Entwicklung und experimentelle Untersuchung einer Hochdruckpumpe für Ottokraftstoff basierend auf ingenieurkeramischen Gleitsystemen
Jan Patrick Häntsche
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Jan Patrick Häntsche, Entwicklung und experimentelle Untersuchung einer Hochdruckpumpe für Ottokraftstoff basierend auf ingenieurkeramischen Gleitsystemen (2010), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599713
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Beschreibung / Abstract
Mit der im Rahmen der vorliegenden Arbeit aufgebauten Hochdruck- Kraftstoffpumpe konnten die Umsetzbarkeit und das Potenzial ingenieurkeramischer Gleitsysteme für die Anwendung in Hochdruck- Kraftpumpen für Ottokraftstoff nachgewiesen werden. Dabei konnte ein Betriebsbereich von 100 bar bis 500 bar bei Pumpendrehzahlen von 300min-¹ bis 2900min-¹ unter geringer Reibung und wenig Verschleiß funtionssicher dargestellt werden. Der realisierte maximale Förderdruck liegt damit trotz Medienschmierung in beiden Gleitsystemen (Nocken- Gleitschuh- Kontakt und Kolben- Zylinder- Kontakt) um den Faktor 2,5 über dem aktuellen Stand der Technik von Hochdruck- Kraftstoffpumpen für Ottokraftstoff. Die begrenzende Größe für eine weitere Anhebung des Förderdrucks ist dabei nicht eines der Gleitsysteme mit ingenieurkeramischen Komponenten. Sie liegt vielmehr in der Prüfstandsperipherie und der mechanischen Belastung der modellhaften Hochdruck- Kraftstoffpumpe begründet, die zu Beginn der Arbeiten nur für 300 bar Förderdruck ausgelegt war. Die favorisierte (SSiC) in Selbstpaarung. Zusätzlich kommen auch einige Mischpaarungen aus der Keramik und dem Wälzlagerstahl 100Cr6 in Frage. Die vorliegende Arbeit zeigt damit eine gangbare Lösung für die Herausforderung einer Anhebung der Einspritzdrücke für die Benzin- Direkteinspritzung der Zukunft auf.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung und Aufgabenstellung
- 2 Benzin-Direkteinspritzung
- 2.1 Grundlagen der Gemischbildung
- 2.2 Betriebsstrategien und Brennverfahren
- 2.3 Anhebung des Einspritzdrucks über 200 bar
- 2.4 Einspritzsystem
- 3 Tribologie
- 3.1 Tribosystem
- 3.2 Technische Oberflächen und Kontaktvorgänge
- 3.3 Kinematik und Grenzflächendynamik
- 3.4 Reibung
- 3.5 Verschleiß
- 3.6 Schmierung
- 4 Technische Keramik
- 4.1 Aufbau und Eigenschaften technischer Keramik
- 4.2 Technische Keramik als Konstruktionswerkstoff
- 5 Versuchsträger
- 5.1 Konstruktiver Aufbau der Hochdruckpumpe
- 5.2 Kinematik und Gleitsysteme der Hochdruckpumpe
- 5.3 Analyse der Tribosysteme und ihrer Beanspruchung
- 5.4 Hydraulischer Prüfstand
- 6 Werkstoffe der Untersuchung
- 6.1 Technische Keramik
- 6.2 Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff (CFC)
- 6.3 Metallischer Referenzwerkstoff der Untersuchung
- 7 Bauteile und Versuchsprogramm
- 7.1 Gleitplatten im Nocken-Gleitschuh-Kontakt
- 7.2 Kolben und Zylinder
- 7.3 Variierte Parameter
- 7.4 Versuchsdurchführung
- 7.5 Ableiten von Konstruktionsrichtlinien
- 8 Messtechnik und Auswertung
- 8.1 Messgrößen und Messaufnehmer
- 8.2 Auswertung der kurbelwinkelaufgelösten Kraftsignale
- 8.3 Kurbelwinkelaufgelöste Reibungszahlen
- 8.4 Integrale Größen
- 8.5 Verschleißbestimmung
- 9 Ergebnisse und Diskussion
- 9.1 Theoretische Erwartung und reale Messergebnisse
- 9.2 Signalqualität und Pumpendrehzahl
- 9.3 Gleitgeschwindigkeit und Pumpendrehzahl
- 9.4 Bedeutung des Förderdrucks für die Reibung
- 9.5 Reibarbeit, Reibleistung und Wirkungsgrad
- 9.6 Entwicklung der Reibung über dem Gleitweg
- 9.7 Einfluss des Fördermediums
- 9.8 Verschleißverhalten
- 9.9 Bewertung der Werkstoffpaarung und Geometrie
- 9.10 Konstruktion mediengeschmierter Gleitsysteme
- 9.11 Weiterentwicklung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe
- 9.12 Schlussfolgerungen und Ausblick
- 10 Zusammenfassung
- Anhang