Ölmangel

Dec 14, 2023

Wenn das Öl nicht in wichtige Motorkomponenten fließt, können die Folgen katastrophal sein. Motoren verwenden ein geschlossenes Schmiersystem, das aus Ölsumpf, Einlasskreislauf, Ölpumpe, Überdruckventil, Ölfilter, Ölküchen und Rücklauf besteht. Laut Experten, mit denen wir für diesen Artikel gesprochen haben, ist Ölmangel typischerweise ein Versagen des Ölrücklaufs oder des Ölmanagements im Motor.

„Der Eckpfeiler jedes Schmiersystems ist der Ölbedarf des Motors“, sagt Mike Osterhaus, VP Aftermarket Products, Melling Engine Parts. Er erklärt, dass der höchste spezifische Bedarf des Motors (Gallonen pro Motorumdrehung) im heißen Leerlauf liegt. „Die Ölpumpe ist so dimensioniert, dass sie im heißen Leerlauf einen ausreichenden Durchfluss liefert, und der Motor setzt diesem Durchfluss Widerstand entgegen, was zu einem Öldruck führt. Wenn die Motortemperatur steigt, vergrößern sich die inneren Abstände und die Viskosität des Öls nimmt ab. Beides.“ Einer dieser Effekte verringert den Widerstand des Motors und erhöht dadurch den Ölbedarf des Motors.

Laut Osterhaus sind Ölungsprobleme bei neueren Motorenmodellen heutzutage relativ selten, aber das Ansaugen der Ölpumpe kann aufgrund der Position der Pumpe ein Problem darstellen. „Wir hören selten von Problemen mit neueren Motorenmodellen. Wir glauben, dass dies an Blöcken und Köpfen liegt, die den Rückfluss des Öls zurück zur Ölwanne verbessern sollen. Spezielle Öldurchgänge von den Zylinderköpfen zurück zur Ölwanne und Seitenwannen, die diese abdecken Der gesamte Ölsumpf ist typisch für neuere Motorenmodelle. Die Kehrseite ist, dass bei älteren Motoren darauf geachtet werden muss, den Ölrücklauf zu verbessern, um sicherzustellen, dass es nicht zu Ölmangel kommt.“

Allerdings sind nicht alle Motoren neuerer Modelle von Ölproblemen frei, da einige anfälliger für Ölmangel sind als andere. „Ein paar neuere Anwendungen, die mir in den Sinn kommen, sind der GM LS7 und die modularen V8-Motoren von Ford“, sagt Osterhaus. „Das ursprüngliche LS7-Ölwannendesign ermöglichte, dass das Ende des Aufnahmerohrs bei schnellen Kurvenfahrten freigelegt wurde, was zu Ölmangel führte. Ölwannen für den Ersatzteilmarkt haben das Problem behoben.“

Osterhaus fügt hinzu, dass die modularen V8-Ölpumpen von Ford eine dünne Aluminium-Abdeckplatte auf der Rückseite der Ölpumpe haben, die anfällig für Undichtigkeiten ist. „Dadurch kann ein Teil des Hochdrucköls in Richtung des Steuergehäusedeckels abgeführt werden. Es hat zu Hungerproblemen geführt, da das ausgelaufene Öl durch die beiden Steuerketten der obenliegenden Nockenwellen in der Schwebe gehalten wird. Mellings Ersatz- und Hochleistungs-Ölpumpen von Ford bestehen aus Gusseisen Abdeckplatten, die dieses Problem beseitigen.“

Während Ölmangel bei neueren Motoren möglicherweise kein Problem darstellt, kann das Ansaugen der Ölpumpe ein größeres Problem darstellen, da die Länge der Ansaugrohre zugenommen hat und sich auch die Position der Ölpumpe geändert hat. Die Ölpumpe sitzt beim Kaltstart nicht mehr im Öl. Aufgrund des Designs verbesserte Melling laut Osterhaus die Ansaugeigenschaften der neueren Pumpenmodelle. Er warnt jedoch davor, dass Installateure beim ersten Start immer noch darauf achten müssen, dass die Ölpumpe und der Motor ordnungsgemäß vorgefüllt werden. Er sagt, dass unsachgemäße Änderungen an der Ölaufnahme zu Luftbildung und Kavitation führen können.

Verne Schumann, Präsident von Schumanns Vertrieb und Service, sagt, dass der LS-Motor vom Hersteller her ein paar eingebaute Probleme hat. „Im Hinblick auf die Benzinverbrauchseigenschaften ist es vielleicht besser optimiert, aber was die Funktionalität der Ölpumpe angeht, sagt er, dass es sich letztendlich nachteilig auf die Sache auswirkt.“

Laut Schumann möchte GM, dass die Motorhaube so niedrig wie möglich ist und dass die Wanne so flach wie möglich ist, um den Benzinverbrauch zu optimieren. „Letztendlich muss der Motor ein sehr langes Ansaugrohr verwenden, und dann muss die Ölpumpe so hoch wie möglich im Motor an der Nockenwelle montiert werden. Eine Sache, die Ölpumpen nicht mögen, ist, sehr lange anzusaugen, Und sie machen keine vertikalen Hebevorgänge. Was macht GM also? Sie stellen die Ölpumpe weit oben auf“, lacht Schumann.

Schumann zitiert die Anekdote eines LS-Besitzers, der vielleicht über den Sommer in den Urlaub fährt: „Wenn er nach Hause kommt, in seinen neuen Camaro steigt und ihn ankurbelt, saugt die Pumpe nicht an. Das liegt daran, dass das restliche Öl abgetropft ist und.“ Es saugt Luft an. Die werkseitige LS-Ölpumpe hat keine ausreichende Dichtung zwischen der Pumpe und dem Block. Wir bearbeiten unsere mit einem O-Ring.“

Beachten Sie, dass die Ölpumpe das Öl nicht wirklich aus der Ölwanne ansaugt. Osterhaus weist darauf hin, dass die Pumpe in sich selbst ein Teilvakuum erzeugt und der Umgebungsdruck im Kurbelgehäuse das Öl durch das Ansaugrohr in die Pumpe drückt. „Die Temperatur beeinflusst dies, da kaltes Öl einen größeren Strömungswiderstand hat, was an kalten Tagen die Zeit verlängert, die die Ölpumpe zum Ansaugen braucht.“

Aufgrund der Luft im Öl, die laut Osterhaus schätzungsweise 7 bis 8 Volumenprozent Luft ausmacht, entweicht die Luft, wenn der Einlassdruck in der Pumpe sinkt, was zur Schaumbildung führt. „Wenn das Ansaugrohr mäßig verstopft ist, kann das Öl im Einlasskreislauf belüftet werden. Dies verringert den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe. Belüftetes Öl hat eine verringerte Filmfestigkeit, Schmierfähigkeit und Wärmeübertragungsfähigkeit und das Öl wird komprimierbar. Dies kann zu einer Beschleunigung führen Verschleiß und unregelmäßiger Betrieb des Hebers, des Steuerspanners und des Nockenwellenverstellers (hydraulische Komponenten). Der nächste Schritt über die Belüftung hinaus ist Kavitation.“

Kavitation entsteht, wenn das Aufnahmerohr stark verengt ist, fügt Osterhaus hinzu. „Die Folge ist, dass das Öl einem Einlassdruck ausgesetzt ist, der so niedrig ist, dass sich im Öl auf der Einlassseite der Pumpe Dampfblasen bilden. Die Dampfblasen verhindern, dass sich die Pumpe richtig füllt. Die Dampfblasen werden dann weiter transportiert Der hohe Druck im Anschluss führt dazu, dass die Blasen implodieren. Dabei wird eine enorme Energiemenge freigesetzt. Die Energie erzeugt Lärm und kann zu Lochfraß und Oberflächenerosion im Inneren der Ölpumpe führen.

An der Kurbelwelle montierte Ölpumpen stellen eine größere Herausforderung für das Ölmanagement dar. „Wenn wir die Betriebsdrehzahlen vergleichen, laufen die älteren nockenwellengetriebenen Ölpumpen mit halber Motordrehzahl und sitzen im Ölsumpf“, erklärt Osterhaus. „Ihre Ansaugrohre sind typischerweise viel kürzer im Vergleich zu kurbelwellengetriebenen Ölpumpen neuerer Modelle, die sich vorne an der Kurbelwelle befinden und mit Motordrehzahl laufen. Die kurbelwellengetriebenen Ölpumpen neuerer Modelle sind viel größer, um den Einbau zu ermöglichen über der Nase der Kurbelwelle. Die älteren Pumpen mit Nockenwellenantrieb verwendeten typischerweise eine ½-Zoll-Antriebswelle. Die größere Länge des Ansaugrohrs, die Geschwindigkeit und die Größe wirken sich allesamt gegen die neueren Ölpumpen mit Kurbelwellenantrieb aus. Daher müssen die Toleranzen, Oberflächen, Materialien und der Strömungsweg sorgfältig berücksichtigt werden, wenn neuere Ölpumpen mit Kurbelwellenantrieb entworfen und hergestellt werden.“

Das Überdruckventil regelt die Förderleistung der Ölpumpe, spielt laut Osterhaus aber auch eine entscheidende Rolle bei der Verzögerung des Auftretens von Kavitation. „Belüftung und Kavitation hängen auch mit dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb zusammen. Diese treten bei jeder Pumpe auf, wenn die Geschwindigkeit so weit ansteigt, dass das Öl die internen Pumpenkammern nicht mehr füllen kann. Wie bereits erwähnt, wenn der Einlassdruck unter fällt Wenn der Dampfpunkt überschritten wird, kommt es zu Kavitation, da sich im Öl Öldampfblasen bilden.

Abhilfe schafft jedoch das Überdruckventil, das einen Teil des Ausgangsstroms zurück in den Einlassanschluss der Ölpumpe umleiten soll. „Das umgeleitete Hochdrucköl erhöht den lokalen Eingangsdruck, um das Einsetzen von Belüftung und Kavitation zu verzögern“, sagt Osterhaus. „Es lädt den Einlass auf und ermöglicht einen effektiven Betrieb der Pumpe bei höheren Motordrehzahlen. Es ist wichtig zu beachten, dass Änderungen, die vorgenommen werden, um das umgeleitete Öl in die Ölwanne anstatt in den Pumpeneinlass umzuleiten, sich negativ auf die Ölpumpe auswirken und Kavitation ermöglichen.“ treten bei niedrigeren Motordrehzahlen auf.“

Der ordnungsgemäße Ölrücklauf ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass der Ölrückfluss in die Ölwanne nicht behindert wird. „Durch ein ordnungsgemäßes Ölmanagement wird sichergestellt, dass in der Ölwanne genügend Ölvolumen vorhanden ist, um das Ende des Ansaugrohrs im Öl zu halten“, fügt Osterhaus hinzu. „Der langsame Rückfluss des Öls in die Ölwanne wird durch Luftwiderstand, Beschleunigung, Verzögerung, Kurvenfahrt und Fahrzeughöhe verursacht, die alle die Zeit beeinflussen, die das Öl benötigt, um in die Ölwanne zurückzukehren, und den Einlass zum Ölaufnahmerohr freilegen können.

Bei der Wahl eines Nasssumpf- oder Trockensumpfsystems sollte die Anwendung geprüft werden. Einige Rennklassen erlauben kein Trockensumpfsystem. Unsere Experten empfehlen Ihnen, zu prüfen, ob Ihre Ölanforderungen ein vollwertiges Trockensumpfsystem rechtfertigen. Muss die Ölwannenhöhe verringert werden, um den Motor im Auto abzusenken? Ist ein dauerhafter Hochgeschwindigkeitsbetrieb (mehr als 8.000 U/min) erforderlich? Wenn ja, dann ist ein Trockensumpfsystem einem Nasssumpfsystem vorzuziehen. Aber für die meisten Anwendungen wird ein gut konzipiertes und ausgeführtes Nasssumpfsystem bei Anwendungen mit hoher Leistung effektiv funktionieren. Eine Nasssumpfpumpe bietet den Vorteil von Gewichtseinsparungen, geringerer Komplexität (und Fehlermöglichkeiten) und geringeren Kosten.

„Es gibt viele Aftermarket-Beispiele für Nasssumpfschmiersysteme für Anwendungen mit mehr als 1.500 PS“, bemerkt Osterhaus. „Ein aktuelles OE-Beispiel ist die von Melling für den 2020 Ford Mustang Shelby GT500 hergestellte Ölpumpe mit Nasssumpf-Kurbelwellenantrieb. Der 5,2-Liter-Predator-Kompressormotor leistet 760 PS und ein Drehmoment von 625 lb.-ft. Er verfügt über … Auszeichnung als leistungsstärkster und drehmomentstärkster V8-Kompressormotor der Welt.“

Schumann erklärt, dass die OEM-Werksingenieure ihre Ölpumpen so konstruieren, dass sie 30 % (plus oder minus 5 %) größer sind als der Volumenbedarf. „Wenn der Motor verschleißt, gehen diese 25–30 % verloren, und Sie haben am Ende 10 % mehr Kapazität in einer Pumpe als ein abgenutzter Motor. Dann erhalten Sie den Anruf: ‚Mein Öldruck ist schlecht.‘ Wenn Sie einen Motor haben, der 10 Gallonen pro Minute verbraucht, was bei einem Big-Block-Motor üblich ist, und der Trockensumpf mit fünf Stufen 35 Gallonen pro Minute ausstößt, braucht der Motor immer noch 10 Gallonen. Warum sollten Sie also für das Dreifache des Volumens bauen? als der Motor benötigt? Ein gut konzipiertes Nasssumpfsystem kann einen Öldurchfluss von 10 Gallonen bei minimaler Belüftung erzeugen und verfügt über eine schnelle Reaktionszeit auf das Ansaugrohr, das Sieb und die Ventile. Unsere Kugelventil-Nasssumpfpumpen reagieren genauso schnell wie eine Trockensumpfpumpe für 4.000 bis 6.000 US-Dollar.“

Ein Trockensumpf hat laut unseren Experten immer noch offensichtliche Vorteile, da Sie ihn an die von Ihnen benötigten Spezifikationen anpassen können, indem mehrere Stufen miteinander verbunden werden. Und Sie haben einen großen Vorratstank, der laut Schumann nur ein Kühltank und ein Luftzerlegungstank ist.

„Tatsache ist, wenn man zum Drag Strip geht und auf eine Ovalbahn geht, wenn man 100 Autos nach dem Zufallsprinzip nimmt und die Motorhaube öffnet, stellt man fest, dass über 90 % von ihnen einen Nasssumpfmotor haben“, sagt Schumann weist darauf hin.

Der Öldruck ist laut Schumann nur ein Maßstab und hat nicht viel mit der Durchflussrate in Gallonen pro Minute (GPM) zu tun. „GPM ist eine wünschenswertere Eigenschaft als der Druck. Warum haben die NASCAR-Leute den Öldruck auf 15 Pfund gesenkt? Weil sie eine Durchflussrate von 30 Gallonen pro Minute haben. Sie kümmern sich also eigentlich nur um den Durchfluss.“

Öldruckmesser seien von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich, sagt Schumann. „Sie zeigen nichts an, was mit dem Volumen zu tun hat, sie zeigen auch keine Luftbildung oder verunreinigtes Öl an. Sie können einen Motor auf dem Motorprüfstand warmlaufen lassen, die Ablassschraube herausnehmen, während noch Öl tropft. Starten Sie den Motor mit Ziehen Sie die Ablassschraube heraus, und das Öldruckmessgerät zeigt fast den gleichen Wert an. Die Zahnräder sind geschmiert, und es lässt sich in eine Luftpumpe umwandeln, weil kein Öl vorhanden ist und Ihr Manometer sagt: „Super, Sie haben 50 Pfund davon.“ Luftdruck, lass uns Rennen fahren.‘“

Um Motorenbauern dabei zu helfen, sich auf die Durchflussmenge statt auf den Druck zu konzentrieren, testet Schumann's derzeit ein neues Messsystem für Gallonen pro Minute (GPM), das etwa Anfang des Jahres eingeführt wird. Schumann sagt, es werde ein tragbares Gerät sein, das etwa 20 Pfund wiegt. Es kann auf einem Motorprüfstand, einem Motorlaufstand oder auf der Rennstrecke verwendet werden.

Schumann fügt hinzu, dass eine Werkstatt, die 25 bis 50 LS-Motoren pro Jahr baut, im Allgemeinen weiß, was zu tun ist, um den richtigen Druck zu erhalten, aber keine Ahnung vom GPM hat. „Ich komme noch einmal auf das NASCAR-Beispiel zurück: Sie machen sich keine Sorgen über 15–20 Pfund Öldruck. Sie machen sich Sorgen über die 30 GPM Öl, die durch den Motor fließen.“