Mechanikentwicklung
Schmierstofftransport
Eine wirkungsvolle Maßnahme um den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren weiter zu senken, ist die Verringerung der Reibungsverluste im Triebwerk. Aktuell geht der Trend in Richtung geringerer Kolbenringspannungen und niedrigviskoser Öle. Diese Maßnahmen bewirken einen Anstieg des Ölverbrauchs, und führen zu reduzierten Ölwechselintervallen. Infolge des gestiegenen Ölverbrauchs entstehen erhöhte Partikelemissionen, für die seit Inkrafttreten der europäischen Abgasnorm Euro 6 auch für Ottomotoren stringente Grenzwerte gelten. Somit stellt die Optimierung des Ringpakets und des Schmierstofftransports einen wesentlichen Schwerpunkt in der Mechanikentwicklung neuer Motoren dar.
Hochgeschwindigkeitsvisualisierung des Kolbenringpakets
MOT hat ein Messverfahren entwickelt, das die Visualisierung des Schmierstofftransports an der Kolbengruppe in Serienmotoren ermöglicht. Hierfür wird ein „Fenster“, bzw. ein speziell ausgelegter optischer Zugang, entweder stirnseitig (Riemenseite) oder auf der Druck-/Gegendruckseite in den Zylinder eingebracht. Mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera wird die Kolbenringdynamik und der Ölflusses mit bis zu 20.000 Bildern pro Sekunde durch das temperatur- und druckbeständige „Fenster“ hindurch aufgezeichnet. Phänomene, wie z.B. Ringflattern, Ringrotation (Richtung und Geschwindigkeit, Video 1) und Häufigkeit der Ringstoßüberlagerung des 1., 2. und 3. Rings (Video 2) können mit dieser Technik beobachtet werden. Wird dem Motoröl zusätzlich ein Fluoreszenz-Tracer zugemischt, können quantitative Aussagen über die lokale Ölfilmdicke und den Schmierstofftransport getroffen werden. Dieser Schritt setzt eine aufwendige Kalibrierung voraus.
Abbildung 1
LIF-Aufnahme des Motoröls in der Kolbenringgruppe kurz vor dem unteren Totpunkt nach der Verbrennung.
VIDEO 1
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VIDEO 2
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Untersuchung der Variation der Kolbengeometrie
Die vorgestellten Messverfahren erlauben eine zeitlich hochaufgelöste Visualisierung der Vorgänge am Ringpaket. Zyklus zu Zyklus Variationen oder die Unterschiede zwischen Ladungswechsel- und Arbeitstakt können so erfasst werden. Die Auswirkungen geringfügiger Anpassungen z.B. der Kolbengeometrie, der Kolbenringe oder der Ölablaufbohrungen können mit diesem Messverfahren aufgelöst und untersucht werden. Die auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse fördern das Verständnis der ablaufenden Prozesse und erlauben eine Verringerung der erforderlichen Iterationsschritte in der Mechanikerprobung im Dauerlauf.
Referenzen:
[1] Titus, F.; Magar, M.; Reichling, N.; Kehrwald, B.:“ Optische Analytik im Brennraum, in der Abgasnachbehandlung und für die Mechanikentwicklung“, Springer Fachmedien Wiesbaden, MTZ – Motortechnische Zeitschrift, DOI 10.1007/s35146-016-0094-4, Print ISSN: 0024-8525, Elektronische ISSN: 2192-8843, Ausgabe 9/2016
