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Ausgewählte Ausgabe: 11-12-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Verbesserte Wärmeableitung sorgt für kühlere Motorventile

Auf der IAA 2017 in Frankfurt stellte Federal-Mogul Powertrain neue Werkstoffe für Ventilsitze und -führungen mit verbesserter Wärmeableitung vor (Bild 1). Die serienreifen Materialien High Thermal Conductivity (HTC) und die Beschichtung mit Thermal Interface Material (TIM) können die Temperaturen am Ventilteller um bis zu 70°C reduzieren. Dies ermöglicht eine verbesserte Verbrennung und niedrigere Emissionen.


Bild 2 Die TIM-Beschichtung von Federal-Mogul Powertrain verbessert die Wärmeleitung zwischen Ventilsitz oder Ventilführung und dem Zylinderkopf.

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Die TIM-Beschichtung von Federal-Mogul Powertrain verbessert die Wärmeleitung zwischen Ventilsitz oder Ventilführung und dem Zylinderkopf.

„Die extremen Ventiltemperaturen in modernen hochaufgeladenen Downsizing-Motoren können zu kürzerer Ventillebensdauer und kritischen Temperaturen in den Führungen und Schaftdichtungen von Ventilen führen. Das macht teure Ventilstahllegierungen nötig. Wenn zudem das Motorklopfen durch spätere Zündung reduziert und die Bauteile durch eine Gemischanreicherung vor hohen Temperaturen geschützt werden sollen, erhöht das die CO2-Emissionen“, erklärt Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer bei Federal-Mogul Powertrain.
„Durch die Verringerung der Temperatur am Ventilteller mittels HTC helfen wir, diese Probleme zu vermeiden. Und mit der Entwicklung serientauglicher Technologien ermöglichen wir die Anwendung in der Großserie.“ Neben der Absenkung kann HTC auch eine gleichmäßigere Verteilung der Temperatur im Bereich des Ventilsitzrings und des umgebenden Zylinderkopfmaterials bewirken. Dadurch entfallen lokale „Hot Spots“ mit hohem Verschleiß und temperaturbedingte Verformungen werden reduziert.

Effizientere Verbrennung und reduzierte Emissionen

Der Ventilsitzring ist die primäre Wärmebrücke vom Ventilteller in den Zylinderkopf und den Kühlwassermantel. Durch eine bessere Wärmeableitung weg vom Ventilteller reduzieren die neuen Ventilsitz-Werkstoffe die Temperaturen im heißesten Teil des Brennraums und senken so die Gastemperaturen am Ende des Verdichtungstakts. Dadurch erhöht sich der Klopfwiderstand und es wird ein breiterer Zündwinkelbereich für eine effizientere Verbrennung ermöglicht. Außerdem lassen sich die bei später Zündung zum Bauteilschutz der Abgasstrecke notwendige Gemischanreicherung und somit die CO2-Emission reduzieren. Bei Auslassventilen hilft jede Reduzierung der kritischen Temperaturen um 20 °C dabei, den Schritt zur jeweils nächsten, teureren Legierung zu vermeiden.
Die Ventilführung ist der Hauptpfad der Wärmeableitung vom Ventilschaft zum Zylinderkopf. Durch die erhöhte Wärmeleitfähigkeit sorgt das neue HTC-Ventilführungsmaterial für lokal niedrigere Temperaturen unterhalb der kritischen Grenze, bei der Ventilschaftdichtungen und Schmierstoffe üblicherweise zu versagen beginnen.

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