Grundlagen der Schmiersysteme von Automobilmotoren
Das Schmiersystem ist eines der wichtigsten Systeme eines Automobilmotors. Ohne ausreichende Schmierung kommt es zu übermäßiger Reibung, erhöhten Temperaturen, schnellem Verschleiß und sogar zum Totalausfall, beispielsweise durch Fressen. Schmierung bedeutet mehr als nur „den Motor gleitfähig zu machen“, sondern umfasst eine Reihe wichtiger Funktionen: Reibungsreduzierung, Kühlung, Reinigung, Korrosionsschutz und die Erhaltung von Dichtungen in bestimmten Bereichen. Dieser Artikel behandelt die Grundlagen von Schmiersystemen in Automobilmotoren – von ihren Funktionsprinzipien über die Hauptkomponenten und Systemtypen bis hin zur grundlegenden Wartung.
1. Definition und Zweck des Schmiersystems
Schmierung ist der Vorgang, bei dem ein Ölfilm zwischen zwei sich relativ zueinander bewegende Metalloberflächen aufgetragen wird. Der Ölfilm trennt die Oberflächen und minimiert so den direkten Metallkontakt. In einem Verbrennungsmotor bewegen sich Bauteile wie Kurbelwelle, Lager, Nockenwelle, Kolben und Zylinderwände sehr schnell und sind hohen Belastungen ausgesetzt; unter diesen Bedingungen ist Schmierung unerlässlich.
Zu den Hauptzielen des Schmiersystems gehören:
1. Verringert Reibung und Verschleiß durch die Bildung eines Ölfilms.
2. Kühlung der Bauteile durch Ableitung der Wärme vom Reibungsbereich zur Ölwanne oder durch einen Ölkühler.
3. Reinigt den Motor von Schmutz, indem er Reibungspartikel, Ruß und Verunreinigungen zum Ölfilter transportiert.
4. Verhindert Rost und Korrosion, da das Öl eine Schutzschicht bildet und Korrosionsschutzadditive enthält.
5. Verbessert die Abdichtung, insbesondere zwischen Kolbenring und Zylinderwand, und trägt so zur Aufrechterhaltung der Kompression bei.
6. Reduziert Geräusche und Vibrationen aufgrund von Mikrokollisionen zwischen Bauteilen.
2. Grundprinzip der Schmierung: Ölfilm
Prinzipiell funktioniert Schmierung durch die Bildung eines Ölfilms zwischen zwei Oberflächen. Es gibt verschiedene Schmierungsregime:
– Grenzschmierung: ein sehr dünner Ölfilm, der bei Kaltstarts oder hohen Belastungen auftritt. Verschleißschutzadditive (z. B. ZDDP) spielen dabei eine wichtige Rolle.
– Mischreibung: Ein Teil der Last wird vom Ölfilm getragen, ein anderer Teil besteht noch im Mikrokontakt.
– Hydrodynamische Schmierung: Der Ölfilm ist recht dick, die Oberflächen sind vollständig vom Öl getrennt. Dies tritt häufig in Kurbelwellenlagern auf, wenn der Motor gleichmäßig läuft.
– Elastohydrodynamische (EHL): häufig bei Wälz-/Zahnradkontakten, der Film wird durch sehr hohen Druck und elastische Verformung der Oberfläche gebildet.
In Motoren besteht das Ziel darin, in Lagern und kritischen Reibungsbereichen nahezu hydrodynamische Bedingungen aufrechtzuerhalten. Beim Anfahren und Anhalten ist Grenzschmierung jedoch unvermeidbar. Daher sind die Ölqualität und das Ölversorgungssystem von entscheidender Bedeutung.
3. Hauptkomponenten des Motorschmiersystems
Obwohl sich Motorenkonstruktionen unterscheiden, umfassen die grundlegenden Komponenten eines Schmiersystems im Allgemeinen Folgendes:
a) Ölwanne (Ölsumpf)
Die Ölwanne dient als Reservoir, in dem sich das aus dem Kreislauf zurückfließende Öl sammelt. Hier wird es durch den Luftstrom um das Kurbelgehäuse passiv gekühlt. In der Ölwanne sammeln sich außerdem geringe Mengen an Schmutzablagerungen.
b) Ölpumpe
Die Aufgabe der Ölpumpe besteht darin, Öl von der Ölwanne mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Fördermenge zu allen Teilen des Motors zu befördern. Gängige Pumpentypen sind:
– Zahnradpumpe: einfach, robust, weit verbreitet.
– Trochoid-/Gerotorpumpe: effizient und kompakt, beliebt bei modernen Motoren.
Die Pumpe wird üblicherweise von der Kurbelwelle, der Steuerkette oder dem Nockenwellenmechanismus angetrieben.
c) Ölfilter (Ölsieb / Ansaugsieb)
Ein Grobfilter am Pumpensaugrohr dient zum Zurückhalten von groben Verunreinigungen (Flocken, Schlamm). Er unterscheidet sich von einem Feinölfilter.
d) Ölfilter
Ölfilter entfernen Feinstaub, bevor das Öl in die Hauptleitung gelangt. Moderne Filter sind in der Regel als Schraub- oder Patronenfilter ausgeführt. Der Filter enthält typischerweise:
– Bypassventil: Öffnet sich, wenn der Filter verstopft ist, sodass der Ölfluss fortgesetzt werden kann (auch wenn das Öl nicht perfekt gefiltert wird).
– Rückschlagventil (bei einigen Ausführungen): verhindert das Zurücklaufen des Öls bei ausgeschaltetem Motor und trägt so zum schnellen Aufbau des Öldrucks beim Starten bei.
e) Druckbegrenzungsventil
Dieses Ventil verhindert, dass der Öldruck zu hoch wird. Sobald der Druck den Grenzwert überschreitet, öffnet sich das Ventil und leitet einen Teil des Öls zurück zur Ansaugseite oder in die Ölwanne.
f) Ölgalerien und interne Kanäle
Die Ölgalerie ist ein internes „Rohr“ im Block. Motor und Zylinderkopf, der unter Druck stehendes Öl verteilt zu den Hauptlagern, Pleuellagern, Nockenwelle, Kipphebeln und bestimmten Steuermechanismen.
g) Ölkühler – optional
Bei bestimmten Fahrzeugen (Hochleistungsfahrzeugen, Dieselfahrzeugen oder Schwerlastfahrzeugen) wird das Öl durch einen Ölkühler zirkuliert, um die Viskosität und die thermische Stabilität aufrechtzuerhalten.
h) Öldrucksensor und -anzeige
Der Öldrucksensor sendet ein Signal an eine Kontrollleuchte im Armaturenbrett. Die Öldruckwarnleuchte ist von entscheidender Bedeutung: Sie leuchtet auf, sobald der Öldruck unter einen sicheren Schwellenwert fällt.
4. Arten von Schmiersystemen
a) Nasssumpfsystem
Am häufigsten in Autos und Sepeda-Motor Täglich. Das Öl wird in einer Ölwanne unter dem Motor gespeichert und von einer Pumpe umgewälzt. Die Vorteile liegen in der Einfachheit und den geringen Kosten. Der Nachteil besteht darin, dass es unter extremen Bedingungen (scharfe Kurven, anspruchsvolles Gelände) zu Ölmangel kommen kann, wenn die Ölwanne und die Ölabscheider unzureichend konstruiert sind.
b) Trockensumpfsystem
Das Öl wird nicht in der Ölwanne des Motors, sondern in einem separaten Tank gespeichert. Eine Saugpumpe fördert das Öl aus der Ölwanne in den Tank, während eine Druckpumpe den Motor mit Öl versorgt. Zu den Vorteilen zählen eine stabilere Schmierung unter extremen Bedingungen, die Möglichkeit, den Motor tiefer einzubauen (mit einer flachen Ölwanne) und eine bessere Temperaturregelung. Die Nachteile sind ein komplexerer und teurerer Aufbau.
5. Allgemeiner Ölkreislauf
Der Schmierstofffluss in einer Nasssumpfmaschine ist im Allgemeinen wie folgt:
1. Das Öl in der Ölwanne wird durch das Ansaugrohr und das Sieb angesaugt.
2. Die Ölpumpe drückt das Öl in Richtung Filter.
3. Das gefilterte Öl gelangt in den Hauptkanal.
4. Das Öl fließt zum Hauptlager der Kurbelwelle und dann durch die Innenbohrung der Kurbelwelle zum Pleuellager.
5. Das Öl steigt zum Zylinderkopf auf, um die Nockenwelle, die Stößel, die Kipphebel oder andere Ventilmechanismen zu schmieren.
6. Ein Teil des Öls spritzt an die Zylinderwände und auf die Unterseite des Kolbens.
7. Das Öl fließt durch die Rücklaufleitung zurück in die Ölwanne und nimmt dabei Wärme und Schmutz mit sich.
6. Motoröl: Viskosität und Additive
Motoröl besteht aus zwei wichtigen Komponenten: Basisöl und Additiven. Die Viskosität gibt die „Zähflüssigkeit“ des Öls an. SAE-Normen wie 0W-20, 5W-30 und 10W-40 beschreiben die Eigenschaften des Öls bei niedrigen Temperaturen (die Zahl vor dem W) und Betriebstemperaturen (die Zahl nach dem W). Zu dünnflüssiges Öl kann die Schmierfilmdicke verringern, während zu dickflüssiges Öl die Zirkulation, insbesondere beim Kaltstart, behindern kann.
Zu den Zusatzstoffen in modernen Ölen können gehören:
– Reinigungsmittel und Dispersionsmittel: hält den Schmutz in der Luft, damit sich kein Schlamm bildet.
– Verschleißschutz: Schützt bei Grenzschmierung.
– Antioxidationsmittel: verhindert die schnelle Oxidation des Öls bei hohen Temperaturen.
– Reibungsmodifikator: Verringert die Reibung und erhöht so die Effizienz.
– Entschäumer: Verringert die Schaumbildung, die den Druck beeinträchtigen kann.
– Korrosionsinhibitor und Stockpunkterniedriger.
7. Häufige Probleme im Schmiersystem
Einige häufige Probleme:
– Niedriger Öldruck: Kann verursacht werden durch unzureichendes Öl, eine verschlissene Pumpe, lockere Lager, interne Lecks oder einen verstopften Filter.
– Öllecks: an der Ölwannendichtung, der Kurbelwellendichtung, einem losen Filter oder dem Einfülldeckel.
– Das Öl verschmutzt schnell/bildet Ablagerungen: Die Wechselintervalle sind zu lang, der Motor überhitzt häufig oder die Ölqualität ist nicht angemessen.
– Schäumendes Öl: Der Ölstand ist zu hoch, das Öl ist ungeeignet oder Luft ist in das System eingedrungen.
Zu den Symptomen, auf die man achten sollte, gehören das Aufleuchten der Öldruckkontrollleuchte, raue Motorgeräusche/Klopfen, steigende Temperaturen und übermäßiger Ölverbrauch.
8. Grundlegende Wartung des Schmiersystems
Die wirksamste und einfachste Behandlungsmethode ist:
1. Überprüfen Sie regelmäßig den Ölstand mit dem Ölmessstab, wenn das Fahrzeug auf ebener Fläche steht.
2. Wechseln Sie das Öl gemäß den vom Hersteller vorgegebenen Intervallen (basierend auf Kilometerstand oder Zeit).
3. Wechseln Sie den Ölfilter bei jedem Ölwechsel oder gemäß den Empfehlungen.
4. Verwenden Sie die empfohlenen Ölspezifikationen (SAE und API/ACEA/ILSAC).
5. Auf Undichtigkeiten und den Zustand der Dichtungen prüfen.
6. Vermeiden Sie es, den Motor stark auf Touren zu bringen, wenn das Öl nicht optimal zirkuliert, insbesondere beim Kaltstart.
Penutup
Das Grundprinzip des Schmiersystems eines Automobilmotors beruht auf der Aufrechterhaltung eines stabilen Ölfilms zwischen den beweglichen Teilen. Durch Druckölzirkulation, Filtration, Druckregelung und Temperaturmanagement ermöglicht die Schmierung einen effizienten, nachhaltigen und sicheren Motorbetrieb. Kenntnisse über die Komponenten und Funktionsprinzipien des Schmiersystems helfen Anwendern und Technikern, Probleme schneller zu diagnostizieren und die notwendigen Wartungsarbeiten durchzuführen. Mit dem richtigen Öl und regelmäßiger Wartung lässt sich das Risiko vorzeitigen Verschleißes und schwerer Motorschäden deutlich reduzieren.
