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Die Erfindung betrifft ein Dosiersystem zur Regelung des Schmierölvolumens in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Motorenprüfstands. Ferner betrifft die Erfindung einen Motorenprüfstand mit einer Brennkraftmaschine, welcher ein erfindungsgemäßes Dosiersystem aufweist, sowie ein Verfahren zur Regelung des Schmierölvolumens in einer Brennkraftmaschine eines erfindungsgemäßen Motorenprüfstands.
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STAND DER TECHNIK
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Brennkraftmaschinen auf Motorenprüfständen werden typischerweise mit konditioniertem Schmieröl versorgt, wozu sie an einen prüfstandseigenen Ölkreislauf mit einer Schmieröl-Konditioniereinrichtung angeschlossen werden. Dabei beträgt das Volumen des Schmieröls im gesamten Ölkreislauf typischerweise ein Vielfaches des Schmierölvolumens innerhalb der Brennkraftmaschine, sodass bei im Prüfbetrieb auftretenden Änderungen der Schmieröltemperatur der Ölspiegel in der Ölwanne der Brennkraftmaschine großen Änderungen unterliegt. Überschreitet der Ölspiegel in der Ölwanne einen maximalen Pegel, schlägt die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in das Schmieröl, was zu Schaumbildung und schließlich zum Ausfall der Schmierung führen kann. Folglich sind derartige Überschreitungen eines maximal zulässigen Schmierölvolumens in der Brennkraftmaschine zu vermeiden, und insbesondere ist eine Regelung wünschenswert, welche ein konstantes Schmierölvolumen in der betriebenen Brennkraftmaschine gewährleistet.
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Die
DE 10 2016 123 985 A1 schlägt ein Verfahren zur Konditionierung eines Ölschmierstoffs in einer Ölversorgungseinheit zur Schmierölversorgung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Motorenprüfstands, vor, welches darauf beruht, anhand einer gemessenen Öltemperatur das temperaturabhängige Volumen des Ölschmierstoffes zu bestimmen und darauf basierend eine entsprechende Teilmenge des Ölschmierstoffs aus der Ölversorgungseinheit zu entnehmen bzw. in die Ölversorgungseinheit rückzuführen, sodass das Volumen des zum Schmieren der Brennkraftmaschine vorhandenen Ölschmierstoffs bei einer Temperaturänderung der Ölschmierstoffs im Wesentlichen konstant ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Dosiersystem zur Regelung des Schmierölvolumens in einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, weiterhin einen Motorenprüfstand mit einem erfindungsgemäßen Dosiersystem gemäß Anspruch 5, sowie ferner ein Verfahren zur Regelung des Schmierölvolumens in einer Brennkraftmaschine eines erfindungsgemäßen Motorenprüfstandes gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen dargestellt.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Dosiersystem eine Dosiereinrichtung umfasst, welche wenigstens einen Hydraulikzylinder mit einem hubbeweglichen Kolben aufweist, und weiterhin ein Stellmittel zum Verschieben des Kolbens und eine Regeleinheit, welche zur Steuerung des Stellmittels ausgebildet ist, umfasst.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, mit dem Hydraulikzylinder einen Ausgleichsbehälter für den Ölkreislauf zu schaffen, dessen Volumen durch eine einfache Aktuierung mittels Verschiebens einer Kolbenstange regelbar ist. Eine derartige Regelung adressiert das Schmierölvolumen in der Brennkraftmaschine als die Regelgröße, welche insbesondere während des Prüfbetriebs konstant zu halten ist. Dabei entspricht die Dosiereinrichtung dem Stellglied der Regelung mit dem Hydraulikzylindervolumen als der Stellgröße, wobei die Position des Kolbens die eigentliche Steuergröße darstellt, welche dem Stellmittel von der Regeleinheit vorgegeben wird. Das Schmierölvolumen innerhalb der Brennkraftmaschine umfasst dabei das Volumen des Schmieröls innerhalb der Ölgalerie, welche die Zuleitungen zu den zu schmierenden Komponenten darstellt, und insbesondere innerhalb der Ölwanne. Aufgrund von Wärmeausdehnung erfolgt eine Volumenänderung des Schmieröls im gesamten Ölkreislauf, welche sich in einer Veränderung des Ölspiegels in der Ölwanne niederschlägt, welcher steigen oder sinken kann, ohne dass sich der Druck des Schmieröls ändert.
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Die Verwendung eines handelsüblichen Hydraulikzylinders ermöglicht vorteilhaft ein kompaktes Baumaß und eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
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In vorteilhafter Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Regeleinheit zum Empfang von Daten betreffend das Schmierölvolumen und/oder betreffend die Schmieröltemperatur und zur Bildung einer darauf basierenden Steuergröße für das Stellmittel ausgebildet. Dabei können Daten über das Schmierölvolumen bspw. mittels Drucksensoren in der Ölwanne der Brennkraftmaschine erhoben werden, und die Schmieröltemperatur kann an einer oder an mehreren Stellen innerhalb des Ölkreislaufs mittels Öltemperatursensoren gemessen werden. Die Regeleinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, aus den empfangenen Daten betreffend die Schmieröltemperatur das temperaturabhängige Schmierölvolumen im Ölkreislauf anhand eines vorgegebenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schmieröls zu berechnen. Die Bildung einer darauf basierenden Steuergröße für das Stellmittel ist abhängig vom gewünschten Prüfbetrieb der Brennkraftmaschine, typischerweise ist insbesondere ein konstantes Schmierölvolumen innerhalb der Brennkraftmaschine gewünscht.
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In vorteilhafter Ausführungsform ist das Stellmittel als ein Linearmotor ausgebildet. Die Regelung des Schmierölvolumens beruht erfindungsgemäß auf einer uniaxialen Verschiebung des Kolbens im Hydraulikzylinder der Dosiereinrichtung, und eine derartige uniaxiale Schubbewegung wird durch die Läuferstange eines Linearmotors ausgeführt. Alternativ kann das Stellmittel auch anderweitig ausgebildet sein, beispielsweise als ein hydraulisches oder pneumatisches Stellmittel oder als ein elektro-mechanischer Aktuator.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung zwei Hydraulikzylinder und einen dazwischen angeordneten Linearmotor auf, wobei die Kolbenstangen der zwei Kolben und eine Läuferstange des Linearmotors parallel zueinander und in einer gemeinsamen Arbeitsebene angeordnet sind, und wobei ein in der Arbeitsebene geführter Querholm vorhanden ist, an welchem die Kolbenstangen der zwei Kolben und die Läuferstange des Linearmotors befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht ein flaches Baumaß der Dosiereinrichtung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Motorenprüfstand mit einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Ölkreislauf mit einer Konditioniereinrichtung für die Versorgung der Brennkraftmaschine mit Schmieröl, wobei die Konditioniereinrichtung wenigstens eine Ölpumpe und einen Öltemperatursensor aufweist. Erfindungsgemäß weist der Motorenprüfstand ein Dosiersystem gemäß einer der vorgenannten Ausführungsformen auf, wobei die Dosiereinrichtung in den Ölkreislauf integriert ist.
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Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung dabei auf der Saugseite der Ölpumpe angeordnet. Mit weiterem Vorteil ist die Dosiereinrichtung geodätisch unterhalb der Brennkraftmaschine und/oder der Konditioniereinrichtung angeordnet.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung des Schmierölvolumens in einer Brennkraftmaschine eines Motorenprüfstands, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Motorenprüfstands,
- - Ermitteln des temperaturabhängigen Schmierölvolumens,
- - Bilden einer darauf basierenden Steuergröße für das Stellmittel, und
- - Verschieben des Kolbens gemäß der Steuergröße mittels des Stellmittels.
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Vorzugsweise basiert das Ermitteln des temperaturabhängigen Schmierölvolumens auf einer Messung der Schmieröltemperatur mittels des Öltemperatursensors und einer anschließenden Berechnung anhand eines bekannten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schmieröls. Unter den vereinfachenden Annahmen eines temperaturunabhängigen volumetrischen Wärmeausdehnungskoeffizienten γ und ausreichend kleinen Temperaturänderungen ΔT berechnet sich das Schmierölvolumen V zu V(ΔT) = V0(1+γΔT), dem Ausgangswert V0 des Schmierölvolumens, beispielsweise bei Raumtemperatur zu Prüfbeginn.
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Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, dass das Verschieben des Kolbens eine Änderung des Hydraulikzylindervolumens bewirkt, welche einer ermittelten Änderung des Schmierölvolumens entspricht. Dadurch wird das Schmierölvolumen innerhalb der Brennkraftmaschine vorteilhaft konstant gehalten. Die von der Dosiereinrichtung auszugleichende Schmierölvolumenänderung ΔV beträgt ΔV(ΔT) = V0γΔT, wozu durch Verschieben des Kolbens das Hydraulikzylindervolumen vergrößert oder verringert wird. Die entsprechende Steuergröße für das Stellmittel wird durch den Verfahrweg s des Kolbens definiert, und bei einem Durchmesser D des Hydraulikzylinders wird für den gewünschten Ausgleich von Schmierölvolumenänderungen folgender Verfahrweg von der Regeleinheit vorgegeben: s = V0γΔT / (2π(D/2)2). Unter Verwendung der beispielhaften praxisrelevanten Werte V0 = 25 I, γ = 7*10-4 K-1 und D = 100 mm ergibt sich bei einer Änderung der Schmieröltemperatur um ΔT= 130 K ein Verfahrweg des Kolbens um s = 145 mm, wodurch eine Änderung des Hydraulikzylindervolumens bewirkt wird, welche der Volumenänderung des Schmieröls im gesamten Ölkreislauf inklusive der Brennkraftmaschine entspricht, sodass der Ölspiegel in der Ölwanne der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Motorenprüfstands, und
- 2a, 2b perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Motorenprüfstands 200 mit der Brennkraftmaschine 1, welche über den Ölkreislauf 210 an die Konditioniereinrichtung 220 sowie an die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung 110 angeschlossen ist. In der Ölwanne 11 der Brennkraftmaschine 1 befindet sich das Schmieröl 2, welches mittels der Ölpumpe 13 durch den Ölfilter 14 in die Ölgalerie 12 im Motorblock befördert wird.
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Die Konditioniereinrichtung 220 umfasst die Ölpumpe 221, die Öltemperatursensoren 222, den Ölfilter 223 sowie die Ventile 224, ferner die Wärmetauscheinrichtung 225, welche zur Einstellung der Temperatur des in die Brennkraftmaschine 1 eingepumpten Schmieröls 2 dient. Die Wärmetauscheinrichtung 225 umfasst dabei den eigentlichen Wärmetauscher 225a und die Pumpe 225b zur Förderung eines Arbeitsfluids innerhalb der Wärmetauscheinrichtung 225.
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Der Ölkreislauf 210 wird von der Ölpumpe 221 betrieben und die Flussrichtung des Schmieröls 2 innerhalb des Kreislaufs 210 wird in der 1 durch die offenen Pfeile symbolisiert.
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Das erfindungsgemäße Dosiersystem 100 umfasst die Dosiereinrichtung 110, das Stellmittel 120 sowie die Regeleinheit 130. Die Regeleinheit 130 kann vorzugsweise in eine Steuereinheit der Konditioniereinrichtung integriert sein. Die Dosiereinrichtung 110 weist den Hydraulikzylinder 111 mit dem Kolben 112 auf, wobei die Kolbenstange 112a rückwärtig aus dem Hydraulikzylinder 111 herausragt und mit dem Stellmittel 120 wirkverbunden ist. Die Dosiereinrichtung 110 ist dabei auf der Saugseite der Ölpumpe 221 der Konditioniereinrichtung 220 in den Ölkreislauf 210 integriert. Je nach Stellung des Kolbens 112 in dem Hydraulikzylinder 111 ist somit das insgesamt für das Schmieröl zur Verfügung stehende Volumen regelbar, d.h. dass durch Verschieben des Kolbens 112 der Ölspiegel in der Ölwanne 11 gehoben oder gesenkt werden kann bzw. bei im Prüfbetrieb auftretenden Änderungen der Schmieröltemperatur kann der Ölspiegel konstant gehalten werden.
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Die 2a und 2b zeigen perspektivische Ansichten einer vorteilhaften Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung 110, welche die zwei Hydraulikzylinder 111 und den dazwischen angeordneten Linearmotor 121 als das Stellmittel aufweist, wobei die Kolbenstangen 112a der zwei Hydraulikzylinder 111 und die Läuferstange 121a des Linearmotors 121 parallel zueinander und in einer gemeinsamen Arbeitsebene angeordnet sind, und wobei ein in dieser Arbeitsebene geführter Querholm 140 vorhanden ist, an welchem die Kolbenstangen 112a der zwei Hydraulikzylinder 111 sowie die Läuferstange 121a des Linearmotors 121 befestigt sind. Die Führung des Querholms 140 wird dabei durch die randseitig angeordneten Führungsstangen 150 gewährleistet, welche in dem Rahmen 170 befestigt sind. Die beiden Hydraulikzylinder 111 sind über den Ölkreislaufanschluss 160 an den Ölkreislauf eines Motorenprüfstands anschließbar. In der dargestellten Ausführungsform ermöglicht die Steuerung des einen Linearmotors 121 die gleichzeitige Betätigung von zwei Hydraulikzylindern 111, sodass ein großes Ausgleichsvolumen zur Aufnahme von Schmieröl aus dem anzuschließenden Ölkreislauf eines Motorenprüfstands vorliegt. Die dargestellte Ausführungsform weist dabei insbesondere ein vorteilhaft flaches Baumaß auf, bspw. rund 300 mm, sodass die Integration einer derartigen Dosiereinrichtung 110 in einen Motorenprüfstand sehr platzsparend, beispielsweise in einem Unterboden, erfolgen kann.
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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, räumlicher Anordnungen oder Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Dosiersystem
- 110
- Dosiereinrichtung
- 111
- Hydraulikzylinder
- 112
- Kolben
- 112a
- Kolbenstange
- 120
- Stellmittel
- 121
- Linearmotor
- 121a
- Läuferstange
- 130
- Regeleinheit
- 140
- Querholm
- 150
- Führungsstange
- 160
- Ölkreislaufanschluss
- 170
- Rahmen
- 1
- Brennkraftmaschine
- 11
- Ölwanne
- 12
- Ölgalerie
- 13
- Ölpumpe
- 14
- Ölfilter
- 2
- Schmieröl
- 200
- Motorenprüfstand
- 210
- Ölkreislauf
- 220
- Konditioniereinrichtung
- 221
- Ölpumpe
- 222
- Öltemperatursensor
- 223
- Ölfilter
- 224
- Ventil
- 225
- Wärmetauscheinrichtung
- 225a
- Wärmetauscher
- 225b
- Pumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016123985 A1 [0003]
