Potentiale eines lokalen Ölthermomanagements hinsichtlich Reibungsreduzierung

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht die möglichen Potentiale eines lokalen Ölthermomanagements hinsichtlich der erzielbaren Reibungsreduktion respektive der damit einhergehenden Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Der Begriff „lokales Ölthermomanagement“ beschreibt dabei die gezielte Ölversorgung der einzelnen Lager- oder Baugruppen eines Verbrennungsmotors mit Schmieröl, dessen Temperatur und ggf. auch Druck auf den jeweiligen Betriebszustand angepasst bzw. optimiert sind. Da die angedachte Maßnahme auch Betriebszustände mit, in der Teillast unbedenklichen, für die Volllast jedoch kritischen Öltemperaturen umfassen kann, erfordert sie zudem die Fähigkeit, ausreichend schnell auf entsprechend kritische Lastanstiege reagieren zu können. Zur Ermittlung der möglichen Vorteile eines lokalen Ölthermomanagements werden experimentelle und simulative Untersuchungen an einem Reihenvierzylinder Dieselmotor durchgeführt. Der Versuchsträger erfährt im Laufe der Forschungsarbeit weitreichende Modifikationen, insbesondere im Bezug auf seinen Ölkreislauf. Die Untersuchungen dieser Arbeit gliedern sich dabei in drei Abschnitte. In einem ersten Schritt wird das Reibverhalten des Versuchsträgers mittels umfangreicher Messreihen im Stripverfahren vermessen. In einem zweiten Schritt schließen sich gefeuerte (Reibungs-) Messungen nach der Indiziermethode an. Der dritte Schritt führt die bisherigen Ergebnisse in anschaulicherer Weise zusammen. Er beinhaltet eine simulative Abschätzung der Effekte einer lokalen Anhebung der Öltemperatur auf den Kraftstoffverbrauch bzw. die daraus resultierenden CO2-Emissionen im dynamischen Fahrbetrieb. Hierzu werden mittels eines vorwärtsbasierten Fahrzeug-Längsdynamikmodells und einer nachgelagerten Auswertung drei unterschiedliche Fahrprofile untersucht.

The present work investigates the possible potential of a local oil thermal management with regard to the achievable reduction in friction and the resulting reduction in fuel consumption. The term local oil thermal management describes the individual supply of lubrication oil to the bearing groups or subassemblies of an internal combustion engine, where the temperature and, if necessary, the pressure of the oil are adjusted to the respective operating condition. Since the considered measure can also include operating states with oil temperatures that are harmless at partial load but critical at full load, it also requires the ability to react adequately fast to such critical load changes. Experimental and simulative investigations are carried out on an inline four-cylinder diesel engine to determine the potentials of a local oil thermal management. The test engine experiences extensive modifications during the research work, with regards to its oil circuit in particular. The investigations in this work are thereby divided into three stages. In a first step, the frictional behaviour of the test engine is measured by means of series of extensive measurements using the strip-down method. In a second step, fired (friction) measurements using the indication method are carried out. The third step brings together the previous results in a more concrete way. It includes a simulative estimation of the effects of a local increase of the oil temperature on fuel consumption and the resulting CO2 emissions in a dynamic driving scenario. For this purpose, three different driving profiles are investigated by means of a forward-based vehicle longitudinal dynamics model and a subsequent evaluation.