Maßnahmen zur Optimierung von Reibung und Verschleiß im Kolbenring-Zylinderwand-Tribosystem

Die Einführung neuer Schmierstoffnormen bei Motorenherstellern führt zu Veränderungen in den Reibungssystemen von Motoren. Die neu entstehenden Schmierstoffformulierungen werden gezielt für die Verwendung von Dieselmotoren mit Partikelfiltern entwickelt und weisen dafür Additive mit reduzierten Aschebildnern („low ash“-Öle) auf. Entsprechend der Vereinheitlichung der verwendeten Ölspezifikationen soll die zukünftige Ölsorte sowohl in allen neuen Otto- und Dieselmotoren zum Einsatz kommen als auch abwärtskompatibel zu den derzeit gültigen Ölnormen gleichermaßen für die bereits im Feld befindlichen Aggregate einsetzbar sein. Aus diesem Zusammenhang gliedert sich die Aufgabenstellung in die folgenden drei Themenbereiche. 1. Zunächst ist zu klären, wie sich das Reibungs- und Verschleißverhalten speziell im System Kolbenring–Zylinderwand mit dem Einsatz einer neuen Schmierstoffformulierung in einem hochbelasteten direkteinspritzenden Dieselmotor verändert. Für diese Untersuchungen stehen Aggregate zur Verfügung, die sowohl unbefeuert auf dem Reibleistungsprüfstand als auch am Motorprüfstand mithilfe der Radionuklidtechnologie zur zeitaufgelösten Verschleißmessung betrieben werden können. Mit diesen Methoden soll das tribologische System genauer untersucht und analysiert werden, um so ein Risiko für den Einsatz neuer Schmierstoffe abschätzen zu können. 2. Im zweiten Schritt sollen die aus dem motorischen Betrieb erhaltenen Ergebnisse dazu dienen, einen Modellversuch abzuleiten, um so zukünftig ein kostengünstiges und jederzeit reproduzierbares Entwicklungswerkzeug zu erhalten. Dazu wird das tribologische System eines Zylinders inklusive Kolben, Kolbenringen und Schmierstoff herausgegriffen und mithilfe eines Tribometers realitätsnah dargestellt. Das Verschleißverhalten im Modell soll dabei idealerweise dem des motorischen Betriebs entsprechen. 3. Im dritten Schritt wird die Möglichkeit geprüft, ob sich das einstellende Verschleiß- und Reibungsverhalten anhand von tribologischen Kenngrößen und Effekten im oberflächennahen Bereich der Reibpartner nachvollziehen lässt. Diese frühzeitigen Betrachtungen könnten dazu dienen, eine Trendaussage bezüglich einer neuen tribologischen Paarung zu treffen, um so kostenintensive Großversuche weiter zu reduzieren. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse soll eine stetige Weiterentwicklung der Kolbengruppe sowie ihrer Bestandteile Kolben, Kolbenringe, Schmierstoffe und Zylinderlaufflächen ermöglicht werden, so dass Verbesserungen auf dem Gebiet der Reibung und des Verschleißes in die Serienproduktion einfließen können.