DE102020004508A1

DE102020004508A1 - Temperaturregler mit gegenläufigen Verteilerklappen

Info

Publication number: DE102020004508A1
Application number: DE102020004508.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zager
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2020-07-25
Filing date: 2020-07-25
Publication date: 2020-09-17
Also published as: DE102021003260A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler, ein Verfahren zum Betreiben eines Temperaturreglers und einen Motorprüfstand mit einem Temperaturregler.Der erfindungsgemäße Temperaturregler (1) umfasst- einen Massenstromeingang (2), welcher dazu ausgebildet ist, einen Eingangsmassenstrom (3) in einen ersten Teilmassenstrom (4) und einen zweiten Teilmassenstrom (5) aufzuteilen,- einen Massenstromausgang (6), welcher dazu ausgebildet ist, den ersten Teilmassenstrom (4) und den zweiten Teilmassenstrom (5) zu einem Ausgangsmassenstrom (7) mit einer vorgegebenen Temperatur zusammenzuführen,- einen ersten Massenstromkanal (8), der zwischen dem Massenstromeingang (2) und dem Massenstromausgang (6) angeordnet ist, umfassend eine erste Verteilerklappe (9) zur Regulierung des ersten Teilmassenstroms (4) und ein erstes Heiz- und/oder Kühlelement (10) zum Heizen und/oder Kühlen des ersten Teilmassenstroms (4),- einen zweiten Massenstromkanal (11), der zwischen dem Massenstromeingang (2) und dem Massenstromausgang (6) angeordnet ist, umfassend eine zweite Verteilerklappe (12) zur Regulierung des zweiten Teilmassenstroms (5), wobei die erste Verteilerklappe (9) und die zweite Verteilerklappe (12) mechanisch gegenläufig miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler, ein Verfahren zum Betreiben eines Temperaturreglers und einen Motorprüfstand mit einem Temperaturregler.
Aus der W02008068027A1 ist eine Heizungs- und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bekannt. Die Heizungs- und/oder Klimaanlage umfasst zwei zuführende Luftkanäle und zumindest zwei weiterführende Luftkanäle sowie eine kombinierte Luftmisch- und Verteilerklappe zur Regelung einer Lufttemperatur und Luftverteilung, welche um eine Drehachse verdrehbar ist.
Der erfindungsgemäße Temperaturregler umfasst

- einen Massenstromeingang, welcher dazu ausgebildet ist, einen Eingangsmassenstrom in einen ersten Teilmassenstrom und einen zweiten Teilmassenstrom aufzuteilen,
- einen Massenstromausgang, welcher dazu ausgebildet ist, den ersten Teilmassenstrom und den zweiten Teilmassenstrom zu einem Ausgangsmassenstrom mit einer vorgegebenen Temperatur zusammenzuführen,
- einen ersten Massenstromkanal, der zwischen dem Massenstromeingang und dem Massenstromausgang angeordnet ist, umfassend eine erste Verteilerklappe zur Regulierung des ersten Teilmassenstroms und ein erstes Heiz- und/oder Kühlelement zum Heizen und/oder Kühlen des ersten Teilmassenstroms,
- einen zweiten Massenstromkanal, der zwischen dem Massenstromeingang und dem Massenstromausgang angeordnet ist, umfassend eine zweite Verteilerklappe zur Regulierung des zweiten Teilmassenstroms,

Unter „gegenläufig“ wird verstanden, dass bei einem Öffnen der ersten Verteilerklappe die zweite Verteilerklappe schließt und/oder bei einem Schließen der ersten Verteilerklappe die zweite Verteilerklappe öffnet.
Dadurch, dass die erste Verteilerklappe und die zweite Verteilerklappe mechanisch gegenläufig miteinander verbunden sind, wird nur eine Verteilerklappenansteuerung benötigt, um die Teilmassenströme im ersten und zweiten Massenstromkanal zu regulieren. Dies ermöglicht einen platzsparenden und kostengünstigen Aufbau des Temperaturreglers, wodurch eine Integrierbarkeit in Anwendungssysteme, wie beispielsweise Motorprüfstände, verbessert wird.
Vorzugsweise umfasst der Temperaturregler ein zweites Heiz- und/oder Kühlelement, welches im zweiten Massenstromkanal angeordnet ist. Dies ermöglicht ein gleichzeitiges Heizen oder Kühlen des ersten und zweiten Teilmassenstroms und vergrößert dadurch einen einstellbaren Temperaturbereich des Temperreglers.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Temperaturreglers umfasst die Schritte:

S1: Aufteilen eines Eingangsmassenstroms in einen ersten Teilmassenstrom und einen zweiten Teilmassenstrom;
S2: Regulieren des ersten Teilmassenstroms und des zweiten Teilmassenstroms mittels einer ersten und einer zweiten Verteilerklappe, welche mechanisch gegenläufig miteinander verbunden sind;
S3: Heizen und/oder Kühlen des ersten und/oder zweiten Teilmassenstroms;
S4: Zusammenführen des ersten Teilmassenstroms und des zweiten Teilmassenstroms zu einem Ausgangsmassenstrom mit einer vorgegebenen Temperatur.

Der erfindungsgemäße Motorprüfstand umfasst einen erfindungsgemäßen Temperaturregler, der dazu ausgebildet ist, eine Motorzulufttemperatur zu regeln.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen erfindungsgemäßen Temperaturregler,
2 eine erste Verteilerklappe und eine zweite Verteilerklappe, die mechanisch gegenläufig verbunden sind, und
3 ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Temperaturreglers.

Der in 1 gezeigte Temperaturregler 1 umfasst einen Massenstromeingang 2, welcher einen Eingangsmassenstrom 3 empfängt. Im Ausführungsbeispiel ist der Eingangsmassenstrom 3 ein von einem Gebläse erzeugter Luftstrom. Der Massenstromeingang 2 teilt den Eingangsmassenstrom 3 in einen ersten Teilmassenstrom 4 und einen zweiten Teilmassenstrom 5 auf. Ein erster vom Temperaturregler 1 umfasster Massenstromkanal 8 nimmt den ersten Teilmassenstrom 4 auf und reguliert dessen Durchflussmenge mittels einer ersten Verteilerklappe 9. Der Temperaturregler 1 umfasst weiterhin ein erstes Heizelement 10, welches im ersten Massenstromkanal 8 hinter der ersten Verteilerklappe 9 angeordnet ist. Dieses ist dazu ausgebildet, den regulierten ersten Teilmassenstrom 4 auf eine definierte Temperatur aufzuheizen.
Der Temperaturregler 1 umfasst weiterhin einen zweiter Massenstromkanal 11, welcher parallel zum ersten Massenstromkanal 8 angeordnet ist. Der zweite Massenstromkanal 11 ist ebenfalls mit dem Massenstromeingang 2 verbunden und nimmt den zweiten Teilmassenstrom 5 auf. Des Weiteren umfasst der Temperaturregler 1 eine zweite Verteilerklappe 12, welche im zweiten Massenstromkanal 11 angeordnet ist und eine Durchflussmenge des zweiten Teilmassenstroms 5 reguliert. Im zweiten Massenstromkanal 11 ist hinter der zweiten Verteilerklappe 12 ein zweites vom Temperaturregler 1 umfasstes Kühlelement 13 angeordnet. Dieses ist dazu ausgebildet, den zweiten regulierten Teilmassenstrom 5 auf eine definierte Temperatur abzukühlen. Dadurch, dass der Temperaturregler 1 sowohl ein Heiz- als auch ein Kühlelement 10, 13 besitzt, ist dessen Temperaturregelbereich größer, als bei vergleichbaren Temperaturreglern, die lediglich ein Heiz- oder ein Kühlelement umfassen.
Im Ausführungsbeispiel heizt das erste Heizelement 10 den ersten Teilmassenstrom 4 mit einer konstanten Heizleistung. Das zweite Kühlelement 13 kühlt den zweiten Teilmassenstrom 5 mit einer konstanten Kühlleistung. Dies ermöglicht eine Temperaturregelung eines Ausgangsmassenstroms 7, welcher sich aus dem ersten und zweiten Teilmassenstrom 4, 5 zusammensetzt, ausschließlich durch eine Regelung der Verteilerklappen 9, 12. Auf eine aufwendige Leistungsregelung des Heiz- und/oder Kühlelementes 10, 13 kann daher verzichtet werden.
Zur Regelung des ersten und zweiten Teilmassenstroms 4, 5 sind die erste Verteilerklappe 9 und die zweite Verteilerklappe 12, wie in 2 dargestellt, mechanisch gegenläufig miteinander verbunden. Sie werden über einen gemeinsamen Stellmotor angesteuert. Dies ermöglicht einen platzsparenden und kostengünstigen Aufbau des Temperaturreglers 1. In der gezeigten Darstellung ist die erste Verteilerklappe 9 komplett geöffnet und die zweite Verteilerklappe 12 komplett geschlossen. Dadurch wird der gesamte Eingangsmassenstrom 3 als erster Teilmassenstrom 4 durch den ersten Massenstromkanal 8 geleitet und mittels des ersten Heizelements 10 auf eine definierte Temperatur aufgeheizt. In weiteren Schaltpositionen (nicht gezeigt) können beide Verteilerklappen 9, 12 beispielsweise jeweils halb geöffnet sein, oder, um eine maximale Kühlwirkung zu erzielen, die erste Verteilerklappe 9 komplett geschlossen und die zweite Verteilerklappe 12 komplett geöffnet sein.
Der erste und der zweite Massenstromkanal 8, 11 münden in einem gemeinsamen vom Temperaturregler 1 umfassten Massenstromausgang 6. Dieser ist dazu ausgebildet, den ersten Teilmassenstrom 4 und den zweiten Teilmassenstrom 5 zu einem Ausgangsmassenstrom 7 mit einer vorgegebenen Temperatur zusammenzuführen. Eine Innenseite des Massenstromausgangs 6 ist dabei auf so geformt, dass der erste Massenstrom 4 und der zweite Massenstrom 5 miteinander verwirbeln. Dadurch wird eine Temperaturverteilung in einem Querschnitt des Ausgangsmassenstroms 7 homogenisiert.
Weiterhin umfasst der Temperaturregler 1 einen Temperatursensor 14, welcher am Massenstromausgang 6 angeordnet ist. Dieser misst die Temperatur des Ausgangsmassenstroms 7 kontinuierlich. Die Messsignale des Temperatursensors 14 werden an eine Regeleinheit 15 übertragen, welche die gemessene Temperatur mit einer Solltemperatur vergleicht und eine Stellung der ersten und/oder zweiten Verteilerklappe 9, 12 anhand des Signals so steuert, dass eine Abweichung der gemessenen Temperatur von der Solltemperatur minimiert wird.
Der oben beschriebene Temperaturregler 1 wird mit dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines Temperaturreglers betrieben. In einem ersten Schritt des Verfahrens S1 teilt der Massenstromeingang 2 den Eingangsmassenstroms 3 in einen ersten Teilmassenstrom 4 und einen zweiten Teilmassenstrom 5 auf. In einem zweiten Schritt des Verfahrens S2 reguliert die Regeleinheit 15 mittels der ersten und zweiten Verteilerklappe 9, 12 die Durchflussmengen des ersten Teilmassenstroms 4 und des zweiten Teilmassenstroms 5. In einem dritten Schritt S3 heizt das Heizelement 10 den ersten Teilmassenstrom 4 auf eine definierte Temperatur auf und/oder das Kühlelement 13 kühlt den zweiten Teilmassenstrom 5 auf eine definierte Temperatur ab. In einem vierten Schritt S4 führt der Massenstromausgang 6 den ersten Teilmassenstrom 4 und des zweiten Teilmassenstrom 5 zu einem Ausgangsmassenstrom 7 mit einer vorgegebenen Temperatur zusammen.
Der oben beschriebene Temperaturregler 1 ist Bestandteil eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motorprüfstands für Verbrennungsmotoren (nicht gezeigt). Er ist im Motorprüfstand fest in eine Motorzuluftleitung eingebaut und dazu ausgebildet, eine Motorzulufttemperatur zu regeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008068027 A1 [0002]

Claims

Temperaturregler (1), umfassend - einen Massenstromeingang (2), welcher dazu ausgebildet ist, einen Eingangsmassenstrom (3) in einen ersten Teilmassenstrom (4) und einen zweiten Teilmassenstrom (5) aufzuteilen, - einen Massenstromausgang (6), welcher dazu ausgebildet ist, den ersten Teilmassenstrom (4) und den zweiten Teilmassenstrom (5) zu einem Ausgangsmassenstrom (7) mit einer vorgegebenen Temperatur zusammenzuführen, - einen ersten Massenstromkanal (8), der zwischen dem Massenstromeingang (2) und dem Massenstromausgang (6) angeordnet ist, umfassend eine erste Verteilerklappe (9) zur Regulierung des ersten Teilmassenstroms (4) und ein erstes Heiz- und/oder Kühlelement (10) zum Heizen und/oder Kühlen des ersten Teilmassenstroms (4), - einen zweiten Massenstromkanal (11), der zwischen dem Massenstromeingang (2) und dem Massenstromausgang (6) angeordnet ist, umfassend eine zweite Verteilerklappe (12) zur Regulierung des zweiten Teilmassenstroms (5), wobei die erste Verteilerklappe (9) und die zweite Verteilerklappe (12) mechanisch gegenläufig miteinander verbunden sind.
Temperaturregler (1) gemäß Anspruch 1, umfassend ein zweites Heiz- und/oder Kühlelement (13), welches im zweiten Massenstromkanal (11) angeordnet ist.
Temperaturregler (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste und/oder zweite Heiz- und/oder Kühlelement (10, 13) den ersten und/oder zweiten Teilmassenstrom (4, 5) mit einer konstanten Leistung heizt und/oder kühlt.
Temperaturregler (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Temperatursensor (14), welcher am Massenstromausgang (6) angeordnet ist.
Temperaturregler (1) gemäß Anspruch 4, umfassend eine Regeleinheit (15), welche dazu ausgebildet ist, eine Stellung der ersten und/oder zweiten Verteilerklappe (9, 12) anhand eines Signals des Temperatursensors (14) zu regeln.
Temperaturregler (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massenstromausgang (6) dazu ausgebildet ist, eine Temperaturverteilung in einem Querschnitt des Ausgangsmassenstroms (7) zu homogenisieren.
Verfahren zum Betreiben eines Temperaturreglers (1), umfassend die Schritte: S1: Aufteilen eines Eingangsmassenstroms (3) in einen ersten Teilmassenstrom (4) und einen zweiten Teilmassenstrom (5); S2: Regulieren des ersten Teilmassenstroms (4) und des zweiten Teilmassenstroms (5) mittels einer ersten und einer zweiten Verteilerklappe (9, 12), welche mechanisch gegenläufig miteinander verbunden sind; S3: Heizen und/oder Kühlen des ersten und/oder zweiten Teilmassenstroms (4, 5); S4: Zusammenführen des ersten Teilmassenstroms (4) und des zweiten Teilmassenstroms (5) zu einem Ausgangsmassenstrom (7) mit einer vorgegebenen Temperatur.
Motorprüfstand, umfassend einen Temperaturregler (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei der Temperaturregler (1) dazu ausgebildet ist, eine Motorzulufttemperatur zu regeln.