Potenziale zur Reibleistungsreduktion der Kolbengruppe

Vortrag bei ATZ/MTZ-Konferenz - Reibungsminimierung 2009
Motor II
Referent(in): Dr. Elmar Karrar, Dr. Franz Maassen, Dr. Jürgen Dohmen, FEV Motorentechnik GmbH
Co-Autor(en): Prof. Dr. Stefan Pischinger, RWTH Aachen University

Die Forderung nach einer kontinuierlichen Effizienzsteigerung des Verbrennungsmotors bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Emissionen verlangt einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz. Nach dem am 1. Juli 2009 verabschiedeten EU-Klimaschutzpaket wird der Kohlendioxid (CO2)-Ausstoß neu zugelassener Fahrzeuge über 120 g/100 km zusätzlich besteuert. Für das Jahr 2011 sind weitere Abstufungen auf 110 g/100 km und 2014 auf 95 g/100 km geplant. Ausgehend vom heutigen Durchschnittsverbrauch erfordert dies für Otto- bzw. Dieselmotoren eine Verbrauchsreduzierung von 35 bzw. 30 %.
Bei der Reduktion der innermotorischen Reibung kann die Kolbengruppe einen wesentlichen Beitrag leisten. Sie besitzt einen Anteil von bis zu 25 % bezogen auf den kumulierten Reibmitteldruck des Verbrennungsmotors. Im folgenden Beitrag werden exemplarisch verschiedene Einflussparameter auf die Kolbengruppenreibung aufgezeigt und die korrespondierenden Potenziale zur Reibleistungsreduktion quantifiziert. Hierfür wurde ein hybrider Ansatz, bestehend aus der messtechnischen Erfassung sowie der numerischen Beschreibung der Kolbenreibung entwickelt, welcher die Analyse der Kolbenreaktionskräfte in Reib- und Normalkraftrichtung ermöglicht. Die Validierung der komplexen Kontaktbedingungen der Kolbengruppe erfolgt mithilfe empirisch ermittelter Messdaten. Neben den konstruktiven Auslegungsparametern des Kurbeltriebs lassen sich auf diese Weise makroskopische sowie mikroskopische Einflussparameter auf die Kolbenreibung analysieren. Unter anderem wird gezeigt, welchen Einfluss die Kurbelwellenschränkung, eine Zylinderrohrdeformation sowie die Honung der Zylinderlauffläche auf den Reibmitteldruck besitzen.

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