Motoröle: Additive, Viskosität, Longlife-Intervalle & Schutz

 Bei abnehmenden Temperaturen nimmt der Viskositätsgrad eines Öles zu. Entgegen führt ein Anstieg der Temperatur zu einer Abnahme der Viskosität und das Öl wird dünnflüssiger. Um diese Viskositätsveränderungen bei zunehmenden Temperaturen zu untersuchen, wird dies bei 40°C sowie 100°C untersucht. 

Zwischeninformation: Der Viskositätsgrad verhält sich nicht proportional zur Temperatur. Ein Motoröl bei 100 Grad wäre demnach nicht doppelt so dünn wie eines bei 50 Grad. Aus diesem Grund werden auch die zwei genannten Temperaturen berücksichtigt, um sich das individuelle Verhalten anzuschauen.

Das Ergebnis aus dieser Untersuchung wird als kinematische Viskosität beschrieben. Dessen Ergebnis wird in mm²/s ausgegeben. Diese Werte geben aus, welche Zeit das Motoröl bei der jeweiligen Temperatur benötigt, um durch eine testdefinierte Strecke zu fließen. Umso weniger mm²/s das Motoröl bei diesen Temperaturen zum Fließen benötigt, umso dünnflüssiger wird es bei hohen Temperatur. Es verändert also schneller seinen Viskositätsgrad (wird dünnflüssiger) und reagiert schneller auf die Temperaturveränderungen. Ein höherer Wert impliziert eine höhere Viskositätsstabilität. Das Motoröl behielte demnach bei steigenden Temperaturen länger seine Ausgangsviskosität bei und würden den Motor gleichbleibend schmieren.

➥ Umso höher die Ergebniswerte (mm²/s), umso konstanter bleibt die Viskosität bei hohen Temperaturen und ermöglicht somit länger eine konstante Schmierung trotz steigenden Temperaturveränderungen. 

Der Viskositätsindex (kurz: VI) befasst sich mit der Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen. Der VI ist dabei eine Kerngröße, welche bei Temperaturen von 40°C und 100 °C gemessen wird (also das Ergebnis aus dem Punkt „Viskosität bei 40 Grad und 100 Grad“). Der Viskositätsindex wird in natürlichen Zahlen dargestellt. Je höher der Wert zum Viskositätsindex eines Motoröls, desto weniger verändert sich die Ausgangsviskosität bei höheren Temperaturen.

Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der Viskositäsindex auf der Qualität des Basisöls aufbaut sowie durch zusätzliche Additivpakete (in diesem Zusammenhang als „VI-Verbesserer“ bezeichnet) angehoben werden kann. So weisen Basisöle der Gruppe IV und V automatisch einen höheren VI auf, als jene der Grupe I-III. Die synthetischen Öle mit einem Basisöl der Gruppe IV oder V arbeiten zudem trotz eines höheren Viskositätsindexes mit deutlich weniger VI-Verbesserern, da ihre Grundqualität besser als die der Hydro-Crack Öle ist.

Zwischeninformation: Rein mineralische Basisöle zeigen zumeist einen Viskositätsindex von rund 95 auf. Der VI bei synthetischen Basisölen mit Additiven liegt dagegen schon bei 130.  

➥ Je höher der Viskositätsindex des Motorenöls, desto geringer ist die Veränderung der Viskosität (Zähflüssigkeit) bei hohen Temperaturen. 

Die High Temperature High Shear (kurz: HTHS) beschreibt die dynamische Viskosität bei 150°C und unter Einfluss hoher Scherkräfte. Sozusagen die Viskosität bei hoher Temperatur und hoher Schergeschwindigkeit (hoher Drehzahlbereich). Solche Bedingungen treten dort auf, wo mechanische Komponenten besonders schnellen Bewegungen unterliegen (bspw. Kurbelwelle, Zylinderlaufbahn, etc.).

Der HTHS-Wert wird in Millipascalsekunden (mPas) wiedergegeben. Ein höherer Wert verweist auf einen dickeren Ölfilm bei hohen Temperaturen. Dieser Ölfilm würde unter diesen extremen Bedingungen später reißen als jene mit einem geringeren HTHS-Wert. Ein höherer Wert würde den Motor somit stärker gegen Abnutzungen schützen, da der Ölfilm dauerhaft bestehen bleibt und die Schmierung garantiert. Jedoch bringt ein geringerer HTHS-Wert den Vorteil mit sich, dass aufgrund der geringeren inneren Reibung Kraftstoffersparnisse erzielt werden können und weniger Abgase entstehen. 

Laut der SAE und ACEA Normen sowie bei mehreren Automobilherstellern wurden zudem Grenzwerte der HTHS definiert. Sie sollen dafür sorgen, dass Mehrbereichsöle (bspw. 0W-30, 5W-30, u.v.m.) mit VI-Verbesserern (siehe Viskositätsindex) trotz extremer Temperaturen und Schergeschwindigkeiten die nötige Schmierung garantieren. 

Solche Grenzwerte sind wie folgt strukturiert: 

ACEA A5, B5:        2,9-3,5 mPas (niedriger HTHS)

ACEA C2:              ≥ 2,9 mPas (mittlerer HTHS) 

ACEA A3, B3:        3,5 mPas (hoher HTHS)

Fahrzeughersteller wie VW, Opel, BMW, Mercedes Benz und Ford fordern je nach Motortyp und somit Freigabe jeweils einen hohen oder niedrigen HTHS-Wert für ihre Motoren. Welchen HTHS-Wert ein Motoröl für das eigene Fahrzeug aufweisen muss, gibt demnach der Automobilhersteller direkt im Fahrzeughandbuch vor. Wird also ein Motoröl mit der Spezifikation ACEA C2 vorgeschrieben, sollte kein Öl mit einer ACEA A5 / B5 Spezfikation gewählt werden, nur, weil dieses einen niedrigeren HTHS-Wert aufweist. Jeder Motor benötigt schließlich für seine optimale Performance einen bestimmten HTHS-Wert.

Aus diesem Grund können die HTHS-Werte zwischen den Ölen auch nur miteinander verglichen werden, wenn diese die gleiche(n) Spezifiaktion(en) aufweisen. Ein ACEA A5/B5 Motoröl hätte wie erwähnt nämlich stets einen geringeren HTHS-Wert als ein ACEA A3/B3 Motoröl.

Zusammengefasst kann nicht gesagt werden, ob ein hoher oder kleiner HTHS-Wert besser ist. Diese Antwort kann nur gegeben werden, wenn bspw. die vorgegeben HTHS-Grenzwerte (durch Standards wie ACEA, API, etc.) sowie die auftretenden Temperaturen und Scherkräfte berücksichtigt werden.

Vereinfacht könnte man sagen, dass bei Autos auf Kurzstrecken und ggf. dem Stadtverkehr geringere Temperaturen und Scherkräfte entstehen und dadurch ein geringerer HTHS-Wert von Vorteil wäre. Motoren, welche bspw. durch längere Strecken und zügigerem Fahren höheren Temperaturen und Scherkräften unterliegen, wäre ein höherer HTHS-Wert von Vorteil. 

➥ Kurz gesagt: Ein Vergleich dieser Messwerte kann nur miteinander verglichen werden, wenn die Motoröle die gleichen Spezifikationen oder Freigaben aufweisen und demnach den gleichen Tolleranzintervallen unterliegen.

Ein höherer HTHS-Wert wirkt sich positiv auf den Motorschutz bei hohen Temperaturen und hohen Scherkräften aus (vorteilhaft für ein Fahren im höheren Drehzahlbereich und Langstrecken). Ein kleinerer HTHS-Wert wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und den Abgasausstoß bei geringeren Temperaturen und Scherkräften aus. 

Hinter dem Begriff MRV verbrigt sich das Mini Rotary Viskosimeter. Es handelt sich dabei um eine Gerätschaft, mit der die Pumpbarkeit eines Motoröls bei niedrigen Temperaturen bei einem definierten Temperaturprofil gemessen wird. Die verwendete Testmethode ist ASTM D4684. Das Ergebnis spiegelt sich in Millipascalsekunden (mPas) wieder. Diese mPas benötigt das Motoröl für die Ölzufuhr. Die Ergebnisse beziehen sich auf eine Temperatur von -40°C 

➥ Umso geringer die mPas dieser Analyse, umso leichter und somit schneller ist das Motoröl pumpbar und kann den Motor bei niedrigen Temperaturen schmieren. 

Die Verdampfung nach NOACK bei 250°C untersucht den Verdampfungsverlust des Motoröls. Ein Motoröl besteht aus verschiedenen chemischen Komponenten. Diese sind wiederum unterschiedlich flüchtig, verdampfen jeweils bei anderen Temperaturen. Der genannte Test untersucht demzufolge den Wiederstand des Öls gegen Verdampfung. Als Resultat ergibt sich die thermische Widerstandsfähigkeit des Motoröls. 

Die Motoröle werden beim NOACK-Test auf eine Temperatur von 250°C erhitzt und einem konstanten Luftstrom ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen wird gemessen, welcher Prozentanteil des Öls innerhalb von einem Zeitintervall von 60 Minuten verdampft. 

➥ Umso höher der Prozentanteil, umso höher ist die Verdampfung und somit die Verdunstung des Motoröls.

Der Pourpoint (gemessen in -°C) gibt jene Temperatur an, bei der das Öl gerade noch fließt. Der Pourpoint sollte nicht mit dem Stockpunkt gleichgesetzt werden, welcher beschreibt, wann das Öl beginnt zu stocken. Weder der Pourpoint noch der Stockpunkt sagen etwas über die Fließfähigkeit des Öls bei tiefen Temperaturen aus. Aus diesem Grund spielt dieser Messwert auch eine untergeordnete Rolle im Bezug auf die Qualitätsaspekte eines Motoröls. 

Mit Blick auf die Fließfähigkeit bei tiefen Temperaturen gilt es eher auf die Viskosität zu achten. Ein Mehrbereichsöl, wie ein 10W-40, muss nämlich bei -25°C noch eine vorgeschriebene Fließfähigkeit aufweisen. Gleiches gilt demnach für die 0W-30 Öle. 

Liegt ein hoher Pourpoint vor (umso höher die Minusgrade), umso niedrigere Temperaturen bedarf es, bevor das Öl nicht mehr fließfähig ist. 

➥ Der Pourpoint ist kein unmittelbarer Qualitätsaspekt eines Motoröls und sagt nichts direkt über die Fließfähigkeit bei tiefen Temperauten aus. Ein höherer Pourpoint verweist letztlich darauf, bei welchen Tieftemperaturen das Öl gerade noch fließt. 

Der Flammpunkt wird die Temperatur gemessen, unter der sich aufgrund der Temperatur entstehende Dämpfe sich in Kombination mit Luft entzünden würden. Umso höher der Viskositätsgrad, umso höher liegt in der Regel auch der Flammpunkt des Motoröls.

Zwischeninformation: Der Flammpunkt wirkt sich nicht auf die Qualitäts des Motoröls aus. Dieser Kennwert ist vielmehr relevant, wenn es um die Lagerungen bzw. den Transport geht. 

➥ Umso höher der Flammpunkt liegt, umso höhere Temperatur würde es benötigen, damit es zu einer Entflammung im Motor kommt.

Die mit dem CCS Cold Cranking Simulator bestimmte Kälteviskosität ist ein Kennwert, der die Kälteviskosität an Reibungspunkten angibt (Zylinder-Kolbengruppe, Radlager usw.). Die Grenzwerte werden durch den Standard SAE J300 vorgegeben. Mit Hilfe dieser Methode wird die dynamische Viskosität (Zähflüssigkeit) des Öles bei einem Kaltstart (der Motor wird bei niedrigen Temperaturen gestartet) simuliert. Die Kälteviskosität wird in Millipascalsekunden (mPas) gemessen. 

Mit einer abnehmenden Temperatur nimmt die Viskosität zu. Es bedeutet, dass das Öl zählflüssiger wird. Um die Ergebnisse aus dem CCS richtig deuten zu können, bedarf es immer einer Angabe dazu, unter welchen Temperaturen der Test durchgeführt wurde. Bei dieser Ölanalyse wurde bis zu einer Temperatur von -35°C gemessen. 

Wie erwähnt, verläuft die Zähflüssigkeit des Öles gegenläufig zur Temperatur. Eine sinkende Temperatur hat eine zunehmende Zähflüssigkeit zur Folge. Das Ergebnis aus der Tabelle ist demnach so zu deuten, dass ein geringerer Wert der Millipascalsekunden (mPas) bei den getesteten -35 Grad eine geringere Zunahme der Zähflüssigkeit bedeutet. 

➥ Ein geringerer Wert impliziert eine geringere Zunahme des Viskositätsgrades bei kalten Temperaturen.

Der Gehalt an Sulfatasche ist das Ergebnis aus der Verbrennung von Motoröl. Während des Motorbetriebs entstehen metallische Abriebe, welche vom Motoröl aufgenommen werden. Zudem können weitere Verunreinigungen, wie Staub, in das Motoröl gelangen. 

Beim Labortest wird das Motoröl bei einer Temperatur von rund 775°C – 800°C ausgeglüht. Die Sulfatasche (dargestellte in Dezimalzahlen) in Form von übrig gebliebenen Metalloxiden und Verunreinigungen werden mit ihrer Gewichtmenge messen. 

Ein hoher Anteil an Sulfatasche erhöht das Risiko der Verstopfung der feinen Poren der Dieselpartikelfilter oder der Lamellen des Katalysators. Um diesen Aschegehalt zu reduzieren, wurden die speziellen LOW-SAPS Motoröle entwickelt. Der Anteil an Additiven, wie eben Schwefel, Zink, Bor, Magnesium, Kalzium und Phosphor wurden bei diesen Motorölen reduziert, um folglich den Gehalt an Sulfatasche zu reduzieren und eben die Abgasnachbehandlungssysteme zu entlasten. Jedoch muss in diesem Zusammenhang auch erwähnt werden, dass durch die Reduzierung der Additivpakete auch die alkalischen Reserven (siehe TBN) sinken und somit im Gegenzug die Langlebigkeit des Motoröls reduziert wird. Aufgrund dieser Wechselbeziehung wird deutlich, dass die jeweils niedrigen oder hohen Gehalte der Sulfatasche mitunter Vor- aber auch Nachteile mit sich bringen kann. 

➥ Ein geringer Gehalt an Sulfatasche ist besser für die Lebensdauer des Dieselpartikelfilters und Katalysators. Jedoch birgt es eine geringere Lebensdauer des Motoröls (siehe TBN). 

Die Total Base Number (kurz: TBN) beschreibt die Gesamtbasenzahl. Dieser Wert ist vor allem bei der Analyse von Motorölen relevant. Der TBN Wert gibt die alkalische Reserve im Motoröl wieder. Dieser Wert wird in mgKOH/g dargestellt. 

Die Aufgabe der alkalischen Reserve besteht in der Neutralisierung schädlicher Säuren, welche durch die Verbrennung schwefelhaltigen Kraftstoffs entstehen. 

Zwischeninformation: Der Schwefelanteil im Kraftstoff ist nicht in jedem Land gleich. Umso höher dieser Schwefelanteil ist, umso schneller werden auch die alkalischen Reserven verbraucht. Als Folge müsste das Motoröl öfter gewechselt werden, als in Ländern mit geringen Schwefelanteilen im Kraftstoff. In Deutschland ist der Schwefelanteil im Kraftstoff jedoch vergleichsweise gering. 

Die schädlichen Säuren führen letztlich zu einer Korrosion im Motor. Die alkalische Reserve und somit der TBN-Wert, nimmt über die Lebenszeit des Motoröls stetig ab. Umso höher die mgKOH/g im Motoröl, umso länger kann das Motoröl den Motor vor der negativen Wirkung von schädlichen Säuren schützen. Wie erwähnt, hängt diese Dauer des Schutzes jedoch auch vom jeweiligen Schwefelanteil im Kraftstoff ab.

➥ Umso höher der Wert der TBN (mgKOH/g), umso langfristiger findet der aktive Motorschutz vor alkalischen Säuren statt.