DE19811788A1

DE19811788A1 - Ventilanlage und Meßanlage

Info

Publication number: DE19811788A1
Application number: DE1998111788
Authority: DE
Inventors: Maik Rohde
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanlage (1) mit einer Mehrzahl von Eingangsleitungen (2¶1¶, 2¶2¶, 2¶3¶, ...), die über jeweils mindestens ein Ventil (3¶1¶, 3¶2¶, ...) mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung (4) verbunden sind, und einer Ventilsteuereinheit (6) zur Steuerung der Ventile (3¶1¶, 3¶2¶, ...), die eingerichtet ist, um wahlweise mehrere Ventile (3¶1¶, 3¶2¶, ...) gleichzeitig offen zu halten, sowie eine Meßanlage mit mindestens einem Meßgerät (5) zum Untersuchen von Eigenschaften eines Fluidstroms und einer Ventilanlage (1), wie oben definiert, zum Speisen des zu untersuchenden Fluidstroms aus einer Mehrzahl von an die Eingangsleitungen (2¶1¶, 2¶2¶, 2¶3¶, ...) anschließbaren Fluidquellen. Die Erfindung vereinfacht und beschleunigt die Messung von Eigenschaften des Fluidstroms und ist insbesondere zur Abgasuntersuchung bei Verbrennungmotoren vorteilhaft einsetzbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanlage mit einer Mehrzahl von Eingangsleitungen, die über jeweils mindestens ein Ventil mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung verbunden sind, und einer Ventilsteuereinheit zur Steuerung der Ventile, sowie eine Meßanlage mit einer derartigen Ventilanlage.

Eine derartige Ventilanlage kommt insbesondere bei Abgasuntersuchungen im Rahmen der Entwicklung und Prüfung von Verbrennungsmotoren zum Einsatz. Ein wesentliches Ziel dieser Entwicklung ist die Verminderung von Schadstoffen in den Motorabgasen sowie die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs.

Bei der Verbrennung des Kraftstoffes im Motor entstehen bekanntermaßen u. a. Wasserdampf, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Dieser Abgasausstoß der Kraftfahrzeuge ist dank der bisher getroffenen Verbesserungsmaßnahmen wie Optimierung der Motorkonstruktion, Einführung von Katalysatoren, Abgasrückführung etc. stark verringert worden. Dennoch ist im Hinblick auf die Luftreinhaltung eine noch weitere Minderung dieser Abgase bzw. eine Optimierung ihrer Zusammensetzung wünschenswert. Von daher kommt der Abgasanalyse bei der Motorentwicklung und -prüfung eine große Bedeutung zu.

Im Bereich der Forschung und Entwicklung von Motoren sind auf sogenannten Motorprüfständen Meßanlagen im Einsatz, mit denen die Zusammensetzung der Verbrennungsabgase, insbesondere ihr Schadstoffgehalt ermittelt wird. Diese Abgasmeßanlagen umfassen ein oder auch mehrere oft technisch aufwendige, hochempfindliche und teure Gasanalysegeräte.

Zwischen einem solchen Gasanalysegerät und dem zu untersuchenden Motor ist eine Ventilanlage mit einer Mehrzahl von Eingangsleitungen, die über jeweils mindestens ein Ventil mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung verbunden sind, und einer Ventilsteuereinheit zur Steuerung der Ventile angeordnet. Die Eingangsleitungen werden z. B. an die Auslaßventile der Zylinder des Motors angeschlossen, so daß die Abgase der einzelnen Zylinder abgeleitet und untersucht werden können.

Hierfür ist eine bekannte Ventilsteuereinheit verwendbar, die im Handel unter der Bezeichnung "Unex" vertrieben wird. Diese Ventilsteuereinheit ist in der Lage, bis zu sechs Ventile einer Ventilanlage zu steuern, wobei zu jedem Zeitpunkt maximal eines der Ventile offen sein kann. Diese bekannte Steuereinheit ermöglicht zwar die Untersuchung des Verhaltens der einzelnen Zylinder von Motoren der meisten gängigen Baureihen, doch sind die Untersuchungen zeit- und kostenaufwendig.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Ventilanlage und eine Meßanlage anzugeben, mit der Untersuchungen an Fluiden, insbesondere Kraftfahrzeugabgasen, aus einer Mehrzahl von Quellen schneller und kostengünstiger durchgeführt werden können.

Das Ziel wird erreicht mit einer Ventilanlage nach Anspruch 1 bzw. einer Meßanlage nach Anspruch 4. Unteransprüche sind jeweils auf vorteilhafte Weiterentwicklungen gerichtet.

In der Motorenentwicklung sind häufig Abgasuntersuchungen erforderlich, bei denen Abgase nicht nur einzelner Zylinder, sondern ganzer Gruppen von Zylindern, etwa der zwei Zylindergruppen einer V-Anordnung, untersucht werden sollen. Dies ist mit der bekannten Ventilanlage nur möglich, indem die Abgase aller Zylinder der Gruppe nacheinander gemessen und dann ein Mittelwert gebildet wird, oder indem die gesamte Anlage umgebaut wird, um die Abgase aller Zylinder der Gruppe gemeinsam einer Eingangsleitung zuzuführen. Die erfindungsgemäße Anlage gestattet es hingegen, Untersuchungen sowohl an einzelnen Zylindern als auch an Zylindergruppen durchzuführen, ohne daß ein Umbau erforderlich ist oder die Verarbeitung der Meßwerte verkompliziert wird.

Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß bei vielen Untersuchungen, die an Abgasen von Verbrennungsmotoren durchgeführt werden, lediglich sicherzustellen ist, daß ein bestimmter vorgegebener Grenzwert eingehalten wird. Dies läßt sich oft auch dadurch erreichen, daß man Abgase aus mehreren Quellen (z. B. aus den Zylindern einer Zylindergruppe) mischt und einen zweiten Grenzwert festlegt, der mindestens dann von dem Abgasgemisch überschritten wird, wenn das Abgas aus einer einzigen der Quellen (z. B. aus einem Zylinder der Zylindergruppe) den vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Erst wenn das Abgasgemisch den festgelegten Grenzwert überschreitet, muß dann eine Untersuchung der einzelnen Abgasquellen durchgeführt werden. Diese Untersuchungen - und zwar sowohl der Abgase aus einer Zylindergruppe als auch gegebenenfalls nachfolgend der Abgase aus den Einzelzylindern - lassen sich aufgrund der Erfindung schnell, sicher und einfach ohne aufwendige Umbaumaßnahmen durchführen.

Weitere bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Figur.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Meßanlage zur Untersuchung von Abgasen von Verbrennungsmotoren. Die Meßanlage umfaßt eine Ventilanlage 1 mit zwanzig Eingangsleitungen 2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . . (nicht alle in der Figur gezeigt), die über jeweils ein Ventil 3 ₁, 3 ₂, . . . an eine gemeinsame Ausgangsleitung 4 angeschlossen sind. Ein Meßgerät 5, z. B. ein Massenspektrometer oder ein Infrarot-Gasspektrometer, ist an die Ausgangsleitung 4 der Ventilanlage angeschlossen.

Eine Ventilsteuereinheit 6 umfaßt einen Mikrocontroller, der den Öffnungszustand der Ventile 3 anhand von Anweisungen steuert, die er über eine Tastatur 7 von einer Bedienungsperson und/oder über eine Rechnerschnittstelle 8 (z. B. eine serielle Schnittstelle vom Typ RS 232 C) von einer übergeordneten Steuerung empfängt. Die Ventilsteuereinheit 6 ist in der Lage, Anweisungen zum Öffnen jedes einzelnen Ventils 3 ₁, 3 ₂ . . . sowie zum gleichzeitigen Öffnen mehrerer Ventile auszuführen.

Ein Verbrennungsmotor 10 umfaßt sechs Zylinder 11 ₁ bis 11 ₆, an deren Auslaßventile ein Auspuffsystem mit Katalysator 12 angeschlossen ist. Eingangsleitungen 2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . . 2 ₇ der Ventilanlage 1 sind mit Abgasentnahmestellen an den Auslässen der Zylinder 11 ₁, 11 ₂, . . . 11 ₆ sowie mit einer Abgasentnahmestelle hinter dem Katalysator 12 verbunden. Weitere Abgasentnahmestellen können je nach Bedarf vorgesehen sein. Eingangsleitungen 2 ₁₁, 2 ₁₂, . . . können in derselben Weise mit wenigstens einem weiteren zu untersuchenden Motor (nicht dargestellt) verbunden sein.

Ein typisches Meßprogramm der erfindungsgemäßen Meßanlage kann folgendermaßen ablaufen:
Nachdem die Eingangsleitungen 2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . . 2 ₇ an die Abgasentnahmestellen des Motors 10 angeschlossen worden sind, wird dieser in Gang gesetzt. Erste Messungen können an den einzelnen Zylindern oder an Zylindergruppen des noch kalten Motors 10 durchgeführt werden. Wichtig sind aber insbesondere jene Messungen, die am warmen Motor 10 durchgeführt werden, in dem eine stationäre Temperaturverteilung herrscht. Bis sich eine solche stationäre Temperaturverteilung eingestellt hat, können längere Zeiträume verstreichen, in denen keine reproduzierbaren, aussagekräftigen Meßergebnisse gewonnen können. Anstatt nun während eines solchen Zeitraums das wertvolle Meßgerät 5 ungenutzt zu lassen, kann man mit der Ventilanlage 1 das Meßgerät 5 auf den an die Eingangsleitungen 2 ₁₁, 2 ₁₂, 2 ₁₃, . . . angeschlossenen Motor umschalten, der sich bei geschickter Versuchsplanung in einem stationären Zustand befindet, während der erste Motor 10 warmläuft, und kann an diesem die gewünschten Messungen ausführen.

Sobald sich die stationäre Temperaturverteilung eingestellt hat, kann eine Serie von Messungen am Motor 10 stattfinden. Dabei wird mit der Ventilanlage 1 praktisch ohne Zeitverlust zwischen Messungen an einzelnen Abgasentnahmestellen, wie etwa den einzelnen Zylindern 11 ₁, 11 ₂, . . . 11 ₆ und dem Katalysator 12, einerseits und Gruppenmessungen an mehreren Zylindern, etwa den zwei Zylindergruppen eines Motors in V-Anordnung, andererseits umgeschaltet, ohne daß hierfür der Motor 10 abgeschaltet und ein aufwendiger Umbau vorgenommen werden muß. Aus dem engen zeitlichen Zusammenhang zwischen Einzel- und Gruppenmessungen resultiert überdies eine wesentlich verbesserte Aussagekraft der Messungen, da sichergestellt ist, daß eventuelle unkontrollierte Parameter sich zwischen den Einzel- und Gruppenmessungen nicht geändert haben können.

Während an einem Motor Messungen vorgenommen werden und ein zweiter gerade dabei ist, einen stationären Zustand der Wärmeverteilung zu erreichen, können gegebenenfalls gleichzeitig weitere Eingangsleitungen der Ventilanlage 1 an einen dritten Motor angeschlossen werden, der als nächster untersucht werden soll. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise das Meßgerät 5 um ein Vielfaches effizienter genutzt werden kann als bei den bisherigen Abgasmeßanlagen. Die Investitions- und Betriebskosten eines Motorprüfstands lassen sich deshalb bei unveränderter Effizienz des Prüfstands erheblich senken, da weniger der teuren Meßgeräte 5 angeschafft und unterhalten werden müssen.

Bezugszeichenliste

1

Ventilanlage

2

Eingangsleitung

3

Ventil

4

Ausgangsleitung

5

Meßgerät

6

Ventilsteuereinheit

7

Tastatur

8

serielle Schnittstelle

10

Verbrennungsmotor

11

Zylinder

12

Katalysator

Claims

1. Ventilanlage (1) mit einer Mehrzahl von Eingangsleitungen (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . .), die über jeweils mindestens ein Ventil (3 ₁, 3 ₂, . . .) mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung (4) verbunden sind, und einer Ventilsteuereinheit (6) zur Steuerung der Ventile (3 ₁, 3 ₂, . . .), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuereinheit (6) eingerichtet ist, um wahlweise mehrere Ventile (3 ₁, 3 ₂, . . .) gleichzeitig offen zu halten.

2. Ventilanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Tastatur (7) und/oder eine Rechnerschnittstelle (8) zum Steuern der Ventilsteuereinheit (6) umfaßt.

3. Ventilanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zehn, bevorzugt wenigstens zwanzig Eingangsleitungen (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . .) umfaßt.

4. Meßanlage mit mindestens einem Meßgerät (5) zum Untersuchen von Eigenschaften eines Fluidstroms, gekennzeichnet durch eine Ventilanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Speisen des zu untersuchenden Fluidstroms aus einer Mehrzahl von an die Eingangsleitungen (2 ₁, 2 ₂, 2 ₃, . . .) anschließbaren Fluidquellen.

5. Meßanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrom ein Abgasstrom ist und das Meßgerät (5) ein Analysegerät zum Untersuchen der Zusammensetzung des Abgasstroms ist.