Alusil & Nikasil - Schwefel im Öl ein Problem?

Jetzt wissen wir aber noch immer nicht, ob Alusil z.B. durch Schwefel angegriffen werden kann oder nicht bzw. welche Verschleißschutzadditive denn gut für Alusil sind. Meine Vermutung geht dahin, daß Bor gut sein könnte, ist aber wie gesagt nur eine Vermutung.

Schwefel hat keinen unmittelbaren Einfluss auf das Verschleißverhalten von Alusil. Der Einfluss von S auf Nikasil hat Superbernie im Beitrag #4 umfänglich dargestellt.

Grüße

Gut, gilt für Alusil, aber wie sieht es mit Nikasil aus? Ist ja auch Thema hier.

Hab noch nie gehört dass Nicasil chemisch angegriffen worden wäre, wenns kaputt war dann wars mechanisch zerstört. Damit hab ich sehr viel Erfahrung

edit: also das entschichten geschieht in einem Säurebad, das is aber richtig ätzendes Zeug.

Gruß

Wenn es zerstört ist, wird es schwierig sein zu sagen, ob es chemisch oder mechanisch zerstört wurde. Ist ja immer eine Kombination von beidem: Chemischer Angriff schwächt die oberflächliche Schicht, die dann leicht abgeschert werden kann bzw. zum fressen neigt.

Nikasil wird durch die Verbrennung stark schwefelhaltiger Kraftstoffe angegriffen - Jaguar hatte in einigen Ländern in den 90iger Jahren starke Probleme damit bei den AJ-V8 Motoren. Anfang der 2000er wurde dann auf Alusil umgestellt. Auch einige BMW-Motoren hatte Anfangs Nikasil beschichtete Laufbahnen mit den gleichen Problemen und wurden später (Ende der 90iger) auf Alusil umgestellt.

Als Schadenshergang wird hier wie gesagt der schwefelige Kraftstoff genannt, das Motorenöl spielt eine untergeordnete Rolle.

Alusil im Motorenbau hier in einer Welt-Doku bei Brabus zu sehen (ab 20:30min).

Da erkennt man sehr schön die SI-Kristalle und die rückgestellte Al-Matrix.

Zitat von Giacomo Agostini

Jetzt wissen wir aber noch immer nicht, ob Alusil z.B. durch Schwefel angegriffen werden kann oder nicht bzw. welche Verschleißschutzadditive denn gut für Alusil sind. Meine Vermutung geht dahin, daß Bor gut sein könnte, ist aber wie gesagt nur eine Vermutung.

Aus der Schilderung von Jaguar und BMW geht ja hervor, dass der Schwenk auf Alusil als Alternative zu Nikasil aufgrund des geringeren Verschleißes in schwefeliger Umgebung erfolgt ist. Also ist Alusil gegenüber Schwefel in Kraftstoff und Öl robuster.

Wenn Kolbenringe auf SI-Kristallen laufen, dann sind auch die Kolbenringe entsprechend beschichtet. Hier habe ich es schon mal live gesehen, wie Kolbenringe mittels PVD-Verfahren mit einer Hartstoffschicht beschichtet werden, um die Verschleißfestigkeit anzugleichen.

Ich Denke, dass beim Abgleiten von Hartstoffschichten die Additive eine untergeordnete Rolle spielen - es ist eher wichtig ob Öl vorhanden ist und dann auch in welcher Viskosität im Kolbenringbereich.

Von englisch auf deutsch übersetzt. Kurzstrecken und hohen Schwefelgehalt in kraftstoffen sind schädlich für alusil nikasil.

Der bereits erwähnte Betrieb von Al-Si-Motoren in kälteren Klimazonen und die zunehmende Häufigkeit von verkratzten Bohrungen kann auch auf die Säurebildung im Kurbelgehäuse bei Temperaturen unter 40°C (104°F) zurückgeführt werden. Viele der bekannten Ausfälle von BMW V8- und V10-Motoren mit Nikasil wurden auf den hohen Schwefelgehalt der US-Kraftstoffe zurückgeführt. Bei Porsche und anderen Herstellern kam es jedoch nicht zu ähnlichen Ausfällen, aber der Schwefelgehalt der Kraftstoffe ist seit 2000 stetig gesunken. In von Toyota durchgeführten Tests, deren Ergebnisse im Jahr 2000 veröffentlicht wurden, wurden die Auswirkungen von Schwefel im Kraftstoff auf den Verschleiß von Al-Si-Motoren gemessen. Toyota stellte fest, dass nordamerikanischer Normalkraftstoff (87 Oktan) mit maximal 1350 ppm den höchsten Schwefelgehalt aufweist, gefolgt von europäischen Kraftstoffen mit 1000 ppm und japanischen Kraftstoffen mit fast keinem Schwefelgehalt. Die Qualität der nordamerikanischen bleifreien Premium-Kraftstoffe war sehr unterschiedlich, mit einem Höchstwert von 650 ppm und einem Durchschnittswert von 175 ppm Schwefel. Die Studie ergab außerdem, dass mit steigendem Schwefelgehalt auch die Verschleißraten bei Kühlmitteltemperaturen unter 40 °C erheblich zunahmen, so dass der Verschleiß bei 1000 ppm Schwefel dreimal so hoch war wie bei bleifreien Kraftstoffen mit 200 ppm oder weniger. Bei niedrigen Temperaturen entstehen Säuren als Nebenprodukte der Verbrennung, wobei eine höhere Säurekonzentration mit Kraftstoffen mit hohem Schwefelgehalt verbunden ist. Es sind diese Säuren, die den Schmierfilm zwischen den Bohrungen und den Kolbenringen abbauen und durch die plastische Verformung der Aluminiummatrix einen abrasiven Verschleiß verursachen. Wie zu erwarten war, stiegen die Ringverschleißraten mit zunehmender Schwefelkonzentration in ähnlicher Weise an. Bei Kraftstoffen mit einem Schwefelgehalt von weniger als 200 ppm sind die Verschleißraten.

bei Kühlmitteltemperaturen von 60°C (140°F) und darüber abklingen. Bei Kraftstoffen mit einem höheren Schwefelgehalt von bis zu 1000 ppm pendelt sich die Verschleißrate bei höheren Betriebstemperaturen von 80-100°C (176-212°F) ein.55 In den fast zwanzig Jahren, die seit der Veröffentlichung dieser Ergebnisse vergangen sind, wurde Schwefel in Nordamerika und Europa fast vollständig aus den Kraftstoffen entfernt. Die Automobilhersteller verwenden heute ein fortschrittliches Wärmemanagement, um ein schnelles Aufwärmen des Motors zu ermöglichen, das in Verbindung mit schwefelarmen Kraftstoffen die Säurebildung bei niedrigen Temperaturen neutralisiert.
Die Verringerung des Schwefelgehalts trägt dazu bei, dass die Motoren sauberer laufen und die Effizienz der Abgasreinigungsanlagen verbessert wird. Seit den 1990er Jahren arbeitet die EPA an der Verbesserung von Kraftstoffen und der Reduzierung des Schwefelgehalts. Die EPA hat im Jahr 2000 ihre Tier-2-Normen für den Schwefelgehalt von Kraftstoffen für den Hausgebrauch fertiggestellt, wodurch der Schwefelgehalt um etwa 90 % gesenkt wurde. Die seit 2017 geltenden Tier-3-Normen begrenzen den Schwefelgehalt auf 10 ppm und bieten dem Markt so genannte "ultraniedrige Schwefelkraftstoffe". Auf den meisten Märkten werden diese Kraftstoffe auch mit Ethanol angereichert, in der Regel nicht mehr als 10 %. Die weite Verbreitung von mit Ethanol angereicherten Kraftstoffen gibt Anlass zu der Befürchtung, dass diese ebenfalls Schäden an Al-Si-Motoren verursachen können. Begrenzte Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass das Vorhandensein von Ethanol die Bildung und Funktion von Tribofilmen, die zur Unterstützung des Al-Si-Zylindersystems erforderlich sind, nicht wesentlich beeinträchtigt.56
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Motoren, die seit 2017 mit extrem schwefelarmen Kraftstoffen in kalten Klimazonen betrieben werden, von einer geringeren Säurebildung profitieren, ist davon auszugehen, dass Motoren, die vor der Einführung der Tier-3-Normen gebaut und betrieben wurden, in kalten Klimazonen einen höheren Verschleiß aufweisen, der proportional zum Schwefelgehalt des damals verfügbaren Kraftstoffs ist. Obwohl der Kühlmittelthermostat dazu beiträgt, den Motor auf die richtige Betriebstemperatur zu bringen, dauert es länger, bis sich die Öl- und Kühlmitteltemperatur normalisiert, selbst wenn der Motor mit einem modernen Öl-Wasser-Wärmetauscher mit laminarer Strömung ausgestattet ist. Das Ergebnis kann sein, dass der Motor zwar die gewünschte Kühlmitteltemperatur erreicht, das Öl aber immer noch in der Gefahrenzone für Säurebildung liegt. Dies ist besonders bei Fahrzeugen problematisch, die auf kurzen Strecken gefahren werden, selbst in wärmeren Klimazonen, da sich Verbrennungsnebenprodukte mit der Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse verbinden und Säuren bilden, die sowohl die Kolbenringe als auch die Zylinderbohrungen beschädigen können. In Fällen, in denen das Öl nicht regelmäßig die volle Betriebstemperatur erreicht, wie z.B. im Stop-and-Go-Verkehr bei kaltem Wetter, rät Porsche, das Motoröl in diesen Fällen häufiger zu wechseln, um sicherzustellen, dass das Motoröl alle internen Motorkomponenten zu 100% schützt.57
Einige Automobilhersteller empfehlen, dass Fahrzeuge, die in kalten Klimazonen gefahren werden, von einer kurzen Aufwärmphase von 10 bis 30 Sekunden profitieren können58 , damit alle Bereiche des Motors und des Getriebes bei Temperaturen über -18°C (0°F), aber unter 0°C (32°F) ordnungsgemäß geschmiert werden können; bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt brauchen moderne Motoren jedoch nicht aufgewärmt zu werden.59 Abgesehen davon, dass dies zu übermäßigen Emissionen und Kraftstoffverschwendung führt, gelangt durch längere Leerlaufzeiten bei Kaltstart zusätzlicher Kraftstoff in die Zylinderbohrungen, der die Schmierung von den Zylinderwänden abwaschen kann. Die Hersteller empfehlen, eine kurze Strecke mit mäßiger Geschwindigkeit zu fahren, damit der Motor hochgefahren werden kann.

Quelle: http://lnengineering.com/files/2019-LN-…der-Systems.pdf

Zitat von D-K

Ich Denke, dass beim Abgleiten von Hartstoffschichten die Additive eine untergeordnete Rolle spielen

Gerade im Mischreibungsbereich spielen Additive immer eine wichtige Rolle, egal welche Gleitpaarungen aufeinander treffen. Auch Hartbeschichtungen können von Fressen betroffen sein.

Hmm ok, kann man also daraus schlussfolgern dass uns dieses Schwefelproblem praktisch nicht betrifft wenn man hierzulande tankt?

Gruß

Zitat von Giacomo Agostini

Auch Hartbeschichtungen können von Fressen betroffen sein.

Hartbeschichtungen haben noch einen Nachteil: Sie fahren bzw. laufen sich nicht ein. Durch die Härte erfolgt keine anfängliche Anpassung der Reibungs-Oberflächen, das heiß, daß immer lokal sehr große Belastungen auftreten, weil die Fertigung nie auf den nm genau sein kann und das Einlaufen der Oberflächen aufeinender nicht stattfindet.

Hi, also ich könnte einiges über Nicasil und Verschleiss, das einfahren etc erzählen, aber ich glaube meine Erfahrungen liegen da eher im Extrembereich.. weiß nicht ob das hier so relevant ist.. bei so 2T-Rennmopeds mit ner mittleren Kolbengeschwindigkeit von +20m/s ist die Standzeit von nem Kolben ca. 20h, vll auch 30h wenns gut läuft, (immer knallgas auf der Rennbahn) dann sollte man ihn wirklich tauschen.. der Betrieb wird vor allem noch durch die schmalen Stege und riesigen Löcher erschwert über die der Kolben laufen muss. Und wenn man ein paar Kolben gefahren hat ist der Zylinder dann iwann auch nicht mehr rund, und honen bringt dann auch nix weil honen macht nur das Ei größer, wenns wieder wirklich rund werden soll hilft iwann nur noch neu beschichten.. aber bis dahin kann man schon ein paar Stunden fahren. Aber iwann is so ne Nicasilbeschichtung wie wegpoliert.. da hilft auch das beste Öl nix.

Gruß