Measurement techniques for piston ring rotation, engine oil emission and blow by have been implemented on a single-cylinder petrol engine. A novel method of analysis allows continuous and fast real-time identification of the piston ring rotation of the two compression rings, while the mass-spectrometric analysis of the exhaust gas delivers the cylinder oil emission instantly and with a high temporal resolution.Only minor modifications to the piston rings were made for the insertion of the γ-emitters, the rings rotate freely around the circumference of the piston.The idea of this setup is that through online observation at the test bench, instant feedback of the measured variables is available, making it possible to purposefully select and compare measurement points. The high time resolution of the measurement methods enables the analysis of dynamic effects.In this article, the measurement setup and evaluation method is described. Results monitoring the ring gap positions and the exhaust engine oil emission are discussed together with results of blow-by measurements for different speeds and loads. With the production piston assembly, only minor rotational movement of piston rings was apparent at stationary operation. Measurement results of the dynamic effects are discussed.
Within the FVV-Project Piston Ring Oil Transport a novel research engine was developed for the investigation of the lubricating oil management in the piston assembly. The various measurement techniques are applied for detailed studies of the lubricating oil film thickness, oil transport, and the complex movements, and pressure conditions at the system piston assembly.
Ziele des Vorhabens sind die Verbesserung der Messtechnik fur tribologische Untersuchungen in der Kolbengruppe aus dem Vorlaufervorhaben Kolbenring-Oltransport I und die Untersuchung von verschiedenen Betriebsbedingungen und Komponenten hinsichtlich ihres Einflusses auf den Olhaushalt. Der Fokus liegt auf der verbesserten Auflosung der Schmierfilmdickenmessung und der Ringstoslagen. Mit der erweiterten Kapillar- und Lichtleiterkonfiguration werden neue Oltransportvorgange entlang des Kolbenringpakets mittels Tracerinjektion und simultaner LiF-Messung beobachtet. Das methodische Vorgehen bei der optischen Analyse des Kapillarfullungsgrades wird an einem Labor-Druckprufstand weiterentwickelt.
Des Weiteren werden komplexe Simulationsmodelle erstellt, mit denen die Kolbensekundar-bewegung, die Kolbenringbewegung, die Gasstromung im Ringpaket und der Oltransport im Ringpaket geklart werden konnen. Die Kolbensekundarbewegungsrechnung basiert auf einer FEM-Diskretisierung die aus CAD-Modellen samtlicher Bauteile abgeleitet ist. Die dreidimensionale Berechnung der Kolbenringbewegung erfolgt unter Berucksichtigung dynamisch wirkender Krafte aus der Bewegung, der Ringreibung, dem Gasdruck und den Zwischenring- drucken. Die Elastizitat der Ringe wird berucksichtigt, so dass Biegung, Torsion und damit auch das Twisten abgebildet werden konnen. Nut- und Ringgeometrie sowie thermisch bedingte Verzuge fliesen ebenfalls in die Berechnung mit ein. Als Ergebnisgrosen stehen neben den Ringbewegungen und -lagen auch die Gasstromungen und -drucke, Schmierfilmhohen und Verlustleistungen zur Verfugung.
