Foto: Rheinmetall / Kolbenschmidt

Motorenentwicklung

Kolben spart Kraftstoff

Hochleistungsfähig und gleichzeitig sparsam – solche Ottomotoren werden von Kunden und Regulierung ebenso gefordert. Kolbenschmidt hat dafür die 5. Generation der Liteks Kolben entwickelt.

Entwicklungsziel der neuen Kolbengeneration war eine möglichst hohe Reibungsreduktion, ohne die Dauerfestigkeit negativ zu beeinflussen – eine Gradwanderung. Dabei baut LiteKS 5 auf seinem Vorgängermodell LiteKS 4 auf. Das Konzept erzielt jedoch durch den Einfluss von Schaftsteifigkeiten und des weiter optimierten Kolbenprofils eine verbesserte Anpassung des Schaftes an die Zylinderlauffläche. Dies bewirkt eine Reibungsreduzierung, ohne die Geräuschentwicklung oder die Lebensdauer des Kolbens negativ zu beeinflussen. Im Motorbetrieb unterliegen Druck- und Gegendruckseite unterschiedlichen Randbedingungen zwischen den Schaftflächen und dem Zylinder. Diese Randbedingungen spiegeln sich in größeren beziehungsweise kleineren Abstützzonen wider – das Kolbenhemd ist asymmetrisch ausgeformt. So können die unterschiedlichen Kräfte aufgenommen werden und der Kolben bleibt gleichzeitig flexibel genug, um die hydrodynamische Kraft zu minimieren. Die verbesserte Anpassung an die Zylinderlauffläche reduziert laut Hersteller die Reduzierung um bis zu zwanzig Prozent des Reibverlustes am Kolbenschaft. Dies macht sich auch in einer Kraftstoffersparnis von rund einem Prozent im WLTP-Zyklus im Vergleich zur Serienreferenz bemerkbar.

Prüfstandsmessungen mit guten Ergebnissen

Die ersten Prototypen der neuen Kolbengeneration wurden in einem Floating-Liner-Motor (Testmotor zur Untersuchung der Reibung der einzelnen Komponenten) untersucht und konnten die Reibungsvorteile belegen. Unter Teillast-Bedingungen, die für den Realbetrieb von großer Bedeutung sind, reduzierte sich die Reibleistung um rund 15 Prozent im Durchschnitt. Um die tatsächliche CO2-Einsparung zu quantifizieren, wurden die Messergebnisse des Floating-Liner-Motors und der elasto-hydrodynamischen Mehrkörpersimulationen des LiteKS 5 Konzepts in einem Fahrzeug der Klasse C im WLTP und im FTP-75 – dem US Zyklus für Stadtfahrten - simuliert. Die Ergebnisse zeigten den oben genannten Gewinn von rund einem Prozent. Die Vergleichswerte stammten dabei aus einer Serienreferenz und den Ergebnissen der Vorgängergeneration Liteks-4 aus den vergangenen Jahren. Sie wurden zudem durch Messungen eines internationalen OEMs bestätigt.

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