Durchfluss, Drall und Tumble

FEV-Sonderprüfstand für Strömungsanalyse

28. Februar 2017 | Software & Testing Solutions

Die Automobilindustrie ist mit strengeren CO-Vorgaben und Emissionsrichtlinien konfrontiert. Moderne Brennverfahren stellen zunehmend höhere Ansprüche an die Ladungsbewegung im Zylinder. So unterscheiden sich zum Beispiel die Anforderungen des direkteinspritzenden aufgeladenen Ottomotors deutlich von einer Saugmotorvariante mit Kanaleinspritzung. Neuartige Brennverfahren mit frühem oder spätem Einlassschluss erweitern den Parameterraum zusätzlich.

Eine bedarfsgerechte Bewertung der Ladungsbewegung ist mit Strömungsprüfständen, die bei FEV sowohl für den Entwicklungsprozess als auch für End-of-Line-Tests entwickelt werden, möglich. „Unsere Strömungsprüfstände sind das Ergebnis von mehr als 30 Jahren Forschung und Erfahrung sowohl in der Motorenentwicklung als auch im Vertrieb entsprechender Prüfwerkzeuge“, erklärt Bruno Funken, Technical Specialist Custom Test Benches bei FEV. „Jeder Prüfstand wird präzise nach den Anforderungen des Kunden angepasst und als schlüsselfertiges Endprodukt geliefert.“

FEV-Strömungsprüfstände ermöglichen die Untersuchung und Bewertung des Durchfluss-, Tumble- und Drall-Verhaltens von Zylinderköpfen und Strömungsmessmodellen bei stationärer Durchströmung. Sie stellen damit ein unverzichtbares Werkzeug bei der Kanalentwicklung und Qualitätssicherung dar. Grundkonzept und viele Detaillösungen basieren auf den langjährigen Erfahrungen im Strömungslabor der FEV. In Kombination mit der FEV-Datenbank können die vermessenen Kanäle in Streubändern bewertet und auf dieser Basis Korrelationen zum Brennverhalten abgeleitet werden.

Der Testaufbau

Grundsätzlich besteht der Prüfstand aus vier Hauptkomponenten:

  • Rahmen mit Zylinderkopfaufnahme und autom. Ventilverstellung
  • Gebläseeinheit mit Durchflussmesssystem
  • Messsystem zur Bestimmung der Ladungsbewegung (Drall- und Tumble-Flügelrad, Drall- und Tumble-Wabe)
  • Schaltschrank mit integrierter Messtechnik und spezieller Messsoftware

Zur Auswahl stehen verschiedene Flügelrad- und Waben-Messverfahren, die nach Kundenwunsch miteinander kombiniert werden können. Die Messrohre münden in großzügig dimensionierte Ausgleichsbehälter, die definierte Strömungsbedingungen sicherstellen und Strömungspulsationen kompensieren. Die Gebläseeinheit ist als Stand-Alone-System konzipiert und umfasst ein bzw. zwei Seitenkanalverdichter, Frequenzumrichter zur automatisierten Regelung der Fördermenge und ein Drehkolbengaszähler zur Messung des durchgesetzten Volumenstroms. In einem separaten Schaltschrank befinden sich die Messkarte, die Steuerung der Ventilaktuatoren und Anschlüsse für die Frequenzumrichter und Sensoren. Eine automatische Ventilhubverstellung ermöglicht in Verbindung mit der Software (LabVIEW) eine vollautomatische Strömungsvermessung.

Konkrete Messungen

Zum Messen wird der Zylinderkopf auf eine austauschbare zylinderförmige Röhre mit identischem Durchmesser wie die Motorbohrung angeschlossen. Die Ladungsbewegung (Tumble oder Swirl) wird über die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrads oder über das Drehmoment der Wabe aufgenommen.

Der stationäre Strömungsprüfstand ermöglicht die Untersuchung motornaher Strömungszustände an Ein- und Auslasskanälen bei stationärer Durchströmung und erlaubt so eine gezielte Bewertung des Durchfluß-, Drall- und Tumble-Verhaltens der Ladungswechselorgane, die typischerweise als dimensionslose Kennzahlen dargestellt werden. Auslegung und Bewertung von Kanälen erfolgt auf Basis der FEV-Datenbank anhand von Streubändern.

Technische Daten des Strömungsprüfstands

  • End-of-line-Tests
  • Vollständig automatischer Wechsel des Prüflings
  • Customizing des Prüfstandes und der Software nach Kundenwunsch
  • Ventilantrieb-Design für harte Federn
  • Messmethode:
    – Drall- und Tumble-Flügelrad
    – Drall- und Tumble-Wabe
  • Bohrung von 60 mm bis > 190 mm
  • Durchflussrate bis 1.600 m³/h

Messsysteme: Drall-Wabe

Messsysteme: Drall-Wabe

Messsysteme: Tumble-Flügelrad

Messsysteme: Tumble-Flügelrad

Messsysteme: Drall-Flügelrad

Messsysteme: Drall-Flügelrad

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