| Influence of the in-cylinder pressure traces on the friction mean effective pressure of a gasoline direct injection engines |
Schlüsselwörter:
Reibung; Tribologie; Benzindirekteinspritzung; Schmierfilmdicke; Zylinderdruck; Reibmitteldruck; Energieumsetzung; Tangentialkraft; Schmierfilmtemperatur
friction; tribology; gasoline direct injection; oil film thinkness; in-cylinder pressure; friction mean effective pressure; heat release; tangential piston forces; film temperatures
Sachgruppe der DNBAbstract
Gasoline direct injection (GDI) engines based on stratified fuel injection strategies have a faster heat release than conventional Multi Point Injection (MPI) engines. This results in higher in-cylinder pressure which consequently causes higher levels friction mean effective pressure (fmep).
The current study analyses the fmep arising from the combustion process. A comparison of in-cylinder pressure traces between a fuel stratified / air-assisted and a conventional MPI engine was carried out. Literature based calculation methods showed that due to higher tangential piston forces and in-cylinder pressure, GDI engines had a thinner oil film thickness and a higher dynamic viscosity compared to MPI engines. Moreover, it was found that lower average film temperatures caused an increase in the dynamic viscosity. In addition, through higher in-cylinder pressure, the GDI engine bearings were put under more loading than for MPI engines.
In order to analyse the effect of in-cylinder pressure on the fmep, in-cylinder pressure traces were changed. It was found that the location and the magnitude of the maximum cylinder pressure were the main factors to be considered. As a result, a mathematical model was extended and improved by adding an additional term; moreover, two new solution methods for the new term were developed. Both solution methods provided a good correlation between simulated and measured fmep values. It was also shown that an estimate of the fmep for a GDI engine based on stratified fuel injection strategies could be obtained without knowledge of the engine geometry.
Bei Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung (BDE-Motoren) ist im Schichtladebetrieb die Energieumsetzung schneller als bei vergleichbaren Benzinmotoren mit äußerer Gemischbildung. Dies führt zu höheren Zylinderdrücken, so dass BDE-Motoren im Schichtladebetrieb einen höheren Reibmitteldruck aufweisen als vergleichbare Benzinmotoren mit äußerer Gemischbildung.
In der vorliegenden Arbeit wurde der vom Zylinderdruck beeinflusste brennverfahrensbedingte Reibmitteldruck analysiert. Anhand eines Teillast-Kennfeldpunktes wurden die tribologischen Auswirkungen des Zylinderdruckverlaufes für einen strahlgeführten, luftunterstützten BDE-Motor ermittelt und mit denen eines Benzinmotors mit äußerer Gemischbildung verglichen. Unter Einbeziehung der in der Literatur beschriebenen Berechnungsansätze konnte festgestellt werden, dass an der Kolben/Zylinder-Reibpaarung des BDE-Motors aufgrund der höheren Tangentialkräfte der Kolbenringe und durch den höheren Zylinderdruck die Schmierfilmdicke geringer und die dynamische Viskosität des Schmiermittels höher waren als beim Benzinmo-tor mit äußerer Gemischbildung. Die beim BDE-Motor geringere mittlere Temperatur des Schmiermittels führte ebenfalls zu einer Zunahme der dynamischen Viskosität. Zudem wurden beim BDE-Motor die Haupt- und Pleuellager durch den höheren Zylinderdruck stärker belastet.
Um den Einfluss des Zylinderdruckverlaufes auf den Reibmitteldruck analysieren und mathematisch beschreiben zu können, wurde der Zylinderdruckverlauf gezielt verändert. Es stellte sich heraus, dass sowohl die Lage als auch der Betrag des maximalen Zylinderdruckes relevante Einflussgrößen darstellen. Für die mathematische Beschreibung wurde ein bestehender Modellansatz um einen Term erweitert und für diesen Term zwei Lösungsansätze hergeleitet. Mit beiden Lösungsansätzen konnte eine gute Übereinstimmung zwischen dem berechneten und dem gemessenen Reibmitteldruck aufgezeigt werden. Es zeigte sich, dass eine Abschätzung des Reibmitteldruckes im Schichtladebetrieb von BDE-Motoren auch ohne genaue Kenntnisse der Motorgeometrie möglich ist.
| Betreuer | Deters, Ludger; Prof. Dr.-Ing. |
| Gutachter | Deters, Ludger; Prof. Dr.-Ing. |
| Gutachter | Blodig, Günter; Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. |
| Upload: | 2007-03-12 |
| URL of Theses: | http://diglib.uni-magdeburg.de/Dissertationen/2006/ingscholz.pdf |