EnviroKool: Indirekter Wärmetransport im Kolben
Federal-Mogul ist einer der wichtigsten Spezialisten für Stahlkolben. Um die Vorteile des Konzepts für künftige Hochleistungsmotoren nutzen zu können, werden diese Bauteile laufend verbessert. Die jüngste Idee ist eine Verbesserung des Wärmehaushalts im Kolben mittels Edelgas und Öl
- Florian Pillau
Plymouth, Michigan (USA), 11. Juli 2016 – Der Automotive-Zulieferer Federal-Mogul ist einer der wichtigsten Spezialisten für Stahlkolben. Um die Vorteile des Konzepts auch in künftigen Hochleistungsmotoren nutzen zu können, werden diese Bauteile laufend verbessert. Die jüngste Idee ist eine Verbesserung des Wärmehaushalts im Kolben mittels Edelgas und Öl.
Federal-Mogul liefert seit 2003 geschweißte Stahlkolben für Nutzfahrzeugdieselmotoren. Ein Grund sind die immer weiter steigenden Zylinderspitzendrücke. In den 90er-Jahren waren das rund 190 bar, die noch mit einem zweiteiligen Leichtmetallkolben beherrscht werden konnten. Heute sind es bereits 220 bar – Federal-Mogul nimmt an, bis 2020 werden sie jährlich im Schnitt um weitere sieben bar ansteigen.
Diese Entwicklung ist nicht auf Nutzfahrzeuge beschränkt, für einen Wettbewerber von Federal-Mogul, Mahle, hat sich der Transfer zum Pkw bereits ausgezahlt. Mahle konnte über 30 Jahre Erfahrung mit Nkw-Stahlkolben in die Weiterentwicklung im Pkw-Selbstzünder einbringen und schon seit einigen Jahren setzen Renault und Mercedes-Benz sie in ihren 1,5- und 1,6-Liter-Pkw-Motoren serienmäßig ein.
Effizienzpotenzial im Prozentbereich
Es dürften nicht die letzten Stahlkolben in Pkw sein, denn allein durch die Vorteile ihrer kompakteren Bauform und der damit einhergehenden geometrischen Verbesserungen im Kurbeltrieb, verminderter Dehnung sowie einer geringeren Wärmeleitfähigkeit und leichteren Bauteilen ergeben sich Effizienzpotenziale im Prozentbereich. Für einen Pkw-Fahrer klingt das wenig, für Lkw-Hersteller unter Verbrauchsvorschriftsdruck und im Hinblick auf seine bei Betriebskosten extrem sensiblen Kunden ist das genug, um diese Technik erfreut aufzugreifen.
Ein Charakteristikum des Stahlkolbens ist seine geringere Wärmeleitfähigkeit. Sie vermeidet zwar Energieverluste bei der Verbrennung und macht diese dadurch effizienter, allerdings zum Preis höherer Anforderungen an die Kolbenkühlung. Sie galt es nun weiterzuentwickeln. Um den Wärmehaushalt der Kolben zu regeln, hat man schon früh Konzepte entwickelt, welche die überschüssige Hitze abführen konnten. In den riesigen Zweitakt-Dieseln der Supertanker sind die Kolben wassergekühlt, doch ist das nur in diesen mit nur ca. 100/min extrem langsamlaufenden Motoren mit Kreuzkopf und Kolbenstange sinnvoll.