Tribologie Kolben - Ring - Zylinder

Zusammenfassung

Bei dem Vorhaben, an Kolbenringen eines Verbrennungsmotors den hydrodynamischen Traganteil durch geeignete Formgebung und Oberflächentopographie zu optimieren, weisen die Erkenntnisse aus dem Motorenlauf in der bewährten Serienausrüstung auf schon recht ausgewogene Reibpartner hin. Die auf eine Kurbelwellen-Umdrehung bezogenen Werte der Durch-blasemenge, des Ölverbrauchs und des Zylinderzwickelverschleißes fallen mit steigender Drehzahl überproportional und mit der Motorlaufzeit ab.

Die Ergebnisse der labormäßig-experimentellen und theoretischen Arbeiten haben bisher keine Grundlage für eine praktische Erprobung in Motorenläufen geboten. Die Voruntersuchungen obliegen dem Partner des Forschungsvorhabens und laufen weiter. Lassen diese erkennen, daß ein größerer hydrodynamischer Traganteil zu erwarten ist, wird dies in Motorenläufen trotz Abschluß des BMFT-Auftrags überprüft. Dem Partner werden die Ergebnisse für seinen Schlußbericht mitgeteilt.

Für die praktische Erprobung dient als Versuchsträger der Mercedes-Benz-Motor OM 403 mit 236 kW bei 2500/min, ein 10-Zylinder-V-Motor mit Direkteinspritzung und 15,95 Liter Hubraum.

Über ausführliche Vermessungen sind die für die Aufgabenstellung wichtigen Motorenteile Zylinderlaufbuchse, Kolbenringe und Kolben sorgfältig ausgewählt worden.

Bei diesen Untersuchungen werden der Öl- und Kraftstoffverbrauch und die Durchblasemenge konventionell gemessen. Für die Verschleißmessungen steht die Radionuklidtechnik (RNT) zur Verfügung, die kontinuierliche Meßergebnisse liefert.

Gemessen wird der Verschleiß einer Zylinderlauffläche im oberen Umkehrpunkt des obersten Kolbenrings. Hier ist am gesamten Umfang eine Zone über 5 mm Höhe radioaktiv markiert worden. Eine Drehvorrichtung sorgt für eine gleichmäßige Aktivierung und eine Abdeckmaske für eine scharfe Abgrenzung der radioaktiven Zone. Durch Autoradiographie wird die Aktivierung kontrolliert. Die im Öl transportierten Verschleißpartikel werden in einer Durchfluß- und Filtermeßeinrichtung erfaßt. Das Programm für diese Untersuchungen auf einem Motorenprüfstand läuft maximal 400 Stunden je Ausrüstung.

Das Einlaufprogramm ist für den Basislauf so abgestimmt, daß mit fortschreitender Einlaufzeit bei steigenden Drehzahlen und steigenden Bremslasten der Zylinderverschleiß je Zeiteinheit (Verschleißrate) abnimmt.

Der Langzeitlauf ist mit verschiedenen Drehzahlen, Bremslasten und Öl- und Kühlwassertemperaturen gefahren worden.

Die Ergebnisse der Messungen des Zylinderverschleißes (Zwickelverschleißes) während des Einlaufes und des Langzeitlaufes liegen vor. Ölverbrauch, Durchblasemenge und Kraftstoffverbrauch sind beim Basislauf niedrig und für den serienmäßig ausgerüsteten Motor durchaus üblich gewesen.