Verschleiss der Kolben, Kolbenringe und Zylinder durch Kraftstoffüberschwemmung
Beschreibung
- Starke Verschleißspuren an Feuersteg und Kolbenschaft.
- Reibstellen am Kolbenschaft – charakteristisch für einen Trockenlauf infolge einer Kraftstoffüberschwemmung.
- Kolbenringe mit starkem radialem Verschleiß (Abb. 1). Die beiden Stege (Tragflächen) des Ölabstreifrings sind abgetragen (Abb. 2). Zum Vergleich in Abb. 3: Profil eines neuen und alten Ölabstreifrings (Dachfasenschlauchfederring).
- Erhöhter Ölverbrauch.
Beurteilung
Kraftstoffüberschwemmung durch Verbrennungsstörungen führt immer zu einer Schädigung des Ölfilms. Die Folgen sind ein höherer Mischreibungsanteil und ein hoher radialer Verschleiß der Kolbenringe innerhalb kurzer Laufzeit. Erst wenn der Ölfilm durch den Kraftstoff so stark beeinträchtigt wird, dass eine Mangelschmierung entsteht, bilden sich die charakteristischen Kraftstoffreiber (siehe Kapitel „Trockenlaufreiber durch Kraftstoffüberschwemmung“). Durch die immer unwirksamere Schmierung kommt es zu beträchtlichem Verschleiß an Kolbenringen, Kolbenringnuten und Zylinderlaufflächen.
Der Kolbenschaft wird anfangs weniger geschädigt, weil dieser vom Kurbeltrieb her regelmäßig mit neuem, noch schmierfähigem Öl versorgt wird. Wenn sich die Abriebteile aus dem Hubbereich mit dem Schmieröl vermischen und das Schmieröl durch zunehmende Ölverdünnung an Tragfähigkeit verliert, breitet sich der Verschleiß auf alle Lagerstellen des Motors aus. Besonders betroffen sind die Kolbenbolzen und die Kurbelwellenzapfen.
Mögliche Ursachen
- Häufiger Kurzstreckenbetrieb und dadurch Ölverdünnung mit Kraftstoff.
- Kühlmittelbeimengung im Motoröl.
- Mangelhafte Motorölqualität.
- Kraftstoffüberschwemmung durch unvollständige Ver-brennung infolge von Störungen bei der Gemischaufbereitung.
- Störungen in der Zündanlage (Zündaussetzer).
- Unzureichender Verdichtungsdruck bzw. schlechte Füllung durch verschlissene oder gebrochene Kolbenringe.
- Falsches Kolbenüberstandsmaß: Der Kolben schlägt gegen den Zylinderkopf. Die daraus resultierenden Schwingungen führen bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung zu unkontrolliertem Abspritzen der Einspritzdüsen und damitzu Kraftstoffüberschwemmung im Zylinder (siehe Kapitel „Anschlagspuren am Kolbenkopf“).
- Schlechte Füllung durch verstopfte Luftfilter.
- Fehlerhafte und undichte Einspritzdüsen.
- Fehlerhafte oder falsch eingestellte Einspritzpumpe.
- Fehlerhaft verlegte Einspritzleitungen (Schwingungen).
- Schlechte Füllung durch defekte oder verschlissene Turbolader.
- Schlechte Kraftstoffqualität (schlechte Selbstentzündung und unvollständige Verbrennung).
Kolbenringverschleiss kurz nach der Motorüberholung
Beschreibung
- Kolben ohne Schäden und Verschleiß.
- Kolbenringe oberflächlich betrachtet ohne Verschleißspuren, bei genauerer Betrachtung: Abnormale Abnutzung der ölabstreifenden Ringkanten, vornehmlich Ringunterkanten (siehe Vergrößerung).
- Fühlbarer Grat an der Unterkante der Kolbenringlauffläche.
Beurteilung
Durch die abgenutzten Kolbenringkanten entstehen zwischen den Laufflächen der Kolbenringe und der Zylinderlaufbahn hohe hydrodynamische Kräfte (Abb. 2) aufgrund einer sogenannten Ölkeilbildung.
Die Kolbenringe schwimmen bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens auf dem Ölfilm auf und heben sich geringfügig von der Zylinderlaufbahn ab. Das Schmieröl gelangt so vermehrt in den Verbrennungsraum und verbrennt.
Mögliche Ursachen
Die Gratbildung entsteht, wenn die Kolbenringe nach der Motorüberholung keine optimalen Verhältnisse vorfinden. Die Gründe liegen vornehmlich an einer ungenügenden oder ungeeigneten Zylinderendbearbeitung. Wenn beim Fertighonen stumpfe Honsteine verwendet werden oder mit zu hohem Druck gehont wird, entstehen an der Zylinderwand Grate und Erhebungen. Diese Metallspitzen werden in Bearbeitungsrichtung umgebogen (Abb. 3). Man spricht hier von einer Blechmantelbildung, die zu einer erhöhten Reibung in der Einlaufphase führt und verhindert, dass sich Motoröl in den feinen Graphitadern einlagern kann.
Werden diese Grate nicht durch einen abschließenden Bearbeitungsgang – dem Plateauhonen – entfernt, kommt es während der Einlaufphase zu einem frühzeitigen Verschleiß an den Kolbenringkanten. Die Kolbenringe übernehmen dabei ungewollt das Abtragen des Blechmantels und die Reinigung der Graphitadern. Dies führt jedoch zu einer Abnutzung der Kolbenringkanten und zu der Gratbildung. Ein so entstandener Grat an der Kolbenringkante läuft sich erfahrungsgemäß nur sehr schwer ab. Die geschädigten Kolbenringe müssen ausgewechselt werden.
Ein ersatzweise eingebauter zweiter Kolbenringsatz findet wesentlich günstigere, nahezu normale Laufverhältnisse vor. Denn der erste Kolbenringsatz hat die unvorteilhafte Randschicht auf der Zylinderlaufbahn, den Blechmantel, durch Verschleiß weitestgehend abgetragen. Nach dem Auswechseln der Kolbenringe normalisiert sich der Ölverbrauch. Vielfach wird dies fälschlicherweise einer schlechten Materialqualität der zuerst eingebauten Kolbenringe zugeschrieben.
Die mikroskopische Vergrößerung in Abb. 4 zeigt die umgebogenen Spitzen durch den Schnitt der Zylinderoberfläche nach dem unvorteilhaften Honen der Zylinderlaufbahn (Blechmantel). Abb. 5 zeigt die Oberfläche nach dem Plateauhonen. Die Grate und Spitzen wurden weitestgehend entfernt und die Graphitadern freigelegt. Die Kolbenringe haben gute Bedingungen für einen Einlauf und somit eine hohe Lebensdauer. Besonders wirksam ist die Herstellung des Plateaus durch Honbürsten.
Asymmetrisches Kolbentragbild
Beschreibung
Abb. 1:
- Kolbentragbild asymmetrisch über die gesamte Kolbenhöhe.
- Feuersteg links am Kolben über dem Bolzenauge und gegenüberliegend an der unteren Kolbenkante blank gerieben.
- Ungleichmäßiges Tragbild des Verdichtungsrings.
Abb. 2:
Schrägläufer mit schwerpunktmäßiger Abnutzung an der unteren, rechten Kolbenkante an der Aussparung für die Kühlöldüse und unterhalb der Kolbenbolzenbohrung.
Beurteilung
Solche asymmetrischen Tragbilder verweisen auf einen Schieflauf des Kolbens in der Zylinderbohrung und auf eine Unparallelität zwischen Kolbenbolzen- und Kurbelwellenachse. Die Kolbenringe dichten aufgrund der schlechten Anlage am Zylinder unzureichend ab. Die heißen Verbrennungsgase blasen durch und heizen die Kolbenringe und die Zylinderwand übermäßig auf. Dadurch wird der Ölfilm geschwächt, was einen Trockenlauffresser bewirken kann. Durch den Schräglauf des Kolbens im Zylinder und durch dessen Auf- und Abwärtsbewegung entsteht an den Kolbenringen eine Pumpwirkung. Diese befördert das Öl in den Verbrennungsraum und führt zu einem erhöhten Ölverbrauch. Unter gewissen Umständen erhält der Kolbenbolzen einen Axialschub, was einen Verschleiß oder Bruch der Bolzensicherung hervorrufen kann (siehe Kapitel „Kolbenschäden durch gebrochene Bolzensicherungen“).
Mögliche Ursachen
- Verbogene oder verdrehte Pleuelstangen.
- Schräg gebohrte Pleuelaugen.
- Zylinderbohrung nicht rechtwinklig zur Kurbelwellenachse.
- Schief montierte Einzelzylinder (Verzüge bei der Montage).
- Pleuelzapfen nicht parallel zur Kurbelwellenachse.
- Schief gebohrtes Pleuelauge (Achsenunparallelität).
- Zu großes Pleuellagerspiel, insbesondere in Verbindung mit asymmetrischen Pleuelstangen (Mittenversatz zwischen Pleuelauge und großem Pleuellager).