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.
Aktualisiert: 2021-10-20
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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.
Aktualisiert: 2021-10-20
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Die Optimierung von Wirkungsgraden ist ein wesentliches Ziel bei der
Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Ein überwiegender Teil der
Reibungsverluste von Motoren entfällt auf die Kolbengruppe. Die Tribologie
der Kolbengruppe unterliegt je nach Kolbenhub und Arbeitstakt
sehr unterschiedlichen Randbedingungen. Daher greift die vorliegende
Arbeit einen Ansatz auf, bei welchem eine definierte lokale Mikrostrukturierung
auf feinstgehonten Zylinderlaufflächen zur Reibungsminimierung
eingesetzt wird.
In Abhängigkeit des Orts der Strukturierung konnten an einem Forschungseinzylindermotor
auf Nutzfahrzeugbasis Reduzierungen der
Gesamtmotorreibung um bis zu 19%, bei überwiegender Verringerung
der Schmieröl bedingten Schadstoffemissionen nachgewiesen werden.
Die Entwicklung eines Floating-Liner Systems zur direkten, kurbelwinkelaufgelösten
Erfassung der Kolbenreibung ermöglichte die detaillierte
Bewertung der Auswirkungen der lokalen Mikrostrukturierung.
Darüber hinaus erfolgte die Entwicklung eines neuartigen, zum Patent
angemeldeten Messsystems zur direkten, kurbelwinkelaufgelösten Erfassung
der Reibungsverhältnisse an einem einzelnen Kolbenring,
wodurch erstmalig eine Erfassung der Reibungsverhältnisse an Kolbenringen
im motorischen Betrieb ermöglicht wird.
Aktualisiert: 2020-02-21
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Die vorliegende Dissertation untersucht die mechanischen Verluste des tribologischen Systems Kolbengruppe im Verbrennungsmotor. Ziel der Arbeit ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der CO2-Emissionen. Hierzu werden detaillierte experimentelle Untersuchungen an einem Einzylinder-Forschungsmotor durchgeführt. Im Ergebnis wird durch eine Kombination von neuartigen und dennoch seriennahen konstruktiven Maßnahmen eine erhebliche Reduzierung der mechanischen Verluste der Kolbengruppe erreicht.
Aktualisiert: 2022-12-03
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