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Abgas

 

Kraftstoffe im Automobil

Ein Kraftstoff (auch Treibstoff) ist lt. Wikipedia ein Brennstoff, dessen chemische Energie durch Verbrennung in Verbrennungskraftmaschinen (Verbrennungsmotor, Gasturbine, …) und Raketentriebwerken in Antriebskraft umgewandelt wird.

Vergleich von Kraftstoffen

Für die Reichweite eines Fahrzeugs sind neben dem Wirkungsgrad seiner Aggregate u. a. das Volumen des Tanks und die darin gespeicherte Energie ausschlaggebend. Der physikalische Vergleich der Heizwerte (kWh pro m³) zeigt, dass flüssige Treibstoffe optimal sind. Bei Gasen hängt der Energieinhalt stark vom Druck ab.

Kraftstoff Aggregatzustand Dichte in
kg/m³
Heizwert in
kWh/kg
Wasserstoff flüssig (-253 °C) 67,8 33
Erdgas H-Gas (CNG/GNV) gasförmig (Normaldruck) 0,81 13,0
Erdgas L-Gas (CNG/GNV) gasförmig (Normaldruck) 0,82 11,3
Autogas („LPG”) flüssig 540 12,8
Superbenzin flüssig 740 12,0
Ethanol flüssig 789 7,44
Diesel flüssig 830 11,8
Benzol flüssig 880 11,1
Pflanzenöl flüssig 920 10,0

 

Kraftstoffe sind Gemische aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die durch Raffination von Rohöl gewonnen werden. Kraftstoffe sind bei Raumtemperatur flüssig und leicht entflammbar.

Neben den "natürlichen" Bestandteilen sind jeder Kraftstoffart Additive beigefügt, chemische Zusätze, die unterschiedliche Funktionen übernehmen: etwa als Antiklopfmittel, zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften oder auch zur Reinigung des Ansaugsystems, um nur einige wenige Beispiele zu nennen.

Kraftstoffe verbrennen nicht vollkommen rückstandsfrei und verursachen daher Emissionen, die man in zwei Kategorien einteilen kann: Jene Emissionen, die während des Fahrens entstehen (im Wesentlichen CO, HC, NOx und Partikel) und die Verdampfungsemissionen, die abhängig von der Umgebungstemperatur sowohl im Stillstand als auch während des Fahrens auftreten.

Ottokraftstoff

Es werden drei verschiedene Otto-Kraftstoffsorten angeboten: „Normal”, „Super” und „Super-Plus”.

Bei der Produktion in den Raffinerien fallen verschiedenste Kraftstoffkomponenten mit unterschiedlicher Klopffestigkeit an. Leichtere und weniger klopffeste Bestandteile werden zu Normalbenzin verarbeitet. Die hochklopffesten Komponenten hingegen zu Super-Kraftstoff. Die Automobilindustrie nutzte diese Unterschiede zur Differenzierung ihres Fahrzeugangebotes, indem sie Motoren auf Normal- oder Superbenzin auslegte. Die früher üblichen verbleiten Sorten unterschieden sich in einer Oktanzahl-Differenz von etwa 6 bis 7 Einheiten. Das höhere Verdichtungsverhältnis von Super-Motoren erlaubt einen niedrigeren Verbrauch bei höherer Leistung. Mit Einführung der Abgaskatalysatoren Mitte der 80er Jahre wurde das Ende für die verbleiten Kraftstoffe eingeleitet, denn Katalysatoren vertragen kein Blei.

Auf dem deutschen Markt werden entsprechend der Gewichtung der jeweiligen Anforderungen Ottokraftstoffe in drei Qualitätsstufen hergestellt und angeboten:

Stufe 1: Ottokraftstoff, der mindestens in einem Kennwert nicht die Mindestanforderungen der DIN erfüllt. Diese Qualitätsstufe darf in Deutschland nicht verkauft werden.

Stufe 2: Ottokraftstoff, der alle DIN-Anforderungen erfüllt.

Stufe 3: Ottokraftstoff, der über Stufe 2 hinaus zusätzliche und schärfere Anforderungen zur Verbesserung der Anwendungstechnik und des Umweltschutzes erfüllt.
Anforderungen Ottokraftstoff

Super E10 / E5

Tankstellen bieten seit Januar 2011 das neue Super Benzin  E 10 mit einem Bioethanol-Anteil von bis zu 10 % an. Bisher waren 5 % Ethanol im Benzin erlaubt. Allerdings vertragen nicht alle Fahrzeuge den neuen Kraftstoff. Deshalb wird es auch weiterhin Ottokraftstoff (E5) mit 5% Alkohol geben. Autofahrer sollten sich informieren, ob Ihr Fahrzeug den neuen Sprit verträgt.

mehr zu E10

Dieselkraftstoff

Seit Anfang der 90er Jahre verdreifachte sich der Anteil der PKW mit Dieselmotoren an den Neuzulassungen nahezu: von weniger als 15 Prozent im Jahr 1991 auf 44 Prozent heute. Gleichzeitig wurden die Motoren immer leistungsstärker und sauberer. Alleine durch innermotorische Maßnahmen erfüllen inzwischen auch bis zu 1800 Kilogramm schwere Diesel- PKW die Abgasnorm Euro 4 erfüllen, die seit 2005 gilt. Das bedeutet gegenüber dem Stand von 1990: rund 90 Prozent weniger Schadstoffe. Doch der technische Fortschritt scheint längst noch nicht ausgereizt. Weitere Optimierungen der Einspritzsysteme werden den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen des Dieselmotors weiter senken und die Motorleistung erhöhen. So hat beispielsweise Bosch mit dem Common Rail der dritten Generation ein Hochdruck-Einspritzsystem entwickelt, das im Mai 2003 in Serie ging. Sein Herzstück ist der schaltschnelle Inline-Injektor mit Piezo-Technik (Piezo-Kristalle statt der herkömmlichen Magnetspule).
Dazu wird allerdings ein extrem sauberen Kraftstoff benötigt. Nur dann verbrennt auch der moderne Motor den Kraftstoff optimal.
Um Verbrauch und Schadstoffausstoß von Fahrzeugen zu senken, sind neben neuen Motorkonzepten und Methoden zur Abgasnachbehandlung auch eine hohe Kraftstoffqualität – bei Diesel wie bei Benzin –  wichtig.

Künftig soll weltweit  beim Diesel die Cetanzahl mehr als 55 betragen, und der Selbstzünder-Kraftstoff sollte möglichst rein sein, damit die immer filigraner konstruierten Einspritzdüsen nicht verschmutzen.
Diesel Verbrennung
Saubere Verbrennung

Diesel Nebel
Optimale Zerstäubung, nur schmutzfreier Diesel schafft das.

Winterverhalten von Diesel

 

Diesel neigt dazu, bei tiefen Temperaturen Kristalle zu bilden. Diese Kristalle fallen aus, ballen sich zu wachsartigem „Gatsch" zusammen, und beeinträchtigen so die Pumpfähigkeit des Kraftstoffs und können Filter verstopfen. Man spricht auch von "versulzen".

Der Motor springt dann beim Kaltstart nicht an, weil er keinen Kraftstoff zur Verbrennung bis in den Brennraum befördert. Es kommt aber auch teilweise vor, dass der Motor beim Kaltstart zwar noch anspringt, aber nach wenigen hundert Metern Fahrstrecke der Motor nicht mehr genügend Kraftstoff erhält, um die von ihm erwartete Leistung zu verrichten. Er gibt immer weniger Leistung ab, er ruckelt oder geht ganz aus.
Diesel Paraffine
Diesel Winterverhalten

 

Winterdieseltest des ADAC:

Winterdiesel muss bis zu einer Temperatur von minus 20 Grad seinen Dienst tun, d.h. der Kraftstofffilter darf nicht versulzen. Dennoch blieben im vergangenen Jahr tausende Dieselautos bei Tiefsttemperaturen liegen. Deshalb hat der ADAC Winterdiesel auf seine tatsächliche Kältetauglichkeit untersucht und festgestellt, dass die Verbraucher sich nicht immer hundertprozentig auf dessen Kältetauglichkeit verlassen können. - mehr im kompletten Test des ADAC

Video zum Winterdieseltest:


Blei

Früher gehörte Blei als Antiklopfmittel zu den zwar sehr wirksamen, aber eben auch gesundheitsschädlichen Zusätzen im Benzin. Blei ist schon seit Jahren durch nicht weniger wirksame, aber gesundheitlich unbedenkliche Mittel ersetzt worden. Eine Entwicklung, die auch durch den Einsatz von Dreiwegkatalysatoren beschleunigt wurde, die nur mit bleifreiem Benzin funktionieren.

Schwefel im Kraftstoff

Vor nicht allzu langer Zeit stand noch die Reduktion des Schwefelanteils in den Kraftstoffen zur Diskussion. Schwefel ist an sich ein natürlicher, aber unbeliebter Bestandteil des Rohöls:

  • Im Diesel, weil er in direktem Zusammenhang mit den Partikelemissionen steht;

  • im Benzin, weil er insbesondere den optimalen Betrieb von Ottomotoren mit direkter Einspritzung empfindlich behindert, genauer gesagt den Wirkungsgrad jener DeNox-Katalysatoren, die notwendig sind, um solche Motoren im optimalen Verbrauchsbereich betreiben zu können.

Daher drängt die Autoindustrie auf  möglichst keinen Schwefelgehalt im Treibstoff. Seit Anfang 2000 schreiben die gesetzlichen Regelungen der EU eine maximale Obergrenze von 150 ppm (parts per million) Schwefel für Benzin und 350 ppm für Diesel vor. Diese Grenzwerte wurden im Jahr 2005 auf jeweils 50 ppm weiter reduziert.

Die Automobilindustrie fordert weniger als 10 ppm. Mineralölfirmen bieten z.B. Super Plus mit deutlich reduziertem Schwefelgehalt an.

Benzin und Diesel haben gegenüber anderen Kraftstoffen wie etwa Wasserstoff oder gegenüber Strom einen enormen Vorteil: Sie sind in den Bereichen Energieinhalt und Speichermöglichkeit fast unschlagbar. Deshalb werden herkömmliche Kraftstoffe in absehbarer Zeit weiterhin die hauptsächliche Energieversorgung unserer Autos übernehmen. Alternative Kraftstoffe wie Wasserstoff werden allerdings als wichtige Nischenprodukte an Bedeutung gewinnen.

Es kommt auf jeden einzelnen Autofahrer an, wie der Verbrauchs- und Emissionshaushalt jedes einzelnen Fahrzeugs auf unseren Straßen tatsächlich aussieht. -> spritsparende Fahrweise.

Wie lange reicht das Erdöl noch?

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe hat 2006 die Welt-Erdöl-Reserven auf ca. 163 Milliarden Tonnen geschätzt. Pro Jahr werden etwa vier Milliarden Tonnen gefördert. Seit Beginn der industriellen Erdölförderung Mitte des 19. Jahrhunderts sind rund 151 Milliarden Tonnen aus der Erde gepumpt worden, die Hälfte davon innerhalb der vergangenen 23 Jahre. Der "Peak Oil", der Punkt an dem die Hälfte des vermuteten Öls aus der Erde geholt wird, soll innerhalb der kommenden zehn bis 15 Jahre erreicht werden.  Nach Meinung einiger Wissenschaftler ist dieser Punkt bereits überschritten. Eine gesicherte Antwort gibt es dazu nicht. Auf jeden Fall müssen sich die Menschen nach geeigneten Alternativen umsehen.

Klopffestigkeit

Klopffestigkeit Die Eigenschaft des Benzins, nicht unkontrolliert durch Selbstentzündung, sondern ausschließlich durch den Zündfunken präzise gesteuert zu verbrennen.

Oktanzahl (Octanzahl)

Messgröße für die Klopffestigkeit von Ottokraftstoffen. Das Maß für die Oktanzahl ist frei gewählt und liegt zwischen 0 und 100. Um den Wert für einen Kraftstoff zu ermitteln, wird dieser mit einer Mischung aus klopffestem Isooktan (Oktanzahl 100) und klopffreudigem n-Heptan (Oktanzahl 0) verglichen. Per international festgelegtem Vergleich, dem sog. Einzylinder-CFR-Test, wird zunächst ermittelt, bei welcher Verdichtung der Motor mit der Probe zu "klopfen" beginnt. Dies geschieht bei konstanter Zündeinstellung, einer Drehzahl von 600 U/Min und einer Temperatur von 52 °C. Dann wird die Oktanzahl ermittelt, indem das Isooktan/n-Heptan-Gemisch bei konstanter Verdichtung so lange im Verhältnis verändert wird, bis der Motor ein gleiches Klopfen aufweist. Besteht das Gemisch etwa zu 95 % aus Isooktan, so ist die "Research-Oktanzahl" "95 ROZ". Härtere Bedingungen, 900 U/Min, eine Vorwärmung auf 149 °C, sowie variable Zündeinstellung gelten zur Ermittlung der Motor-Oktanzahl (MOZ).

ROZ

Bei der Bestimmung der Klopffestigkeit wird ein besonderer Einzylinder-Prüfstandsmotor verwendet. Je nach Arbeitsbedingungen liefert er die ROZ (Research-Methode) oder die MOZ (Motor-Methode). Alle Einzelheiten des Messverfahrens sind in DIN 5 1 756 festgelegt. Beide Oktanzahlen charakterisieren unterschiedliche Kraftstoffeigenschaften, die MOZ ist insbesondere ein Hinweis auf das Hochgeschwindigkeits-Klopfverhalten. Die ROZ ist in Deutschland durch die Norm DIN EN 228 für Normalbenzin auf mindestens 91, für Superbenzin auf mindestens 95 und für Super Plus auf mindestens 98 festgelegt.

Cetanzahl

Maß für die Zündwilligkeit eines Dieselkraftstoffes. Die Cetanzahl ist der in Volumenprozent ausgedrückte Anteil an Cetan in einer Mischung aus Cetan und Alpha-Methylnaphtalin, die bei den gewählten Versuchsbedingungen in einem Prüfmotor denselben Zündverzug ergibt wie die zu untersuchende Dieselprobe. Die Cetanzahl hat für die Güte des Verbrennungsablaufes im Dieselmotor entscheidende Bedeutung.

Fehlbetankung

Der Tankvorgang ist für den täglichen Autofahrer so automatisiert, dass sich die meisten auf ihre Routine verlassen und gar nicht mehr genau hinschauen, mit welchem Kraftstoff sie ihr Auto betanken. Man kann es hundert Mal richtig machen, und trotzdem – oder gerade deswegen – schleicht sich irgendwann der Fehler ein: Man greift die falsche Zapfpistole. Das kann fatal enden: Benzin im Dieselkraftfahrzeug zieht im schlimmsten Fall einen totalen Motorschaden und damit hohe finanzielle Belastungen, Wartezeit und Ärger nach sich.

Allein beim ADAC müssen die Helfer rund 5.000 Mal im Jahr ausrücken, um zu retten, was zu retten ist. Da sind die Pechvögel, die ihren Irrtum direkt an der Zapfsäule bemerken und die Tankstellenbetreiber um Hilfe bitten, noch gar nicht mitgezählt. Zwar vertragen ältere Dieselmotoren ohne Direkteinspritzung ein paar Liter Benzin, moderne Aggregate allerdings reagieren darauf allergisch.

Wer seinen Motor nach der Fehlbetankung noch nicht gestartet hat, kommt mit dem Abpumpen des Benzins aus dem Tank davon. Befindet sich der falsche Sprit jedoch bereits im Kraftstoffsystem, wird der Reinigungsaufwand wesentlich größer. Wer nicht gemerkt hat, dass er eventuell an der falschen Zapfsäule war, wird nach kurzer Fahrzeit durch kräftiges Nageln im Motor darauf hingewiesen. Dann hilft nur noch eines: Sofort anhalten.

Neu: Peugeot Fehlbetankungsschutz - schützt vor Motorschäden

Bei sieben Diesel-Modellen von Peugeot kann das allerdings nun nicht mehr passieren. Denn die Modelle 3008 und 5008 sowie der neue 508 / 508 SW verfügen über einen serienmäßigen Fehlbetankungsschutz. Ab März 2011 kommen noch der 207, das Coupé-Cabriolet 207 CC und der Kombi 207 SW hinzu.

Das Prinzip erscheint einfach: Eine kleine Klappe im Tankeinfüllstutzen erkennt, ob es die richtige Zapfpistole ist. Bei der Falschen öffnet sich die Klappe nicht, eine Betankung ist somit nicht möglich, ein möglicher Motorschaden wird verhindert. Das gilt auch für große LKW-Diesel-Zapfpistolen. Allerdings darf der Zapfhahn nicht mit Gewalt in die Öffnung gedrückt werden.

Peugeot 207
Der neue Peugeot 207 verfügt über einen Fehlbetankungsschutz.

Lesen Sie auch den Gastbeitrag von Gustav Stifter: Einsparpotenzial im Kraftstoff

EU Abgaswerte | EOBD | CO | HC | NOx SO2 | Partikel  | Der neue Fahrzyklus |Treibhauseffekt | Katalysator  Direkteinspritzung | Dieselfilter | Erdgas/CNG |

Quelle: TU Wien, tagesschau.de, Wikipedia, ARAL, Peugeot


Johannes Wiesinger
bearbeitet: 25.04.2016

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