Kolben im Jahr 2020

Nach den Ende 2019 stattfindenden Messen wie der SEMA und AAPEX in Las Vegas und der PRI in Indianapolis sind Motorenbauer, Rennfahrer und Enthusiasten gleichermaßen gespannt darauf, zu erfahren, was es mit der Kolbentechnologie zu Beginn des Jahres 2020 und der diesjährigen Rennsaison im Trend und Neues gibt.

Was die Kolbenhersteller nur allzu gut wissen, ist das, was die meisten von uns als wahr kennen: Die Menschen wollen mehr Leistung erbringen und ihre Motoren aufrüsten! An dieser Tatsache hat sich nichts geändert. Heutzutage hat jedoch jeder vierstellige Leistungswerte im Kopf, und bessere Kolben sind eine der Schlüsselkomponenten, um diese Zahlen zu erreichen.

Die meisten Kolbenhersteller gaben zu, dass es im Jahr 2020 keine großen Innovationssprünge geben wird, doch der Fokus auf Leistung, Qualität und bessere Materialien steht bei einer Vielzahl von Motorplattformen und Anwendungen weiterhin im Vordergrund. Ob dünnere Ringpakete, höhere Qualität, fein abgestimmte Kolben- und Stangenkombinationen, geringeres Gewicht und reduzierte Reibung, Beschichtungen oder Kronenformen – hier erfahren Sie, was dieses Jahr bei den Kolben los ist.

Wie auf den Seiten von Engine Builder in der Januar-Ausgabe zu sehen ist, bleibt die LS-Motorenfamilie auch für Kolbenhersteller eine tragende Säule. Immer mehr Optionen drängen auf den Ersatzteilmarkt und es werden mehr Optionen zu den Lagerbeständen hinzugefügt als kundenspezifische Optionen.

„Wir haben unsere LS-Plattform im LS 5.3L sowohl an der flachen Oberseite als auch an der Kuppel erweitert“, sagt Joe Maylish von Mahle Motorsport. „Das ist immer noch ein enorm heißer Markt mit allem, was mit LS zu tun hat. Der LT 5.3L Drop-In mit Direkteinspritzung war ebenfalls ein Angebot. Wir haben auch einen Drop-In für den Ford 5.2L und für den neuen Toyota Supra und den BMW B58-Motor angeboten.“

„Konkret haben wir mit der LS-Plattform im letzten Jahr eine sogenannte LSX-Kombination eingeführt, einen Kolben, den wir mit flacher Oberseite, Schale und Kuppel entworfen haben und der für mehrere Köpfe der LS-Plattform geeignet ist – LS1, LS2, LS3.“ , LS6, LS7, L92. Das ist etwas, was wir langsam sehen, wo Leute diesen Kolben nehmen und ihn für verschiedene Köpfe verwenden können, und er wird für alle funktionieren.“

Mahles beliebtere Kolben für die LS-Motorenfamilie sind für den L92 und LS3. In ähnlicher Weise haben auch die Leute von Race Winning Brands (JE, Wiseco und Diamond) festgestellt, dass die LS-Kolbenleitungen weiterhin beliebt sind, und haben auch einen größeren Fokus auf Direkteinspritzungs-Kolbenleitungen gelegt.

„Der neueste Trend, den wir sehen, ist die Entwicklung von Direkteinspritzmotoren“, sagt Nickolaus DiBlasi, Leiter des Produktmanagements bei Race Winning Brands. „Bessere Abstimmungen und Fähigkeiten haben eine effizientere Leistungsentnahme aus diesen Motoren ermöglicht. Es ist nicht ungewöhnlich, turbogeladene Motoren mit einem statischen Verdichtungsverhältnis von 10,5–12,5:1 zu sehen. Das Design der Krone ist für die Maximierung der Verbrennung in diesen Motoren von entscheidender Bedeutung.“ Also."

Bei den Verbrauchern erfreuen sich handelsübliche Kolben nach wie vor großer Beliebtheit, aber ein neuerer Trend geht dahin, dass immer mehr handelsübliche Produkte Merkmale aufweisen, die häufiger bei kundenspezifischen Kolben zu finden sind.

„Gasanschlüsse, die früher nur an Rennmotoren zu finden waren, verlagern sich zunehmend auf den Straßengebrauch“, sagt DiBlasi. „Wir sehen, dass viele weitere Funktionen diesem Beispiel folgen.“

Um diese Kunden anzulocken, hat JE Pistons seine SRP Professional-Reihe im Jahr 2618 erweitert. Darüber hinaus wird auch seine Kolbenreihe der Ultra-Serie erweitert, die einen neuen Ansatz für den Schmiedeprozess und High-End-Funktionen aufweist, die üblicherweise bei kundenspezifischen Kolben zu finden sind stark als Standardoption beworben.

Laut Maylish stellte Mahle Motorsport im vergangenen Jahr etwa 13 neue Produkte vor – mehrere gewölbte Small-Block-Chevy-Kolben aus einer 4032-Legierung, die dem Lagerbestand des Unternehmens hinzugefügt wurden, einen gewölbten Small-Block-Ford-Kolben aus einer 2618-Legierung und weitere Kolben dazu ihre BMW PowerPak-Kolbenlinie.

„Wir erhielten viele Anrufe und Kunden fragten nach diesen Kolben, also sahen wir darin eine Chance auf dem Markt und beschlossen, statt zu versuchen, etwas zu fertigen, das für den Kunden maßgeschneidert wäre, lasst uns diese Lagerbestände herstellen, weil wir sie bekommen.“ so viele Anrufe darauf", sagt Maylish. „Wenn es um Innovation und neues Design geht, kommt es oft darauf an, was der Kunde verlangt und was er will.“

Wenn man sich ansieht, was CP-Carrillo vorhat, sagt der Kolbenhersteller, dass er an einer kontinuierlichen Stabilisierung des Teils, Produkt- und Prozessverbesserungen, einer Rationalisierung der Fertigung, einer Beschleunigung von Nachbestellungen und einer verbesserten Wiederholbarkeit arbeitet.

Apropos Produktverbesserung und Wiederholbarkeit: Das Kolbenmaterial hat viel damit zu tun, und sowohl 4032- als auch 2618-Legierungen bleiben die Hauptmaterialien, aber das heißt nicht, dass es an der Materialfront keine Innovationen gibt.

Bei den meisten Kolben werden entweder 2618- oder 4032-Legierungen verwendet, bei denen es sich um großartige Universalmaterialien handelt. Die Kolbenhersteller werden Ihnen jedoch sagen, dass es bei neuen Legierungen und Herstellungstechniken noch viel Raum für Verbesserungen gibt.

„Wir haben viel Zeit in die Materialwissenschaft und den Herstellungsprozess unseres Aluminiums sowie in die Umwandlung in Schmiedeteile investiert“, sagt DiBlasi. „Wir testen ständig neue Materialien und auch neue Methoden zum Schmieden und Bearbeiten von Kolben. Wir sind nicht nur innovativ, sondern suchen auch nach bahnbrechenden Technologien.“

In dieser Hinsicht beziehen die Kolbenhersteller von Race Winning Brands häufig kundenspezifische Legierungsmischungen, die für andere Branchen entwickelt wurden, und testen sie für Motoranwendungen auf Herz und Nieren.

„Wir testen und kaufen oft neue Legierungen, die in der Automobilindustrie nicht verwendet werden“, sagt DiBlasi. „Wir haben fünf verschiedene Legierungen zur Hand. Einige befinden sich in der Entwicklung. Bei einigen handelt es sich um eine spezielle Regierungslegierung, die sie für die Luft- und Raumfahrt entwickelt haben. Bei anderen haben wir uns einfach etwas ausgedacht und wollten sehen, wie es funktioniert.“

Die größte Herausforderung für die meisten Kolbenhersteller besteht darin, die perfekte Legierungskombination zu finden. Der Großteil des Materials, das im Aftermarket für Hochleistungsmotoren verwendet wird, ist 2618. Die 2618-Legierung hat einen geringen Siliziumgehalt und eine große Wärmeausdehnung zwischen ihrem Kaltpunkt und ihrem Warmpunkt – sie verändert ihre Abmessungen stark.

Andererseits enthält die 4032-Legierung viel Silizium, was sie sehr stabil macht. Tatsächlich ist es so stabil, dass es nicht wächst. Als Nebenprodukt ist es ziemlich spröde und eignet sich am besten für Anwendungen mit geringerer Leistung.

„Leute, die über diese Motoren verfügen, möchten automatisch mit der Aufrüstung beginnen“, sagt Maylish. „Oft versuchen wir immer noch, den Kunden über die Legierung 4032 im Vergleich zur Legierung 2618 aufzuklären. Die Legierung 4032 kann in allem verwendet werden, von einem Rennwagen auf einer kurzen Strecke bis hin zu jemandem, der einen Hot Rod mit weniger als 750 PS hat. Wenn Sie es bekommen Bei mehr als 750–800 PS wird es Leistungsadditive geben, deren Einsatz hauptsächlich auf den Rennsport beschränkt ist. Dort werden die Leute die 2618-Legierung verwenden.

„Auf diese Frage stoßen wir ständig bei Kunden, die anrufen und sagen, dass sie die 2618-Legierung wirklich wollen. Wenn wir sie fragen, was sie tun wollen, sagen sie, dass sie einen Hot Rod für das Wochenende bauen. Wir.“ Ich muss sie auf die 4032-Legierung herunterreden, weil sie keine Hochleistungslegierung benötigen. In unseren sozialen Medien und auf YouTube machen wir Aufklärungsvideos dazu, um den Kunden aufzuklären. Es liegt nicht so sehr am Motorenbauer, sondern am Motor Der Motorenbauer weiß es. Es ist der Kunde, der sich verschiedene Dinge ansieht, die er kaufen kann, und sich im Internet umsieht. Der Motorenbauer kennt die Unterschiede in seinen Legierungen und weiß, was er konkret mit einem Build machen möchte.“

Was den professionellen Motorenbauer interessieren könnte, ist das, woran die Leute bei JE Pistons arbeiten. Sie suchen nach dem heiligen Gral der Legierungen und nach Möglichkeiten, innerhalb der spezifischen Legierungen eine bessere Festigkeit zu erzielen.

„Es ist eine lange Suche nach einem Material, das das Beste aus beiden Welten vereint“, sagt DiBlasi. „Das ist es, was wir suchen. Wir wollen die Robustheit eines 2618 oder stärker, aber wir wollen, dass es sich praktisch nicht bewegt. Wir wollen, dass es wie Stahl ist, egal ob es kalt oder heiß ist, das Wachstum ist so gering.“ Sie können ihn sehr eng fahren. Wenn Sie einen Kolben bei allen Betriebstemperaturen sehr eng auf die Bohrungsgröße bringen können, erhalten Sie eine hohe Ringdichtung und Kolbenstabilität. Sie können die gesamte Kraft dort behalten, wo sie sein muss, und sie übertragen Das."

Die Suche nach besseren Kolben ist nicht neu. Jeder versucht, die Leistung mit einem Kolben zu maximieren, der extrem stark ist, nicht zerbricht und nicht wächst. Die Bemühungen führten zu Kolben aus Metallmatrix, Keramik und verschiedenen Legierungen, aber die Suche nach einer echten Lösung geht weiter.

„Wenn man das Beste aus beiden [2618 und 4032] machen würde, wäre es definitiv eine Hochleistungsanwendung“, sagt DiBlasi. „Wenn man sich 4032 anschaut, hat er eine gewisse Wärmemenge, die er verarbeiten muss, bevor er fertig ist. Man muss über diesen Punkt hinauskommen, um etwas anderes zu brauchen. Aber wenn man sich die Markttrends anschaut, erzeugen Motoren viel mehr Leistung als.“ Das haben sie vor 20 Jahren getan. Tuning ist effizienter, der Kraftstoff ist effizienter und jedes Teil des Motors wird viel stärker beansprucht als zuvor. Jetzt gehen wir an die Grenzen dieser Motoren.

„Wir sind auf der Suche nach diesem exotischen Material für die breite Masse. Man kann Materialien finden, die diesem nahe kommen, allerdings sind die Kosten pro Pfund Metall fünfmal so hoch. Die Herstellung ist sehr teuer und die maschinelle Bearbeitung schwierig.“

Um die Schwierigkeit zu kompensieren, das perfekte Material zu finden, haben die Kolbenhersteller die Erkenntnisse aus dem Rennsport und den OEMs übernommen und kombiniert.

„Wir sind wirklich an einem Punkt angelangt, an dem wir uns mit dem Design befassen und wie wir es integrieren können, um den Nutzen dieses Kolbens zu maximieren“, sagt Maylish. „Das ist uns gelungen, da der LSX-Combo-Kolben für mehrere verschiedene Köpfe geeignet ist.“

Darüber hinaus setzen Hersteller wie Mahle weiterhin Kolbenbeschichtungen und andere Merkmale ein, um die Leistung der Kolben zu verbessern. JE hat sogar damit begonnen, die Kornstruktur des Kolbens zu manipulieren, um zusätzliche Festigkeit und Vorteile zu erzielen.

„Wir haben es erforscht und durchlaufen bereits einen anderen Bearbeitungs- und Schmiedeprozess, der im Wesentlichen die Dynamik der Kornstruktur des Schmiedestücks festlegt und verändert“, sagt DiBlasi. „Wenn Sie ein Stück Aluminium oder Stahl nehmen, haben Sie normalerweise eine Form, Sie stanzen es in eine Form und es richtet im Grunde alle Körner in der Form Ihres Endprodukts aus, aber es richtet nicht alle aus. Mit Mit der aktuellen Schmiedetechnologie bleiben noch etwa 20 % übrig, bei denen man wirklich versuchen kann, die Kornflussstruktur strategisch auszurichten, damit man das Beste aus der gleichen bestehenden Designarchitektur herausholen kann.“

Das ist es, was JE mit seinen Kolben der Ultra-Serie mithilfe der proprietären Aligned Grain Flow-Technologie erreicht hat. Durch das Schmieden des Kolbens auf eine proprietäre neue Art und Weise ist JE in der Lage, den Kornfluss um kritische Teile des Kolbens wie die Bolzennaben, den Kolbenmantel und den Kolbenboden zu lenken. Längere, dünnere Körner, die enger zusammengepresst werden, erzeugen zusätzliche Korngrenzen in den kritischsten Bereichen.

„Normalerweise gibt es eine Steigerung der Kornflussstruktur um etwa 20 %, was in manchen Fällen einer Festigkeit gleichkommt. Sie können entweder einen stärkeren Teil bei gleicher Form und gleichem Gewicht haben oder Sie können etwas Dicke reduzieren und einen genauso starken Teil haben, aber.“ viel leichter. Das war für uns im Moment ziemlich groß.“

Während wir uns mit dem Thema der strategischen Veränderung des Kornflusses eines Kolbens befassen, ist die Form des Kolbenbodens auch eine nützliche Möglichkeit, die Leistung zu steigern. Die Bodenform eines Kolbens wird ständig weiterentwickelt und innoviert, um die Effizienz zu maximieren. Beispielsweise ändern OEMs bei Direkteinspritzmotoren häufig die Kronenform.

„Kronenformen sind mittlerweile viel häufiger anzutreffen“, sagt DiBlasi. „Bei so vielen Motoren mit Direkteinspritzung ist der Einspritzwinkel der Düse, wie viel Druck herrscht, wo er landet und wie viel Rest durch die Form der Krone gelangt, für die Verbrennung von großer Bedeutung. Es ist wirklich wichtig, genau zu wissen, wo.“ In diesem Winkel geht es darum, wofür er gedacht war und was passiert, wenn man den Kraftstoff und die Luft nicht an der Stelle einfängt, an der sie sein sollten.“

Kolbenhersteller verbringen viel Zeit damit, den genauen Winkel nachzuahmen, um den Kraftstoff dort aufzufangen, wo er hin muss. Es ist sehr einfach, Motoren und Kolben zu identifizieren, die dies nicht richtig machen, da es fast sofort zu einem Ausfall kommt.

„Wenn Kraftstoff über die Kronenform an der Oberseite des Kolbens gelangt und dieser nicht eingeschlossen ist, gelangt Kraftstoff an die Zylinderwand und wäscht praktisch das gesamte Öl direkt von der Zylinderwand“, sagt er. „Dadurch erhitzt sich der Kolben und geht schnell kaputt.“

DiBlasi fügte hinzu, dass er dieses Ergebnis vor einem Jahrzehnt bei sportlichen Kompaktmotoren mit Direkteinspritzung beobachtet habe, weil die Kolbenböden den Kraftstoff nicht an der richtigen Stelle hielten.

„Jeder Motor ist so anders – man muss die Kronenform für die jeweilige Kopfanwendung entwickeln“, sagt er. „Es geht wirklich nur darum, auf die Details zu achten und sicherzustellen, dass Sie es optimal für die jeweilige Anwendung entwerfen. Und es steckt noch viel mehr dahinter, als nur die OEM-Form zu kopieren, denn oft ist die OEM-Form zwar zum Auffangen von Kraftstoff konzipiert, aber das ist es auch.“ Außerdem wird es so schnell und so günstig wie möglich hergestellt. Es kommt oft vor, dass Sie die Leistung des OEM maximieren oder ändern müssen, weil Sie mehr daraus machen möchten. Es gibt viel Raum für Verbesserungen. Sie können die Kronenform optimieren und viel mehr Leistung extrahieren, ohne etwas anderes tun zu müssen. Es ist ein sehr kostengünstiges Upgrade.“

Während die Verbesserung des Kolbens schon immer das oberste Ziel der Kolbenhersteller war, folgt dicht dahinter die Sicherstellung, dass Kolben für die breite Masse und für die richtigen Anwendungen verfügbar sind.

Nach Angaben von Mahle Motorsport konnten sie eine Menge Aktivität bei ihren Lagerkolben und einen Rückgang bei Kolben für Ford-, Subaru-, LS-, Chevy- und Dieselanwendungen beobachten. Bei JE waren die LS- und LT-Motoren beliebt.

„LS-Motoren sind wie alle anderen einer unserer größten Wachstumsbereiche“, sagt DiBlasi. „Wir sehen ein enormes Wachstum bei Sportkompaktmotoren mit kleinem Hubraum. Es kommen viel mehr GM LTs auf den Markt. Ich habe viel mehr Coyote und moderne Modulars auf dem Markt gesehen. Das sind die großen Treiber.“

CP verzeichnete auch ein Wachstum im LS- und LT-Markt und förderte außerdem Pro Mod und andere Drag-Race-Anwendungen. Ganz gleich, auf welche Bereiche die Kolbenhersteller abzielen, die einzige Gruppe, die sie immer zufrieden stellen möchten, sind die Motorenbauer selbst.

„Unsere Stärke in unserem Geschäft liegt beim Motorenbauer“, sagt Maylish. „Letztendlich möchte der Motorenbauer etwas, das zuverlässig ist, auf das er sich verlassen kann und bei dem er sich keine Sorgen machen muss, dass er mit irgendwelchen Problemen zurückkommt.“

Genau das wollen die Kolbenhersteller im Jahr 2020 und darüber hinaus erreichen.EB