Publication VDI: Influenz of oil drain holes

2016 – Einfluss von Ölrücklaufbohrungen auf die Ölemission an einem turboaufgeladenen Benzinmotor

I. Papadopoulos, A. Frommer, R. Künzel, VDI Fachtagung, Baden-Baden, April 2016

“Kurzfassung

Die Ölemission eines Verbrennungsmotors hat einen direkten Einfluss auf den CO2- und Partikelausstoß. Dadurch rückt die Reduzierung der Ölemission vor allem im Rahmen der strengeren Emissionsgrenzwerte für die Automobilindustrie verstärkt in den Fokus. Um dieses Ziel zu erreichen ist ein tieferes Verständnis über die Wirkmechanismen zur Entstehung der Ölemission im Verbrennungsmotor notwendig.

Um gezielt, die von der Kolbengruppe verursachte Ölemission zu bestimmen, wird mit Hilfe eines Massenspektrometers direkt nach dem Auslassventil im Abgaskrümmer ein Teil des Abgasstroms entnommen und analysiert. Das Massenspektrometer wird dabei im Hochpassfilter-Modus betrieben um langkettige, dem Schmieröl zugeordnete Kohlenwasserstoffe detektieren zu können. Um differenzierte und detaillierte Aussagen über die Ölemissionsmechanismen treffen zu können, wird die Ölemission und Durchblasemenge im stationären und transienten Betrieb des Motors für gezielt ausgewählte konstruktive Parameter an der Kolbengruppe bestimmt. Für die Untersuchungen bei transientem Motorbetrieb wird ein speziell dafür entwickeltes hochdynamisches Prüflaufprogramm eingesetzt. Mit einem standardisierten und vollautomatisierten Auswertetool können charakteristische Kennzahlen für die Ölemission und die Durchblasemenge berechnet werden. Diese Kennzahlen spiegeln den Einfluss der verschiedenen konstruktiven Ausführungen einer Kolben- oder Ringvariante auf die Ölemission wider.

In diesem Beitrag werden das Messsystem, das speziell entwickelte Prüflaufprogramm und der Einfluss von konstruktiven Ausführungen am Kolben, wie die Ölrücklaufbohrungen im Bereich des Ölabstreifrings und Durchbrüche an der 3. Ringnutunterflanke, auf die Ölemission und die Durchblasemenge (Blow-by) beschrieben. Mit Hilfe eines besseren Verständnisses für die Ölemissionsmechanismen kann die Ölemission und dadurch die CO2- Emission effektiver minimiert werden.”

 

The oil emission of an internal combustion engine has a direct influence on the CO2 and particle emissions. As a result, the reduction of oil emissions, especially in the context of the stricter emission limits for the automotive industry, is increasingly becoming the focus of attention. To achieve this goal, a deeper understanding of the mechanism of action for the formation of oil emissions in internal combustion engines is necessary.

In order to specifically determine the oil emission caused by the piston assembly, a portion of the exhaust gas flow is taken and analyzed using a mass spectrometer immediately after the exhaust valve in the exhaust manifold. The mass spectrometer is operated in the high-pass filter mode to detect long-chain, the lubricating oil associated hydrocarbons can. In order to be able to make differentiated and detailed statements about the oil emission mechanisms, the oil emission and blow-through quantity in the stationary and transient operation of the engine is determined for specifically selected design parameters at the piston group. For examinations during transient engine operation, a specially developed, highly dynamic test run program is used. With a standardized and fully automated evaluation tool, characteristic parameters for the oil emission and the blow-through quantity can be calculated. These figures reflect the influence of the various structural designs of a piston or ring variant on the oil emission.

This article describes the measuring system, the specially developed test run program and the influence of constructive designs on the piston, such as the oil return holes in the area of ​​the oil scraper ring and openings on the 3rd ring groove lower flank, on the oil emission and the blow-by quantity. A better understanding of the oil emission mechanisms will help to more effectively minimize oil emissions and thereby CO2 emissions.