Zusammensetzung von Benzin und Diesel 
Sowohl Benzin als auch Dieselkraftstoff bestehen aus Hunderten verschiedener Kohlenwasserstoffmoleküle. Darüber hinaus sind mehrere Bio-Origin-Komponenten, wie Ethanol in der Benzinmischung, üblich.
Benzin enthält hauptsächlich Alkane (Paraffine), Alkene (Olefine) und Aromaten. Dieselkraftstoff besteht hauptsächlich aus Paraffinen, Aromaten und Naphthenen., Die Kohlenwasserstoffe von Benzin enthalten typischerweise 4-12 Kohlenstoffatome mit einem Siedebereich zwischen 30 und 210 °C, während Dieselkraftstoff Kohlenwasserstoffe mit ungefähr 12-20 Kohlenstoffatomen enthält und der Siedebereich zwischen 170 und 360 °C. Benzin und Dieselkraftstoff enthalten ungefähr 86 Gew. -% Kohlenstoff und 14 Gew. -% Wasserstoff, aber das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff ändert sich je nach Zusammensetzung etwas.
Paraffinische Kohlenwasserstoffe, insbesondere normale Paraffine, verbessern die Zündqualität von Dieselkraftstoff, aber die Niedertemperatureigenschaften dieser Paraffine sind tendenziell schlecht., Aromaten in Benzin haben hohe Oktanzahl. Aromaten und Olefine können jedoch die Sauberkeit des Motors verschlechtern und auch die Motorablagerungen erhöhen, was ein wichtiger Faktor für neue anspruchsvolle Motoren und Nachbehandlungsgeräte ist. Aromaten können zu krebserregenden Verbindungen in Abgasen wie Benzol und polyaromatischen Verbindungen führen. Olefine in Benzin können zu einer Erhöhung der Konzentration reaktiver Olefine in Abgasen führen, von denen einige krebserregend und toxisch sind oder das Ozonbildungspotential erhöhen können., Additive können erforderlich sein, um ausreichende Eigenschaften von Benzin und Dieselkraftstoff zu gewährleisten.
Herkömmlicher Benzin – und Dieselkraftstoff wird im „AMF Fuel Information System“nicht ausführlich behandelt. Stattdessen wird der Fokus auf alternative Misch-oder Ersatzoptionen von Benzin und Diesel gelegt. Die Motortechnologie sowie die Gesetzgebung und Normen für Benzin und Diesel werden jedoch kurz diskutiert.
Benzin-Gesetzgebung und Normen
Der Motor und die Nachbehandlungstechnologie stellen Anforderungen an die Kraftstoffqualität., Grundlegende Kraftstoffanalysen wurden entwickelt, um die allgemeine Leistung und Funktionsfähigkeit von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren zu überprüfen. Kraftstoffeigenschaften, die in Umweltkontexten wichtig sind, wie die Kompatibilität von Kraftstoff mit Emissionsminderungseinrichtungen, wurden anschließend definiert. Die Funktionalität und allgemeine Leistung von Benzin kann beispielsweise in Bezug auf Oktanzahl, Flüchtigkeit, Olefingehalt und Additive definiert werden. Die Umweltleistung kann beispielsweise in Bezug auf Aromaten, Olefine, Benzolgehalt, Oxygenate, Flüchtigkeit und Schwefel definiert werden (Blei ist in den meisten Ländern nicht erlaubt)., Die Kraftstoffeigenschaften werden durch Gesetze und Kraftstoffstandards kontrolliert. Es gibt auch eine Reihe anderer regionaler und nationaler Normen für Kraftstoffe.
In Europa definiert die Kraftstoffqualitätsrichtlinie 2009/30 / EG die Anforderungen an die Grundbrennstoffeigenschaften von Benzin. Die europäische Norm EN 228 enthält umfangreichere Anforderungen als die Kraftstoffqualitätsrichtlinie, um die ordnungsgemäße Funktionalität von Benzin auf dem Markt zu gewährleisten. CEN (Europäisches Komitee für Normung) entwickelt Standards in Europa.
In den USA ist ASTM D 4814 eine Spezifikation für Benzin., Der ASTM-Standard umfasst eine Reihe von Klassen, Verzichtserklärungen und Ausnahmen unter Berücksichtigung des Klimas, der Region und beispielsweise des Ethanolgehalts von Benzin. Im Jahr 2011 US EPA akzeptiert Verzicht auf die Verwendung von 15 vol – % Ethanol-Mischung für 2001 und neuere Autos. In den USA gelten Benzin-Oxygenat-Mischungen als“ im Wesentlichen ähnlich“, wenn sie Kohlenwasserstoffe, aliphatische Ether, andere aliphatische Alkohole als Methanol, bis zu 0,3 Vol-% Methanol, bis zu 2,75 Vol-% Methanol mit einem gleichen Volumen an Butanol oder Alkohol mit höherem Molekulargewicht enthalten. Der Kraftstoff darf nicht mehr als 2 enthalten.,0 gew. -% Sauerstoff mit Ausnahme der Brennstoffe, die aliphatische Ether und/oder Alkohole (ohne Methanol) enthalten, die nicht mehr als 2,7 Gew. -% Sauerstoff enthalten dürfen. In den USA ist für FFV-Fahrzeuge sogenannter P-Reihen-Kraftstoff aus Butan, Pentanen, Ethanol und dem aus Biomasse gewonnenen Co-Lösungsmittel Methyltetrohydrofuran (MTHF) zugelassen.
Automobil-und Motorenhersteller haben in der „World Wide Fuel Charter“ (WWFC) Empfehlungen für Kraftstoffe definiert., Kategorie 4 ist die strengste WWFC-Kategorie für „Märkte mit weiter fortgeschrittenen Anforderungen an die Emissionskontrolle, um anspruchsvolle NOx – und Partikelnachbehandlungstechnologien zu ermöglichen“.
Ausgewählte Anforderungen und Kraftstoffeigenschaften sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 dargestellt.
Tabelle 1. Ausgewählte Anforderungen für Benzineigenschaften in Europa und in den USA zusammen mit den Empfehlungen des Automobilherstellers (WWFC). Vollständige Anforderungen und Standards sind bei den jeweiligen Organisationen erhältlich.
Tabelle 2., Beispiele für einige nicht begrenzte Benzineigenschaften.
Diesel – Gesetzgebung und Normen
Motor-und Nachbehandlungstechnologie stellen Anforderungen an die Kraftstoffqualität. Grundlegende Kraftstoffanalysen wurden entwickelt, um die allgemeine Leistung und Funktionsfähigkeit von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren zu überprüfen. Kraftstoffeigenschaften, die in Umweltkontexten wichtig sind, wie die Kompatibilität von Kraftstoff mit Emissionsminderungseinrichtungen, wurden anschließend definiert., Die Funktionalität und allgemeine Leistung von Dieselkraftstoff kann beispielsweise in Bezug auf Zündqualität, Destillation, Viskosität und Additive definiert werden. Die Umweltleistung kann in Bezug auf Aromaten und Schwefelgehalt definiert werden.
Die Kraftstoffeigenschaften werden durch Gesetze und Kraftstoffnormen kontrolliert. In Europa definiert die Kraftstoffqualitätsrichtlinie 2009/30/EG die Anforderungen an die Grundbrennstoffeigenschaften von Dieselkraftstoff. Die europäische Norm EN 590 enthält umfangreichere Anforderungen als die Kraftstoffqualitätsrichtlinie, um die ordnungsgemäße Funktionalität von Dieselkraftstoff auf dem Markt zu gewährleisten., In Europa entwickelt CEN (Europäisches Komitee für Normung) Standards.
In den USA ist ASTM D 975 eine Spezifikation für Dieselkraftstoff. ASTM-Standard umfasst mehrere Klassen. Es gibt auch eine Reihe anderer regionaler und nationaler Normen für Kraftstoffe.
Automobil-und Motorenhersteller haben in der „World Wide Fuel Charter“ (WWFC) Empfehlungen für Kraftstoffe definiert. Kategorie 4 ist die strengste WWFC-Kategorie für „Märkte mit weiter fortgeschrittenen Anforderungen an die Emissionskontrolle, um anspruchsvolle NOx – und Partikelnachbehandlungstechnologien zu ermöglichen“.,
Ausgewählte Anforderungen und Kraftstoffeigenschaften sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Tabelle 3. Ausgewählte Anforderungen für Dieselkraftstoffeigenschaften in Europa und in den USA, zusammen mit Empfehlungen des Automobilherstellers (WWFC). Vollständige Anforderungen und Standards sind bei den jeweiligen Organisationen erhältlich.
Tabelle 4. Beispiele für einige nicht begrenzte Dieselkraftstoffeigenschaften. a, b
Motor technologie
BENZIN – Funken-zündung, benzin angetrieben motoren sind die führenden power quelle von pkw., Funkenzündungsmotoren sind im Vergleich zu Selbstzündungsdieselmotoren einfach und billig. Darüber hinaus ermöglicht das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Verwendung eines Dreiwegekatalysators (TWC), der die Emissionen von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) gleichzeitig und effizient reduzieren kann. Ein Nachteil von Funkenzündungsmotoren ist ihr geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu Selbstzündungsmotoren. Daher ist der Kraftstoffverbrauch von Funkenzündungsmotoren sowohl energetisch als auch volumetrisch höher als der von Dieselmotoren.,
Benziner mit Vergasermotoren waren bis Ende der 1980er Jahre erhältlich.Heute sind Funkenzündungsmotoren Port-Injection-Motoren, meist mit Mehrpunkt-Kraftstoffeinspritzung (MPFI, Kraftstoffeinspritzung in den Ansauganschluss) ausgestattet. In den 1990er Jahren erschienen Direkteinspritzmotoren mit Zündkerze mit höherem Wirkungsgrad und geringerem Kraftstoffverbrauch auf dem Markt. Modelle mit magerer Verbrennung mit überschüssiger Luft wurden ebenfalls in den 1990er Jahren eingeführt, verschwanden jedoch bald vom Markt., Funkenzündungsmotoren, ob In-Direkt-oder Direkteinspritzung, basieren nun auf einem stöchiometrischen Luft / Kraftstoff-Verhältnis und sind mit einem TWC-Katalysator ausgestattet.
Die Abgasemissionen von Fremdzündungsmotoren mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis lassen sich mit einem Dreiwegekatalysator (TWC) effizient steuern. In TWC werden Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe gleichzeitig mit der Reduktion von Stickoxiden oxidiert. Mit TWC wird sogar eine Reduzierung der CO -, HC-und NOx-Emissionen um mehr als 90% erreicht, und die Emissionen treten hauptsächlich beim Kaltstart oder bei starker Beschleunigung auf., Unter bestimmten Bedingungen kann TWC-Katalysator jedoch Ammoniak-und Lachgasemissionen erzeugen. TWCs arbeiten nur in einem sehr engen Lambdafenster in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses effizient und können daher nicht in Motoren mit magerem Gemisch wie Dieselmotoren verwendet werden. Der Vorteil einer mageren Mischung wäre ein verbesserter Kraftstoffverbrauch, jedoch auf Kosten erhöhter NOx-Emissionen. Die Abgasrückführung (AGR) ist eine der gebräuchlichsten Technologien zur Reduzierung der NOx-Emissionen von Dieselmotoren und wird auch in Zündkerzenmotoren verwendet., Bei Fahrzeugen mit Direkteinspritzung mit Funkenzündung sind die Partikelemissionen hoch und daher können Partikelfilter erforderlich werden.
Funkenzündungsmotoren reagieren heute weniger empfindlich auf Kraftstoff als ältere Motorengenerationen, und die absoluten Massenemissionen sind gering. Bei Kaltstarts, schweren Fahrbedingungen und bei niedrigen Temperaturen kann es jedoch zu großen absoluten und relativen Unterschieden zwischen den Kraftstoffen für alle Autos kommen. In der Vergangenheit waren Vergasermotoren besonders kraftstoffempfindlich, beispielsweise wurden Probleme mit der Fahrbarkeit und der Dampfsperre festgestellt., Die meisten benzinbetriebenen Autos vertragen heute mindestens bis zu 10 Vol – % Ethanol in Europa und den USA
DIESEL-Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades Selbstzündungsdieselmotoren sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades die führende Stromquelle in Schwerlastfahrzeugen. Heute werden Dieselmotoren auch in leichten Autos immer beliebter. Emissionskontrollgeräte und interne Motorenlösungen haben entscheidende Auswirkungen auf die Abgasemissionen. Dieselmotoren laufen mit einem mageren Gemisch, was den Kraftstoffverbrauch verbessert, jedoch auf Kosten erhöhter Stickoxidemissionen (NOx)., NOx-Emissionen entstehen aus Stickstoff in der Luft bei hohen Temperaturen. Hohe Feinstaubemissionen sind ein weiteres Problem von Dieselmotoren.
Selektive katalytische Reduktion (SCR) und Abgasrückführung (AGR) sind die gängigen Technologien zur Reduzierung der NOx-Emissionen von Dieselmotoren. AGR ist eine interne Motorentechnologie, während SCR eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist, die ein Reduktionsmittel wie Ammoniak oder Harnstoff verwendet. Bei AGR wird ein Teil des Abgases in die Motorzylinder zurückgeführt, was die Verbrennungstemperatur und damit die NOx-Emissionen senkt., Ein hohes AGR-Verhältnis kann zu Problemen mit der Motorreinheit führen und die Partikelemissionen können zunehmen. Oxidationskatalysator reduziert flüchtige organische Emissionen. Partikelfilter reduzieren effizient Partikelemissionen.
Chiba, F., Ichinose, H., Morita, K., Yoshioka, M., Noguchi, Y. und Tsugagoshi, T. Hohe Konzentration von Ethanol Wirkung auf die SI-Motor
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Kabasin, D. et al. (2009) Beheizte Injektoren für Ethanol-Kaltstarts. SAE Technical Paper 2009-01-0615.
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