Neue Sitze und Führungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit von Federal

Aug 01, 2023

Durch die verbesserte Wärmeübertragung werden die Ventiltemperaturen um bis zu 70 °C gesenkt

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10. August 2017, 11:15 Uhr ET

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BURSCHEID, Deutschland, 10. August 2017 /PRNewswire/ -- Federal-Mogul Powertrain wird auf der IAA 2017 in Frankfurt, Deutschland, neue Materialien für Ventilsitze und -führungen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit vorstellen. Die neuen High Thermal Conductivity (HTC)-Materialien und die Thermal Interface Material (TIM)-Beschichtung sind für die Serienproduktion geeignet und können die Ventilkopftemperaturen um bis zu 70 °C senken, was eine verbesserte Verbrennung und geringere Emissionen ermöglicht.

„Die extremen Ventiltemperaturen, die bei heutigen stark aufgeladenen Downsizing-Motoren auftreten, können zu einer verkürzten Ventilermüdungslebensdauer und kritischen Ventilführungs- und Schaftdichtungstemperaturen führen, was dazu führt, dass teure Ventilstahllegierungen erforderlich sind. Wenn ein später Zündzeitpunkt verwendet wird, um Klopfen und Anreicherung zu reduzieren, ist dies der Fall.“ Durch den Schutz von Komponenten vor kritischen Temperaturen steigen die CO2-Emissionen“, erklärte Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. „Durch die Reduzierung der Ventilkopftemperaturen helfen wir, diese Probleme zu beseitigen, und durch die Entwicklung serientauglicher Technologien sind wir in der Lage, Massenmarktanwendungen zu unterstützen.“ HTC kann auch dazu beitragen, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in Umfangsrichtung auf dem Ventilsitzeinsatz und dem umgebenden Zylinderkopfmaterial zu erreichen und lokale Hotspots zu beseitigen, was zu einer Verringerung des Verschleißes und einer Verringerung temperaturbedingter Verformungen führt.

Wie eine bessere Wärmeübertragung kühlere Ventile bedeutet

Der Sitzeinsatz ist der primäre Wärmepfad vom Ventilkopf zum Kühlmantel des Zylinderkopfes. Indem sie mehr Wärme vom Ventilkopf ableiten, reduzieren die neuen Sitzmaterialien die Temperatur im heißesten Teil der Brennkammer und senken die Gastemperatur am Ende des Kompressionstakts: Dadurch wird die Klopffestigkeit verbessert und ein größerer Bereich der Zündverstellung ermöglicht ermöglichen eine Optimierung der Verbrennung. Die Materialien ermöglichen auch eine Reduzierung der CO2-Emissionen, da keine Kraftstoffanreicherung zur Kühlung erforderlich ist. Bei Legierungen für Auslassventilköpfe entfällt bei jeder Temperatursenkung um 20 °C die Notwendigkeit eines Upgrades auf die nächst teurere Legierungsspezifikation.

Die Ventilführung ist der Hauptwärmepfad vom Ventilschaft zum Zylinderkopf. Durch die stärkere Wärmeableitung vom Ventilschaft senkt das neue Ventilführungsmaterial die lokalen Temperaturen auf unter die kritischen Schwellenwerte, bei denen die Ventilschaftdichtungen und das Schmieröl zu versagen beginnen.

HTC-Materialien für verbesserte Wärmeableitung

Bei den HTC-Materialien von Federal-Mogul Powertrain handelt es sich um Pulvermetallformulierungen, die sowohl in Sitzeinsätzen als auch in Führungen verwendet werden, und die Spezifikationen sind hochgradig konfigurierbar. Ventilsitze nutzen Kupferinfiltration, um die Wärmeübertragung zu verbessern; Ventilführungen, die niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind und Porosität benötigen, um Öl zurückzuhalten, verwenden eine subtile Kombination aus freien Kupferpartikeln und fein miteinander verbundenen Kupferlegierungen. Bei Ventilsitzeinsätzen aus zweischichtigem Verbundwerkstoff ist das Sekundärmaterial des Einsatzes nicht mehr einfach ein kostengünstiger „Träger“ für die funktionelle Sitzschicht, die den Ventilkopf berührt; Es dient einem technischen Zweck, indem es mehr Wärme vom Ventilkopf wegleitet.

TIM-Beschichtung – ein Unterscheidungsmerkmal

Die TIM-Beschichtung von Federal-Mogul Powertrain verbessert die Wärmeübertragung über die Grenze zwischen dem Sitzeinsatz oder der Führung und dem Zylinderkopf erheblich, indem sie die Zwischenräume zwischen den Unregelmäßigkeiten der gegenüberliegenden Oberflächen füllt. Dies eliminiert die winzigen Lufteinschlüsse, die normalerweise den Wärmepfad unterbrechen, und verbessert die Anpassungsfähigkeit an die Zylinderkopfoberfläche. HTC-Materialien können die Ventiltemperatur senken, aber Testergebnisse zeigen, dass die TIM-Beschichtung bei manchen Motoren eine deutlich größere Reduzierung bewirken kann, da sie als Wärmebrücke fungiert und die Barriere zwischen den beiden Komponenten beseitigt. Als kupferbasierte Beschichtung benötigt TIM eine geeignete Abfolge von Vorbehandlungen, um wirksam zu sein, und erforderte eine umfassende Entwicklung durch Federal-Mogul Powertrain, um eine gute Haftung auch auf porösen Oberflächen zu gewährleisten, ohne die Vorteile der Wärmeleitfähigkeit zu beeinträchtigen.

„Die erfolgreiche Entwicklung der TIM-Beschichtung für die Serienfertigung bedeutet, dass die Technologie sofort von unseren Kunden übernommen werden kann“, sagte Denis Christopherson, Leiter Forschung und Entwicklung der Valve Seats and Guides Group bei Federal-Mogul Powertrain. „Durch die Verbesserung des Wärmeflusses über die Grenze zwischen Zylinderkopf und Einsatz ermöglicht die TIM-Beschichtung, dass die Wärmeübertragungsvorteile von HTC voll ausgeschöpft werden.“

Unterstützt durch Testergebnisse

Tests, die im Testzentrum von Federal-Mogul Powertrain in Burscheid, Deutschland, an hochmodernen, leistungsstarken Turbobenzinmotoren mit Direkteinspritzung durchgeführt wurden, haben die Wirksamkeit der neuen Materialien gezeigt. Eine Kombination aus HTC- und TIM-Technologien reduzierte die Spitzentemperaturen am Einlassventilkopf um 26 bis 32 °C. Die Verbesserung der Temperaturen am Auslassventilkopf war sogar noch deutlicher; Bei einem massiven Ventil wurde der Peak um bis zu 70 °C und bei einem hohlen, mit Natrium gefüllten Ventil um bis zu 67 °C reduziert. Die Testergebnisse wurden verwendet, um Vorhersagen aus den fortschrittlichen thermischen Simulationsprogrammen von Federal-Mogul Powertrain zu korrelieren. Dadurch können zukünftige Anwendungen genau beurteilt und optimale Materialien ausgewählt werden, während sich das Motordesign erst in einem frühen Konzeptstadium befindet.

HTC- und TIM-Materialien sind produktionsbereit und Musterkomponenten von Ventilsitzeinsätzen und -führungen werden derzeit bei mehreren Kunden vorläufig getestet. Federal-Mogul Powertrain erhielt eine erste Nominierung mit geplantem Produktionsstart im Jahr 2018. Obwohl sie in erster Linie für Benzinanwendungen mit hoher Nennleistung gedacht sind, könnten sie gleichermaßen für Auslassventilsitze und -führungen bei Hochleistungs-Turbodieseln und für Hochleistungsdieselmotoren von Nutzen sein. Federal-Mogul Powertrain wird die neuen Materialien zusammen mit vielen anderen Produkten auf der IAA vom 12. bis 15. September (nur Presse- und Fachtage) am Stand E33 in Halle 4.1 ausstellen.

Über Federal-Mogul

Federal-Mogul LLC ist ein weltweit führender Anbieter von Produkten und Dienstleistungen für Hersteller und Serviceanbieter von Fahrzeugen und Ausrüstungen in den Bereichen Automobil, leichte, mittlere und schwere Nutzfahrzeuge, Schifffahrt, Schienenverkehr, Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung und Industrie. Die Produkte und Dienstleistungen des Unternehmens ermöglichen einen verbesserten Kraftstoffverbrauch, geringere Emissionen und eine erhöhte Fahrzeugsicherheit.

Federal-Mogul betreibt zwei unabhängige Geschäftsbereiche mit jeweils einem Chief Executive Officer, der dem Vorstand von Federal-Mogul unterstellt ist.

Federal-Mogul Powertrain entwickelt und fertigt Erstausrüstungs-Antriebsstrangkomponenten und Systemschutzprodukte für Automobil-, Schwerlast-, Industrie- und Transportanwendungen.

Federal-Mogul Motorparts verkauft und vertreibt ein breites Produktportfolio über mehr als 20 der weltweit bekanntesten Marken im globalen Kfz-Ersatzteilmarkt und beliefert gleichzeitig Erstausrüster von Fahrzeugen mit Produkten wie Bremsen, Scheibenwischern und einer Reihe von Fahrwerkskomponenten. Zu den Aftermarket-Marken des Unternehmens gehören ANCO®-Wischer; Beck/Arnley®-Ersatzteile und -Flüssigkeiten in Erstausrüsterqualität; BERU®* Zündsysteme; Champion®-Beleuchtung, Zündkerzen, Scheibenwischer und Filter; Interfil®-Filter; AE®-, Fel-Pro®-, FP Diesel®-, Goetze®-, Glyco®-, National®-, Nüral®-, Payen®-, Sealed Power®- und Speed-Pro®-Motorenprodukte; MOOG®-Chassis-Komponenten; sowie Abex®-, Ferodo®-, Jurid®- und Wagner®-Bremsprodukte und -Beleuchtungen.

Federal-Mogul wurde 1899 in Detroit gegründet und unterhält seinen weltweiten Hauptsitz in Southfield, Michigan. Das Unternehmen beschäftigt fast 53.000 Mitarbeiter in 24 Ländern. Weitere Informationen finden Sie unter www.federalmogul.com.

*BERU ist eine eingetragene Marke der BorgWarner Ludwigsburg GmbH

KONTAKT:

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