Local Heat Transfer and Interdependency of Piston Material, Spray and Combustion in High Power Diesel Engines
Weiß L, Wensing M, Engl N, Siegel F, Tilinski M, Zülow D, Passily L (2019)
Publication Language: English
Publication Type: Conference contribution, Abstract of lecture
Publication year: 2019
Event location: Fraunhofer Forschungscampus Waischenfeld
Abstract
Durch steigende spezifische Leistungen von Dieselmotoren werden die Kolbenwerkstoffe immer stärker belastet. Lokale thermomechanische Überlastungen führen zu Schadensbildern, die mit bisherigen Auslegungsverfahren nicht erfasst werden. Ziel war die Analyse der relevanten Schädigungsmechanismen, eine quantitative Beschreibung des Wandwärmeübergangs (lokal, zeitlich aufgelöst) zum Kolben, dessen Auswirkung im Kolbenmaterial sowie die Rückwirkung der heißen Kolbenoberfläche auf die Gemischbildung, Zündung und wandnahe Verbrennung.
Das BFS geförderte Projekt untersuchte die werkstoffwissenschaftlichen und motorischen Wirkzusammenhänge. Anhand der Materialuntersuchungen am AlSi-Kolbenwerkstoff konnte der dominierende Schädigungsmechanismus am Muldenrand identifiziert werden. Darauf aufbauend wurden weitere Materialsysteme untersucht. Belastungstests wurden sowohl im Labor wie am Vollmotor durchgeführt, auch Kolben aus Feldversuchen wurden herangezogen. Auf motorischer Seite wurden in Zusammenarbeit mit experimentellen Untersuchungen Verbrennungs- und FEM-Rechnungen durchgeführt, um die Wärmeübergänge am Kolben zeitlich und örtlich hochaufgelöst zu erfassen. Die thermisch geschädigte Schicht konnte als degradierte Cu-Al Mikrostruktur identifiziert werden, welche erosiv angegriffen war. Die ermittelte Einsatzgrenztemperatur von 440°C stellt für Al-Legierungen ein oberes Limit dar. Für höchstbelastete Kolbenwerkstoffe zeigten Stähle mit hoher Zunderbeständigkeit die größten Potentiale. Schichtsysteme auf Al-Kolben sind zwar geeignet, deren Einsatzgrenzen zu erhöhen, thermodynamisch und kostentechnisch aber den Stahlkolben unterlegen.
Die Ergebnisse dienen als Grundlage für eine Modellierung der thermomechanischen Ermüdung unter Berücksichtigung der transienten Oberflächentemperaturen.
Authors with CRIS profile
Lukas Weiß
Professur für Fluidsystemtechnik
Michael Wensing
Professur für Fluidsystemtechnik
Nicole Engl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)
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How to cite
APA:
Weiß, L., Wensing, M., Engl, N., Siegel, F., Tilinski, M., Zülow, D., & Passily, L. (2019, October). Local Heat Transfer and Interdependency of Piston Material, Spray and Combustion in High Power Diesel Engines. Paper presentation at Workshop ENCOM 2019, Waischenfeld, 16./17.10.2019, Fraunhofer Forschungscampus Waischenfeld, DE.
MLA:
Weiß, Lukas, et al. "Local Heat Transfer and Interdependency of Piston Material, Spray and Combustion in High Power Diesel Engines." Presented at Workshop ENCOM 2019, Waischenfeld, 16./17.10.2019, Fraunhofer Forschungscampus Waischenfeld 2019.
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