Höhere Effizienz von Hochleistungs-Ottomotoren

Leichtbaukolben reduzieren Klopfneigung

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Der Elastothermic-Kolben von Federal-Mogul für moderne Downsizing-Ottomotoren ermöglicht es Fahrzeugherstellern, die Literleistung und Kompressionsverhältnisse von Motoren weiter zu erhöhen, ohne dabei deren Laufruhe oder Lebensdauer zu beeinträchtigen.

Der Kolben vereint die Vorteile der Elastoval-Ottokolbenbauweise – eine geringe Masse, reduzierte Reibung bei hoher Strukturfestigkeit – mit einem optimierten Kühlkanaldesign zwischen Topring und Kolbenboden. Die verbesserte Kühlung senkt die Temperatur des Kolbenbodens und mindert das Risiko unkontrollierter Verbrennung, die in modernen, aufgeladenen Ottomotoren mit Benzindirekteinspritzung auftreten kann. Der Elastothermic-Kolben entstand in Federal-Moguls Forschungs- und Entwicklungszentrum in Nürnberg. Der Produktionsstart ist für 2013 geplant.

„Motorenhersteller setzen weiterhin auf noch mehr Turboaufladung, um CO2-Emissionen und Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und die Motorleistung zu verbessern“, erklärte Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. „Unser innovativer Elastothermic-Ottokolben integriert einen Kühlkanal zwischen Kolbenboden und erster Kolbenringnut. Mit ihm können Downsizing-Motoren mit höherer spezifischer Leistung und erhöhtem Kompressionsverhältnis realisiert werden – bei gleichzeitig niedrigem Kolbengewicht, hoher Strukturfestigkeit, geringer Reibung und gutem Geräuschverhalten.“
Der Elastothermic-Kolben ist das jüngste Ergebnis der stetigen Weiterentwicklung von Federal-Moguls Elastoval-Ottokolben. Elastoval zeichnet sich durch kurze Bolzenlagerabstützung und reduziertem Abstand der Seitenwände aus. Die Bolzenaugenabstützung ist bevorzugt konvex ausgeführt. Die Seitenwandstärke kann auf bis zu 2,5 mm reduziert werden. Der Neigungswinkel der Seitenwände lässt sich zur Erhöhung der optimalen Struktursteifigkeit variabel anpassen. Zur weiteren Gewichtsreduzierung können optional tiefe Hinterschnitte mit Rippenabstützung zum Boden hinter dem Ringfeld eingegossen werden.
Tests haben gezeigt, dass der Elastothermic-Kolben die Temperatur des Bodens, am Feuersteg und im Arbeitsbereich des Toprings um bis zu 30 Kelvin reduziert. Dank der kühleren Bereiche an Kolbenboden und Feuersteg eröffnet das Konzept den Motorenentwicklern weiteres Potenzial für Leistung, Drehmoment und Kraftstoffeffizienz. Hinzu kommt ein breiteres Kalibrierungsfenster mit reduziertem Risiko des Klopfens und der Frühentflammung.
Zudem senkt der Elastothermic-Kolben die Temperatur der ersten Ringnut um bis zu 60°C auf unter 250°C. Dadurch reduzieren sich Ablagerungen von Ruß und anderen Verbrennungsrestprodukten. Ölverbrauch und Brennraumabdichtung werden so verbessert, Kolbenringstecken wird inhibiert. Diese Wirkung unterstützt eine sauberere und effizientere Verbrennung. Die niedrigere Betriebstemperatur begünstigt darüber hinaus den Kolbenring- und Nutverschleiß und erlaubt so kostengünstigere Lösungen dieser Komponentenpaarung.
„Die Temperatur im Kolbenboden ist relevant für eine lange Kolbenlebensdauer und reduziertem Kraftstoffverbrauch, wie er sich durch Downsizing erzielen lässt”, sagte Arnd Baberg, Chief Engineer, Piston Product Engineering, Federal-Mogul Powertrain. „Ottokolben werden bei gleichzeitig zunehmender Belastung immer leichter, was die Integration von Kühlkanälen diffiziler macht. Basierend auf unserem Guss- und Produktions-Know-how konnten wir präzise gesteuerte Prozesse entwickeln, um hoch strukturfeste Leichtbau-Kolben mit Kühlkanal zu produzieren.”
IAA, Halle 4.1, Stand E21
Federal Mogul, Tel.: 0611 201 9112
E-Mail: Claas.Gaertner@
federalmogul.com
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