Ganzheitliche Auslegung der reibungsarmen Kolbengruppen

17. Oktober 2014 | Engineering Service

Die Kolbengruppe bietet großes Potenzial, um Verbrauch und Leistung von Verbrennungsmotoren zu optimieren. Ihr Anteil an der Gesamtreibung liegt bei ungefähr 30 Prozent. Da die Basis eines Motors bereits in der Konzeptphase definiert wird, ist eine Kombination von adäquaten Mess- und Simulationswerkzeugen meist der effizienteste Weg, um einen reibungsoptimierten Motor zu realisieren.

FEV bietet fortgeschrittene Lösungen, die eine Messung (PIFFO-System) und Simulation der Kolbengruppenreibung ermöglichen. Dabei lässt sich die Simulation anhand eines dreidimensionalen Modells der Kolbengruppe in der Mehrkörpersimulationssoftware „FEV Virtual Engine“ umsetzen.

Diese enthält 3D-Modellierungen für unterschiedliche Parameter – darunter die Flexibilität der Ringe, ein Gasflussmodell, die Führung der Ringe in den Kolbenringnuten sowie der Ring-Zylinderrohrkontakt (inklusive hydrodynamischem und trockenem Kontaktanteil). Zudem ist ein Modell für den Ölfilm auf dem Zylinderrohr und ein Verschleißmodell für Ringe und Zylinderrohr enthalten. In der Simulationssoftware ist das detaillierte Modell nicht als separate Sonderlösung ausgelegt, sondern als Modellerweiterung eines kompletten Motors.

Valide Aussagen und Analysen

Das Simulationsmodell erlaubt valide Aussagen bezüglich Ringreibung und Ringbewegung. Außerdem können beispielsweise die Beiträge von Kolbenhemd und Kolbenringen zur Reibkraft einzeln aufgelöst werden oder in die Anteile hydrodynamischer sowie trockener Reibung weiter zerlegt und untersucht werden.

Alle in Messungen festgestellten Trends sind mit einem gewissen Maß an Feinjustierung aller Eingabewerte reproduzierbar. Derzeitige Ergebnisse der Simulation zeigen, dass eine Axialbewegung einen minimalen Einfluss auf den Reibungsverlauf hat. Vom Standpunkt der Reibungsoptimierung ist das 3D-MKS-Modell mit typischen Rechenzeiten von etwa einer Stunde pro Arbeitsspiel ein wichtiges Werkzeug in der Auslegung und Optimierung der Kolbengruppe.

Ergebnisse eines Messungs-Rechnungsabgleichs der Kolbengruppengesamtreibung über ein Arbeitsspiel im gefeuerten Betrieb (1.000U/min)

Ergebnisse eines Messungs-Rechnungsabgleichs der Kolbengruppengesamtreibung über ein Arbeitsspiel im gefeuerten Betrieb (1.000U/min)

 

Ergebnisse eines Messungs-Rechnungsabgleichs der Kolbengruppengesamtreibung über ein Arbeitsspiel im gefeuerten Betrieb (2.000U/min)

Ergebnisse eines Messungs-Rechnungsabgleichs der Kolbengruppengesamtreibung über ein Arbeitsspiel im gefeuerten Betrieb (2.000U/min)

 

Typischer Verlauf einer Axialbewegung eines oberen Ölabstreifringes für zwei Betriebspunkte bei 2.000 U/min an drei Ringumfangspositionen (A, B, C)

Typischer Verlauf einer Axialbewegung eines oberen Ölabstreifringes für zwei Betriebspunkte bei 2.000 U/min an drei Ringumfangspositionen (A, B, C)

 

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