Tribologisch maßgeschneiderte Zylinderlaufbuchsen durch Oberflächenstrukturierung bei Nutzfahrzeugmotoren

Um den vom Gesetzgeber vorgeschriebenen CO2-Zielen im Verkehrssektor näher zu kommen, bedarf es weitreichender technischer Maßnahmen. Einen großen Hebel bietet die Reduzierung von Reibung bei Verbrennungsmotoren. In die Zylinderlaufbahn eingebrachte Mikrostrukturen können zur Reibreduzierung und damit zur Senkung der CO2-Emissionen beitragen. Diesen Ansatz greift die vorliegende Arbeit auf und zeigt das Potential mikrostrukturierter Zylinderlaufbuchsen bei Nutzfahrzeugen anhand detaillierter Reibkraftuntersuchungen unter motorischen Bedingungen und gibt einen stichpunktartigen Übertrag zu einem Industriemotor.
Innerhalb eines DFG-Transferprojekts wurden unterschiedliche Layouts von Mikrostrukturen erarbeitet, spanend in die Laufbuchsenoberfläche eingebracht und mittels eines Floating-Liner-Forschungsmotors Kurbelwinkel aufgelöst untersucht. Zur Grundlage einer differenzierten Bewertung der unterschiedlichen Reibcharakteristika der Versuchsträger, erfolgte eine umfangreiche experimentelle Analyse der Messgenauigkeit des Floating-Liner-Aufbaus. Die Arbeit gibt Aufschluss darüber, wie sich unterschiedliche Anordnungen und Geometrien von Mikrostrukturen auf die tribologischen Eigenschaften und die Ölemissionen von Nutzfahrzeugmotoren auswirken. Mit gezielt ausgelegten Strukturen wird am Forschungsmotor im Vergleich zur Serienlaufbuchse eine Reibungsreduzierung von bis zu 11 % und eine Reduzierung der Ölemissionen um bis zu 46 % erreicht.
In einem ersten stichpunktartigen Übertrag auf einen Motor mit größerem Bohrungsdurchmesser wurde das Potential für Industrieanwendungen gezeigt. Unter realen Bedingungen konnte eine Reduzierung der Reibung von 5 % und eine Einsparung der Ölemissionen von 20 % erzielt werden.