Moderne Dieselkolben – Entwicklung und Technologien

Autoren

Dr.-Ing. W. Ißler, Dipl.-Ing. E. Kopf, Mahle GmbH, Stuttgart

Jahr

2004

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 566

Zusammenfassung

Direkteinspritzende Dieselmotoren, insbesondere für PKW-Anwendungen, erfahren durch deutliche Verbesserungen in der Einspritz- und Aufladetechnologie eine kontinuierliche Erhöhung der Leistung. Dies führt zu Steigerungen der mechanischen wie auch der thermischen Beanspruchung der brennraumnahen Bauteile, insbesondere des Kolbens. PKW-Motoren werden teilweise inzwischen für spezifische Leistungen von 60 kW/l und mehr entwickelt, die Mitteldrücke liegen, wie auch für NKW-Motoren, deutlich über 20 bar. Hieraus resultieren größere in den Kolben einfallende Wärmemengen und demzufolge auch ein erhöhter Bedarf für eine wirkungsvolle Kolbenkühlung. Auch die mechanische Beanspruchung in Form des Verbrennungsspitzendrucks von 170-200 bar, im NKW-Bereich noch darüber, verschärft die Auslegungsbedingungen für den Kolben. Aus den Brennverläufen, die zu derartigen Zünddrücken führen, können zudem Druckverläufe mit negativen Auswirkungen auf die Kolben-Zylinder-Dynamik (Geräusch, Kavitation) resultieren. Hier kommt zur Systemoptimierung die numerische Simulation der Kolbenbewegung unter Berücksichtigung der Bauteilsteifigkeiten und konstruktiven Randbedingungen zum Einsatz, die durch Ergebnisse der motorischen Erprobung validiert wurde und somit erfolgreich in Parameterstudien eingesetzt werden kann. Technologisch sind Aluminiumkolben mit unterschiedlichen Kühlkonzepten, aber auch lokal faserverstärkte Aluminiumkolben, teilweise mit eingeschrumpften Nabenbuchsen, andererseits – bevorzugt im NKW-Bereich – Stahlkolben, inzwischen überwiegend einteilig, Stand der Technik mit dem Potential, auch Verbrennungsspitzendrücke über 180-200 bar sicher aufnehmen zu können.

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