Motoröl
Motoröl, Motoröl oder Motorschmierstoff ist eine der verschiedenen Substanzen, die für die Schmierung von Verbrennungsmotoren verwendet werden. Sie bestehen in der Regel aus Grundölen, die mit verschiedenen Additiven angereichert sind, insbesondere mit Verschleißschutzadditiven, Detergenzien, Dispergiermitteln und - bei Mehrbereichsölen - Viskositätsindexverbesserern. Die Hauptfunktion von Motoröl besteht darin, die Reibung und den Verschleiß der beweglichen Teile zu verringern und den Motor von Schlamm (eine der Funktionen von Dispergiermitteln) und Verlackungen (Detergenzien) zu reinigen. Außerdem neutralisiert es Säuren, die aus dem Kraftstoff und aus der Oxidation des Schmierstoffs (Detergentien) stammen, verbessert die Abdichtung der Kolbenringe und kühlt den Motor, indem es die Wärme von den beweglichen Teilen ableitet. ⓘ
Zusätzlich zu den oben genannten Grundbestandteilen enthalten fast alle Schmieröle Korrosions- und Oxidationsschutzmittel. Motoröl kann aus einem reinen Schmierstoffgrundbestandteil bestehen, wenn es sich um ein nicht-detergenzierendes Öl handelt, oder aus einem Schmierstoffgrundbestandteil plus Additiven, die die Waschkraft des Öls, die Leistung bei extremem Druck und die Fähigkeit, die Korrosion von Motorteilen zu verhindern, verbessern. ⓘ
Motoröle werden aus Grundölen gemischt, die aus erdölbasierten Kohlenwasserstoffen, Polyalphaolefinen (PAO) oder deren Mischungen in verschiedenen Anteilen bestehen, manchmal mit bis zu 20 Gewichtsprozent Estern zur besseren Auflösung der Additive. ⓘ
Unter Motoröl versteht man alltagssprachlich jede Sorte von Schmieröl, die dazu geeignet ist, einen Verbrennungsmotor zu schmieren. ⓘ
Im weiteren Sinne gehören auch die Zweitaktöle zu den Motorölen, ebenso wie alle Schmieröle, die für andere Motor-Bauarten gedacht sind. Diese tragen jedoch meist andere, auf ihren speziellen Einsatzzweck gerichtete Gattungsnamen. ⓘ
Geschichte
Am 6. September 1866 gründete der Amerikaner John Ellis die Continuous Oil Refining Company. Dr. Ellis untersuchte die möglichen Heilkräfte von Rohöl und stellte enttäuscht fest, dass es keinen wirklichen medizinischen Wert hatte, war aber von den potenziellen Schmiereigenschaften des Öls fasziniert. Schließlich gab er seine medizinische Praxis auf, um sich der Entwicklung eines hochviskosen Schmiermittels für Dampfmaschinen zu widmen, die zu jener Zeit ineffiziente Kombinationen aus Erdöl und tierischen und pflanzlichen Fetten verwendeten. Der Durchbruch gelang ihm, als er ein Öl entwickelte, das auch bei hohen Temperaturen wirksam war. Das bedeutete weniger verstopfte Ventile und korrodierte Zylinder. ⓘ
Verwenden Sie
Motoröl ist ein Schmiermittel, das in Verbrennungsmotoren verwendet wird, die Autos, Motorräder, Rasenmäher, Stromaggregate und viele andere Maschinen antreiben. In Motoren gibt es Teile, die sich gegeneinander bewegen, und die Reibung zwischen den Teilen vergeudet ansonsten nützliche Energie, indem sie kinetische Energie in Wärme umwandelt. Außerdem werden die Teile abgenutzt, was zu einem geringeren Wirkungsgrad und einer Verschlechterung des Motors führen kann. Eine ordnungsgemäße Schmierung senkt den Kraftstoffverbrauch, verringert die Energieverschwendung und erhöht die Langlebigkeit des Motors. ⓘ
Schmieröl bildet einen Trennfilm zwischen den Oberflächen benachbarter beweglicher Teile, um den direkten Kontakt zwischen ihnen zu minimieren, die Reibungswärme zu verringern und den Verschleiß zu reduzieren und so den Motor zu schützen. Im Betrieb überträgt das Motoröl die Wärme durch Wärmeleitung, während es durch den Motor fließt. In einem Motor mit einer Ölumlaufpumpe wird diese Wärme durch den Luftstrom über die Außenfläche der Ölwanne, den Luftstrom durch einen Ölkühler und durch die Ölgase, die durch die positive Kurbelgehäuseentlüftung (PCV) abgeleitet werden, übertragen. Während moderne Umwälzpumpen in der Regel in Personenkraftwagen und anderen Motoren ähnlicher oder größerer Größe zum Einsatz kommen, ist die Ölversorgung bei Klein- und Kleinstmotoren nach wie vor eine beliebte Konstruktionsoption. ⓘ
Bei Benzinmotoren kann der obere Kolbenring das Motoröl Temperaturen von 160 °C (320 °F) aussetzen. Bei Dieselmotoren kann der obere Ring das Öl Temperaturen von über 315 °C (600 °F) aussetzen. Motoröle mit einem höheren Viskositätsindex verdünnen bei diesen höheren Temperaturen weniger. ⓘ
Die Beschichtung von Metallteilen mit Öl verhindert auch, dass diese dem Sauerstoff ausgesetzt werden, wodurch die Oxidation bei hohen Betriebstemperaturen gehemmt und Rost oder Korrosion verhindert wird. Dem Motoröl können auch Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden. Vielen Motorölen werden auch Detergentien und Dispersionsmittel zugesetzt, um den Motor sauber zu halten und die Bildung von Ölschlamm zu minimieren. Das Öl ist in der Lage, den bei der Verbrennung entstehenden Ruß in sich selbst zu binden, anstatt ihn auf den inneren Oberflächen abzulagern. Eine Kombination aus diesem Umstand und einer gewissen Versengung führt dazu, dass Altöl nach einiger Betriebszeit schwarz wird. ⓘ
Beim Reiben von Motorteilen aus Metall entstehen durch die Abnutzung der Oberflächen unweigerlich einige mikroskopisch kleine Metallpartikel. Diese Partikel können im Öl zirkulieren und an beweglichen Teilen reiben, was zu Verschleiß führt. Da sich Partikel im Öl ansammeln, wird es normalerweise durch einen Ölfilter geleitet, um schädliche Partikel zu entfernen. Eine Ölpumpe, eine vom Motor angetriebene Flügelzellen- oder Zahnradpumpe, pumpt das Öl durch den gesamten Motor, auch durch den Ölfilter. Ölfilter können als Vollstrom- oder Bypassfilter ausgeführt sein. ⓘ
Im Kurbelgehäuse eines Fahrzeugmotors schmiert das Motoröl die rotierenden oder gleitenden Flächen zwischen den Kurbelwellenzapfenlagern (Hauptlager und Pleuellager) und den Stangen, die die Kolben mit der Kurbelwelle verbinden. Das Öl sammelt sich in einer Ölwanne oder Ölwanne am Boden des Kurbelgehäuses. Bei einigen kleinen Motoren, wie z. B. Rasenmähermotoren, tauchen Schöpfkellen an den Unterseiten der Pleuelstangen in das Öl am Boden ein und spritzen es je nach Bedarf in das Kurbelgehäuse, um die darin befindlichen Teile zu schmieren. In modernen Fahrzeugmotoren entnimmt die Ölpumpe das Öl aus der Ölwanne und leitet es durch den Ölfilter in die Ölkanäle, von wo aus das Öl die Hauptlager, die die Kurbelwelle an den Hauptzapfen halten, und die Nockenwellenlager, die die Ventile betätigen, schmiert. In typischen modernen Fahrzeugen wird das Öl von den Ölkanälen unter Druck zu den Hauptlagern geleitet und gelangt in die Bohrungen der Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle. ⓘ
Von diesen Bohrungen in den Hauptlagerzapfen bewegt sich das Öl durch Kanäle im Inneren der Kurbelwelle zu den Bohrungen in den Pleuelzapfen, um die Pleuellager und Pleuelstangen zu schmieren. Einige einfachere Konstruktionen verließen sich auf diese sich schnell bewegenden Teile, um die Kontaktflächen zwischen den Kolbenringen und den Innenflächen der Zylinder zu bespritzen und zu schmieren. Bei modernen Konstruktionen gibt es jedoch auch Durchgänge durch die Stangen, die Öl von den Stangenlagern zu den Stangen-Kolben-Verbindungen führen und die Kontaktflächen zwischen den Kolbenringen und den Innenflächen der Zylinder schmieren. Dieser Ölfilm dient auch als Dichtung zwischen den Kolbenringen und den Zylinderwänden, um den Brennraum im Zylinderkopf vom Kurbelgehäuse zu trennen. Das Öl tropft dann zurück in die Ölwanne. ⓘ
Motoröl kann auch als Kühlmittel dienen. Bei einigen Motoren wird Öl durch eine Düse im Kurbelgehäuse auf den Kolben gesprüht, um bestimmte Teile, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, zu kühlen. Andererseits muss die thermische Kapazität des Ölpools gefüllt werden, d. h. das Öl muss seinen vorgesehenen Temperaturbereich erreichen, bevor es den Motor bei hoher Belastung schützen kann. Dies dauert in der Regel länger als das Aufheizen des Hauptkühlmittels - Wasser oder Mischungen davon - auf seine Betriebstemperatur. Um den Fahrer über die Öltemperatur zu informieren, verfügen einige ältere und die meisten Hochleistungs- oder Rennmotoren über ein Ölthermometer. ⓘ
Der Dauerbetrieb eines Verbrennungsmotors ohne ausreichendes Motoröl kann zu Schäden am Motor führen, zunächst durch Verschleiß und im Extremfall durch einen "Motorfresser", bei dem die fehlende Schmierung und Kühlung zu einem plötzlichen Stillstand des Motors führt. Ein Motorfresser kann die Mechanik des Motors stark beschädigen. ⓘ
Motoröle für Nicht-Fahrzeuge
Ein Beispiel ist Schmieröl für Viertakt-Verbrennungsmotoren, wie sie in tragbaren Stromgeneratoren und Rasenmähern verwendet werden. Ein weiteres Beispiel ist Zweitaktöl zur Schmierung von Zweitakt- oder Zweitakt-Verbrennungsmotoren, die in Schneefräsen, Kettensägen, Modellflugzeugen und benzinbetriebenen Gartengeräten wie Heckenscheren, Laubbläsern und Bodenkultivierern zu finden sind. Oft sind diese Motoren nicht so großen Temperaturbereichen ausgesetzt wie in Fahrzeugen, so dass es sich bei diesen Ölen um Einviskositätsöle handeln kann. ⓘ
Bei kleinen Zweitaktmotoren kann das Öl dem Benzin oder Kraftstoff vorgemischt werden, oft in einem fetten Benzin-Öl-Verhältnis von 25:1, 40:1 oder 50:1, und wird im Betrieb zusammen mit dem Benzin verbrannt. Größere Zweitaktmotoren, wie sie in Booten und Motorrädern verwendet werden, können ein wirtschaftlicheres Öleinspritzsystem haben, anstatt dass das Öl dem Benzin vorgemischt wird. Das Öleinspritzsystem wird bei kleinen Motoren, wie z. B. Schneefräsen und Trolling-Motoren, nicht verwendet, da das Öleinspritzsystem für kleine Motoren zu teuer ist und zu viel Platz in den Geräten beanspruchen würde. Die Öleigenschaften variieren je nach den individuellen Anforderungen dieser Geräte. Nicht rauchende Zweitaktöle bestehen aus Estern oder Polyglykolen. Die Umweltvorschriften für Freizeitschiffe, insbesondere in Europa, haben die Verwendung von Zweitaktölen auf Esterbasis gefördert. ⓘ
Eigenschaften
Die meisten Motorenöle werden aus einem schwereren, dickeren Erdölkohlenwasserstoff-Grundstoff hergestellt, der aus Rohöl gewonnen wird, und mit Zusätzen versehen, die bestimmte Eigenschaften verbessern. Der Großteil eines typischen Motoröls besteht aus Kohlenwasserstoffen mit 18 bis 34 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Motoröl für die Aufrechterhaltung eines Schmierfilms zwischen beweglichen Teilen ist seine Viskosität. Die Viskosität einer Flüssigkeit kann als ihre "Dicke" oder als Maß für ihren Fließwiderstand betrachtet werden. Die Viskosität muss hoch genug sein, um einen Schmierfilm aufrechtzuerhalten, aber niedrig genug, damit das Öl unter allen Bedingungen um die Motorteile fließen kann. Der Viskositätsindex ist ein Maß dafür, wie stark sich die Viskosität des Öls bei Temperaturschwankungen verändert. Ein höherer Viskositätsindex bedeutet, dass sich die Viskosität weniger stark mit der Temperatur ändert als ein niedrigerer Viskositätsindex. ⓘ
Motoröl muss bei der niedrigsten zu erwartenden Temperatur ausreichend fließfähig sein, um den Kontakt von Metall auf Metall zwischen beweglichen Teilen beim Anlassen des Motors zu minimieren. Der Pourpoint definierte zunächst diese Eigenschaft des Motoröls, wie von ASTM D97 als "...ein Index der niedrigsten Temperatur seiner Nutzbarkeit..." für eine bestimmte Anwendung definiert, aber der Kaltstartsimulator (CCS, siehe ASTM D5293-08) und das Mini-Rotationsviskosimeter (MRV, siehe ASTM D3829-02(2007), ASTM D4684-08) sind heute die Eigenschaften, die in den Motorölspezifikationen gefordert werden und die Klassifizierungen der Society of Automotive Engineers (SAE) definieren. ⓘ
Öl besteht größtenteils aus Kohlenwasserstoffen, die bei Entzündung brennen können. Eine weitere wichtige Eigenschaft von Motoröl ist sein Flammpunkt, die niedrigste Temperatur, bei der das Öl Dämpfe abgibt, die sich entzünden können. Es ist gefährlich, wenn sich das Öl in einem Motor entzündet und brennt, daher ist ein hoher Flammpunkt wünschenswert. In einer Erdölraffinerie wird durch fraktionierte Destillation eine Motorölfraktion von anderen Rohölfraktionen getrennt, wobei die flüchtigeren Bestandteile entfernt werden und somit der Flammpunkt des Öls erhöht wird (was seine Neigung zum Verbrennen verringert). ⓘ
Eine weitere manipulierte Eigenschaft des Motoröls ist seine Gesamtbasenzahl (TBN), ein Maß für die Reservealkalität eines Öls, d. h. seine Fähigkeit, Säuren zu neutralisieren. Die sich daraus ergebende Menge wird in mg KOH/(Gramm Schmierstoff) angegeben. Analog dazu ist die Gesamtsäurezahl (TAN) das Maß für den Säuregehalt eines Schmierstoffs. Andere Tests umfassen den Zink-, Phosphor- oder Schwefelgehalt sowie die Prüfung auf übermäßige Schaumbildung. ⓘ
Der Noack-Volatilitätstest (ASTM D-5800) bestimmt den physikalischen Verdampfungsverlust von Schmierstoffen im Hochtemperaturbetrieb. Ein maximaler Verdampfungsverlust von 14 % ist zulässig, um die Spezifikationen API SL und ILSAC GF-3 zu erfüllen. Einige OEM-Ölspezifikationen für die Automobilindustrie verlangen weniger als 10 %. ⓘ
Viskositätsklassen
Die Society of Automotive Engineers (SAE) hat ein numerisches Codesystem zur Einstufung von Motorölen nach ihren Viskositätseigenschaften eingeführt, das als SAE J300 bekannt ist. Die ursprünglichen Viskositätsklassen waren allesamt Monosorten, z. B. war ein typisches Motoröl ein SAE 30. Der Grund dafür ist, dass alle Öle bei Erwärmung dünnflüssig werden. Um die richtige Filmdicke bei Betriebstemperaturen zu erreichen, mussten die Ölhersteller mit einem dickflüssigen Öl beginnen. Dies bedeutete, dass es bei kaltem Wetter schwierig war, den Motor zu starten, da das Öl zu dick war, um zu starten. Es wurde jedoch eine Technologie der Ölzusätze eingeführt, die es ermöglichte, Öle langsamer zu verdünnen (d. h. einen höheren Viskositätsindex beizubehalten); dies ermöglichte die Auswahl eines dünneren Öls für den Anfang, z. B. "SAE 15W-30", ein Produkt, das sich bei kalten Temperaturen wie ein SAE 15 verhält (15W für den Winter) und bei 100 °C (212 °F) wie ein SAE 30. ⓘ
Daher gibt es einen Satz, der die Leistung bei kalten Temperaturen misst (0W, 5W, 10W, 15W und 20W). Der zweite Satz von Messungen bezieht sich auf die Leistung bei hohen Temperaturen (8, 12, 16, 20, 30, 40, 50). Das Dokument SAE J300 definiert die Viskositätswerte für diese Klassen. ⓘ
Die kinematische Viskosität wird eingestuft, indem die Zeit gemessen wird, die eine Standardölmenge benötigt, um bei Standardtemperaturen durch eine Standardöffnung zu fließen. Je länger es dauert, desto höher ist die Viskosität und desto höher ist der SAE-Code. Größere Zahlen sind dickflüssiger. ⓘ
Die SAE hat ein separates Viskositätsbewertungssystem für Getriebe-, Achs- und Schaltgetriebeöle, SAE J306, das nicht mit der Viskosität von Motoröl verwechselt werden sollte. Die höheren Zahlen eines Getriebeöls (z. B. 75W-140) bedeuten nicht, dass es eine höhere Viskosität hat als ein Motoröl. In Erwartung neuer, niedrigerer Motoröl-Viskositätsklassen hat die SAE SAE 16 als Standard eingeführt, um Verwechslungen mit den "Winter"-Ölsorten zu vermeiden, die auf SAE 20 anstelle von SAE 15 folgen. Michael Covitch von Lubrizol, Vorsitzender der SAE International Engine Oil Viscosity Classification (EOVC) Task Force, wurde zu dieser Änderung mit den Worten zitiert: "Wenn wir weiterhin von SAE 20 zu 15 zu 10 usw. herunterzählen würden, hätten wir ständig Probleme mit der Verwirrung der Kunden bei beliebten Niedrigtemperatur-Viskositätsklassen wie SAE 10W, SAE 5W und SAE 0W", sagte er. "Mit der Entscheidung, die neue Viskositätsklasse als SAE 16 zu bezeichnen, haben wir einen Präzedenzfall für künftige Klassen geschaffen, indem wir in Vierer- statt in Fünferschritten herunterzählen: SAE 12, SAE 8, SAE 4." ⓘ
Einbereichsöl
Ein Einbereichsmotorenöl nach SAE J300 darf keinen polymeren Viskositätsindexverbesserer (VII, auch Viskositätsmodifikator, VM) enthalten. SAE J300 hat elf Viskositätsklassen festgelegt, von denen sechs als Winterklassen gelten und mit der Bezeichnung W versehen sind. Die 11 Viskositätsklassen sind 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50 und 60. In den Vereinigten Staaten werden diese Zahlen oft als das "Gewicht" eines Motoröls bezeichnet, und Einbereichsöle werden oft als "Straight-Weight"-Öle bezeichnet. ⓘ
Bei Einbereichsölen für den Winter wird die dynamische Viskosität bei verschiedenen kalten Temperaturen gemessen, die je nach Viskositätsklasse in J300 in Einheiten von mPa-s oder den entsprechenden älteren Nicht-SI-Einheiten, Centipoise (abgekürzt cP), angegeben werden, wobei zwei verschiedene Prüfverfahren verwendet werden. Dabei handelt es sich um den Cold-Cranking-Simulator (ASTM D5293) und das Mini-Rotationsviskosimeter (ASTM D4684). Je nachdem, bei welcher Temperatur das Öl am kältesten ist, wird es in die SAE-Viskositätsklassen 0W, 5W, 10W, 15W, 20W oder 25W eingestuft. Je niedriger die Viskositätsklasse, desto niedriger ist die Temperatur, die das Öl verträgt. Wenn ein Öl beispielsweise die Spezifikationen für 10W und 5W erfüllt, aber bei 0W nicht, muss es als SAE 5W gekennzeichnet werden. Dieses Öl kann weder als 0W noch als 10W gekennzeichnet werden. ⓘ
Bei Ölen, die nicht für den Winterbetrieb geeignet sind, wird die kinematische Viskosität bei einer Temperatur von 100 °C (212 °F) in der Einheit mm2/s (Millimeter im Quadrat pro Sekunde) oder der entsprechenden älteren Nicht-SI-Einheit Centistokes (abgekürzt cSt) gemessen. Basierend auf dem Viskositätsbereich, in den das Öl bei dieser Temperatur fällt, wird das Öl als SAE-Viskositätsklasse 20, 30, 40, 50 oder 60 eingestuft. Für die SAE-Viskositätsklassen 20, 30 und 40 ist außerdem eine Mindestviskosität erforderlich, die bei 150 °C (302 °F) und einer hohen Scherrate gemessen wird. Je höher die Viskosität, desto höher ist die SAE-Viskositätsklasse. ⓘ
Mehrbereichsöl
Der Temperaturbereich, dem das Öl in den meisten Fahrzeugen ausgesetzt ist, ist sehr groß und reicht von kalten Temperaturen im Winter, bevor das Fahrzeug gestartet wird, bis hin zu heißen Betriebstemperaturen, wenn das Fahrzeug bei heißem Sommerwetter voll aufgewärmt ist. Ein bestimmtes Öl hat eine hohe Viskosität bei Kälte und eine niedrigere Viskosität bei der Betriebstemperatur des Motors. Bei den meisten Einbereichsölen ist der Viskositätsunterschied zwischen den Temperaturextremen zu groß. Um den Viskositätsunterschied anzugleichen, werden dem Öl spezielle Polymeradditive, so genannte Viskositätsindexverbesserer (VII), zugesetzt. Diese Additive werden verwendet, um das Öl zu einem Mehrbereichsöl zu machen, obwohl es möglich ist, ein Mehrbereichsöl ohne die Verwendung von VIIs zu haben. Die Idee ist, dass das Mehrbereichsöl im kalten Zustand die Viskosität des Basisöls und im heißen Zustand die Viskosität der zweiten Sorte aufweist. So kann eine Ölsorte das ganze Jahr über verwendet werden. Als die Mehrbereichsöle ursprünglich entwickelt wurden, bezeichnete man sie häufig als Ganzjahresöle. Die Viskosität eines Mehrbereichsöls ändert sich immer noch logarithmisch mit der Temperatur, aber die Steigung, die diese Änderung darstellt, ist geringer. ⓘ
Die SAE-Bezeichnung für Mehrbereichsöle umfasst zwei Viskositätsklassen; so bezeichnet beispielsweise 10W-30 ein gängiges Mehrbereichsöl. Die erste Zahl "10W" ist die äquivalente Güteklasse des Einbereichsöls, die die Viskosität des Öls bei kalter Temperatur angibt, und die zweite Zahl ist die Güteklasse des äquivalenten Einbereichsöls, die die Viskosität bei 100 °C (212 °F) beschreibt. Beachten Sie, dass es sich bei beiden Zahlen um Sorten und nicht um Viskositätswerte handelt. Die beiden Zahlen werden von SAE J300 für Einbereichsöle individuell festgelegt. Daher muss ein Öl mit der Bezeichnung 10W-30 die SAE J300-Anforderungen an die Viskositätsklasse sowohl für 10W als auch für 30 erfüllen und alle Beschränkungen für die Viskositätsklassen einhalten (ein 10W-30-Öl muss beispielsweise die J300-Anforderungen bei 5W nicht erfüllen). Wenn ein Öl keine VIIer enthält und als Mehrbereichsöl zugelassen werden kann, kann es mit einer der beiden SAE-Viskositätsklassen gekennzeichnet werden. Ein sehr einfaches Mehrbereichsöl, das mit modernen Grundölen ohne VII hergestellt werden kann, ist zum Beispiel ein 20W-20. Dieses Öl kann als 20W-20, 20W oder 20 bezeichnet werden. Wenn jedoch VIIs verwendet werden, kann dieses Öl nicht als eine einzige Sorte bezeichnet werden. ⓘ
Die Zersetzung von VIIer-Ölen unter Scherbelastung ist ein Problem bei Motorradanwendungen, bei denen das Getriebe das Schmieröl mit dem Motor teilen kann. Aus diesem Grund wird manchmal ein motorradspezifisches Öl empfohlen. Die Notwendigkeit höherpreisiger motorradspezifischer Öle wurde auch von mindestens einer Verbraucherorganisation in Frage gestellt. ⓘ
Öle mit abgesenkter Hochtemperaturviskosität
Motorkonstrukteure nutzen alle Möglichkeiten, um den Kraftstoffverbrauch noch weiter zu senken. Kann durch neuartige Ölformulierungen im Hochtemperaturbereich die Fließzähigkeit des Motoröls reduziert werden, sinkt gleichzeitig der Reibungsverlust im Motor. Es wird weniger Kraftstoff in Wärme umgewandelt, die Leistung steigt oder der Kraftstoffverbrauch bei gleicher abgeforderter Leistung sinkt. Diese so genannte High-Temperature-High-Shear-Viskosität (HTHS) des Motoröls wird bei hoher Öltemperatur und hoher Motordrehzahl gemessen. Die hohe Drehzahl sorgt dabei für eine hohe Schergeschwindigkeit (Schergefälle). Diese Effekte lassen sich jedoch nur erzielen, wenn die gesamte Motorkonstruktion darauf ausgelegt ist. Bei älteren, ungeeigneten Motorkonstruktionen können solche Öle mit abgesenkter HTHS-Viskosität im Extremfall sogar zu Motorschäden führen. Sie werden daher nur in Fahrzeugen eingesetzt, deren Hersteller eine entsprechende Freigabe erteilt haben. ⓘ
Im Wesentlichen gibt der HTHS die Stabilität des Schmierfilms eines Motoröls bei einer erhöhten Temperatur an. Ist der Wert über 3,5 mPa×s, dann ist das Öl auch bei hohen Temperaturen sehr scherstabil. Bei Werten darunter (unter 3,5 mPa×s) spricht man von abgesenkter HTHS-Viskosität, was auch weniger Scherstabilität bedeutet. ⓘ
Es besteht jedoch ein Zielkonflikt zwischen den Inhaltsstoffen in Ölen mit hoher Scherstabilität und den resultierenden Verbrennungsrückständen. ⓘ
Beispiel anhand von PKW-Dieselmotoren mit Partikelfilter (ACEA-Spezifikation = C):
- C1: Low-SAPS-Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität ≥ 2,9 mPa×s, dafür stark begrenzte Anteile von Inhaltsstoffen, welche die Durchlässigkeit des Partikelfilters ungünstig beeinflussen könnten. Sulfataschegehalt ≤ 0,5 % m/m.
- C2: Mid-SAPS-Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität ≥ 2,9 mPa×s, begrenzte Anteile von Inhaltsstoffen, welche die Durchlässigkeit des Partikelfilters ungünstig beeinflussen könnten. Sulfataschegehalt ≤ 0,8 % m/m.
- C3: Mid-SAPS-Öl mit höherer HTHS-Viskosität ≥ 3,5 mPa×s, mit begrenzten, aber höheren Anteilen von verbrennungsrückständigen Inhaltsstoffen, wie Sulfat-Asche, Phosphor, Schwefel. Sulfataschegehalt ≤ 0,8 % m/m. Total-Base-Number (TBN) ≥ 6 mg KOH pro g.
- C4: Low-SAPS-Öl mit höherer HTHS-Viskosität ≥ 3,5 mPa×s, mit stärker begrenzten Anteilen von Inhaltsstoffen, welche die Durchlässigkeit des Partikelfilters ungünstig beeinflussen könnten. Sulfataschegehalt ≤ 0,5 % m/m. TBN ≥ 6 mg KOH pro g. ⓘ
Öle nach ACEA C1 weisen eine stark abgesenkte HTHS-Viskosität auf, was zum Kraftstoff sparen verhelfen kann, und sind besser für den Dieselpartikelfilter, denn sie setzen diesen nicht so zu; allerdings weisen Öle nach ACEA C1 eine nicht so gute Schmierstabilität auf wie beispielsweise andere Öle (ACEA C3/C4) dieser Spezifikation. Als Faustformel ist C1 besser für den Dieselpartikelfilter, C3 besser für den Motor. ⓘ
Wartung
Das Öl und der Ölfilter müssen in regelmäßigen Abständen gewechselt werden; dieser Vorgang wird als Ölwechsel bezeichnet. Während sich eine ganze Industrie um den regelmäßigen Ölwechsel und die Wartung kümmert, ist der Ölwechsel eine relativ einfache Wartungsarbeit, die viele Autobesitzer selbst durchführen können. Dabei wird das Öl aus dem Motor in eine Auffangwanne abgelassen, der Filter ausgetauscht und frisches Öl eingefüllt. ⓘ
In Motoren ist das Öl in gewissem Maße Verbrennungsprodukten ausgesetzt, und mikroskopisch kleine Kokspartikel aus schwarzem Ruß sammeln sich während des Betriebs im Öl an. Außerdem entstehen durch das Reiben von Metallteilen im Motor mikroskopisch kleine Metallpartikel, die durch den Verschleiß der Oberflächen entstehen. Diese Partikel können im Öl zirkulieren und an den Oberflächen der Teile schleifen, was zu Verschleiß führt. Der Ölfilter entfernt viele dieser Partikel und den Schlamm, aber bei extrem langer Betriebsdauer kann der Ölfilter verstopfen. ⓘ
Das Motoröl und vor allem die Additive werden auch thermisch und mechanisch abgebaut, wodurch sich die Viskosität und die Alkalireserve des Öls verringern. Bei verringerter Viskosität ist das Öl nicht mehr in der Lage, den Motor zu schmieren, wodurch sich der Verschleiß und die Gefahr einer Überhitzung erhöhen. Die Reservealkalität ist die Fähigkeit des Öls, der Bildung von Säuren zu widerstehen. Sinkt die Reservealkalität auf Null, bilden sich diese Säuren und lassen den Motor korrodieren. ⓘ
Einige Motorhersteller geben an, welche Viskositätsklasse der Society of Automotive Engineers (SAE) verwendet werden sollte, aber je nach Betriebsumgebung kann ein Motoröl mit einer anderen Viskosität besser funktionieren. Viele Hersteller haben unterschiedliche Anforderungen und Bezeichnungen für Motoröl, das sie verwenden müssen. Dies ist auf die EPA-Vorschrift zurückzuführen, wonach dem Kunden dieselbe Viskositätsklasse des im MPG-Test verwendeten Öls empfohlen werden muss. Diese ausschließliche Empfehlung führte zur Abschaffung informativer Diagramme, in denen der Klima-Temperaturbereich zusammen mit mehreren entsprechenden Öl-Viskositätsklassen vorgeschlagen wird. ⓘ
Im Allgemeinen sind dickere Öle, sofern nicht vom Hersteller angegeben, nicht unbedingt besser als dünnere Öle; schwere Öle neigen dazu, länger an Teilen zwischen zwei sich bewegenden Oberflächen zu haften, was das Öl schneller zersetzt als ein leichteres Öl, das besser fließt und frisches Öl schneller an seine Stelle treten lässt. Kaltes Wetter hat eine verdickende Wirkung auf herkömmliches Öl, und das ist ein Grund, warum der Hersteller in Gegenden mit kalten Wintern dünnere Öle empfiehlt. ⓘ
Motorölwechsel werden in der Regel auf der Grundlage der Betriebszeit oder der zurückgelegten Strecke geplant. Dies sind grobe Anhaltspunkte für die wirklichen Faktoren, die bestimmen, wann ein Ölwechsel angebracht ist. Dazu gehört, wie lange das Öl bei hohen Temperaturen gelaufen ist, wie viele Heizzyklen der Motor durchlaufen hat und wie hart der Motor gearbeitet hat. Die Fahrstrecke soll die Zeit bei hohen Temperaturen abschätzen, während die Betriebszeit mit der Anzahl der Fahrten korrelieren und die Anzahl der Heizzyklen erfassen soll. Öl verschlechtert sich nicht wesentlich, wenn es nur in einem kalten Motor steht. Wird ein Auto hingegen nur über sehr kurze Strecken gefahren, erwärmt sich das Öl nicht vollständig, und es sammeln sich Verunreinigungen wie Wasser an, da die Wärme nicht ausreicht, um das Wasser zu verdampfen. Öl in diesem Zustand, das einfach nur in einem Motor steht, kann Probleme verursachen. ⓘ
Wichtig ist auch die Qualität des verwendeten Öls, insbesondere bei synthetischen Ölen (synthetische Öle sind stabiler als herkömmliche Öle). Einige Hersteller berücksichtigen dies (z. B. BMW und VW mit ihren jeweiligen Long-Life-Standards), andere nicht. ⓘ
Zeitabhängige Intervalle tragen den Kurzstreckenfahrern Rechnung, die kurze Strecken zurücklegen, auf denen sich mehr Verunreinigungen ansammeln. Die Hersteller raten dazu, ihre zeit- oder streckenabhängigen Intervalle für einen Motorölwechsel nicht zu überschreiten. Bei vielen modernen Autos werden inzwischen etwas höhere Intervalle für den Öl- und Filterwechsel angegeben, mit der Einschränkung, dass ein "strenger" Service einen häufigeren Wechsel bei weniger optimaler Fahrweise erfordert. Dies gilt für kurze Fahrten von weniger als 15 Kilometern, bei denen das Öl nicht lange genug auf volle Betriebstemperatur kommt, um Kondenswasser, überschüssigen Kraftstoff und andere Verunreinigungen, die zu "Schlamm", "Verlackung", "Säuren" oder anderen Ablagerungen führen, abzukochen. Viele Hersteller verfügen über Motorcomputer, die den Zustand des Öls auf der Grundlage von Faktoren wie Drehzahl, Temperatur und Fahrtdauer berechnen; ein System fügt einen optischen Sensor hinzu, um die Klarheit des Öls im Motor zu bestimmen. Diese Systeme werden gemeinhin als Oil Life Monitors oder OLMs bezeichnet. ⓘ
Einige Schnellwechselwerkstätten empfehlen ein Intervall von 5.000 Kilometern (3.000 Meilen) oder alle drei Monate; dies ist nach Ansicht vieler Automobilhersteller nicht notwendig. Dies hat zu einer Kampagne der kalifornischen EPA gegen den "3.000-Meilen-Mythos" geführt, die die Empfehlungen der Fahrzeughersteller für die Ölwechselintervalle über die der Ölwechselindustrie stellt. ⓘ
Der Motorbenutzer kann beim Ölwechsel die Viskosität an die wechselnden Umgebungstemperaturen anpassen, d.h. dickeres Öl für die Sommerhitze und dünneres für die Winterkälte. Öle mit niedrigerer Viskosität sind bei neueren Fahrzeugen üblich. ⓘ
Mitte der 1980er Jahre wurde die empfohlene Viskosität auf 5W-30 gesenkt, vor allem um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ein typisches Beispiel für eine moderne Anwendung ist die Verwendung von 5W-20 (und in den neuesten Fahrzeugen 0W-20) für eine Laufleistung von 12.000 Kilometern bei Honda-Motoren. Die Motorkonstruktionen entwickeln sich weiter, um die Verwendung von Ölen mit noch niedrigerer Viskosität zu ermöglichen, ohne dass die Gefahr eines übermäßigen Abriebs von Metall auf Metall besteht, vor allem im Bereich der Nocken und des Ventilmechanismus. Im Einklang mit dem Bestreben der Automobilhersteller, diese niedrigeren Viskositäten zu verwenden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken, führte die Society of Automotive Engineers (SAE) am 2. April 2013 die Viskositätsklasse SAE 16 ein und löste sich damit von ihrem traditionellen, durch 10 teilbaren Nummerierungssystem für ihre Hochtemperatur-Viskositätsklassen, das von SAE 20 (niedrige Viskosität) bis SAE 60 (hohe Viskosität) reichte. ⓘ
Normen
Amerikanisches Erdölinstitut (API)
Motorenschmierstoffe werden gemäß den Anforderungen des American Petroleum Institute (API), SJ, SL, SM, SN, CH-4, CI-4, CI-4 PLUS, CJ-4, CK und FA sowie gemäß den Anforderungen des International Lubricant Standardization and Approval Committee (ILSAC) GF-3, GF-4 und GF-5 und den Anforderungen von Cummins, Mack und John Deere (und anderen Original Equipment Manufacturers (OEM)) bewertet. Diese Bewertungen umfassen chemische und physikalische Eigenschaften unter Verwendung von Prüfstandsmethoden sowie Tests im laufenden Motorbetrieb zur Quantifizierung von Motorschlamm, Oxidation, Komponentenverschleiß, Ölverbrauch, Kolbenablagerungen und Kraftstoffverbrauch. Ursprünglich stand S für Fremdzündung und C für Kompression, wie bei Dieselmotoren verwendet. Viele Ölhersteller beziehen sich in ihrem Marketing immer noch auf diese Kategorien. ⓘ
Das API legt Mindestleistungsstandards für Schmierstoffe fest. Motoröl wird für die Schmierung, Kühlung und Reinigung von Verbrennungsmotoren verwendet. Motoröl kann aus einem reinen Schmierstoff-Grundbestandteil bestehen, wenn es sich um ein meist veraltetes detergensfreies Öl handelt, oder aus einem Schmierstoff-Grundbestandteil plus Additiven, die die Waschkraft des Öls, die Leistung bei extremem Druck und die Fähigkeit, die Korrosion von Motorteilen zu verhindern, verbessern. ⓘ
Gruppen: Schmierstoffgrundstoffe werden von der API in fünf Gruppen eingeteilt. Grundstoffe der Gruppe I bestehen aus fraktioniert destilliertem Erdöl, das durch Lösungsmittelextraktion weiter raffiniert wird, um bestimmte Eigenschaften wie die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern und Wachs zu entfernen. Schlecht raffinierte Mineralöle, die den in Gruppe I geforderten Mindest-VI-Wert von 80 nicht erreichen, gehören zur Gruppe V. Grundstoffe der Gruppe II bestehen aus fraktioniert destilliertem Erdöl, das zur weiteren Raffination und Reinigung hydrogecrackt wurde. Grundöle der Gruppe III haben ähnliche Eigenschaften wie Grundöle der Gruppe II, mit der Ausnahme, dass Grundöle der Gruppe III einen höheren Viskositätsindex aufweisen. Grundstoffe der Gruppe III werden durch weiteres Hydrocracken entweder von Grundstoffen der Gruppe II oder von hydroisomerisiertem Paraffingatsch (einem Nebenprodukt der Entparaffinierungsverfahren der Gruppen I und II) hergestellt. Grundstoffe der Gruppe IV sind Polyalphaolefine (PAOs). Gruppe V ist eine Auffanggruppe für alle Grundstoffe, die nicht unter die Gruppen I bis IV fallen. Beispiele für Grundstoffe der Gruppe V sind Polyolester (POE), Polyalkylenglykole (PAG) und Perfluorpolyalkylether (PFPAE) sowie schlecht raffiniertes Mineralöl. Die Gruppen I und II werden gemeinhin als Mineralöle bezeichnet, Gruppe III wird üblicherweise als synthetisch bezeichnet (außer in Deutschland und Japan, wo sie nicht als synthetisch bezeichnet werden dürfen) und Gruppe IV ist ein synthetisches Öl. Die Grundöle der Gruppe V sind so unterschiedlich, dass es keine allgemeingültige Beschreibung gibt. ⓘ
Bei den API-Serviceklassen gibt es zwei allgemeine Klassifizierungen: S für "service/spark ignition" (typische Pkw und leichte Lkw mit Benzinmotoren) und C für "commercial/compression ignition" (typische Dieselmaschinen). Motoröl, das getestet wurde und die API-Normen erfüllt, darf auf den Behältern, die an Ölverbraucher verkauft werden, das API-Service-Symbol (auch bekannt als Donut") mit den Servicekategorien tragen. ⓘ
Die neueste API-Servicekategorie ist API SN Plus für Benzinmotoren von Pkw und leichten Nutzfahrzeugen. Der SN-Standard bezieht sich auf eine Gruppe von Labor- und Motortests, einschließlich der neuesten Serie zur Kontrolle von Hochtemperaturablagerungen. Die aktuellen API-Servicekategorien umfassen SN, SM, SL und SJ für Benzinmotoren. Alle früheren Servicekategorien sind veraltet. Für Motorradöle wird jedoch in der Regel noch die SF/SG-Norm verwendet. ⓘ
Alle aktuellen Benzinkategorien (einschließlich der veralteten SH) haben den Phosphorgehalt für bestimmte SAE-Viskositätsklassen (xW-20, xW-30) aufgrund der chemischen Vergiftung, die Phosphor auf Katalysatoren ausübt, eingeschränkt. Phosphor ist ein wichtiger Verschleißschutzbestandteil in Motoröl und kommt in der Regel in Form von Zinkdithiophosphat (ZDDP) vor. Mit jeder neuen API-Kategorie wurden die Grenzwerte für Phosphor und Zink sukzessive gesenkt, was zu einer Kontroverse über veraltete Öle führte, die für ältere Motoren benötigt werden, vor allem für Motoren mit Gleitstößeln (Flat/Cleave). API und ILSAC, die die meisten großen Automobil-/Motorenhersteller der Welt vertreten, erklären, dass API SM/ILSAC GF-4 vollständig rückwärtskompatibel ist, und es wird darauf hingewiesen, dass einer der für API SM erforderlichen Motortests, die Sequenz IVA, eine Gleitstößelkonstruktion ist, um speziell den Nockenverschleißschutz zu testen. Nicht jeder ist mit der Rückwärtskompatibilität einverstanden, und darüber hinaus gibt es spezielle Situationen, wie z. B. "Performance"-Motoren oder Motoren, die ausschließlich für den Renneinsatz gebaut werden, bei denen die Anforderungen an den Motorschutz über die API/ILSAC-Anforderungen hinausgehen. Aus diesem Grund gibt es auf dem Markt Spezialöle mit höheren als den von der API zugelassenen Phosphorgehalten. Die meisten Motoren, die vor 1985 gebaut wurden, haben Flach-/Gleitlagersysteme, die empfindlich auf die Reduzierung von Zink und Phosphor reagieren. Bei Ölen mit API-SG-Einstufung lag der Zink- und Phosphorgehalt beispielsweise bei 1200-1300 ppm, während der aktuelle SM-Wert unter 600 ppm liegt. Diese Verringerung der verschleißhemmenden Chemikalien im Öl hat in vielen älteren Fahrzeugen zu vorzeitigen Ausfällen von Nockenwellen und anderen Hochdrucklagern geführt und wird für den vorzeitigen Ausfall des Zahnrads des Ölpumpenantriebs/Nockenwellensensors verantwortlich gemacht, der in einigen modernen Motoren mit dem Zahnrad der Nockenwelle in Eingriff steht. ⓘ
Die aktuellen Servicekategorien für Dieselmotoren sind API CK-4, CJ-4, CI-4 PLUS, CI-4, CH-4 und FA-4. Die früheren Wartungskategorien wie API CC oder CD sind veraltet. API löste die Probleme mit API CI-4 durch die Schaffung einer separaten Kategorie API CI-4 PLUS, die einige zusätzliche Anforderungen enthält - diese Kennzeichnung befindet sich im unteren Teil des API-Service-Symbols "Donut". ⓘ
API CK-4 und FA-4 wurden für amerikanische Motoren des Modells 2017 eingeführt. API CK-4 ist rückwärtskompatibel, d. h. es wird davon ausgegangen, dass API CK-4-Öle eine bessere Leistung als Öle früherer Kategorien bieten und problemlos in allen Motoren früherer Modelle verwendet werden können (siehe jedoch Ford unten). ⓘ
API FA-4-Öle sind anders (deshalb hat API beschlossen, zusätzlich zu API Sx und API Cx eine neue Gruppe zu gründen). API FA-4-Öle sind für eine verbesserte Kraftstoffeinsparung formuliert (dargestellt als reduzierte Treibhausgasemissionen). Um dies zu erreichen, handelt es sich um SAE xW-30-Öle, die auf eine Hochtemperatur-Hochscherviskosität von 2,9 cP bis 3,2 cP gemischt sind. Sie sind nicht für alle Motoren geeignet, so dass ihre Verwendung von der Entscheidung des jeweiligen Motorenherstellers abhängt. Sie können nicht mit Dieselkraftstoff verwendet werden, der mehr als 15 ppm Schwefel enthält. ⓘ
Cummins reagierte auf die Einführung von API CK-4 und API FA-4 mit der Herausgabe der CES 20086 Liste der API CK-4 registrierten Öle und der CES 20087 Liste der API FA-4 registrierten Öle. Valvoline-Öle werden bevorzugt. ⓘ
Ford empfiehlt keine API CK-4- oder FA-4-Öle für seine Dieselmotoren. ⓘ
Motoröle werden zwar so formuliert, dass sie einer bestimmten API-Servicekategorie entsprechen, aber sie entsprechen sowohl der Benzin- als auch der Dieselkategorie. Daher tragen Dieselmotorenöle in der Regel die entsprechenden Benzinkategorien, z. B. könnte ein API CJ-4-Öl entweder API SL oder API SM auf dem Behälter stehen. Die Regel ist, dass die erstgenannte Kategorie vollständig erfüllt ist und die zweite vollständig erfüllt ist, es sei denn, ihre Anforderungen kollidieren mit den Anforderungen der ersten Kategorie. ⓘ
Öl für Motorräder
Die API-Ölklassifizierungsstruktur hat die spezifische Unterstützung für Motorradanwendungen mit nasser Kupplung in ihren Deskriptoren gestrichen, und API SJ und neuere Öle werden als spezifisch für die Verwendung in Pkw und leichten Nutzfahrzeugen bezeichnet. Dementsprechend gelten für Motorradöle eigene, spezielle Normen. Siehe JASO unten. Wie bereits erwähnt, verwenden Motorradöle in der Regel noch die veraltete SF/SG-Norm. ⓘ
ILSAC
Das International Lubricant Standardization and Approval Committee (ILSAC) verfügt ebenfalls über Normen für Motoröle. GF-4 wurde 2004 eingeführt und gilt für SAE-Öle der Viskositätsklassen 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 und 10W-30. Im Allgemeinen arbeitet ILSAC bei der Erstellung der neuesten Benzinölspezifikation mit API zusammen, wobei ILSAC ihre Spezifikation um eine zusätzliche Anforderung zur Prüfung des Kraftstoffverbrauchs ergänzt. Für GF-4 ist ein Sequence VIB Fuel Economy Test (ASTM D6837) erforderlich, der in der API-Servicekategorie SM nicht vorgeschrieben ist. ⓘ
Ein wichtiger neuer Test für GF-4, der auch für API SM vorgeschrieben ist, ist der Sequence IIIG-Test, bei dem ein 3,8-Liter-V-6 von GM mit 125 PS (93 kW), 3.600 U/min und 150 °C (302 °F) Öltemperatur 100 Stunden lang betrieben wird. Dies sind weitaus härtere Bedingungen als die, für die ein API-spezifiziertes Öl ausgelegt ist: Zu den Fahrzeugen, bei denen die Öltemperatur in der Regel konstant über 100 °C liegt, gehören die meisten Motoren mit Turbolader sowie die meisten Motoren europäischer oder japanischer Herkunft, insbesondere solche mit kleinem Hubraum und hoher Leistungsabgabe. ⓘ
Der IIIG-Test ist etwa 50 % schwieriger als der frühere IIIF-Test, der für GF-3- und API SL-Öle verwendet wird. Motorenöle, die seit 2005 mit dem API-Sternchen-Symbol gekennzeichnet sind, entsprechen dem ILSAC GF-4-Test. Damit die Verbraucher erkennen können, dass ein Öl die ILSAC-Anforderungen erfüllt, entwickelte API das Starburst"-Zertifizierungszeichen. ⓘ
Eine neue Reihe von Spezifikationen, GF-5, trat im Oktober 2010 in Kraft. Die Industrie hatte ein Jahr Zeit, ihre Öle auf GF-5 umzustellen, und im September 2011 bot ILSAC keine Lizenzierung für GF-4 mehr an. ⓘ
Nach fast einem Jahrzehnt GF-5 hat ILSAC 2019 die endgültigen GF-6-Spezifikationen veröffentlicht, wobei der lizenzierte Verkauf an Ölhersteller und Re-Branding-Unternehmen am 1. Mai 2020 beginnen soll. Es gibt zwei GF6-Standards: GF-6A ist eine Weiterentwicklung und vollständig rückwärtskompatibel mit GF-5, und GF-6B ist speziell für Öle der Viskosität SAE 0W-16. ⓘ
ACEA
Die Nachfolgeorganisation der CCMC – der ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles) – ist ein Interessenverband der europäischen Automobilindustrie. Seit Anfang der 1990er Jahre werden dort Motorenölklassifikationen für europäische Fahrzeuge erarbeitet und herausgegeben, wobei die üblichen US-Prüfläufe und die API-Klassifikationen mit berücksichtigt werden, um eine Übertragbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
- ACEA Klasse A – Motorenöl für Ottomotoren in PKW
- ACEA Klasse B – Motorenöl für Dieselmotoren in PKW und leichten Nutzfahrzeugen
- ACEA Klasse C – Motorenöl für Otto- und Dieselmotoren mit neuen Abgasnachbehandlungssystemen (z. B. Dieselpartikelfilter)
- ACEA Klasse E – Motorenöl für Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen und LKW
Die Klasse wird ergänzt um einen Zahlencode. Beispiel: ein A1/B1-04 wäre ein Motorenöl für Ottomotoren (Klasse A) und Dieselmotoren (Klasse B) in Standardqualität (1), geprüft nach der im Jahre 2004 (-04) ausgegebenen ACEA-Klassifikation. ⓘ
Aus dem Zahlenwert kann allerdings keineswegs auf die Wertigkeit des Öles geschlossen werden. Zwar ist ein A3- oder B3-klassifiziertes Öl hochwertiger als ein A1- oder B1-Öl. Ein A1-, B1- oder auch C1-Öl ist ein Öl mit einer abgesenkten HTHS-Viskosität. Aufgrund der damit verringerten Reibung erzielt man eine Kraftstoffersparnis von ca. 2,5 % gegenüber einem 15W-40. Es ist nicht richtig, dass ein C3 deshalb höherwertig ist, jedoch verbrennt ein Motoröl der Klasse C1 rückstandsärmer als ein Motoröl der Klasse C3 – würde hier ein C3- anstelle des vorgeschriebenen C1-Öles verwendet, könnte sich der Partikelfilter zusetzen. ⓘ
Die ehemaligen CCMC-Klassifikationen (CCMC D, CCMC G, CCMC PD etc.) sind ausgelaufen und werden nicht mehr geprüft ⓘ
Die in Europa verwendeten ACEA-Tests (Association des Constructeurs Européens d'Automobiles) für die Leistungs- und Qualitätsklassen A3/A5 sind wohl strenger als die API- und ILSAC-Normen. CEC (The Co-ordinating European Council) ist das Entwicklungsgremium für Kraftstoff- und Schmierstofftests in Europa und darüber hinaus und legt die Standards über seine europäischen Industriegruppen ACEA, ATIEL, ATC und CONCAWE fest. ⓘ
ACEA zertifiziert keine Öle, erteilt keine Lizenzen und registriert keine Konformitätsbescheinigungen. Die Ölhersteller sind selbst für die Durchführung aller Öltests und -bewertungen gemäß den anerkannten Standards und Praktiken der Motorschmierstoffindustrie verantwortlich. ⓘ
Zu den beliebten Kategorien gehören A3/B3 und A3/B4, die als "stabiles, unempfindliches Motorenöl für die Verwendung in Benzin- und Dieselmotoren von Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen mit verlängerten Ölwechselintervallen" definiert sind. A3/B5 ist nur für Motoren geeignet, die für niedrige Viskositäten ausgelegt sind. Öle der Kategorie C sind für die Verwendung mit Katalysatoren und Partikelfiltern vorgesehen, während Kategorie E für Hochleistungsdiesel bestimmt ist. ⓘ
JASO
Die Japanese Automotive Standards Organization (JASO) hat eine Reihe von Leistungs- und Qualitätsstandards für Benzinmotoren japanischer Herkunft entwickelt. ⓘ
Für Viertakt-Benzinmotoren wird die Norm JASO T904 verwendet, die insbesondere für Motorradmotoren relevant ist. Die Normen JASO T904-MA und MA2 dienen der Unterscheidung von Ölen, die für den Einsatz von Nasskupplungen zugelassen sind, wobei MA2-Schmierstoffe eine höhere Reibungsleistung aufweisen. Die Norm JASO T904-MB kennzeichnet Öle, die nicht für den Einsatz mit Nasskupplung geeignet sind und daher in Motorrollern mit stufenlosem Getriebe verwendet werden. Der Zusatz von Reibungsmodifikatoren zu JASO MB-Ölen kann bei diesen Anwendungen zu einer höheren Kraftstoffeinsparung beitragen. ⓘ
Für Zweitakt-Benzinmotoren wird die Norm JASO M345 (FA, FB, FC, FD) verwendet, die sich vor allem auf den geringen Aschegehalt, die Schmierfähigkeit, die Detergenz, die geringe Rauchentwicklung und die Abgasblockierung bezieht. ⓘ
Diese Normen, insbesondere JASO-MA (für Motorräder) und JASO-FC, wurden entwickelt, um Ölanforderungen zu erfüllen, die von den API-Servicekategorien nicht abgedeckt werden. Ein Element der JASO-MA-Norm ist ein Reibungstest, mit dem die Eignung für den Einsatz von Nasskupplungen ermittelt werden soll. Ein Öl, das die JASO-MA-Norm erfüllt, gilt als für den Betrieb einer Nasskupplung geeignet. Öle, die als motorradspezifisch vermarktet werden, tragen das JASO-MA-Label. ⓘ
ASTM
In einem Bericht der American Society for Testing and Materials (ASTM) aus dem Jahr 1989 wird festgestellt, dass die 12-jährigen Bemühungen um eine neue Norm für Hochtemperaturöle mit hoher Scherung (HTHS) nicht erfolgreich waren. Der Bericht bezog sich auf SAE J300, die Grundlage für die derzeitigen Einstufungsnormen:
Die rasche Zunahme von Mehrbereichsölen mit Nicht-Newton'schen Eigenschaften hat die kinematische Viskosität zu einem nahezu nutzlosen Parameter für die Charakterisierung der "echten" Viskosität in kritischen Bereichen eines Motors gemacht... Manche sind enttäuscht, dass die zwölfjährigen Bemühungen nicht zu einer Neudefinition des SAE J300 Engine Oil Viscosity Classification Dokuments geführt haben, um die Hochtemperaturviskosität der verschiedenen Sorten auszudrücken ... Nach Ansicht des Verfassers ist diese Neudefinition nicht erfolgt, da dem Kfz-Schmierstoffmarkt keine Feldausfälle bekannt sind, die eindeutig auf eine unzureichende HTHS-Ölviskosität zurückzuführen sind. ⓘ
ACEA zusammen mit Alliance, EMA und JAMA
Das Besondere an den Global-Spezifikationen der Association des Constructeurs Européens d’Automobiles (ACEA), Members of the Alliance of Automobile Manufacturers (Alliance), Engine Manufacturers Association (EMA) und Japan Automobile Manufacturers Association (JAMA) ist, dass die Prüfläufe parallel mit amerikanischen, asiatischen und europäischen Fahrzeugmotoren durchgeführt werden. ⓘ
- Global DLD 1, Global DLD 2 und Global DLD 3 sind Prüfnormen, die speziell für leichte Nutzfahrzeuge mit Dieselmotoren entwickelt wurden.
- Global DHD 1 ist eine Prüfnorm, die speziell für schwere Nutzfahrzeuge mit Dieselmotoren entwickelt wurde. ⓘ
Sondernormen der Fahrzeughersteller
Einige Fahrzeug- bzw. Motorenhersteller haben eigene Spezifikationen veröffentlicht, die im Allgemeinen auf einer ACEA- oder API-Klassifikation basieren. Oft werden darin auch spezielle praktische Fahrversuche und Straßentests vorgeschrieben. ⓘ
Auf dem deutschen Markt sind insbesondere die Hausnormen folgender Fahrzeughersteller von Bedeutung:
- BMW
- Ford
- Mercedes-Benz
- Opel (GM-LL (−2010), dexos (ab 2010))
- Porsche
- Renault
- VW (Audi, Seat, Skoda) ⓘ
Mit der zunehmenden technischen Ausgereiftheit moderner Motoren haben sich auch die Ansprüche an Motorenöle und ihre Eigenschaften geändert. Der Einsatz einfacher Öle in neueren Fahrzeugen (oder umgekehrt moderner Öle in älteren Motoren) kann möglicherweise Probleme verursachen. ⓘ
So brauchen moderne Filtersysteme wie Rußpartikelfilter spezielle, rückstandsfrei verbrennende Motoröle. Diese sind aber für viele ältere Motoren ungeeignet, weil ihre Schmiereigenschaften dort nicht ausreichen. So ist eine neue VW-Norm zwar abwärtskompatibel angelegt – aber eben nicht generell: Einige ältere Motoren mit Pumpe-Düse-Einspritztechnik sind explizit ausgenommen. ⓘ
Andere Additive
Zusätzlich zu den Viskositätsindexverbesserern fügen die Hersteller von Motorenölen häufig weitere Additive hinzu, wie z. B. Detergentien und Dispergiermittel, die dazu beitragen, den Motor sauber zu halten, indem sie die Schlammbildung minimieren, sowie Korrosionsinhibitoren und alkalische Additive, die die sauren Oxidationsprodukte des Öls neutralisieren. Die meisten handelsüblichen Öle enthalten eine minimale Menge an Zinkdialkyldithiophosphat als Verschleißschutzadditiv, um die Metalloberflächen, die mit Zink und anderen Verbindungen in Berührung kommen, zu schützen. Die Menge an Zinkdialkyldithiophosphat ist begrenzt, um die nachteiligen Auswirkungen auf Katalysatoren zu minimieren. Ein weiterer Aspekt bei Nachbehandlungseinrichtungen ist die Ablagerung von Ölasche, die den Abgasgegendruck erhöht und den Kraftstoffverbrauch mit der Zeit verringert. Die so genannte "Chemical Box" begrenzt heute die Konzentrationen von Schwefel, Asche und Phosphor (SAP). ⓘ
Im Handel sind weitere Additive erhältlich, die dem Öl vom Benutzer zugesetzt werden können, um angeblich zusätzliche Vorteile zu erzielen. Einige dieser Zusätze sind:
- Verschleißschutzadditive wie Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP) und seine Alternativen aufgrund von Phosphorgrenzwerten in einigen Spezifikationen. Auch Calciumsulfonate werden zugesetzt, um Motoröl vor oxidativem Abbau zu schützen und die Bildung von Schlamm- und Lackablagerungen zu verhindern. Beide waren die Hauptgrundlage für Additivpakete, die von Schmierstoffherstellern bis in die 1990er Jahre verwendet wurden, als der Bedarf an aschefreien Additiven aufkam. Der Hauptvorteil war der sehr niedrige Preis und die breite Verfügbarkeit (Sulfonate waren ursprünglich Abfallprodukte). Derzeit gibt es aschefreie Ölschmierstoffe ohne diese Additive, die die Eigenschaften der vorherigen Generation nur mit teureren Grundstoffen und teureren organischen oder metallorganischen Additivverbindungen erfüllen können. Einige neue Öle sind nicht so formuliert, dass sie das Schutzniveau der vorherigen Generationen bieten, um Herstellungskosten zu sparen.
- Einigen molybdändisulfidhaltigen Additiven für Schmieröle wird nachgesagt, dass sie die Reibung verringern, sich mit Metall verbinden oder verschleißhemmende Eigenschaften haben. MoS2-Partikel können auf Stahloberflächen durch Scherschweißen aufgebracht werden, und einige Motorkomponenten wurden sogar während der Herstellung mit einer MoS2-Schicht behandelt, insbesondere Laufbuchsen in Motoren. (z. B. Trabant). Sie wurden im Zweiten Weltkrieg in Flugmotoren eingesetzt und nach dem Zweiten Weltkrieg bis in die 1990er Jahre kommerziell genutzt. Sie wurden in den 1970er Jahren kommerzialisiert (ELF ANTAR Molygraphit) und sind heute noch erhältlich (Liqui Moly MoS2 10 W-40). Der Hauptnachteil von Molybdändisulfid ist seine anthrazitschwarze Farbe, so dass mit ihm behandeltes Öl nur schwer von einem rußgefüllten Motoröl mit Metallspänen aus einem durchgedrehten Kurbelwellenlager zu unterscheiden ist.
- In den 1980er und 1990er Jahren wurden den Verbrauchern Additive mit suspendierten PTFE-Partikeln angeboten, z. B. "Slick50", um die Fähigkeit des Motoröls zu erhöhen, Metalloberflächen zu beschichten und zu schützen. Die tatsächliche Wirksamkeit dieser Produkte ist umstritten, da sie koagulieren und den Ölfilter und die winzigen Ölkanäle im Motor verstopfen können. Es soll unter Grenzschmierbedingungen wirken, die bei guten Motorkonstruktionen ohnehin vermieden werden. Außerdem hat Teflon allein wenig bis gar keine Fähigkeit, auf einer gescherten Oberfläche fest zu haften, anders als beispielsweise Molybdändisulfid.
- In vielen Patenten wird die Verwendung von Perfluorpolymeren zur Verringerung der Reibung zwischen Metallteilen vorgeschlagen, z. B. PTFE (Teflon) oder mikronisiertes PTFE. Das Anwendungshindernis von PTFE ist jedoch die Unlöslichkeit in Schmierölen. Ihr Einsatz ist fraglich und hängt hauptsächlich von der Motorkonstruktion ab - ein Motor, der keine vernünftigen Schmierbedingungen aufrechterhalten kann, könnte davon profitieren, während ein richtig konstruierter Motor mit einem ausreichend dicken Ölfilm keinen Unterschied feststellen würde. PTFE ist ein sehr weiches Material, so dass sein Reibungskoeffizient bei üblichen Belastungen schlechter ist als der von gehärteten Stahl-Stahl-Kontaktflächen. PTFE wird in der Zusammensetzung von Gleitlagern verwendet, wo es die Schmierung bei relativ geringer Belastung verbessert, bis der Öldruck auf volle hydrodynamische Schmierbedingungen ansteigt. ⓘ
Einige molybdändisulfidhaltige Öle können für Motorräder, die die Nasskupplungsschmierung mit dem Motor teilen, ungeeignet sein. ⓘ
Auswirkungen auf die Umwelt
Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung, seiner weltweiten Verbreitung und seiner Auswirkungen auf die Umwelt gilt gebrauchtes Motoröl als ernstes Umweltproblem. Die meisten aktuellen Motoröl-Schmierstoffe enthalten Erdöl-Grundstoffe, die für die Umwelt giftig und nach Gebrauch schwer zu entsorgen sind. Über 40 % der Verschmutzung der amerikanischen Wasserwege stammen von gebrauchtem Motoröl. Altöl gilt mit 1.460 ML (385×106 US gal) pro Jahr als die größte Quelle der Ölverschmutzung in den Häfen und Wasserstraßen der USA, die zumeist auf unsachgemäße Entsorgung zurückzuführen ist. Die bei weitem größte Ursache für die Verschmutzung der Meere durch Motoröl sind Abwässer und städtische Straßenabflüsse, die zum großen Teil durch unsachgemäße Entsorgung von Motoröl verursacht werden. Eine US-Gallone (3,8 l) Altöl kann einen 32.000 m2 (8 Acres) großen Schlick auf dem Oberflächenwasser erzeugen, der Fische, Wasservögel und andere Wasserlebewesen bedroht. Nach Angaben der US-Umweltbehörde EPA verhindern Ölfilme auf der Wasseroberfläche die Wiederauffüllung von gelöstem Sauerstoff, beeinträchtigen photosynthetische Prozesse und blockieren das Sonnenlicht. Die toxischen Auswirkungen von Altöl auf Süßwasser- und Meeresorganismen sind unterschiedlich, doch wurden bei verschiedenen Süßwasserfischarten bereits bei Konzentrationen von 310 ppm und bei Meereslebewesen bereits bei 1 ppm signifikante langfristige Auswirkungen festgestellt. Motoröl kann sich äußerst schädlich auf die Umwelt auswirken, insbesondere auf Pflanzen, die für ihr Wachstum auf einen gesunden Boden angewiesen sind. Motoröl hat drei Hauptauswirkungen auf Pflanzen:
- Verunreinigung der Wasserversorgung
- Verunreinigung des Bodens
- Vergiftung von Pflanzen ⓘ
Auf den Boden gekipptes Altöl verringert die Bodenproduktivität. Unsachgemäß entsorgtes Altöl landet auf Mülldeponien, in der Kanalisation, in Hinterhöfen oder in Regenwasserkanälen, wo es den Boden, das Grundwasser und das Trinkwasser verunreinigen kann. ⓘ
Synthetische Öle
Synthetische Schmierstoffe wurden erstmals von deutschen Wissenschaftlern in den späten 1930er und frühen 1940er Jahren in großen Mengen als Ersatz für mineralische Schmierstoffe (und Kraftstoffe) synthetisiert bzw. künstlich hergestellt, da sie nicht genügend Rohöl für ihren (hauptsächlich militärischen) Bedarf hatten. Ein wichtiger Faktor für die zunehmende Beliebtheit war die Fähigkeit der synthetischen Schmierstoffe, bei den winterlichen Minusgraden an der Ostfront flüssig zu bleiben, bei denen Schmierstoffe auf Erdölbasis aufgrund ihres höheren Wachsgehalts erstarrten. In den 1950er und 1960er Jahren verbreitete sich die Verwendung synthetischer Schmierstoffe aufgrund einer Eigenschaft am anderen Ende des Temperaturspektrums - der Fähigkeit, Flugmotoren bei hohen Temperaturen zu schmieren, bei denen Schmierstoffe auf Mineralölbasis versagen. Mitte der 1970er Jahre wurden synthetische Motorenöle formuliert und zum ersten Mal kommerziell in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Das gleiche SAE-System zur Bezeichnung der Viskosität von Motorölen gilt auch für synthetische Öle. ⓘ
Synthetische Öle werden entweder aus Basen der Gruppe III, Gruppe IV oder einigen Basen der Gruppe V gewonnen. Zu den synthetischen Ölen gehören Schmierstoffklassen wie synthetische Ester (Gruppe V) sowie "andere" wie GTL (Methan Gas-to-Liquid) (Gruppe III +) und Polyalpha-Olefine (Gruppe IV). Ein höherer Reinheitsgrad und damit eine bessere Kontrolle der Eigenschaften bedeutet theoretisch, dass synthetisches Öl bessere mechanische Eigenschaften bei extremen hohen und niedrigen Temperaturen aufweist. Die Moleküle sind groß und "weich" genug, um bei höheren Temperaturen eine gute Viskosität beizubehalten, doch die verzweigten Molekülstrukturen behindern die Verfestigung und ermöglichen daher ein Fließen bei niedrigeren Temperaturen. Obwohl die Viskosität mit steigender Temperatur immer noch abnimmt, haben diese synthetischen Motorenöle einen höheren Viskositätsindex als herkömmliche Mineralölöle. Ihre speziell entwickelten Eigenschaften ermöglichen einen breiteren Temperaturbereich bei höheren und niedrigeren Temperaturen und beinhalten oft einen niedrigeren Stockpunkt. Aufgrund ihres verbesserten Viskositätsindexes benötigen synthetische Öle weniger Viskositätsindexverbesserer - die Ölkomponenten, die bei der Alterung des Öls am anfälligsten für thermischen und mechanischen Abbau sind - und bauen daher nicht so schnell ab wie herkömmliche Motoröle. Sie zersetzen sich daher nicht so schnell wie herkömmliche Motorenöle. Sie setzen sich jedoch nach wie vor mit Partikeln zu, auch wenn diese besser im Öl suspendiert werden, und der Ölfilter füllt sich weiterhin und verstopft mit der Zeit. Daher sollte auch bei synthetischem Öl ein regelmäßiger Öl- und Filterwechsel vorgenommen werden. Einige Anbieter von synthetischem Öl empfehlen jedoch, die Ölwechselintervalle zu verlängern, manchmal sogar auf 16.000 bis 24.000 Kilometer, vor allem wegen des geringeren oxidativen Abbaus. ⓘ
Tests haben gezeigt, dass vollsynthetisches Öl unter extremen Betriebsbedingungen besser abschneidet als herkömmliches Öl und unter Standardbedingungen länger hält. Für die überwiegende Mehrheit der Fahrzeuganwendungen sind mineralölbasierte Schmierstoffe, die mit Additiven angereichert sind und auf eine über hundertjährige Entwicklungsgeschichte zurückblicken können, jedoch nach wie vor das vorherrschende Schmiermittel für die meisten Verbrennungsmotoranwendungen. ⓘ
Öle auf Biobasis
Öle auf Biobasis gab es bereits vor der Entwicklung von Ölen auf Erdölbasis im 19. Jahrhundert. Mit dem Aufkommen von Biokraftstoffen und dem Streben nach umweltfreundlichen Produkten sind sie wieder in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die Entwicklung von Motorenölen auf Rapsölbasis begann 1996 mit dem Ziel, umweltfreundliche Produkte zu entwickeln. Die Purdue University hat ein Projekt zur Entwicklung und Prüfung solcher Öle finanziert. Die Testergebnisse deuten auf eine zufriedenstellende Leistung der getesteten Öle hin. Ein Überblick über den Stand der biobasierten Motoröle und Grundöle weltweit und in den USA zeigt, dass biobasierte Schmierstoffe das derzeitige Angebot an Schmierstoffen auf Erdölbasis ergänzen und in vielen Fällen sogar ersetzen können. ⓘ
Das USDA National Center for Agricultural Utilization Research entwickelte eine Estolide-Schmierstofftechnologie, die aus pflanzlichen und tierischen Ölen hergestellt wird. Estolide haben sich in einer Vielzahl von Anwendungen als sehr vielversprechend erwiesen, unter anderem als Motorschmierstoffe. In Zusammenarbeit mit dem USDA hat das in Kalifornien ansässige Unternehmen Biosynthetic Technologies ein hochleistungsfähiges biosynthetisches "Drop-in"-Öl auf der Grundlage der Estolide-Technologie für die Verwendung in Motorölen und industriellen Schmierstoffen entwickelt. Dieses biosynthetische Öl des American Petroleum Institute (API) hat das Potenzial, die mit Erdöl verbundenen Umweltprobleme erheblich zu verringern. Unabhängige Tests zeigen nicht nur, dass biosynthetische Öle zu den am besten bewerteten Produkten für den Schutz von Motoren und Maschinen gehören; sie sind auch biobasiert, biologisch abbaubar, ungiftig und reichern sich nicht in Meeresorganismen an. Außerdem können Motoröle und Schmierstoffe, die mit biosynthetischen Grundölen formuliert wurden, recycelt und mit Ölen auf Erdölbasis wieder aufbereitet werden. Das in den USA ansässige Unternehmen Green Earth Technologies stellt ein biobasiertes Motoröl namens G-Oil her, das aus tierischen Ölen gewonnen wird. ⓘ
Zukunft
Ein neues Verfahren zur Aufspaltung von Polyethylen, einem gängigen Kunststoffprodukt, das in vielen Verbraucherbehältern zu finden ist, wandelt es in ein paraffinähnliches Wachs mit den richtigen molekularen Eigenschaften für die Umwandlung in einen Schmierstoff um und vermeidet so den teuren Fischer-Tropsch-Prozess. Der Kunststoff wird geschmolzen und dann in einen Ofen gepumpt. Durch die Hitze des Ofens werden die Molekülketten des Polyethylens in Wachs aufgespalten. Schließlich wird das Wachs einem katalytischen Prozess unterzogen, der die Molekularstruktur des Wachses verändert, so dass ein klares Öl entsteht. ⓘ
Biologisch abbaubare Motorenöle auf der Basis von Estern oder Kohlenwasserstoff-Ester-Gemischen erschienen in den 1990er Jahren, gefolgt von Formulierungen ab 2000, die den Bio-No-Tox-Kriterien der europäischen Zubereitungsrichtlinie (EG/1999/45) entsprechen. Das bedeutet, dass sie nicht nur biologisch abbaubar sind gemäß OECD 301x Testmethoden, sondern auch die aquatischen Toxizitäten (Fische, Algen, Daphnien) jeweils über 100 mg/L liegen. ⓘ
Eine weitere Klasse von Grundölen, die sich für Motorenöl eignet, sind die Polyalkylenglykole. Sie sind aschefrei, bio-no-toxisch und haben ein mageres Verbrennungsverhalten. ⓘ
Raffiniertes Motoröl
Das Öl in einem Motorölprodukt zersetzt sich und verbrennt, wenn es in einem Motor verwendet wird - es wird auch mit Partikeln und Chemikalien verunreinigt, die es zu einem weniger wirksamen Schmiermittel machen. Bei der Raffinierung werden die Verunreinigungen und die verbrauchten Additive aus dem verschmutzten Öl entfernt. Anschließend wird dieses saubere Grundöl" mit neuem Grundöl und einem neuen Additivpaket gemischt, um ein fertiges Schmierstoffprodukt herzustellen, das genauso wirksam sein kann wie Schmierstoffe, die aus reinem Frischöl hergestellt werden. Die United States Environmental Protection Agency (EPA) definiert raffinierte Produkte als Produkte mit einem Anteil von mindestens 25 % raffiniertem Grundöl, aber andere Normen sind deutlich höher. Der California State Public Contract Code definiert ein raffiniertes Motoröl als eines, das mindestens 70 % raffiniertes Grundöl enthält. ⓘ
Verpackung
Metalldose mit Motoröl neben Holzofen und Ofen; zum Anheizen des Feuers verwendet; 1940 ⓘ
Motoröle wurden im Einzelhandel in Glasflaschen, Metalldosen und Dosen aus Metallkarton verkauft, bevor die heutigen Kunststoffflaschen aus Polyethylen in den frühen 1980er Jahren aufkamen. Wiederverwendbare Ausgießer wurden separat von den Dosen hergestellt; mit einer Spitze, die der eines Dosenöffners ähnelt, konnten diese Ausgießer verwendet werden, um den Deckel der Dose aufzustechen und das Öl einfach auszugießen. ⓘ
Heute wird Motoröl in den USA in der Regel in Flaschen mit einem US-Quart (950 ml) und seltener in Ein-Liter-Flaschen (33,8 US fl oz) sowie in größeren Kunststoffbehältern mit einem Fassungsvermögen von etwa 4,4 bis 5 Litern (4,6 bis 5,3 US qt) verkauft, da die meisten kleinen bis mittelgroßen Motoren etwa 3,6 bis 5,2 Liter (3,8 bis 5,5 US qt) Motoröl benötigen. Im Rest der Welt ist es meist in 1L-, 3L-, 4L- und 5L-Packungen erhältlich. ⓘ
Der Vertrieb an Großverbraucher (z. B. Drive-Through-Ölwechselgeschäfte) erfolgt häufig als Bulkware per Tankwagen oder in Fässern mit einem Fass (160 l). ⓘ
Legierungen
Legiertes Motoröl
Nahezu jedes moderne Motoröl ist additiviert, also legiert. Bereits vor dem Ersten Weltkrieg tauchten die ersten Wundermittel auf, die die Qualität handelsüblicher Motoröle verbessern sollten. Neben vielen nutzlosen Produkten gab es in diesem Rahmen immer mal wieder das eine oder andere Additiv (Ölzusatzmittel), das sich unter bestimmten Bedingungen als durchaus wirksam erwies. Das blieb auch dem Militär nicht verborgen. Das amerikanische Militär veröffentlichte im Zweiten Weltkrieg schließlich die erste Ölspezifikation, die auf der Beimischung von Additiven zum Grundöl basierte. Das sogenannte HD-Motoröl (HD stand für Heavy Duty) war damit erstmals genormt und fand bald auch Eingang in die zivilen Motoröl-Prüfvorschriften. Heute bestehen bis zu 20 % eines Motoröls aus Additiven wie Alterungsschutzmittel, Detergentien, Dispergentien, Korrosionsinhibitoren, Metalldeaktivatoren, Oxidationsinhibitoren, Pourpointverbesserern, Reibungsminderern, Schaumdämpfern, Verschleißminderern und Viskositätsindexverbesserern. Parallel entwickelten sich die Ölfilter der Motoren immer weiter. Seit 1923 gab es den Purolator, der allerdings noch über 90 % des Motoröles ungefiltert vorbeiströmen ließ. Erst 1943 wurden die ersten vollwirksamen Hauptstrom-Ölfilter entwickelt. Seit 1954 gibt es die noch heute üblichen Aufdrehfilter, die einen einfachen, regelmäßigen Austausch der Filterpatrone ermöglichen. Diese Filter halten die vom Motoröl mitgeführten Fremdstoffe auf und lagern sie bis zum nächsten Filterwechsel ein. Damit wurde die früher konstruktiv notwendige Ölschlammpfanne in der Ölwanne überflüssig, das Motorinnere kann im Betrieb wesentlich sauberer gehalten werden, was letzten Endes der Verschleißarmut zugutekommt, aber auch die inneren Widerstände und damit den Kraftstoffverbrauch senkt. Diese Entwicklungen befruchteten sich gegenseitig, so dass die modernen Motoröle mit ihren speziellen Legierungen aus Grundölen und Additiven Ölwechselintervalle von bis zu 50.000 km und mehr erlauben, wenn der Fahrzeug- oder Motorenhersteller entsprechende Longlife-Öle freigegeben hat. ⓘ
Sonderformen
Leichtlauföl
Leichtlauf-Motorenöle sind auf geringere mechanische Reibungsverluste hin entwickelt, um Energie, also Kraftstoff zu sparen. Dazu werden extrem dünnflüssige Motoröle mit hochwertigen Additiven so kombiniert, dass trotz der niedrigen Motoröl-Viskosität eine ausreichende Schmierstoffversorgung des Motors sichergestellt werden kann. Praktisch alle Mehrbereichsöle mit der Tieftemperatur-Viskosität 0W oder 5W sind als synthetisches oder teilsynthetisches Leichtlauföl konzipiert. Leichtlauf-Motorenöle können in Verbindung mit der darauf abgestimmten Motortechnologie tatsächlich Treibstoff sparen. Um Motorschäden zu vermeiden, sollte der Einsatz solcher Leichtlauföle jedoch auf Motoren beschränkt bleiben, deren Hersteller eine entsprechende Freigabe erteilt haben. Oft ist die Herstellerfreigabe auf der Umverpackung des Leichtlauföles abgedruckt. Wenn der Motoren- oder Fahrzeughersteller Motoröle mit der Tieftemperatur-Viskosität 0W oder 5W in der Betriebsanleitung vorschreibt oder vorschlägt, kann man davon ausgehen, dass er die Schmierfähigkeit solcher Leichtlauföle getestet und für gut befunden hat. ⓘ
Longlife-Öl
Longlife-Motorenöle sind synthetische Leichtlauföle. Sie sind für Fahrzeuge mit computerberechnetem Longlife-Service vorgeschrieben und dürfen keinesfalls mit anderen Motorölen ergänzt oder aufgefüllt werden, sollen die Serviceintervalle und Garantiebedingungen eingehalten werden. Soll in einem Fahrzeug, das für den Longlife-Service konstruiert wurde, „normales“ Motoröl gefahren werden, muss das Motorsteuergerät auf feste Ölwechselintervalle eingestellt werden. „Longlife“ ist auch der Name einer Öl-Spezifikation. ⓘ
Motoröl mit Festschmierstoff
Allgemein anerkannt ist, dass Festschmierstoffe aus Aluminium, Graphit, Keramik, Kupfer, Molybdänsulfid oder PTFE als Zusatz von Schmierfetten im Vergleich zu rein erdölbasierten Produkten bessere Schmiereigenschaften entwickeln können. Ob sie diese auch in Verbindung mit Motoröl entfalten können, ist umstritten. Befürworter wie Gegner verweisen auf wissenschaftliche Studien und technische Prüfgutachten, die ihre jeweiligen Ansichten bestätigen. ⓘ
Bis in die 1940er Jahre gab es eine kaum überschaubare Zahl von Ölzusatzprodukten, mit denen die Qualität handelsüblicher Motoröle verbessert werden sollte. Als das amerikanische Militär zu Beginn der 1940er Jahre legierte Öle als Heavy-Duty-Öle prüfen und normen ließ, gewannen die Öl-Additive Anerkennung. Mögliche Vorteile von Festschmierstoff-Motorölen sind die besseren Notlaufeigenschaften und die höhere Schmierfähigkeit. Letzteres soll die Reibungswiderstände im Motor verringern und damit zu mehr Leistung und weniger Kraftstoffverbrauch führen. Individuellere Eigenschaften bietet die gewählte Festschmierstoff-Art. Die meisten Fahrzeug- und Motorenhersteller formulieren in ihren Betriebsanleitungen eine Untersagung der Benutzung von externen Öladditiven, was im Falle eines Motorschadens zum Verlust einer etwaigen Herstellergarantie führen kann. Hersteller bezeichnen einige ihrer Motoröle mit Festschmierstoffen für Fahrzeuge mit Katalysator als geeignet. Über die vorgeschriebene Kurbelgehäuseentlüftung gelangen Partikel des Motoröls durch den Brennraum des Motor in den Abgasstrang, wodurch Öldampf und dessen Verbrennungesprodukte zudem die Komponenten des Abgasstranges nicht beschädigen dürfen. ⓘ
Motorrad-Öl
Ein Motorrad-Öl unterscheidet sich wenig von einem Öl für Automobile. Allerdings sind bei vielen Motorrädern Kupplung und Getriebe im Motor integriert, so dass es nur einen Ölkreislauf gibt. Daraus ergibt sich eine besonders hohe Anforderung an Scherstabilität (Motorradmotoren erreichen gegenüber Automotoren höhere Kolbengeschwindigkeiten) und zusätzlich an die Stabilität gegen Flächenpressung, da die Schmierung der Getriebezahnräder eine andere Anforderung an das Öl stellt als die Schmierung z. B. der Kurbelwelle im Motor. Während sich an rotierenden Motorteilen ein haftender Schmierfilm aufbauen kann, wird dieser von den aufeinander mahlenden Zahnrädern im Getriebe förmlich zerquetscht und aus den Zahnflanken herausgedrückt. Dieser extremen Druckbelastung wird mit Hochdruck-Additiven begegnet, die im Motoröl für Autos nicht oder nur in geringen Mengen enthalten sind. ⓘ
Einige Motorprinzipien (z. B. Pumpe-Düse-Diesel-Direkteinspritzer) verlangen auch im Bereich des Ventiltriebs nach einer erhöhten Menge an Hochdruck-Additiven oder EP-Additiven. Das wird von den Motorenherstellern in ihren Freigaben berücksichtigt. ⓘ
Viele Motorräder verfügen über Nasskupplungen die im Ölbad des Motoröls laufen. Solche Ölbadkupplungen vertragen keine Additive zur Reibwertminderung, die in vielen modernen PKW- und Leichtlaufölen enthalten sind. Während beim alltäglich benutzten Auto die Kraftstoffeinsparung im Vordergrund steht, ist es beim Motorrad wichtiger, ein Motoröl einzusetzen, das hohen Drehzahlen und hohen Temperaturen gewachsen ist, da die verwendeten Ölmengen im Motorradmotor vergleichsweise gering sind und die Temperaturspitzen im Betrieb oft höher liegen als beim Auto. Aus diesen Gründen darf in Motorrädern mit Ölbadkupplung und/oder integriertem Schaltgetriebe ausschließlich Motoröl eingesetzt werden, das vom Hersteller eindeutig als dafür geeignet eingestuft wird. ⓘ
Riemen im Ölbad
Ford-EcoBoost-Motoren haben den Steuerriemen im Ölbad des Motoröls laufen. Dies erfordert Öle, die diese Riemen nicht zersetzen. ⓘ
Traktor-Öl
Viele Traktoren (fast alle modernen Traktoren mit stufenlosen Getrieben) verwenden für Motor, Getriebe und Hydraulik unterschiedliche Ölkreisläufe, ähnlich wie beim Automobil. Die Anforderungen und Spezifikationen sind daher auch ähnlich. Vor allem Traktoren mit Lastschaltgetrieben und ältere Traktoren haben einen gemeinsamen Ölkreislauf für Getriebe, Hinterachse und die Hydraulik, bei denen nasse Lamellenkupplungen im Ölbad mitlaufen. Daraus ergeben sich spezielle Anforderungen, die mit Standardölen nicht erfüllt werden können. Bei solchen Maschinen wird meist ein Universalöl Super Tractor Oil Universal (STOU) verwendet, das den Anforderungen von Achs- bzw. Getriebeölen (API GL4 mit Limited-Slip (LS) Zusätzen), Motoröl sowie denen eines Hydrauliköls gerecht wird. Die Bestimmung der Reinheitsklassen nach ISO 4406, SAE 4059 ist mit diesem Öl nicht bzw. nur sehr schwer möglich, da bei der klassischen Partikelzählung mittels Lichtquelle (Laser) und Photodetektor auch die relativ großen Additive mitgezählt werden. Eine entsprechende Auswertung kann nur rechnerisch erfolgen. ⓘ
Gasmotoren
Für Gasmotoren werden Öle teilweise auf Bedingungen des Gasbetriebs optimiert. ⓘ
Gründe dafür sind:
- Flüssige Kraftstoffe verdampfen und kühlen das Gemisch durch ihre Verdampfungsenthalpie. Dieser Kühleffekt entfällt bei Gasbetrieb, so dass die Verbrennungs- und damit die Öltemperaturen höher liegen.
- Die den flüssigen Kraftstoffen beigemischten Additive, beispielsweise zur Reinigung des Brennraumes, fehlen dem Gas. Das Motoröl muss dann diese Aufgabe übernehmen. Durch die erforderlichen Additive kann – je nach Formulierung des Öls – ein erhöhter Ascheanteil im Abgas die Folge sein, so dass ein geschlossener Partikelfilter stärker belastet wird. ⓘ
Ölverdünnung
Werden Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor häufig im Kurzstreckenverkehr betrieben, tritt oft eine verschleißfördende Ölverdünnung mit einhergehender Ölvermehrung auf. Dabei wird unverbrannter Kraftstoff in das Motoröl eingeschleppt und durch die im Kurzstreckenverkehr niedrigen Öltemperaturen nicht wieder ausgedampft. ⓘ
Bei Benzinmotoren tritt Ölvermehrung durch häufige Kaltstarts auf, wodurch sich der Treibstoff an den kalten Zylinderwänden niederschlägt und dadurch ins Öl gelangt. ⓘ
Bei Dieselmotoren mit Dieselpartikelfilter, bei der notwendigen Partikelfilter-Regeneration wird während des Expansionstaktes zusätzlich Kraftstoff in den Brennraum gespritzt, um die Abgastemperatur zu erhöhen; der Kraftstoff verbrennt aber nicht vollständig und gelangt ins Motoröl. Der ADAC untersuchte das Phänomen der Ölverdünnung speziell bei Dieselmotoren mit Partikelfilter. Basierend auf dieser Untersuchung aus dem Jahr 2009/2010 forderte er:
- „Die Fahrzeughersteller sind aufgerufen, Partikelfilter-Regenerationsverfahren weiterzuentwickeln, die auch im Kurzstreckenbetrieb keine Verkürzung der Ölwechselintervalle erforderlich machen und die volle Gebrauchsfähigkeit des Fahrzeuges ohne Nachteile sicherstellen.“ ⓘ
- „Die Fahrzeughersteller bzw. Vertragswerkstätten sollten ihren Kunden attraktive Ölwechselangebote – speziell für Diesel-Kurzstreckenfahrer – anbieten. Ölpreise von 25 bis über 30 Euro je Liter sind dafür nicht hinnehmbar.“ ⓘ
Kurzstreckenverkehr sollte aus den o. g. Gründen vermieden werden, da sonst der Verbrennungsmotor seine optimalen Betriebstemperaturen (Kühlwasser und Motoröl) nicht oder nur für kurze Zeit erreicht. Einige Dieselmotoren von PSA benutzen eine spezielle Flüssigkeit zur Regeneration des Partikelfilters, die direkt ins Abgassystem eingespritzt wird. ⓘ
Entsorgung
In Deutschland sind Verkäufer von Motorölen durch die Altölverordnung verpflichtet, gebrauchtes Motoröl zurückzunehmen. Seltener kann Altöl beim kommunalen Entsorgungsbetrieb kostenlos abgegeben werden. Manche Autowerkstätten und Tankstellen nehmen Altöl entgegen, wenn man als Kunde bekannt ist. ⓘ