Low Speed Pre-Ignition (LSPI)

Lieber Kunde,
wir möchten Sie gerne über die Hintergründe und Auswirkungen eines aktuell heiß diskutierten, technischen Phänomen in der Motorentechnik, die sogenannten Low Speed Pre-Ignition (Vorentflammung), informieren.


Allgemein
Low Speed Pre-Ignition oder abgekürzt LSPI bezeichnet eine ungewollte und unkontrollierte Vorentflammung des Kraftstoff-Luft Gemischs im Motor vor der eigentlichen Motorzündung. Die verfrühten Zündungen treten hauptsächlich bei hochaufgeladenen Benzinmotoren mit Direkteinspritzung und Turbolaufladung auf und können kapitale Schäden im Motor verursachen.
LSPI macht sich durch klopfähnliche Geräusche bemerkbar, die jedoch mit dem bekannten Klingeln des Motors nichts zu tun haben. Das Klopfgeräusch entsteht durch zufällige Explosionen des Kraftstoff-Luft-Gemischs bei niedriger Drehzahl und hoher Last. Der Effekt wird zusätzlich durch einen kalten Motor begünstigt, sodass beispielsweise die morgendliche Fahrt aus der Tiefgarage eine steile Rampe hinauf das Worst-Case-Szenario darstellen würde.

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Technischer Hintergrund
Doch was genau passiert bei den frühzeitigen Entzündungen?

  • Zur Einhaltung der immer strengeren Abgasemissionsgrenzwerte der EU wird seitens der Automobilhersteller unter anderem ein immer geringerer Kraftstoffverbrauch angestrebt.
  • Dies lässt sich vor allem durch die Verkleinerung der Motoren (Downsizing)1 realisieren, da die ausgestoßen Menge an CO2 in direkter Korrelation mit der Menge an verbranntem Kraftstoff steht. Um die Leistung der Motoren dennoch beizubehalten kommen Turbolader und Direkteinspritzung zum Einsatz.
  • Zusätzlich werden immer mehr niedrigviskose Motoröle (bspw. der SAE Klasse 0W-12, 0W-16 oder 0W-20) eingesetzt, um den Kraftstoffverbrauch zusätzlich zu senken.
  • Partikel, Ablagerungen und Öltröpfchen, die in die Brennräume gelangen oder sich dort befinden, können sogenannte Hotspots bilden.
  • Diese Hotspots, die als Zündquelle vor der geplanten Zündung wirken, führen im weiteren Verlauf des Verdichtungsprozesses schlussendlich zu LSPI in den Brennkammern.
  • Die Ursache für LSPI liegt im Wesentlichen an dem Betriebszustand, der Konstruktion des Motors, dessen Verbrennungsstrategie sowie der Qualität des eingesetzten Kraftstoffs.
  • Darüber hinaus wurde Motorenöl als eine weitere mögliche Ursache entdeckt, weshalb moderne Motorenöle auf Vorentflammung geprüft werden.

 

Auftretende Schäden
Die Schäden, welche durch LSPI verursacht werden, sind häufig weitreichend und meistens direkt zu erkennen. Ihre Behebung ist sehr kostenintensiv, da häufig Motor-Totalschäden in Form von Kolbenschäden wie Löcher im Kolbenkopf, abgebrannten Feuerstegen, gebrochenen Kolbenringen sowie zerstörte Pleuel und defekten Pleuellagerschalen auftreten.

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Reaktion der Hersteller und Automobilverbände
Einige Automobilhersteller haben frühzeitig erkannt, dass Motorenöl ebenfalls negativ auf LSPI wirken kann. Ausführliche Untersuchungen und Forschungen haben gezeigt, dass bestimmte Inhaltsstoffe des Motoröls, wie beispielsweise Calcium, den LSPI-Prozess begünstigen.
Automobilverbände und Fahrzeughersteller wie GM, Ford, Mercedes Benz oder PSA haben entsprechend reagiert und Abhilfemaßnahmen bereitgestellt. Diese resultierten unter anderem in der Einführung neuer bzw. Aktualisierung von Motorölspezifikationen.

GM reagierte hierauf z.B., indem ein zusätzlicher Motorentest, welcher das Verhalten des Motors unter niedriger Drehzahl und hohen Lasten simuliert, eingeführt wurde. Der sogenannte „Pre-Ignition Test“ misst die Anzahl von verfrühten Zündungen des Motors. Um die unterschiedlichen Anforderungen der Motoren besser zu differenzieren, wurde 2015 die neue Ölspezifikation „dexos1TM Gen 2“ eingeführt. Diese ist die speziell auf hochaufgeladene Benzinmotoren mit Direkteinspritzung ausgerichtet. Für Dieselmotoren und Benzinmotoren älter als 2010 gilt weiterhin die Spezifikation dexos2TM.

Doch nicht nur General Motors sondern auch weitere Hersteller und Automobilverbände, wie das American Petroleum Institute (API), zogen nach und veröffentlichten speziell auf LSPI ausgerichtete Spezifikationen. Im Falle des API wurde die neue Spezifikation API SN PLUS eingeführt. Diese enthält, im Vergleich zur vorangegangenen API SN, einen zusätzlichen Motorentest, welcher die Auftretenshäufigkeit und -wahrscheinlichkeit von LSPI bestimmen soll. Die API SN PLUS Spezifikation ist zu allen bisherigen API S… Spezifikationen rückwärtskompatibel. 2020 wird aller Wahrscheinlichkeit eine neue API Spezifikation API SP eingeführt. Diese wird den LSPI Test weiterhin beinhalten und ebenfalls rückwärtskompatibel sein.

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Neben der neuen GM- / API-Spezifikation gibt es weitere Herstellervorschriften für Motorenöl, die einen LSPI Test beinhalten:

Verband / Hersteller Spezifikation       
API                                                  SN PLUS / SP (ab 05/2020)
ILSAC GF-6A & GF-6B (ab 05/2020)
GM dexos1TM Gen 2
OPEL OV 040 1547 / dexos1TM Gen 2
MERCEDES BENZ MB 229.5 / MB 229.51 / MB 229.52 / MB 229.6 / MB 229.71 (ab 11/2018)
PSA B71 2290 / B71 2312 / B71 2010

 

Neben speziellen Ölen können auch Kraftstoffadditive, wie beispielsweise Brennraumreiniger, zur Vermeidung von LSPI eingesetzt werden. Diese haben ebenso einen positiven Einfluss auf die Unterdrückung frühzeitiger Motorzündungen.

FUCHS hat sehr früh auf die Anforderungsänderung der LSPI betroffenen Motoren reagiert und bereits kurz nach der Veröffentlichung der neuen dexos1TM Gen 2 Freigabe mit TITAN Supersyn D1 SAE 0W-20 bzw. 5W-30 darauf ausgerichtete Produkte eingeführt. Die erlangte Vorreiterposition konnte genutzt werden, um die gewonnen Kenntnisse auch auf andere Produkte und Spezifikationen anzuwenden, sodass ein ausgeprägtes Portfolio mit LSPI vermindernden Motorölen aufgebaut wurde.

Folgende Motoröle erfüllen LSPI-relevante Spezifikationen:

Produkte Spezifikation       
TITAN GT1 FLEX 5 SAE 0W-20  API SN PLUS RC, MB-FREIGABE 229.71, OV 040 1547     

TITAN GT1 PRO 2312 SAE 0W-30   

PSA B71 2312
TITAN GT1 PRO 2290 SAE 5W-30 PSA B71 2290
TITAN Supersyn D1 SAE 0W-20             API SN PLUS RC, ILSAC GF-5, dexos1TM Gen 2
TITAN Supersyn D1 SAE 5W-30 API SN PLUS RC, ILSAC GF-5, dexos1TM Gen 2

Neben den genannten Produkten sind vereinzelt noch weitere Produkte im FUCHS-Portfolio enthalten, die eine vermindernde LSPI-Wirkung aufzeigen.