Praxistipps Motorenöle für Viertaktmotoren

Leichtlauföle

Für Öle, welche die Reibung in Motoren und Maschinen niedrig halten und dadurch Energie- bzw. Treibstoff-Einsparung ermöglichen, hat sich die Bezeichnung „Leichtlauföle“ eingebürgert. Optimale Wirksamkeit erreichen die Leichtlauföle durch Reibungsminderung sowohl im Flüssigkeits- als auch im Mischreibungsgebiet. Die Herabsetzung dieser Reibungsminderung kann wie folgt erreicht werden:
  • Durch niedrige Viskosität bis ca. 80°C und gleichzeitig geringe Verdampfungsneigung durch Verwendung von Synthese- oder Hydrocrackölen, oder
  • Senkung der Mischreibung durch Verwendung von Reibwertveränderern.
Leichtlauföle unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung erheblich von ihren konventionellen Konkurrenten, z.B. einem Öl der SAE-Klasse 15W-40 oder 20W-50, und sind dadurch teurer. Eingehende praktische Versuche haben aber gezeigt, dass mit Leichtlaufölen eine Senkung des Treibstoffverbrauchs möglich ist, wodurch wiederum ein Beitrag an die Energieeinsparung geleistet wird.

Motorenöl-Wechselintervalle

Der Ölwechselintervall wird von den Motorenherstellern festgelegt. Waren früher noch Intervalle von 5.000 km vorgeschrieben, wurden diese, dank der verbesserten Motorentechnik und Ölqualitäten, von den Motorenbauern verlängert. Ölwechselintervalle von minimal 15’000 km werden heute von vielen Konstrukteuren vorgeschrieben, mit dem Vorbehalt allerdings, das Öl mindestens 1 x jährlich zu wechseln, wenn die vorgegebene Kilometerleistung unterschritten wird. 

Bei ungünstigen Bedingungen, z.B. bei häufigen Kurzstreckenfahrten oder Dauerbetrieb im Gebirge wird ein zweimaliger jährlicher Wechsel empfohlen. Bei Kurzstreckenbetrieb wird das Motorenöl durch Treibstoffkondensat, Feuchtigkeit und Schlammbildung weit stärker belastet als bei idealen Betriebsbedingungen. Zusammengefasst gilt folgendes:
  • Das Motorenöl muss so oft gewechselt werden, dass alle dem Verschleiß unterworfenen Motorenteile, sofern sie mit dem Motorenöl in Berührung kommen, wenigstens 200.000 km ohne Funktionsstörungen ihren Dienst tun.
  • Das Motorenöl muss so oft gewechselt werden, dass die Gesamtverschmutzung im Motor, im Filter und im Öl in zufriedenstellenden Grenzen bleibt.
Ein Motorenöl, das nie gewechselt wird, kann die von ihm verlangten Aufgaben nicht unbeschränkt erfüllen, da die im Öl enthaltenen Additive abgebaut werden und dadurch ihre Leistung verlieren. Folgen sind erhöhter Verschleiß und starke Verschlammung, was zu einer verminderten Leistung des Motors in seinem weiteren Leben führen wird.

Ölverbrauch

Jeder Motor verbraucht Öl - auch moderne schadstoffarme und treibstoffsparende Triebwerke - eine Tatsache, die unvermeidbar ist und sowohl in der Konstruktion der Motoren als auch in der Schmierstofftechnik begründet liegt. Ein geringer Ölverbrauch ist immer vorhanden. Bei modernen Motoren liegt der Ölverbrauch heute in der Regel bei < 0,5 l pro 1000 km. Der Ölverbrauch eines Motors hängt von folgenden Faktoren ab:
  • Passung der Kolbenringe in den Kolbenringnuten
  • Form und Anpressdruck der Kolbenringe
  • Dichtheit der Ventilführungen
  • Öldichtheit des Motors nach außen
  • Verdampfungsverlust des Motoröls bei hoher Öltemperatur

Verdampfungsverlust des Motorenöls bei hoher Temperatur

Der Verdampfungsverlust eines Motorenöls hängt eng mit der Viskosität und der Qualität des eingesetzten Grundöls zusammen. Allgemein gilt:
  • Je dünner das Grundöl ist, um so höher ist der Verdampfungsverlust bei Betriebstemperatur des Motors.
Allerdings haben Hydrocracköle und insbesondere synthetische Kohlenwasserstoffe bei gleicher Viskosität deutlich niedrigere Verdampfungsverluste als die konventionellen Mineralöl - Raffinate.

Motorenöl-Verdünnung

Beim Start eines kalten Ottomotors verdampft nur ein kleiner Teil des Benzins - die sogenannten „Leichtsieder“ - in der Ansaugluft. Dies kann zu Kaltstartproblemen führen, da das Kraftstoff-Luft-Gemisch nun zu mager ist. Deshalb haben alle Ottomotoren Kaltstarthilfen, entweder manuell betätigt und allgemein „Choke“ genannt oder elektrisch bzw. elektronisch gesteuert („Startautomatik“). Diese Regelorgane führen dem kalten Motor je nach Temperatur eine zusätzliche Menge Benzin zu, so dass überhaupt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch entstehen kann. Nicht verdampftes Benzin verlässt größtenteils als unverbrannter Kohlenwasserstoff den Auspuff. Ein kleiner Teil kondensiert an den noch kalten Zylinderwänden und kann dort den Schmierfilm zum Teil abwaschen. Bei Motoren mit häufigen Kaltstarts kann es zu erheblicher Motorenölverdünnung kommen. Das vermindert die Viskosität und die Schmierfähigkeit des Motorenöls, erhöhter Verschleiß kann die Folge sein.
Auch wird ein vorhandener normaler Motorenölverbrauch durch das Ansammeln von Benzin im Motorenöl überdeckt. Erreicht das Motorenöl dann wieder Betriebstemperatur, was aber erst nach ca. 15 bis 20 km Fahrt der Fall ist, so dampft das Benzin größtenteils aus dem Motorenöl wieder aus. Das geschieht jedoch sehr langsam, nach etwa 2 Stunden Fahrt sind allenfalls 80 bis 85 % des Benzins ausgedampft. Die höhersiedenden Benzinanteile verbleiben im Motorenöl.
Wegen des Ausdampfens des Benzinanteils aus dem Motorenöl, kann plötzlich ein sprunghaft erhöhter vermeintlicher Ölverbrauch auftreten, der in Extremfällen Mangelschmierung zur Folge hat. Benzinanteile von 5 Vol. -% im Motorenöl sind bei Ottomotoren häufig anzutreffen; aber auch Werte von 10 Vol.-% und mehr sind bei ungünstigen Betriebsbedingungen keine Seltenheit. Das erklärt, warum das Gebrauchtöl aus Benzinmotoren oft eine niedrigere Viskosität als das Frischöl aufweist. Das ist jedoch nicht einer mangelhaften Motorenölqualität anzulasten, sondern den ungünstigen Betriebsbedingungen.

Motorenöl-Eindickung

Sie tritt überwiegend in Dieselmotoren durch Rußaufnahme des Motorenöles, aber auch in Ottomotoren bei extremer thermischer Belastung auf.
Im Dieselmotor liegt das am Verbrennungsablauf, der wiederum vom Einspritzverfahren, der Motorbelastung und dem mechanischen Zustand der Einspritzanlage abhängt. Während der Russ vorwiegend über den Auspuff den Motor verlässt, gelangt mit dem Durch-blasgas ein geringer Teil Russ in die Ölwanne und kann hier zur Motorenöleindickung führen. Diese sorgt insbesondere in der kalten Jahreszeit für Kaltstartschwierigkeiten und macht im Extremfall einen Zwischenölwechsel erforderlich. Gebrauchtöl aus Dieselmotoren hat im Regelfall eine höhere Viskosität als das Frischöl.
In Ottomotoren kann dagegen bei thermischer Überlastung des Motorenöls (lang anhaltende forcierte Fahrt bei geringem Ölfüllstand, defektbedingte Überhitzung ) eine thermisch-oxidative Alterung zur Eindickung des Motorenöls führen.
Ein Kühlmittelzutritt (Wasser und Kühlerfrostschutz) zum Motorenöl bei einem undichten Motorkühlsystem kann ebenfalls zur Eindickung des Motorenöls - bis hin zum Motorschaden - führen.

Motorenöl-Verschlammung

Seit Anfang der 80er Jahre wird in Ottomotoren eine Entwicklung beobachtet, die eine Verschlammung - besonders von Ventildeckel und Ölwanne - hervorruft und die man als „Schwarzschlamm“ bezeichnet. Besonders kritisch wird es, wenn der Schlamm das Ölsieb der Ölpumpe und die Ölleitungen ganz oder teilweise zusetzt. Der Motor kann dann durch Mangelschmierung zerstört werden.
Automobilhersteller und Mineralölindustrie haben lange Zeit gemeinsam nach den Ursachen für dieses Phänomen gesucht. Aus heutiger Sicht können die auslösenden Faktoren wie folgt beschrieben werden:
  • Durch extrem verlängerte Motorenöl-Wechselintervalle bei unveränderter oder sogar verringerter Füllmenge wird das Motorenöl spezifisch stärker belastet.
  • Der Motorenöl-Verbrauch wurde deutlich abgesenkt. Dies führt häufig dazu, dass das Motorenöl während des bereits extrem langen Wechselintervalls kaum noch durch Nachfüllmengen aufgefrischt wird, obwohl gegen Ende des Intervalls dazu eine dringende Notwendigkeit besteht.
  • Treibstoff und zu einem geringen Teil auch Motorenöl werden im Brennraum verbrannt. Die Reaktionsprodukte aus der Verbrennung gelangen mit dem Durchblasgas in das Motorenöl und belasten es zusätzlich, wenn ungeeignete Komponenten aus den Betriebsstoffen mitverbrennen.
  • Moderne Motoren sind Magerkonzepte, bei denen zwar der Kohlenmonoxid-Gehalt im Abgas drastisch reduziert wird, allerdings zwangsläufig der Anteil an Stickoxiden im Abgas und im Durchblasgas sich erhöht. Die Stickoxide gelangen zusammen mit anderen Reaktionsprodukten aus der Verbrennung mit dem Durchblasgas ins Kurbelgehäuse. Dort kommen sie mit dem Motorenöl in innige Berührung und können mit ihm reagieren. Es bilden sich zusätzlich ölunlösliche Oxidationsprodukte sowie organische Nitrate. Letztere können zusammen mit dem Verbrennungswasser Salpetersäure bilden, was wiederum zur vorzeitigen Erschöpfung der alkalischen Reserve der Motorenöle führen kann.
Alle Faktoren zusammen können das Motorenöl derart überlasten, dass ölunlösliche Reaktionsprodukte in Form von Schlamm im Motor ausfallen können.

Sulfataschegehalt

Die meisten Additive enthalten zwar hoch wirksame sogenannte metallorganische Verbindungen, die aber im Bereich des Brennraumes durch die hier herrschenden Temperaturen zu Asche umgesetzt werden. Diese Asche kann sich sowohl auf dem Kolbenboden als auch im Zylinderkopf absetzen und im Betrieb mehr oder weniger stark glühen. Im Dieselmotor stört das nicht, im Ottomotor aber kann es zu Glühzündungen kommen und damit zu Motorschäden führen. Daher ist in den ACEA-Testsequenzen der Sulfataschegehalt für Benzinmotorenöle auf 1,5 Massen-% begrenzt. Der Trend geht zu aschefreie Schmierstoffen.

Spiegelflächenbildung (Bore Polishing)

Die Entwicklung von Dieselmotoren hoher Leistung unter voller Ausnutzung der durch Turbolader gegebenen Möglichkeiten der Leistungssteigerung verlangt qualitativ entsprechend angepasste Motorenöle. Moderne Dieselmotoren sollen eine sehr lange Lebensdauer unter hohen Belastungen bei sehr langen Motorenöl-Wechselintervallen erreichen.
Anfang der 70er Jahre wurde erstmalig in Nordeuropa Spiegelflächenbildung auf Zylinderlaufflächen von hochaufgeladenen Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen beobachtet. Hierbei handelt es sich um eine Verschleißerscheinung an der Zylinderwandung mit glatter, spiegelnder Oberfläche (daher Spiegelflächenbildung). Die außerordentlich glatt wirkende Oberfläche weist eine sehr geringe Rauhigkeit auf und täuscht wegen des Fehlens von Bearbeitungsspuren eine sehr gut eingelaufene Oberfläche vor. In Wirklichkeit aber ist es ungleichmäßiger Glättungsverschleiß der Zylinderlaufbahn, verursacht durch die schleifende Wirkung von Ölkohleablagerungen an der Kolbenkrone. Auch Ölkohleablagerungen im Nutengrund, die zu „Kolbenringreiten“ führen, können Spiegelflächenbildung hervorrufen. Als Folge davon steigt zunächst der Durchblasgas-Anteil an. Der schnell steigende Motorenöl-Verbrauch verursacht Mangelschmierung, die auch zu Kolbenfressern führen kann.
Die für die Spiegelflächenbildung verantwortliche Ölkohlebildung im Feuersteg- und Nutengrundbereich kann durch besonders hoch- und speziallegierte Motorenöle verhindert bzw. stark eingeschränkt werden. Solche Motorenöle werden als SHPD-Öle bezeichnet.

Motorenöl-Filtrierung

Verschleißpartikel, Russ aus unvollkommener Verbrennung, Straßenstaub, saure Verbrennungsprodukte, Treibstoffkondensate und Wasser verunreinigen das Motorenöl. Es ist wichtig, zumindest die festen Bestandteile aus dem umlaufenden Motorenöl herauszufiltrieren, damit sie nicht den Verschleiß erhöhen oder die Ölleitungen verstopfen.
Hauptstrom-Ölfilter filtrieren zuverlässig bei warmem Motor ständig das gesamte Motorenöl. Dieses System findet man deshalb heute an jedem modernen Verbrennungsmotor. Die übliche Porengröße dieser Filter liegt bei 5-35 μm. Während des Betriebes werden alle festen Verunreinigungen, die größer als die Poren des Filterpapiers sind, aus dem Motorenöl herausfiltriert. Sie setzen sich dabei langsam zu, wobei die Filtergröße (Filterpapieroberfläche) der Länge der Motorenöl-Wechselintervalle angepasst ist. Diese Filter sind meist direkt am Motor angebaut und während des Betriebes hoher thermischer Belastung ausgesetzt. Das kann wiederum zum Verspröden des Filterpapiers und zur Gefahr von Rissbildung führen. Aus den vorgenannten Gründen dürfen daher die zulässigen Ölfilter-Wechselintervalle nicht überschritten werden, weil sonst wegen der nicht herausfiltrierten Fremdstoffe gravierende Motorschäden eintreten können.
Bei Nebenstrom-Ölfiltern, wie sie oft auf dem Zubehörmarkt für den nachträglichen Einbau angeboten werden, wird nur ein Teilstrom von 5-10 % der Motorenöl-Umlaufmenge pro Umwälzung filtriert. Sie sind meist weiter vom Motor weg eingebaut, daher werden sie thermisch nicht so hoch belastet wie Hauptstrom-Ölfilter. Wegen der höheren Viskosität des kalten Motorenöls und des hohen Durchflusswiderstandes des Filters sind sie jedoch über längere Phasen praktisch wirkungslos. Die Porengröße dieses Filtertyps liegt bei 5-10 μm,. sie ermöglichen eine feinere Ölfiltrierung als Hauptstrom-Ölfilter. Außerdem vergrößern Nebenstrom-Ölfilter das Ölvolumen eines Motors je nach Filterbauart bis zum Doppelten. Deshalb wird das Motorenöl allgemein geringer belastet, und es bleibt kühler. Aus den vorgenannten Gründen kann in Nutzfahrzeug-Dieselmotoren bei nachträglichem Einbau von Nebenstrom-Ölfiltern eine gewisse Verlängerung der Motorenöl-Wechselintervalle erreicht werden, da die Motorenöl-Verschmutzung durch verbesserte Filtrierung geringer sein kann. Dies sollte aber unbedingt mit dem Fahrzeughersteller abgestimmt werden.
In Ottomotoren ist jedoch die Additiv-Erschöpfung des Motorenöls der entscheidende Faktor für die Länge eines Ölwechselintervalls. Additiv-Erschöpfung und Anwesenheit von aggressiven Verbrennungsprodukten kann von Nebenstromfiltern nicht beeinflusst werden.
Ein Motorenölfilter, gleichgültig ob im Haupt- oder Nebenstrom angeordnet, kann nie:
  • die verbrauchten Additive des Motorenöls ersetzen,
  • Treibstoffkondensat herausfiltrieren,
  • Wasser und Säuren herausfiltrieren. Beide führen zum Aufquellen des Filterpapiers. Das behindert den Öldurchfluss und verkleinert die wirksame Filteroberfläche.
Ein großer deutscher Automobilhersteller nimmt zum Thema Nebenstromfilter auszugsweise wie folgt Stellung:
  • „Insbesondere können wir auch bei Einbau einer Zusatzfilteranlage einer Verlängerung der Ölwechselintervalle nicht zustimmen, da die Additivwirksamkeit bzw. das Leistungsvermögen der Additive im Öl dadurch nicht verbessert wird. Eine Kosteneinsparung ist durch einen zusätzlich eingebauten Nebenstromölfilter nicht möglich. Die Werbung von Hersteller und Lieferanten von Zusatzfilteranlagen mit extrem langen Ölwechselabständen beim Einbau ihrer Zusatzfilteranlagen halten wir für sehr bedenklich.“
Vom Einsatz in Benzinmotoren mit dem Ziel einer Verlängerung des Ölwechselintervalls ist daher abzuraten.

Motorenöl-Zusatzmittel

Im Handel gibt es die verschiedensten Zusatzmittel für Motorenöle. Mineralölfirmen bieten in ihrem Verkaufsprogramm solche Mittel jedoch nicht an. Der schon im vorigen Abschnitt zitierte Automobilhersteller nimmt hierzu auszugsweise wie folgt Stellung:
  • „Zur Herstellung hochwertiger Schmierstoffe sind langwierige und kostspielige Versuche im Labor, auf Prüfständen und in Fahrzeugen notwendig, um die Wirkungsmechanismen der Additive zu erproben und die günstigsten Kombinationen der Grundöle und Additive zu ermitteln. Wir sind daher der Ansicht, dass es ausschließlich Aufgabe der Schmierstoffindustrie ist, in Zusammenarbeit mit der Kraftfahrzeugindustrie Schmieröle bester Qualität zu entwickeln und diese auf den Markt zu bringen."
  • "Die Praxis hat gezeigt, dass der Verbraucher nur selten aus eigener Erfahrung einwandfrei erkennen und beurteilen kann, ob und wie ein Sonderzusatz wirkt, und ob er etwa bestimmte Qualitäten des Schmierstoffes teilweise oder ganz aufhebt.“
Motorenöle von Markenanbietern werden so entwickelt, dass eine Verwendung von weiteren Zusätzen nicht nötig ist und nur stören würde. Nachteilige qualitative Veränderungen in der sehr fein abgestimmten Additivrezeptur können durchaus die Folge sein. Eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Motorenöls ist durch unkontrollierte Zugaben teilweise unbekannter Substanzen nicht zu erreichen.

Warum Synthese- und nicht Mineralöl

Synthetische Motorenöle leisten mehr - ihr Einsatz ist vorteilhaft, zeitgemäss und wird vermehrt von den Motorenherstellern gefordert um den Anforderungen an verlängerte Ölwechselintervalle gerecht zu werden. 

Beachtung verdienen insbesondere synthetische Leichtlauföle der SAE-Klassen 0W-X und 5W-X (z.Bsp. SAE 0W-30 und SAE 5W-40).
Die Synthesöle bestehen aus gezielt zusammengesetzten Molekülstrukturen, welche beispielsweise synthetischen Leichtlaufmotorenölen deutliche Vorteile gegenüber mineraölbasischen Motorenölen verschaffen.