Steigende Drehmoment- und Leistungsanforderungen bei gleichzeitig günstigem Verbrauch und reduzierten Emissionen erhöhen bei zukünftigen Dieselmotoren die thermischen und mechanischen Belastungen der Bauteile. Verbrennungsspitzendrücke von 200 bar werden erreicht und besonders bei Nutzfahrzeugmotoren auch überschritten. Neben dem gesamten Triebwerk und dem Kurbelgehäuse muss insbesondere der Zylinderkopf optimiert werden, damit die erhöhten Anforderungen an die Strukturfestigkeit erfüllt werden. Der vorliegende Beitrag stellt Zylinderkopfkonzepte mit ihren konstruktiven Merkmalen vor, die die hohen Spitzendrücke und gesteigerten thermischen Belastungen moderner Dieselmotoren ermöglichen. Unter Berücksichtigung aller Einflussfaktoren sind Zylinderköpfe aus Aluminium mit einem Zwischendeck als Struktur verstärkende Maßnahme eine zu empfehlende Lösung. Aluminium Werkstoffe weisen generell ein höheres Potenzial in Bezug auf eine gesteigerte spezifische Motorleistung als Eisenwerkstoffe auf. Das Potential konventioneller Aluminiumkonzepte in Bezug auf Spitzendrucktauglichkeit bewegt sich heute in der Region um 200 bar. Das genannte Zwischendeck und andere Strukturmaßnahmen erlauben noch einigen Spielraum nach oben. Das Potential des Werkstoffes GJV ist im Vergleich zu Aluminiumkonstruktionen in Bezug auf signifikante Spitzendrucksteigerungen gut, hinsichtlich der spezifischen Motorleistungen hingegen geringer. Auch wegen des Gewichtes werden Eisenzylinderköpfe bei PKW Anwendungen keine große Rolle spielen. In der Theorie können hybride Lösungen, die die Stärken beider Werkstoffe kombinieren, in der Zukunft eine geeignete Lösung darstellen. Allerdings ist die Realisierbarkeit dieser Konzepte fraglich, da viele fertigungstechnische Fragen noch nicht gelöst sind.
Torque and performance requirements of Diesel engines are continually increasing while lower emissions and fuel consumption are demanded, thus increasing thermal and mechanical loads of the main components. The peak firing pressure level is approaching 200 bar and even higher in Heavy Duty Diesel engines. Consequently, a structural optimization of crankcase, crank train components and in particular of the cylinder head is required to cope with the increasing demands. This report discusses design features of cylinder head concepts which have the capability for increasing thermal and mechanical loads in modern Diesel engines.
Zylinderkopfkonzepte für moderne PKW Dieselmotoren
Cylinder head concepts for high peak firing pressures
2008
24 Seiten, 20 Bilder, 4 Quellen
Conference paper
German
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