Motorakustik-Tribologie-Reibung

Kolbenbolzenlagerung II

Laufzeit: 01.04.2017 - 30.06.2020

Ansprechpartner: Denise Branciforti, M.Sc.

Projektpartner:

Universität Kassel, Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik

HAWK, Hildesheim/Holzminden/Göttingen

Institut für Analytische Messtechnik Hamburg e. V., IAM-Hamburg e. V.

Projektbeschreibung:
Erhöhung der Betriebssicherheit der Kolbenbolzenlagerung. Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens "Kolbenbolzenlagerung" konnte die lokale zeitliche und räumliche Schmierfilmbildung in den kolben- und pleuelseitigen Bolzenlagern als eine wesentliche Einflussgröße auf das Bewegungs- und Tragverhaltens des Kolbenbolzens identifiziert werden. Bislang liegen allerdings nur unzureichende Kenntnisse über die genauen Transportmechanismen zur Schmierstoffversorgung der Bolzenlager vor, die für eine Simulation der Schmierungsverhältnisse an den Lagerrändern und im Inneren erforderlich sind. Ziel des Vorhabens ist es, über ein verbessertes Verständnis der Ölversorgungssituation und der Identifikation von kritischen Mischreibungs- und Teilfüllungszuständen eine betriebssichere Auslegung der Kolbenbolzenlagerung zu erreichen. Experimentelle Untersuchungen liefern hierzu genaue Informationen über zeitlich veränderliche Festkörperkontakte in den Lagerstellen, sowie Reibwertkennfelder in Abhängigkeit der Temperatur, der Materialpaarung und des Schmierstoffzustandes. Die Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen abgeglichen und führen - aufbauend auf der vorhandenen Software - zu einem verbesserten Simulationsmodell zur Analyse und Optimierung der Kolbenbolzenlagerung. Mit Hilfe der experimentellen und simulatorischen Erkenntnisse erfolgt eine Definition schadensrelevanter Mechanismen mit dem Ziel einer betriebssicheren Auslegung und der Reduktion der CO2-Emission durch Minimierung der Reibleistung.

Kernziele des Vorhabens:
Definition schadensrelevanter Mechanismen der Kolbenbolzenlagerung - betriebssichere Auslegung und der Reduktion der CO2-Emission durch Minimierung der Reibleistung.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen / Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Piston Conrod Dynamics II

Project duration: 01.01.2014 - 31.12.2016

Contact: Dipl.-Ing.  Wolfgang Gross

Project Partners:

University of Kassel, Institute for Automotive Engineering

Abstract:

Driven by stricter emission and fuel consumption regulations modern DI-Diesel enginies exhibit increasing combustion pressures. High combustion pressure in combination with high pressure gradients act as broadband excitation force, which stimulates natural vibrations of piston, conrod and crankshaft during engine operation. Starting from the combustion chamber the assembly of piston, conrod and crankshaft and the main bearings represent the system of internal vibration transfer which dominates the engine noise, as described in [1] and [2]. Based on the work carried out in the previous project “Piston Conrod Dynamics” this project serves to improve and extend the level of knowledge concerning the acoustic behavior of a modern EU6-Diesel engine with lightweight design components. To achieve this goal experimental and analytical investigations are carried out. First the modal behavior of single components and then the dynamic properties of the entire moving system were examined in detail in simulation and test as a base for the investigations. A successful correlation between experimental modal analysis (EMA) and Finite Element Analysis (FEA) forms the basis of model validation. The experimental investigations under fired conditions were done in an anechoic test bench to generate exact input and validation values for simulation models of structural dynamic and elastohydrodynamic coupled multi body systems. The measured values of combustion pressure, airborne and structure-borne sound allowed to identify the engine´s vibrational behavior in the whole operating range. After definition of a reference operating point various test series were carried out, such as injection timing and temperature variation. To understand the behavior of the conrod as the key component in more detail its elongation at the conrod shank during engine operation was also measured. The usage of semiconductor strain gauges allowed the recording of the natural vibrations of the conrod in a very accurate way up to a frequency about 10 kHz. Furthermore temperature measurements of piston and liner under fired conditions, allowed the determination of their warm contours using inverse methods. Variation of injection timing and conrod stiffness demonstrated main drivers for the dynamic behavior. In a further step measurement of the oil film thickness between the liner and the piston generated an improvement understanding of an unknown quantity in the simulation model. For this purpose the combination of inductive and capacitance measurements were used.

Focus: Calculation and measurement verification of dynamic contact forces between the piston and cylinder, taking into account transient thermal boundary conditions.

Funding: BMWi/AiF - Federal Ministry for Economic Affairs and Energy / German Federation of Industrial Research Associations / Research Association for Combustion Engines eV

For further information on the project, please also contact the Research Association for Combustion Engines (FVV).

Methode zur Reibungsmessung während des Zündvorgangs

Projektlaufzeit: 01.04.2018 - 30.11.2020

Ansprechpartner: Kevin Huttinger, M.Sc.

Projektpartner:

Universität Kassel, Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik

Projektbeschreibung:

Zunehmender Verbrennungsdruck ist bei der Hubraumreduzierung von Motoren (Downsizing) unvermeidbar. Selbst wenn dabei die Haltbarkeit der Motoren aufrechterhalten werden kann, ist es nicht wünschenswert, die Reibungsverluste zu erhöhen. Die Reibung hängt hauptsächlich von der Verbrennungsdruckkurve ab. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Reibung von der Größe des Verbrennungsdrucks abhängig ist. Abhängig von der Charakteristik der Druckkurve, d.h. Größe und Kurbelwinkellage des Spitzendrucks treten trotz konstantem indiziertem Mitteldruck und konstanter Drehzahl aber Reibungsunterschiede auf. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die Änderung des Schmierungszustandes. In der Motorentwicklung variiert die Verbrennungsdruckkurve in Abhängigkeit des Betriebspunkts und des Motortyps, so dass das Design unter Berücksichtigung dieses Effekts optimiert werden sollte. In den letzten Jahren hat die Betriebshäufigkeit bei niedrigen Öltemperaturen z.B. durch HEV zugenommen, weshalb die Optimierung über einen weiten Temperaturbereich erfolgen soll. Daher sind die Schmierungsbedingungen und die Reibung in Abhängigkeit von der Verbrennungsdruckkurve und der Öltemperatur genau zu simulieren und durch hochgenaue Prüf- und Messtechnik zu validieren. Damit können der Verbrennungsprozess und die Öltemperatur in einem frühen Entwicklungsstadium optimiert werden. Gleichzeitig sollte es möglich sein, eine gleichwertige Haltbarkeit mit kostengünstigeren Lagern zu erreichen. Letztendlich ist es wünschenswert, das Modell innerhalb des FVV-Zylindermoduls verwenden zu können.

Kernziele des Vorhabens: Methodenentwicklung zu Messung der Lagerreibung unter dem Einfluss der Zylinder-Druck Kurve.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Abgasnachbehandlung vor Abgasturbine

Laufzeit: 01.05.2018 - 31.12.2020

Ansprechpartner: Martin Angerbauer, M.Sc.

Projektpartner: TU Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr (VKM)

Projektbeschreibung:
Eine weitere Verschärfung der Gesetzgebung von gasförmigen Emissionen und von Partikelemissionen wird erwartet. Deshalb ist das grundlegende Verständnis der Schadstoffentstehung und Wechselwirkungen besonders wichtig, um Möglichkeiten der Reduzierung der Schadstoffe zu finden.

Kernziele des Vorhabens:
• Analyse der zu untersuchenden ANB-Architekturen vor Abgasturbine => z.B. DOC / LNT und optional cDPF / SDPF
• Einfluss von Katalysatoren und Partikelfiltern auf die Abgasturbine bzw. das ATL-System bei Normal- und Fettverbrennung
=> Abgasmassenstrom, Impuls, Enthalpie, Wirkungsgrad, thermische und mechanische Haltbarkeit, Konvertierungsrate, …
• Einfluss der Position vor Abgasturbine auf Katalysatoren (Druckniveau, Druckpulsationen, Spitzentemperaturen und Temperaturniveau, Konvertierungsrate)
• Analyse und Abhilfemassnahemen in Bezug auf den dynanmischen Drehmomentaufbau => Aufladekonzepte, Ladedruckregelung
• Temperaturregelung von Katalysatoren, des DPF und der Turbine => Katalysatoraufheizung und aktive DPF-Regeneration.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.