| Titel | Tribologische Systemoptimierung Kolben- / Kolbenring / Zylinderlaufbahn durch Makrokonturierung und Oberflächen-Mikrostrukturierung unter Einsatz gekoppelter mehrkörperdynamischer EHDSimulation und DOE-Technik |
| Autor | G. Knoll, N. Berberich, T. Groß, A. Fischersworring-Bunk, W. Kornprobst, T. Spitznagel |
| Infos zum Autor | Prof. Dr.-Ing. habil. Gunter Knoll, Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik, Universität Kassel, Mönchbergstraße 3, 34125 Kassel Dipl.-Ing. Niklas Berberich, Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Groß, Dr.-Ing. Andreas Fischersworring-Bunk, Wolfgang Kornprobst, Dipl.-Ing. (FH) Thilo Spitznagel, BMW Group, München, Hufelandstraße 4, 80788 München |
| Inhalt | Zusammenfassung In der PKW-Motorenentwicklung wird die Ermittlung der dynamischen und tribo-mechanischen Eigenschaften des Systems Kolbengruppe / Zylinderlaufbahn durch Finite Elemente Bewegungssimulationen unter Berücksichtigung strukturdynamischer, elasto-hydrodynamischer und gasdynamischer Wechselwirkungen unterstützt. Aufgrund der hohen Rechenzeit zur Erreichung der nötigen Abbildungsgenauigkeit der physikalischen Effekte entziehen sich diese numerischen Simulationsmodelle einer direkten Optimierung durch mathematische Verfahren. In diesem Beitrag wird eine Berechnungsmethodik vorgestellt, die dennoch eine Funktionsoptimierung des Tribo-Systems Kolbengruppe / Zylinderlaufbahn ermöglicht. Unter Anwendung der Statistischen Versuchsplanung und der Multiplen Regressionsanalyse wird ein Approximationsmodell erstellt. Dieses gibt das Verhalten der tribomechanischen Systemeigenschaften in Abhängigkeit der Randbedingungen vereinfacht aber rechenzeiteffizient in einer Polynomfunktion wieder und ermöglicht die Anwendung eines evolutionären Optimierungsalgorithmus. Die Methodik wird in diesem Beitrag am Berechnungsmodell eines BMW 3,0-Liter Reihensechszylinder- Ottomotors dargestellt und auf die Systemrandbedingungen Zylinderlaufbahnkontur und -rauigkeit fokussiert. Abstract In the development of automobile combustion engines the determination of dynamical and tribo-mechanical properties within the piston cylinder system is backed up by kinematic finite element simulations including dynamical, elasto-hydro-dynamical and gas-dynamical interactions. Due to the high computing time that is necessary to determine the various physical effects with the required accuracy a direct mathematical optimization of these numerical simulation models is not possible. This article presents a calculation methodology that enables a functional optimization of the tribological system piston / cylinder liner. Therefore an approximation model is created by the use of design of experiments and multiple regression analysis. This model describes the characteristics of the tribo-mechanical system properties depending on the boundary conditions in a simplified but computing time efficient way by using a polynomial function and allows the use of evolutionary optimization algorithms. This methodology is applied on a BMW 3.0-liter inline six-cylinder gasoline engine and is focused on the boundary conditions cylinder bore distortion and surface roughness. |
| Datum | 2008 |
