Super-Klopfen: Der alte Motorenkiller ist zurück

Die meisten älteren Fahrer, aber auch diejenigen, die im Motorsport tätig sind, sind mit dem Phänomen des Motorklopfens gut vertraut. Aufgrund kontinuierlicher Verbesserungen des Motordesigns und der On-Board-Steuergeräte wurde das Risiko eines Klopfens jedoch effektiv eliminiert, so dass viele von Ihnen es vielleicht noch nie erlebt oder auch nur davon gehört haben. Leider scheinen alte Lektionen in Vergessenheit geraten zu sein, und das Streben nach Kraftstoffeinsparung hat den Motoren-Downsizing- und Boosting-Wahn beflügelt. Moderne Benzin-Direkteinspritzer mit Turbolader (t-GDI) können erstaunliche 150+ PS aus einem Liter Hubraum herausholen. Infolgedessen ist das Klopfen zurückgekehrt, in einer beängstigenderen Form eines Super-Klopfens mit einem wissenschaftlicheren Namen als "low speed pre-ignition" (LSPI) oder "stochastic pre ignition" (SPI). Ironischerweise ist es eine Tatsache, dass LSPI und Klopfen in dem Betriebsregime, das für eine verbesserte Kraftstoffeinsparung am vorteilhaftesten ist, tendenziell stärker in den Vordergrund treten.

Schauen wir uns das Problem etwas genauer an: Bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor muss sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einem bestimmten Zeitpunkt im 4-Takt-Zyklus entzünden, damit der Motor einwandfrei funktioniert. Die Verbrennung wird durch eine Zündkerze gestartet, in der Regel 10 bis 40 Kurbelwellengrad vor dem oberen Totpunkt (OT). Dieser Zündvorschub kann mechanisch oder elektronisch gesteuert werden und gibt dem Verbrennungsprozess Zeit, im richtigen Moment Spitzendruck zu entwickeln, um einen maximalen Wirkungsgrad des Motors zu erreichen. Das Klopfen tritt auf, wenn sich das Gemisch aus irgendeinem Grund nicht entzündet, wenn es sollte, oder wenn es stochastisch explodiert, anstatt normal zu brennen. Ein drastischer Anstieg des Zylinderdrucks während des Klopfens erzeugt ein charakteristisches Detonationsgeräusch. Klopfen ist nicht gut für den Motor und das Ergebnis kann völlig verheerend sein: gerissene Kolben und Zündkerzen, beschädigte Ringe und Ringstege, verbogene Pleuel, defekte Pleuellager usw.

Um technisch korrekt zu sein, sollte man zwischen normalem Klopfen und LSPI oder Superklopfen unterscheiden. Das regelmäßige Klopfen tritt nach der Funkenzündung auf, aber das Kraftstoff-Luft-Gemisch detoniert sporadisch in der Masse, anstatt normal zu brennen. Im Gegensatz zum normalen Klopfen tritt LSPI – auf das ein Klopfen folgt – vor der Funkenzündung auf und ist noch schädlicher. Sowohl LSPI als auch regelmäßiges Klopfen treten eher bei hoher Last / niedriger Drehzahl und beim Einkippen auf.

In den letzten Jahren wurden enorme Anstrengungen unternommen, um LSPI und Klopfmechanismen besser zu verstehen. Man kann mehr als ein Dutzend Faktoren auflisten, die möglicherweise LSPI- und Klopfereignisse auslösen.  Abgesehen von der Motorkonstruktion gehören ein hoher Spitzenzylinderdruck aufgrund der Motorverstärkung, die Verwendung von minderwertigem Benzin, die Verwendung von mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen und die Verwendung von minderwertigen Kurbelgehäuseschmierstoffen zu den Faktoren, die mit einem erhöhten LSPI- und Klopfrisiko verbunden sind. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Klopfen kann ein LSPI-Ereignis nicht vorhergesagt und korrigiert werden, indem das Funkentiming angepasst wird, und daher sind die Standardalgorithmen zur Vermeidung von Klopfen, auf die sich die meisten Motorsteuergeräte (ECU) verlassen, weitgehend nutzlos.

Technisch gesehen ist LSPI in erster Linie mit Engineering-Flows in der Engine verbunden. Die Tatsache, dass die Häufigkeit von LSPI-Ereignissen vom verwendeten Motoröl abhängt, führte jedoch zu einer Reihe von Theorien, die versuchten, das Auftreten von LSPI mit der Zusammensetzung des Motoröls in Verbindung zu bringen. Es wurde berichtet, dass bestimmte Zusatzstoffe wie Zinkdithiophosphat (ZDDP) und Molybdän das Risiko von LSPI verringern, während andere, wie z. B. überbasierte Calciumsulfonate – ein häufiger Bestandteil des TBN-Puffers – als LSPI-Promotoren wirken. Darüber hinaus deuten einige Berichte darauf hin, dass die Verwendung von synthetischen Grundölen auch das LSPI-Risiko reduziert. Forscher von Infineum, einem großen Hersteller von Schmierstoffadditiven, haben jedoch eine Korrelation zwischen der Selbstentzündungsneigung verschiedener Grundöle und der LSPI-Frequenz gemeldet, was in die entgegengesetzte Richtung zeigt: Das Selbstentzündungsrisiko scheint von der API-Gruppe I zur API-Gruppe IV zu steigen. Dies zeigt die Komplexität des Problems, wobei einzelne Motoreigenschaften, Kraftstoff und Motoröl eine Rolle spielen.

Neue und zukünftige Motorölspezifikationen werden eine spezielle LSPI-Leistungstestsequenz enthalten. Wir in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von BIZOL beobachten die aktuellen Fortschritte beim Verständnis des LSPI-Phänomens genau und passen Best Practices in unseren Produktformulierungen rechtzeitig an. Damit ist unser neues Motoröl BIZOL Green Oil+ eines der ersten LSPI-sicheren Produkte auf dem Markt.