| Titel | Reibungsverluste im Kurbeltrieb von Verbrennungsmotoren - ein Vergleich von Gleit- und Wälzlagern |
| Autor | Mark Schroeder, Jan von Hollen, Gerhard Poll |
| Infos zum Autor | Autorenanschrift: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll poll@imkt.uni-hannover.de Tel.: 0511 / 762 - 2416 Dipl.-Ing. Mark Philipp Schroeder schroeder@imkt.uni-hannover.de Tel.: 0511 / 762 - 2267 Leibniz Universität Hannover Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie Welfengarten 1A 30167 Hannover Dr.-Ing. Jan von Hollen dr.jan.von.hollen@iav.de Tel.: 05371 / 80-53078 IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr Nordhoffstrasse 5 38518 GIFHORN |
| Inhalt | Zusammenfassung Nach Jahrzehnten der Dominanz des Gleitlagers im Kurbeltrieb von Verbrennungsmotoren besteht heute wieder verstärktes Interesse am Potenzial von Wälzlagern, die Effizienz zu steigern und damit den CO2-Ausstoss zu senken. Während für die Hauptlager bei entsprechender Gestaltung der Schmierung ein signifikanter Reibungsvorteil für Wälzlager inzwischen als erwiesen gelten kann, ist dies für die Pleuellagerung zweifelhaft. Durch die Fliehkraftbeanspruchung der Bauteile des Wälzlagers entstehen zusätzliche Reibungsverluste. Berechnungen und Versuche, die in diesem Beitrag vorgestellt werden, zeigen, dass dadurch der Reibungsvorteil des Wälzlagers im Pleuel mit zunehmender Drehzahl aufgezehrt wird. Ein speziell entwickelter Prüfstand erlaubt es, den Fliehkrafteinfluss auf die Wälzlagerreibung durch einen Vergleich gekröpfte/ungekröpfte Welle zu ermitteln. Hierzu werden die Reibungsverluste im Kontakt Kolbenring-Zylinder zeitlich hoch aufgelöst erfasst und bei der gekröpften Welle herausgerechnet. Bei der ungekröpften Welle werden die Massenkräfte aus der Kolbenbewegung durch einen Piezoaktor nachgestellt. Des Weiteren ist ein direkter Vergleich Wälzlager/Gleitlager bei gekröpfter Welle möglich. Bei der Berechnung werden verschiedene Verfahren angewandt, um die einzelnen Reibungsanteile in den Wälzkontakten, im Kontakt Wälzkörper-Käfig und zwischen Käfig und Pleuelauge zu ermitteln. Mit Hilfe einer teilempirischen Berücksichtigung der Planschverluste lässt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Berechnung und Messung erreichen. Abstract Given the strong role which internal combustion engines play in the fields of transport and energy supply, increasing the overall efficiency remains the fundamental objective in engine development. One approach is to increase the mechanical efficiency through the reduction of friction losses, for example by substituting the conventional plain bearings of the crankshaft by roller bearings which generate less friction losses due to their working principle. However, in contrast to the main bearings where rolling element bearings have proven their potential, it is arguable if the same holds true for the crankpin bearings. They are subject to centrifugal forces which are becoming increasingly significant with rising engine speed and entrain additional friction losses. In the course of the research work presented, a simulation model was developed that allows estimating the friction losses of roller bearings in a crankshaft application, with special emphasis on crankpin bearings. By means of a newly designed test rig, this model could be validated. At the same time, the experimental set up allowed for a comparison of the friction losses of roller bearings versus journal bearings on the crankpin. As a result, neither of the two bearing types is in a general advantage or disadvantage. The ranking depends strongly from the operating conditions. The advantage of rolling element bearings at lower speeds will gradually reduce with increasing speeds and will eventually turn into a disadvantage at higher speeds. |
| Datum | 2014 |
