DE10349700B3

DE10349700B3 - Thermoschock-Prüfverfahren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE10349700B3
Application number: DE10349700A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Bien; Jan Peter Dipl.-Ing. Elfeldt; Michael Dipl.-Ing. Halves; Thomas Dipl.-Ing. Hülsberg; Uwe Dipl.-Ing. Klüßmann; Holger Dipl.-Ing. Nuhn; Ralf Dipl.-Ing. Pünjer; Olav Dipl.-Ing. Reinhardt; Dirk Dipl.-Ing. Riewert; Alfred Riggers; Thorsten Dipl.-Ing. Sternal
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2023-10-25

Abstract

Bei einem Thermoschock-Prüfverfahren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren mit einem mehrflutigen, in ein gemeinsames Abgasrohr führenden, an einen simulierten Zylinderkopf (10) des Verbrennungsmotors direkt anschließbaren, rohrförmigen Abgaskrümmer (1), bei dem erhitzte Druckluft durch den simulierten Zylinderkopf (10) der Abgasanlage zugeleitet wird, wird die zu erhitzende Druckluft einer unter konstantem Druck stehenden Druckluftquelle (2) entnommen und in Teilströme aufgeteilt in einer der Eingänge der Anzahl des Abgaskrümmers (1) entsprechenden Anzahl an Brennern (5) erhitzt. Dabei wird die Druckluft den einzelnen Brennern (5) massenstromgesteuert zugeführt, um den einzelnen Eingängen des Abgaskrümmers (1) gleiche Massenströme zuführen zu können. DOLLAR A Bei einer Einrichtung zur Durchführung dieses Prüfverfahrens sind eine der Anzahl der Fluten/Eingänge des in der zu prüfenden Abgasanlage vorhandenen Abgaskrümmers (1) entsprechende Anzahl an Brennern (5) zur Erhitzung jeweils jedem Brenner (5) getrennt zugleiteter Druckluft vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermoschock-Prüfverfahren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein gattungsgemäßes Thermoschock-Prüfverfahren ist bekannt aus DE 198 25 798 C1 . Bei jenem Verfahren wird die den einzelnen Abgaskrümmereingängen durch den simulierten Zylinderkopf zugeführte erhitzte Druckluft zentral in einem einzigen Brenner erhitzt, wobei die aus diesem einen Brenner abströmende Heißluft in eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Anzahl an Teilströmen aufgeteilt wird. Bei diesem Verfahren können die einzelnen Abgaskrümmereingänge nicht mit exakt gleichen Gasmassenströmen beaufschlagt werden, da die einzelnen Teilströme unterschiedlichen Strömungswiderständen ausgesetzt sind.

Aus der Zeitschrift MTZ 1/2003, S. 38 bis 42 ist ein Prüfstand für Turbolader bekannt, bei denen zur Erhitzung von aus einer gemeinsamen Druckluftquelle stammende Druckluft in mehreren Heißgaserzeugern parallel erhitzt wird. Allerdings werden bei jenem Verfahren die einzeln erhitzten Druckluftströme nicht in einer Abgasanlage durch einen Abgaskrümmer zusammengeführt.

Aus der Zeitschrift Automotive Engineering Partners 1/2003, S. 41 bis 43 ist zum Testen von Abgasanlagen eines Verbrennungsmotors eine Pulsationsmaschine bekannt, bei der mehrere Eingänge eines Abgaskrümmers mit definierten Massenströmen und realistischen Strömungsgeschwindigkeiten beaufschlagt werden können. Bei dieser bekannten Einrichtung und dem damit durchgeführten Prüfverfahren erfolgt allerdings keine Drucklufterhitzung.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Thermoschock-Prüfverfahren nach DE 198 25 798 C1 beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, ein dem praktischen Betrieb in einem Verbrennungsmotor möglichst nahe kommendes Prüfverfahren eines Abgaskrümmers einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors zu schaffen und zwar einschließlich einer zur Durchführung dieses Verfahrens besonders gut geeigneten Prüfeinrichtung.

Gelöst wird dieses Problem durch ein gattungsgemäßes Prüfverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Prüfverfahrens sind Gegenstand der Verfahrens-Unteransprüche.

Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des ersten abhängigen Einrichtungs-Anspruches.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Einrichtung sind wiederum Gegenstand weiterer Einrichtungs-Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den einzelnen Eingängen eines Abgaskrümmers einer Abgasanlage getrennt erhitzte jeweils unabhängig voneinander steuerbare Massenströme zuzuleiten. Unabhängig voneinander einstellbar sind jeweils auch die Eintrittsgastemperaturen durch beispielsweise entsprechende Steuerung der einzelnen Brenner.

Bei einem erfindungsgemäßen Thermoschock-Prüfverfahren sind die Testergebnisse direkt mit denjenigen aus Motordauerläufen mit hoher Genauigkeit vergleichbar.

Ein vorteilhaftes, nachstehend näher erläutertes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
1 ein Fließschema für ein Thermoschock-Prüfverfahren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren,
2 einen Schnitt durch einen für das erfindungsgemäße Prüfverfahren simulierten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors.
Eine Abgasanlage mit einem insgesamt vier-flutigen Abgaskrümmer 1 wird mit erhitzter Druckluft aus einem Druckluftspeicher 2 als Druckluftquelle mit konstantem Druck beaufschlagt. Der Druckluftspeicher 2 wird durch zwei Verdichter 3 gespeist. Konkret ist der Druckluftspeicher 2 als eine Ringleitung ausgebildet und mit einem Druckregulierventil 4 versehen.
Zur Versorgung der vier Eingänge des Abgaskrümmers 1 mit erhitzter Druckluft sind insgesamt vier Brenner 5 vorgesehen, die jeweils über getrennte Leitungen 6 aus dem Druckluftspeicher 2 mit Druckluft versorgt werden.
Die Brenner 5 sind Ölbrenner. Aus den Leitungen 6 wird den Öl-Brennern 5 die zu erhitzende Druckluft zum einen als Verbrennungsluft direkt und als Mischluft über eine jeweils erste Bypassleitung 7 indirekt zugeführt. Das Mischungsverhältnis kann durch ein Regelventil 19 bestimmt werden.
Der den einzelnen Eingängen des Abgaskrümmers 1 zuzuführende Luftmassenstrom wird durch Massendurchflussmesser 8 gemessen und durch ebenfalls in den Leitungen 6 vorgesehene Ventile 9 einzelmassengesteuert dem jeweils folgenden Brenner 5 zugeführt.
Die in den Brennern 5 erhitzte Druckluft gelangt durch einen simulierten Zylinderkopf 10 in die einzelnen, an diesen simulierten Zylinderkopf 10 angeschlossenen Eingänge des Abgaskrümmers 1. Stromab des Abgaskrümmers ist ein Drosselventil 11 vorgesehen.
Zur Kühlung des Abgaskrümmers 1 einschließlich des simulierten Zylinderkopfes 10 führt von den Druckluft-Leitungen 6 eine Druckluft-Kühlleitung 12 jeweils als Bypass zu einem zugeordneten Brenner 5 in den simulierten Zylinderkopf 10. Zur Zu- bzw. Abschaltung der Bypass-Druckluft-Kühlleitung 12 dienen jeweils Drei-Wege-Ventile 13.
Gleichzeitig mit der Kühlung durch Druckluft wird der Abgaskrümmer 3 von außen durch Wassernebel gekühlt.
Der simulierte Zylinderkopf 10 besteht aus Aluminium als Grundmaterial, wobei dieses Grundmaterial von Kühlwasser beaufschlagbaren Kühlräumen 14 durchzogen ist. Die von den einzelnen Brennern 5 kommende erhitzte Druckluft wird über Stahlrohre 15 durch diese Stahlrohre 15 umgebende Hohlräume 16 durch den simulierten Zylinderkopf 10 in die einzelnen Eingänge des Abgaskrümmers 1 geleitet. Die Stahlrohre 15 sind eingangsseitig des simulierten Zylinderkopfes 10 jeweils an eine gemeinsame Metall-Halteplatte 17 angeschweißt, wobei den Stahlrohren 15 jeweils eine Öffnung 18 für eine aus dem jeweils zugeordneten Brenner 6 heranführende Leitung zugeordnet ist. Die Hohlräume 16 sind derart ausgelegt, dass die Stahlrohre 15 einen isolierend wirkenden Abstand zu dem Aluminiumgrundmaterial des simulierten Zylinderkopfes 10 besitzen. Ab strömseitig des simulierten Zylinderkopfes 10 enden die Stahlrohre 15 berührungsfrei, das heißt die einzelnen Stahlrohre 15 kragen frei von der gemeinsamen Halteplatte 17 in die Hohlräume 16. Die frei auskragenden, ungestützten Enden der Stahlrohre 15 münden jeweils in die an den simulierten Zylinderkopf 10 angeschlossenen einzelnen Eingänge des Abgaskrümmers 1 der zu testenden Abgasanlage. Die Stahlrohre 15 können selbstverständlich auch aus einem beliebigen anderen, hitzebeständigen Material bestehen.

Claims

Thermoschock-Prüfverfahren für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren mit einem mehrflutigen, in ein gemeinsames Abgasrohr führenden, an einen simulierten Zylinderkopf (10) des Verbrennungsmotors direkt anschließbaren, rohrförmigen Abgaskrümmer (1), bei dem erhitzte Druckluft durch den simulierten Zylinderkopf (10) der Abgasanlage zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erhitzende Druckluft einer unter konstantem Druck stehenden Druckluftquelle (2) entnommen und in Teilströme aufgeteilt in einer der Anzahl der Eingänge des Abgaskrümmers (1) entsprechenden Anzahl an Brennern (5) erhitzt wird, wobei die Druckluft den einzelnen Brennern (5) massenstromgesteuert zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kühlung der Abgasanlage alternativ zu erhitzter unerhitzte Druckluft durch das stromab der Brenner (5) für die Führung der erhitzten Druckluft vorhandene Leitungsnetz durch den simulierten Zylinderkopf (10) in die Abgaskrümmer (1) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kühlung der Abgasanlage Wassernebel von außen auf die Abgaskrümmer (1) aufgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen, zur Drucklufterhitzung dienenden Brennern (5) Verbrennungs- und Mischluft getrennt zugeführt werden.
Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens einer der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale – aus einem Druckluftspeicher (2) als Druckluftquelle führt eine der Anzahl der Eingänge des Abgaskrümmers (1) entsprechende Anzahl an Leitungen (6) durch den simulierten Zylinder (10) in den Abgaskrümmer (1), – in jeder dieser Leitungen (6) ist stromauf des simulierten Zylinderkopfes (10) ein Kraftstoff-Brenner (5) installiert, – stromauf jedes Brenners (5) sind vorgesehen ein regelbares Absperrventil (9) sowie ein Massendurchflussmesser (8), – unmittelbar stromauf der Brenner (5) ist jeweils eine mit einem Regelventil (19) versehene, aus der Druckluftleitung (6) abzweigende Leitung (7) zur Einleitung von Mischluft in den jeweiligen Brenner (5) vorgesehen.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft führenden Leitungen (6) jeweils eine den jeweiligen Brenner (5) umgehende Bypassleitung (12) zum Einführen von Kühlluft durch den simulierten Zylinderkopf (10) in die Abgasanlage besitzen.
Simulierter Zylinderkopf (10) einer Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Merkmale – die von den Brennern (5) kommenden Leitungen (6) sind als Stahlrohre (15) ausgebildet, – eingangsseitig des simulierten Zylinderkopfes (10) sind diese Stahlrohre (15) fest mit einer dicht an den simulierten Zylinderkopf (10) ansetzbaren Metall-Halteplatte (17) verbunden. – von der Halteplatte (17) ragen die Stahlrohre (15) in zu den Eingängen des Abgaskrümmers (1) führende Hohlräume (16) des simulierten Zylinderkopfes (10), – die Stahlrohre (15) enden in den Hohlräumen (16) des simulierten Zylinderkopfes (10) abgaskrümmerseitig frei, – die Stahlrohre (15) sind außerhalb der sie haltenden Halteplatte (17) radial und axial ungestützt und weisen jeweils einen Abstand zu einerseits angrenzendem Zylinderkopfmaterial und andererseits den Abgaskrümmern (1) auf.
Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der simulierte, Zylinderkopf (10) aus mit Kühlräumen (14) durchsetztem Aluminium besteht.