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| Aluminiumkolben für Dieselmotoren |
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Einspritzdrücke bis 2.000 bar, Mittel-
drücke über 20 bar, Spitzendrücke von 170 bis 200 bar, spezifische Leistungen bis 80 kW pro Liter und immer geringere Abgasemissionen - das sind heute die Anforderungen an moderne PKW-Dieselmotoren. MAHLE wird diesen Anforderungen für die verschiedensten Motorkonzepte ge-
recht: ob Direkteinspritzung oder Aufladung mit Ladeluftkühlung.
Um starke Belastungen durch hohe Temperaturen zu beherrschen, verfügt MAHLE über eine Reihe von eigenentwickelten Maßnahmen.
Das MAHLE Programm für Dieselmotoren
MAHLE Kolben für PKW-Dieselmotoren werden aus hochwarmfesten Aluminium-legierungen mit Durchmessern von 65 bis 100 mm gegossen. Standardmerkmale sind: Ringträger aus hochfestem, da austenitischen Gusseisen (Niresist) zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der ersten Ringnut, Salzkernkühlkanäle oder gekühlte Ringträger - und MAHLE GRAFAL®-Beschichtungen zur Optimierung des Schaftlaufverhaltens. Bei Motoren mit besonders hoher Belastung verwendet MAHLE zusätzlich Nabenbuchsen in den Kolbenbolzenbohrungen.
Neue Legierungen für höchste Ansprüche
Speziell für die hohen Temperaturbelastungen in Dieselmotoren sind verbesserte Materialeigenschaften gefragt - für noch mehr Dauerfestigkeit über eine breite Temperaturspanne und ein geringeres Gewicht. Deshalb setzt MAHLE auf neue Legierungen. Bei der Kolbenproduktion für Dieselmotoren zum Beispiel auf die hochwarmfeste Aluminiumlegierung "M174+". Eine Eigenentwicklung, die diese Anforderungen in hohem Maße erfüllt. Außerdem hat MAHLE mit dem neu entwickelten ADC-Verfahren (Advanced Diesel Casting) den Gießprozess verbessert. ADC ermöglicht es, in der hoch belasteten Zone des Muldenrands ein feinkörniges Gefüge zu erzielen, wodurch die Dauerfestigkeit und die Temperaturwechselfestigkeit verbessert werden.
Lokale Verstärkungen für höchste Festigkeit
Um die Kolbeneigenschaften an kritischen Stellen über die Grenze dieses Grundmaterials und des Gießprozesses hinaus zu verbessern, werden Zusatzteile in die Kolbenstruktur eingegossen oder nachträglich eingesetzt.
Neben den beschriebenen Maßnahmen wie das Eingießen eines Ringträgers und das Einsetzen von Nabenbuchsen werden zur Verstärkung der thermisch hoch-belasteten Brennraummulde Fasern aus Aluminiumoxiden infiltriert. Diese Faserverstärkung bewirkt eine erhöhte Dauerfestigkeit, eine verbesserte Steifigkeit sowie eine erhöhte Temperaturwechselfestigkeit. MAHLE verfügt über Herstellprozesse für einen breiten Einsatz dieser Technologie in zukünftigen Dieselmotorkonzepten.
Gekühlte Ringträger für kritische Bereiche
Mit dem gekühlten Ringträger hat MAHLE eine Lösung für die Großserie entwickelt, die eine erhebliche Verbesserung der Kolbenkühlung in den kritischen Bereichen Muldenrand und erster Ringnut bewirkt und die bei neuen Motorkonzepten mit hohen spezifischen Leistungen bereits zum Einsatz kommt.
Der gekühlte Ringträger besteht aus einem Niresist-Ringträger, an dem ein dünnes austenitisches Stahlblech mit Zu- und Ablauföffnungen angeschweißt wird. In den Kolben eingegossen, bringt das kombinierte Einlegeteil die Wärmeüber-tragung an das Kühlöl noch näher an den Brennraum und an die erste Ringnut.
Anders als mit Salzkernkühlkanälen ermöglicht diese MAHLE Lösung eine wesentlich bessere Kühlung der kritischen Bereiche. Ähnlich wie vor Jahren der Übergang vom spritzgekühlten Kolben zum Salzkernkühlkanal-Kolben sieht MAHLE den Dieselkolben mit gekühltem Ringträger als bahnbrechenden Technologiesprung. Seit Beginn der Serienfertigung im Jahr 2001 wurden bis 2007 bereits mehr als zehn Millionen Kolben mit gekühltem Ringträger produziert.