DE10107616C1 - Verfahren zur Kraftstoffkonditionierung - Google Patents
Verfahren zur KraftstoffkonditionierungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffkonditionierung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen. Gemäß der Erfindung werden an Bord eines Kraftfahrzeugs bei einer Temperatur von 20 DEG C bis 150 DEG C und bei Atmosphärendruck nitrose Gase, welche im wesentlichen Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid oder Distickstoffoxid oder gasförmige Gemische daraus umfassen, durch den flüssigen Kraftstoff des Kraftfahrzeugs geleitet, wobei aufgrund der Durchleitung der nitrosen Gase durch den flüssigen Kraftstoff Nitroverbindungen in dem Kraftstoff erzeugt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffkonditionierung für Verbrennungmo
toren von Kraftfahrzeugen.
Die Verbesserung der Kraftstoffeigenschaften hat positive Auswirkungen auf das
Kaltstartverhalten, die Abgasemission sowie die Verbrennungsgeräusche des Ver
brennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. So bewirkt z. B. ein Dieselkraftstoff mit ei
ner hohen Cetanzahl eine Erniedrigung der Kohlenwasserstoff- und Kohlendioxide
mission sowie eine Verminderung des schädigenden Nagelns des Motors.
Die Cetanzahl des Dieselkraftstoffes kann z. B. durch Zündverbesserer angehoben
werden. Als Zündverbesserer haben sich Additive, insbesondere Alkylnitrate, z. B.
Isopropyl-, Amyl-, Cyclohexyl- oder Ocylnitrat sowie organische Nitrite, Nitroverbin
dungen oder Peroxide, bewährt.
Aus der WO 79/00487 A1 und JP 60 169 660 AA bekannt sind Verfahren zur Verbesse
rung der Kraftstoffqualität durch Einleiten von Sauerstoff in Kraftstoffbehälter.
US 4,469,904 beschreibt einen Prozess für die selektive Bildung von Nitroverbindun
gen. Dabei werden organische Carboxylsäuren, umfassend 2 bis 10 Kohlenwas
serstoffatome, bei Temperaturen oberhalb 200°C und Drücken zwischen 1 und 10 bar
in einer homogenen Gasphase mit Stickstoffdioxid (NO2) oder Salpetersäure
(HNO3) in jeweils reiner Form oder in Gegenwart von Sauerstoff und/oder Wasser in
Kontakt gebracht. Ein ähnlicher Prozess für die selektive Nitrierung von Aldehyden
und Ketonen ist in US 4,524,226 und US 4,517,393 offenbart. Ein Nachteil bei den
offenbarten Prozessen ist, dass aufgrund der erhöhten Temperatur und des erhöhten
Druckes viel Energie benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung der Kraft
stoffeigenschaften anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß werden an Bord eines Kraftfahrzeuges bei einer Temperatur von
20°C bis 150°C und bei Atmosphärendruck nitrose Gase, welche im wesentlichen
Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid oder Distickstoffoxid oder gasförmige Gemische
daraus umfassen, durch den flüssigen Kraftstoff des Kraftfahrzeuges geleitet, wobei
aufgrund der Durchleitung der nitrosen Gase durch den flüssigen Kraftstoff Nitrover
bindungen in dem Kraftstoff erzeugt werden.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass das Verfahren bei niedrigen Temperaturen und bei
Atmosphärendruck erfolgen kann, so dass kein zusätzlicher Energieaufwand benötigt
wird. Außerdem wird kein Katalysator zur Bildung der Nitroverbindungen benötigt.
Daraus ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich des Platz- und Energiebedarfs.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch die im Kraft
stoff gebildeten und im Kraftstoff gebundenen Nitroverbindungen die Zündung des in
den Verbrennungsraum des Kraftfahrzeugs eingebrachten Kraftstoff-Luftgemisches
beschleunigt wird. So wird z. B. beim Dieselkraftstoff durch das erfindungsgemäße
Verfahren die Cetanzahl erhöht. Dies führt zu einer verbesserten Verbrennung des
Kraftstoffes, wobei die Stickoxide ebenfalls verbrannt werden. Dadurch wird die
Stickoxidemission des Kraftfahrzeugs vermindert. Außerdem führt eine verbesserte
Verbrennung des Kraftstoffes zu einer Absenkung des Anteils unverbrannter Kraft
stoffkomponenten, z. B. Kohlenwasserstoffkomponenten im Abgas.
Vorteilhaft kann der mittels der nitrosen Gase behandelte Kraftstoff für die Kaltstart
phase des Verbrennungsmotors genutzt werden. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile
hinsichtlich einer verminderten Schadstoffemission während der Startphase des
Motors sowie dessen Lebensdauer. Des weiteren kann mittels des behandelten
Kraftstoffes die Anspringtemperatur von dem Verbrennungsmotor nachgeschalteten
Abgasnachbehandlungskatalysatoren verringert werden.
Als Kraftstoff können vorteilhaft Otto- oder Dieselkraftstoff, Kerosin oder Alkohole ver
wendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein Speicherkatalysator vorhan
den, durch den das Abgas geleitet und an dem die Stickoxide aus dem Abgas des
Verbrennungsmotors adsorbiert und somit aufkonzentriert werden. Vor der Einleitung
der aufkonzentrierten Stickoxide in den Kraftstoff zur Bildung von Nitroverbindungen
im Kraftstoff werden diese vom Speicherkatalysator desorbiert. Dies kann durch be
kannte Maßnahmen, wie z. B. kurzzeitiges Aufheizen des Speicherkatalysators oder
durch ein kurzzeitiges, fettes Kraftstoff-Luftgemisch zur Erhöhung der Verbrennungs
temperatur erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die nitrosen Gase nicht in rei
ner Form, sondern in einer sauerstoff- oder stickstoffreichen Atmosphäre durch den
Kraftstoff zu leiten. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann auch ein
Teilstrom des Abgases abgezweigt und in den Kraftstoff eingeleitet werden.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann zur Temperierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens die Wärme der Kühl- und Heizungssysteme des
Kraftfahrzeugs genutzt werden. Dabei ist es auch möglich, die Wärme des Motoröls
zu nutzen. Daraus ergeben sich weitere bauliche, insbesondere platz- und gewicht
sparende Vorteile.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme von Zeichnungen und anhand von Beispielen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Aufbau einer Vorrichtung an Bord eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Begasungseinheit,
Fig. 3 einen Teilausschnitt eines beispielhaften IR-Spektrums von synthetischem
Dieselkraftstoff gegenüber synthetischem Dieselkraftstoff, der mit einem
NO2(1%)/O2 Gemisch behandelt wurde.
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung an Bord eines Kraftfahrzeugs zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) ist ein
Kraftstofftank 1 zur Bevorratung des Originalkraftstoffs vorhanden, der mittels einer
Leitung 2 den Verbrennungsmotor 3 und mittels einer Leitung 4 die Begasungsein
heit 5 mit Kraftstoff versorgt. Der in der Begasungseinheit behandelte Kraftstoff, auch
als Startkraftstoff bezeichnet, wird durch die Leitung 6 dem Verbrennungsmotor 3 zu
geführt. Zur Einspeisung des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor 3 ist ein BiFuel-
Injektor 7 vorhanden. Mittels des BiFuel-Injektors 7 ist es möglich, den Startkraftstoff
dem Originalkraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 zuzudosieren und in den Verbren
nungsmotor 3 einzuspeisen. Das Verbrennungsgas des Motors 3 wird einem Stick
oxidspeicherkatalysator 8 zugeführt, in dem die Stickoxide adsorbiert werden. Nach
dem Stickoxidspeicherkatalysator 8 wird das Verbrennungsgas als Abgas durch den
Abgasstrang 9 des Kraftfahrzeugs abgeführt.
Die im Speicherkatalysator 8 adsorbierten Stickoxide können z. B. mittels thermischer
Aufheizung des Speicherkatalysators 8 desorbiert werden. Über eine Leitung 10 wer
den die desorbierten Stickoxide der Begasungseinheit 5 zugeführt. Hierbei ist es
selbstverständlich auch möglich, dass die desorbierten Stickoxide nicht nur in kon
zentrierter Form, sondern auch in einer sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Atmosphä
re in die Begasungseinheit eingeleitet werden.
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Begasungseinheit. Die Bega
sungseinheit 5 ist im wesentlichen ein geschlossenes Gefäß, z. B. aus Stahl oder
Kunststoff, mit Zu- und Abfuhrleitungen für den Kraftstoff 11, 12 sowie mit Zu- und
Abfuhrleitungen für die nitrosen Gase 13, 14. Die nitrosen Gase werden dabei durch
eine rohrförmige Leitung 16 in das Gefäß 5 eingeleitet. In die Leitung 16 ist ein Ventil
17 geschaltet, so dass es möglich ist, eine vorgegebene Menge an nitrosen Gasen
für eine vorgegebene Zeit in das Begasungsgefäß 5 einzuleiten. Zusätzlich kann eine
Steuerungseinheit (nicht dargestellt) vorhanden sein, die nach einer vorgegebenen
Zeit oder nach Durchfluss einer vorgegebenen Menge das Ventil 17 schließt.
Die rohrförmige Leitung 16 ist dabei innerhalb des Gefäßes 5 mittels einer porösen
Gasplatte 15 abgeschlossen. Diese Gasplatte 15 dient dazu, dass beim Durchleiten
der nitrosen Gase durch den Kraftstoff kleine Gasbläschen im Kraftstoff gebildet wer
den. Die daraus resultierende, größere Oberfläche zwischen dem flüssigen Kraftstoff
und dem nitrosen Gas verbessert die Bildung der Nitroverbindungen im Kraftstoff. Die
durch den Kraftstoff geleiteten, nitrosen Gase werden nach Durchleiten durch den
Kraftstoff durch die Abfuhrleitung 14 aus dem Gefäß 5 in das Abgassystem des
Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) geleitet.
Der Kraftstoff wird vom Kraftstofftank (nicht dargestellt) durch die Zuleitung 11 in das
Begasungsgefäß 5 eingeleitet. Der behandelte Kraftstoff wird dann durch die Ab
fuhrleitung 12 aus dem Begasungsgefäß 5 geleitet und als Startkraftstoff dem
Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) zugeführt.
Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt eines beispielhaften IR-Spektrums, wobei die Extink
tion in beliebigen Einheiten über der Wellenzahl in cm-1 dargestellt ist. Darin ist das
IR-Spektrum von synthetischem Dieselkraftstoff A dem IR-Spektrum von syntheti
schem Dieselkraftstoff B, der mit einem NO2(1%)/O2-Gemisch behandelt wurde, ge
genübergestellt. Das Spektrum zeigt einen Wellenzahlenbereich von 1390 cm-1 bis
1650 cm-1. In folgender Tabelle sind die wesentlichen Bestandteile des synthetischen
Dieselkraftstoffs zusammengefasst:
In dem Experiment wurde der synthetische Dieselkraftstoff bei einer Temperatur von
21,5°C während einer Begasungsdauer von 30 Minuten mit einem NO2/O2-Gemisch
mit einer NO2-Konzentation von 1% behandelt. Dabei betrug der Durchfluss des
NO2/O2-Gemischs 96 ml/min. Nach Ablauf der Begasungsdauer wurde der syntheti
sche Dieselkraftstoff 5 Minuten mit N2 gespült. Die spektroskopische Untersuchung
des behandelten, synthetischen Dieselkraftstoffs B zeigt in Fig. 3 bei einer Wellenzahl
von 1551 cm-1 eine zusätzliche Bande gegenüber unbehandeltem, synthetischem
Dieselkraftstoff A. Die zusätzliche Bande ist der Nitroverbindung C-NO2 zuzuordnen.
Dieses Experiment dient lediglich der Veranschaulichung der Durchführbarkeit und
dass aufgrund der Behandlung des synthetischen Dieselkraftstoffs Nitroverbindungen
im Kraftstoff gebildet werden. Eine spektroskopische Untersuchung von Originaldie
selkraftstoff würde aufgrund der Vielzahl der Komponenten zu keinem aussagekräfti
gen Ergebnis führen.
In einem weiteren Experiment wurde Originaldieselkraftstoff unter den oben be
schriebenen Bedingungen mit einem NO2/O2-Gemisch mit einer NO2-Konzentation
von 1% behandelt. Eine anschließende Messung der Cetanzahl ergab für den unbe
handelten Originaldieselkraftstoff eine Cetanzahl von 55,2. Für den behandelten Die
selkraftstoff ergab sich eine Cetanzahl von 59,3. Diese Messung deutet auf eine Bil
dung von Nitroverbindungen im Kraftstoff hin.
Claims (8)
1. Verfahren zur Kraftstoffkonditionierung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahr
zeugen, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord eines Kraftfahrzeugs bei
einer Temperatur von 20°C bis 150°C und bei Atmosphärendruck nitrose Gase,
welche im wesentlichen Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid oder Distickstoffoxid
oder gasförmige Gemische daraus umfassen, durch den flüssigen Kraftstoff des
Kraftfahrzeugs geleitet werden, wobei aufgrund der Durchleitung der nitrosen
Gase durch den flüssigen Kraftstoff Nitroverbindungen in dem Kraftstoff erzeugt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nitrosen Gase
in sauerstoff- oder stickstoffreicher Atmosphäre durch den Kraftstoff geleitet
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeu
gung der nitrosen Gase ein Speicherkatalysator vorhanden ist, an dem die
Stickoxide aus dem Abgas des Verbrennungsmotors zur Aufkonzentrierung ad
sorbiert und vor Einleitung in den Kraftstoff desorbiert werden.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil
strom des Abgases von dem Verbrennungsmotor durch den Kraftstoff geleitet
wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass der mittels der nitrosen Gase behandelte Kraftstoff für die Kaltstart
phase des Verbrennungsmotors genutzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass mittels des behandelte Kraftstoffs die Anspringtemperatur von Abgas
nachbehandlungskatalysatoren verringert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass als Kraftstoff Otto- oder Dieselkraftstoff, Kerosin oder Alkohole ver
wendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass zur Temperierung des Verfahrens die Wärme der Kühl- und Hei
zungssysteme des Kraftfahrzeugs nutzbar ist.
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