Auswirkungen von Ruß im Schmieröl von DI-Dieselmotoren auf das tribologische Verhalten und Tribomutationen von hochbelasteten Motorkomponenten

Man muss die Überlegung schon beim Ruß selbst beginnen. Und darin liegt schon die Krux der wissenschaftlichen Betrachtungen selbst, denn:

In der Wissenschaft und in der Erprobung wird meist industriell hergestellter Ruß ("carbon black" aus dem Laborbedarf) verwendet. Dieser Ruß hat aber nicht die gleichen Eigenschaften wie Ruß, der in einer Kolbenmaschine entsteht.

Und auch bei den Kolbenmaschinen muss wieder unterschieden werden, aus welchem Brennprozess und Einspritzstrategie der Ruß hervorgeht.

Einspritzdrücke, Kolbenformen und Gemischbildung, Brennraumtemperaturen und -drücke haben einen wesentlichen Einfluss auf die Beschaffenheit des Rußes, der ins MÖL eingetragen wird. Und im MÖL angelangt, bildet er auch noch Konglomerate mit andern Partikeln und geht chem. Verbindungen mit den Additiven ein, die ihn sowohl diamantartig verfestigen als auch weich umschließen können.

Es muss also sehr spezifisch je nach Motor unterschieden werden, da schon die Wechselwirkung aus:

• DI-Benziner ohne oder mit Aufladung
• DI-Benziner in Homogenbetrieb
• DI Benziner in Schichtladebetrieb
• DI-Diesel mit oder ohne Aufladung
• Vorkammerdiesel mit oder ohne Aufladung
• in welchem Lastzustand entstanden die Verbrennungsrückstände

Den Aufbau der Rußpartikel beeinflusst und damit unterschiedliche Wechselwirkungen mit dem MÖL entstehen. Allein das Thema der Rußbeschaffenheit füllt Seiten an Forschungsarbeiten.

Eddy schrieb doch garnicht, dass Höhere Visco den Ruß verhindert,

sondern den russbedingten Verschleiss verringert.

Dass Ruß Verschleiss fördert, da sind wir uns doch einig?

weiter vorn wurde auch schon gezeigt, dass es Additive gibt, die Ruß in Schwebe halten,

alte Generationen bilden grössere (Klumpen)

neuere Generationen dieser Additive nur kleinere (Klumpen), die mit weniger Verschleiss durch die Schmierspalte gehen könnten,

also gibt es Unterschiede wie verschiedene Ölsorten mit dem Ruß klarkommen

D-K: wahrscheinlich kann man sogar das tribologische Verhalten des Ruß auf den Bindungszustand des C-Atoms reduzieren,

sp3-hybridisiert (Diamantstruktur, abrasiv) vs. sp2 (Graphitstruktur, reibungsreduzierend). Es wäre sicher ein Promotionsthema, die Bindungszustände mit den von Dir genannten Parametern zu korrelieren

Stahlhobelspan

Zitat von EddyF.

Ich kann auch keine modernen Öle bzw. deren Formulierung bewerten, dafür müsste ich es selbst studiert haben … aber Fakt ist, dass höhere Visko bzw. höhere HTHS gegen Ruß helfen kann bzw. hilft!!

Selbst wenn moderne Additive hiergegen auch etwas bewirken können, so kann weiterer Rußeintrag durch höhere Visko kompensiert werden.

Das glaube ich seit jeher und steht auch dort geschrieben!

……….

Damit ich nicht gesteinigt werde, noch was zum Schluß:

Sicherlich funktionieren manchmal dünnere Öle ebenfalls und es gibt Motoren und Nutzungsprofile, die keiner höheren Viskosität bedürfen. In diesem Fall beim Dieselmotor und Russeintrag hilft es definitiv!!

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1200ccm

weißt du, ob es „Mittel und Wege“ bzw Ansätze gibt, den Ruß ähnlich zu untersuchen wie es Marc Rappen im RISV mit den Verschleißpartikeln tut?

sprich Form und solches?

anders gefragt, könnte am Ende „runder“ Ruß sogar positive Wirkung haben, währen „kantiger“ Ruß abrassiv wirkt?

=> "Dass Ruß Verschleiss fördert, da sind wir uns doch einig?"

Meinem Kenntnisstand nach nicht pauschal, denn je nach Motor und Last/Fahrprofil können die Rußpartikel und deren Konglomerate grafit-weich (und damit eher ungefährlich) wie auch hart und von (ich meine mich zu erinnern, weil ich mich da mal eingelesen habe) Sulfonat und Calciumverbindung hart umschlossenen Partikeln geprägt sein.

=> "also gibt es Unterschiede wie verschiedene Ölsorten mit dem Ruß klarkommen"

Jawohl! Und in welchem Motor die Rußpartikel entstehen auch. Da bauen sich komplexe Wechselwirkungen auf.

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Davon ab muss man aber bei dieser Betrachtung gedanklich wieder einige Schritte zurück wagen und das Gesamtsystem Verbrennungsmotor betrachten. Der Verbrennungsmotor hat mit deutlich größeren Verschleißfaktoren zu kämpfen. Diese sind von Ihrer Ausprägung her viel deutlicher in den GÖA zu beurteilen.

• Bereiche von Festkörper- und Mischreibung wie z.B. Steuerkettentriebe oder HD-Einspritzpumpenstößel
• Kraftstoffeinträge durch Fahrprofile und Abgasnachbehandlungsstrategien
• Verschleiß durch unvernünftige Nutzung oder Behördenbetrieb (Stichwort Einsatzfahrzeuge)
• Ölwechselintervalle und LongLife Nutzung

Diese Faktoren überstrahlen in ihrer Auswirkung/in ihrem Anteil an Verschleißmetallen die Ruß-Strategie.

Zitat von AndiG

Additive sind das, was man selbst in einfachen Analysen erkennt….

Kalzium & Magnesium

Bor, Molybdän, Titan, Wolfram

ZDDP

Schwefel

anders gesagt, im Grunde alles, was das Periodensystem an Elementen hergibt und dem Verschleißschutz zuträglich ist

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Ja, aber das sind alles alte Formulierungen, die schon ewig am Markt sind. Nichts Neues dabei. Dann gilt also die Aussage von Jens Boelter nach wie vor. HTHS ist das Mittel der Wahl bei hohem Rußanteil.

hat (leider) keinen Sinn N55

es gibt hier gerade so viele wertvolle Inputs aus diversen Richtungen, ein riesen Dank übrigens dafür an alle, die sich hier gerade so konstruktiv einbringen,…..

dennoch ist eine bestimmte Person gerade an Lächerlichkeit und Frechheit nicht zu übertreffen, indem man mich zitiert, aber den wichtigen, modernen Teil weglässt, nur um dann die eigenen alten Weisheiten, wieder mal im „falschen“ Kontext der wissenschaftlichen Arbeit, abzufeiern

D-K

sprichst du mit dieser Wechselwirkung des Ruß zum Beipsiel auch auf Schiffsdiesel an?

da gibt es eine TV Doku, Kreuzfahrtriese, Bau des Motors und ich meine, dass sie da Teile des Ruß bewusst irgendwo einleiten, um die Wirkung der salzhaltigen Luft zu kompensieren…..

weiß aber nicht mehr welche Komponenten da genau „betroffen“ waren und ob auch das Öl

Ich habe die Dissertation Boelters vor langer Zeit gelesen, die ist selbsterklärend. Die Aussage von Boelter, daß steigende HTHS den rußbedingten Verschleiß im Motoröl signifikant reduzieren kann, wird von ihm im Verlauf seiner Ausführungen nirgends relativiert oder zurückgenommen. Oder wo steht das Gegenteil?

Ich interpretiere da übrigens gar nichts hinein, sondern akzeptiere die wissenschaftliche Aussage von Boelter. Und die steht nun mal so da, ohne wenn und aber. Ich habe das auch nicht erfunden, noch habe ich Jens Boelter das eingesagt.

Für mich persönlich gilt diese Feststellung Boelters so lange, wie nicht eine anders lautende wissenschaftliche Veröffentlichung (!) vorgelegt wird.

Auch wenn hier persönliche Abneigungen vorliegen (die mich im übrigen nicht im geringsten tangieren), sollte man wissenschaftliche Erkenntnisse anerkennen.

Zitat von AndiG

[user='3729']Stahlhobelspan[/user

weißt du, ob es „Mittel und Wege“ bzw Ansätze gibt, den Ruß ähnlich zu untersuchen wie es Marc Rappen im RISV mit den Verschleißpartikeln tut?

sprich Form und solches?

Zum einen gibt es die Möglichkeit mit Rasterelektronenmikroskopie die Form der Partikel zu betrachten. Mit der entsprechenden Präparation kann man auch Tiefenprofile über Kontaktflächen anfertigen. Kombiniert mit einem EDX- Detektor lassen sich auch Elementverteilungen darstellen.

Das sind halt in erster Linie sog. Bildgebende Verfahren.

Will man in die Strukturaufklärung, bei Ruß sicherlich interessant, gibt es die Röntgendiffraktometrie. Da kann man da tatsächlich die kriszallographische Struktur aufklären.

1200ccm

kannst du dir vorstellen, dass ein OEM, vielleicht in Verbindung mit einem seiner Schmierstofflieferanten als Entwicklungspartner, sowas macht und den ganzen Aufwand betreibt, um damit ggf. am Ende „dünnen Ölen mit moderner Formulierungen“ sein „go“ zu geben?

AndiG

Nein, die Doku mit den Schiffsdieselmotoren kenne ich noch nicht.

Meine Aussage bezieht sich auf eine Untersuchung einer Forschungsgruppe, die den Rußeintrag von DI-Benzinern untersucht hat und dabei auch auf den Aufbau der Rußpartikel eingegangen ist. Die Untersuchungen wurden dabei an reellen Motoren aus japanischer und amerikanischer Fertigung gemacht. Einige dieser Motoren hatten vermehrt abrasive Rußpartikel eingetragen und andere eher grafitartige Partikel.

Das ist ein Gedächtnisprotokoll, bin aber der Meinung das ich den Artikel von Elsevir oder Researchgate auch gedownloadet hatte. Ich muss mal nachsehen.

Zitat von AndiG

1200ccm

kannst du dir vorstellen, dass ein OEM,.. sowas macht und den ganzen Aufwand betreibt..

Kann ich mir schon vorstellen, besonders im LKW- Bereich ist sowas von Interesse - zumindest ist das mein Eindruck von vielen Tagungsbeiträgen bei der SAE, TAE, etc.

Allerdings ist mein Kenntnisstand, dass Ruß zu einer Eindickung und damit Viskositätsanstieg führt.

ok, danke für deine Einschätzung….

würde mich nämlich wundern, wenn man so etwas doch offensichtliches nicht beachtet bzw berücksichtigt. 1200ccm

deine Aussage zum Visko-Anstieg durch Ruß mag ich nochmal aufgreifen

ausgehend davon, dass man den Rußeintrag, entgegen der Meinung einzelner, nicht verhindern kann, was macht (mehr) Sinn?

dickes oder dünnes Öl?

blickt man auf HTHS?

siehst du Unterschiede zwischen eher klassischen oder modernen Additivpakten?

Antwort gerne in Rahmen deiner Möglichkeiten

Weiß ned wo das so am besten hin passt, deshalb hier:

Die tribologischen Wirkungen von Ruß verschmutztem Schmiermittel in Motorkomponenten

https://etheses.whiterose.ac.uk/10309/1/486693.pdf

+ leider nur ein kurzer Auszug aus einer Studie bzgl. niedriger Visko in Schwerlastfahrzeugen (Flottentest unter Realbedingungen) ABBA folgender Satz ist doch u.a. recht interessant:

"The results showed that, with a correct oil formulation, there is no significant difference when using LVO in terms of engine wear, HTHS viscosity variation and oil consumption."

Quelle:

Low viscosity engine oils: Study of wear effects and oil key parameters in a heavy duty engine fleet test

Low viscosity engine oils (LVO) are considered key contributor for improving fuel economy in internal combustion engines (ICE). Attending that the use…

www.sciencedirect.com

Zitat von jabbathahutt

Kennt jemand zufällig geeignete Therapien mit guter Aussicht auf Erfolg?

Sieh mich an (Avatarbild), Ärger dich nicht, sei fröhlich...

AndiG:

Ich spreche jetzt Mal nur für Ottomotoren- prinzipiell ist natürlich das Ziel, die Rußbildung zu vermeiden, weil das heißt erst Mal suboptimale Verbrennung und damit Partikelemissionen (Zulassungsrelevant) und Verbrauch. Allerdings hat man das durch Brennverfahrenoptimierung, Piezoinjektoren die Multiinjektionen ermöglichen, etc im Griff. Und wenn ich es über Brennverfahrenoptimierung "vermeide" (hoffentlich), brauche ich es auch nicht für die Ölalterung betrachten.

Bezüglich Visko-Anstieg durch Ruß - ich glaube man darf nicht den Fehler machen und Annehmen, dass ein dünnes Öl, z.B. SAE20 welches sich durch Ruß oder Oxidation in Richtung SAE30 entwickelt hat, die gleichen rheologischen Eigenschaften wie ein ursprüngliches SAE30 aufweist. Insofern lässt sich meiner Meinung nach nicht seriös abschätzen, welches Öl, dick oder dünn mehr Sinn macht.

Zitat von CARTO3

Ich kann mich irgendwie dran erinnern dass ich das schon mal gesagt habe. Thick Oil for the Win. Nur Fahrzeughersteller und Motorenbauer hassen dicke Öle, es sei denn der Motorenbauer übernimmt die Haftung, dann empfiehlt er dickste Öle.

Ja, wäre im Bereich des möglichen, um es vorsichtig zu formulieren. Aber sehr interessanter Ansatz ... Im Falle von DI-Diesel - nur um diese geht es ja in diesem Thread - halte ich auch eine ausreichend hohe HTHS ("thick oil for the win" - im Zweifel sollte also aus meiner Sicht die nächsthöhere Visko-Klasse gewählt werden) und eine ausreichende Menge an Reinigungsadditiven für erforderlich (wie sie in LKW Motorölen enthalten sind).

Wer der Meinung ist, Ruß sei gut für den Motor,

Der kann ihn ja Tüten weise kaufen

Und dazu geben, oder mindestens Longlife

Fahren.

Im lkw mag Ruß auch zur Eindickung führen.

In modernen Pkw kommt aber auch noch der Kraftstoffeintrag dazu,

Welcher unter dem Strich eher

In vielen Analysen zum abfall der Visco führt.

Ich verstehe es noch nicht, viele fahren hier agr Optimierungen,

Mit weniger Ruß und Verschleiß,

Das ist doch kein Zufall