Mahle: Superdiesel nur mit Stahlkolben

Mehr Zünddruck und höhere thermische Belastung versus geringeres Gewicht und verminderte Reibung: So sieht die Aufgabenstellung für Kolbenentwickler aus.

Mehr Zünddruck und höhere thermische Belastung versus geringeres Gewicht und verminderte Reibung: In diesem Spannungsfeld bewegen sich die Ingenieure, wenn sie Kolben für moderne, hochaufgeladene Downsizingmotoren konstruieren. Welche Lösungen ihnen dabei einfallen, präsentierte der Zulieferer Mahle am 20. Juni auf einer Pressekonferenz in Stuttgart.

Den Motor des neuen Mercedes A 45 AMG nahm der Zulieferer als Beispiel dafür, welche Belastungen heutzutage auf den Kolben einwirken können: Mit 130 bar Zünddruck und einer spezifischen Leistung von 136 Kilowatt/Liter weist er die Spitzenwerte im heutigen Motorenbau auf – doch diese Zahlen dürften in näherer Zukunft alltäglich werden.

Kolben mit Kühlkanal

Aktueller Produktionsstand bei Mahle ist der Evotec-2-Kolben. Durch eine spezielle Konstruktion, die Mahle nach eigenen Angaben als einziger Kolbenhersteller verwendet, bietet er hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht. Ausgehend von dieser Konstruktion hat das Stuttgarter Unternehmen zwei Weiterentwicklungen in der Pipeline: Der Evotec SC mit eingegossenem Kühlkanal wird im Betrieb nicht so heiß (minus 25 Kelvin) wie andere Kolben und bietet so eine höhere Festigkeit auch bei extremen Leistungswerten des Motors. Der Kolben mit dem Kühlkanal ist derzeit in der Entwicklung und könnte in zwei Jahren serienreif sein.

Bereits fertig ist die zweite Mahle-Neuheit, der Evolite. Er ist fünf Prozent leichter als der Evotec 2 und stellt den Kolben mit dem niedrigsten spezifischen Gewicht im Mahle-Programm dar. Allein dadurch sinkt die CO₂-Emission im NEFZ um 0,5 Gramm pro Kilometer. Das klingt nach wenig, wird von den Autoherstellern aber gerne genommen – schließlich müssen sie den Kohlendioxidausstoß ihrer Flotten bis 2020 auf 95 Gramm drücken.

Beim Diesel heißt der Trend: Stahlkolben. Im schweren Nutzfahrzeug schon längst etabliert, verspricht er auch im Pkw-Einsatz Vorteile wie geringere thermische Verluste, kompaktere Bauweise, höhere Festigkeit und einen leichteren Kurbeltrieb.

Ohne das vermeintlich veraltete Konstruktionsmaterial Stahl ließen sich laut Mahle Superdiesel mit Zünddrücken von über 200 bar, wie sie beispielsweise VW bereits angekündigt hat, nicht bauen. Allerdings reicht es nicht, einfach den Kolben auszuwechseln – bei der Entscheidung für Stahl muss der ganze Motor angepasst werden. Laut Mahle winken als Belohnung aber immerhin drei Prozent Verbrauchsvorteil, vor allem wegen der geringeren Wärmeleitung des Materials. Das erste Projekt Monotherm geht 2014 in Serie; weitere folgen.

Turbolader mit leichterer Turbine

Zusammen mit dem Joint-Venture-Partner Bosch ist Mahle in die Turboladerfertigung eingestiegen und liefert seit 2012 Lader für den 2,0-Liter-TDI von Volkswagen. Für zukünftige Motoren arbeitet BMTS (Bosch Mahle Turbo Systems) an einem neuen VTG-Design der Turbine. Entwicklungsziele sind besseres Package, niedrigeres Gewicht und eine gesteigerte Dauerhaltbarkeit. Damit will das Unternehmen ein bis zwei Prozent mehr Wirkungsgrad erzielen.

Eine weitere Möglichkeit, das Ansprechen des Laders und damit das Durchzugsvermögen des Motors zu verbessern, ist die Wälzlagerung. Der Verzicht auf Gleitlager verringert die Reibung und wirkt sich besonders beim Kaltstart und im Teillastbetrieb aus. Die Dauerhaltbarkeit soll laut Mahle darunter nicht leiden. Nicht minder vielversprechend ist der Ersatz des Werkstoffs Inconel, aus dem die Abgasturbine derzeit besteht, durch Titanaluminid. Dieses Material spart gegenüber der bisher verwendeten Nickellegierung rund 50 Prozent Gewicht ein, was den Lader deutlich schneller auf Drehzahl kommen lässt.

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