Abstract The phenomenon of low-speed pre-ignition (LSPI) has gained widespread significance with the growing implementation of downsizing concepts in gasoline engines. Failures of piston top land, second land or skirt are inducing catastrophic engine failures both in testing and field applications. In order to assess the influence of LSPI on the components’ stability the application of realistic load cases is crucial. Classical approaches are not applicable here any more. In this publication a new method is presented, which employs measurement and simulation in order to derive realistic load cases for LSPI influence on pistons. This is done by correlation of gas dynamics measurements and simulations in order to model the propagation of pressure waves during LSPI events. Problems still exist due to the stochastic nature of LSPI pressure amplitudes and subsequent damage accumulations leading to a piston failure. In spite of that, conclusive evidence found about the damage mechanisms allows for a much improved understanding of actual engine failures.

Zusammenfassung Bei Ottomotoren hat das Phänomen der Vorentflammung mit zunehmendem Downsizing an Bedeutung gewonnen. Brüche des ersten Ringsteges oder des Feuersteges können bereits nach wenigen Betriebsstunden zu Motorschäden führen, leider nicht nur in der Erprobung. Für die Auslegung von Kolben gegen das Versagen unter Vorentflammung ist die Anwendung realitätsnaher Lastfälle entscheidend, aber klassische Verfahren greifen hier nicht mehr. In diesem Beitrag wird eine neue Methode der Messung und Simulation zur Ableitung realistischer Druckrandbedingungen bei Vorentflammung am Kolben vorgestellt. Diese Anwendung der Gasdynamik bei der Ausbreitung von Druckwellen aus der Vorentflammung führt zu einer guten Korrelation von Versuch und Simulation. Mit der FEM lassen sich durch diese neue Methode typische Schäden am Kolben gut erklären. Probleme bestehen weiterhin in der stochastischen Variation der Druckamplituden bei den realen Vorentflammungen im Motor und der nachfolgenden Schadensakkumulation. Dennoch erlauben die gefundenen Phänomenologien der Druckwellenausbreitung schon eine schlüssige Ursachenanalyse der in der Praxis gefundenen Schäden.