Aufgrund der steigenden Leistungsdichte, in Verbindung mit den Anforderungen, die sich aus den niedrigen CO2-Emissionen ergeben, steigen die tribologischen Beanspruchungen in Verbrennungsmotoren. Das Kolbensystem (PCS: Power Cylinder System), bestehend aus Kolbenringen, Kolben und Zylinderlaufbahn, nimmt in Bezug auf Verschleißbeständigkeit und Reibungsreduzierung eine zentrale Rolle ein. Alle Anstrengungen, die Reibung zu reduzieren, führen direkt zum PCS, da es bis zu 50 % der mechanischen Verluste des Grundmotors verursacht. Im Beitrag wird die Reduktion der Reibung erstmals für einen europäischen Pkw-Dieselmotor mit Direkteinspritzung in einem Einzylinder-Messmotor, der nach dem Floating-Liner-Prinzip arbeitet, nachgewiesen. Grundlage für die Berechnung der Reibungsverluste ist ein elasto-hydrodynamisches Kontaktmodell für die Bestimmung des Druckaufbaus im Ölfilm zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbahn. Eingebunden in einen Mehrkörpersystem(MKS)-Algorithmus, berücksichtigt es die Axialbewegung des Kolbens im Zylinder sowie die kurbelwinkelabhängige Belastung durch Gas- und Massenkräfte. Reibungsarme Kolbensysteme (PCS) werden für hocheffiziente Pkw-Dieselmotoren mit Kolben aus Aluminium (Al) und Stahl (St) entwickelt. Die Reibungsreduzierung des Kolbensystems LF Al, das aus reibungsarmen PVD-Ringen und optimierten Aluminiumkolben besteht, wird in Simulationen und im Floating-Liner-Motor nachgewiesen. Die Reduzierung beträgt -6.4 % bei 1500/min. Weitere Reduzierungen von -2.5 % können erreicht werden, wenn ein Plateauprofil verwendet wird. Das reibungsarme Kolbensystem mit Stahlkolben erreicht im Vergleich zur Serie auf gleichem NVH-Niveau eine Reibungsreduzierung von -13.9 %.
Reibungsreduzierung im Kolbensystem bei Pkw-Dieselmotoren
Motortechnische Zeitschrift ; 75 , 1 ; 44-50
2014
7 Seiten, 6 Bilder, 3 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
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