@Dacia Duster 2018
,,Auswirkungen von Ruß
im Schmieröl von DI-Dieselmotoren
auf das tribologische Verhalten
und Tribomutationen
von hochbelasteten Motorkomponenten"
Auswirkungen von Ruß im Schmieröl von DI-Dieselmotoren auf das tribologische Verhalten und Tribomutationen von hochbelasteten Motorkomponenten
Kurzfassung
Ruß im Schmieröl von DI-Dieselmotoren tritt in der Folge von erhöhten Rußeinträgen,
bedingt durch Maßnahmen zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und durch ver-
längerte Ölwechselintervalle auf. Vielfach wurde dies für erhöhten Verschleiß an hoch-
belasteten Motorkomponenten, insbesondere im Ventiltrieb verantwortlich gemacht.
Fraglich war, wie Ruß im tribologischen Kontakt zu erhöhtem Verschleiß beitragen
kann. Hierzu wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit umfangreiche experimentelle
Untersuchungen mit rußhaltigen Ölen und Frischölen zu den Auswirkungen auf das
Verschleißverhalten von Ventiltriebkomponenten von DI-Dieselmotoren durchgeführt.
Kontinuierliche Reibungs- und RNT-Verschleißmessungen im Stift/Scheibe-Tribometer
ergaben mit rußhaltigen Ölen weniger Reibung und mehr Verschleiß im nm/h-Regime
im Vergleich zu Frischölen. Unvorhersehbare Instabilitäten mit Verschleißraten im
μm/h-Bereich traten bei Ölen mit höheren Rußgehalten und bei zentrifugierten
Gebrauchtölen häufiger auf. Oberflächenanalysen ergaben, dass die oberflächenna-
hen Bereiche von Materialien aus Versuchen mit rußhaltigen Ölen weniger Additiv-
elemente enthalten und die Mikrostruktur der Oberflächen feiner ist. Bei HR-TEM/EDX
Rußpartikelanalysen konnte vielfach in der Randzone eine Additivbindung beobachtet
werden, was durch TGA und Ölanalysen bestätigt wurde. Untersuchungen am
Mikrotribometer sowie umfangreiche Oberflächenanalysen ergaben, dass Ruß nicht
hart ist und nicht abrasiv wirkt. In anschließenden Untersuchungen an einem No-
cken/Stößel-Prüfstand wurden die tribologischen Ergebnisse weitgehend bestätigt.
Außerdem konnte gezeigt werden, dass Tribometerexperimente hinsichtlich Reib-
wertminderung und Verschleißgeschwindigkeiten mit rußhaltigen Ölen sowie die dabei
beobachteten Tribomutationen auf reale Systeme übertragen werden können. Basie-
rend auf diesen ersten Ergebnissen wurden Schmierstoffmodifikationen entworfen und
Modellöle formuliert, die in Motorenversuchen und am Tribometer mit kontinuierlicher
Verschleißmessung gefahren wurden.
Folgende Modellvorstellungen zu den Wechselwirkungsmechanismen von Ruß im tri-
bologischen System werden vorgeschlagen: Bedingt durch die herabgesetzte Reib-
leistung mit rußhaltigen Ölen im tribologischen Kontakt findet eine unzureichende
Konditionierung der oberflächennahen Bereiche statt: Sie werden nicht ausreichend
umgeformt und tribochemische Prozesse - insbesondere im Einlauf - sind einge-
schränkt. Dies führt zu höheren Verschleißraten nach dem Grobeinlauf und im einge-
laufenen System. Das beobachtete Additivelementdefizit in den oberflächennahen Be-
reichen und die feinere Mikrotopografie nach Experimenten mit rußhaltigen Ölen sind
sichtbare Auswirkungen dieser Mechanismen. Wenn der verstärkte Abtrag konditio-
nierter oberflächennaher Bereiche nicht ausreichend schnell wiederaufgebaut werden
kann, führt dies zu einem instabilen tribologischen System. Es ist davon auszugehen,
dass Bestandteile des am tribologischen Kontakt beteiligten Rußes ein Teil des ober-
flächennahen Volumens werden, das im Kontakt offensichtlich reibungsärmer und ver-
schleißanfälliger ist. Als Ursachen für die Reibwertminderung kommen geringerer
Scherwiderstand und graphitische Schmierung durch Rußbestandteile in Frage.
Denkbar ist auch, dass durch Ruß reibwertbestimmende tribochemische Verschleiß-
schutz-Prozesse durch folgende Mechanismen beeinflusst werden:
1. Verhinderung von AW-Prozessen durch Belegung der Oberflächen mit Ruß,
2. Beeinflussung von AW-Prozessen durch Reaktion mit Ruß an den Oberflächen,
3. Reduzierung von aktiven AW-Wirkstoffen durch Bindung an Ruß im Schmieröl.
Wichtiger Text aus diesem Dokument
http://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/documents/1217914
Ergebnisse der Tribometeruntersuchungen
1. Der Reibwert (in Mischreibung) wurde mit zunehmenden Rußgehalten im Öl deutlichkleiner. Folglich war die im Reibkontakt umgesetzte Leistung stark reduziert.
Nach Meinung von Schmierstoffadditiventwicklern ist rußbedingter Verschleiß im Ventiltrieb beherrschbar, durch geeignete Additivchemie. Im Bereich der Zylinderlaufflächen ist außerdem die Schmierstoffrheologie von großer Bedeutung: Steigende HTHS-Viskosität trägt hierbei signifikant zur Verschleißreduzierung bei. Die sorgfältige Auswahl von Verschleißschutz, Detergents und Dispersants sowie Viskositätsverbesserern in Art und Menge ist der Schlüssel, um den Verschleiß an hochbelasteten Dieselmotorkomponenten bei hohen Rußgehalten gering zu halten. Hierbei spielt die Dispergierfähigkeit wegen ihres Einflusses auf Viskositätserhöhung und Pumpfähigkeit des Öles sowie der Ablagerungsbildung eine ent-scheidende Rolle.