KRAFTSTOFF FÜR SELBSTZÜNDUNGSMOTOREN AUF BASIS VON POLYOXYALKYLENDIALKYLETHERN

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ enthält, wobei R¹, R², R³ ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-Rest oder ein Wasserstoff-Rest ist und n 1 bis 5 ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren, d. h. einen Dieselkraftstoff.

[0002] Aus der Motortechnischen Zeitschrift MTZ, 72. Jahrgang, Seiten 198-202 (2011) ist bekannt, dass Ruß- und Partikelemissionen durch Zumischung von Polyoxaalkanen und anderen Oxygenaten zum Dieselkraftstoff vermindert werden können. Allerdings ist es nicht möglich, diese unter den Grenzwert für die Partikelanzahl nach der Euro-VI-Norm (01.01.2013) abzusenken. Um diese gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen, ist ein Partikelfilter, der nachgeschaltet wird, erforderlich.

[0003] Ogawa et al. beschreibt in SAE Technical Paper Series, 2000-01-1819, Seiten 1 bis 11, dass an einem Einzylindermotor ein Sauerstoffgehalt von größer 38 Gew.-% des Kraftstoffs erforderlich ist, um eine "rauchfreie" Verbrennung zu erzeugen. Die Rußpartikelemission wurde gemäß diesem Dokument mit einem "Bosch smoke meter" (dabei handelt es sich um eine diskontinuierliche stationäre Messung der Rußkonzentration mit einer Nachweisgrenze von 0,5 mg Ruß/kWh) gemessen. Eine rauchfreie Verbrennung wurde mit Dimethoxymethan als Kraftstoff auf Kosten einer unvollständigen Verbrennung desselben demonstriert. Die THC (total hydrocarbon)- und CO-Emissionen stiegen bei 30 % Abgasrückführung (AGR) bemerkenswert an, so dass wiederum ein Katalysator eingesetzt werden musste. Aus dem SAE Technical Paper Series, 2013-01-1035 ist die Verwendung eines Gemisches von Polyoxymethylendimethylethern der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃ mit n = 3, 4 und 5 als Kraftstoff in einem PKW unter Erfüllung der Euro-2-Norm bekannt. Die gravimetrisch ermittelten Partikelemissionen konnten auf das Euro-4-Niveau gesenkt werden. Die Verwendung des Gemisches von Polyoxymethylendimethylethern der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃ mit n = 3, 4 und 5 konnte die Anzahl der emittierten Nanopartikel im Vergleich zu Dieselkraftstoff nicht beeinflussen. Das Emissionsniveau der emittierten Nanopartikel lag im Bereich von 6 bis 7 E+6 #/cm³.

[0004] In SAE Technical Paper Series, 2012-01-1053 wird die Verwendung eines Gemisches von Polyoxymethylendimethylethern der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃ mit n = 3, 4 und 5 an einem EURO-4-Motor beschrieben, wobei die Emissionsstufe Euro 5/1 (ohne einen Partikel-Grenzwert) ohne die Verwendung von Partikelfiltern erreicht wurde.

[0005] In der DE 10 2014 101 947 werden Polyoxymethylendialkylether zur Verwendung als Dieselkraftstoff beschrieben.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, obige Nachteile zu überwinden. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dieselkraftstoff auf Basis von Polyoxyalkylendialkylethern bereitzustellen, der die existierenden gesetzlichen Auflagen zur Absenkung der CO₂-Emission und der Emission von Schadstoffen, insbesondere von Particulate Matter (PM) und von Nanopartikeln (PN), erfüllt.

[0007] Durch die Einführung von Grenzwerten für die Partikelanzahl (PN) im Abgas von Motoren ab den Emissionsstufen Euro-5/2 für PKW und Euro VI (01.01.2013) für Nutzfahrzeuge ist die Verwendung eines Partikelfilters zwingend erforderlich, um die vorgegebenen PN-Grenzwerte zu unterschreiten. Die Einführung von Real Drive Emissionen (RDE) wird die Erfüllung der Emissionsauflagen nochmals erschweren.

[0008] Hier will die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen. Ziel der Erfindung ist es daher auch, eine weitgehend nanopartikelfreie Verbrennung des Kraftstoffes im Dieselmotor zu erzielen, um so die Basis für niedrige bis niedrigste Abgasemissionen zu schaffen. Unter nanopartikelfreier Verbrennung wird vorliegend verstanden, dass die Partikelanzahl im Motorenabgas maximal eine Größenordnung über der Partikelanzahl in der Umgebungsluft liegt und ein Wall-Flow-Partikelfilter entfallen kann. Ferner ist es Ziel der Erfindung eine hohe Abgasrückführungs (AGR)-Verträglichkeit zur innermotorischen NO_x-Absenkung zu erzielen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, den Ruß/NO_x- und PN/NO_x-Trade off zu vermeiden. Die Abgasnachbehandlung kann sich auf einen Oxidationskatalysator beschränken, um die derzeit geltenden gesetzlichen Grenzwerte für Kohlenwasserstoffe HC und CO zu unterschreiten und nichtlimitierte Emissionen, z. B. von CH₂O, zu vermeiden. Optional sollte auch die Verwendung eines SCR-Katalysators möglich sein.

[0009] Ferner ist es Ziel der vorliegenden Erfindung den Aufwand hinsichtlich Herstellungskosten, Platzbedarf und Wartungskosten für die Abgasnachbehandlung, insbesondere die Verminderung des Abgasgegendrucks durch den Entfall von Wall-Flow-Partikelfiltern (DPF), zu vermindern.

[0010] Ferner soll eine Verminderung der Emissionen durch die Vermeidung von aktiver Regeneration des Filters erzielt werden. Dieselpartikelfilter können bei ihrer Regeneration Schadstoffe, wie z. B. Schwefelsäure, polyaromatische Kohlenwasserstoffe und stickstoffhaltige polyaromatische Kohlenwasserstoffe, emittieren und erhöhen die CO₂-Emissionen (Abgasgegendruck, Zusatzkraftstoff für die Regeneration).

[0011] Schließlich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die CO₂-Emission zu vermindern.

[0012] Erfindungsgemäß werden zumindest einige der obigen Aufgaben mit einem Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren, d. h. einem Dieselkraftstoff, nach Anspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ enthält, wobei R¹, R², R³ ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, oder ein Wasserstoff-Rest ist und n 1 bis 5 ist.

[0013] Der Begriff "enthalten" bzw. "enthaltend" umfasst auch den Begriff "bestehen aus" bzw. "bestehend aus". Der Begriff "umfassen" bzw. "umfassend" umfasst ebenfalls den Begriff "bestehen aus" bzw. "bestehend aus".

[0014] Bevorzugt ist der mindestens eine niedermolekulare Polyoxyalkylendialkylether ein Polyoxyethylendialkylether und/oder Polyoxypropylendialkylether.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform ist R² in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers H oder CH₃. Entsprechende Verbindungen sind kostengünstig und kommerziell leicht verfügbar.

[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform ist R¹ und R³ in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers unabhängig voneinander ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-, ein Ethyl-, ein n-Propyl- und/oder ein n-Butyl-Rest, ganz besonders bevorzugt ein Methyl- und Ethyl-Rest und noch bevorzugter ein Methyl-Rest. Entsprechende Verbindungen sind kostengünstig und kommerziell leicht verfügbar.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff den mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 90 oder 95 Gew.-%.

[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff mindestens einen Schmierstoff, wobei der Schmierstoff bevorzugt einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether nach Anspruch 2 oder 3, eine längerkettige Fettsäure nach Anspruch 5, einen höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylether nach Anspruch 7 und/oder höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate nach Anspruch 12 umfasst, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivaten Kohlenwassenstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden. Der Schmierstoff erhöht die Schmierfähigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffes. Somit wird der Verschleiß von Motorteilen reduziert und die Lebensdauer des Motors erhöht.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,005 bis 5 Gew.-% mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R₅ ein Wasserstoff- und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55, ist, sowie Gemische dieser Polyalkylenglykolalkylether.

[0020] Der Einsatz dieser Polyalkylenglykolalkylether führt zur Erhöhung der Viskosität, Schmierfähigkeit und Oberflächenspannung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren. Ferner kann mit diesen die Cetanzahl erhöht werden.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff 0,005 bis 5 Gew.-% mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CHR⁵-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff- und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55, ist, sowie Gemische dieser Polyalkylenglykolalkylether.

[0022] Der Einsatz dieser Polyalkylenglykolalkylether führt zur Erhöhung der Viskosität, Schmierfähigkeit und Oberflächenspannung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren. Ferner dienen diese zur Erhöhung der Cetanzahl.

[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff 0,005 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 3,5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist, wobei R⁴ bevorzugt ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein n-Butyl-Rest, ist.

[0024] Der Einsatz dieser Polyalkylenglykolalkylether führt zur Erhöhung der Viskosität, Schmierfähigkeit und Oberflächenspannung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren. Ferner dienen diese zur Erhöhung der Cetanzahl.

[0025] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff 0,005 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,005 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 1,5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist, wobei R⁴ bevorzugt ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein n-Butyl-Rest, ist.

[0026] Der Einsatz dieser Polyalkylenglykolalkylether führt zur Erhöhung der Viskosität, Schmierfähigkeit und Oberflächenspannung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren. Ferner dienen diese zur Erhöhung der Cetanzahl.

[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform ist R⁴ in der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH des mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest. Besonders bevorzugt handelt es sich bei R⁴ um einen n-Butyl-Rest, da entsprechende Verbindungen kostengünstig und kommerziell leicht verfügbar sind.

[0028] In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das mittlere Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers sowie dessen Mischpolymerisaten im Bereich von 4000 bis 6000 Dalton, bevorzugt im Bereich von 5000 bis 5500 Dalton (bestimmt mittels Thermischer Feldfluss-Fraktionierung (TF-3).

[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH um Mischpolymerisate. Unter Mischpolymerisaten wird verstanden, dass Polymere vorliegen, in denen R⁵ mindestens einmal ein Wasserstoff-Rest und mindestens einmal ein Methyl-Rest ist. Mit anderen Worten umfassen die Mischpolymerisate Mischpolymere bzw. Copolymere, darunter auch sogenannte statistische Copolymere oder Zufallscopolymere.

[0030] Besonders bevorzugte höhermolekulare Polyalkylenglykolalkylether sind Polyethylenglykolalkylether, Polypropylenglykolalkylether und Mischpolymerisate aus Polyethylengykolalkylethern und Polypropylenglykolalkylethern, wobei es sich bei R⁴ in der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O)_n-H des mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers um einen Alkyl-Rest vorzugweise um einen n-Butyl-Rest handelt.

[0031] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine höhermolekulare Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH zu 50 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu etwa 60 Gew.-%, Polyethylenglykolalkylether, bei welchen R⁵ ein Wasserstoff-Rest ist, und zu 30 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zu etwa 40 Gew.-%, Polypropylenglykolalkylether, bei welchen R⁵ ein Methyl-Rest ist. Bevorzugt sind mit anderen Worten Mischpolymerisate von 50 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 60 Gew.-% Polyethylenglykolalkylether und 30-50 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 Gew.-% Polypropylenglykolalkylether. Als ganz besonders bevorzugt haben sich die Synalox-Produkte der Firma Dow Chemical erwiesen. Hierbei sind die Synalox B und Synalox D Produkte besonders bevorzugt. Ganz besonders hervorzuheben ist das Produkt Synalox D40-700 mit einem Molekulargewicht von 5300.

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether in Mengen von 1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 3,5 Gew.-%.

[0033] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,001 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers der Formel R⁶O(-CH₂O-)_nR⁶, wobei R⁶ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 6 bis 10, vorzugweise 7 bis 8, ist. Verbindungen bei denen R⁶ ein Methyl-Rest ist sind vorteilhaft, da derartige Verbindungen kostengünstig und kommerziell leicht verfügbar sind.

[0034] Der Einsatz der höhermolekularen Polyoxymethylendialkylether ist hilfreich, um die Cetanzahl zu erhöhen.

[0035] In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers im Bereich von 200 bis 1200 Dalton, bevorzugt 100 bis 500 Dalton, besonders bevorzugt im Bereich von 150 bis 400 Dalton.

[0036] Geeignete höhermolekulare Polyoxymethylendialkylether sind beispielsweise Polyglykol DME 500, Polyglykol DME 750 und Polyglykol DME 1000, alle erhältlich von der Fima Clariant.

[0037] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,001 bis 0,1 Gew.-% mindestens einer längerkettigen Fettsäure.

[0038] Bei der mindestens einen längerkettigen Fettsäure handelt es sich bevorzugt um Ölsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure und/oder Laurinsäure. Ganz besonders bevorzugt ist Stearinsäure, da diese verhältnismäßig kostengünstig und chemisch stabil ist. Unter einer längerkettigen Fettsäure versteht sich im Rahmen dieser Erfindung eine Fettsäure mit mindestens acht, bevorzugt mit mindestens zehn, besonders bevorzugt mit mindestens zwölf Kohlenstoffatomen.

[0039] Die längerkettige Fettsäure kann zusätzlich zu den jeweiligen Bestandteilen im erfindungsgemäßen Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren vorliegen. Es ist aber auch möglich, durch den Einsatz dieser die Menge des mindestens einen Polyalkylenglykolalkylethers zu reduzieren.

[0040] Die längerkettige Fettsäure wird vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,05 Gew.-%, eingesetzt.

[0041] Die längerkettige Fettsäure führt unter anderem zu einer Erhöhung der Schmierfähigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffes. Somit wird der Verschleiß von Motorteilen reduziert und die Lebensdauer des Motors erhöht.

[0042] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,001 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 11 Gew.-%, Dimethylether.

[0043] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können bis zu etwa 12 Gew.-%, vorzugsweise bis zu etwa 10 Gew.-%, des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers durch Dimethylether ersetzt werden. Dies führt zur Erhöhung des Dampfdrucks auf 60 kPa (Sommerkraftstoff) bzw. 90 kPa (Erzeugung einer "Fettdampfglocke") und zur Kostensenkung. Dimethylether dient hierbei als Ersatzstoff für den niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers, insbesondere Dimethoxymethan. Dimethylether besitzt bei 20°C einen Dampfdruck von 504 kPa und löst sich gut in dem niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether, insbesondere dem Dipropylenglykoldimethylether.

[0044] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷, wobei R⁷ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 11 bis 23, vorzugweise 20 bis 23, ist. Verbindungen bei denen R⁷ ein Methyl-Rest ist sind vorteilhaft, da derartige Verbindungen kostengünstig und kommerziell leicht verfügbar sind.

[0045] Der Einsatz der höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylether ist hilfreich, um die Cetanzahl zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil des höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers ist, dass dieser zu einer Erhöhung der Schmierfähigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffes führt. Somit wird der Verschleiß von Motorteilen reduziert und die Lebensdauer des Motors erhöht.

[0046] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mittlere Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers größer als 300 Dalton, bevorzugt größer 400 Dalton (bestimmt z.B. mittels Thermischer Feldfluss-Fraktionierung (TF-3)).

[0047] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff ferner 0,001 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Gew.-%, mindestens einer organischen Peroxidverbindung, vorzugsweise Di-tert-butylperoxid (DTBP).

[0048] Bei der organischen Peroxidverbindung handelt es sich vorzugsweise um Di-tert-Butylperoxid (DTBP). Die organische Peroxidverbindung, insbesondere Di-tert-Butylperoxid, führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Cetanzahl.

[0049] Eine zu niedrige Menge führt nicht zu der gewünschte Cetanzahlerhöhung, während eine zu hohe Menge aus Kostengründen zu vermeiden ist.

[0050] Der Einsatz einer organischen Peroxidverbindung, insbesondere von Di-tert-Butylperoxid, hat ferner den Vorteil, dass dieses im Gegensatz zu Cetanzahl-Verbesserern auf Nitratbasis, wie beispielsweise 2-Ethylhexylnitrat, ohne die Bildung von Brennstoff-NO_x verbrennt.

[0051] Di-tert-Butylperoxid ist als Cetanzahlverbesserer für Kraftstoffe für Selbstzündungsmotoren mit niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethern der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O)_n-R³ als Basiskraftstoff besonders gut geeignet.

[0052] Die organische Peroxidverbindung kann zusätzlich zu den vorliegenden Bestandteilen eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, mit deren Einsatz die Menge des mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers und/oder des mindestens einen höhermolekularen Polyethylenglykoldialkyethers zu vermindern bzw. es kann dadurch auch auf den mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylether und/oder den mindesten einen Polyethylenglykoldialkylether vollständig verzichtet werden.

[0053] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³, wobei R¹, R², R³ ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, oder ein Wasserstoff-Rest ist und n 1 bis 5 ist, 0,005 bis 5 Gew.-% mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R₅ ein Wasserstoff- und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55, ist, sowie Gemische dieser Polyalkylenglykolalkylether,
0,001 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Gew.-%, mindestens einer organischen Peroxidverbindung, vorzugsweise Di-tert-butylperoxid (DTBP), und
0,001 bis 0,1 Gew.-% mindestens einer längerkettigen Fettsäure.

[0054] In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs mehr als 20 Gew.-%, bevorzugt mehr als 25 Gew.-%. Dies hat den Vorteil, dass auch bei hohen AGR-Raten die Partikelemission im gewünschten Zielbereich liegt.

[0055] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Kraftstoff nicht mehr als 5000 ppm, vorzugsweise nicht mehr als 500 ppm und besonders bevorzugt nicht mehr als 100 ppm höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate. Unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten werden Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden.

[0056] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Kraftstoff bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate. Darunter fällt auch mineralischer Diesel.

[0057] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, bevorzugter bis zu 30 Gew.-%, noch bevorzugter bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden. Darunter fällt auch mineralischer Diesel.

[0058] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff etwa 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt etwa 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugter etwa 0 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter etwa 0 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt etwa 0 bis 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt etwa 0 bis 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden. Darunter fällt auch mineralischer Diesel.

[0059] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Schwefelgehalt nicht mehr als 1 ppm, vorzugweise nicht mehr als 0,1 ppm (gemessen nach R. Hearn, M. Berglund, M. Ostermann, N. Pusticek, P. Taylor, Analytica Chimica Acta 532 (2005) 55-60). Damit wird der Einsatz von preiswerten Nichtedelmetallkatalysatoren zur Nachoxidation von unverbrannten Oxygenaten und Kohlenmonoxid ermöglicht.

[0060] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gehalt an Asche nicht mehr als 20 ppm, vorzugweise nicht mehr als 2 ppm (gemessen nach DIN EN ISO 6245, 2003-01).

[0061] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kraftstoff eine Cetanzahl ≥ 45, bevorzugt ≥ 47 und besonders bevorzugt ≥ 51 auf. Die Bestimmung der Cetanzahl ist in den Beispielen beschrieben.

[0062] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren eine kinematische Viskosität von ≥ 0,4 mm²/s und bevorzugt von ≥ 0,5 mm²/s auf. Die kinematische Viskosität wird nach DIN ISO 3104 (1999-12) bei 20°C bestimmt.

[0063] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schmierfähigkeit (HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) ≤ 400 ppm, bevorzugt ≤ 310 ppm und besonders bevorzugt ≤ 300 ppm. Die Bestimmung der Schmierfähigkeit erfolgt nach DIN EN 590 (2014-04) bei 20°C.

[0064] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel CH₃OCH₂CH₂OCH₃, mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylether der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃, wobei n 6 bis 10 ist, und mindestens einen Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH, wobei R⁴ ein n-Butyl- und R⁵ mindestens einmal ein Wasserstoff-Rest und mindestens einmal ein Methyl-Rest ist. Mit anderen Worten liegt der Polyalkylenglykolalkylether als Mischpolymerisat vor. Besonders vorteilhaft ist ein Mischpolymerisat aus Polyethylenglykolalkylethern und Polypropylenglykolalkylethern.

[0065] Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs in einem Verbrennungsmotor, bevorzugt in einem Selbstzündungsmotor, und/oder als Reduktionsmittel beim Einsatz eines SCR-Katalysators. SCR steht im Rahmen dieser Erfindung für selektive katalytische Reduktion bzw. selective catalytic reduction.

[0066] Der erfindungsgemäße Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren wird vorzugsweise zusammen mit einem Motorenöl auf Basis von Polyalkylenglykolethern eingesetzt. Besonders bevorzugt als Basisöl sind Motorenöle auf Grundlage von Polypropylenalkylethern, besonders bevorzugt auf Grundlage von Polypropylenglykolbutylethern. Das heißt der erfindungsgemäße Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren kann in Motoren eingesetzt werden, die mit den chemisch verwandten Motorölen auf Basis von Polyalkylenglykolethern geschmiert werden. Damit bleibt der übliche Eintrag kleiner Kraftstoffmenge in das Motorenöl und kleinerer Motorenölanteile in dem Kraftstoff wegen der chemischen Verwandtschaft der beiden Kraftstoffe ohne negative Auswirkung.

[0067] Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren ist es möglich, das vom Dieselkraftstoff her bekannte Ruß/NO_x- und PN/NO_x-Trade off zu unterdrücken.

[0068] Schließlich ermöglicht der Einsatz des erfindungsgemäßen Kraftstoffs die gesetzlich vorgeschriebenen Partikelanzahlgrenzwerte und NO_x-Grenzwerte gemäß der Euro-VI-Norm (01.01.2013) ohne Abgasnachbehandlung zu unterschreiten. Dies gilt für den Fall, dass der Selbstzündungsmotor mit entsprechend hohen (bis zu 40%) Abgasrückführungsraten betrieben wird.

[0069] Alternativ können die erfindungsgemäßen Kraftstoffe auch als Reduktionsmittel beim Einsatz eines SCR-Katalysators verwendet werden.

[0070] Das heißt, die Verbrennung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren in magerlaufenden Selbstzündungsmotoren erfolgt in Analogie zur Verbrennung des gasförmigen Dimethylethers auch bei hohen AGR-Raten ruß- und partikelfrei. Damit lassen sich sehr niedrige NO_x- und Partikelanzahlemissionen mit innermotorischen Maßnahmen erzielen. Die Abgasnachbehandlung benötigt keinen Partikelfilter, sondern lediglich einen Oxidationskatalysator, der die Emission von un- und teilverbranntem erfindungsgemäßen Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren verhindert. Vorteile sind die Verminderung des heizwertbezogenen Kraftstoffverbrauchs durch geringen Abgasgegendruck der Abgasanlage und signifikante Verminderung der Kosten, des Platzbedarfs und des Gewichts des Abgasnachbehandlungssystems.

[0071] Wie erwähnt führt der Einsatz des erfindungsgemäßen Kraftstoffs für Selbstzündungsmotoren zur Vermeidung des PN/NOx-Trade off im Bereich bis zu niedrigsten NO_x-Emissionen von < 0,4 g NOx/kWh.

[0072] Auch die heizwertbezogenen Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Kraftstoffs liegen im Bereich von synthetischem Diesel.

[0073] Durch die ruß- und partikelfreie Verbrennung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs bei sehr geringer NO_x-Emission ist es möglich, die Abgasnachbehandlung zu vereinfachen. Dies bringt insbesondere bei Dieselmotoren in Arbeitsmaschinen einen wirtschaftlichen Vorteil ("Gerätediesel").

[0074] Die ruß- und partikelfreie Verbrennung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs ermöglicht in Kombination mit einer mehrstufigen katalytischen Abgasnachbehandlung (ohne Dieselpartikelfilter) nach dem Stand der Euro-VI-Technologie die Einhaltung zukünftig weiter verschärfter Emissionsgesetzgebung.

[0075] Ferner ermöglicht die ruß- und partikelfreie Verbrennung des erfindungsgemäßen Kraftstoffs den Einsatz der Niederdruck-AGR ohne Reinigung/Filterung des rückgeführten Abgases. Damit kann der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden. Unter Berücksichtigung der Emissionen hat eine Niederdruck-AGR Wirkungsgradvorteile, da bei Kraftstoffen mit einem Sauerstoffgehalt über 20% der Luftbedarf zur motorischen Verbrennung deutlich vermindert ist und damit die zusätzliche Kompressionsarbeit des Luftverdichters für das rückgeführte Abgas reduziert ist.

[0076] Schließlich ist der erfindungsgemäße Kraftstoff farblos, ungiftig und praktisch frei von Fremdstoffen. Er gehört auch zur Wassergefährdungsklasse 1.

[0077] Folgende Ausführungsformen sind besonders bevorzugt:

1. Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ enthält, wobei R¹, R², R³ ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-Rest oder ein Wasserstoff-Rest ist und n 1 bis 5 ist.

2. Kraftstoff nach Ausführungsform 1, ferner enthaltend mindestens einen Schmierstoff.

3. Kraftstoff nach Ausführungsform 1 oder 2, ferner enthaltend 0,005 bis 5 Gew.-% mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist, sowie Gemische dieser Polyalkylenglykolalkylether.

4. Kraftstoff nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, enthaltend 0,001 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers der Formel R⁶O(-CH₂O-)_nR⁶, wobei R⁶ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 6 bis 10, vorzugweise 7 bis 8, ist.

5. Kraftstoff nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, enthaltend 0,001 bis 0,1 Gew.-% mindestens einer längerkettigen Fettsäure, wobei unter einer längerkettigen Fettsäure eine Fettsäure mit mindestens acht Kohlenstoffatomen verstanden wird.

6. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, enthaltend 0,001 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 11 Gew.-%, Dimethylether.

7. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, enthaltend 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷, wobei R⁷ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 11 bis 23, vorzugweise 20 bis 23, ist.

8. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, enthaltend 0,001 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Gew.-%, mindestens einer organischen Peroxidverbindung, vorzugsweise Di-tert-butylperoxid (DTBP).

9. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei R² in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers H oder CH₃ ist.

10. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei R¹ und R³ in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-, ein Ethyl-, ein n-Propyl- und/oder ein n-Butyl-Rest, ganz besonders bevorzugt ein Methyl- und Ethyl-Rest und noch bevorzugter ein Methyl-Rest, ist.

11. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei R⁴ in der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH des mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein n-Butyl-Rest, ist.

12. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei das mittlere Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers sowie dessen Mischpolymerisaten im Bereich von 4000 bis 6000 Dalton, bevorzugt im Bereich von 5000 bis 5500 Dalton, liegt.

13. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei es sich bei dem mindestens einem höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH um Mischpolymerisate handelt, in denen R⁵ mindestens einmal ein Wasserstoff-Rest und mindestens einmal ein Methyl-Rest ist.

14. Kraftstoff nach Ausführungsform 13, wobei der mindestens eine höhermolekulare Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH zu 50 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu etwa 60 Gew.-%, Polyethylenglykolalkylether, bei welchen R⁵ ein Wasserstoff-Rest ist, und zu 30 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zu etwa 40 Gew.-%, Polypropylenglykolalkylether, bei welchen R⁵ ein Methyl-Rest ist, umfasst.

15. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, insbesondere nach einer der Ausführungsformen 2, 12, 13 oder 14, wobei der Kraftstoff mindestens einen höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylether in Mengen von 1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 3,5 Gew.-%, enthält.

16. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei das Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers der Formel R⁶O(-CH₂O-)_nR⁶ im Bereich von 200 bis 1200 Dalton, bevorzugt 100 bis 500 Dalton, besonders bevorzugt im Bereich von 150 bis 400 Dalton, liegt.

17. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei das mittlere Molekulargewicht des mindestens einen höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Fomel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷ größer als 300 Dalton, bevorzugt größer 400 Dalton, ist.

18. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei es sich bei der mindestens einen längerkettigen Fettsäure bevorzugt um Ölsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure und/oder Laurinsäure handelt.

19. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs mehr als 20 Gew.-%, bevorzugt mehr als 25 Gew.-%, beträgt.

20. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff nicht mehr als 5000 ppm, vorzugsweise nicht mehr als 500 ppm und besonders bevorzugt nicht mehr als 100 ppm höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält.

21. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden.

22. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Schwefelgehalt des Kraftstoffs nicht mehr als 1 ppm, vorzugweise nicht mehr als 0,1 ppm, beträgt.

23. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Gehalt an Asche nicht mehr als 20 ppm, vorzugweise nicht mehr als 2 ppm, beträgt.

24. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff eine Cetanzahl ≥ 45, bevorzugt ≥ 47 und besonders bevorzugt ≥ 51 aufweist.

25. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff eine kinematische Viskosität von ≥ 0,4 mm²/s und bevorzugt von ≥ 0,5 mm²/s aufweist.

26. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff eine Schmierfähigkeit (HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) ≤ 400 ppm, bevorzugt ≤ 310 ppm und besonders bevorzugt ≤ 300 ppm, aufweist.

27. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, enthaltend mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel CH₃OCH₂CH₂OCH₃, mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkylether der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃, wobei n 6 bis 10 ist, und mindestens einen Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH, wobei R⁴ ein n-Butyl- und R⁵ mindestens einmal ein Wasserstoff-Rest und mindestens einmal ein Methyl-Rest ist.

28. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, insbesondere Ausführungsform 21, wobei der Kraftstoff bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 40 Gew.-%, bevorzugter bis zu 30 Gew.-%, noch bevorzugter bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden.

29. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff etwa 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt etwa 0 bis 40 Gew.-%, bevorzugter etwa 0 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter etwa 0 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt etwa 0 bis 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt etwa 0 bis 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden.

30. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff 0,005 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,005 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 1,5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon enthält, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist, wobei R⁴ bevorzugt ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein n-Butyl-Rest, ist.

31. Kraftstoff nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kraftstoff den mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 90 oder 95 Gew.-%, enthält.

32. Verwendung des Kraftstoffs nach einer der vorherigen Ausführungsformen in einem Verbrennungsmotor, bevorzugt in einem Selbstzündungsmotor, und/oder als Reduktionsmittel beim Einsatz eines SCR-Katalysators.

33. Verwendung des Kraftstoffs nach einer der vorherigen Ausführungsformen in einem Selbstzündungsmotor, der mit Motorenöl auf Basis von Polyalkylenglykolethern betrieben wird.

[0078] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Die Beispiele sollen jedoch in keiner Weise limitierend oder beschränkend für die vorliegende Erfindung sein.

[0079] In den Figuren zeigen:

Fig. 1

die Partikelgrößenverteilung in dem Abgasprüfzyklus ESC (European steady cycle) bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffs mit Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME) sowie eines nicht erfindungsgemäßen B7 Diesels;

Fig. 2

den schematischen Aufbau zur Bestimmung der Cetanzahl.

Aufbau der Motorenprüfstände und der Abgas- und Partikelmesseinrichtungen

Einzylindermotor mit Messeinrichtungen

[0080] Versuchsträger war ein Einzylinder-Forschungsmotor. Hubraum, Kurbelgeometrie und Zylinderkopfgestaltung sind bei diesem Versuchsträger von der MAN Modellreihe D20 abgeleitet. Der Motor verfügt über eine externe, temperierte Aufladung, variable Einstellmöglichkeit des Abgasgegendrucks und gekühlte externe Abgasrückführung (Hochdruck-AGR). Der Kraftstoff wird über ein Common Rail System eingebracht, wobei Kraftstoffförderung, Injektoren und Düsen aus der MAN D20 Baureihe stammen.

[0081] Als Motorenöl wurde ein Polypropylenglykolmonobutylether mit ca. 4% aschefreien Additiven der Fa. Dow Chemical, Horgen eingesetzt.

[0082] Im Abgas wurden gasförmige Komponenten (CO, THC, CO2, O2, NOx) mit einer Multikomponenten-Abgasanalyse (HoribaMEXA 7000-Reihe) und einem AVL Sesam FTIR (CH₂O, CH₃OH, Dimethoxymethan (OME1)) erfasst. Ruß wurde mit AVL MSS 483 (Microsoot Sensor) gemessen. Die gemessenen Rußkonzentrationen befanden sich an der Nachweisgrenze des Geräts von 0,05 mg/kWh. Zur Messung der Partikelanzahlkonzentration (PN) wurde Rohabgas mit einer Direktentnahmeeinheit im Verhältnis 1:10 verdünnt und einer Partikelzählanlage (Horiba MEXA-2300 SPCS) zugeführt, um die Partikelanzahl (PN) in einem PMP (particle measurement program)-nahen Verfahren zu ermitteln.

[0083] Die Untersuchungen fanden an stationären Betriebspunkten aus dem ESC (European steady cycle) statt.

Tabelle 1: Beschreibung des Einzylindermotors

Drehzahl	1200 1/min
Indizierter Mitteldruck	13 bar
Ladedruck (abs.)	1,93 bar
Abgasdruck (abs.)	1,58 bar
ATL-Gesamtwirkungsgrad (sim.)	60 %
Ladelufttemperatur	40 °C
Verbrennungsschwerpunkt	8°KW nach ZOT
Einspritzdruck	1800 bar
Einspritzung	Vor- und Haupteinspritzung

Vollmotor 1

Beschreibung des Vollmotors 1

[0084] 

Tabelle 2: Beschreibung des Vollmotors 1

Motor	D2676 LOH27
Hubvolumen	12,6 l
Leistung	353 kW
Aufladung	Zweistufig
max. Einspritzdruck	1800 bar
AGR	Lambda geregelt
Emissionsniveau	EURO V
Einspritzung	Vor- und Haupteinspritzung

[0085] Versuchsträger war ein MAN-Motor D2676LOH27. Der Lambda-geregelte AGR-Motor erreicht die Grenzwerte von Euro V innermotorisch und kann damit als Grundmotor für das Euro VI-Zeitalter angesehen werden. Die gesetzlichen Abnahmezyklen des Motors sind ESC und ETC (European transient cycle). Ab Euro VI (01.01.2013) werden diese durch den WHSC und WHTC ersetzt und zusätzlich ein Partikelanzahlgrenzwert (PN) eingeführt. Korrelationsuntersuchungen haben gezeigt, dass die im ESC/ETC erzielten PN Werte auf die WHSC/WHTC Zyklen übertragen werden können. Korrelationsfaktoren sind WHTC = ETC/2,2 und WHSC = ESC/2,2.

[0086] Als Motorenöl wurde das aschearme Shell Rimula Signia 10W40 (Aschegehalt: 0,82%) eingesetzt.

Vollmotor 2

Beschreibung des Vollmotors 2

[0087] 

Tabelle 3: Beschreibung des Vollmotors 1

Motor	D2066 LF31
Hubvolumen	10,6 l
Leistung	323 kW
Aufladung	einstufig
max. Einspritzdruck	1600 bar
AGR	Positionsgeregelt mit Rückmeldung
Emissionsniveau	EURO IV mit PM-KAT©
Einspritzung	Vor- und Haupteinspritzung

[0088] Versuchsträger war ein MAN-Motor D2066LF31. Der AGR-Motor erreicht die Grenzwerte von Euro IV mit PM-KAT©. Die gesetzlichen Abnahmezyklen des Motors sind ESC und ETC. Ab Euro VI (01.01.2013) werden diese durch den WHSC und WHTC ersetzt und zusätzlich ein Partikelanzahlgrenzwert (PN) eingeführt.
Als Motorenöl wurde das aschearme Shell RimulaSignia 10W40 (Aschegehalt: 0,82%) eingesetzt.

Prüfstandsaufbau und Messeinrichtung

[0089] Getestet wurden die Motoren 1 und 2 auf Stationärprüfständen mit Wasserwirbelbremse. Transiente Tests wie ETC und WHTC können mit der Wasserbremse nur angenähert gefahren werden. Hierbei werden Schleppanteile durch Schwachlastpunkte ersetzt. Die Abgasmesstechnik zur Erfassung der gasförmigen Emissionen bestand aus einem Multikomponentenabgasanalysator (MEXA 7170/7100 DEGR, CO, CO₂, NO_x, HC) und einem Sesam-FTIR (AVL/Ansyco) für weitere gasförmige Komponenten. Für die partikelförmigen Emissionen wurden ein Nova Microtrol 4 (Teilstromverdünnungstunnel für gravimetrische PM Bestimmung), ein AVL MSS 483 (MicroSoot Sensor) für Rußmessung (elementarer Kohlenstoff, EC) und ein AVL APC 489 (Particle Counter Advanced für Partikelanzahl) verwendet. Die Probenahme erfolgte im Rohabgas. Eine Druckindizierung erfolgte mittels AVL Indimodul 621. Partikelgrößenverteilungsmessungen erfolgten mit einem SMPS-System (TSI 3080, CPC 3775). Die Verdünnung für die SMPS Messung erfolgte mittels Teilstromverdünnungstunnel.

[0090] Das PMP- Verfahren ist in (1) und (2) beschrieben, die Grenzwerte für ESC und ETC werden in (3) aufgeführt:

(1) United Nations, ECE Regulation No. 49, Revision 5, Amendment 1, 2011.

(2) United Nations, Regulation No. 83, Revision 4, 2011.

(3) Europäische Union, Verordnung (EG) Nr 2005/55/EG.

Ausführungsbeispiel A:

[0091] Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME, 3,6-Dimethyl-2,5,8-Trioxanonan) am Einzylindermotor.
Sauerstoffgehalt: 29,6%

[0092] Im angegebenen Betriebspunkt am Einzylindermotor wurden bei 1800 bar Einspritzdruck folgende Emissionswerte erzielt. Alle Angaben beziehen sich auf die indizierte Motorleistung.

Tabelle 4: Ergebnisse der DPG-DME Versuche am Einzylinder

AGR	NOx	Ruß (MSS)	PN		CO	THC
[%(m/m)]	[g/kWh]	[mg/kWh]	[#/kWh]	[#/cm3]	[g/kWh]	[g/kWh]
keine	17,49	0,11	1,5E+11	3,4E+04	0,15	0,19
17,4	3,07	0,08	1,9E+11	5,8E+04	0,16	0,15
19,3	2,22	0,06	3,3E+11	1,0E+05	0,17	0,15
21,1	1,26	0,05	9,2E+11	3,0E+05	0,21	0,14
28,1	0,31	0,64	1,2E+14	4,1E+07	4,6	0,13
30,1	0,19	3,48	4,2E+14	1,6E+08	22,99	0,22

[0093] Die Zielwerte bezüglich PN des EuroVI-Emissionsniveaus (6E+11 #/kWh) wurden bis zum NOx Niveau von 2,22 erreicht.

Ausführungsbeispiel B:

[0094] Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME, 3,6-Dimethyl-2,5,8-Trioxanonan) am Vollmotor 1.
Sauerstoffgehalt: 29,6%

Tabelle 5: Ergebnisse der DPG-DME Versuche am Vollmotor 1

ID 2732	NOX	Ruß (MSS)	PN	CO	THC
	[g/kWh]	[mg/kWh]	[#/kWh]	[g/kWh]	[g/kWh]
ESC	1,42	0,05	9,34E+11	0,139	0,1
WHSC Korrelation			4xE+11

[0095] Die Zielwerte bezüglich PN des EuroVI-Emissionsniveaus wurden erreicht.

Vergleichsbeispiel C:

[0096] Dipropylenglykoldimethylether-Dieselkraftstoff (80/20 %)- Mischung am Vollmotor 1.
Sauerstoffgehalt: 23,7%

Tabelle 6: Ergebnisse der DPG-DME + 20% Diesel Versuche am Vollmotor

ID 2720	NOX	Ruß (MSS)	PN	CO	THC
	[g/kWh]	[mg/kWh]	[#/kWh]	[g/kWh]	[g/kWh]
ESC	1,48	0,53	7,9 xE+12	0,155	0,113
WHSC-Korrelation			3,6 xE+12

[0097] Durch einen Gehalt von 20% Dieselkraftstoff wurden die Zielwerte bezüglich PN des EuroVI-Emissionsniveaus deutlich verfehlt.

Ausführungsbeispiel D:

[0098] Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME) + 1,5 % eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷ (mit R⁷ = CH₃ und n = 21) + 0,1 % Synalox 40D700 am Vollmotor 2.
Sauerstoffgehalt: 30 %

Tabelle 7: Ergebnisse am Vollmotor 2

	NOX	Ruß (MSS)	PN	CO	HC
	[g/kWh]	[mg/kWh]	[#/kWh]	[g/kWh]	[g/kWh]
ESC(3308)	2,58	0,062	1,31E+12	0,444	0,22
WHSC(3306)	4,55	0,023	4,4E+11	0,311	0,235
ETC(3310)	2,5	0,015	4,46E+11	0,235	0,128
WHTC(3311)	4,21	0,028	6E+11	0,375	0,214

[0099] Die Zielwerte bezüglich PN des EuroVI-Emissionsniveaus wurden erreicht.

Vergleichsbeispiel E:

[0100] Dieselkraftstoff B7 gemäß EN 590 am Vollmotor 2.
Sauerstoffgehalt: 1,5%

Tabelle 8: Ergebnisse am Vollmotor 2 mit Diesel B7 gemäß EN 590

	NOX	Ruß (MSS)	PN	CO	HC
	[g/kWh]	[mg/kWh]	[#/kWh]	[g/kWh]	[g/kWh]
ESC(3321)	3,4	61,6	2,65E+14	0,745	0,078
WHSC(3323)	5,24	45,9	1,42E+14	0,880	0,187
ETC(3322)	4,28	64,1	2,13E+14	0,860	0,121
WHTC(3325)	4,89	43,99	1,32E+14	0,724	0,152

[0101] Tabelle 8 zeigt die in den Abnahmezyklen ermittelten Emissionen mit Diesel B7. Um eine Vergleichbarkeit mit den Ergebnissen mit 100 % DPGDME herzustellen, wurden für die Tests mit Diesel die aus den vorangegangen Tests ermittelten Drehmomente verwendet. Durch den geringeren Heizwert von DPGDME im Vergleich zu Diesel erfolgte durch das Motorsteuergerät eine Kennfeldverschiebung zu höheren Einspritzraten. Dies resultiert in einer höheren AGR Rate. Damit sind die NO_x Emissionen beim Betrieb mit DPGDME erniedrigt. Es besteht die Möglichkeit die PN/Ruß-Emissionen bei NO_x-neutralem Motorbetrieb weiter abzusenken.

Partikelgrößenverteilungsmessungen im ESC

[0102] In Fig. 1 ist eine Partikelgrößenverteilung für Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME) + 1,5 % eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷ (mit R⁷ = CH₃ und n = 21) + 0,1 % Synalox 40D700 sowie B7 Diesel im ESC zu sehen. Die Größenverteilung spiegelt einen Mittelwert aus den 13 gewichteten Einzelpunkten wieder. Bei Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME) + 1,5 % eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷ (mit R⁷ = CH₃ und n = 21) + 0,1 % Synalox 40D700 ist eine ausgeprägte Nukleationsmode mit einem Maximum zwischen 20 und 30 nm zu sehen. Diese besteht höchstwahrscheinlich aus motorenölgenerierten Aschepartikeln. Eine Akkumulationsmode die aus Rußpartikeln besteht, ist beim Betrieb mit Dipropylenglykoldimethylether (DPGDME) + 1,5 % eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷ (mit R⁷ = CH₃ und n = 21) + 0,1 % Synalox 40D700 nicht zu erkennen. Beim Betrieb mit B7 Diesel sind die Aschepartikel wahrscheinlich in der Akkumulationsmode enthalten. Es ist zu erwarten, dass beim Betrieb mit einem aschefreien Motorenöl die Nukleationsmode verschwindet.

Bestimmung der Cetanzahl von Kraftstoffen auf Basis von Polyoxyalkylendialkylethern:

[0103] Zur Berechnung der Cetanzahlen der Kraftstoffe auf Polyoxyalkylendialkylether - Basis kommt das sogenannte AFIDA-Gerät (Advanced Fuel Ignition Delay Analyzer) zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um eine Konstantvolumen-Brennkammer, welche mit modernen Einspritzdüsen bei hohen Temperaturen, Brennkammer- sowie Einspritzdrücken betrieben werden kann.

[0104] Ein vereinfachtes Aufbauschema ist in Fig. 2 abgebildet. Nach der Kalibrierung des Gerätes mit Hilfe primärer Standardkraftstoffe (n-Hexadecan, 1-Methylnaphtalin), kann aus der gemessenen Zündverzugszeit eines unbekannten Kraftstoffes die Cetanzahl auf Basis einer mathematischen Funktion berechnet werden. Das Gerät kommt zum Einsatz, da es aufgrund der geringen benötigten Probenvolumina und der physikalischen Eigenschaften der Testkraftstoffe einen Vorteil gegenüber genormten Prüfverfahren besitzt. Mit Letzteren wäre eine Bestimmung der Cetanzahl der Versuchskraftstoffe nicht möglich.

Bezugszeichenliste

[0105] 

1

Kraftstoffproben

2

Autosampler

3

Hochdruckpumpe

4

Beheizte Leitung

5

Rücklauf

6

Piezoinjektor

7

Drucksensor

8

Druckregler

9

Verbrennungsluft

10

Abgas

Ansprüche

1. Kraftstoff für Selbstzündungsmotoren,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftstoff mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ enthält, wobei R¹, R², R³ ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-Rest oder ein Wasserstoff-Rest ist und n 1 bis 5 ist.

2. Kraftstoff nach Anspruch 1, ferner enthaltend 0,005 bis 5 Gew.-% mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH sowie Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, vorzugsweise ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein n-Butyl-Rest, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist, sowie Gemische dieser Polyalkylenglykolalkylether.

3. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend 0,005 bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,005 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,005 bis 1,5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyalkylenglykolalkylethers der Formel R⁴O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon und/oder der Formel H(-O-CR⁵₂-CH₂-)_nO-CH₂-CH₂-O(-CH₂-CR⁵₂-O-)_nH und/oder Mischpolymerisate davon, wobei R⁴ ein Alkyl-, R⁵ ein Wasserstoff und/oder Methyl-Rest und n 10 bis 55, bevorzugt 30 bis 55, besonders bevorzugt 35 bis 55 und ganz besonders bevorzugt 40 bis 55 ist.

4. Kraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend 0,001 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyoxymethylendialkylethers der Formel R⁶O(-CH₂O-)_nR⁶, wobei R⁶ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 6 bis 10, vorzugweise 7 bis 8, ist.

5. Kraftstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend 0,001 bis 0,1 Gew.-% mindestens einer längerkettigen Fettsäure, wobei unter einer längerkettigen Fettsäure eine Fettsäure mit mindestens acht Kohlenstoffatomen verstanden wird.

6. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend 0,001 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 11 Gew.-%, Dimethylether.

7. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend 0,001 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, mindestens eines höhermolekularen Polyethylenglykoldialkylethers der Formel R⁷O(-CH₂CH₂O-)_nR⁷, wobei R⁷ ein Alkyl-Rest, bevorzugt ein C₁-bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-Rest, ist und n 11 bis 23, vorzugweise 20 bis 23, ist.

8. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend 0,001 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,05 Gew.-%, mindestens einer organischen Peroxidverbindung, vorzugsweise Di-tert-butylperoxid (DTBP).

9. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei R² in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers H oder CH₃ ist.

10. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei R¹ und R³ in der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ des mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylethers ein C₁- bis C₄-Alkyl-Rest, besonders bevorzugt ein Methyl-, ein Ethyl-, ein n-Propyl- und/oder ein n-Butyl-Rest, ganz besonders bevorzugt ein Methyl- und Ethyl-Rest und noch bevorzugter ein Methyl-Rest, ist.

11. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kraftstoff nicht mehr als 5000 ppm, vorzugsweise nicht mehr als 500 ppm und besonders bevorzugt nicht mehr als 100 ppm höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält.

12. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kraftstoff bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, höhere Kohlenwasserstoffe sowie deren Derivate enthält, wobei unter höheren Kohlenwasserstoffen sowie deren Derivaten Kohlenwasserstoffe mit mehr als drei C-Atomen verstanden werden.

13. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel CH₃OCH₂CH₂OCH₃, mindestens einen höhermolekularen Polyoxymethylendialkyl -ether der Formel CH₃O(-CH₂O-)_nCH₃, wobei n 6 bis 10 ist, und mindestens einen Polyalkylenglykolalkylether der Formel R⁴O(-CH₂-CHR⁵-O-)_nH, wobei R⁴ ein n-Butyl- und R⁵ mindestens einmal ein Wasserstoff-Rest und mindestens einmal ein Methyl-Rest ist.

14. Kraftstoff nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kraftstoff den mindestens einen niedermolekularen Polyoxyalkylendialkylether der Formel R¹O(-CHR²-CH₂-O-)_nR³ zu mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt zu mindestens 60 Gew.-%, bevorzugter zu mindestens 70 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 90 oder 95 Gew.-%, enthält.

15. Verwendung des Kraftstoffs nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Verbrennungsmotor, bevorzugt in einem Selbstzündungsmotor, besonders bevorzugt in einem Selbstzündungsmotor, der mit Motorenöl auf Basis von Polyalkylenglykolethern betrieben wird, und/oder als Reduktionsmittel beim Einsatz eines SCR-Katalysators.

Zeichnung