Modellierungstools für Hersteller von Dieselmotoren
Kavitation, die Bildung und nachfolgende Auflösung von Blasen innerhalb der Zylinderkammer, kann die erwartete Lebenszeit von Dieselmotoren erheblich vermindern. Sie schränkt auch die Motorleistung ein und verursacht ungewollte Luftverschmutzungen. Am PREVERO-Projekt beteiligte Ingenieure zielten darauf, Dieselmotoren durch die Reduzierung der Kavitation und des Schadstoffausstoßes zu verbessern. Um neue Zylinderentwürfe und -materialien zu bewerten, war es notwendig, ein Tool zur Abschätzung des Kavitationsschadens zu entwickeln. Diese Aufgabe wurde vom Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Frankreich in Angriff genommen. Die dortigen Forscher haben einen empirischen Ansatz gewählt, um die Beziehung zwischen Lochtiefe und entsprechender hydrodynamischer Belastung zu bestimmen. Dieser wurde dann auf ein auf die durchschnittliche Lochrate, den durchschnittlichen Lochdurchmesser und der durchschnittlichen Amplitude der Stoßbelastung gestütztes Erosionsmodell erweitert. Anhand von Messdaten des Laboratoire de Thermodynamique et Physico-Chimie Métallurgique (LTPCM) berechnet das Modell die charakteristische Zeit, innerhalb der die gesamte belastete Oberfläche von sich nicht überlappenden Löchern bedeckt ist, sowie die charakteristische Länge der darunterliegenden gehärteten Schicht. Die Länge und die Zeit werden mit einem Faktor kombiniert, um die Erosionsrate zu ermitteln, die als durchschnittliche Penetrationstiefe (MDPR, Mean Depth of Penetration Rate) bezeichnet wird. Die Inkubationszeit kann auch aus der charakteristischen Zeit nach der Anpassung für die Belastungsamplitude hochgerechnet werden. Die Anwendung des Modells im Rahmen von PREVERO zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Labormessungen des wirklichen Masseverlusts. Das Modell wird ein unschätzbares Werkzeug für Ingenieure zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von neuen Motorprototypen im Kampf gegen Kavitation sein.
