Gaschromatograph – Kraftstoff im Öl

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Beim Verbrennungsprozess gelangt immer ein geringer Anteil vom Kraftstoff ins Motorenöl. Ist aber zu viel Kraftstoff im Öl, wird dieses stark verdünnt. Dadurch kann ab einer gewissen Konzentration das Öl so niedrigviskos werden, dass sich kein tragfähiger Schmierfilm ausbilden kann. Ein kapitaler Motorschaden droht.
In der Regel gilt: Im Öl eines Ottomotors sollten sich nicht mehr als 1–2 % Kraftstoff befinden. Bei Dieselmotoren liegt der Limitwert je nach Kraftstofftyp zwischen 5–7%.

Typische Ursachen für zuviel Kraftstoff im Öl sind:

  • Extremer Stop-and-Go-Betrieb, viele Kaltstarts und überwiegend Leerlaufbetrieb
  • Zu niedrige Kompression durch verschlissene Zylinderwände oder abgetragene bzw. gebrochene Kolbenringe
  • Verschleiß am Einspritzsystem und den Düsen
  • Fehlerhaft eingestellter Zündzeitpunkt, abgebrannte Zündkerzen
  • Verschlissene Ein- oder Auslassventile, falsche Ansaugluft, Luftfilter verschlissen
  • Zündungsunwillige Kraftstoffe, wie Bio-Diesel (FAME, RME)
  • Alternierender Betrieb mit Pflanzenöl

Mehr Leistung – ohne Preisaufschlag

Bisher wurde im OELCHECK-Labor der Kraftstoffanteil im Öl hauptsächlich mit dem Fuelsniffer ermittelt. Aber bei den unterschiedlichsten Kraftstoffsorten und den modernen vollsynthetischen Ölen konnte der Schnüffler nur noch dann die Beimengung genau ermitteln, wenn er sowohl mit dem Frischöl als auch mit dem verwendeten Kraftstoff geeicht wurde. Dies war oft schwierig. Deshalb wurde der Kraftstoffanteil aus den Veränderungen der Viskosität, Additive, Dichte, IR-Spektrum, Flammpunkt etc. zurückgerechnet und abgeschätzt.

Jetzt wird der Sniffer vom neuen Gaschromatographen, kurz GC, abgelöst. Der GC ist dem Fuelsniffer überlegen, denn er unterscheidet zwischen Benzin, Diesel und Biodiesel. Darüber hinaus kann er auch noch Kraftstoffvermischungen entdecken.

Bei OELCHECK werden alle Motorenölproben mit dem GC auf ihren Kraftstoffgehalt getestet. Obwohl das Verfahren wesentlich aufwendiger ist, erfolgt die Untersuchung ohne Kostenaufschlag für die Kunden.

Der Gaschromatograph – Funktionsweise

Blick in den GC-Ofen. 15 m „Säule“ sind um den Heizventilator gewickelt.
Blick in den GC-Ofen. 15 m „Säule“ sind um den Heizventilator gewickelt.

Chromatographische Verfahren dienen der Trennung komplexer Stoffgemische in ihre Komponenten. Bei der Gaschromatographie wird dabei das zu untersuchende Gemisch über einen Injektor auf eine dünne Kapillarsäule injiziert. Diese Säule ist aus einem glasähnlichen Material und im Inneren mit einem chemisch modifizierten Polysiloxan beschichtet. Die Kapillarsäule hat eine Länge von 15 m und einen Innendurchmesser von 0.25 mm. Die Polysiloxanschicht ist nur ganze 0.25 μm dick.

Die Säule ist in einem thermisch regelbaren Ofen montiert. Sie wird permanent von Wasserstoff als Trägergas durchströmt. Gelangt das gebrauchte Motorenöl in die Säule, wird es verdampft und die einzelnen Komponenten gasförmig vom Trägergas durch die Säule gespült.

In Abhängigkeit von ihrer Struktur und der im Ofenraum herrschenden Temperatur verdampfen die einzelnen Komponenten unterschiedlich schnell und verweilen anschließend unterschiedlich lang an der Oberfläche der Säule. Dadurch werden sie ihrer Siedetemperatur entsprechend aufgetrennt. Beim Verlassen der Säule registriert ein Detektor die einzelnen Komponenten. Er zeichnet sie in einem Chromatogramm auf. Je später eine Komponente am Säulenausgang entdeckt wird, desto höher ist ihr Siedepunkt. Die Fläche unter einem Peak des Chromatogramms ist proportional zum Anteil der Komponente in der Mischung.

Das GC-Verfahren arbeitet üblicherweise relativ langsam. Die Erstellung eines Chromatogramms kann bis zu 1 Stunde dauern. Das ist natürlich für einen hohen Probendurchsatz viel zu langsam. In Zusammenarbeit mit PerkinElmer, dem Hersteller des GCs, wurde deshalb eine Methode speziell im Hinblick auf die Detektion von Kraftstoffen in gebrauchten Motorenölen entwickelt, die es ermöglicht, mehr als 200 Proben pro Arbeitstag zu analysieren.

Bei dem OELCHECK-Verfahren werden aus einer 3 ml großen Probe mit Hilfe der Gaschromatographie nur die relativ leicht flüchtigen Komponenten, die durch Kraftstoffeintrag in das Öl gelangen, aufgetrennt und registriert. Danach wird die Fließrichtung des Trägergases umgekehrt, und die schwerer flüchtigen Bestandteile des Öls werden wieder aus der Säule entfernt.

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Typisches GC für Benzin, Diesel, Biodiesel Die Abbildung zeigt drei typische Chromautogramme:

Der erste Graph (grün) lässt deutlich einen hohen Anteil sehr leicht flüchtiger Komponenten erkennen. Das Bild ist typisch für Ottokraftstoff. Die deutlich spätere Detektion der Komponenten im zweiten Graph (blau) zeigt deren höhere Siedepunkte an. Das Bild ist typisch für Dieselkraftstoff. Biodiesel (FAME, RME) enthält schließlich Komponenten mit noch höheren Siedepunkten und wird als letzter Kraftstoffanteil (rot) nachgewiesen.

Die Ergebnisse – eindeutig und genau

In jedem Laborbericht eines Motorenöls gibt OELCHECK den Kraftstoffgehalt des Öls an. Liegt die Konzentration über dem Limit erfolgt ein Warnhinweis im Kommentar. Wie eindeutig die Resultate des Gaschromatographen sind, demonstrieren folgende Praxisfälle.

Beispiel 1: Benzin im Motoröl

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Das alarmierende Ergebnis einer Standarduntersuchung. Getestet wurde das Motorenöl aus einem DaimlerChrysler-PKW-Motor. Das Chromatogramm schlägt bei „Gas“ (Gasoline = Benzin) aus. Die große Fläche unter dem Peak beweist: Nahezu 10% Ottokraftstoff sind im Öl enthalten. Das Öl muss sofort gewechselt und die Ursache gesucht werden.

Beispiel 2: Betrieb mit Biodiesel und Diesel

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Schummeln unmöglich. Der Geschäftsführer einer Spedition wollte wissen, ob sein Fahrer den Scania-LKW auch wirklich nur mit konventionellem Diesel gemäß EN 590 betankt hatte. Das GC-Ergebnis zeigt eindeutig: Das Fahrzeug wurde, neben dem konventionellen Dieselkraftstoff, auch mit Biodiesel betankt. Dies hat sich nicht negativ ausgewirkt, die Gesamtkraftstoffkonzentration lag dabei unter den Limitwerten.

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Quelle


ÖlChecker Winter 2005, Seite 4