Öldruck, Ölfluss und Schmierung

In dieser Lektion geht es um den Zusammenhang zwischen Öldruck, Ölfluss und Schmierung der beweglichen Teile des Motors sowie um die Vorteile (oder das Fehlen) einer großvolumigen Ölpumpe und eines höheren Öldrucks.

Nun einige weitere Informationen über das Ölsystem.

Die serienmäßige Ölpumpe kann in gutem Zustand bei einer Motordrehzahl von 7000 U/min bis zu 54 Liter pro Minute fördern (das habe ich auf die harte Tour gelernt). Bei Entlastungsdruck (50-80 psi bei Straßengeschwindigkeit) fließen etwa 12 bis 20 Liter Öl pro Minute (je nach Zustand des Motors) durch den Motor, und der Überschuss wird durch das Überdruckventil direkt zurück in den Ölsumpf gepumpt. Eine Ölpumpe muss in sehr schlechtem Zustand sein, um nicht mindestens 20 Liter pro Minute bei 3500 U/min zu fördern, so dass ein Motor in gutem Zustand bei Straßenfahrt immer etwas Öl über das Druckbegrenzungsventil verlieren wird. Die Pumpe ist eine Verdrängerpumpe, d. h. sie fördert unabhängig vom Druck immer eine bestimmte Menge Öl (abgesehen von einer kleinen internen Leckage).

Der Öldruck ergibt sich aus zwei Faktoren: dem von der Pumpe geförderten Ölvolumen und dem Strömungswiderstand im Motor. Kleinere Öldurchflusskanäle bieten einen größeren Widerstand und erzeugen daher einen höheren Systemdruck. Größere Kanäle bieten weniger Widerstand, was zu einem niedrigeren Systemdruck führt. Dies ist der Grund, warum verschlissene Lager zu niedrigem Öldruck führen. Der maximale Systemdruck wird durch das Druckbegrenzungsventil begrenzt. Der minimale Systemdruck wird durch die Leerlaufdrehzahl des Motors und den Zustand der Lager (aller Lager) bestimmt. Größere Lagerspiele führen dazu, dass mehr (und leichter) Öl aus den Lagern austritt. Lose Hauptlager lassen zu viel Öl ab, wodurch der Ölfluss zu den Pleuel- und Nockenwellenlagern verringert wird. Ein lockeres hinteres Nockenwellenlager reduziert den Ölfluss zur Kipphebelwelle weiter. Bei wirklich schlechten Lagern ist der Öldruck sehr niedrig und die Kipphebelwelle wird nur mit sehr wenig Öl versorgt.

Eine höhere Ölviskosität erhöht zwar den Öldruck bei niedrigen Drehzahlen, verringert aber auch den Durchfluss durch die Lager bei ALLEN Drehzahlen. Es ist wichtig, dass die Ölviskosität und die Größe des inneren Lagerspiels einigermaßen aufeinander abgestimmt sind. Ein kleineres Lagerspiel erfordert ein dünneres (weniger viskoses) Öl, während ein größeres Lagerspiel ein dickeres Öl erfordert. Wenn Sie 20W50 Öl in Ihrem MG bei kalten Temperaturen (unter 40°F) verwenden, werden Sie beim Starten einen deutlich niedrigeren Öldruck feststellen, bis sich das Öl etwas erwärmt hat.

Um die Ölpumpe anzutreiben, ist Kraft erforderlich, und Kraft ist Energie. Da der Ölstrom keine nützliche mechanische Arbeit verrichtet, wird die gesamte Energie in Wärme umgewandelt, wenn der Öldruck wieder auf Null sinkt und das Öl in den Sumpf zurückfließt. Wenn das Öl über das Druckbegrenzungsventil fließt, stellt der gesamte Ölstrom Wärme dar, die direkt im Öl erzeugt wird. Je größer der Druckabfall, desto größer die Wärme. Je größer der Durchfluss, desto mehr Wärme. Wenn Sie die Federkraft des Druckbegrenzungsventils erhöhen, um einen höheren Druck zu erreichen, wird mehr Wärme erzeugt, aber es fließt nur etwas mehr Öl durch den Motor. Wenn Sie eine großvolumige Ölpumpe einbauen, erhalten Sie mehr Durchfluss durch das Druckbegrenzungsventil und mehr Wärme, aber keinen zusätzlichen Durchfluss durch den Motor (außer bei niedrigen Drehzahlen).

Die einzige Zeit, in der eine großvolumige Ölpumpe den Durchfluss durch den Motor erhöht, ist bei niedriger Drehzahl und geringem Durchfluss, wenn kein Öl durch das Druckbegrenzungsventil fließt. Dies kann den Druck im Leerlauf erhöhen, hat aber keine Auswirkung auf den Druck bei höheren Drehzahlen und ist im Allgemeinen bei einem Motor in gutem Zustand nicht erforderlich. Ein höherer Durchfluss und ein höherer Druck im System erfordern mehr Energie für den Betrieb der Pumpe, erwärmen das Öl und führen zu einem höheren Verschleiß der Antriebszahnräder.

Auch die Reibung der beweglichen Teile erzeugt Wärme im Öl. Der Ölfluss durch die Lager ist wichtig, um die durch die Reibung in den Lagern erzeugte Wärme abzuführen. Großvolumige Ölpumpen werden in der Regel in Rennmotoren eingesetzt, bei denen das Lagerspiel vergrößert wird, um den Ölfluss in den Lagern zur besseren Kühlung der Lager zu erhöhen. Wenn der Ölfluss zu gering ist, um die Wärme abzuführen, überhitzt das Öl und der Ölfilm reißt ab, was zu Metall-zu-Metall-Kontakt und einem katastrophalen Motorschaden führt. Dies ist der Grund, warum ein Motor nach einem Öldruckabfall oder bei Ölmangel sehr schnell den Geist aufgibt.

Ein starker Anstieg des Drucks führt NICHT zu einem starken Anstieg des Durchflusses. Der Druck steigt exponentiell mit dem Durchfluss. Das bedeutet, dass eine starke Erhöhung des Drucks nur zu einer geringen Erhöhung des Durchflusses durch den Motor führt.

Ein weiterer Punkt. Der Pumpendruck im Ölsystem trägt nicht die Last auf den Lagern, er treibt nur den Ölfluss an. Die Last auf die Lager wird durch den dünnen Ölfilm zwischen den Lagerflächen getragen. Der momentane Betriebsdruck auf die Pleuellager (nur ein Beispiel) übersteigt den Pumpendruck des Öls bei weitem. Der Pumpendruck ist nicht erforderlich, um die Last zu tragen, sondern nur, um den Durchfluss zu gewährleisten. Ich habe gehört, dass bestimmte Rolls-Royce-Motoren mit einem Systemdruck von 4 oder 5 psi gut laufen. Außerdem hatten viele frühe Automotoren überhaupt keine Ölpumpe und daher auch keinen Pumpendruck, so dass das Öl nur durch Spritzen, Sprühen und die Schwerkraft zugeführt wurde. Damit will ich nicht sagen, dass diese Motoren keinen Öldruck hatten, sondern nur keinen Pumpendruck; der Druck auf den Ölfilm ist durch die Arbeitslast immer vorhanden. Die Ölpumpe dient dazu, den Ölfluss durch die Lager aufrechtzuerhalten, während der Druck, den man auf dem Manometer sieht, wenig mit der Tragfähigkeit des Lagers zu tun hat.

Quelle: mgaguru.com