DE102009049209B4

DE102009049209B4 - Prüfstands-Konditioniersystem für ein Arbeitsfluid, sowie Vorrichtung zum Betreiben eines derartigen Prüfstands-Konditioniersystems

Info

Publication number: DE102009049209B4
Application number: DE102009049209.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Hofer
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP4982547B2; US8117905B2; JP2010107510A; AT10460U2; AT10460U3; DE102009049209A1; US20100116040A1

Abstract

Prüfstands-Konditioniersystem für ein Arbeitsfluid einer auf dem Prüfstand befindlichen Arbeitsmaschine, wobei das Konditioniersystem zumindest eine Pumpe (3) zur Umwälzung des Arbeitsfluids, einen Wärmetauscher (4) zur Kühlung des aus der Ableitung (1) der Arbeitsmaschine kommenden Arbeitsfluids sowie eine Heizeinrichtung (5) für das in die Zuleitung (2) zur Arbeitsmaschine gespeiste Arbeitsfluid und ein Mischventil (6) beinhaltet, mit einem absperrbaren Bypass (8) zwischen Ableitung (1) und Zuleitung (2), und einer Steuereinrichtung zur Vorgabe eines Temperaturverlaufs für das Arbeitsfluid, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids vor dem Mischventil (6) eine Verbindungsleitung (10) mit einem Regelventil (11) zur Ableitung (1) führt und in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids vor der Pumpe (3) in diese Ableitung (1) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfstands-Konditioniersystem für ein Arbeitsfluid einer auf dem Prüfstand befindlichen Arbeitsmaschine, insbesondere für das Kühlmittel der Arbeitsmaschine, wobei das Konditioniersystem zumindest eine Pumpe zur Umwälzung des Arbeitsfluids, einen Wärmetauscher zur Kühlung des aus der Ableitung der Arbeitsmaschine kommenden Arbeitsfluids sowie eine Heizeinrichtung für das in die Zuleitung zur Arbeitsmaschine gespeiste Arbeitsfluid und ein Mischventil beinhaltet, mit einem absperrbaren Bypass zwischen Ableitung und Zuleitung, und einer Steuereinrichtung zur Vorgabe eines Temperaturverlaufes für das Arbeitsfluid, sowie eine Vorrichtung zum Betreiben eines derartigen Prüfstands-Konditioniersystems.
Die US 5,576,218 A beschreibt ein Verfahren zur thermischen Wechselbeanspruchung eines Probekörpers, wobei für das Heizen und Kühlen des Probekörpers jeweils getrennte Kreisläufe vorhanden sind. In diesen Kreisläufen ist jeweils ein Bypass vorgesehen, um einen konstanten Volumenstrom zu gewährleisten.
Die in einem Fahrzeug vom Fahrtwind erzwungene Kühlung, sei es über das Kühlwasser oder andere Betriebsfluide, wie beispielsweise Schmiermittel, muss am Prüfstand durch Wasserwärmetauscher ersetzt werden. Zur Kompensation des zusätzlichen Strömungswiderstandes im Wärmetauscher sind Umwälzpumpen für die zu kühlenden Medien vorgesehen, deren Wärmeleitung ebenfalls berücksichtigt werden muss. Über Kühler, Heizregister, diverse Aggregate, Mess- und Stellglieder können die Betriebsfluide konditioniert werden, um den im realen Betrieb auftretenden Temperaturverlauf nachzubilden.
Üblicherweise wird über einen Regelkreis die Verteilung des über Kühler und/oder Heizregister geleiteten Betriebsfluids eingestellt, um den aus Fahrversuchen bekannten Temperaturverlauf möglichst genau nachzubilden, was aber aufgrund der Ansprechzeiten der Aggregate und der Totzeiten im System nicht machbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung waren daher ein Prüfstands-Konditioniersystem und eine Vorrichtung zum Betreiben eines derartigen Systems, bei welchem eine optimale Nachbildung eines realen Temperaturverlaufs eines Betriebsfluids einer Arbeitsmaschine mit geringsten Abweichungen vom vorgegebenen Verlauf möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Konditioniersystem die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Das Arbeitsfluid ist insbesondere das Kühlmittel der Arbeitsmaschine. Durch die Verbindungsleitung wird die Temperatur-Regelung in drei an sich unabhängige Regelkreise unterteilt, welche getrennt für erwärmtes Betriebsfluid und für die Mischung dieser beiden Anteile zuständig sind. Über die Mischung warmen und kalten Betriebsfluids in unterschiedlichen Anteilen kann wesentlich rascher eine vorgegebene Temperatur des gemischten Betriebsfluids eingestellt werden, als dies durch Heizung oder Kühlung allein möglich wäre. Die vor- ... richtungsbedingten Verzögerungen in Heizregister oder Kühler werden durch diese Vorgangsweise vermieden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das System weiters dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers eine Bypassleitung von der Zuleitung des Kühlmittels zu dessen Ableitung führt und ein Mischventil zur Einstellung der Menge des Bypass-Stromes vorgesehen ist. Durch dieses Merkmal ist der Kühlkreislauf exakter und schneller auf die gewünschte Temperatur des gekühlten Betriebsfluids regelbar.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abzweigung und die Einmündung des absperrbaren Bypasses zwischen Ableitung und Zuleitung der Arbeitsmaschine näher bei der Arbeitsmaschine liegen als bei den zur Heizeinrichtung bzw. zum Wärmetauscher gehörigen Systemkomponenten.
Zur Lösung der Aufgabe ist die eingangs angegebene Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet dass in der Steuereinrichtung ein Temperaturverlauf abgelegt ist und die Steuereinrichtung das Mischventil in der Bypassleitung des Wärmetauschers und das Regelventil in der Verbindungsleitung parallel zur Heizeinrichtung derart ansteuert, dass dem Mischventil für das Arbeitsfluid zu jedem Zeitpunkt ein Teilstrom mit einer oberhalb der aktuellen Solltemperatur gemäß Temperaturverlauf und ein Teilstrom mit einer unterhalb der aktuellen Solltemperatur liegenden Temperatur zugeführt wird, und dass die Steuereinrichtung das Mischventil für das Arbeitsfluid derart ansteuert, dass aus den beiden Teilströmen ein Gesamtstrom mit genau der aktuellen Solltemperatur gemischt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigt die 1 ein herkömmliches System gemäß dem Stand der Technik, 2 ist eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems und 3 zeigt ein Diagramm der Temperaturverläufe der Teilströme und des konditionierten Betriebsfluids.
Das in der Arbeitsmaschine zirkulierende Betriebsfluid, vorzugsweise Kühlwasser, aber auch Schmieröl od. dgl., wird über eine Ableitung 1 aus der Arbeitsmaschine abgezogen und über eine Zuleitung 2 nach Konditionierung wieder der Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, zugeführt. Die Länge der Ab- bzw. Zuleitung 1, 2 bis zur ersten Apparatur beträgt typischerweise ca. 5 Meter. Für die Umwälzung des Arbeitsfluids weist das Konditioniersystem zumindest eine Pumpe 3 auf. Üblicherweise sind sowohl ein Wärmetauscher 4 zur Kühlung des aus der Ableitung 1 der Arbeitsmaschine kommenden Arbeitsfluids sowie eine Heizeinrichtung 5 für das in die Zuleitung 2 zur Arbeitsmaschine gespeiste Arbeitsfluid sowie ein Mischventil 6 vorgesehen. Vorteilhafterweise ist oftmals noch unmittelbar vor der Pumpe 3 und hinter dem Mischventil 6, jeweils in unmittelbarer Nähe dieser Bauteile mündend, ein mittels des Ventils 7 absperrbarer Bypass 8 zwischen Ableitung 1 und Zuleitung 2 vorgesehen. Die Steuereinrichtung zur Vorgabe eines Temperaturverlaufes für das Arbeitsfluid ist in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Konditioniersystems für ein Arbeitsfluid weist als grundlegenden Unterschiede zu den herkömmlichen Systemen eine Verbindungsleitung 10 auf, die vor dem Mischventil 6, d.h. auf der der Arbeitsmaschine abgewandten Seite dieses Mischventils 6, ausgeht und vor der Pumpe 3, d.h. zwischen dieser Pumpe 3 und der Arbeitsmaschine in die Ableitung 1 mündet. In der Verbindungsleitung 10 ist ein Regelventil 11 eingesetzt. Durch die Verbindungsleitung 10 wird die Temperatur-Regelung in drei an sich unabhängige Regelkreise unterteilt, welche getrennt für erwärmtes Betriebsfluid, für gekühltes Betriebsfluid und für die Mischung dieser beiden Anteile zuständig sind.
Vorzugsweise sind die Abzweigung und die Einmündung des absperrbaren Bypasses 10 zwischen Ableitung 1 und Zuleitung 3 der Arbeitsmaschine näher bei der Arbeitsmaschine positioniert als bei den zur Heizeinrichtung 5 bzw. zum Wärmetauscher 4 gehörigen Systemkomponenten.
Im Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers 4 kann vorteilhafterweise eine Bypassleitung 12 von der Zuleitung 13 des Kühlmittels zu dessen Ableitung 14 führen vorgesehen sein, in welcher Bypassleitung 12 ein Mischventil 15 zur Einstellung der Menge des Bypass-Stromes vorgesehen ist, um den Kühlkreislauf exakter und schneller auf die gewünschte Temperatur des gekühlten Betriebsfluids einregeln zu können.
Um sehr genau und rasch vorgegebene Temperaturverläufe durchfahren zu können, ist vorteilhafterweise in der Steuereinrichtung des Konditioniersystems ein Temperaturverlauf abgelegt ist und die steuert die Steuereinrichtung das allfällige Mischventil 15 in der Bypassleitung 12 des Wärmetauschers 4 sowie und das Regelventil 11 in der Verbindungsleitung 10 parallel zur Heizeinrichtung 5 derart an, dass dem Mischventil 6 für das Arbeitsfluid zu jedem Zeitpunkt ein Teilstrom W mit einer oberhalb der aktuellen Solltemperatur S gemäß Temperaturverlauf und ein Teilstrom K mit einer unterhalb der aktuellen Solltemperatur S liegenden Temperatur zugeführt wird. Weiters steuert die Steuereinrichtung das Mischventil 6 für das Arbeitsfluid derart an, dass aus den beiden Teilströmen W, K ein Gesamtstrom mit genau der aktuellen Solltemperatur S gemischt wird.
Wie im Diagramm der 3 deutlich zu erkennen ist, kann über diese Mischung warmen W und kalten Betriebsfluids K in unterschiedlichen Anteilen wesentlich rascher und auch genauer eine durch die Steuervorrichtung vorgegebene Solltemperatur S des gemischten Betriebsfluids eingestellt werden, als dies durch Heizung oder Kühlung alleine möglich wäre. Die vorrichtungsbedingten Verzögerungen in Heizregister 5 oder Kühler 4 werden durch diese Vorgangsweise vermieden.

Claims

Prüfstands-Konditioniersystem für ein Arbeitsfluid einer auf dem Prüfstand befindlichen Arbeitsmaschine, wobei das Konditioniersystem zumindest eine Pumpe (3) zur Umwälzung des Arbeitsfluids, einen Wärmetauscher (4) zur Kühlung des aus der Ableitung (1) der Arbeitsmaschine kommenden Arbeitsfluids sowie eine Heizeinrichtung (5) für das in die Zuleitung (2) zur Arbeitsmaschine gespeiste Arbeitsfluid und ein Mischventil (6) beinhaltet, mit einem absperrbaren Bypass (8) zwischen Ableitung (1) und Zuleitung (2), und einer Steuereinrichtung zur Vorgabe eines Temperaturverlaufs für das Arbeitsfluid, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids vor dem Mischventil (6) eine Verbindungsleitung (10) mit einem Regelventil (11) zur Ableitung (1) führt und in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids vor der Pumpe (3) in diese Ableitung (1) mündet.
Prüfstands-Konditioniersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid das Kühlmittel der Arbeitsmaschine ist.
Prüfstands-Konditioniersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers (4) eine Bypassleitung (12) von der Zuleitung (13) des Kühlmittels zu dessen Ableitung (14) führt und ein Mischventil (15) zur Einstellung der Menge des Bypass-Stroms vorgesehen ist.
Prüfstands-Konditioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung und die Einmündung des absperrbaren Bypasses (8) zwischen Ableitung (1) und Zuleitung (2) der Arbeitsmaschine näher bei der Arbeitsmaschine liegen als bei den zur Heizeinrichtung (5) bzw. zum Wärmetauscher (4) gehörigen Systemkomponenten.
Vorrichtung zum Betreiben eines Prüfstands-Konditioniersystems für ein Arbeitsfluid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung ein Temperaturverlauf abgelegt ist und die Steuereinrichtung das Mischventil (15) in der Bypassleitung (12) des Wärmetauschers (4) und das Regelventil (11) in der Verbindungsleitung (10) parallel zur Heizeinrichtung (5) derart ansteuert, dass dem Mischventil (6) für das Arbeitsfluid zu jedem Zeitpunkt ein Teilstrom (W) mit einer oberhalb der aktuellen Solltemperatur (S) gemäß Temperaturverlauf und ein Teilstrom (K) mit einer unterhalb der aktuellen Solltemperatur (S) liegenden Temperatur zugeführt wird, und dass die Steuereinrichtung das Mischventil (6) für das Arbeitsfluid derart ansteuert, dass aus den beiden Teilströmen (W, K) ein Gesamtstrom mit genau der aktuellen Solltemperatur (S) gemischt wird.