HIL-Prüfverfahren
Benchmark und Unterstützung bei der Entwicklung
In der Produktentwicklung von Motoren und Heizungen sind die herkömmlichen Testverfahren sehr zeitaufwändig und teuer. Für eine schnellere und effizientere Entwicklung sind moderne Prüfverfahren und Analyse-Werkzeuge erforderlich. In der Automobilindustrie haben sich im Zusammenhang mit elektronischen Komponenten HiL-Prüfverfahren (Hardware-in-the-Loop) durchgesetzt. Dabei werden die zu testenden Komponenten in eine simulierte Anwendungsumgebung integriert, miteinander verbunden und von einer Testsoftware so gesteuert, dass sie wie in der späteren Anwendung realitätsnah belastet werden.
Tec4Fuels und das OWI haben das Konzept von HiL-Prüfverfahren so angepasst, dass sie für die Untersuchung von Brenn- und Kraftstoffen sowie kraftstoffführenden technischen Komponenten von Motoren und Heizungen einsetzbar sind. HiL-Prüfverfahren können zur Unterstützung während der Entwicklung eingesetzt werden. Ihr Vorteil ist, dass eine neue Entwicklungsversion unter den gleichen Kriterien und Bedingungen getestet werden kann. Darüber hinaus können sie zum Benchmark von technischen Komponenten, Additiven und Kraftstoffen (Blends) valide Ergebnisse liefern.
HiL-Prüfverfahren: Prüfstand mit integriertem Common-Rail-System zum Test von Dieselinjektoren Kraftstoffen und Additiven. Foto Tec4Fuels
HiL-Prüfverfahren für alternative Kraftstoffe
Einsetzbar sind HiL-Prüfverfahren auch zur Qualifizierung von kraftstoffführenden Bauteilen im Betrieb mit alternativen (synthetischen und biogenen) Kraftstoffen. Dabei handelt es sich um Kraftstoffe wie zum Beispiel Oxymethylenether (OME), Dimethylenether (DME), Methanol, Methanol-to-Gasoline (MtG), 1-Octanol, 2-Butanol, hydrierte Pflanzenöle (HVO) oder Biodiesel (FAME). Testläufe auf HiL-Prüfständen von Blends mit unterschiedlichen Anteilen alternativer Kraftstoffe ermöglichen etwa Aussagen zu Wechselwirkungen (beispielsweise Ablagerungsbildung) und möglichen Gegenmaßnahmen durch Kraftstoffkonditionierung oder konstruktive Veränderungen an Bauteilen.
Dies betrifft beispielsweise die Lagerstabilität neuer Kraftstoffe und ihrer Mischungen mit konventionellen Dieselkraftstoffen sowie ihre möglichen Wechselwirkungen mit kraftstoffführenden Bauteilen und den Materialien in Fahrzeugen. Auch eventuelle Interaktionen des Kraftstoffs mit dem Motoröl können eine Rolle spielen.
Der Aufbau der Prüfstände dient als Nachbildung der realen Umgebung des Systems, zum Beispiel eines Motors oder einer Heizung. Bei der Prüfmethode wird der Kraftstoff kontinuierlich im Kreis gepumpt und fließt dabei durch verbrennungstechnische Komponenten wie Filter, Pumpe (Heizölpumpe oder Dieselkraftstoff in Tank-Pumpe), Vorwärmer und Düse oder sonstige Einbauten. Das Mitteldestillat wird beim Test aber nicht verbrannt, sondern in den Tank zurückgeleitet. Das HiL-System besteht aus bis zu vier voneinander unabhängigen Apparaturen, in denen jeweils unterschiedliche Mitteldestillate auf mehrere Prüfparameter eingestellt werden können. Während des Versuchsablaufs ist der Kraftstoff Belastungen ausgesetzt und altert, was die Versuchsbedingungen verschärft, da die Bauteile im Prüfstand mit den Alterungsprodukten in Kontakt kommen.
Der Vorteil dieses HiL-Konzepts ist, dass mit bis zu 60 Litern Mitteldestillat pro Apparatur nach einer Betriebszeit von maximal 1.000 Stunden in der Regel valide Ergebnisse vorliegen, die Aussagen über das Verhalten von verschiedenen Mitteldestillaten, Blends, Additiven und über ihre Kompatibilität mit Bauteilen ermöglichen. Die im Testverlauf erfassten Daten werden protokolliert und ausgewertet und fließen in das Ergebnis ein.
HiL-Prüfstände werden bei Tec4Fuels beispielsweise im Schnelltest für Dieselinjektoren eingesetzt und im Kompatiblitätstest von Brenn- und Kraftstoffen mit Heizungs- und Motorenkomponenten.