1300 mm 3 or 1700 × 1170 × 1600 mm 3 . According to the inventive concept of a significant reduction of the cooling volume in comparison to refrigeration chambers of the prior art, the spatial dimensions of the cold box are advantageously adapted to the spatial dimensions of the motor unit. Typically, the volume of the cold box amounts to 2 times to 20 times the construction volume of the specimen.
Vorzugsweise umfasst die Kältebox eine Lastöffnung, durch die die Motoreneinheit mittels einer Prüfstandswelle mit einem außerhalb der Kältebox angeordneten Verbraucher, beispielsweise einer Drehstrommaschine, verbindbar ist. Da Drehstrommaschinen üblicherweise nicht zum Betrieb bei niedrigen Temperaturen geeignet sind und dort Schaden nehmen, sind sie auf Prüfständen in Kältekammern nach dem Stand der Technik nicht einsetzbar. Die Kombination der erfindungsgemäßen Kältebox mit einer außerhalb angeordneten, und damit nicht gekühlten, Drehstrommaschine stellt somit einen großen Vorteil der Erfindung dar und ermöglicht einen größeren Umfang an durchführbaren Motorenprüfungen. Beispielsweise kann der Prüfling mittels der Drehstrommaschine nach erfolgtem Kaltstart belastet warmgefahren werden, wodurch ein Versotten des Prüflings vermieden wird.Preferably, the cold box comprises a load opening, by means of which the motor unit can be connected by means of a test bench shaft to a consumer arranged outside the cold box, for example a three-phase machine. Since three-phase machines are usually not suitable for operation at low temperatures and take damage there, they are not applicable to test benches in cold chambers according to the prior art. The combination of the refrigeration box according to the invention with an outside arranged, and thus not cooled, three-phase machine thus represents a great advantage of the invention and allows a larger scope of feasible engine tests. For example, the test specimen can be hot-driven by means of the three-phase machine after a cold start, whereby a spotting of the test specimen is avoided.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kältebox betreffen die separate Kühlung der Betriebsmedien der Brennkraftmaschine, das heißt, des Kühlwassers, des Motoröls und der Ansaugluft. Damit kann die Motoreneinheit nicht nur hinsichtlich ihrer Kaltstarteigenschaften untersucht werden, sondern auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften unter dauerhaft kalten Betriebsbedingungen. In einer entsprechenden Ausführungsform ist das Kühlwasser der Brennkraftmaschine mittels einer Kühlwasserpumpe durch einen Wärmetauscher förderbar, wobei der Wärmetauscher mit einer außerhalb der Kältebox angeordneten Kalt-Warm-Anlage verbunden ist und die Kältebox zwei Kühlwasseröffnungen für den Zulauf von temperiertem Fluid bzw. den Ablauf von zu temperierendem Fluid umfasst. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist das Motoröl aus der Ölwanne der Brennkraftmaschine mittels einer Ölpumpe durch einen Wärmetauscher förderbar, wobei der Wärmetauscher mit einer außerhalb der Kältebox angeordneten Kältemaschine verbunden ist und die Kältebox zwei Ölöffnungen für Zulauf von temperiertem Fluid bzw. den Ablauf von zu temperierendem Fluid umfasst. Die Wärmetauscher zur Temperierung des Kühlwassers bzw. des Motoröls können dabei sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kältebox angeordnet sein, dementsprechend werden durch die Kühlwasser- bzw. Ölöffnungen entweder Steuerfluide oder die Betriebsmedien selbst gefördert. Zur Kühlung der Ansaugluft der Brennkraftmaschine umfasst die Kältebox in weiterer vorteilhafter Ausführung eine Ansaugöffnung, wobei die Ansaugöffnung mittels eines Wärmetauschers und einer außerhalb der Kältebox angeordneten Kältemaschine temperierbar ist.Further advantageous embodiments of the refrigeration box according to the invention relate to the separate cooling of the operating media of the internal combustion engine, that is, the cooling water, the engine oil and the intake air. Thus, the engine unit can be examined not only in terms of their cold start properties, but also in terms of their properties under permanently cold operating conditions. In a corresponding embodiment, the cooling water of the internal combustion engine by means of a cooling water pump can be conveyed through a heat exchanger, wherein the heat exchanger is connected to a cold-warm system arranged outside the cold box and the cold box two cooling water holes for the supply of temperature-controlled fluid or the flow of comprises tempering fluid. In a further development of the invention, the engine oil from the oil pan of the internal combustion engine by means of an oil pump through a heat exchanger can be conveyed, the heat exchanger is connected to an outside of the refrigeration box arranged chiller and the cold box two oil holes for supply of temperature-controlled fluid or the flow of temperierendem fluid includes. The heat exchanger for temperature control of the cooling water or the engine oil can be arranged both inside and outside of the cold box, accordingly be promoted by the cooling water or oil holes either control fluids or the operating media itself. In order to cool the intake air of the internal combustion engine, the refrigeration box in a further advantageous embodiment comprises an intake opening, wherein the intake opening can be temperature-controlled by means of a heat exchanger and a refrigerator arranged outside the refrigeration box.
Figurenlistelist of figures
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand derer Figuren näher dargestellt. Es zeigt die
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kältebox, -
2 eine schematische Darstellung eines Motorenprüfstandes mit erfindungsgemäßer Kältebox, -
3 eine schematische Darstellung eines Motorenprüfstandes mit erfindungsgemäßer Kältebox und Kühlwasser-Kühlung, -
4 eine schematische Darstellung eines Motorenprüfstandes mit erfindungsgemäßer Kältebox und Motoröl-Kühlung, und -
5 eine schematische Darstellung eines Motorenprüfstandes mit erfindungsgemäßer Kältebox und Ansaugluft-Kühlung.
-
1 a schematic representation of a cold box according to the invention, -
2 a schematic representation of a motor test bench with inventive cold box, -
3 a schematic representation of an engine test stand with inventive cold box and cooling water cooling, -
4 a schematic representation of an engine dynamometer with inventive cold box and engine oil cooling, and -
5 a schematic representation of an engine dynamometer with inventive cold box and intake air cooling.
Die
Der Aufbau der Kältebox
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. All of the claims, the description or the drawings resulting features and / or advantages, including structural details or spatial arrangements may be essential to the invention both in itself and in various combinations.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Motorenprüfstandengine test stand
- 11
- Kältebox, KältekammerCold box, cold chamber
- 1010
- HaubeHood
- 1111
- Deckelcover
- 1212
- SeitenwandSide wall
- 1313
- Außenhautshell
- 1414
- Wärmedämmschichtthermal barrier
- 1515
- Verschlussmittel für DeckelClosure means for lids
- 1616
- Verbindungsmittel für SeitenwändeConnecting means for side walls
- 120120
- Zuluftöffnungair intake opening
- 140140
- Lastöffnungload opening
- 150a,150b150a, 150b
- KühlwasseröffnungCooling water opening
- 160a, 160b160a, 160b
- Ölöffnungoil port
- 170170
- Ansaugöffnungsuction
- 180180
- Abgasöffnungexhaust port
- 190190
- Sensoröffnungsensor opening
- 2020
- Gebläsefan
- 2121
- Wärmetauscher für ZuluftHeat exchanger for supply air
- 22 22
- Kältemaschine für ZuluftCooling machine for supply air
- 2323
- Lufttrockner für ZuluftAir dryer for supply air
- 33
- Palettepalette
- 5050
- KühlwasserpumpeCooling water pump
- 5151
- Wärmetauscher für KühlwasserHeat exchanger for cooling water
- 5252
- Kalt-Warm-Anlage für KühlwasserCold-warm system for cooling water
- 5353
- Ventil für KühlwasserkreislaufValve for cooling water circuit
- 6060
- Ölpumpeoil pump
- 6161
- Wärmetauscher für MotorölHeat exchanger for engine oil
- 6262
- Kältemaschine für MotorölCooling machine for engine oil
- 6363
- Sensoren für MotorölkreislaufSensors for engine oil circulation
- 6464
- Ventil für SteuerfluidkreislaufValve for control fluid circuit
- 7171
- Wärmetauscher für AnsaugluftHeat exchanger for intake air
- 7272
- Kältemaschine für AnsaugluftCooling machine for intake air
- 7373
- Lufttrockner für AnsaugluftAir dryer for intake air
- 7474
- Gasdurchflußmesser AnsaugluftGas flow meter intake air
- 7575
- Ventile für AnsaugluftValves for intake air
- 7676
- Ventil für SteuerfluidkreislaufValve for control fluid circuit
- 7777
- Temperatursensor für AnsaugluftTemperature sensor for intake air
- 88th
- Motoreneinheitmotor unit
- 8181
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 8282
- Batteriebattery
- 8383
- KraftstofftankFuel tank
- 99
- Podestpodium
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015102848 A1 [0003]DE 102015102848 A1 [0003]
- DE 2846742 A1 [0004]DE 2846742 A1 [0004]
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Legal Events
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Representative=s name: BRANDT, MAXIMILIAN, DR., DE |
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R084 | Declaration of willingness to licence | ||
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