DE102015102891A1

DE102015102891A1 - Höhensimulationsmessstand für einen Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015102891A1
Application number: DE102015102891.3A
Authority: DE
Inventors: Yves Rosefort; Henry Kwee; Richard Aymanns
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Höhensimulationsmessstand (10) für einen Verbrennungsmotor (40), aufweisend zumindest einen Zylinder (41) mit wenigstens einer Einströmöffnung (42) und wenigstens einer Ausströmöffnung (43). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes (10) für einen Verbrennungsmotor (40), der Verbrennungsmotor (40) aufweisend zumindest einen Zylinder (41) mit wenigstens einer Einströmöffnung (42) und wenigstens einer Ausströmöffnung (43).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Höhensimulationsmessstand für einen Verbrennungsmotor, aufweisend zumindest einen Zylinder mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens einer Ausströmöffnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes für einen Verbrennungsmotor, der Verbrennungsmotor aufweisend zumindest einen Zylinder mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens einer Ausströmöffnung.
Höhensimulationsmessstände sind grundsätzlich bekannt und werden beispielsweise in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Durch derartige Höhensimulationsmessstände ist es insbesondere möglich, Einstellparameter für Motorkomponenten wie beispielsweise Einspritz- und Zündzeitpunkte sowie Regelparameter für einen Abgasturbolader für einen Betrieb des Verbrennungsmotors in verschiedenen Höhen über Normalnull zu ermitteln. Ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors unabhängig von der Höhe kann dadurch erreicht werden.
Es ist ferner bekannt, einen Höhensimulationsmessstand derart auszugestalten, dass der Höhensimulationsmessstand eine abgeschlossene Umgebung aufweist, wobei in dieser abgeschlossenen Umgebung externe Bedingungen, insbesondere in Bezug auf Temperatur und Luftdruck, ausgebildet sind, die der zu simulierenden Höhe entsprechen. Dabei können selbstverständlich auch zwei abgeschlossene Umgebungen vorgesehen sein, die mit einer Luftzuführung bzw. einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors verbunden sind. Ein Verbrennungsmotor kann in einer derartigen abgeschlossenen Umgebung des Höhensimulationsmessstandes somit unter Umgebungsbedingungen betrieben werden, die den Umgebungsbedingungen in der simulierten Höhe entsprechen. Ein derartiger Höhensimulationsmessstand ist beispielsweise aus der DE 10 2009 016 807 A1 bekannt. Das Zurverfügungstellen einer derartigen abgeschlossenen Umgebung ist allerdings zum einen aufwendig, da aufwendige Konditionierungsapparaturen nötig sind, um in der abgeschlossenen Umgebung die der zu simulierenden Höhe entsprechenden Umgebungsbedingungen bereitzustellen. Zum anderen ist eine Untersuchung von Motoren mit unterschiedlichen Komponenten, beispielsweise unterschiedlichen Abgasturboladern, nur durch einen Austausch des kompletten zu untersuchenden Motors möglich. Ein derartiger Austausch kann jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig sein.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Höhensimulationsmessstand sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstands bereitzustellen, die zum einen eine Höhensimulation und zum anderen eine Simulation von unterschiedlichen Motorkomponenten mit geringem apparativem Aufwand ermöglichen.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Höhensimulationsmessstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Höhensimulationsmessstand für einen Verbrennungsmotor, der Verbrennungsmotor aufweisend zumindest einen Zylinder mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens einer Ausströmöffnung. Ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand ist dadurch gekennzeichnet, dass fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Einströmöffnung eine erste Druckveränderungsvorrichtung und fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Ausströmöffnung eine zweite Druckveränderungsvorrichtung angeordnet sind, wobei durch die erste Druckveränderungsvorrichtung an der Einströmöffnung und durch die zweite Druckveränderungsvorrichtung an der Ausströmöffnung jeweils ein Gasdruck entsprechend einer simulierten Höhe erzeugbar ist.
Ein wesentlicher Bestandteil einer Höhensimulation ist das Bereitstellen eines Gasdrucks, wie er in der zu simulierenden Höhe vorherrscht. Dies wird bei einem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand durch die beiden Druckveränderungsvorrichtungen ermöglicht, wobei die erste Druckveränderungsvorrichtung direkt fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Einströmöffnung des Verbrennungsmotors und die zweite Druckveränderungsvorrichtung direkt fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors angeordnet sind. Die Einströmöffnung bzw. die Ausströmöffnung sind dabei bevorzugt insbesondere Öffnungen des Verbrennungsmotors, die direkt, dass heißt insbesondere ohne weitere Bauteile dazwischen, zum zumindest einen Zylinder des Verbrennungsmotors führen. Selbstverständlich kann der untersuchte Verbrennungsmotor mehr als eine Einströmöffnung und mehr als eine Ausströmöffnung aufweisen, wobei bei einem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand sichergestellt ist, dass alle Einströmöffnungen fluidkommunizierend mit der ersten Druckveränderungsvorrichtung und alle Ausströmöffnungen des Verbrennungsmotors fluidkommunizierend mit der zweiten Druckveränderungsvorrichtung verbunden sind. Durch die beiden Druckveränderungsvorrichtungen wird an der Einströmöffnung bzw. an der Ausströmöffnung jeweils ein Gasdruck erzeugt, der dem Gasdruck in einer zu simulierenden Höhe entspricht. Als Gasdruck wird dabei gemäß der Erfindung derjenige Druck eines Gases, insbesondere beispielsweise Luft, verstanden, der direkt an der Ein- bzw. Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors, insbesondere der Zylinder des Verbrennungsmotors, in der zu simulierenden Höhe vorherrschen würde. Sämtliche relevanten Komponenten im Ein- bzw. Auslass des beispielsweise in einem Fahrzeug verwendeten Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel Saugrohre, Abgasrohre, Filter, Katalysatoren oder ähnliches, durch die diese Gasdrücke beeinflusst werden, können bevorzugt in diesen Gasdrücken berücksichtigt werden. Dadurch kann der Verbrennungsmotor derart betrieben werden, als ob er sich auf der zu simulierenden Höhe befindet. Selbstverständlich können auch weitere Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur des zugeführten Gases, durch entsprechende Vorrichtungen verändert und der zu simulierenden Höhe angepasst werden. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf dieser simulierten Höhe können die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors derart gemessen, verändert und/oder eingestellt werden, dass ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht ist. Als Druckveränderungsvorrichtungen können dabei beispielsweise externe Aufladungsvorrichtungen, Turbinen, Luft- und/oder Abgasklappen sowie Ventile oder Ähnliches verwendet werden. Selbstverständlich können die Gasdrücke, die durch die erste Druckveränderungsvorrichtung an der Einströmöffnung und durch die zweite Druckveränderungsvorrichtung an der Ausströmöffnung erzeugt werden, auch weitere Komponenten des Verbrennungsmotors wie beispielsweise eine Abgasrückführung, ein Abgasturbolader, insbesondere beispielsweise mit variablen Turbo-Komponenten, Abgas- oder Frischluftklappen, Ventile oder Ähnliches simuliert werden. Durch eine Veränderung der durch die Druckveränderungsvorrichtungen erzeugten Gasdrücke ist dabei insbesondere auch eine Simulation von verschiedenen derartigen Komponenten möglich, ohne einen aufwendigen Umbau des Höhensimulationsmessstandes zu erfordern. Selbstverständlich weist dabei ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand auch die nötigen Sensoren und/oder Auswertevorrichtungen auf, um den Betrieb des Verbrennungsmotors im Höhensimulationsmessstand zu überwachen, zu steuern und/oder auszuwerten. Durch einen erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand ist es somit insbesondere möglich, einen Verbrennungsmotor derart zu betreiben, dass sein Betrieb einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einer simulierten Höhe entspricht. Ferner ist es möglich, auch verschiedene, insbesondere variable Komponenten des Verbrennungsmotors allein durch Veränderung der durch die Druckveränderungsvorrichtungen erzeugten Gasdrücke an der wenigstens einen Einströmöffnung bzw. der wenigstens einen Ausströmöffnung zu simulieren. Besonders vorteilhaft an einem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand ist dabei insbesondere, dass durch das direkte Bereitstellen der entsprechenden Gasdrücke direkt an der Einströmöffnung bzw. der Ausströmöffnung durch die Druckveränderungsvorrichtungen keine abgeschlossene Umgebung mit simulierten Umgebungsbedingungen zum Betrieb des Verbrennungsmotors nötig ist und der Verbrennungsmotor beim Durchführen der Simulation somit insbesondere in einer Umgebung mit beliebigen, gerade vorliegendem Außen-Luftdruck betrieben werden kann.
Besonders bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand dahingehend ausgebildet sein, dass für die Gasdrücke die Ergebnisse einer vor und/oder während eines Betriebs des Höhensimulationsmessstandes durchgeführten rechnerischen Simulation verwendbar sind. Durch eine derartige rechnerische Simulation können die Gasdrücke, die bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors direkt an der Einströmöffnung und/oder der Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors herrschen, berechnet werden. Dadurch kann besonders einfach ermöglicht werden, verschiedene Höhen und darüber hinaus auch verschiedene Komponenten im Ein- bzw. Auslass des Verbrennungsmotors durch die einzustellenden Gasdrücke zu berücksichtigen und zu simulieren. Neben einer Bereitstellung der einzustellenden Gasdrücke durch eine im Vorfeld eines Betriebs des Höhensimulationsmessstandes durchgeführten rechnerischen Simulation, beispielsweise gespeichert in einem Datensatz, kann die rechnerische Simulation auch zeitgleich zu einem Betrieb des Höhensimulationsmessstandes erfolgen. Eine Berücksichtigung von Messdaten, die beim Betrieb des Höhensimulationsmessstandes am laufenden Verbrennungsmotor ermittelt werden, für die durchgeführte rechnerische Simulation, zum Beispiel als Eingabeparameter, kann dadurch ermöglicht werden. Eine noch genauere und wirklichkeitsgetreuere Nachbildung eines Betriebs des Verbrennungsmotors und seiner Komponenten in einer simulierten Höhe durch den Höhensimulationsmessstand kann dadurch, insbesondere basierend auf den simulierten Gasdrücken als Regel und/oder Steuergrößen, ermöglicht werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand vorgesehen sein, dass die erste Druckveränderungsvorrichtung eine Verdichterturbine umfasst. Die Betriebsparameter der verwendeten Verdichterturbine sind dabei insbesondere bekannt, so dass ein Massenstrom an Gas, der durch die Verdichterturbine an die Einströmöffnung des Verbrennungsmotors transportiert wird, zu jeder Zeit berechenbar ist. Je nach Drehzahl und -richtung der Verdichterturbine kann dadurch die Menge der an der Einströmöffnung des Verbrennungsmotors zugeführten Gases variiert werden. Ein Bereitstellen verschiedenster Gasdrücke an der zumindest einen Einströmöffnung des Verbrennungsmotors und dadurch die Simulation verschiedenster Höhen im Höhensimulationsmessstand ist dadurch besonders einfach möglich.
Auch kann ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand dahin gehend ausgebildet sein, dass die zweite Druckveränderungsvorrichtung eine Abgasturbine umfasst. Auch die Betriebsparameter einer Abgasturbine, die als zweite Druckveränderungsvorrichtung verwendet wird, sind insbesondere bekannt, wodurch auch ein Massenstrom des aus der Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors ausgeworfenen und abgeführten Abgases berechenbar ist. Durch Veränderung der Betriebsparameter der Abgasturbine, insbesondere der Drehzahl und -richtung, kann an der Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors ein beliebiger Widerstand gegen den Auswurf von Abgas aus einem Zylinder des Verbrennungsmotors eingestellt werden. Dadurch wiederum sind verschiedenste Gasdrücke und entsprechend dadurch verschiedenste Höhen besonders einfach simulierbar.
Bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand vorgesehen sein, dass die erste Druckveränderungsvorrichtung und/oder die zweite Druckveränderungsvorrichtung Teil eines Abgasturboladers sind. Besonders bevorzugt sind dabei beide Druckveränderungsvorrichtungen Teil eines Abgasturboladers, insbesondere können eine Verdichterturbine des Abgasturboladers Teil der ersten Druckveränderungsvorrichtung und eine Abgasturbine Teil einer Abgasturbine des Abgasturboladers sein. Dadurch ist ein besonders energiesparender Betrieb des Höhensimulationsmessstandes möglich, da der Abgasturbolader zumindest teilweise durch das Abgas des zu untersuchenden Verbrennungsmotors angetrieben wird. Durch eine Regelung bzw. Steuerung des Abgasturboladers, beispielsweise einer Freilaufbedingung des Abgasturbolasers, kann dieser derart betrieben werden, dass die erste Druckveränderungsvorrichtung und/oder die zweite Druckveränderungsvorrichtung durch den Abgasturbolader gebildet sind. Selbstverständlich ist es dabei auch möglich, einen zusätzlichen externen Antrieb bzw. eine zusätzliche externe Bremsung der als Druckveränderungsvorrichtungen verwendeten Komponenten des Abgasturboladers vorzusehen. Insgesamt wird ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand durch die Verwendung eines Abgasturboladers für die erste Druckveränderungsvorrichtung und/oder die zweite Druckveränderungsvorrichtung der Betrieb des Höhensimulationsmessstandes vereinfacht, ohne Einbußen bezüglich der durch den Höhensimulationsmessstand simulierbaren Höhen zu erzeugen.
In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstandes kann ferner vorgesehen sein, dass als erste Druckveränderungsvorrichtung und als zweite Druckveränderungsvorrichtung ein Abgasturbolader des Verbrennungsmotors verwendbar ist. Dadurch kann ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand nochmals vereinfacht werden, da durch die Verwendung des Abgasturboladers bereits ein Teil des zu untersuchenden Verbrennungsmotors als Druckveränderungsvorrichtungen verwendbar ist. Ein zusätzlicher Abgasturbolader im Höhensimulationsmessstand muss daher nicht vorgehalten werden. Durch eine Einstellung der Freilaufbedingungen bzw. eine Steuerung und/oder Regelung des Abgasturboladers ist es wiederum möglich, die Verdichterturbine und die Abgasturbine des Abgasturboladers als erste bzw. zweite Druckveränderungsvorrichtung des Höhensimulationsmessstandes zu betreiben. Selbstverständlich kann dabei vorgesehen sein, zusätzlich zum Abgasturbolader wiederum externe Antriebe bzw. Bremsvorrichtungen vorzusehen, um eine möglichst große Bandbreite an einstellbaren Gasdrücken und dadurch an simulierbaren Höhen bereitzustellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes für einen Verbrennungsmotor, der Verbrennungsmotor aufweisend zumindest einen Zylinder mit wenigstens einer Einströmöffnung und wenigstens einer Ausströmöffnung. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Einströmöffnung und an der Ausströmöffnung ein Gasdruck erzeugt wird, der dem jeweiligen Gasdruck in einer zu simulierenden Höhe entspricht.
Eine derartige Höhensimulation kann dabei beispielsweise verwendet werden, um Einstellparameter für Komponenten des Verbrennungsmotors zu bestimmen, die bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors je nach der aktuellen Betriebshöhe verwendet werden. Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere vorgesehen, dass direkt an der Einströmöffnung ein Gasdruck erzeugt wird, der dem Gasdruck in einer zu simulierenden Höhe entspricht. Entsprechend wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Ausströmöffnung ebenfalls ein Gasdruck erzeugt, der dem Gasdruck in der zu simulierenden Höhe entspricht. Als Gasdruck wird dabei gemäß der Erfindung derjenige Druck eines Gases, insbesondere beispielsweise Luft, verstanden, der direkt an der Ein- bzw. Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors, insbesondere der Zylinder des Verbrennungsmotors, in der zu simulierenden Höhe vorherrschen würde. Sämtliche relevanten Komponenten im Ein- bzw. Auslass des beispielsweise in einem Fahrzeug verwendeten Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel Saugrohre, Abgasrohre, Filter, Katalysatoren oder ähnliches, durch die diese Gasdrücke beeinflusst werden, können bevorzugt in diesen Gasdrücken berücksichtigt werden. Dadurch ist es möglich, dass der Verbrennungsmotor direkt an seiner Ansaugseite und seiner Ausstoßseite jeweils demjenigen Gasdruck ausgesetzt ist, dem er auch bei einem wirklichen Betrieb auf dieser Höhe ausgesetzt wäre. Selbstverständlich können auch weitere Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur des zugeführten Gases, durch entsprechende Vorrichtungen verändert und der zu simulierenden Höhe angepasst werden. Ein Betrieb des Verbrennungsmotors bei diesen durch den Höhensimulationsmessstand erzeugten Bedingungen entspricht somit dem Betrieb des Verbrennungsmotors auf der zu simulierenden Höhe. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf dieser simulierten Höhe können die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors derart gemessen, verändert und/oder eingestellt werden, dass ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht ist. Dadurch, dass insbesondere direkt an der Einströmöffnung und an der Ausströmöffnung ein Gasdruck erzeugt wird, der dem jeweiligen Gasdruck in einer zu simulierenden Höhe entspricht, ist es insbesondere nicht nötig, eine abgeschlossene Umgebung zu schaffen, in der einer der zu simulierenden Höhe entsprechender Gasdruck herrscht. Das Simulieren einer Höhe in einem Höhensimulationsmessstand wird dadurch deutlich vereinfacht.
Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass für die Gasdrücke die Ergebnisse einer vor und/oder während eines Betriebs des Höhensimulationsmessstandes durchgeführten rechnerischen Simulation verwendet werden. Durch eine derartige rechnerische Simulation können die Gasdrücke, die bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors direkt an der Einströmöffnung und/oder der Ausströmöffnung des Verbrennungsmotors herrschen, berechnet werden. Dadurch kann besonders einfach ermöglicht werden, verschiedene Höhen und darüber hinaus auch verschiedene Komponenten im Ein- bzw. Auslass des Verbrennungsmotors durch die einzustellenden Gasdrücke zu berücksichtigen und zu simulieren. Neben einer Bereitstellung der einzustellenden Gasdrücke durch eine im Vorfeld des eigentlichen Betriebs des Höhensimulationsmessstandes durchgeführten rechnerischen Simulation, beispielsweise gespeichert in einem Datensatz, kann die rechnerische Simulation auch zeitgleich zum eigentlichen Betrieb des Höhensimulationsmessstandes durchgeführt werden. Eine Berücksichtigung von Messdaten, die am laufenden Verbrennungsmotor ermittelt werden, für die durchgeführte rechnerische Simulation, zum Beispiel als Eingabeparameter, kann dadurch ermöglicht werden. Eine noch genauere und wirklichkeitsgetreuere Nachbildung eines Betriebs des Verbrennungsmotors und seiner Komponenten in einer simulierten Höhe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dadurch, insbesondere basierend auf den simulierten Gasdrücken als Regel und/oder Steuergrößen, ermöglicht werden.
Besonders bevorzugt kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Verfahren unter Verwendung eines Höhensimulationsmessstandes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt wird. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der Gasdruck an der Einströmöffnung und der Gasdruck an der Ausströmöffnung derart erzeugt werden, dass ein Verbrennungsmotor mit einer einstellbaren Anzahl an Zylindern simuliert wird. Einstellbar im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass die Gasdrücke derart erzeugt werden, dass eine Simulation eines Verbrennungsmotor ermöglicht ist, der eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern aufweist, verglichen mit dem im Höhenmessstand angeordneten Verbrennungsmotor. Die Anzahl der Zylinder der simulierten Verbrennungsmotoren sind somit nicht auf die Anzahl der Zylinder des im Höhenmessstand angeordneten Verbrennungsmotors beschränkt. Insbesondere ist es dadurch beispielsweise möglich, bereits durch eine Untersuchung eines Verbrennungsmotors mit nur einem Zylinder Betriebsparameter eines Vollmotors mit mehreren Zylindern, oftmals vier oder mehr Zylinder, zu bestimmen. Dadurch kann der für den Höhensimulationsmessstand nötige Bauraum verringert werden. Darüber hinaus kann durch die Simulation verschiedener eingestellter Anzahlen an Zylindern an einem einzigen im Höhenmessstand angeordneten Verbrennungsmotor eine separate Messung von je einem Verbrennungsmotor mit verschiedenen Zylinderanzahlen, beispielsweise vier, fünf oder sechs Zylindern, unterbleiben. Für derartige separate Messungen wäre jeweils ein kosten- und zeitintensiver Austausch des im Höhenmessstand angeordneten Verbrennungsmotors nötig. Insgesamt kann somit durch die Einstellbarkeit der Anzahl der Zylinder des simulierten Verbrennungsmotors eine Einsparung von Zeit und Kosten ermöglicht werden.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass der Gasdruck an der Einströmöffnung und der Gasdruck an der Ausströmöffnung derart erzeugt werden, dass eine Verwendung eines Abgasturboladers simuliert wird. Insbesondere kann auch bei einer Verwendung eines Höhensimulationsmessstandes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bei dem die erste Druckveränderungsvorrichtung und die zweite Druckveränderungsvorrichtung durch einen Abgasturbolader, insbesondere einen Abgasturbolader des zu untersuchenden Verbrennungsmotors, gebildet werden, die Gasdrücke derart erzeugt werden, dass ein abweichender Abgasturbolader simuliert wird. Dadurch ergeben sich besonders vielseitige Simulationsmöglichkeiten, da nicht für jede Neukonfiguration, beispielsweise wenn nur der Abgasturbolader ausgetauscht wird, ein neuer Messaufbau nötig ist.
Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass eine Ausgestaltung des Verbrennungsmotors als Turbo-Compound-Motor simuliert wird. Dies stellt eine besonders umfassende Simulation eines Verbrennungsmotors dar, da neben einem Abgasturbolader bei einem derartigen Verbrennungsmotor noch eine weitere Abgasturbine vorgesehen ist, die zur Energiegewinnung dient. Selbstverständlich können dabei neben der erwähnten Abgasturbine auch andere Motorkomponenten, wie beispielsweise eine Abgasrückführung, variable Turbo-Komponenten, Abgasklappen, Frischluftklappen und/oder Ventile, durch eine jeweilige Änderung des an der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung erzeugten Gasdrucks simuliert werden. Eine besonders umfassende Simulation eines Betriebs eines Verbrennungsmotors in beliebiger Konfiguration auf einer beliebigen Höhe ist dadurch ermöglicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigt schematisch:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstandes.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Höhensimulationsmessstand 10 gezeigt. Insbesondere weist der Höhensimulationsmessstand 10 dabei eine erste Druckveränderungsvorrichtung 20 und eine zweite Druckveränderungsvorrichtung 30 auf. Die erste Druckveränderungsvorrichtung 20 ist dabei derart angeordnet, dass sie direkt mit einer Einströmöffnung 42 eines Zylinders 41 des Verbrennungsmotors 40 fluidkommunizierend verbunden ist. Dementsprechend ist die zweite Druckveränderungsvorrichtung 30 derart angeordnet, dass sie direkt mit einer Ausströmöffnung 43 des Zylinders 41 fluidkommunizierend verbunden ist. Die Einströmöffnung 42 bzw. die Ausströmöffnung 43 sind dabei Öffnungen des Verbrennungsmotors 40, die direkt, dass heißt insbesondere ohne weitere Bauteile dazwischen, zu den Zylindern 41 des Verbrennungsmotors 40 führen. Dadurch ist es möglich, dass durch die erste Druckveränderungsvorrichtung 20 an der Einströmöffnung 42 ein Gasdruck 50 erzeugbar ist und an der Ausströmöffnung 43 durch die zweite Druckveränderungsvorrichtung 30 ein Gasdruck 51 erzeugbar ist, wobei die Gasdrücke 50, 51 jeweils dem Gasdruck 50, 51 an diesen Positionen auf der zu simulierenden Höhe entsprechen. Ein Gasdruck 50, 51 ist somit derjenige Druck eines Gases, der direkt an der Ein- 42 bzw. Ausströmöffnung 43 des Verbrennungsmotors 40 in der zu simulierenden Höhe vorherrschen würde. Sämtliche relevanten Komponenten im Ein- bzw. Auslass des beispielsweise in einem Fahrzeug verwendeten Verbrennungsmotors 40, wie zum Beispiel Saugrohre, Abgasrohre, Filter, Katalysatoren oder ähnliches (nicht mit abgebildet), durch die diese Gasdrücke 50, 51 beeinflusst werden, werden in diesen Gasdrücken 50, 51 berücksichtigt. Die einzustellenden Gasdrücke 50, 51 werden dabei bevorzugt in einer zuvor durchgeführten oder parallel ablaufenden rechnerischen Simulation berechnet. Insbesondere bei einer parallel zum Betrieb des Höhensimulationsmessstandes 10 durchgeführten Simulation können dabei Messdaten des Verbrennungsmotors 40 als Eingabeparameter für die rechnerische Simulation verwendet werden. Durch diese Rückkopplung, insbesondere durch die Verwendung der simulierten Gasdrücken 50, 51 als Regel- und/oder Steuergrößen, kann eine noch genauere und wirklichkeitsgetreuere Nachbildung eines Betriebs des Verbrennungsmotors 40 und seiner Komponenten in einer simulierten Höhe durch den erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstand 10, ermöglicht werden. In der gezeigten besonders bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Höhensimulationsmessstandes 10 wird die erste Druckveränderungsvorrichtung 20 bzw. die zweite Druckveränderungsvorrichtung 30 durch eine Verdichterturbine 21 bzw. eine Abgasturbine 31 eines Abgasturboladers 44 gebildet. Dabei kann insbesondere bevorzugt wie abgebildet der Abgasturbolader 44 Teil des Verbrennungsmotors 40 sein. Dadurch kann der erfindungsgemäße Höhensimulationsmessstand 10 besonders einfach ausgestaltet sein. Dabei wird die Freilaufbedingung bzw. die Steuerung und/oder Regelung des Abgasturboladers 44 derart vorgenommen, dass der Einsatz der Verdichterturbine 21 als erste Druckveränderungsvorrichtung 20 und der Einsatz der Abgasturbine 31 als zweite Druckveränderungsvorrichtung 30 möglich ist. Selbstverständlich können dabei externe Antriebe bzw. Bremsvorrichtungen (nicht mit abgebildet) vorgesehen sein, um eine möglichst große Bandbreite an Gasdrücken 50, 51 und dadurch eine möglichst große Bandbreite an simulierbaren Höhen zu erhalten. Dadurch, dass die Betriebsparameter des Abgasturboladers 44, insbesondere die Betriebsparameter der Verdichterturbine 21 und der Abgasturbine 31, bekannt sind, kann der Massenstrom an Gas bzw. Abgas der in Strömungsrichtung 52 durch den Verbrennungsmotor 40 strömt, berechnet und insbesondere durch eine steuernde Regelung des Abgasturboladers 44 eingestellt werden. Durch diese steuernde Regelung werden somit folglich die nötigen Gasdrücke 50, 51 an der Einströmöffnung 42 bzw. der Ausströmöffnung 43 erzeugt, wodurch der Verbrennungsmotor 40 derart betreibbar ist, als ob er sich auf der zu simulierenden Höhe befindet. Selbstverständlich können auch weitere Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur des zu der Einströmöffnung 42 zugeführten Gases, durch entsprechende Vorrichtungen (nicht mit abgebildet) verändert und der zu simulierenden Höhe angepasst werden. Der abgebildete Verbrennungsmotor 40 kann dabei weitere Motorkomponenten, wie beispielsweise eine Abgasrückführung 45, eine Abgasklappe 46, eine Frischluftklappe 47 sowie ein Waste-Gate 48 aufweisen, die ebenfalls in die Simulation mit einbezogen werden können. Selbstverständlich können diese Komponenten des Verbrennungsmotors 40 jedoch auch allein durch die Druckveränderungsvorrichtungen 20, 30 simuliert werden. Auch kann selbstverständlich der Betrieb des Verbrennungsmotors 40 während der Simulation ständig durch Sensoren (nicht mit abgebildet) überwacht und in einer Auswertevorrichtung (nicht mit abgebildet) ausgewertet werden. Dabei können beispielsweise die Gasdrücke 50, 51 gemessen werden und die Druckveränderungsvorrichtungen 20, 30 derart geregelt angesteuert werden, dass diese Gasdrücke 50, 51 der zu simulierenden Höhe entsprechen. Der Betrieb des Verbrennungsmotors 40 auf der simulierten Höhe ist dann möglich. Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 40 können im Anschluss ermittelt werden. Insgesamt ist die Simulation eines Betriebs eines Verbrennungsmotors 40 auf einer simulierten Höhe durch einen Höhensimulationsmessstand 10 dadurch erleichtert, dass direkt an der Einströmöffnung 42 bzw. der Ausströmöffnung 43 der der simulierten Höhe entsprechende Gasdruck 50, 51 erzeugt wird. Das Vorhalten einer abgeschlossenen Umgebung, in der die Umgebungsbedingungen der zu simulierenden Höhe erzeugt werden, ist nicht nötig. Die Durchführung einer Höhensimulation wird dadurch deutlich vereinfacht.
Bezugszeichenliste

10: Höhensimulationsmessstand
20: Erste Druckveränderungsvorrichtung
21: Verdichterturbine
30: Zweite Druckveränderungsvorrichtung
31: Abgasturbine
40: Verbrennungsmotor
41: Zylinder
42: Einströmöffnung
43: Ausströmöffnung
44: Abgasturbolader
45: Abgasrückführung
46: Abgasklappe
47: Frischluftklappe
48: Waste-Gate
50: Gasdruck (Einströmöffnung)
51: Gasdruck (Ausströmöffnung)
52: Strömungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009016807 A1 [0003]

Claims

Höhensimulationsmessstand (10) für einen Verbrennungsmotor (40), der Verbrennungsmotor aufweisend zumindest einen Zylinder (41) mit wenigstens einer Einströmöffnung (42) und wenigstens einer Ausströmöffnung (43), dadurch gekennzeichnet, dass fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Einströmöffnung (42) eine erste Druckveränderungsvorrichtung (20) und fluidkommunizierend mit der wenigstens einen Ausströmöffnung (43) eine zweite Druckveränderungsvorrichtung (30) angeordnet sind, wobei durch die erste Druckveränderungsvorrichtung (20) an der Einströmöffnung (42) und durch die zweite Druckveränderungsvorrichtung (30) an der Ausströmöffnung (43) jeweils ein Gasdruck (50, 51) entsprechend einer simulierten Höhe erzeugbar ist.
Höhensimulationsmessstand (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gasdrücke (50, 51) die Ergebnisse einer vor und/oder während eines Betriebs des Höhensimulationsmessstandes (10) durchgeführten rechnerischen Simulation verwendbar sind.
Höhensimulationsmessstand (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckveränderungsvorrichtung (20) eine Verdichterturbine (21) umfasst.
Höhensimulationsmessstand (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckveränderungsvorrichtung (30) eine Abgasturbine (31) umfasst.
Höhensimulationsmessstand (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckveränderungsvorrichtung (20) und/oder die zweite Druckveränderungsvorrichtung (30) Teile eines Abgasturboladers (44) sind.
Höhensimulationsmessstand (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Druckveränderungsvorrichtung (20) und als zweite Druckveränderungsvorrichtung (30) ein Abgasturbolader (44) des Verbrennungsmotors (40) verwendbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Höhensimulationsmessstandes (10) für einen Verbrennungsmotor (40), der Verbrennungsmotor (40) aufweisend zumindest einen Zylinder (41) mit wenigstens einer Einströmöffnung (42) und wenigstens einer Ausströmöffnung (43), dadurch gekennzeichnet, dass an der Einströmöffnung (42) und an der Ausströmöffnung (43) ein Gasdruck (50, 51) erzeugt wird, der dem jeweiligen Gasdruck (50, 51) in einer zu simulierenden Höhe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gasdrücke (50, 51) die Ergebnisse einer vor und/oder während eines Betriebs des Höhensimulationsmessstandes (10) durchgeführten rechnerischen Simulation verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Verwendung eines Höhensimulationsmessstandes (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck (50) an der Einströmöffnung (42) und der Gasdruck (51) an der Ausströmöffnung (43) derart erzeugt werden, dass ein Verbrennungsmotor (40) mit einer einstellbaren Anzahl an Zylindern (41) simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck (50) an der Einströmöffnung (42) und der Gasdruck (51) an der Ausströmöffnung (43) derart erzeugt werden, dass eine Verwendung eines Abgasturboladers (44) simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgestaltung des Verbrennungsmotors (40) als Turbo-Compound-Motor simuliert wird.