DE102019125113A1

DE102019125113A1 - Pulserzeuger und Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung

Info

Publication number: DE102019125113A1
Application number: DE102019125113.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Lückmann; Adrian Schlosshauer
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Pulserzeuger zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand, um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors zu simulieren, mit einer Kammer, wobei die Kammer mindestens zwei Auslassventile aufweist, wobei eine Zuführung für ein Fluid in die Kammer und eine Ableitung für die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen vorgesehen ist, sowie Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulserzeuger zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand, um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors zu simulieren, mit einer Kammer, wobei die Kammer mindestens zwei Auslassventile aufweist, wobei eine Zuführung für ein Fluid in die Kammer und eine Ableitung für die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand.
Aus der DE 10 2017 100 493 A1 ist ein Verfahren Turbinenprüfstand bekannt, der einen Heißgaserzeuger und einen Pulserzeuger aufweist, wobei ein Prüfling stromabwärts des Heißgaserzeugers und des Pulserzeugers angeordnet werden kann und mit einem Heißgasstrom des Heißgaserzeugers beaufschlagbar ist, wobei der Pulserzeuger wenigstens eine erste Teilstromleitung mit einem ersten Ventil und eine zweite Teilstromleitung mit einem zweiten Ventil aufweist. Die Verwendung eines ersten Ventils in einer ersten Teilstromleitung und eines zweiten Ventils in einer zweiten Teilstromleitung ermöglicht es in den Teilstromleitung geleitete Teilströme getrennt voneinander einzustellen oder zu modellieren, die es ermöglichen einen motorischen Abgasstrom zu modellieren. Wenn die erste Teilstromleitung und die zweite Teilstromleitung ausgebildet sind, um parallele Teilströme des Heißgasstromes zu leiten, können Pulsationen im Heißgasstrom getrennt voneinander erzeugt werden und verschiedene Pulse dem Heißgasstrom unabhängig voneinander aufgeprägt werden, so dass ein komplex geformter Puls im Heißgasstrom erzeugt werden kann. Wenn das erste Ventil ein zyklisch angesteuertes Ventil ist kann das erste Ventil einen Vorauslassstoß an einem Auslassventil einer Verbrennungskraftmaschine nachmodellieren, während das zweite Ventil entweder ein konstant öffnendes Ventil oder ebenfalls ein zyklisch ansteuerbares Ventil ist.
Es besteht die Möglichkeit, die Pulsationen mittels einer Ventilsteuerung, wie sie bei einem Zylinderkopf eines Kolbenmotors bekannt ist, zu erzeugen. Dabei stellt sich jedoch das Problem, an einem Auslassventil lediglich der Vorauslassstoß nachzubilden, während der nachfolgende Gasausstoß durch ein zweites Ventil in der zweiten Teilstromleitung gebildet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pulserzeuger und ein Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung zur Verfügung zu stellen, welche einen Vorauslassstoß an einem Auslassventil eines Kolbenmotors besser nachbilden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Der erfindungsgemäße Pulserzeuger dient zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand. Die gepulste Strömung soll dabei eine Abgasströmung eines Kolbenmotors nachbilden. Bei der Fluidströmung handelt es sich in der Regel um Heißgas, wobei auch Temperaturen der Fluidströmung erzeugbar sind, die nicht als heiß zu bezeichnen sind, beispielsweise von 20 Grad Celsius. Es kann sich also auch um oder Luft aus einem Druckerzeuger handeln. Der Heißgasprüfstand dient zur Beaufschlagung eines Prüflings mit dem Fluidstrom. Als Prüfling kommen in der Regel beliebige Komponenten eines Abgasstrangs in Frage, wie beispielsweise Turbinen von Turboladern oder Abgasnachbehandlungskomponenten. Neben Heißgasprüfstand wird auch die Bezeichnung Turbinenprüfstand verwendet.
Der erfindungsgemäße Pulserzeuger weist eine Kammer mit mindestens zwei Auslassventilen auf. Es ist eine Zuführung für ein Fluid in die Kammern und eine Ableitung für die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen vorgesehen. Erfindungsgemäß ist eine Ventilsteuerung für die Auslassventile vorgesehen, wobei die Ventilsteuerung dazu eingerichtet ist, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile zu realisieren.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ventilsteuerung grundsätzlich ausgelegt werden kann, wie bei einem Kolbenmotor. Mittels der Ventilsteuerung die Öffnungsdauer der Auslassventile zu verkürzen, erlaubt es vorteilhaft, einen Vorauslassstoß an einem Auslassventil einer Verbrennungskraftmaschine nachzubilden.
Der Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, ist im Sinne der Erfindung ein beliebiger Kolbenmotor, nicht etwa ein bestimmter Motor, dessen Abgasstrom gerade zu simulieren ist. Der erfindungsgemäße Pulserzeuger ist dazu geeignet, Abgasströme verschiedenster Kolbenmotoren hinsichtlich deren Konfiguration und Zylinderzahl über deren gesamten Drehzahlbereich nachzubilden. Der Bezug auf den Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird soll lediglich als Referenz dienen, da die Öffnungsdauer der Auslassventile bei dem erfindungsgemäßen Pulserzeuger deutlich geringer ist, als bei Kolbenmotoren. Vorzugsweise ist die Öffnungsdauer im Vergleich höchstens halb so lang, wie bei dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird. Besonders bevorzugt beträgt die Öffnungsdauer im Vergleich etwa ein Drittel der Öffnungsdauer bei dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird. Dabei ist dem Fachmann klar, dass sich die Öffnungsdauer nicht auf einen absoluten Zeitwert bezieht, sondern dass die Öffnungsdauer bei Kolbenmotoren direkt mit der Drehzahl verknüpft ist. Die Öffnungsdauer wird daher bevorzugt als Gradzahl des Kurbelwellenwinkels angegeben, um welchen die Kurbelwelle sich während der Öffnungsdauer dreht. Dabei ist auch diese Angabe lediglich eine Referenz zu einem Kolbenmotor, da der erfindungsgemäße Pulserzeuger keine Kurbelwelle aufweist. Der Begriff Kolbenmotor umfasst im Sinne der Erfindung Verbrennungskraftmaschinen mit Kolben, einschließlich beispielsweise Hubkolben, Rotationskolben und Freikolben. Eine Abgasströmung zu simulieren ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass ein Fluidstrom erzeugt wird, welche der realen Abgasströmung entspricht oder dieser zumindest sehr nahe kommt, insbesondere bezüglich Massenstrom, Druck und Temperatur. Begriffe wie Nachbilden oder Modellieren werden hier synonym zu dem Begriff Simulieren verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Auslassventile Hubventile, wobei die Verkürzung der Öffnungsdauer vorzugsweise dadurch realisiert ist, dass ein Ventilhub der Auslassventile, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, geringer ist. Eine Beschleunigung der Auslassventile kann gegenüber dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, im Wesentlichen unverändert sein, was aber nicht notwendigerweise der Fall sein muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ventilsteuerung dazu eingerichtet ist, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, eine größere Anzahl der Auslassventile gleichzeitig zu öffnen. Vorteilhaft lässt sich dadurch ein aufsummierter Öffnungsquerschnitt der geöffneten Auslassventile erhöhen, um einen höheren Massenstrom an gepulster Strömung zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ventilsteuerung eine Nockenwelle mit Nocken zur Betätigung der Auslassventile aufweist, wobei die Nocken der Nockenwelle insbesondere derart angeordnet sind, dass mindestens zwei Auslassventile gleichzeitig öffnen. Weiterhin bevorzugt weist die Nockenwelle Mehrfachnocken mit einer gemeinsamen axialen Position auf, wobei die Mehrfachnocken ein gemeinsames Auslassventil je Umdrehung der Nockenwelle mehrfach betätigen. Die axiale Position bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse der Nockenwelle. Bevorzugt sind die Mehrfachnocken Doppelnocken, so dass je Umdrehung der Nockenwelle das entsprechende Ventil zweimal geöffnet und geschlossen wird. Die Mehrfachnocken sind bevorzugt über den Umfang der Nockenwelle gleichmäßig verteilt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nocken in Gruppen zu je mindestens zwei Nocken aufgeteilt sind, wobei die Nocken einer Gruppe jeweils eine gemeinsame Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle aufweisen. Das bedeutet, dass alle Nocken einer Gruppe zeitgleich jeweils ein Auslassventil öffnen und schließen. Die Nockenpositionen der Gruppen sind verschieden. Die Anzahl der Gruppen kann eins betragen, so dass sämtliche Nocken der einen Gruppe angehören und wobei alle Nocken die gleiche Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle aufweisen. Bei dieser Ausführungsform öffnen alle Auslassventile gleichzeitig. Alle Auslassventile können auch bei mehreren Gruppen gleichzeitig geöffnet werden, nämlich wenn die Nockenwelle Mehrfachnocken mit einer gemeinsamen axialen Position aufweist. Zwei Gruppen können somit durch Doppelnocken gebildet sein, welche alle Auslassventile zweimal je Nockenwellenumdrehung öffnen und schließen. Bevorzugt beträgt die Anzahl an Gruppen eins, zwei, drei oder vier. Die Gruppen sind bevorzugt gleichmäßig über den Umfang der Kurbelwelle verteilt angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nockenwelle, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, mit einer um einen Faktor verschiedenen Drehzahl dreht, insbesondere mit einer um einen Faktor höheren Drehzahl dreht. Der Faktor entspricht einem Verhältnis einer Zylinderanzahl des Kolbenmotors zu einer Anzahl der Gruppen. Die Zylinderanzahl des Kolbenmotors bezieht sich hier auf den Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ableitung für die gepulste Fluidströmung mehrere Fluten aufweist, wobei jede der Fluten die gepulste Fluidströmung eines Teils der Auslassventile aufnimmt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn mehrflutige Abgasstrangkomponenten mit gepulster Fluidströmung beaufschlagt werden sollen, beispielswese mehrflutige Turbinen, wie die Turbinen von sogenannte Twin-Scroll Ladern.
Ein weiterer Gegenstand, der die Aufgabe löst, betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand, um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors zu simulieren. Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der zuvor beschriebene Pulserzeuger verwendet. Bei dem Verfahren wird eine Kammer mit mindestens zwei Auslassventilen verwendet, wobei ein Fluid von einer Fluid-Quelle in die Kammer geleitet wird, wobei die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen zu einem Prüfling auf dem Heißgasprüfstand geleitet wird, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilsteuerung derart gesteuert werden, dass eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile realisiert wird, als bei dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auslassventile Hubventile sind, wobei ein Ventilhub der Auslassventile, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, geringer eingestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen beziehen sich gleichermaßen auf den erfindungsgemäßen Pulserzeuger, wie auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Es zeigen

1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers in einer schematischen Darstellung;
2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers in einer schematischen Darstellung;
3A und 3B verschiedene Ansichten einer Nockenwelle der Ventilsteuerung bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers gemäß 1 im Detail;
4 ein Diagramm zur Darstellung der Öffnungsdauer der Auslassventile bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers gemäß 1;
5A, 5B und 5C eine Gegenüberstellung verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Pulserzeugers mit schematischen Darstellungen und Diagrammen zur Darstellung der Öffnungsdauer der Auslassventile.

In der 1 ist erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers 2 mit einem Heißgasprüfstand 1 schematisch dargestellt. Der Heißgasprüfstand oder Turbinenprüfstand 1 ist mit einem Turbolader 14 mit Wastegateventil dargestellt, um eine Turbine 15 als Prüfling in Verbindung mit einem Verdichter 16 zu prüfen. Der Turbinenprüfstand 1 weist eine Fluid-Quelle 17, beispielsweise eine Heißgasquelle 17 und einen Pulserzeuger 2 auf, wobei die als Prüfling verwendete Turbine 15 stromabwärts der Heißgasquelle 17 sowie des Pulserzeugers 2 angeordnet ist und mit einem Fluidstrom der Heißgasquelle 17, die auch als Heißgaserzeuger 17 bezeichnet wird, beaufschlagt wird, wobei der Pulserzeuger 2 wenigstens eine erste Teilstromleitung 18 mit einer Mehrzahl von Auslassventilen 4 und eine zweite Teilstromleitung 19 mit einem kontinuierlichen Ventil 20 aufweist. Die Prüfung des Turboladers 14 erfolgt mittels des Fluidstromes, welcher in dem Heißgaserzeuger 17 erzeugt und aus dem durch den Pulserzeuger 2 ein gepulster Fluidstrom generiert wird. Es versteht sich, dass die Prüfung auch lediglich an der als Prüfling verwendeten Turbine 15 des Turboladers 14 oder auch an einer einzelnen Turbine ohne Verdichter erfolgen kann. Hierbei kann als Bremse für die Turbine 15 beispielsweise eine mechanische, hydraulische oder elektrische Bremse statt des Verdichters 16 Verwendung finden. Ferner versteht es sich, dass der Prüfling auch der Verdichter 16 sein kann, wobei die Turbine 15 zum Antrieb des Verdichters 16 verwendet wird. Andere Komponenten eines Abgasstrangs können ebenso als Prüfling an dem Heißgasprüfstand geprüft werden, beispielsweise Abgasnachbehandlungseinrichtungen.
Der erfindungsgemäße Pulserzeuger 2 stellt einer gepulsten Fluidströmung für den Heißgasprüfstand 1 bereit, um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors (nicht dargestellt) zu simulieren. Das Fluid wird von dem Heißgaserzeuger 17 über eine Zuführung 5 einer Kammer 3 zugeführt, wobei die Kammer 3 in dem Ausführungsbeispiel sechs Auslassventile 4 aufweist. Die Zuführung 5 teilt sich in die erste Teilstromleitung 18 zu der Kammer 3 und die zweite Teilstromleitung 19 mit dem kontinuierlichen Ventil 20 auf. Die Kammer 3 ist ein abgeschlossenes Reservoir für das Fluid, wobei das Fluid in bekannter Weise mit Druck beaufschlagt ist. Der Fachmann erkennt, dass die Kammer 3 auch in mehrere separate Kammern aufgeteilt sein kann. Das Fluid verlässt die Kammer 3 über die Auslassventile 4, wobei eine Ableitung 6 für die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen 4 zu der Turbine 15 vorgesehen ist. Eine Ventilsteuerung 7 für die Auslassventile 4 ist dazu eingerichtet ist, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile 4 zu realisieren, was später noch anhand weiterer Figuren erläutert wird.
In der 2 ist zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers 2 mit einem Heißgasprüfstand 1 schematisch dargestellt. Die Darstellung des Pulserzeugers 2 unterscheidet sich geringfügig von der 1, da die Kammer 3, die Zuleitung 5 und die Auslassventile 4 abweichend dargestellt sind. Die Ventilsteuerung 7 ist in der 2 nicht dargestellt. Diese Komponenten unterscheiden sich jedoch hinsichtlich der technischen Merkmale nicht gegenüber den in der 1 dargestellten Komponenten. Ein wesentlicher Unterschied betrifft den Turbolader 14 als Prüfling. Es handelt sich um einen sogenannten Twin-Scroll Lader dessen Turbine 15 ein zweiflutiges Gehäuse aufweist. Um für die Prüfung des Prüflings eine gepulste Fluidströmung zur Verfügung stellen zu können, weist die Ableitung 6 für die gepulste Fluidströmung ebenfalls mehrere Fluten 12 auf, wobei jede der Fluten 12 die gepulste Fluidströmung eines Teils der Auslassventile 4 aufnimmt. Die zweite Teilstromleitung 19 ist dementsprechend ebenfalls geteilt und weist zwei parallele kontinuierliche Ventile 20 auf, so dass jeder der zwei Fluten 12 eine nicht gepulste Teilströmung zugeführt werden kann.
In den 3A und 3B sind zwei verschiedene Ansichten einer Nockenwelle 8 der Ventilsteuerung 7 entsprechend der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers 2 gemäß 1 im Detail dargestellt. 3 A zeigt eine Seitenansicht, 3B eine perspektivische Ansicht. Mit X ist die Rotationsachse der Nockenwelle 8 bezeichnet. Die Nockenwelle 8 weist Nocken 9 zur Betätigung der Auslassventile 4 in bekannter Form auf. Die Nocken 9 weisen im Gegensatz zu der Nockenwelle eines Kolbenmotors jedoch eine gemeinsame Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle 8 auf, sodass mit der gezeigten Nockenwelle 9 alle sechs Auslassventile 4 der Kammer 3 nach 1 gleichzeitig geöffnet werden.
In der 4 ist ein Diagramm 100 zur Darstellung der Öffnungsdauer der Auslassventile 4 bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulserzeugers gemäß 1 dargestellt. Auf einer Ordinatenachse 102 ist der Ventilhub in Millimetern angegeben, auf einer Abszisse 101 die Zeit, wobei der dargestellte Zeitabschnitt beispielhaft ca. 30 Millisekunden betragen kann. Die mit 103, 104 und 105 bezeichnet eine Kurve, welche die Ventilöffnungen der Auslassventile von drei Zylindern eines Dreizylindermotors (nicht dargestellt) darstellen, dessen Abgasstrom mittels des erfindungsgemäßen Pulserzeugers beispielhaft nachgebildet werden soll. Ein Doppelpfeil 107 bezeichnet einen vollständigen Zyklus des Dreizylindermotors über 720 Grad Kurbelwellenwinkel, was einer vollen Umdrehung der Nockenwelle des Dreizylindermotors entspricht, während der die Auslassventile jedes Zylinders einmal geöffnet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Pulserzeuger 2 wird mittels der Ventilsteuerung 7 eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile 4 zu realisiert, als bei dem Dreizylindermotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, was durch die Kurve 106 dargestellt ist. Die Nockenwelle 8 gemäß 3A und 3B dreht dazu mit der dreifachen Drehzahl der Nockenwelle des Dreizylindermotors. Da die Nocken 9 im Gegensatz zu einer konventionellen Nockenwelle eine gemeinsame Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle 8 aufweisen, öffnen alle sechs Auslassventile 4 der Kammer 3 in 1 gleichzeitig und bleiben anschließend über eine längere Zeit geschlossen. Die Öffnungsdauer der Ventile des Dreizylindermotors ist mit dem Doppelpfeil 108 dargestellt, der sich etwa über 190 Grad Kurbelwellenwinkel erstreckt. Die Öffnungsdauer der Auslassventile 4 des erfindungsgemäßen Pulserzeugers 2 ist mit dem Doppelpfeil 109 dargestellt, der sich über ca. 35 Grad Kurbelwellenwinkel erstreckt. Wegen der kurzen Öffnungszeit der Auslassventile 4 erreichen diese einen geringeren Ventilhub von hier unter drei Millimetern (Kurve 106), gegenüber einem normalen Ventilhub von über sieben Millimetern bei den Ventilen des Dreizylindermotors (Kurve 103, 104, 105). Der geringere Auslassquerschnitt jedes einzelnen Auslassventils 4, der sich daraus ergibt, wird vorteilhaft dadurch kompensiert, dass mehrere Auslassventile 4 gleichzeitig geöffnet werden, hier alle sechs Auslassventile 4.
Mit Bezug auf die 5A, 5B und 5C werden verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Pulserzeugers 2 gegenübergestellt, wobei jeweils links die Nockenwelle 8, in der Mitte eine schematische Darstellung des Pulserzeugers 2 und rechts ein Diagrammen zur Darstellung der Öffnungsdauern der Auslassventile 4 gezeigt ist.
Die Nockenwellen 8 sind jeweils in einer Seitenansicht dargestellt, bei der die Rotationsachse X (vgl. 3A) senkrecht zu der Zeichenebene verläuft. Die Nocken 9 sind in Gruppen 11 zu je mindestens zwei Nocken 9 aufgeteilt, wobei die Nocken 9 einer Gruppe 11 jeweils eine gemeinsame Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle 8 aufweisen und wobei die Nockenpositionen der Gruppen 11 verschieden sind. In der 5A ist eine Gruppe 11 dargestellt, welche sämtliche Nocken 9 umfasst. Dies entspricht der Ausführungsform gemäß 3A. In der 5B weist die Nockenwelle 8 zwei Gruppen 11 von Nocken 9 auf, wobei die zwei Gruppen um 180 Grad versetzt auf der Nockenwelle 8 angeordnet sind. In der 5C weist die Nockenwelle 8 drei Gruppen 11 von Nocken 9 auf, wobei die drei Gruppen um 120 Grad versetzt auf der Nockenwelle 8 angeordnet sind. Die Nockenwellen 8 gemäß der 5B und 5C können Mehrfachnocken 10 mit einer gemeinsamen axialen Position bezüglich der Rotationsachse aufweisen, müssen es aber nicht. Die Mehrfachnocken 10 betätigen ein gemeinsames Auslassventil 4 je Umdrehung der Nockenwelle 8 mehrfach. Mehr als zwei Öffnungen des Auslassventils 4 bei einer Umdrehung der Nockenwelle 8 sind jedoch praktisch kaum umsetzbar.
Die Auslassventile 4 sind in den 5A, 5B und 5C mit den Bezugszeichen 41, 42, 43, 44, 45 und 46 durchnummeriert, die nur in der 5A angegeben sind, jedoch auch für die 5B und 5C gelten. In den jeweiligen Diagrammen 100 rechts sind die Öffnungskurven der Auslassventile 41, 42, 43, 44, 45 und 46 analog zu dem Diagramm in 4, jedoch nur qualitativ, dargestellt. Der jeweils eingerahmte Ausschnitt 110 entspricht einem Zyklus, also einer vollen Umdrehung der zugehörigen Kurbelwelle 8.
Bei der Ausführungsform gemäß 5A sind alle Auslassventile 41, 42, 43, 44, 45 und 46 der einzigen Gruppe 11 zugeordnet. Somit öffnen in jedem Zyklus 110 alle Auslassventile 41, 42, 43, 44, 45 und 46 einmalig und gleichzeitig (Kurve 111).
Bei der Ausführungsform gemäß 5B sind die Auslassventile 41, 42, 43, 44, 45 und 46 in zwei Gruppen 11 aufgeteilt. Somit öffnen in jedem Zyklus 110 die Auslassventile 41, 43, und 45 gemeinsam (Kurve 112) und die Auslassventile 42, 44 und 46 gemeinsam um 180 Grad Nockenwellenwinkel versetzt später (Kurve 113).
Bei der Ausführungsform gemäß 5C sind die Auslassventile 41, 42, 43, 44, 45 und 46 in drei Gruppen 11 aufgeteilt. Somit öffnen in jedem Zyklus 110 die Auslassventile 41 und 42 gemeinsam (Kurve 114), die Auslassventile 43 und 44 gemeinsam um 120 Grad Nockenwellenwinkel versetzt später (Kurve 115) und die Auslassventile 45 und 46 gemeinsam um weitere 120 Grad Nockenwellenwinkel versetzt später (Kurve 116).
Die Nockenwelle 8 dreht im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, mit einer um einen Faktor verschiedenen Drehzahl. Dabei geht die Zylinderanzahl des Kolbenmotors als Multiplikator in den Faktor ein. Ein Viertakt-Zweizylindermotor beispielsweise stößt je Zyklus von 720 Grad Kurbelwellenwinkel zwei Mal Gas aus, einmal je Zylinder. Mit jedem weiteren Zylinder kommt ein weiterer Gasausstoß hinzu, dessen Vorauslassstoß simuliert werden soll. Bezogen auf die Ausführungsform der 5A dreht die Nockenwelle 8 halb so schnell wie die Kurbelwelle des Kolbenmotors, dessen Abgasströmung simuliert wird, multipliziert mit dessen Zylinderanzahl. Bei einem zu simulierenden Dreizylindermotor mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Drehzahl der Nockenwelle 8 dann 9000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem zu simulierenden Vierzylindermotor mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Drehzahl der Nockenwelle 8 bereits 12000 Umdrehungen pro Minute. Höhere Drehzahlen sind mit sinnvollem Aufwand kaum zu realisieren. Daher erfolgt die Verteilung der Nocken 9 in Gruppen 11 über den Umfang der Nockenwelle 8, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5B mit zwei Gruppen 11. Die Gruppenanzahl geht als Teiler in den Faktor ein.
Bezogen auf die Ausführungsform der 5B dreht die Nockenwelle 8 halb so schnell wie die Kurbelwelle des Kolbenmotors, dessen Abgasströmung simuliert wird, multipliziert mit dessen Zylinderanzahl, geteilt durch die Anzahl der Gruppen 11, hier also zwei. Bei einem zu simulierenden Dreizylindermotor mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Drehzahl der Nockenwelle 8 dann nur 4500 Umdrehungen pro Minute. Bei einem zu simulierenden Vierzylindermotor mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Drehzahl der Nockenwelle 8 dann 6000 Umdrehungen pro Minute. Bei dem Ausführungsbeispiel ist auch der Abgasstrom eines Sechszylindermotors mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute noch darstellbar. Die Drehzahl der Nockenwelle 8 beträgt dann 9000 Umdrehungen pro Minute.
Das Beispiel des Sechszylindermotors mit einer Motordrehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute wird abschließend noch mit der Ausführungsform der 5C berechnet. Die Nockenwelle 8 dreht halb so schnell wie die Kurbelwelle des Kolbenmotors, dessen Abgasströmung simuliert wird, multipliziert mit dessen Zylinderanzahl, geteilt durch die Anzahl der Gruppen 11, hier also drei. Die Drehzahl der Nockenwelle 8 beträgt dann 6000 Umdrehungen pro Minute. Der Faktor entspricht also einem Verhältnis einer Zylinderanzahl des Kolbenmotors zu einer Anzahl der Gruppen. Der Fachmann erkennt, dass die angegebene Berechnung bei abweichenden Motorvarianten abweichen kann.
Bezugszeichenliste

1: Heißgasprüfstand
2: Pulserzeuger
3: Kammer
4: Auslassventil
5: Zuführung
6: Ableitung
7: Ventilsteuerung
8: Nockenwelle
9: Nocken
10: Mehrfachnocken
11: Gruppen
12: Fluten
14: Turbolader
15: Turbine
16: Verdichter
17: Fluidquelle, Heißgaserzeuger
18: Erste Teilstromleitung
19: Zweite Teilstromleitung
20: Kontinuierliches Ventil
41 - 46: Auslassventile
100: Diagramm
101: Abszisse
102: Ordinate
103 - 106: Kurven
107 - 109: Doppelpfeile
110: Ausschnitt, Zyklus
111 - 116: Kurven
X: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017100493 A1 [0002]

Claims

Pulserzeuger (2) zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand (1), um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors zu simulieren, mit einer Kammer (3), wobei die Kammer mindestens zwei Auslassventile (4) aufweist, wobei eine Zuführung (5) für ein Fluid in die Kammer und eine Ableitung (6) für die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen vorgesehen ist, wobei eine Ventilsteuerung (7) für die Auslassventile (4) vorgesehen ist und wobei die Ventilsteuerung dazu eingerichtet ist, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile (4) zu realisieren.
Pulserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (4) Hubventile sind, wobei ein Ventilhub der Auslassventile, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, geringer ist.
Pulserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (7) dazu eingerichtet ist, im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, eine größere Anzahl der Auslassventile (4) gleichzeitig zu öffnen.
Pulserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (7) eine Nockenwelle (8) mit Nocken (9) zur Betätigung der Auslassventile (4) aufweist.
Pulserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle Mehrfachnocken (10) mit einer gemeinsamen axialen Position aufweist, wobei die Mehrfachnocken ein gemeinsames Auslassventil (4) je Umdrehung der Nockenwelle (8) mehrfach betätigen.
Pulserzeuger nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (9) in Gruppen (11) zu je mindestens zwei Nocken aufgeteilt sind, wobei die Nocken einer Gruppe jeweils eine gemeinsame Nockenposition bezüglich eines Umfangs der Nockenwelle (8) aufweisen und wobei die Nockenpositionen der Gruppen verschieden sind.
Pulserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (8), im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, mit einer um einen Faktor höheren Drehzahl dreht, wobei der Faktor einem Verhältnis einer Zylinderanzahl des Kolbenmotors zu einer Anzahl der Gruppen (11) entspricht.
Pulserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (6) für die gepulste Fluidströmung mehrere Fluten (12) aufweist, wobei jede der Fluten die gepulste Fluidströmung eines Teils der Auslassventile (6) aufnimmt.
Verfahren zum Bereitstellen einer gepulsten Fluidströmung für einen Heißgasprüfstand (1), um eine Abgasströmung eines Kolbenmotors zu simulieren, wobei eine Kammer mit mindestens zwei Auslassventilen (4) verwendet wird, wobei ein Fluid von einer Fluid-Quelle (17) in die Kammer (3) geleitet wird, wobei die gepulste Fluidströmung von den Auslassventilen zu einem Prüfling (14) auf dem Heißgasprüfstand geleitet wird, wobei die Auslassventile mittels einer Ventilsteuerung (7) derart gesteuert werden, dass eine kürzere Öffnungsdauer der Auslassventile realisiert wird, als bei dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile Hubventile sind, wobei ein Ventilhub der Auslassventile (4), im Vergleich zu dem Kolbenmotor, dessen Abgasströmung simuliert wird, geringer eingestellt wird.