Schmierstoffe sowie der Ölkreislauf gelangen immer stärker in den Fokus der Ingenieure, wenn es um die Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors geht.
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Die gesetzlichen Vorgaben, den Treibhausgasausstoß zu mindern, nehmen auch die Hersteller von Schmierstoffen in die Pflicht. Die erproben immer komplexere Zusammensetzungen, stoßen dabei aber an Grenzen, die nur durch neue Motorengenerationen erweitert werden.
Die Treibhausgasminderungspflicht, die seit dem 1. Januar 2015 gilt, dürfte so manchen Unternehmen der Mineralölwirtschaft Probleme bereiten. Sie sind nun in der Pflicht, den Treibhausgasausstoß um 3,5 Prozent zu senken. Ab 2017 sind es 4 Prozent und ab 2020 6 Prozent. Doch lässt sich Öl als Konstruktionselement nutzen, um die Umweltschutzziele der europäischen Gesetzgeber zu erfüllen? Und welchen Stellenwert hat der Schmierstoff bei der Weiterentwicklung moderner Motoren?
Im MTZ-Interview "Schmierstoff muss multitalentiert sein" erklärt dazu Rolf Luther, Leiter der Vorausentwicklung der Fuchs-Gruppe, dass Schmierstoffe auf verschiedene Art und Weise diese Vorhaben unterstützen können. Und er bringt es gleich auf den Punkt: "Das augenfälligste ist die Viskositätsabsenkung zur Reibungsreduzierung", sagt er. Ein Blick in die Lieferliste zeigt dabei, dass dieser Prozess bereits im vollen Gange. Dazu Luther: "Am Ende werden die Scherviskositäten vermutlich bei der Hälfte dessen liegen, was in Europa lange Jahre Limit war". Die Folge: Auch die Mischreibungsanteile werden in solchen Systemen steigen.
Ausbalancieren der Eigenschaften ist die größte Herausforderung
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Wie schwierig das Vorhaben allerdings ist, weiß Luther nur zu gut: "Wenn man das Öl an einer Stelle optimiert, können sich die Parameter an einer anderen Stelle in die falsche Richtung bewegen. Dieses Ausbalancieren der Eigenschaften ist die größte Herausforderung in der Motorenölentwicklung." Und immer mehr gelingt den Schmierstoffherstellern, ein abgestimmtes System aus Motor und Schmierstoff zu definieren. Lange Ölwechselintervalle sind dabei auch das Endergebnis einer sehr ausführlichen Anpassung des Schmierstoffs an die Motorenkonzepte.
Diese Entwicklung bedeutet zwar nicht, dass künftig ein OEM kein Öl eines anderen Herstellers mehr zulässt. Allerdings müssen "die Motorenhersteller dann mehr als bisher darauf achten, dass über die Fahrzeuglaufzeit das richtige, nämlich ein freigegebenes Öl eingesetzt wird", sagt der Ölentwickler. In letzter Konsequenz bedeutet das aber auch, dass der Motor das Öl erkennen muss, wenn es eingefüllt wird. Wie aber wäre das möglich? Ganz einfach. Das Öl ließe sich "durch Fluoreszenzfarbstoffe markieren und mittels Sensor detektieren, weiß Luther und ist sich sicher, "dass mittelfristig Systeme zur Ölerkennung im Motor kommen werden."
Sind getrennte Schmierkreisläufe im Motor sinnvoll?
Wer ob dieser Fortschritte noch längere Wartungsintervalle erwartet, wird enttäuscht. Die sind laut Experten bereits an der oberen Grenze des technisch Sinnvollen angesiedelt. "Im Gegensatz zu einem Getriebe ist der Verbrennungsmotor ein quasi offenes System, in das ständig 'Schadstoffe' eingeschleppt werden", erklärt Luther das Problem. Der Traum vom "unendlichen Ölwechselintervall" bleibt also nur ein Traum.
Und selbst mehrere getrennte Schmierkreisläufe im Motor würden an dieser Tatsache kaum etwas ändern. Dennoch würde im Hinblick auf den Nocken-Stößel-Kontakt und die Steuerkette der Rußeintrag über die Kolbenwand an Stellen wie dem Nockentrieb keine Rolle mehr spielen. Und auch jede einzelne Funktion ließe sich besser optimieren. Allerdings glauben Motorenentwickler nicht, dass sich diese Idee mittelfristig umsetzen lässt.
Pendelschieber-Ölpumpe für minimale Leistungsaufnahme
Trotzdem. Konstruktionsseitig arbeiten Motorenentwickler mit Hochdruck an Verfahren, um zumindest die Reibungsverluste im Ölkreislauf zu minimieren. So hält etwa der Zulieferer Mahle die Kombination aus Öl- und Vakuumpumpe für eine Möglichkeit, mithilfe einer im eigenen Haus entwickelten Pendelschieber-Ölpumpe den Druck und den Volumenstrom bedarfsgerecht zu regeln. Die erforderliche Leistungsaufnahme lässt sich "auf ein Minimum reduzieren". Zu diesem Ergebnis kommt der Zulieferer im Artikel "Kombinierte Öl-Vakuumpumpe" aus der MTZ 7-8-2015 das Konzept wie auch die Vorteile hinsichtlich Gewicht und Bauraum beschreiben.