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

  • Interessant finde ich den Abschnitt zum Thema Anfangsverschleiss.....Tribumutation

    verstehe ich richtig und hieße das, dass ein hart eingefahrener Motor zwar mehr Verschleiß am Anfang hat, danach aber geringere Verschleissraten?

    habe das Dokument kurz überflogen....aber ein eindeutiges Ergebnis gibt es nicht, oder?

  • Sehr intressante Abhandlung! Ich habe bestimmte Bereiche und das Fazit kurz überflogen.

    So wie ich das verstanden habe glättet Ruß die Oberflächen im Motor, da es sich in den "Unebenheiten" der Oberflächen absetzt.
    Dies führt zu geringerer Verschleißschutz Additiv Konzentration auf den Oberflächen, die wohl erst in einer harten Einlaufphase entstehen muss.
    Diese wird durch den dort abgesetzten Rußanteil verhindert, da er tatsächlich ähnlich wie ein Festschmierstoff funktioniert. Auch scheinen sich die Verschleißschutzadditive teilweise an in der Schwebe befindlichen Rußpartikeln abzulagern, wodurch die mögliche Konzentration auf Oberflächen nochmal verringert wird.

    Im Versuch Öle zu modifizieren wurde festgestellt dass bei einer gezielten Erhöhung der Ruß Dispergierungseigenschaften des Öls die größte Verschleißreduzierung zu beobachten war.


    Für mich wirft das die Frage auf ob wir aufgrund der Untersuchung nicht sagen können das je nach erwartetem Rußeintrag ins Öl ausschließlich LKW Öle für bestimmte Motoren infrage kommen? Da erwarte ich eine im Vergleich zu KFZ Ölen deutlich höhere Konzentration von soot-handling Additiven. Das sollte unterm Strich ja zum geringsten Verschleiß führen.

    Bei KFZ Ölen müsste man die Wechsel Intervalle entsprechend anpassen um die Ruß Konzentration gering zu halten.

    Soweit ich das richtig gesehen habe bleibt durch die Rußablagerung auf Oberflächen eine nicht zu unterschätzende Menge Ruß im Motor bei einem Ölwechsel. Daraus ziehe ich den Schluss dass bei einem Dieselmotor mit unbekannter Ölwechselhistorie eine Spülung sinnvoll wäre um den Rußgehalt im Ölkreislauf zu reduzieren.

    Viele Grüße,
    Sebo

    Betreut:
    Golf 4 1.9 TDI 110 PS VEP @ Ravenol NDT + Archoil 9100

    Einmal editiert, zuletzt von Seboschmitz (29. April 2020 um 21:01)

  • ich komme irgendwie zu keinem eindeutigen "Bild", ob Ruß wirklich so viel Auswirkungen auf den Verschleiß hat, wie wir annehmen oder doch nicht....

    gerade das mit der harten Einlaufphase...
    würde heißen, ein hart eingefahrenerer Motor ist resistenter gegen Verschleiß durch Ruß, als ein schonend eingelaufenere Motor?!?!?

    und das mit dem anhaften des Rußes an die Additive, hieße doch, eher keine LKW Öle , sondern spricht für PKW mit lowSAPS, oder?

    zudem meine ich auch, dass der Ruß selber zu weich wäre, um abrasiv zu wirken, erst in Verbindung mit festen Additiven wird er abrasiv, oder liege ich falsch?

    FAKT ist aber auf jeden Fall, (zu) lange Intervall sind definitiv kontraproduktiv

  • Die harte Einlaufphase erklärt sich mir so dass bei zu weicher Einlaufphase keine ausreichende Glättung der Oberflächen stattfindet. Dadurch setzt sich später in den Unebenheiten der Ruß sehr stark ab, was zu verringerte Additiv Konzentration an der Oberfläche und somit zu erhöhtem Verschleiß führt.
    Umso glatter die Oberfläche an sich, umso weniger kann sich der Ruß absetzen.

    Ich sehe LKW Öle die speziell auf Rußeintrag ausgelegt sind (weil der im Diesel und vorallem bei den Intervallen von LKW halt auftritt) deutlich im Vorteil. Schau dir Seite 94 und die folgenden der Arbeit nochmal an, Öl Modifikation heißt der Abschnitt glaube ich. Bin gerade mobil und kann es nicht nachschauen. Das Öl mit extra "Ruß-handling" Additiven schneidet deutlich besser als das normale Low Saps Öl ab sobald der Rußeintrag steigt.

    Ruß wirkt definitiv nicht abrassiv, das konnte eindeutig festgestellt werden. Das ist wohl ein weit verbreiteter Irrglaube.


    Die Intervall Länge sehe ich nicht als den Ausschlaggebenden Punkt. Die Frage ist, mit wie viel Rußeintrag gerechnet werden kann. Schau dir diese Analyse an. Über 30tkm und Rußeintrag von 0,4 Prozent. 2 Analysen vorher das unbekannte Öl was in seinem Tauschmotor drin war 2,4 Prozent. Das ist schon ne ganz andere Hausnummer. Ist ja aber der selbe Motor, nur anderes Fahrprofil.

    Viele Grüße,
    Sebo

    Betreut:
    Golf 4 1.9 TDI 110 PS VEP @ Ravenol NDT + Archoil 9100

  • Das kommt von Blowby-Gasen. Dabei gelangen Verbrennungsrückstände, also Ruß, an den Kolbenringen vorbei ins Motoröl.

    "Über den Blow-by durch den Kolbenringstoß gelangt der Ruß mit den Verbren-nungsgasen in das Kurbelgehäuse, wo er mit dem Schmieröl in Berührung kommt. Es wurde festgestellt, dass über diesen Weg weniger als 3% zum Rußeintrag ins Öl beigetragen wird.
    Ruß wird durch Thermophorese an die Zylinderwände transportiert, kommt dort mit dem Schmieröl in Kontakt und wird anschließend durch die Ringe abgeschabt und in das Kurbelgehäuse eingebracht. Dieser Weg wird als der vorherrschende Mechanismus für den Transport von Partikeln aus der Verbrennungskammer angesehen."

    Der Haupteintrag von Ruß entsteht durch hohe AGR-Raten, da die Verbrennung dann weniger rußarm abläuft. Die angesaugten Rußpartikel tun ihr Übriges dazu.

    Gruß Julian

  • Zitat
    • Der Reibwert mit dem rußhaltigen Öl 0,9 % ist ungefähr um den Faktor 9 kleiner gegenüber dem Reibwert des Frischöles.
    • Der Reibwert mit dem rußhaltigen Öl 3,1 % steigt unmittelbar nach dem Ölwech- sel auf Werte, die dem Reibwert des Frischöles entsprechen.
    • Der Verschleiß bei den rußhaltigen Ölen liegt deutlich über dem Verschleiß mit Frischöl.
    Zitat

    Bei einem Rußgehalt von 0,1 % ist demnach der Reibwert im Mittel bereits um ca. 7 % gegenüber dem Frischöl reduziert.

    Zitat

    Obwohl sich die Frischöle sehr stark im Reibwert unterscheiden, ist er bei den Gebrauchtölen nahezu gleich.


    Frage meinerseits: Ist mit dem Reibwert der HTHS gemeint?

    Zitat

    Ruß verhindert Adsorption an den Bauteilfoberflächen durch Belegung der Ober- fläche, die den Zugang für AW-Wirkstoffe blockiert. Diese befinden sich an den Bauteiloberflächen in Konkurrenz mit den Rußpartikeln. Denkbar ist auch, dass die durch Eintrag von Rußbestandteilen veränderten oberflächennahen Bereiche unpolarer sind und dadurch die Adsorption von AW-Wirkstoffen eingeschränkt ist.

    Zitat

    Art und Umfang von Additivbindungen an Ruß und deren Auswirkun- gen auf das tribologische Verhalten sind in der Literatur umstritten. Verunreinigungen im Schmieröl sollen durch spezielle oberflächenaktive Additivwirkstoffe gelöst und in Schwebe gehalten werden (Detergents und Dispersants). Diese können Elemente wie S und Ca enthalten. Verschleißschutzadditive enthalten ebenfalls oberflächenak- tive Wirkstoffe, die S, P und Zn enthalten können. Die festgestellte Gegenwart von P und S an Rußpartikeln wäre demnach ein Hinweis auf eine Bindung von Verschleiß- schutzwirkstoffen der ZnDTP-haltigen Schmieröle an Ruß. Es ist davon auszugehen, dass die an Rußpartikel gebundenen Wirkstoffe deaktiviert sind und für eine Wirkung an den Bauteiloberflächen nicht mehr zur Verfügung stehen.

    Wenig verwunderlich außerdem, dass die besseren Verschleißergebnisse mit einem Öl (in der Diss. oben Modellöl VII.2) erzielt werden, das einen erhöhten Anteil von rußlösenden und rußdispergierenden Wirkstoffen (soot handling) aufweist.

    Zusammenfassend verstehe ich die Erkenntnisse der Diss. so, dass Ruß AW-Additive bindet. Die Aufgabe des soot-handling muss also lauten: Binde den Ruß, ehe er die Additive bindet.

    Nachtrag:

    [Blockierte Grafik: https://media.noria.com/sites/archive_…phics_soot2.gif]
    Bildquelle

    BMW F11 520d N47
    BMW E53 X5 4.8is @ Prins VSI 2 eVP-500
    BMW E63 M6 V10 LCI
    BMW E39 554i M73N V12

  • So versteh ich das ganze auch. Das Öl muss den Ruß binden bevor er sich Ablagern kann und durch die Bindung der Additive Schaden anrichtet.

    Ich sehe dadurch bei hohem zu erwartenden Ruß Eintrag ein LKW Öl deutlich im Vorteil.

    Ruß im allgemeinen ist glaube ich ein Thema was man ziemlich im Auge behalten muss.

    Viele Grüße,
    Sebo

    Betreut:
    Golf 4 1.9 TDI 110 PS VEP @ Ravenol NDT + Archoil 9100

  • Hallo,

    beim teilweisen Lesen der Arbeit hatte ich den Gesamteindruck das es z.T. mehr offene als beantwortete Fragen gibt und bei vielen Punkten keine gesicherten wissenschaftlichen Erkenntnisse vorliegen. Vieles ist halt Modellbildung aufgrund von Versuchen. Dem was die anderen Forummitglieder hier zu der Arbeit bisher geschrieben haben, würde ich mich anschließen.


    Kapitel 4.6 ("Zum Einfluss des Ölalters und zu Belastungsgrenzen für Motoröle") auf S.79 hat aber mein Interesse geweckt, insbesondere der Punkt "Belastungsgrenzen" und Rußöle in Abbildung 4-44 auf S.83:

    Der Autor schreibt dazu:

    "Die aus dem Diagramm ablesbare Abhängigkeit von Rußgehalt und Laufzeit deutet darauf hin, dass bei den durchgeführten Untersuchungen nicht nur der Einfluss des Rußgehaltes, sondern auch des Ölalters gemessen wurde."


    Und im Weiteren:

    "Auf der Grundlage der geschilderten Zusammenhänge sollen Abschätzungen der Belastungsgrenzen für die untersuchten Motoröle vorgeschlagen werden (siehe Abbildung 4-44):

     Instabilitäten sind
    - sehr wahrscheinlich bei Ölen über 3 % Rußgehalt
    - möglich bei Ölen über 250 Stunden Laufzeit UND über 1% Rußgehalt.

     Stabilität ist
    - sehr wahrscheinlich unter 1% Rußgehalt
    - sehr wahrscheinlich unter 2 % Rußgehalt UND unter 250 Stunden Laufzeit.

    Die Grenze für Stabilität liegt ungefähr bei Rußgehalt = 3,5 % - 0,007 x Laufzeit (in Stunden). Unterhalb dieser Grenze herrscht Stabilität; oberhalb wird Instabilität immer wahrscheinlicher.

    Diese Abschätzung ist ein erster Versuch für eine Formulierung von Belastungsgrenzen durch Rußgehalt für die untersuchten Ventiltriebmaterialien. Es wird an dieser Stelle nicht die Qualität und Leistungsfähigkeit des Frischöles, insbesondere die Additivierung oder die unterschiedlichen Belastungen im vorangegangenen Gebrauch, berücksichtigt. Für detailliertere Untersuchungen sollten diese Kriterien einbezogen werden."


    Was der Autor unter Instabiltäten versteht, schreibt er auf S. 108 ("Zu Verschleißerhöhung und Instabilitäten bei rußhaltigen Ölen") im Kapitel 5 ("Modellbildung"):

    "Für den Aufbau von verschleißresistenten tribologischen Systemen ist ausreichend Energie erforderlich, die mit rußhaltigen Ölen offensichtlich nicht oder nur unzulänglich zur Verfügung steht. Als Ursache kann die mangelnde Umstrukturierung der oberflächennahen Bereiche, die Einschränkung von tribochemischen AW-Prozessen und der Eintrag von Ruß oder seinen Bestandteilen angenommen werden. Dies führt zu einer verschleißanfälligeren Komposition. Wenn das durch erhöhten Verschleiß abgetragene Volumen aufgrund mangelnder Reibleistung und herabgesetztem Angebot an Verschleißschutzwirkstoffen nicht ausreichend schnell wiederaufgebaut werden kann, führt dies in der Konsequenz zum Kontakt von schlecht konditionierten Metalloberflächen und aufgrund der dabei entstehenden hohen Reibleistungen, zur (lokalen) Zerstörung des Systems. Dieser mit vergleichsweise extrem hohen Verschleißraten verbundene Prozess wird Instabilität genannt und wurde bei Experimenten mit rußhaltigen Ölen mit höheren Rußgehalten häufiger beobachtet. Der folglich angenommene rückgekoppelte Mechanismus wird also mit zunehmendem Rußgehalt verstärkt: Reduzierte Reibleistung durch den Einfluss von Ruß ==> Unzureichende Konditionierung und mangelhafter Aufbau des oberflächennahen Volumens ==> Erhöhter Verschleiß bei gemindertem Reibwert ==> Verstärkter Materialabtrag. Der beschriebene Mechanismus ist in Abbildung 5-1 schematisch dargestellt."


    Mit den hier (Link) genannten 350 Std. für die BMW Longlife-04 Spezifikation sollten BMW-Dieselfahrer unter 1,05% Ruß im Öl haben:

    3,5%-0,007*350=1,05%

    Für die hier im Forum bei den Beratungen häufig genannten 250 Std. sind oben 2% Ruß angegeben als Grenze bis zu der das Öl sehr wahrscheinlich stabil ist. Schaut man sich willkürlich bei den GÖA von 5W30 die Analysen von BMW-Dieselfahrzeugen an, findet man genug Analysen wo die Grenze (bezogen auf 350 Std.) überschritten ist...


    Sollte die o.g. Formel bei den Berechnungsformeln mit rein?


    Gruß
    Steuerkette_007

  • Hallo Julian und Fresh_Thing,

    ich glaube hier liegt ein Mißverständniss vor.

    Darum das die Verschleißrate so mit dem Rußgehalt zunimmt, wie im Bild 3.12 von Julian dargestellt, geht es doch in der Doktorarbeit nicht, wenn der Autor über Instabilitäten schreibt.

    Zu Instabilitäten schreibt er z.B.:

    "Instabilitäten sind gekennzeichnet durch sehr hohe Verschleißgeschwindigkeiten, die zehn- bis zu tausendfach größer sind als die angestrebten Verschleißgeschwindigkeiten" (mit angestrebten Verschleißgeschwindigkeiten meint er sinngemäß das, was in Julian's Bild dargestellt ist: Verschleißgeschwindigkeiten von nm/h. Tausendmal soviel wäre dann eine Instabilität)

    Weiterhin schreibt er:

    "... traten Instabilitäten auf, die deutlich ... in Form tiefer Riefen und Ausbrüche erkennbar sind."

    Eine Instabilität ist also eher etwas wie Kolbenfresser o.ä. wo es letztendlich zu sowas wie Bauteilversagen kommt, weil das Öl völlig am Ende ist und kippt. Aber eben kein normaler Verschleiß.

    Gut sieht man das in Abb. 4-17 von S.65:

    Bei einem Rußgehalt von 1,2% und einer Laufzeit von 35 Std. sieht man in Abb. 4-17 eine Verschleißrate von 10 nm/h die eine halbe Stunde später bei 35,5 Std. sprunghaft auf 8000 nm/h ansteigt. Das dem Verschleiß unterliegende Motorenteil dürfte damit Schrott sein.

    Ab welchem Rußgehalt und welcher Laufzeit es zur Instabilität bzw. zum Versagen kommen kann, hat er durch die o.g. Formel (Rußgehalt = 3,5 % - 0,007 x Laufzeit) beschrieben, die sich ja aus seinen Versuchen ergibt. Zum Beispiel für Spiderschwein's GÖA Total Quartz Ineo Long Life 5W-30 - BMW F30 330d (N57) - 25.635km/425h darf der Rußgehalt somit maximal 3,5% - 0,007*425 = 0,5% betragen. Laut Analysereport hat er aber 0,8% Ruß im Öl. Ein instabiles Öl wird somit deutlich wahrscheinlicher als es bei 0,5% Ruß wäre. Mit 0,5% Ruß und 425h hätte er ein stabiles Öl.

    Dabei hat er mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 60 Km/h noch ein gutes Fahrprofil (seine Beratung). Er hat ja auch deutlich Verschleiß.

    Bei meinem N57 ist es nach 30.000 Km Ölwechselintervall ähnlich, Ölwechsel nach Serviceintervallanzeige, Durchschnittsgeschwindigkeit war ca. 90 Km/h lt. Bordcomputer, d.h. 333h Laufzeit und somit darf max. 1,2% Ruß im Öl sein wenn es stabil sein soll. Ich hatte 1,3% Ruß lt. Analyse (meine GÖA's poste ich noch im Forum). Wie bei vielen N57 hier im Forum steht auch bei mir "Eisen und Aluminium sind stark" angestiegen. Es drängt sich der Eindruck auf das BMW die Longlife Ölwechselintervalle so auslegt, dass das Öl erst gewechselt werden muß, wenn es instabil werden könnte. Das Öl wird also bewußt ausgereizt, was einen relativ hohen Verschleiß im Vergleich zu anderen GÖA bedingt. Da das dem Motorenhersteller aber bekannt ist, sollte er das bei der Motorenentwicklung berücksichtigt haben.

    Wie ich schon geschrieben hatte, man findet bei den GÖA genug BMW-Diesel die nach o.g. Formel mit einem instabilen Öl gefahren sind. Versuche aus einer Doktorarbeit sind natürlich nur bis zu einem gewissen Grad mit der Praxis vergleichbar, und bei den GÖA findet man keine schrottreifen Motoren, im Gegenteil, die meisten haben kaum Ölverbrauch, d.h. BMW hat die Sache im Griff, aber mit hohem einkalkuliertem Verschleiß. Um das zu optimieren, gibt es ja dies Forum. Als "Alarmgrenze" eignet sich die Formel auf jeden Fall.


    Gruß
    Steuerkette_007

  • Ich setze mein Vertrauen da tatsächlich eher in die Abhandlung die wir hier haben als in die FAQ von Ölcheck. Letztere hat ja den Zweck einfach zu lesen zu sein, nicht 100% korrekt.

    Und im übertragenden Sinne fördert ein höherer Rußgehalt ja auch die Abrasion im Motor indem Additive an den Rußpartikeln "gebunden" werden. Trotzdem ist Ruß an sich nicht abrasiv sondern eher ein "Festschmierstoff"

    Viele Grüße,
    Sebo

    Betreut:
    Golf 4 1.9 TDI 110 PS VEP @ Ravenol NDT + Archoil 9100

  • Hi zusammen.

    Leider weiß ich nicht mehr, in welchem Thread das so ausführlich und lange diskutiert wurde, deshalb versuche ich es mal hier.

    Ich hatte als Laie dazu geschrieben, dass für mich definitiv eine höhere Viskosität den Rußeintrag etwas kompensieren kann.

    Soweit ich mich erinnere, haben Jabba und AndiG das nicht gelten lassen.

    Allein der logische Menschenverstand bestätigt schon diese These. Hier der Auszug aus einer Doktorarbeit. Der Link kommt gleich…. denn es existiert ja hier bereits im OC.

    Da ich weder Wissenschaftler oder Techniker bin, will ich das auch nicht länger diskutieren, mir genügt die Bestätigung, dass eine höhere Viskosität beziehungsweise ein höherer HTHS nicht nur hilft, sondern den Verschleiß signifikant !!!!! reduzieren kann.


    Hier der link zur Arbeit

    RtRensen
    29. April 2016 um 17:43

    Gleich 1. Zeile

    ENDLESS :relax: PAGID :relax: FERODO

    Einmal editiert, zuletzt von Aetvyn (17. Februar 2023 um 17:24) aus folgendem Grund: Ein Beitrag von EddyF. mit diesem Beitrag zusammengefügt.