Analyse und Optimierung biokraftstoffgeschmierter Tribosysteme in Common-Rail-Pumpen

Von:

Stefan Heitzig

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Es werden biokraftstoffgeschmierte Tribosysteme aus Einspritzsystemen betrachtet. Die Auswirkungen potentieller Biokraftstoffe auf diese geschmierten Kontakte werden erforscht und anschließend nötige und mögliche Optimierungsmaßnahmen vorgestellt. Aufbauend auf der Erläuterung tribologischer Grundlagen folgen simulative und experimentelle Betrachtungen. Mittels EHD-Simulation werden hochbelastete Kontakte in einer Pumpe abgebildet und die Auswirkungen eines Austausches des Zwischenmediums auf Verluste und Werkstoffbelastung bestimmt. Auf der experimentellen Seite wird eine tribologische Prüfkette betrachtet. Grundlegende Effekte werden in definierten und etablierten Modelltests untersucht, während die konkreten Auswirkungen auf bestimmte Kontakte in realitätsnahen Bauteil- und Komponentenprüfständen untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen die starken Auswirkungen des Zwischenmediums auf die Tribosysteme. In Bezug auf die Hochdruckpumpe äußert sich dies im Verschleiß und insbesondere in den energetischen Verlusten. Im letzten Teil der Arbeit optimierungsmaßnahmen für den Kolben-Zylinder-Kontakt speziell im Hinblick auf den Betrieb mit niedrigviskosen Kraftstoffen simuliert und diskutiert. Ziel dieser Maßnahmen ist entweder die Reduktion von Verschleiß oder die Reduktion von energetischen Verlusten. Hierbei wird auf Maßnahmen eingegangen, welche das Belastungskollektiv, den Grund- und Gegenkörper und auch das Zwischenmedium betreffen. Es werden somit die Möglichkeiten aufgezeigt, die sich durch Optimierung und Anpassung der Standardkontakte ergeben. Um einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Pumpe sicherzustellen, sind diese Optimierungen und Anpassungen für einige niedrigviskose Kraftstoffkandidaten unumgänglich.