Reibungspotentiale im Tribosystem Kolben/Zylinderlaufbahn

Für die Realisierung der in Paris definierten Klimaschutzziele wird die Optimierung des Verbrennungsmotors weiterhin eine tragende Rolle spielen. Sowohl für den Kleinmotor im Hybridantrieb als auch für den Großmotor in Nutzfahrzeugen und Baumaschinen hat eine Effizienzsteigerung höchste Priorität. Maßnahmen zur Reduktion der mechanischen Verluste werden typischerweise mit geschleppten Reibleistungsmessungen am Vollmotor (AVL Strip-down Analyse) bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass bis zu 50 % der Gesamtverluste im Tribosystem Kolben/Zylinderlaufbahn entstehen. Zur Analyse der Kolbengruppenreibung setzt AVL eine kurbelwinkelbasierte Reibkraftmessung am Einzylindermotor ein (AVL FRISC), aus der sich der Reibmitteldruck (FMEP) als Maß der Effizienz ableiten lässt. Zunächst wird auf diese und weitere Methoden der Reibungsanalyse eingegangen. Anschließend werden zum einen beispielhafte Messergebnisse erläutert, zum anderen werden begleitende Simulationsergebnisse vorgestellt, die für eine ausreichende Interpretation erforderlich sind. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sowohl der Mischreibungsanteil in den Totpunkten als auch der (elasto)hydrodynamische Anteil bei hohen Kolbengeschwindigkeiten reduziert werden können. Um sämtliche Potentiale auszuschöpfen, muss jedoch der Blick auf das Gesamtsystem gerichtet werden und nicht auf einzelne Maßnahmen. Dass Einzelmaßnahmen ihre Wirkung verfehlen können, sobald weitere einflussnehmende Parameter falsch definiert sind, wird anhand eines Beispiels deutlich. Eine abschließende Studie zeigt zudem, dass sich die Kolbengruppenreibung im Spannungsfeld mit Ölverbrauch, Blow By und Verschleiß befindet, weshalb für eine detaillierte Analyse des Tribosystems kombinierte Messungen empfohlen werden. Um aus der Vielzahl an Parametern und Wechselwirkungen das bestmögliche Gesamtsystem zu erhalten setzt AVL auf eine zentrale Powertrain Datenbank (AVL PTDB), in der alle Kenntnisse und Ursache-Wirkungs-Ketten einfließen. Die direkte Verknüpfung zu einem Friction Prognosis & Optimization Tool (AVL FriPrO) liefert schnelle Reibungsprognosen zukünftiger Verbrennungsmotoren und ermöglicht die Definition eines sinnvollen Maßnahmenpaketes zur Steigerung der Effizienz.