Analysis of the Piston-Bore Interface with Regard to Friction, Combustion Anomalies and Oil Consumption on a Hydrogen Engine

Die deutlich veränderten mechanischen und thermischen Randbedingungen eines Wasserstoffmotors erfordern eine Anpassung des „Kolben-Liner-Kontaktes“ (Linerhonung, Ring- und Kolbendesign). Wegen des höheren Risikos ölinduzierter Vorentflammung beim H2-Motor wurde die Wechselwirkung von Reibung, Blowby und Ölübertrag in den Brennraum sowohl an einem Einzylindermotor („Floating Liner“) als auch an einem Vollmotor detailliert untersucht.
Neben einer Basisvermessung mit Benzin wurden vier unterschiedliche Liner-Honungsvarianten im Wasserstoffbetrieb untersucht. Bewertet wurden die kurbelwinkelaufgelöste Reibkraft und der Ölverbrauch. Die Reibkraft wurde mit piezoelektrischen Sensoren gemessen, während der Ölverbrauch durch Bilanzierung sämtlicher kohlenstoffhaltiger Komponenten in Ansaugluft und Abgas bestimmt wurde, was nur bei Einsatz eines kohlenstofffreien Kraftstoffes möglich ist.
Die Basis der Optimierung war eine in Serien-Ottomotoren genutzte Honung. Drei weitere Laufbuchsen mit unterschiedlichen Oberflächen wurden getestet: eine Laufbuchse mit einer Glatthonung mit geringer Rauheit und kleinem Schmierstoffhaltevolumen, eine Laufbuchse mit Spiralgleithonung mit geändertem Honwinkel und Rautiefen für eine erhöhte Schmierstoffbindung sowie eine Laufbuchse mit einer daraus abgeleiteten Variante als Streifenhonung. Diese spezielle Streifenhonung kombinierte geringe Reibverluste mit ausreichendem Schmierstoffangebot im Bereich des oberen Totpunktes, um Verschleißschutz und optimale tribologische Eigenschaften zu gewährleisten. Die Untersuchungen lieferten wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich tribologischer Optimierung des Kolben-Liner-Kontaktes sowie ölinduzierter Verbrennungsanomalieneigung im Wasserstoffbetrieb.