Kraftstoffe

	Kenngrößen	Ottokraftstoffe	Stoffwerte
	Diese Erläuterungen sind teilweise aus dem "Kraftfahrtechnischen Taschenbuch" und dem Buch "Autoelektrik / Autoelektronik" von Bosch, die im Vieweg-Verlag Wiesbaden erschienen sind, zitiert. Diese handlichen Nachschlagewerke mit knapp gefaßten Beiträgen, die einen Einblick in den gegenwärtigen Stand der Kfz-Technik geben, sind als gebundene Ausgabe mit 370 (bzw. 314) Seiten in der mittlerweile 23. (bzw. 3.) Auflage bei Amazon erhältlich.

Kenngrößen

Heizwert, Brennwert
Der spezifische Heizwert H_u (früher "unterer Heizwert") und der spezifischen Brennwert H_o (früher "oberer Heizwert" oder "Verbrennungswärme) sind Größen für den Energieinhalt von Brennstoffen. Bei Kraftstoffen, in deren Verbrennungsprodukten Wasser auftritt, hat nur der spezifische Heizwert H_u ("Verbrennungswasser" dampfförmig) eine Bedeutung.
Sauerstoffhaltige Kraftstoffkomponenten ("oxygenates") wie Alkohole, Ether, Fettsäuremethylester haben einen geringeren Heizwert als reine Kohlenwasserstoffe, weil der in ihnen gebundene Sauerstoff nicht an der Verbrennung teilnimmt. Um eine mit üblichen Kraftstoffen vergleichbare Leistung zu erreichen, steigt damit der Verbrauch.

Gemischheizwert
Der Heizwert des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches bestimmt die Leistung des Motors. Er ist bei gleichem stöchiometrischen Verhältnis für alle flüssigen Kraftstoffe und Flüssiggase nahezu gleich groß (etwa 3500 ... 3700 kJ/m³).

Ottokraftstoffe

Verschiedene nationale bzw. überregionale Normen legen die Mindestanforderung für Ottokraftstoffe fest.
EN228 (Europäische Norm) beschreibt das in Europa eingeführte unverbleite Benzin ("Euro-Super"). In der nationalen Ausgabe DIN EN228 sind darüber hinaus noch die unverbleiten Normal- und "Super Plus"-Kraftstoffe beschrieben. In den USA sind Ottokraftstoffe in ASTM D439 (American Society for Testing and Materials) spezifiziert. Ottokraftstoffe bestehen aus Kohlenwasserstoffen, die Zusätze von sauerstoffhaltigen, organischen Komponenten sowie Additive zur Verbesserung ihrer Eigenschaften enthalten können.
Es wird zwischen Normal- und Superkraftstoff unterschieden. Super-Kraftstoff weist eine höhere Klopffestigkeit zum Betreiben höher verdichteter Motoren auf. Außerdem gelten für Sommer und Winter sowie für verschiedene Regionen unterschiedliche Flüchtigkeitsmerkmale.

Unverbleites Benzin (EN 228)
Der Einsatz von Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung setzt den Betrieb mit bleifreiem Benzin voraus; denn Blei würde die Edelmetallbeschichtung (z.B. Platin) der Katalysatoren sowie die zur Regelung der Katalysatoren eingesetzten Lambda-Sonden schädigen und damit inaktiv machen.
Bleifreie Kraftstoffe bilden ein Gemisch aus besonders hochwertigen, hochoktanigen Komponenten (z.B. Platformate, Alkylate und Isomerisate). Als metallfreie Zusätze zur Erhöhung der Klopffestigkeit können mit guter Wirkung Ether, z.B. Methyltertiärbutylether (MTBE), in Konzentrationen von 3 ... 15% sowie Alkoholgemische (Methanol 2 ... 3%, höhere Alkohole) zugegeben werden. Der Bleigehalt ist ab dem Jahr 2000 auf maximal 5mg/l begrenzt.

Verbleites Benzin
Verbleite Ottokraftstoffe sind in Europa ab dem Jahr 2000 nicht mehr zugelassen bzw. dürfen nur in Ausnahmefällen für eine Übergangszeit vertrieben werden.
Weltweit sind aber in einzelnen Ländern noch verbleite Kraftstoffe im Handel, ihr Anteil geht jedoch ständig zurück.

Dichte
Die zulässige Dichtespanne für Kraftstoffe ist in der EN228 auf 720 ... 775 kg/m³ begrenzt. Super-Kraftstoffe haben wegen des i.a. höheren Aromatengehalts eine höhere Dichte als Normal-Kraftstoffe und in diesem Fall auch einen geringfügig höheren Heizwert.

Klopffestigkeit (Oktanzahl)
Die Oktanzahl kennzeichnet die Klopffestigkeit eines Ottokraftstoffs. Je höher die Oktanzahl, desto klopffester ist der Kraftstoff. International gibt es zwei verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Oktanzahl: die Research-Methode (ROZ) und die Motor-Methode (MOZ).

Wichtige Eigenschaften von Ottokraftstoffen, unverbleit, EN 228 (gültig ab 01.01.2000)


Anforderungen	Einheit	Kenngröße
Klopffestigkeit
Super, min.	ROZ/MOZ	95/85
Normal, min. ¹)	ROZ/MOZ	91/82,5
Super Plus ¹)	ROZ/MOZ	98/88

Dichte	kg/m³	720 ... 775
Schwefel, max.	mg/kg	150
Benzol, max.	Vol.-%	1
Blei, max.	mg/l	6

Flüchtigkeit
Dampfdruck im Sommer, min./max.	kPa	45/60
Dampfdruck im Winter, min./max..	Vol.-%	60/90 ¹)
verdampfte Menge bei 70°C im Sommer, min./max.	Vol.-%	20/48
verdampfte Menge bei 70°C im Winter, min./max.	Vol.-%	22/50
verdampfte Menge bei 100°C, min./max.	Vol.-%	46/71
verdampfte Menge bei 150°C, min./max.	Vol.-%	75/-
Siedeende, max.	°C	210
VLI Übergangszeit ³), max. ²)		1150 ¹)

¹) Nationale Werte für Deutschland, ²) VLI=Vapour Loc Index, ³) Frühjahr und Herbst

ROZ, MOZ
ROZ (Research-Oktanzahl) nennt man die nach der Research-Methode bestimmte Oktanzahl. Sie kann als maßgeblich für das Beschleunigungsklopfen angesehen werden.
MOZ (Motor-Oktanzahl) nennt man die nach der Motor-Methode bestimmte Oktanzahl. Sie beschreibt vorwiegend die Eigenschaften hinsichtlich des Hochgeschwindigkeitsklopfens.
Die Motor-Methode unterscheidet sich von der Research-Methode durch Gemischvorwärmung, höhere Drehzahl und veränderliche Zündzeitpunktverstellung, wodurch sich eine höhere thermische Beanspruchung des zu untersuchenden Kraftstoffs ergibt. Die MOZ-Werte sind niedriger als die ROZ-Werte.
Der Zahlenwert der Oktanzahl bis 100 gibt an, wieviel Volumenprozent iso-Oktan c₈H₁₈ (Trimethylpentan) sich in einem Gemsch mit n-Heptan C₇H₁₆ befindet, das in einem Prüfmotor gleiches Klopfverhalten zeigt wie der zu prüfende Kraftstoff. Dem sehr klopffesten iso-Oktan wird dabei die Oktanzahl 100 ROZ bzw. MOZ, dem sehr klopffreudigen n-Heptan die Oktanzahl 0 zugeordnet.

Erhöhung der Klopffestigkeit
Normales Destillat-Benzin hat eine niedrige Klopffestigkeit. Erst durch Vermischen verschiedener, klopffester Raffinerie-Komponenten ergibt sich ein Kraftstoff mit für moderne Motoren ausreichenden Oktanzahlen. Dabei muß ein möglichst hohes Oktanzahlniveau über den gesamten Siedebereich vorliegen. Kohlenwasserstoffe mit ringförmigem Molekülaufbau (Aromaten) und verzweigten Ketten (iso-Paraffine) sind klopffester als geradkettige Moleküle (n-Paraffine).
Zusätze von sauerstoffhaltigen Komponenten (Methanol, Ethanol, Methyltertiärbutylether) wirken sich positiv auf die Oktanzahl aus, können aber zu anderen Schwierigkeiten führen (Alkohole erhöhen die Flüchtigkeit und können Materialprobleme verursachen).

Flüchtigkeit
Um ein gutes Fahrverhalten zu gewährleisten, müssen die Flüchtigkeitsmerkmale von Ottokraftstoffen hohe Anforderungen erfüllen. Auf der einen Seite sollen genügend leichtflüchtige Komponenten enthalten sein, um einen sicheren Kaltstart zu gewährleisten. Auf der anderen Seite darf die Flüchtigkeit nicht so hoch sein, daß es bei höheren Temperaturen zu Heißstart- und Fahrproblemen ("vapour-lock") kommt. Außerdem sollen die Verdampfungsverluste zum Schutz der Umwelt gering gehalten werden. Zur Beschreibung der Flüchtigkeit gibt es verschiedene Kenngrößen.
In den EN 228 sind 10 verschiedene Flüchtigkeitsklassen spezifiziert, die sich in Dampfdruck Siedeverlauf und dem VLI (Vapour-Lock-Index) unterscheiden. Die einzelnen Nationen können, jeweils nach den spezifischen klimatischen Gegebenheiten, einzelne dieser Klassen in ihrer nationalen Norm übernehmen.

Additive
Additive (Zusätze) bestimmen neben der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe (Raffinerie-Komponenten) ganz wesentlich die Qualität von Kraftstoffen. Eingesetzt werden meist Pakete aus Einzelkomponenten mit verschiedenen Wirkungen.
Additive müssen in ihrer Konzentration sehr sorgfältig abgestimmt und erprobt sein und dürfen auch keine negativen Nebenwirkungen haben. Sie werden deshalb zweckmäßigerweise vom Kraftstoffhersteller dosiert und beigemischt, dies geschieht markenspezifisch beim Befüllen der Tankwagen in der Raffinerie. Eine nachträgliche Zugabe von Additiven in den Fahrzeugtank durch den Betreiber sollte dann unterbleiben.
Alterungsschutzmittel, die den Kraftstoffen zugesetzt werden, erhöhen deren Lagerstabiliät, vor allem beim Einsatz von Crack-Komponenten. Sie verhindern eine Oxidation durch Luftsauerstoff und unterbinden eine katalytische Einwirkung von Metallionen (Metalldeaktivatoren).
Die Einlaßsystem-Reinhaltung (Vergaser, Einspritzventile, Einlaßventile) ist die Voraussetzung für die Erhaltung der im Neuzustand optimierten Gemischeinstellung und -aufbereitung und somit für einen störungsfreien Fahrbetrieb und die Schadstoffminimierung im Abgas. Aus diesem Grund sollten dem Kraftstoff wirksame Reinigungsadditive zugesetzt sein ("detergent-Additive").
Der Korrosionsschutz soll das "Einschleppen" von Wasser im Kraftstoffsystem verhindern. Ein Zusatz von Additiven für den Korrosionsschutz, die den Wasserfilm unterwandern, kann die Korrosion wirksam unterbinden.

Stoffwerte
Stoffwerte flüssiger Kraftstoffe und Kohlenwasserstoffe


Stoff	Dichte kg/l	Haupt- bestandteile Gewichts-%	Siede- temperatur °C	Spezif. Verdamp- fungswärme kJ/kg¹)	Spezif. Heizwert MJ/kg¹)	Zünd- tempe- ratur °C	Luft- bedarf, theoretisch kg/kg	Zündgrenze untere/obere Vol.-% Gas in der Luft

Ottokraftstoff, Normal Super Flugbenzin Kerosin Dieselkraftstoff	0,715...0,765 0,730...0,780 0,720 0,77...0,83 0,815...0,855	86C, 14H 86C, 14H 85C, 15H 87C, 13H 86C, 13H	25...215 25...215 40...180 170...260 180...360	380...500 - - - ~ 250	42,7 43,5 43,5 43 42,5	~ 300 ~ 400 ~ 500 ~ 250 ~ 250	14,8 14,7 - 14,5 14,5	~ 0,6 / ~ 8 - / - ~ 0,7 / ~ 8 ~ 0,6 / ~ 7,5 ~ 0,6 / ~ 7,5
Ethanol C₂H₅OH	0,79	52C,13H,35O	78	904	26,8	420	9,0	3,5 / 15
Methanol CH₃OH	0,79	38C,12H,50O	65	1110	19,7	450	6,4	5,5 / 26
Viskosität bei 20°C in mm²/s: Benzine~0,6 Dieselkraftstoff~4 Ethanol~1,5 Methanol~0,75
¹) Werte je l = Werte je kg x Dichte in kg/l

Last Update: 17.04.2004 19:43