Experimentelle und analytische Untersuchung der Leckage und Reibung einer modellhaften Kraftstoff-Hochdruckpumpe auf Basis ingenieurkeramischer Werkstoffe

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GRIN Verlag, Jul 10, 2004 - Technology & Engineering - 93 pages
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Diplomarbeit aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Universität Karlsruhe (TH) (Institut für Kolbenmaschinen), Sprache: Deutsch, Abstract: [...] Neben der z.B. variablen Ventilsteuerung wird in modernen Ottomotoren die Technik der Benzindirekteinspritzung (BDE) immer mehr eingesetzt. Da der Teillastbetrieb beim BDE-Motor mit Ladungsschichtung erfolgt, kann der Motor ohne Drosselklappe und die damit verbundenen Verluste betrieben werden. So kann der Kraftstoffverbrauch, sowie der Schadstoff- und CO2-Ausstoß reduziert werden. Der Einspritzdruck bei BDE-Motoren muss jedoch weiter erheblich erhöht werden (momentan bei max. 120 bar), da im Vergleich zur Verdampfung des Kraftstoffs in einem herkömmlichen Saugrohr-Einspritzmotor wesentlich weniger Zeit bei der Gemischbildung zur Verfügung steht. Damit führt eine Druckerhöhung zu einer besseren Gemischbildung, womit eine Wirkungsgradsteigerung des Motorprozesses erreicht wird (Abb. 1.0.2). Beim strahlgeführten Brennverfahren muss der Einspritzdruck stark angehoben werden, da eine Benetzung der Zündkerze mit flüssigem Kraftstoff zu starker Korrosion, Thermoschockermüdung und zur Bildung von Ablagerungen führt und damit eine negative Beeinflussung der Verbrennung darstellt. Ebenso führt ein hoher Anteil an flüssigem Kraftstoff zu einer starken Rußemission. Die Entwicklung einer Hochdruckeinspritzpumpe für die Benzindirekteinspritzung ist somit unumgänglich, um den oben genannten Anforderungen gerecht zu werden. In der Dieseltechnologie ist die Direkteinspritzung bereits Standard und hat sich sowohl im Prinzip, wie auch im Design der einzelnen Elemente bewährt. Hierbei werden Einspritzdrücke bis zu 2000 bar realisiert. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Diesel gegenüber Benzin können die Komponenten jedoch nicht einfach übernommen werden. Die schlechten Schmiereigenschaften von Benzin, bzw. dessen geringere Viskosität und die Adhäsions-Neigung von metallischen Werkstoffen, führen bei einer Erhöhung des Einspritzdrucks bei heutigen Benzineinspritzpumpen zu hohem Verschleiß und schlussendlich zum Ausfall der Pumpe. Die Druckerhöhung auf mindestens 300 bar soll durch den Einsatz ingenieurkeramischer Werkstoffe realisiert werden. Keramische Werkstoffe zeichnen sich vor allem durch eine höhere Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit, sowie geringere Dichte und thermische Ausdehnung gegenüber den metallischen Werkstoffen aus.
 

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Contents

Einleitung
iii
Grundlagen
v
22 Pumpen
11
23 Digitale Signalverarbeitung DSV
19
24 Strömungsmechanik
28
Prüfstand und Messtechnik
40
32 Messtechnik
44
Messergebnisse Teil A Reibung und Verschleiß
48
42 Messergebnisse bei höheren Drehzahlen
50
43 Zylinderdruck und reibungsrelevante Kräfte
53
44 Reibungszahl und Verschleiß
55
45 Messergebnisse Stahlreferenzwerkstoff
59
Messergebnisse Teil B Leckage im KolbenZylinderRingspalt
60
52 Experimentelle und analytische Messergebnisse
66
Zusammenfassung und Ausblick
71

Common terms and phrases

300 bar Förderdruck Aluminiumoxid analog Anpress Anpresskraft Auflage Bauteile Benzindirekteinspritzung Bruchmechanik Couette-Strömung Digitale Signalverarbeitung Digitalfilter Drehzahlen Druck Einsatz Einspritzdruck erhält Experimentelle und analytische Faxial Festigkeit Filter FIR-Filter Fluid Flüssigkeit Fördermedium Fördermenge Fourier-Reihe Fourier-Transformation Fourier-Transformierte Funktion Funten gefilterten Gefügeaufnahme gemessenen Geschwindigkeit Gitterstruktur Gleichungen Gleitschuh große höheren Drehzahlen Hubkolbenpumpen IIR-Filter Impuls Impulsantwort Impulsströme Keramik Kolben und Zylinder Kolben-Zylinder-Paarungen Kolbenkippens Kolbenpumpen komplexe Kontinuitätsgleichung Kräfte Kreiselpumpen Kreiselradpumpe Laufrad Leckage im Kolben-Zylinder-Ringspalt Leckagemassenstrom Leckagemenge Massenströme MATLAB Metall Modellhafte Hochdruckpumpe Navier-Stokes-Gleichungen Nocken Normalspannungs numerischen Ö(p v Ö(pw Ö)T Ö)T Oberfläche Öy Öz Pumpe Rechteckschwingung Reibkraft Reibkraftverlauf Reibung Reibungszahl Rissausbreitung RSiC Schaufelrad Schematische Schubspannungen Schwingungen Siliziumkarbid SiSiC sowie Spalthöhe spezifische Förderarbeit Stahl Stribeck-Kurve Strömungen in Spalten Strömungsmechanik Technische Keramiken Temperaturen Umlaufkolbenpumpen Universität Karlsruhe TH Vergleichsreibungszahlen Verlag Verschleiß Viskosität Volumenelement dV Volumenstrom Weibullmodul Werkstoffe x-Richtung xp(t z-Transformation zeigt zeitdiskrete Signal zeitliche Änderung Zylinderdruck µm Spiel

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