Motortechnik: Die Physikochemie von Motor-Schmierstoffen

Die Aufgabe von Motorölen besteht darin, den Verschleiß der Metallkörper zu verhindern, indem es einen schützenden Film zwischen den bewegenden Teilen bildet. Diese Aufgabe erleichtern Zusatzstoffe wie Zinkphosphate. Doch deren Abbauprodukte schädigen Katalysatoren, und außerdem funktionieren Zinkverbindungen nicht gut in Motoren aus dem leichten Aluminium. Nicholas Mosey von der Universität von Western Ontario und seine Kollegen haben nun mit einer Computersimulation herausgefunden, was genau das Zink im laufenden Motor macht.

Simulation | Das simulierte Verhalten von Zinkphosphat als Zusatzstoff in Motoröl bei steigendem Druck. Zu Beginn formen die Zinkatome (hellblau) nur jeweils drei Bindungen aus (A), mit zunehmendem Druck steigt diese Zahl aber (B), bis sich schließlich ein dreidimensionales Netzwerk ergibt (C).

Ihr Modell ahmte die Dynamik der Moleküle bei steigendem Druck nach. Hat zu Anfang jedes Zinkatom nur drei andere Atome gebunden, ändert es sein Verhalten bei höherem Druck und baut schließlich mit seinen Nachbarn ein Netzwerk auf, das als dreidimensionaler Film den Stahl schützt. Anders bei Motoren aus Aluminium: Hier steigt der Druck nicht so weit an, und es erfolgt keine Vernetzung. Ein ähnliches negatives Resultat gibt es, wenn man das Zink durch Kalzium ersetzt. Dessen Atome können ihre Wertigkeit nicht ändern und sich dadurch verknüpfen.

Die Simulationen der Wissenschaftler liefern außer den direkten Ergebnissen auch eine schnelle und kostensparende Methode, das Verhalten von Zusatzstoffen in Ölen und Schmierstoffen auszutesten. Und das alles, ohne einen Tropfen Öl zu vergießen.