Kanalarbeiten

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Southfield, Michigan/USA, 1. August 2013 – Der Zulieferer Federal-Mogul meldet die Entwicklung eines neuen Kolbens für Ottomotoren. Damit können die Entwickler von Downsizing-Motoren Ladedruck und Verdichtung noch weiter hinaufschrauben und damit wieder ein paar Effizienz-Prozente gewinnen.

Gian Maria Olivetti, Chef der Technikabteilung sagt: "Die Motorenproduzenten erhöhen auch weiterhin den Ladedruck, um den Verbrauch zu senken und die Leistung zu steigern. Mit unseren neuen kanalgekühlten Kolben können diese Downsizingmotoren mit höherem Leistungsniveau bei höherer Verdichtung, aber leise und besonders haltbar laufen".

Neuralgisches Bauteil Kolben

Der neue Kolben soll helfen, Literleistung und Verdichtungsverhältnisse von Motoren weiter zu erhöhen, ohne dabei Laufruhe oder Lebensdauer durch unkontrollierte Verbrennung zu riskieren. Die Hitze kann bei hoher Verdichtung und Belastung, wie sie in Downsizing-Motoren ja gewollt und typisch sind, zu einer Selbstentzündung des Gemischs vor der Einleitung der Verbrennung durch die Zündkerze führen. Die dauerhaft heißeste Oberfläche, an der sich Ölrückstände bilden und halten können, weil sie dort nicht (wie auf dem Auslassventilteller) abbrennen, hat der Kolbenboden. Er ist ja nicht von Kühlwasser durchströmt wie Zylinder und Kopf. Wassergekühlte Kolben gibt es aus naheliegenden Gründen nur in langsamlaufenden (ca. 100/min) Schiffsmotoren mit Kreuzkopf und Kolbenstange. In ihnen führt tatsächlich eine Wasserleitung an der Kolbenstange hinauf zum Kolben (und wieder zurück).

Doch zurück zum Auto: Die bei unkontrollierter Verbrennung im Ottomotor entstehenden Detonationen stemmen sich gewaltsam gegen den noch aufwärtsgehenden Kolben und haben dabei mit ihrer gegenüber der normalen Verbrennung über 100-fach schnelleren Flammfrontgeschwindigkeit ein großes Potential, in kurzer Zeit Kolben, Pleuellager und Kurbelwelle ernsthaft zu schädigen. Ein Knockout im Wortsinn also – der Anglophone spricht in diesem Zusammenhang tatsächlich von "Knock". Bei uns heißt das Phänomen je nach dem äußeren Gehörseindruck „Klingeln“ oder "Klopfen".

Von der Warmfestigkeit zur Klopffestigkeit

Um den Kolbenboden im Auto thermisch zu entlasten, hat Federal-Mogul die Erkenntnisse aus dem Bau hoch belasteter Kolben für Dieselmotoren genutzt. Dort ist die Ölkühlung verbreitet, allerdings ist in Selbstzündern vor allem die sogenannte Warmfestigkeit des Kolbenbodens der Grund: Als Standardlegierung wird aus Kostengründen nach wie vor eine bereits 1926 eingeführte eutektische Legierung mit einem Siliziumgehalt von 11 bis 13 Prozent verwendet. Sie enthält außer Aluminium und Silizium je etwa 1 Prozent Kupfer, Nickel und Magnesium.