Die vorliegende Arbeit widmet sich der Analyse und Bewertung des Betriebsverhaltens eines zweistufig längenvariablen Pleuels, das zur Variation des geometrischen Verdichtungsverhältnisses von Verbrennungsmotoren eingesetzt wird. Die Längenvariation bei einem solchen Pleuel erfolgt über die auf den exzentrisch gelagerten Kolbenbolzen wirkenden Gas- und Massenkräfte. Zur gezielten Einstellung des gewünschten Verdichtungsverhältnisses verfügt das Pleuel zusätzlich über einen hydraulischen Abstützmechanismus.
Um dieses hydraulisch-mechanische System optimal im Verbrennungsmotor einsetzen zu können, ist ein tiefgreifendes Verständnis des Systemverhaltens unerlässlich. Dazu wird im Rahmen dieser Arbeit eine spezielle Messtechnik entwickelt, die es ermöglicht, die relevanten Betriebsgrößen des Pleuels im motorischen Betrieb kurbelwinkelaufgelöst zu erfassen. Parallel dazu wird ein gekoppeltes Simulationsmodell aufgebaut, welches aus einer eindimensionalen Strömungssimulation zur Abbildung der hydraulischen Komponenten sowie aus einer zweidimensionalen Mehrkörpersimulation zur Modellierung der mechanischen Komponenten besteht. Beim Vergleich von Messung und Berechnung zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den berechneten Größen. Zudem können durch die kombinierte Betrachtung von Messung und Berechnung bestimmte Phänomene, die während des Betriebs des Pleuels auftreten, erklärt werden.
Das entwickelte Methodengerüst wird dazu genutzt, das Betriebsverhalten des längenvariablen Pleuels hinsichtlich der mechanisch-hydraulischen Eigenschaften und deren Einfluss auf den thermodynamischen Prozess zu bewerten. Dabei wird deutlich, dass die hydraulische Abstützung nur zu einer sehr geringen zusätzlichen Elastizität des Pleuels führt. Somit ist der thermodynamische Prozess im Stationärbetrieb mit dem eines konventionellen Pleuels gleicher Länge vergleichbar. Bei der exemplarischen Betrachtung eines Umschaltvorgangs zeigt sich, dass auch der unvermeidbare Wirkungsgradverlust während der Längenänderung des Pleuels so gering ausfällt, dass näherungsweise von einem über jeweils einen Zyklus konstanten Verdichtungsverhältnis ausgegangen werden kann.
Aktualisiert: 2019-12-27
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