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WO2008036993A2 - Verfahren und vorrichtung zur versorgung einer verbrennungsmaschine mit konditioniertem verbrennungsgas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur versorgung einer verbrennungsmaschine mit konditioniertem verbrennungsgas Download PDF

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Publication number
WO2008036993A2
WO2008036993A2 PCT/AT2007/000455 AT2007000455W WO2008036993A2 WO 2008036993 A2 WO2008036993 A2 WO 2008036993A2 AT 2007000455 W AT2007000455 W AT 2007000455W WO 2008036993 A2 WO2008036993 A2 WO 2008036993A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
gas
engine
combustion gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2007/000455
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008036993A3 (de
Inventor
Seyed Mehdi Khaghanian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of WO2008036993A2 publication Critical patent/WO2008036993A2/de
Publication of WO2008036993A3 publication Critical patent/WO2008036993A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying a combustion machine with conditioned combustion gas, in particular air, preferably in test benches, comprising the supply of at all times substantially the same amount of completely pressure, humidity and / or temperature-conditioned combustion gas, which amount at least that of The amount of fuel consumed by the respective internal combustion engine at full load, with combustion gas bypassing the combustion engine being bypassed, and with the exhaust of the internal combustion engine being mixed with a diluent gas and preferably aspirated with constant volumetric flow, as well as a device for supplying an internal combustion engine with conditioned combustion gas, especially air , preferably in test benches, comprising a supply line emanating from a conditioning plant to the combustion engine for pressure / humidity and / or temperature-conditioned combustion Sgas, possibly a fan in the supply line, as well as an exhaust system for the exhaust gas of the internal combustion engine, preferably a CVS system, wherein the conditioning system and the supply line are designed for at least the amount of combustion gas required by the respective internal combustion engine at full load.
  • the condition of the intake air greatly influences the performance of an internal combustion engine.
  • Increasing air pressure increases the engine torque in gasoline engines, for example, while an increase in the temperature of the combustion air causes a drop in power.
  • the moisture content of the intake air has little influence on the engine power, but effects on the exhaust emissions, especially of nitrogen oxides, not negligible, which is the case both in gasoline and diesel engines. Since the development work of internal combustion engines raises ever greater demands with regard to the reproducibility and accuracy of the test results, it is therefore necessary to eliminate as much as possible all the conditions influencing the test results and to condition the intake air for this purpose in order to achieve comparable test conditions on the engine test bench.
  • the pressure conditions on and around the engine should be as flexible as possible in order to simulate many operating conditions and environmental conditions.
  • WO 02/42730 A2 A reliable, constant conditioning of the combustion air even under dynamic and highly dynamic operating conditions is described in WO 02/42730 A2.
  • a substantially constant, fully conditioned amount of the combustion gas is provided at any time, which corresponds at least to the maximum amount required of the respective internal combustion engine, so that the conditioning does not have to be tracked dynamically.
  • the engine on the test bench branches from a constant, for the - Required quantity off, while not needed combustion gas bypasses the internal combustion engine and mixed with the exhaust gas.
  • the method defined above is inventively characterized in that the proportion of the internal combustion engine supplied combustion gas is regulated independently of the load state.
  • the conditioning also takes place here for a constant amount of combustion gas, preferably in accordance with the maximum amount required by the engine at full load, which constant and fully conditioned amount is also supplied to before the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine in the intake tract supplied amount of combustion gas is set arbitrarily and controlled without the load or operating state of the engine has direct influence on this quantity measurement.
  • the most varied pressure values can be realized quickly and flexibly at the intake tract of the internal combustion engine, regardless of the pressure in the environment. This is also advantageous when using measuring instruments designed for normal pressure on the test stand.
  • combustion gas not supplied to the internal combustion engine is blown into the environment of the internal combustion engine.
  • This is the simplest variant for deriving the combustion air not required by the engine, which then - depending on the absolute amount of supplied, conditioned combustion gas - also allows a pressure setting in the environment of the internal combustion engine, preferably independent of the pressure at the intake of the internal combustion engine.
  • this hot exhaust gas has to be diluted
  • a variant of the method is advantageously used in which combustion gas not required by the internal combustion engine is mixed as dilution gas with the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the pressure and / or the quantity of the Combustion gas mixed with the exhaust gas is controlled independently of the state of the internal combustion engine and independently of the control of the combustion gas supplied to the internal combustion engine.
  • the method is in its respect to the pressure setting in the various areas and / or around the internal combustion engine most flexible embodiment, characterized in that the amount of extracted exhaust gas of the internal combustion engine, regardless of the state of the internal combustion engine, regardless of the regulation of the amount of combustion gas supplied to the internal combustion engine and is controlled independently of the control of the amount of the combustion gas mixed with the exhaust gas.
  • the initially defined device for supplying an internal combustion engine with conditioned combustion gas, in particular air, preferably in test stands, is to solve the above-mentioned problem, characterized in that the supply line has a connection with the environment of the internal combustion engine and between this compound and the internal combustion engine, a first flow - Control device is provided.
  • this control device By means of this control device, the quantity actually supplied to the engine can be set and controlled in a freely selectable manner from a constant amount of conditioned combustion gas. This regulation can take place without being influenced by the load or operating state of the engine, as a result of which a wide variety of pressure values can be realized quickly and flexibly at the intake tract of the internal combustion engine, regardless of the pressure in the surroundings of the engine.
  • a particularly advantageous embodiment of this device according to the invention is characterized in that the connection with the surroundings of the internal combustion engine is formed by a preferably exchangeable funnel-shaped blow-out opening in front of an inlet opening of a line section leading to the internal combustion engine.
  • the first flow control device is furthermore provided in the line section leading to the internal combustion engine.
  • this is further characterized in that a connecting passage from the line section leading to the internal combustion engine to the exhaust gas exhaust system is provided.
  • a connecting passage from the line section leading to the internal combustion engine to the exhaust gas exhaust system is provided.
  • a combustion engine wherein a second flow control device is provided in this connection passage.
  • a variant of the device is characterized in that a third valve is provided in the exhaust gas line in front of the exhaust system Flow control device is provided.
  • At least some of the flow control devices are formed by control valves which are preferably adjustable at any time and independently of one another.
  • drawing figure is schematically shown a test stand for internal combustion engines according to an embodiment of the invention.
  • An internal combustion engine 1 for example, a gasoline or diesel engine is supplied via a line 2 with fuel and via a line 3 with combustion gas, preferably air.
  • the combustion air is supplied via a usually outside of the actual test bench cell conditioning system 4 and the supply line 5 in an amount to the test bench, which corresponds to the maximum amount consumed by the engine 1.
  • the upstream conditioning section 4 always the same amount to be supplied to treat air, which makes the design especially the regulation of this conditioning extremely simple, since the dynamics of the internal combustion engine does not have to be considered.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine 1 is discharged via an exhaust pipe 6 and an exhaust system for the exhaust gas of the internal combustion engine, preferably a CVS system 7, 8, 9, consisting of the CVS filter 7, the dilution tunnel 8 and the blower 9. Between the filter 7 and the dilution tunnel 8, a connection passage 10 to the conditioning installation 4 can be installed.
  • the combustion gas conditioning apparatus 4 will usually comprise a dust filter, a gas delivery means, preferably a centrifugal fan or blower, a negative pressure control damper, an air cooler - preferably an air / cold water heat exchanger with a cold water control valve. aren uurcnsaiz of u me ium -, a rop ena sc ei he ür ondensat, and a controllable by means of control device in the heating power air heater included.
  • a steam generator can be provided, from which steam can be metered via a steam metering valve for adjusting the humidity in the main air line.
  • the air conditioned in these parts of the installation passes via the supply line 5 to a preferably exchangeable funnel-shaped blow-off opening 11 in front of an inlet opening 12 of the line 3 which leads to the combustion engine.
  • a filter 13 is inserted in the inlet opening 12 in order to prevent contaminants from the environment of the inlet opening from entering To enter line 3.
  • a first flow control device is provided between the inlet port 12 and the internal combustion engine 1, preferably near the inlet port 12, preferably as at any time and independently of any other control devices on the test bench adjustable control valve 14 is formed.
  • connection passage 15 to the exhaust system 7, 8, 9, preferably to the dilution tunnel 8 of the CVS system.
  • This connection passage 15 starts from a position between the first flow control device 14 and the internal combustion engine 1 and advantageously includes a second flow control device, which in turn is designed as adjustable at any time and independently of any other control devices on the test bench control flap 16.
  • the high prescribed dilution factors can be achieved by mixing the exhaust gas of the internal combustion engine 1, the ambient air sucked in via the filter 7 and the conditioned combustion gas not required for the combustion process.
  • the integration of the conditioned combustion gas as a diluent gas makes it possible to determine the exact amount of harmful substances in a simple and reliable manner.
  • the combustion passed to the internal combustion engine 1 should , Maximum intake air amount of the engine 1, so that the exhaust gas is diluted with at least the same amount or more of dilution air.
  • a further, third flow control device is provided in the exhaust pipe 6 before its confluence with the suction system 7, 8, 9, which is also preferably designed as a control flap 17 which can be adjusted at any time and independently of one another. This can also be adjusted quickly and directly pressure conditions that differ from the usual scheme, in which the pressure at the outlet of the exhaust passage 6 largely correspond to that at the inlet 12 of the suction passageway serving as a conduit section 3.
  • a further control valve 18 may be provided as a flow control device to adjust together with the flow control device 17 in the exhaust duct 6 a corresponding to the respective requirements differential pressure between the engine inlet and engine outlet.
  • connecting passage 15 may optionally a small variable speed axial fan pressure loss compensation or to set a well-defined pressure difference between intake 3 exhaust pipe 6 of the engine 1 are arranged, which is speed controlled by means of a regulator in dependence of the differential pressure between the mouth and outlet of the connecting passage 15.
  • an electronic control and regulating device is provided, in which all control devices and controllers necessary for operation are integrated. It is advantageously taken into account that the mass flow is kept substantially constant regardless of the absolute pressure.
  • the regulation of the air pressure is carried out mainly by throttling the control valve 14 for negative pressure operation and suction of the air mass flow from the air conveyor for vacuum operation through the line 3.
  • the air conveying unit of the conditioning system 4 is at a constant Operated speed, the air mass flow is at least equal to the maximum air consumption of the engine 1 is selected, preferably even significantly larger.
  • By throttling the air mass flow with that with an electronic regulator unoei ieii eytiwdppe wr as ee ungssys em from ⁇ ege ⁇ appe rur n- pressure unit down to the engine 1 to the desired air pressure.
  • this air pressure is lowered or raised step by step (stationary operation) or dynamically (dynamic operating state).
  • the current pressure in the piping system behind the control valve 14 is measured by an absolute pressure sensor in the line 3 and converted into an electrical signal proportional to the pressure. This signal is transmitted to the control valve 14 as the actual signal.
  • the controller is set by an automation system or manually. By comparing this actual signal with the desired value set by the user, a control signal taking into account the position of the control flap 14 is generated.
  • the position of the control flap 17 serves to keep the pressure difference between the intake air in line 3 and the exhaust gas in line 17 constant or, if necessary, the same.
  • the adjustment of the negative pressure in the line 3 can be supported by opening the control valve 16 in the connecting line to the dilution tunnel 8 of the CVS system 7, 8, 9.
  • the regulation of the air pressure by increasing the pressure in the conditioning 4 and / or larger opening of the control valve 14 in the line 3 to the engine 1.
  • the air conveyor of the conditioning 4 is operated at a constant speed, wherein the air mass flow is at least again the same size, advantageously even significantly greater than the maximum air consumption of the internal combustion engine 1.
  • the wide-open damper 14 with predominantly closed damper 16, the entire line system 3 to the engine 1 to the desired Raised air pressure.
  • the position of the control valves 14 and 16 for overpressure operation is again set by electronic controller.
  • the current pressure is measured by an absolute pressure sensor and converted into an electrical signal proportional to the pressure, which is transmitted to the controller for the control valves 14, 16 as an actual signal.
  • control flap 17 is also used here to keep the pressure difference between the intake air in line 3 and the exhaust gas in line 17 constant or if necessary also the same.
  • dampers can be used to increase or decrease this air pressure incrementally (stationary operation) or dynamic (dynamic operation mode).

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Abstract

Ein Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit Verbrennungsgas umfaßt die Zuführung von zu jedem Zeitpunkt im wesentlichen konstanter Menge von vollständig Druck-, Feuchte- und/oder temperaturkonditioniertem Verbrennungsgas, welche Menge zumindest bei Volllast verbrauchten Menge entspricht, wobei nicht benötigtes Verbrennungsgas an der Verbrennungsmaschine vorbeigeleitet wird, und wobei das Abgas der Verbrennungsmaschine mit einem Verdünnungsgas gemischt und vorzugsweise mit konstantem Volumsstrom abgesaugt wird. Um die Druckverhältnisse am und um den Motor bzw. die Mengenverhältnisse von Ansaugung, Bypass und Abgasströmung möglichst flexibel einstellbar und frei vorgebbar zu machen, wird der Anteil des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases unabhängig von deren Lastzustand geregelt. Die Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine (1) mit konditioniertem Verbrennungsgas hat zu diesem Zweck eine von einer Konditionierungsanlage (4) ausgehende Versorgungsleitung (5) zur Verbrennungsmaschine (1), welche Versorgungsleitung (5) eine Verbindung (11) mit der Umgebung der Verbrennungsmaschine (1) aufweist, wobei zwischen dieser Verbindung (11) und der Verbrennungsmaschine (1) eine erste Durchfluß- Regeleinrichtung (14) vorgesehen ist.

Description

erranren un orric ung zur ersorgung einer er rennuMy iM iiiiic konditioniertem Verbrennungsgas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesonders Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend die Zuführung von zu jedem Zeitpunkt der im wesentlichen gleichen Menge von vollständig Druck-, Feuchte- und/oder temperaturkonditioniertem Verbrennungsgas, welche Menge zumindest der von der jeweiligen Verbrennungsmaschine bei Volllast verbrauchten Menge entspricht, wobei nicht benötigtes Verbrennungsgas an der Verbrennungsmaschine vorbeigeleitet wird, und wobei das Abgas der Verbrennungsmaschine mit einem Verdünnungsgas gemischt und vorzugsweise mit konstantem Volumsstrom abgesaugt wird, sowie eine Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesonders Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend eine von einer Konditionierungsanla- ge ausgehende Versorgungsleitung zur Verbrennungsmaschine für Druck / feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas, allenfalls ein Gebläse in der Versorgungsleitung, sowie eine Absauganlage für das Abgas der Verbrennungsmaschine, vorzugsweise eine CVS- Anlage, wobei die Konditionierungsanlage und die Versorgungsleitung für zumindest die von der jeweiligen Verbrennungsmaschine bei Volllast benötigte Menge an Verbrennungsgas ausgelegt sind.
Der Zustand der Ansaugluft beeinflußt in starkem Maße das Betriebsverhalten einer Verbrennungsmaschine. Ansteigender Luftdruck erhöht etwa bei Ottomotoren das Motordrehmoment, während eine Temperaturerhöhung der Verbrennungsluft einen Leistungsabfall verursacht. Der Feuchtegehalt der Ansaugluft hat zwar wenig Einfluss auf die Motorleistung, jedoch sind Auswirkungen auf die Abgasemissionen, besonders der Stickoxide, nicht zu vernachlässigen, was sowohl bei Otto- als auch Dieselmotoren der Fall ist. Da die Entwicklungsarbeiten von Verbrennungsmaschinen immer höhere Anforderungen bezüglich der Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Versuchsergebnisse stellt, ist es daher erforderlich, sämtliche die Versuchsergebnisse beeinflussende Umstände so weit wie möglich zu eliminieren und zu diesem Zweck die Ansaugluft zu konditionieren, um vergleichbare Versuchsbedingungen am Motorenprüfstand zu erreichen. Andererseits sollen aber die Druckverhältnisse am und um den Motor möglichst flexibel einstellbar sein, um viele Betriebszustände und Umweltbedingungen simulieren zu können.
Bekannte Systeme zur Konditionierung der Ansaugluft für Verbrennungsmaschinen sind am Markt käuflich verfügbar (z.B. „Combustion Air Conditioning Unit der Firma AVL-List GmbH, Graz/Österreich oder FEV AirCon der Firma FEV Motorentechnik GmbH, Aachen/Deutschland). Diese Systeme werden aber direkt an das Luftversorgungssystem der Verbrennungsmaschine angeschlossen, und müssen auf diese Weise bei Änderungen des Be- - e szubianaes αer er rennungsm c ine un araus o gen e ngen c - satzes direkt den Änderungen des Luftdurchsatzes der Verbrennungsmaschine folgen, welcher sich beim Ottomotor etwa um das 40-fache ändern kann. Schnellen und dynamischen Änderungen des Luftdurchsatzes der Verbrennungsmaschine können diese Systeme daher nur eingeschränkt folgen, so daß während der dynamischen Luftdurchsatzänderungen nur eine schlechte Regelgüte der Luftzustände erreicht wird. Ein Beispiel für eine derartige bekannte Anlage ist auch in der DE 40 15 818 A beschrieben. Dieses geschlossene System kann überhaupt nicht mit konstanter Luftmenge betrieben werden, sondern muß dem jeweiligen Bedarf der Verbrennungsmaschine nachgefahren werden.
In der DE 25 36 047 Al ist dagegen eine reine Unterdrucksimulation beschrieben, bei der keinerlei Vorkehrungen für eine komplette Konditionierung der Verbrennungsluft getroffen sind. Überdies können sich die für den Motor gedachte Verbrennungsluft und das Abgas des Motors in einem Behälter vermischen bzw. gegenseitig beeinflussen, speziell bei hoch dynamischen Betriebszuständen aufgrund von Druckpulsationen, großräumigen Turbulenzen, thermischen Gradienten usw., wodurch eine sichere und konstante Bedingungen bietende Konditionierung kaum möglich ist.
Interne Vorgänge in Verbrennungskraftmaschinen, wie etwa Gegenstand der DE 35 44 247 A, beginnen erst mit dem Eintritt des Verbrennungsgases in den Ansaugtrakt bzw. die Luftverdichtersektion der Maschine. Es wird daher der Verbrennungsmaschine als gesamtes keine vollständig konditionierte und über die Zeit konstante Menge an Verbrennungsluft zugeführt, und eine Bypassleitung existiert lediglich um die Verdichtersektion herum, in welcher jedoch keine konditionierte Verbrennungsluft geführt wird. Auch hier wird aufgrund der noch vor der Konditioniersektion abzweigenden Bypassleitung nur genau diejenige Menge an Verbrennungsluft konditioniert und dem Motor zugeführt, die momentan benötigt wird. Auch die DE 42 31 681 A betrifft einen internen Prozeß einer Verbrennungsmaschine mit interner Verbrennung, ohne Bypass um die Verbrennungsmaschine und ohne Ausgleich für allfälliges im Überschuss zugeführtes Verbrennungsgas, so daß dieser Prozeß nicht mit konstanter konditionierter Menge an Verbrennungsluft verwirklicht werden kann. Ein Bypass ist in der DE 198 57 059 A beschrieben, welcher jedoch vom Abgas und entgegen der Richtung der Verbrennungsluft durchströmt wird.
Eine sichere, konstante Konditionierung der Verbrennungsluft auch unter dynamischen und hoch dynamischen Betriebsbedingungen ist in der WO 02/42730 A2 beschrieben. Dabei wird zu jedem Zeitpunkt eine im wesentlichen konstante, vollständig konditionierte Menge des Verbrennungsgases bereitgestellt, welche zumindest der von der jeweiligen Verbrennungsmaschine maximal benötigten Menge entspricht, so daß die Konditionierung nicht dynamisch nachgeführt werden muß. Der Motor am Prüfstand zweigt sich aus einer konstanten, für den - zustand benötige Menge ab, während nicht benötigtes Verbrennungsgas an der Verbrennungsmaschine vorbeigeleitet und mit deren Abgas gemischt wird. Da die Druckregelung weit vor dem Motor erfolgt und die Mengenbemessung der vom Motor angesaugten Verbrennungsluft allein durch den Motor selbst gesteuert wird, sind viele Parameter vorgegeben oder nur langsam veränderbar, die für bestimmte Testzwecke gern einfach, rasch und flexibel, insbe- sonders aber unabhängig vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, angepasst werden sollen.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren und die Vorrichtung wie eingangs beschrieben derart zu verbessern, daß die Druckverhältnisse am und um den Motor bzw. die Mengenverhältnisse von Ansaugung, Bypass und Abgasströmung möglichst flexibel einstellbar und frei vorgebbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs definierte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases unabhängig von deren Lastzustand geregelt wird. Die Konditionierung erfolgt auch hier für eine konstante Menge an Verbrennungsgas, vorzugsweise entsprechend der maximalen Menge die der Motor bei Volllast benötigt, welche konstante und vollständig konditionierte Menge auch bis vor die Verbrennungsmaschine zugeführt wird. Die aber nun tatsächlich der Verbrennungsmaschine in deren Ansaugtrakt zugeführte Menge an Verbrennungsgas wird frei wählbar eingestellt und geregelt, ohne daß der Last- bzw. Betriebszustand des Motors unmittelbaren Einfluß auf diese Mengenbemessung hat. Damit sind schnell und flexibel die unterschiedlichsten Druckwerte am Ansaugtrakt der Verbrennungsmaschine zu realisieren, unabhängig vom Druck in der Umgebung. Dies ist auch bei Verwendung von für Normaldruck ausgelegten Messgeräten am Prüfstand vorteilhaft.
Gemäß einer vorteilhaften Variante dieses Verfahrens ist vorgesehen, daß nicht der Verbrennungsmaschine zugeführtes Verbrennungsgas in die Umgebung der Verbrennungsmaschine geblasen wird. Dies ist die einfachste Variante zum Ableiten der nicht vom Motor benötigen Verbrennungsluft, welche dann - je nach absoluter Menge an zugeführtem, konditioniertem Verbrennungsgas - auch eine Druckeinstellung in der Umgebung der Verbrennungsmaschine erlaubt, vorzugsweise unabhängig vom Druck am Ansaugtrakt der Verbrennungsmaschine.
Wenn für Analysen am Abgas von Motoren dieses heiße Abgas verdünnt werden muß, wird vorteilhafterweise eine Variante des Verfahrens angewendet, bei welcher nicht von der Verbrennungsmaschine benötigtes Verbrennungsgas als Verdünnungsgas mit dem Abgas der Verbrennungsmaschine gemischt wird. um aucn nier au ie us egung er essgera e üc sic ne men zu ön e , un andererseits beliebige Druckzustände abgasseitig der Verbrennungsmaschine einstellen und einregeln zu können, ist eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, bei welcher der Druck und/oder die Menge des mit dem Abgas gemischten Verbrennungsgases unabhängig vom Zustand der Verbrennungsmaschine und unabhängig von der Regelung des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases geregelt wird.
Vorzugsweise ist das Verfahren in seiner bezüglich der Druckeinstellung in den verschiedenen Bereichen an und/oder um die Verbrennungsmaschine flexibelsten Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des abgesaugten Abgases der Verbrennungsmaschine unabhängig vom Zustand der Verbrennungsmaschine, unabhängig von der Regelung der Menge des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases und unabhängig von der Regelung der Menge des mit dem Abgas gemischten Verbrennungsgases geregelt wird.
Die eingangs definierte Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesonders Luft, vorzugsweise in Prüfständen, ist zur Lösung der eingangs genannten Aufgabenstellung dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung eine Verbindung mit der Umgebung der Verbrennungsmaschine aufweist und zwischen dieser Verbindung und der Verbrennungsmaschine eine erste Durchfluß- Regeleinrichtung vorgesehen ist. Über diese Regeleinrichtung kann aus einer konstante Menge an konditioniertem Verbrennungsgas die tatsächlich dem Motor zugeführte Menge frei wählbar eingestellt und geregelt werden. Diese Regelung kann ohne Beeinflussung durch den Last- bzw. Betriebszustand des Motors erfolgen, wodurch schnell und flexibel die unterschiedlichsten Druckwerte am Ansaugtrakt der Verbrennungsmaschine zu realisieren sind, unabhängig vom Druck in der Umgebung des Motors.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit der Umgebung der Verbrennungsmaschine durch eine vorzugsweise austauschbare trichterförmige Ausblasöffnung vor einer Einlassöffnung eines zur Verbrennungsmaschine weiterführenden Leitungsabschnittes gebildet ist. Damit ist ohne weiteren apparativen Aufwand die Ableitung der nicht vom Motor benötigten oder ihm aufgrund der Regelung nicht zugeführten Verbrennungsluft in die Umgebung des Motors bzw. beliebige Bereiche des Prüfstandes oder der Testzelle möglich.
Vorteilhafterweise ist weiters die erste Durchfluß-Regeleinrichtung in dem zur Verbrennungsmaschine weiterführenden Leitungsabschnitt vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese weiters dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungspassage von dem zur Verbrennungsmaschine weiterführenden Leitungsabschnitt zur Absauganlage für das Abgas vorgese- en st, ausgehend von e ner e e zw sc en er ers en urc u - ege e nr c ung un er Verbrennungsmaschine, wobei in dieser Verbindungspassage eine zweite Durchfluß- Regeleinrichtung vorgesehen ist. In dieser Ausführung ist weitestgehende Flexibilität in der Einstellung der Druckverhältnisse in der Umgebung der Verbrennungsmaschine, an deren Ansaugtrakt als auch in der Abgasabsaugung gegeben, wobei die Druckverhältnisse in jedem dieser Bereiche prinzipiell unabhängig von jedem anderen Bereich wählbar sind.
Um abgasseitig neben der eher indirekten Beeinflussung des Druckes über den (Ge- gen)Druck in der Absauganlage für das Abgas eine direktere und damit auch schnellere Druckregelung zu ermöglichen, ist eine Variante der Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung vor der Absauganlage eine dritte Durchfluß-Regeleinrichtung vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise sind bei einfachem und funktionssicherem Aufbau zumindest einige der Durchfluß-Regeleinrichtungen durch vorzugsweise jederzeit und unabhängig voneinander einstellbare Regelklappen gebildet.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungsfigur näher erläutert werden, in welcher Zeichnungsfigur schematisch ein Prüfstand für Verbrennungskraftmaschinen entsprechend einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Eine Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise ein Otto- oder Dieselmotor, wird über eine Leitung 2 mit Brennstoff und über eine Leitung 3 mit Verbrennungsgas, vorzugsweise Luft, versorgt. Die Verbrennungsluft wird über eine üblicherweise außerhalb der eigentlichen Prüfstandszelle befindlichen Konditionierungsanlage 4 und die Versorgungsleitung 5 in einer Menge dem Prüfstand zugeführt, welche der vom Motor 1 maximal verbrauchten Menge entspricht. Damit ist von der vorgeschalteten Konditionierungsstrecke 4 immer die gleiche Menge an zuzuführender Luft zu behandeln, was die Auslegung insbesonders der Regelung dieser Konditionierung äußerst einfach macht, da die Dynamik der Verbrennungsmaschine nicht berücksichtigt werden muß.
Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 wird über eine Abgasleitung 6 und eine Absauganlage für das Abgas der Verbrennungsmaschine, vorzugsweise eine CVS-Anlage 7, 8, 9 abgeführt, bestehend aus dem CVS-Filter 7, dem Verdünnungstunnel 8 und dem Gebläse 9. Zwischen dem Filter 7 und dem Verdünnungstunnel 8 kann eine Verbindungspassage 10 zur Konditionierungsanlage 4 installiert sein.
Die Konditionierungsanlage 4 für das Verbrennungsgas wird üblicherweise einen Staubfilter, eine Einrichtung zur Förderung des Gases, vorzugsweise einen Radialventilator oder ein Gebläse, eine Regelklappe für Unterdruckbetrieb, einen Luftkühler - vorzugsweise einen Luft-Kaltwasser Wärmetauscher mit einem durch ein Stellventil für Kaltwasser einstell- aren uurcnsaiz von u me ium - , einen rop ena sc ei er ür ondensat, sowie einen mittels Steuereinrichtung in der Heizleistung regelbaren Lufterhitzer enthalten. Zur Regelung der Luftfeuchte kann ein Dampferzeuger vorgesehen sein, von dem aus Dampf über ein Dampfdosierventil zur Einstellung der Luftfeuchte in die Hauptluftleitung dosiert werden kann.
Die in diesen Anlagenteilen konditionierte Luft gelangt über die Versorgungsleitung 5 zu einer vorzugsweise austauschbaren trichterförmige Ausblasöffnung 11 vor einer Einlassöffnung 12 der zur Verbrennungsmaschine weiterführenden Leitung 3. Vorteilhafterweise ist in der Einlassöffnung 12 ein Filter 13 eingesetzt, um Verunreinigungen aus der Umgebung der Einlassöffnung nicht in die Leitung 3 eintreten zu lassen.
Zur raschen und frei wählbaren Einstellung und Regelung des Anteiles an Verbrennungsluft, der über die Leitung 3 der Verbrennungsmaschine 1 zugeführt wird, ist zwischen der Einlassöffnung 12 und der Verbrennungsmaschine 1, vorzugsweise nahe der Einlassöffnung 12, eine erste Durchfluß-Regeleinrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise als jederzeit und unabhängig von jeglichen anderen Regeleinrichtungen am Prüfstand einstellbare Regelklappe 14 ausgebildet ist. Aufgrund der Zuführung von zu jedem Zeitpunkt einer im wesentlichen gleichen Menge von vollständig konditioniertem Verbrennungsgas, welche Menge zumindest der von der jeweiligen Verbrennungsmaschine 1 bei Volllast verbrauchten Menge entspricht, können alle Veränderungen im Betrieb des zu prüfenden Motors, selbst alle hoch dynamischen Übergänge, sowie alle willkürlich zum Einstellen bestimmter Betriebszustände und Druckverhältnisse in und um den Motor 1 auftretende Anforderungen aufgefangen werden und der Verbrennungsmaschine 1 wird zu jedem Zeitpunkt eine sicher und konstant konditionierte und eine durch Einstellung und Ausregelung über die Regelklappe 14 frei wählbare Menge an Verbrennungsluft zugeführt.
Von dem zur Verbrennungsmaschine 1 führenden Leitungsabschnitt 3 geht auch noch eine Verbindungspassage 15 zur Absauganlage 7, 8, 9, vorzugsweise zum Verdünnungstunnel 8 der CVS-Anlage aus. Diese Verbindungspassage 15 geht von einer Stelle zwischen der ersten Durchfluß-Regeleinrichtung 14 und der Verbrennungsmaschine 1 aus und enthält vorteilhafterweise eine zweite Durchfluß-Regeleinrichtung, welche wiederum als jederzeit und unabhängig von jeglichen anderen Regeleinrichtungen am Prüfstand einstellbare Regelklappe 16 ausgebildet ist. Damit können mit prinzipiell beliebigen Druckwerten aufgrund der unabhängigen Regelung die hohen vorgeschriebenen Verdünnungsfaktoren durch Mischung des Abgases der Verbrennungsmaschine 1, der über den Filter 7 angesaugten Umgebungsluft und des nicht für den Verbrennungsvorgang benötigten, konditionierten Verbrennungsgas erreicht werden. Dabei ist durch die Einbindung des konditionierten Verbrennungsgases als Verdünnungsgas eine genaue Schadstoffmengenbestimmung in einfacher und sicherer Weise ermöglicht. Vorteilhafterweise soll die an der Verbrennungsmaschine 1 vorbeigeleitete Verbren- , , maximalen Ansaugluftmenge des Motors 1 sein, sodaß das Abgas mit mindestens derselben Menge oder mehr an Verdünnungsluft verdünnt wird.
Eine weitere, dritte Durchfluß-Regeleinrichtung ist in der Abgasleitung 6 vor deren Einmündung in die Absauganlage 7, 8, 9 vorgesehen, welche ebenfalls vorzugsweise als jederzeit und unabhängig voneinander einstellbare Regelklappe 17 ausgebildet ist. Damit können auch rasch und direkt Druckverhältnisse eingestellt werden, die vom üblichen Schema abweichen, bei dem der Druck am Austritt des Abgaskanals 6 weitgehend jenem am Eintritt 12 des als Ansaugkanal fungierenden Leitungsabschnittes 3 entsprechen.
Im Leitungsabschnitt 3 kann eine weitere Regelklappe 18 als Durchfluß- Regeleinrichtung vorgesehen sein, um zusammen mit der Durchfluß-Regeleinrichtung 17 im Abgaskanal 6 einen den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Differenzdruck zwischen Motoreinlaß und Motorauslaß einstellen zu können.
Aufgrund der Ausblasöffnung 11 am Ende der Leitung 5 für die konditionierte Verbrennungsluft kann bei ausreichender Luftmenge und geeigneter Einstellung der Regelklappen 14, 16, 17, die gesamte Prüfstandszelle und damit der gesamte Motor, inkl Luftfilter, Auspuffanlage, Ansaugleitung 3 und Abgasleitung 6, auf den Druck der Leitung 5 gebracht werden.
In der Verbindungspassage 15 kann optional ein kleiner drehzahlregelbarer Axialventilator Druckverlustkompensation bzw. zur Einstellung einer genau definierten Druckdifferenz zwischen Ansaugleitung 3 Abgasleitung 6 des Motors 1 angeordnet werden, der mit Hilfe eines Reglers in Abhängigkeit des Differenzdrucks zwischen Mündung und Austritt der Verbindungspassage 15 drehzahlgeregelt wird.
Zum Betrieb des Systems und zum Einregeln der gewünschten Druck- und Luftzustände ist eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen, in der alle zum Betrieb notwendigen Steuereinrichtungen und Regler integriert sind. Dabei ist vorteilhafterweise darauf Rücksicht genommen, dass der Massendurchfluß unabhängig vom Absolutdruck im wesentlichen konstant gehalten wird.
Regelung des Drucks bei Unterdruckbetrieb:
Wenn der gewünschte Luftdruck am Motor 1 niedriger als der Umgebungsdruck sein soll, erfolgt die Regelung des Luftdruckes hauptsächlich durch Drosselung an der Regelklappe 14 für Unterdruckbetrieb und Ansaugen des Luftmassenstromes von der Luftfördereinrichtung für Unterdruckbetrieb durch die Leitung 3. Die Luftfördereinheit der Konditionierungsanlage 4 wird mit konstanter Drehzahl betrieben, wobei der Luftmassenstrom zumindest gleich groß dem maximalen Luftverbrauch des Motors 1 gewählt wird, vorzugsweise sogar deutlich größer. Durch Drosselung des Luftmassenstromes mit der mit einem elektronischen Regler ver- unoei ieii eytiwdppe w r as gesam e e ungssys em von er κegeικιappe rur n- terdruckbetrieb bis zum Motor 1 auf den gewünschten Luftdruck abgesenkt. Wahlweise wird je nach Verwendungszweck dieser Luftdruck stufenweise (Stationärbetrieb) oder dynamisch (Dynamischer Betriebszustand) abgesenkt bzw. wieder erhöht.
Der aktuelle Druck im Rohrleitungssystem hinter der Regelklappe 14 wird dabei durch einen Absolutdruckfühler in der Leitung 3 gemessen und in ein elektrisches, dem Druck proportionales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird an den Regler für Regelklappe 14 als Ist- Signal übermittelt. Der Regler wird durch ein Automatisierungssystem oder auch manuell gestellt. Durch Vergleich dieses Ist-Signals mit dem durch den Benutzer gewünschten Sollwert wird ein die Stellung der Regelklappe 14 berücksichtigendes Stellsignal erzeugt.
Die Stellung der Regelklappe 17 dient dazu den Druckunterschied zwischen der Ansaugluft in Leitung 3 und dem Abgas in Leitung 17 konstant oder bei Bedarf auch gleich zu halten. Die Einstellung des Unterdruckes in der Leitung 3 kann durch Öffnen der Regelklappe 16 in der Verbindungsleitung zum Verdünnungstunnel 8 der CVS-Anlage 7, 8, 9 unterstützt werden.
Regelung des Drucks bei Überdruckbetrieb:
Wenn der gewünschte Luftdruck höher als der Umgebungsdruck sein soll, erfolgt die Regelung des Luftdruckes durch Druckanhebung in der Konditionieranlage 4 und/oder größere Öffnung der Regelklappe 14 in der Leitung 3 zum Motor 1. Die Luftfördereinrichtung der Konditionieranlage 4 kann mit konstanter Drehzahl betrieben werden, wobei der Luftmassenstrom zumindest wieder gleich groß, vorteilhafterweise sogar deutlich größer, gewählt wird, als der maximale Luftverbrauch der Verbrennungsmaschine 1. Auch durch Zusammenspiel der weit geöffneten Regelklappe 14 mit überwiegend geschlossener Regelklappe 16 wird das gesamte Leitungssystem 3 bis hin zum Motor 1 auf den gewünschten Luftdruck angehoben. Die Stellung der Regelklappen 14 bzw. 16 für Überdruckbetrieb wird dabei wieder durch elektronische Regler eingestellt. In gleicher Weise wie für die Unterdruckregelung wird der aktuelle Druck durch einen Absolutdruckfühler gemessen und in ein elektrisches, dem Druck proportionales Signal umgewandelt, das an den Regler für die Regelklappen 14, 16 als Ist-Signal ü- bermittelt wird.
Die Stellung der Regelklappe 17 dient auch hier dazu den Druckunterschied zwischen der Ansaugluft in Leitung 3 und dem Abgas in Leitung 17 konstant oder bei Bedarf auch gleich zu halten. Die Regelklappen ermöglichen wahlweise je nach Verwendungszweck die stufenweise (Stationärbetrieb) oder dynamische (Dynamischer Betriebszustand) Erhöhung bzw. Wiederabsenkung dieses Luftdrucks.
Patentansprüche:

Claims

π td πsprucπe:
1. Verfahren zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesonders Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend die Zuführung von zu jedem Zeitpunkt der im wesentlichen gleichen Menge von vollständig Druck-, Feuchte- und/oder temperaturkonditioniertem Verbrennungsgas, welche Menge zumindest der von der jeweiligen Verbrennungsmaschine bei Volllast verbrauchten Menge entspricht, wobei nicht benötigtes Verbrennungsgas an der Verbrennungsmaschine vorbeigeleitet wird, und wobei das Abgas der Verbrennungsmaschine mit einem Verdünnungsgas gemischt und vorzugsweise mit konstantem Volumsstrom abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases unabhängig von deren Lastzustand geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht der Verbrennungsmaschine zugeführtes Verbrennungsgas in die Umgebung der Verbrennungsmaschine geblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nicht von der Verbrennungsmaschine benötigtes Verbrennungsgas als Verdünnungsgas mit dem Abgas der Verbrennungsmaschine gemischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und/oder die Menge des mit dem Abgas gemischten Verbrennungsgases unabhängig vom Zustand der Verbrennungsmaschine und unabhängig von der Regelung des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des abgesaugten Abgases der Verbrennungsmaschiπe unabhängig vom Zustand der Verbrennungsmaschine, unabhängig von der Regelung der Menge des der Verbrennungsmaschine zugeführten Verbrennungsgases und unabhängig von der Regelung der Menge des mit dem Abgas gemischten Verbrennungsgases geregelt wird.
6. Vorrichtung zur Versorgung einer Verbrennungsmaschine (1) mit konditioniertem Verbrennungsgas, insbesonders Luft, vorzugsweise in Prüfständen, umfassend eine von einer Konditionierungsanlage (4) ausgehende Versorgungsleitung (5) zur Verbrennungsmaschine für Druck / feuchte- und/oder temperaturkonditioniertes Verbrennungsgas, allenfalls ein Gebläse in der Versorgungsleitung, sowie eine Absauganlage _ rur aas ADgas er er rennungsmasc ine, vorzugsweise eine s-Anlage /, ö, , wobei die Konditionierungsanlage (4) und die Versorgungsleitung (5) für zumindest die von der jeweiligen Verbrennungsmaschine (1) bei Volllast benötigte Menge an Verbrennungsgas ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (5) eine Verbindung (11) mit der Umgebung der Verbrennungsmaschine (1) aufweist und zwischen dieser Verbindung (11) und der Verbrennungsmaschine (1) eine erste Durchfluß-Regeleinrichtung (14) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit der Umgebung der Verbrennungsmaschine (1) durch eine vorzugsweise austauschbare trichterförmige Ausblasöffnung (11) vor einer Einlassöffnung (12) eines zur Verbrennungsmaschine (1) weiterführenden Leitungsabschnittes (3) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Durchfluß-Regeleinrichtung (14) in dem zur Verbrennungsmaschine (1) weiterführenden Leitungsabschnitt (3) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungspassage (15) von dem zur Verbrennungsmaschine (1) weiterführenden Leitungsabschnitt (3) zur Absauganlage (7, 8, 9) für das Abgas vorgesehen ist, ausgehend von einer Stelle zwischen der ersten Durchfluß-Regeleinrichtung (14) und der Verbrennungsmaschine (1), wobei in dieser Verbindungspassage (15) eine zweite Durchfluß-Regeleinrichtung (16) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (6) vor der Absauganlage (7, 8, 9) eine dritte Durchfluß-Regeleinrichtung (17) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Durchfluß-Regeleinrichtungen (14, 16, 17 ,18) durch vorzugsweise jederzeit und unabhängig voneinander einstellbare Regelklappen gebildet sind.
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