| Titel | Simulationstechnische Reibungsoptimierung eines Kurbeltriebes |
| Autor | G. Knoll, C. Longo |
| Infos zum Autor | Universität Kassel Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik Mönchebergstraße 3 34125 Kassel Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunter Knoll Email: gunter.knoll@imk.uni-kassel.de Tel.: 0561/804-2830 Continental Mechanical Components Germany GmbH Schorndorfer Straße 91 93426 Roding Dr.-Ing. Claudio Longo Email: claudio.longo@continental-corporation.com Tel.: 09461/914-438 |
| Inhalt | Zusammenfassung Zukünftige Motorenentwicklungen sind von der Steigerung der Energieeffizienz sowie von der Schadstoffemissionsreduktion geprägt. Allein zur Deckung der tribo-mechanischen Reibungsverluste sind bis zu 30% des Gesamtkraftstoffverbrauchs aufzubringen, so dass die Optimierung der Tribosysteme erhebliche Potenziale zur Verbrauchsreduktion bieten. Ein erheblicher Anteil der mechanischen Gesamtreibung eines Verbrennungsmotors entfällt auf den Kurbeltrieb. Zur Reduktion zeit- und kostenintensiver Prüfstands- und Feldversuche sowie zur Verkürzung der Entwicklungszyklen gewinnen rechnergestützte Simulationswerkzeuge zunehmend an Bedeutung. Der in dieser Arbeit gewählte kombinierte Ansatz aus Versuch und Simulation zeigt am Beispiel eines V6-Motors Arbeitsschritte im Entwicklungsprozess zur simulationstechnischen Reibungsoptimierung eines Kurbeltriebes unter Variation konstruktions- und betriebsparametrischer Größen auf. Die versuchstechnischen Untersuchungen beinhalten geschleppte Reibungsmessungen und befeuerte Motorkennfeldmessungen zur Generierung betriebsparametrischer und thermischer Randbedingungen für die Simulation. Zur Reibungsberechnung der Tribosysteme des Kurbeltriebes werden die am Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik der Universität Kassel entwickelten Simulationstools FIRST, PIMO3D und KORI3D verwendet. Die Modellbildung der komplexen elastohydrodynamischen Berechnungsverfahren mit Mischreibungsansatz wird vor dem Hintergrund der Aussagegenauigkeit und Rechenzeiteffizienz geeignet ausgewählt und mithilfe der Versuchstechnik für geschleppte Bedingungen validiert. Aufbauend auf die kennfeldabhängige Parameteridentifikation erfolgt die Reibungsoptimierung auf Basis eines Ansatzes zur näherungsweisen Bestimmung einer Kraftstoffverbrauchsreduktion unter Angabe des Mischreibungsniveaus. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren lassen sich Reibungsoptimierungspotenziale eines Serienaggregates identifizieren und anhand der Mischreibungsintensität bewerten und einordnen. Abstract Future demands of new combustion engine power units are stamped by actions to increase the energy efficiency as well as to reduce the exhaust emission. Only for the cover of the tribo-mechanical friction losses 30% of the whole fuel consumption is needed, so that the optimization of the tribo-systems offers considerable potentials of the consumption reduction. A respectable portion of the whole mechanical friction falls upon the crank drive. For the reduction of time-intensive and cost-intensive test bench examinations and field tests as well as for the shortening of the developing cycles computer-aided simulation tools become more important. The chosen approach which combines test and simulation shows a workflow in a developing process to optimize friction of a crank drive by using computer-aided software tools under the variation of design and load parameters. The experimental investigations include towed frictional measurement and lighted engine characteristic map measurements to generate load and thermal basic conditions for the simulation. To calculate the friction of the tribological systems of the crank drive the simulation tools FIRST, PIMO3D and KORI3D are applied. They are developed by the institute of mechanical elements and design techniques of the University of Kassel. The modeling of the complex elastohydrodynamic calculation operations with mixed friction approach is selected appropriately considering exactness and arithmetic time efficiency and with the aid of towed frictional measurements the modeling is validated. An approximate approach quantifies the combustion reduction plus the amount of mixed friction. The developed method allows the identification of friction optimization of a serial power engine. With the aid of the mixed friction intensity friction optimization can be benchmarked and classified. |
| Datum | 2010 |
