[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fraktionierung von motorischem Kraftstoff
an Bord eines Kraftfahrzeugs.
[0002] An Bord eines mit Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeugs werden für spezielle
Anwendungen bestimmte Fraktionen des handelsüblichen, motorischen Kraftstoffs benötigt.
Es ist z.B. bekannt, daß die Verwendung von niedersiedenden Kraftstofffraktionen in
der Kaltstartphase bei Fahrzeugen mit Ottomotoren zu einer Absenkung der Kohlenwasserstoff-Emissionen
führt.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abtrennung einer niedersiedenden
Kraftstofffraktion aus einem motorischen Kraftstoff an Bord eines Kraftfahrzeugs zu
schaffen, für dessen Durchführung nur ein geringes Bauvolumen und ein geringes Baugewicht
benötigt wird. Darüberhinaus soll die benötigte niedersiedende Kraftstofffraktion
bereits beim Start des Fahrzeugs zur Verfügung stehen.
[0004] Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
[0005] Die Erfindung löst obengenannte Aufgabe, indem die Fraktionierung des Kraftstoffes
mittels einer Gasförderpumpe durch Vakuumverdampfung mit nachfolgender Druckkondensation
erfolgt. Das Verfahren kann bei Umgebungstemperatur ausgeführt werden. Es wird keine
zusätzliche Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr benötigt.
[0006] Die abgetrennte niedersiedende Kraftstofffraktion eignet sich insbesondere als Motorkraftstoff,
mit dem eine Absenkung der Kohlenwasserstoffemissionen während der Kaltstartphase
des Motors erreicht werden kann.
[0007] Darüberhinaus kann die abgetrennte niedersiedende Kraftstofffraktion als Reduktionsmittel
für Entstickungskatalysatoren im mageren Motorabgas genutzt werden.
[0008] Die Fraktionierung des Kraftstoffs kann sowohl aus dem Kraftstoffvorratsbehälter
des Kraftfahrzeugs oder aus einem zusätzlich vorhandenen Zwischenbehälter erfolgen.
Im zweiten Fall kann die nach der Trennung verbleibende, höhersiedende Fraktion in
dafür geeigneten Motorbetriebsphasen als Motorkraftstoff eingesetzt werden.
[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund der genannten Vorteile für den
Einsatz in allen mobilen Systemen, wie Personen- und Nutzfahrzeuge.
[0010] Der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens ist gering. Auf komplexe Komponenten
wie Verdampfer kann verzichtet werden. Folglich können Bauvolumen und Baugewicht klein
gehalten werden.
[0011] Niedrigstsiedende Verbindungen wie beispielsweise Butan, die bei der Destillation
nur mit sehr starker Kühlung (<0° C) kondensiert werden können, können über das erfindungsgemäße
Verfahren mit vergleichsweise geringem Aufwand gewonnen werden.
[0012] Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß die angestrebte Kraftstofffraktion aufgrund der im Kraftfahrzeug verfügbaren elektrischen
Leistung zum Betrieb der Gasförderpumpe sofort beim Start des Motors bereitgestellt
werden kann. Es entfällt die Notwendigkeit eines Vorratstanks für die gewonnene Kraftstofffraktion.
[0013] Durch ständiges Absaugen der Gasphase aus dem Kraftstoffbehälter werden Verdampfungsverluste
weitgehend vermieden. Dadurch werden die Kohlenwasserstoffemissionen aus dem Kraftstoffbehälter
gesenkt und der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht.
[0014] Die Erfindung wird anhand von Fig. näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2
- ein Diagramm zur Zusammensetzung einer mit dem erfindungsgemäßen gewonnenen niedersiedenden
Kraftstofffraktion.
[0015] Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Fig. 1 näher erläutert. Im Kraftstoffbehälter
erfolgt über den durch die Gasförderpumpe erzeugten Unterdruck (P
saug) die Verdampfung der niedersiedenden Komponenten. Auf der Druckseite der Pumpe werden
diese durch den höheren Druck (P
druck) wieder kondensiert. Je nach Pumpentyp kann über die Auslegung der Pumpe (Druck auf
Saug- und Druckseite) der gewünschte Siedebereich der zu gewinnenden niedersiedenden
Fraktion sowie über die Pumpenleistung die erforderliche Fraktionierungszeit eingestellt
werden. Als besonders geeignet erwiesen sich Vakuummembranpumpen, die wartungsfrei
(ölfrei) arbeiten, eine hohe Lebensdauer haben und unempfindlich gegen in der Pumpe
kondensierende Medien sind. Auch der elektrische Leistungsbedarf einer solchen Membranpumpe
ist gering (<200 W).
[0016] Bevorzugte Werte für P
saug und P
druck sind:
Psaug < 1 bar, insbesondere Psaug < 300 mbar;
Pdruck > 1 bar, insbesondere 1bar < Pdruck ≤ 2 bar.
[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei Umgebungstemperatur ausgeführt
werden. Zur Erhöhung der Fraktionierungsgeschwindigkeit kann jedoch auch die Saugseite
der Gasförderpumpe beheizt werden und/oder die Druckseite der Gasförderpumpe gekühlt
werden.
[0018] Fig. 2 zeigt die Zusammensetzung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen
niedersiedenden Kraftstofffraktion (schraffierte Balken) im Vergleich zur Zusammensetzung
des Ausgangskraftstoffs vor der Abtrennung. Die Siedepunkte der einzelnen Komponenten
sind jeweils in Klammern angegeben. Der Druck auf der Saugseite betrug 100 bis 300
mbar, auf der Druckseite 1 bis 2 bar. Wie die Fig. 2 zeigt, werden niedersiedende
Komponenten stark angereichert, während höhersiedende Kraftstoffkomponenten (u.a.
Aromaten) nahezu nicht mehr enthalten sind.
1. Verfahren zur Abtrennung einer niedersiedenden Kraftstofffraktion aus einem motorischen
Kraftstoff an Bord eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Verfahrensschritte
- Abpumpen des Kraftstoffbehälters mit einer Gasförderpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks,
bei dem die Komponenten der abzutrennenden niedersiedenden Kraftstofffraktion verdampft
werden,
- Kondensation der Komponenten der niedersiedenden Kraftstofffraktion auf der Druckseite
der Gasförderpumpe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck bei der Verdampfung der Komponenten der niedersiedenden Kraftstofffraktion
kleiner 1 bar gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf der Druckseite der Gasförderpumpe bei der Kondensation der Komponenten
der niedersiedenden Kraftstofffraktion größer 1 bar gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasförderpumpe eine Membranpumpe ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff ein Otto- oder Dieselkraftstoff oder Kerosin ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der niedersiedenden Kraftstofffraktion direkt für die motorische
Verbrennung genutzt oder in einem Vorratsbehälter aufgefangen werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter der Kraftstoffvorratsbehälter des Kraftfahrzeugs ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter ein Zwischenbehälter ist, der zusätzlich zum Kraftstoffvorratsbehälter
des Kraftfahrzeugs vorhanden ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die niedersiedende Kraftstofffraktion als Kraftstoff für die Kaltstartphase
des Motors genutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die niedersiedende Kraftstofffraktion als Reduktionsmittel für Entstickungskatalysatoren
im mageren Abgas genutzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kraftstoffbehälter verbleibende höhersiedende Kraftstofffraktion für
Vollastphasen mit hoher Motorkompression genutzt wird.