Ingenieurs bij autofabrikanten staan voor enorme uitdagingen bij de ontwikkeling van nieuwe automotoren. De motoren moeten zuinig en schoon zijn en tegelijkertijd een hoog vermogen leveren. Dit kan, geen enkel probleem, alleen gaat het wel ten koste van de duurzaamheid.

Omdat milieuvoorschriften steeds strenger worden, worden de ingenieurs geforceerd om diverse hulpmiddelen toe te passen op wat vroeger eenvoudige verbrandingsmotoren waren. Initieel leek het erop dat dit goed ging, maar na verloop van tijd gingen de hulpmiddelen problemen veroorzaken.

Opkomst van de katalysator

Het eerste hulpmiddel was de katalysator die samen met de lambda-sensor voor een nauwkeurig brandstofmengsel moest zorgen. Deze techniek is vrij eenvoudig; automotive elektronica was op dat moment geavanceerd genoeg om betrouwbare elektronische brandstofinjectie te regelen. Sommige van deze systemen zouden vandaag de dag nog steeds kunnen opereren, als er niets iets onverwachts gebeurt zou zijn dat motoren kapot maakt: sludge (drab) vorming.

Toen katalysatoren op benzinemotoren verschenen, kwamen ook de eerste smeermiddelen met de aanduiding ‘SG’ op de markt. Deze motorolie is speciaal ontworpen voor voertuigen met een katalysator en zorg dat onderdelen in de motor minder snel slijten en dat er zo weinig mogelijk verbrandingsresten in de motor achterblijven. Waar ingenieurs, chemici en oliespecialisten echter geen rekening mee gehouden hadden, was de opkomst van Lean Burn motoren waar minder brandstofmengsel de verbrandingsruimte in gaat dan mogelijk is. Door een motor met een luchtoverschot (ofwel een arm brandstofmengsel) te laten werken, daalt het specifieke brandstofverbruik. Door de langzamere verbranding wordt de temperatuur tijdens de verbranding hoger en dalen de concentraties CO (koolomonoxide) en onverbrande koolwaterstoffen. Wel ontstaan door de hogere temperatuur stikstofoxiden (NOX) die in de katalysator weer gereduceerd worden.

Motorolie smeert de motor niet meer

Doordat de verbranding in Lean Burn motoren langzamer verloopt en de temperatuur in de verbrandingsruimte hoger is, worden bepaalde onderdelen in de motor heter. De (te) hete onderdelen verhitten de motorolie totdat het verbrand waardoor het roet veroorzaakt. Het roet komt vervolgens in de motorolie terecht. Dit niet meteen slecht of fataal omdat er beschermingsmiddelen (additieven) in de olie zitten die verontreiniging voorkomen zo lang de olie zijn werk doet.

De toevoegingen verliezen echter na verloop van tijd hun werking. Als motoren echter in minder ideale omstandigheden opereren of als de onderhoudsintervallen niet of slecht gerespecteerd worden, doen de additieven niet meer wat ze moeten doen. Ze verliezen hun chemische en fysieke capaciteiten waardoor roet en vuil zich overal in de motor gaan ophopen. Allereerst op plekken waar veel olie is zoals in de carterpan of waar juist minder olie komt of oliedruk is zoals bij de klepbediening en kleppen in de cilinderkop. Als er zodanig veel vervuiling is waardoor de smeeroliestroom stagneert of zelfs geblokkeerd wordt, resulteert dit in versnelde slijtage van bewegende onderdelen in de motor.

Milieuregelgeving wordt steeds strenger

Engineers hebben om deze redenen smeermiddelen met betere en hogere doses toevoegingen ontwikkelt en het smeersysteem van automotoren gemodificeerd. Automobilisten die op tijd in de gaten hebben dat er problemen ontstaan, lieten hun olie eerder en vaker dan door de fabrikant aanbevolen verversen en/of gebruikten aftermarket toevoegingen. De toevoegingen waren effectief als ze op tijd toegepast werden en konden zelfs kostbare motorschade voorkomen als er eigenlijk al te veel smurrie en rommel in de motor zat. In veel gevallen is een motor inwendig echter te smerig geworden en moeten er onderdelen gedemonteerd en schoongemaakt worden.
Jaren verstrijken en milieuregelgeving wordt steeds strenger. Autofabrikanten moeten motoren ontwikkelen met een laag brandstofverbruik en weinig schadelijke uitlaatgassen uitstoten, maar wel –in lijn met de vraag uit de markt- veel vermogen moeten leveren.

In de 70-er jaren was een 1.2-liter motor ‘hightech’ als hij 60 pk leverde, tegenwoordig kun je dezelfde motor al niet meer met minder dan 80 pk vinden. Met turbo leveren deze motoren zelfs al vaak eenvoudig meer dan 100 pk.
De enige manier om deze prestaties te bereiken en toch aan de strikte milieuwetgeving te kunnen voldoen, is door toepassing van systemen zoals uitlaatgasrecirculatie (EGR) en de complete interne structuur van de verbrandingsmotor te moderniseren en te verbeteren. Zo was de klepopening van de nokkenas van 1.200 cc motor uit de 70-er jaren ongeveer 270 graden. Maar in deze moderne tijd van variabele kleptiming is 300 graden ook mogelijk. In de jaren ‘80 hadden alleen raceauto’s dit soort nokkenassen.

Vuil hoopt zich op en verergert situatie

Brandstofinjectie is ook geperfectioneerd. Nu hebben we directe inspuiting, rechtstreeks in de verbrandingsruimte van de motor. Computergestuurde inspuiting en ontsteking zorgen dat de compressie van benzinemotoren verhoogd kan worden tot 14:1 zonder dat de brandstof vanzelf ontsteekt en de motor gaat pingelen. Vier kleppen per cilinder zijn, zelfs in de kleinste motoren, standaard geworden met als resultaat kleppen met dunne klepstelen en kleinere klepzittingen en afdichtvlakken. Moderne mengselvormingssystemen zorgen dat brandstof zo nauwkeurig en specifiek wordt ingespoten, dat zelfs zeer arme mengsels voor een goede verbranding kunnen zorgen en vermogen kunnen leveren. Dit verlaagt het brandstofverbruik en verbetert de uitlaatgasemissies. Andere parameters worden juist slechter, maar worden gecorrigeerd door toepassing van EGR en andere oplossingen.

Door agressieve nokkenasprofielen en significante klep-overlaptijden, zijn de inlaatkleppen nog open als de compressieslag begint. Tijdens brandstofarme compressie, verspreid de verbranding in de cilinder zich langzamer waardoor onderdelen in de buurt van de vlam veel heter worden. Het roet dat in de gerecirculeerde uitlaatgassen zit, zet zich af op de hete kleppen. De klep raakt de klepzitting maar heel even, waardoor hij niet genoeg warmte af kan geven aan de cilinderkop om te koelen. Als gevolg hiervan wordt de klep steeds heter, blijft het roet zich ophopen en ontstaan er hotspots of brandplekjes op de onderdelen. Vervolgens laat verdampende geïnjecteerde brandstof afzetting achter op de klepzittingen. Dit accelereert de ophoping van roet en vuil en verergert de situatie, des te meer omdat de afzetting als isolatielaag gaat functioneren.

Geen probleem tijdens garantieperiode

De plaatselijke hotspots verdwijnen niet en omdat smeermiddelen tegenwoordig vol-synthetisch zijn en veel toegevoegde additieven hebben, zijn de oliewissel intervallen verdubbelt. Hierdoor blijft de sludge in de motor en hoopt het zich samen met het onverbrande roet op in de compressieruimte, op de kleppen en het spruitstuk. Hierdoor zal de temperatuur op bepaalde plaatsen de motor continue op blijven lopen en oliekanalen vernauwen. Dit resulteert in een significante toename van motorproblemen in moderne voertuigen. De problemen kunnen zich al in de garantieperiode aankondigen, maar veel waarschijnlijker is het dat ze pas daarna en vanaf ongeveer 100 duizend kilometer de kop op gaan steken.

Nu komen er onmiddellijk twee vragen naar boven drijven. De eerste is waarom we al die engineers nodig hebben als ze deze problemen toch niet op kunnen lossen. En de ander is wat autobezitters en garages kunnen doen om de problemen te voorkomen. MotorVac heeft hierop passende antwoorden.

Bron: Totalcarmagazine