Systemische Kolbenringauslegung zur Reduzierung von Partikelrohemissionen
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© Tenneco Inc.
Systemische Kolbenringauslegung zur Reduzierung von Partikelrohemissionen
Tenneco hat eine Simulationssoftware entwickelt, die Einflüsse auf Partikelrohemissionen analysiert, sie mittels Partikelindikator darstellt und so die Auslegung von Kolbenringpaketen optimiert. Mithilfe dieses systemischen Entwicklungsansatzes konnten beispielhaft Reduzierungen der Partikelrohemissionen von bis zu 39 % in WLTC- und RDE-Fahrprofilen erzielt werden.
OPTIMIERUNG VON GAS-, KRAFTSTOFFUND SCHMIERÖLFLUSS
Gesetzesvorgaben zur Abgas- und Partikelemission stellen die Antriebsstrangentwicklung vor große Heraus forderungen. Trotz des Einsatzes von Partikelfiltern, die zur Reduzierung der Partikelemissionen beitragen, werden bei Betriebsszenarien wie Kaltstart oder hohen Lastsprüngen in Hybridanwen-
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dungen die Grenzen erlaubter Partikel emissionen gerade im Hinblick auf sich verschärfende gesetzliche Anforderungen überschritten. Dies macht effizientere Verfahren erforderlich [1, 2]. Neben der direkten Einflussnahme auf die Partikelentstehung durch Optimierung des Verbrennungsprozesses selbst wurde die Notwendigkeit in der Motorenentwicklung erkannt, die Sekundärwirkungen von Gas-, Kraftstoff- und Schmierölfluss unter den Belastungen
innerhalb des Motorzyklus zu optimieren. Die Auslegung des Systems KolbenKolbenring-Zylinder ist eine der zentralen Herausforderungen zur Reduzierung der Partikelrohemissionen. Vor diesem Hintergrund hat Tenneco Powertrain einen systemischen Ansatz für eine optimierte Auslegung zur Reduzierung von Partikelrohemissionen entwickelt und anhand von Motorversuchen validiert. EINFLUSS DER KOLBENRINGGRUPPE
Mechanismen, die Einfluss auf die Par tikelanzahl nehmen, sind in BILD 1 dargestellt. Um die Auswirkung der Mechanismen bewerten zu können, müssen diese nach Zeitpunkt und Ausprägung während eines Motorzyklus für die be trachteten Betriebspunkte aufgelöst werden. Je nach Kurbelwinkel erfolgt eine vorwiegende Beeinflussung der Part i kelentstehungsprozesse durch Forma-
AUTOREN
Thomas Bastuck, M. Sc. ist Project Manager Pre-Development bei der Unternehmenssparte Powertrain von Tenneco in Burscheid.
Florian Böhnke, M. Eng. ist Project Engineer Pre-Development bei der Unternehmenssparte Powertrain von Tenneco in Burscheid.
tion oder Oxidation. Je nach Ausprägung des Mechanismus ist das Wirk potenzial auf die Partikelanzahl gering oder erhöht. Beeinflusst werden die Partikelentstehungsprozesse wie Partikelnukleation und -oxidation durch die in freien Volumina befindlichen kohlenwasserstoffhaltigen Fluide im System Kolbenring-Kolben-Zylinder. Auf den Transport der Fluide wirken sich Relativbewegungen zwischen Kolben und Ringen, Verschleiß, Mangelschmierung, Zwischenringdrücke, Zylinderverzug und Kolbenringabdichtfähigkeit aus. Aufgrund der Komplexität der Kom ponentenwechselwirkungen unter Be triebsbedingungen müssen die Auswirkungen auf die physikalischen Kennwerte innerhalb der Kolbenringgruppe unter analytischen Gesichtspunkten untersucht werden. Die Simulation liefert hie
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