Belastungseinheit für einen Verbrennungsmotorenprüfstand
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die beschaffte Verbrennungsmotoren-Belastungseinheit wurde/wird eingesetzt in folgenden Projekten: DFG-SPP 1551 im Forschungsprojekt „Ressourceneffiziente Kolbenring/Zylinder-Paarung I“: Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die während eines verschleißoptimierten Einlaufs ablaufenden Prozesse der Tribomutation zu untersuchen, zu verstehen und aus den Erkenntnissen eine optimierte Endbearbeitung für Oberflächen und oberflächennahe Werkstoffbereiche abzuleiten. Zur Erzeugung geringer Verschleißgeschwindigkeiten durch einen optimierten Einlauf wurden 2 moderne 4-Zylinder-Dieselmotoren mit Hilfe der beschafften Verbrennungsmotor-Belastungseinheit 2 verschiedenen Einlaufprogrammen unterzogen, und zwar Einlauf mit stufenförmig steigender Leistung und Einlauf mit Nennleistung. Dabei wurde der Verschleiß jeweils mit Radio-Nuklid-Messtechnik (RNT) online gemessen. DFG-SPP 1551 im Forschungsprojekt „Ressourceneffiziente Kolbenring/Zylinder-Paarung II“: Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung von Reibung und Verschleiß der Kolbenring/Zylinder-Paarung durch Optimierung der Endbearbeitung zur Einstellung von Oberflächenund Randzoneneigenschaften wie bei optimal eingelaufenen Dieselmotoren. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen u.a. experimentelle Evaluationen von fertigungstechnischen Modifikationen an realen Dieselmotoren erfolgen. Hierfür wird die beschaffte Belastungseinheit für Verbrennungsmotorenprüfstände benötigt. Zur Analyse der Wirksamkeit der entwickelten Endbearbeitungsansätze sollen Reibung und Verschleiß an 4-Zylinder-Dieselmotoren in zwei Versuchsreihen untersucht werden. Hinsichtlich des Verschleißes werden RNT-Verschleißmessungen an einem befeuerten Serienmotor und im Vergleich dazu ebenfalls an einem befeuerten Motor durchgeführt, dessen Zylinderlaufbahnen mit der im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Herstellprozesskette bearbeitet wurden. Hierbei werden beide Motoren dem gleichen Prüfprogramm unterzogen. Die Reibung wird ebenfalls mit Hilfe der beschafften Verbrennungsmotoren- Belastungseinheit mittels der Strip-Methode ermittelt. Hierfür werden die beiden Motoren auf dem Prüfstand Schritt für Schritt demontiert und aus der Differenz der gemessenen Drehmomente mit und ohne den jeweiligen Motorkomponenten wird auf deren Reibung geschlossen. Competenz in Mobility II (COMO II): Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Minimierung der Reibung von Kurbelwellenhauptlagern in Verbrennungsmotoren durch den Einsatz von Wälzlagern anstelle von Gleitlagern. Um die Energieeinsparung durch Wälzlager nachzuweisen, wurden experimentelle Reibungsuntersuchungen an 4-Zylinder-Dieselmotoren durchgeführt. Verglichen wurden ein Serienmotor mit Gleitlagern und ein modifizierter Motor, an dem bei den Hauptlagern der Kurbelwelle die serienmäßigen Gleitlager durch Zylinderrollenlager ersetzt wurden. Mit Hilfe der beschafften Verbrennungsmotoren-Belastungseinheit wurde eine Potentialanalyse auf Basis von Schleppmomentmessungen unter quasistatischen Bedingungen realisiert und die prinzipielle Eignung der Wälzlagerung festgestellt. Im Rahmen der Untersuchungen wurden u.a. Variationen der Motoröltemperatur sowie der Lagerkräfte vorgenommen. Beim Einsatz von Wälzlagern konnte die Reibleistung maximal um 2 kW und im für den Individualverkehr bedeutsamen Drehzahl- und Temperaturbereich um ca. 1 kW reduziert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Evaluation of strategies in finishing cylinder running surface. World Tribology Congress, 2013
Karpuschewski, B.; Welzel, F.; Risse, K.
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Reibungsminimierung durch Optimierung von thermischen gespritzten Zylinderlaufbahnen. 54. Tribologie-Fachtagung, 2013, Göttingen, S. 59/1-59/11
Schleif, B.; Deters, L.; Ziegele, H.
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Zerspantechnische und tribologische Untersuchungen zur Finishbearbeitung von Zylinderlaufflächen. Magdeburger Maschinenbau-Tage, 11, 2013
Karpuschewski, B.; Risse, K.; Welzel, F.
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Analogy studies of the effect of finishing on the tribological running-in behaviour of engine components using the example of the cylinder running surface. Advanced Material Research, Zug: Scitec Publ., Bd.1918, 2014, S.75-81
Karpuschewski, B.; Welzel, F.; Risse, K.
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Friction investigation with thermally sprayed Fe-based coatings for application on cylinder running surfaces in combustion engines. 16th Nordic Symposium on Tribology, Denmark, Paper 6, 2014
Schleif, B.; Deters, L.; Wagener, W.
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Messung des Einflusses verschiedener Honstrukturen auf die Reibung der Kolbengruppe in einem Dieselmotor. VDI-Berichte Nr. 2230, Düsseldorf, VDI- Verlag, 2014, S. 29-44
Bartel, D.; Schorgel, M.; Hammer, M.E.
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Tribologische Optimierung von Zylinderlaufflächen in Verbrennungsmotoren aus fertigungstechnischer Sicht. Dissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2014
Welzel, Florian
