Improvement of the floating-liner method for measuring piston group friction by using double helical belts

Abstract

ZusammenfassungDie mechanischen Verluste von Verbrennungsmotoren hängen maßgeblich von den auftretenden Reibkräften innerhalb der Kolbengruppe ab. Da die Kolbengruppe das komplexeste tribologische System im Motor darstellt, ist ein hohes Systemverständnis notwendig, um die Bauteile gezielt zu optimieren. Um dieses Maß an Systemverständnis zu generieren, müssen die auftretenden Reibungsverluste direkt und kurbelwinkelaufgelöst gemessen werden. Eine Möglichkeit dazu bietet die Floating-Liner Methode, bei der in Einzylinder Forschungsmotoren die Laufbuchse axial schwimmend auf Kraftmessdosen gelagert wird. Eine Einschränkung dieser Messmethode ist die hohe Anfälligkeit für Störungen, vor allem aus Schwingungen des Motorbetriebs. Ein Teil dieser Schwingungen stammt aus dem Nockenwellen-Antrieb und dem bei Einzylindermotoren typischerweise verbauten Massenausgleich. Riementriebe mit kontinuierlichem Zahneingriff wie beispielsweise doppelschrägverzahnte Riemen können in der Theorie den Schwingungseinfluss dieser Antriebe reduzieren. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Riementriebe eines Einzylinder Forschungsmotors zur Reibkraftmessung nach dem Floating-Liner Prinzip mit solch doppelschrägverzahnten Riemen ausgestattet. Der kontinuierliche Zahneingriff reduziert die mittlere Schwingungsbreite der auftretenden Schwingungsanregung des Kraftsignals in Abhängigkeit der Motordrehzahl um bis zu 22 %. Eine genaue Schwingungsanalyse zeigt zudem, dass, im Gegensatz zum geradverzahnten Riemensystem, keine Anregungen durch die verbauten Riemenscheiben mehr auftreten. Zusätzlich wird die Amplitude der Schwingungsanregung der Kraftmessung reduziert. Insgesamt bieten somit doppelschrägverzahnte Riementriebe eine einfache Möglichkeit, die Störgrößen in für Schwingungen anfälligen Systemen, wie den Forschungsmotoren zur Reibkraftmessung, deutlich zu reduzieren.