Ingenieurs halen steeds meer vermogen uit verbrandings-motoren met relatief kleine cilinderinhoud. Tegelijkertijd spuiten de pompen van motoren met common rail techniek de brandstof met zeer hoge druk de verbrandingskamer in. De vermogenstoename heeft echter ook een keerzijde: de aandrijving wordt blootgesteld aan zeer hoge belastingen en gevaar voor slijtage. Daarbij speelt wrijving tussen de bewegende delen in motor en versnellingsbak een sleutelrol. Dit is een van de onderzoeksterreinen waarop de vakgroep Maschinenele-mente und Tribologie van de Universität Kassel zich met simulatiepro-gramma’s bezig houdt.
Zoals bekend gaat 50% van het vermogen van de motor verloren door warmte en wrijving. De wetenschappers denken dat ze de mechanische wrijvingsverliezen in motoren met 30% kunnen verminderen. Door het verminderen van het wrijvings-verlies zal het rendement van de motoren stijgen, wat het specifieke brandstof-verbruik van een personenwagen met 3-5% zou reduceren. Ook kan een lagere wrijving positief werken op de uitlaatgasemissies.
Simluatie
Simulatieprogramma’s met complexe algoritmen maken het de onderzoekers mogelijk om kritische punten in de aandrijving, waar metaal op metaal contact plaatsvindt, op te sporen.
Deze programma’s maken een grafische voorstelling in de tijd van de periodieke en dynamische bewegingen van de onderdelen in de motor en de versnellingsbak. Onder belasting buigt bijvoorbeeld de krukas, vervormt het vliegwiel, trekt de zuiger in de lengterichting aan de drijfstang, terwijl de verbrandingsdruk de drijf-stang weer stuikt. Al deze vervormingen hebben invloed op de oliesmeerfilm, die de wrijving moet verminderen. Als de druk op deze smeerfilm te hoog is, levert het motorschade op.
Slijtage bedreigt moderne motoren al vanuit de inspuittechniek. In steeds kleinere cilinders wordt steeds meer brandstof ingespoten. Bij common rail dieselmotoren werken pompen met een hoge capaciteit bij een druk tot 2500 bar. Dit heeft tot gevolg, dat de brandstof met grote kracht tegen de cilinderwand komt en in grotere hoeveelheden in de motorolie terechtkomt. Dat verandert de smeereigen-schappen negatief. Bovendien is de sterkere drukvulling van de motoren een slijtage gevaar.
Maatregelen
De techniek kan dit probleem tegemoet treden door het aangepast ontwerpen van motoronderdelen. De drijfstang zou slanker kunnen worden geconstrueerd, de speling in een lager kan groter worden en een zuigerveer anders gepositioneerd. Dit zorgt voor een optimale stroming van het smeermiddel.
Met hun simulatieprogramma’s leveren de wetenschappers uit Kassel autoconcerns en hun toeleveranciers gegevens voor dergelijke constructieve veranderingen. Zo werken de onderzoekers momenteel samen met Schaeffler aan nokkenassen en met meerdere partners aan turboladers. Bij een gezamenlijke onderzoeksproject voor de minimalisering van wrijvingsverlies in de aandrijflijn werken de weten-schappers onder andere samen met de Forschungsvereinigung Verbrennungs-kraftmaschinen (FVV) en een aantal Duitse hogescholen.
