Motorenöle für Viertaktmotoren

Die Entwicklungen im Automobilbau und in der Motorentechnik sind mit dem Leistungsvermögen der Motorenöle untrennbar miteinander verbunden. Je komplizierter die Motoren gebaut werden, je höher die Leistung und die Verbrauchsoptimierung sind, desto mehr wird das Motorenöl gefordert und muss bis an die Grenze seiner Leistungsfähigkeit gehen. Höhere Verdichtung im Motor, höhere Kolbentemperaturen (vor allem im Bereich des obersten Kolbenrings) moderne wartungsfreie Ventiltriebe mit hydraulischen Stösseln und höhere Temperaturen im Motorenraum belasten die Schmierstoffe für moderne Motoren weit mehr als noch vor 10 Jahren.
Benzin- und Dieselmotoren sind in Kraftfahrzeugen eingebaut. Sie können als Saug- oder Turboladermotoren arbeiten. Ihre Betriebsbedingungen beinhalten sowohl extremen Kurzstreckenbetrieb (80% aller Personenwagen in Westeuropa fahren weniger als 12 km) als auch Langstreckenbetrieb mit jährlichen Fahrleistungen bis zu 300’000 km. Hinzu kommen Ölwechselintervalle zwischen 7000 km in einigen kleinen Dieselmotoren und bis zu120’000 km in modernen Nutzfahrzeug-Dieselmotoren. Dies stellt zum Teil
kontroverse Anforderungen an das Motorenöl. Daher können nicht alle Anwendungsfälle mit einem Schmierstoff abgedeckt werden. Die Motorenhersteller legen die einzusetzende Ölqualität und den zulässigen Ölwechselintervall fest. Die Mineralölindustrie bietet ein umfassendes Sortenprogramm an, welche alle Anwendungsfälle abdeckt.

Aufgaben

Die Leistungen eines Motorenöls sind für das menschliche Auge nicht sichtbar, denn alle Funktionsabläufe spielen sich in geschlossenen Motorensystemen ab. Die Aufgaben von Motorenölen sind vielfältig und deren Leistung bemerkenswert. Die fünf Hauptaufgaben sind nachstehend zusammengefasst:
  • SCHMIERUNG - Das Schmieren von aufeinander gleitenden Teilen ist von entscheidender Bedeutung. Dadurch wird Reibung und Verschleiß vermindert. Je besser dies gelingt, desto leichter läuft der Motor, und es kann Treibstoff eingespart werden.
  • KÜHLUNG - Kühlen des Motors von innen durch Wärmeabführung aus Kolben, Zylindern, Kurbelwellenlagern, Nockenwelle etc. zum Kurbelgehäuse oder durch Einbau eines separaten Ölkühlers.
  • ABDICHTUNG - Abdichten des Ringspalts zwischen Kolben und Zylinder und bei Ventilführungen.
  • KORROSIONSSCHUTZ - Die Bildung von Rost verhindern durch Neutralisation saurer Verbrennungsprodukte, welche die Metallteile angreifen können.
  • DRUCKÜBERTRAGUNG Übertragen des Verbrennungsdruckes vom Kolben über den Pleuel auf die Kurbelwelle.

Anforderungen

Sowohl von der Automobilindustrie als auch von der Verbraucher- und Gesetzgeberseite sind Ziele gesetzt worden, welche die Anforderungen an die Motorenschmierstoffe entscheidend beeinflussen, wie dies nachstehend gezeigt wird.
  • REDZIERUNG VON VERSCHLEISS - Motorenöle müssen dazu beitragen, den Verschleiß an allen Motorenteilen (Kolben, Zylinder, Ventiltrieb, Lager etc.) bei allen Einsatzbedingungen, insbesondere aber beim Kaltstart (optimales Kältefließverhalten) und bei hohen Temperaturen (Schmiersicherheit) so weit als möglich zu reduzieren.
  • MOTORENSUABERKAIT - Von den Motorenölen wird eine hohe thermische Stabilität gefordert, damit auf den Motorenteilen keine Ablagerungen entstehen können. Heutige Anforderungen gehen so weit, dass die Motoren auch nach 100’000 km Fahrstrecke „wie neu“ (englisch : blue print condition) aussehen. Nur mit solchen Ölen können auch verlängerte Ölwechselfristen angestrebt werden.
  • STABILE VISKOSITÄTSLAGE - Optimales Viskositäts-Temperaturverhalten für einwandfreie Funktion im kalten und heißen Zustand. Dies beinhaltet auch eine gute Scherstabilität des Öles.
  • RUSSDISPERGIERVERMÖGEN - Bei Nutzfahrzeug-Dieselmotoren ab Euro II - Norm ist ein extrem gutes Dispergiervermögen des gebildeten Rußes von enormer Wichtigkeit, um eine Eindickung des Motorenöls zu verhindern.
  • DICHTUNGSVERTRÄGLICHKEIT - Um ein einwandfreies Funktionieren des Motors zu gewährleisten, müssen die Motorenöle mit den verwendeten Elastomeren verträglich sein, damit diese weder zu stark quellen, schrumpfen oder verspröden.
  • BERÜCKSICHTIGUNG VON UMWELTASPEKTEN - Moderne Motorenöle tragen zum Umweltschutz bei. Dazu gehören: Die Reduzierung des Treibstoff- und Ölverbrauchs, wodurch auch die CO2-Emissionen (Treibhauseffekt) gemindert werden. Die Verminderung der Abgasemissionen, indem die Öle so formuliert werden, dass der Katalysator über seine gesamte Lebensdauer voll funktionsfähig bleibt. Die Vermeidung der Verwendung toxischer Additive, wodurch die Entsorgung, sei es durch Wiederaufbereitung oder Verbrennung, problemloser wird.
Mercedes Benz schreibt in seinen Betriebsvorschriften 56 einzelne Anforderungen an Motorenöle vor, die in der obigen Zusammenfassung zum großen Teil miteinbezogen sind.

Aufbau von Motorenölen

Motorenöle bestehen aus Basisflüssigkeiten und Additiven. Die Formulierung richtet sich nach den Anforderungen, die an das Motorenöl gestellt werden. Hochwertige Produkte enthalten höhere Anteile an Hydrocrackölen, synthetischen Basisflüssigkeiten und Additiven als qualitativ durchschnittliche Öle, welche nach wie vor hohe Mengen an konventionellen Mineralölen und geringere Additivanteile enthalten.

Die Viskosität bzw. die SAE-Klassifikation des Motorenöls ergibt sich in erster Linie durch die Wahl und Kombination der Basisflüssigkeiten sowie der Menge und des Typs des Viskositätsverbesserers.

Schmierung von 4-Takt Motorrädern

Speziell für 4-Takt Motorräder entwickelte Motorenöle differieren in ihrer Zusammensetzung in einigen Punkten von Fahrzeug-Motorenölen, um eine optimale Schmierung dieses Aggregats zu ermöglichen. Die Unterschiede können wie folgt zusammengefasst werden:
  • Keine Reibwert-Veränderer, um Kupplungsrutschen zu verhindern
  • Geringe Flüchtigkeit, um die Verdampfung des Öls im Brennraum zu reduzieren
  • Niedriger Aschegehalt (< 1%), damit keine Frühzündung eintritt
  • Hohe Scherstabilität, um eine zu starke Viskositätsabnahme zu vermeiden

Klassifikation nach Leistungsvermögen

Motorenöle werden nicht nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterschieden, sondern danach, wie sie sich in Motorentests verhalten oder man beurteilt die Performance in Praxisversuchen und nicht nur im Laboratorium. Zur Prüfung werden Fahrzeugmotoren und Einzylinder-Prüfmotoren herangezogen. Sie werden auf Prüfständen nach genau festgelegten Bedingungen gefahren. Nach den Prüfläufen werden die Motoren zerlegt und alle wichtigen Bauteile (z.B. Kolben, Zylinderlaufbahn, Lager, Ventiltrieb / Ventildeckel, Ölwanne) werden auf verschiedene Kriterien wie Sauberkeit, Schlammbildung, Verschleiß und Spiegelflächenbildung beurteilt. Im Laboratorium werden die Gebrauchtöle auf Viskositätsanstieg und Oxidationsverhalten untersucht. Diese motorischen Prüfungen werden im Coordinating European Council (CEC) in Zusammenarbeit zwischen den Automobilherstellern und den Öl- und Additivlieferanten entwickelt.
Jahrzehntelang waren die weltweit verbreiteten API - (American Petroleum Institute) Spezifikationen das Maß aller Dinge. Es wurden dadurch die wesentlichsten motorischen Anforderungen abgedeckt und die Motorenöle in ein grobes Raster unterteilt, welches dem Verbraucher gewisse Rückschlüsse für einen Einsatz in Benzin oder Dieselmotoren erlaubt.
Da die API - Spezifikationen aber im wesentlichen auf den amerikanischen Markt ausgerichtet sind und sich somit nicht vollständig auf die europäischen Verhältnisse übertragen lassen, haben sich die europäischen Motorenbauer zuerst im CCMC (Comité des Constructeurs Européens du Marché Commun) und ab 1993 in der ACEA (Association des Constructeurs Européens d'Automobiles) zusammengeschlossen.
In dieser ACEA gibt es ein Gremium (Fuels & Lubricants Committee) welches in regelmässigen Abständen die Anforderungen der europäischen Motorenhersteller an die Motorenbetriebsstoffe überprüft und für die Motorenöle in den ACEA-Testsequenzen festlegt.

API-Spezifikationen für Benzin-Motorenöle

SN

Eingeführt per 2010. Für alle momentan im Einsatz stehenden Motoren geeignet. API SN Öle sind gegenüber den SL-Ölen bevorteilt bezüglich Schutz gegen Hochtemperaturablagerungen und Ölverbrauch.

SL

Eingeführt per 1. Juli 2001. Für alle momentan im Einsatz stehenden Motoren geeignet. API SL Öle sind gegenüber den SJ-Ölen bevorteilt bezüglich Schutz gegen Hochtemperaturablagerungen und Ölverbrauch.

SJ

Eingeführt 1996. Für Fahrzeuge mit Jahrgang 2001 und ältere.

SH

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1996 und ältere. Ungültig.

SG

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1993 und ältere. Ungültig.

SF

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1988 und ältere. Ungültig.

SE

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1979 und ältere. Ungültig.

SD

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1971 und ältere. Ungültig.

SC

Für Fahrzeuge mit Jahrgang 1967 und ältere. Ungültig.

SB

Für ältere Fahrzeuge. Ungültig. Nur benutzen wenn spezifisch vorgeschrieben. 

SA

Für ältereFahrzeuge. Ungültig. Nur benutzen wenn spezifisch vorgeschrieben.

API-Spezifikationen für Diesel-Motorenöle

CJ-4

Eingeführt per 2006. Für hochdrehende 4-Takt-Motoren mit >2007 Emissionsgrenzwerten. Für die Verwendung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt bis 0.5% m/m und speziell für Fzg. mit Partikelfiltern.

CI-4

Eingeführt per 2002. Für hochdrehende 4-Takt-Motoren (speziell mit EGR). Für die Verwendung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt bis 0.5% m/m. Kann anstelle von CD-, CE- und CF-Ölen eingesetzt werden.

CH-4

Eingeführt per 1. Dezember 1998. Für hochdrehende 4-Takt-Motoren mit ’98-er Emissionsgrenzwerten. Für die Verwendung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt bis 0.5% m/m. Kann anstelle von CD-, CE- und CF-Ölen eingesetzt werden.

CG-4

Eingeführt 1995. Für hochbelastete, hochdrehende 4-Takt-Motoren mit ’94-er Emissionsgrenzwerten. Für die Verwendung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt unter 0.5% m/m. Kann anstelle von CD-, CE- und CF-4 Ölen eingesetzt werden. Ungültig.

CF-4

Eingeführt 1990. Für hochdrehende 4-Takt- Saug- und Turbomotoren. Kann anstelle von CD- und CE-Ölen eingesetzt werden. Ungültig.

CF-2

Eingeführt 1994. Für hochbelastete 2-Takt-Motoren. Kann anstelle von CDII-Ölen eingesetzt werden.

CF

Eingeführt 1994. Für off-road, indirekt eingespritzte und andere Dieselmotoren, inklusive solcher, welche Treibstoff mit einem Schwefelgehalt über 0.5 % m/m benutzen. Kann anstelle von CD-Ölen eingesetzt werden.

CE

Eingeführt 1987. Für hochdrehende 4-Takt- Saug- und Turbomotoren. Kann anstelle von CC- und CD-Ölen eingesetzt werden. Ungültig.

CD-II

Eingeführt 1987. Für 2-Takt-Motoren. Ungültig.

CD

Eingeführt 1955. Für Saug- und Turbomotoren. Ungültig.

CC

Für Motoren ab 1961. Ungültig.

CB

Für mittelbelastete Motoren gebaut zwischen 1949 bis 1960. Ungültig.

CA

Für leichtbelastete Motoren der ’40-er und ‘ 50-er Jahre. Ungültig.

ACEA-Testsequenzen (Europa) PKW-Benzinmotoren

A1

Mehrbereichsöle XW-20, XW-30, XW-40 für PKW-Benzinmotoren welche geignet sind für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS-Viskosität von 2.6 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Motorische Performance ansonsten wie Kategorie A3. Diese Öle können für einige Motoren ungeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe.

A3

Motorenöle mit hohem Leistungsvermögen für PKW-Benzinmotoren und geeignet für verlängerte Ölwechselintervalle, wenn vom Hersteller vorgeschrieben. HTHS-Viskosität min. 3.5 mPa s bei 150°C. Deutlich verschärfte Anforderungen bezüglich Ölalterung, Ablagerungsbildung, Scherstabilität (stay-in-grade = keine Abweichung von der Viskositätsklasse des Frischöls) und Verdampfungsverlust.

A5

Stabiles „stay-in-grade“ Motorenöl für verlängerte Ölwechselintervalle in Benzinmotoren mit höherem Leistungsvermögen, die speziell ausgelegt sind für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS-Viskosität von 2.9 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Diese Öle können für einige Motoren ungeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe.

ACEA-Testsequenzen (Europa) EURO IV/V DIESELMOTOREN

C1

Low SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität > 2,9 mPa.s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/B5 jdoch mit stark reduzierten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.

C2

Mid SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität > 2,9 mPa.s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/B5 jdoch mit reduzierten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.

C3

Mid SAPS Öl mit hoher HTHS-Viskosität > 3,5 mPa.s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A3/B4 jdoch mit reduzierten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.

C4

Low SAPS Öl mit hoher HTHS-Viskosität > 3,5 mPa.s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A3/B4 jdoch mit stark redzuzierten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.

ACEA-Testsequenzen (Europa) PKW Dieselmotoren

B1

Mehrbereichsöle XW-20, XW-30, XW-40 für Dieselmotoren in PKW’s und leichten Nutzfahrzeugen welche geignet sind für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS-Viskosität von 2.6 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Motorische Performance ansonsten wie Kategorie B3.

B3

Motorenöle mit hohem Leistungsvermögen für Dieselmotoren (vor allem mit indirekter Einspritzung) in PKW’s und leichten Nutzfahrzeugen und geeignet für verlängerte Ölwechselintervalle, wenn vom Hersteller vorgeschrieben. HTHS-Viskosität min. 3.5 mPa s bei 150°C. Deutlich verschärfte Anforderungen bezüglich Ölalterung, Ablagerungsbildung, Scherstabilität (stay-in-grade = keine Abweichung von der Viskositätsklasse des Frischöls) und Verdampfungsverlust.

B4

Mehrbereichsöle mit guter Gesamtleistung vorwiegend für den Einsatz in Dieselmotoren mit direkter Einspritzung von PKW’s und leichten Nutzfahrzeugen Motorische Performance ansonsten wie Kategorie B3.

B5

Stabiles „stay-in-grade“ Motorenöl für verlängerte Ölwechselintervalle in PKW- und leichten Nutzfahrzeug-Dieselmotoren mit höherem Leistungsvermögen, die speziell ausgelegt sind für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS-Viskosität von 2.9 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Diese Öle können für einige Motoren ungeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe.

ACEA-Testsequenzen (Europa) NFZ Dieselmotoren

E4

Scherstabile Motorenöle mit noch höherer Leistung bezüglich Kolbensauberkeit, Verschleiss, Russ-Dispergiervermögen und Ölstabilität gegenüber E3. Für Euro I-, Euro II und Euro III-Dieselmotoren mit sehr schwerer Belastung und signifikant verlängerten Ölwechselintervallen gemäss Hersteller-Empfehlung.

E5

Scherstabile Motorenöle mit effizienter Kontrolle von Kolbensauberkeit und Spiegelflächenbildung. Höhere Leistung bezüglich Verschleiss, Turbolader-Ablagerungen, Russ-Dispergiervermögen und Ölstabilität gegenüber E3. Für Euro I, Euro II- und Euro II-Dieselmotoren mit schwerer Belastung und signifikant verlängerten Ölwechselintervallen gemäss Hersteller-Empfehlung.

E6

Low SAPS für Motoren mit Abgasnachbehandlung per Abgas-Rückführung, Selektive Katalysator Reduktion und Dieselpartikelfilter.

E7

Für moderne Motoren und Abgas-Rückführung und/oder SCR System.

E9

Mid SAPS Motorenöl für Fzg. mit Abgasnachbehandlung mit Dieselpartikelfiltern.
Darüber hinaus enthalten die "OEM-Spezifikationen" einiger Automobilfirmen wie Volkswagen, Mercedes-Benz und MAN noch sogenannte "in house-Tests", die Problembereiche ansprechen, die den jeweiligen Automobilherstellern besonders wichtig erscheinen. Diese sind z.T. noch anspruchsvoller als die offiziellen API- oder ACEA-Spezifikationen.