DE102008024382A1

DE102008024382A1 - Verfahren und Stoffzusammensetzung zur Verminderung der Motorölverdünnung bei Verbrennungskraftmaschinen und/oder deren Auswirkung

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Publication number: DE102008024382A1
Application number: DE102008024382A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Dr. Krahl; Axel Prof. Dr.-Ing. Munack; Jens Dr. Haupt; Dieter Dipl.-Ing. agr. Bockey
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: DE102008024382B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stoffzusammensetzung zur Verminderung der parasitären Motorölverdünnung bei Verbrennungskraftmaschinen, die mit Kraftstoffen betrieben werden, die Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder andere sauerstofffunktionalisierte langkettige Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge ab C12 enthalten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Motoröl in direkter oder indirekter Form Zusätze beigegeben werden, die im Zusammenwirken mit den technischen Komponenten des Ölkreislaufs den Wiederaustritt von Kraftstoffkomponenten aus dem Motoröl beschleunigen und/oder durch chemische Reaktionen mit dem eingetretenen Kraftstoff diesen in Substanzen umwandeln, die die Eigenschaften des Motoröls weniger beeinträchtigen als die ursprünglichen Kraftstoffkomponenten. Für diesen Zweck geeignete Stoffe sind kurz- bis mittelkettige unverzweigte oder verzweigte Monoalkohole, unverzweigte oder verzweigte Mono-Ester von Dialkoholen, Alkylketone, Alkylether oder Alkylamine und deren Mischungen. Diese Zusätze werden entweder in direkter Form dem Motoröl zugegeben oder als Komponente des Kraftstoffs gemeinsam mit diesem in das Motoröl eingetragen. Die Erfindung schlägt weiterhin eine Dosierung der genannten Stoffe bzw. Mischungen entsprechend Betriebszustand oder in Wartungsintervallen in das Motoröl vor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das die parasitäre Verdünnung des Motoröls bei Verbrennungskraftmaschinen, die mit Kraftstoffen betrieben werden, die Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder andere sauerstofffunktionalisierte langkettige Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge ab C₁₂ enthalten, vermindert. Sie bezieht sich weiterhin auf eine Stoffzusammensetzung, die sowohl während des Betriebes als auch bei Wartungsarbeiten dem Motoröl zugesetzt werden kann oder als Additivkomponente Bestandteil des Motoröls ist, und den Austrag von für die Funktionalität des Motoröls schädlichen Komponenten erleichtert.
Prinzipbedingt kann bei Verbrennungskraftmaschinen ein Eintrag von Kraftstoffkomponenten oder Verbrennungsprodukten in das Motoröl nicht vermieden werden. Diese Erscheinung ist bereits sehr lange bekannt. Sie wirkt sich kritisch auf die betroffenen Bauteile aus, da sich durch den Kraftstoffeintrag die Viskosität, das Viskositäts-Temperaturverhalten und die Benetzung der zu schmierenden Oberflächen durch das Öl erheblich ändern. Außerdem bestehen durch Kraftstoffeintrag eine erhöhte Korrosionsgefahr und die Gefahr der Bildung störender polymerer Verbindungen, die als sog. Ölschlamm die Funktion des gesamten Systems in Frage stellen.
Der als Folge des sog. „blow by” bekannte Effekt wurde in den vergangenen Jahrzehnten des industriellen Automobilbaus insbesondere durch eine präzisere Fertigung der Passung Kolben/Zylinder und andere konstruktive Maßnahmen deutlich verringert. Auch die Normung von Dieselkraftstoffen bis hin beispielsweise zur DIN EN 590 hat erheblich dazu beigetragen, die Motorölverdünnung zu vermindern. In Verbindung mit den in Bezug auf die Ölverdünnung ebenfalls weiterentwickelten toleranteren Motorölen konnte das Problem zwischenzeitlich als technisch beherrscht eingeschätzt werden.
Seit etwa 1995 sind jedoch Entwicklungen eingetreten, die die Motorölverdünnung erneut in den Fokus des technischen Interesses rücken. Hierzu gehören zum einen der verstärkte Einsatz von Biokraftstoffen und zum anderen der bei Selbstzündermaschinen zunehmende Trend zum Einsatz von regenerierbaren Partikelfiltern sowie die weitere Absenkung des innermotorischen Kompressionsdruckes.
Als Substitut für mineralölbasierte Kraftstoffe werden für Selbstzündermaschinen z. B. Fettsäuremethylestermischungen als Kraftstoff oder Kraftstoffkomponente eingesetzt.
Aufgrund deren Abstammung von Pflanzenölen oder tierischen Fetten ergibt sich nach der chemischen Umwandlung eine sehr eng geschnittene und vergleichsweise hohe Siedelage derartiger Biokraftstoffe, die aus diesem Grunde in einem erheblichen Maße zur Ölverdünnung beitragen. Auch andere potenzielle Biokraftstoffe und deren Elends mit klassischen Dieselkraftstoffen, die Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder andere sauerstofffunktionalisierte langkettige Kohlenwasserstoffe enthalten, verursachen aufgrund des Siedeverhaltens dieser Stoffe ebenso eine beschleunigte und nicht reversible Verdünnung des Motoröls.
Der zunehmende Einsatz von Partikelfiltern im PKW-Bereich, die zur Regeneration einer erhöhten Temperatur der katalytisch aktiven Oberfläche bedürfen, führt durch die dafür praktizierte Kraftstoffnacheinspritzung zu einem erhöhten Kraftstoffeintrag in das Motoröl. Obwohl dieser Umstand durch eine separate Kraftstoffinjektion nach dem Motor vermieden werden könnte, benutzen viele Unternehmen der Automobilindustrie aus wirtschaftlichen Gründen die im System bereits vorhandene Einspritzeinheit auch für die Dosierung der zur Regenerierung des Partikelfilters notwendigen Kraftstoffmenge.
Zur Verminderung des Kraftstoffeintrages bzw. zur Beschleunigung des Austrages ist eine ganze Reihe von konstruktiven Lösungen bekannt geworden. Frühe Bauformen von Selbstzündermotoren haben das Kurbelwellengehäuse zur Atmosphäre hin entlüftet. Diese umweltgefährdende Lösung wurde später durch geschlossene bzw. halbgeschlossene Systeme ersetzt, die Gase aus dem Kurbelwellengehäuse in die Ansaugluft führen (z. B. in DE 1952258 U und DE 1952258 U beschrieben). Der Schwerpunkt der erfinderischen Tätigkeit bestand dabei jedoch nicht in der Verhinderung eines Kraftstoffeintrages in das Motoröl sondern in der Abtrennung des aus dem Verbrennungsabgas stammenden Reaktionswassers, um Folgeschäden (Korrosion, Blockieren durch Ausfrieren im Winter) zu verhindern.
Da die Regeneration von Partikelfiltern in der fortgeschrittenen Technik die nunmehr häufigste Ursache für einen erhöhten Kraftstoffeintrag in das Motoröl ist, beschäftigen sich eine Reihe von Erfindungen mit Lösungsvorschlägen, wie durch eine geeignete Betriebsweise der Kraftstoffeintrag zumindest begrenzt werden kann. EP 1744022 A1 schlägt daher vor, die Nacheinspritzung nur in einem Zylinder vorzunehmen. Ebenso werden Steuerungen vorgeschlagen, die im Falle erhöhter Kraftstoffgehalte die Regeneration der Partikelfilter aussetzen ( JP 2007071121 AA ). In anderen Fällen werden sehr komplexe Anordnungen eingesetzt, die beispielsweise mit einer Vorinjektion bei niedrigen Kolbenstellungen arbeiten ( JP 2007016746 AA ) oder spezielle Verdampferanordnungen beinhalten, die durch den Betriebszustand gesteuert werden ( EP 1586752 A1 , JP 2003322052 AA ).
Mehrere Erfindungen beschreiben technische Lösungen, wie der Grad der Motorölverdünnung ermittelt werden kann. Eine Gruppe von Erfindungen bezieht sich dabei auf modellhafte Vorausberechnungen der Ölverdünnung aus der eingespritzten Kraftstoffmenge und anderen Betriebsparametern ( WO 2006005650 A1 , EP 1614870 A1 , JP 2006002705 AA ), eine andere nutzt zur Bestimmung der Ölverdünnung mit Kraftstoffen physikalisch-technische Erscheinungen, wie z. B. durch die Diagnose von Vorentzündungen durch Kraftstoffdämpfe vor der eigentlichen Einspritzung ( JP 2005344641 AA , EP 1602815 A2 ), durch Bestimmung mit Hilfe von radioaktiven Tracern ( FR 2864240 A1 ), durch kombinierte Messung des Ölfüllstandes zu verschiedenen Zeitpunkten ( DE 102004039836 A1 ) und durch Prüfung der Abgase auf unverbrannte Kraftstoffanteile ( DE 102005051924 A1 ).
Mehrere Erfindungen beanspruchen in diesem Zusammenhang Motorölzusammensetzungen bzw. Additive. Dabei steht die Einstellung und Erhaltung einer guten Schmierfähigkeit – auch bei Alterung und Kraftstoffeinträgen – im Vordergrund. Für diesen Zweck werden üblicherweise Phosphor- und schwefelhaltige Komponenten benutzt, wie in DD 296950 A5 beschrieben. Komplexe Motorölzusammensetzungen aus Dialkylphosphonaten, Sulfonaten und Antioxidationsmitteln, wie z. B. in DE 2912866 C2 beschrieben, sollen diese Aufgabe auch unter Berücksichtigung des Eintrages schädlicher Verbrennungsprodukte erfüllen.
Die bekannten technischen Lösungen zur Verminderung oder Begrenzung der parasitären Verdünnung des Motoröls bei Verbrennungskraftmaschinen durch Kraftstoffe konzentrieren sich auf konstruktive Maßnahmen zur Verminderung des Eintrages, in einzelnen Fällen auch zur Beschleunigung des Austrages, und Algorithmen zur Steuerung von Injektionsvorgängen in Verbindung mit sehr unterschiedlichen Konzepten zur Ermittlung oder Vorhersage des Grades des Kraftstoffeintrages. Darüber hinaus werden die Motorölzubereitungen so angefertigt, dass eine hohe Toleranz gegenüber den Auswirkungen eines Eintrages von Kraftstoffen und Verbrennungsprodukten besteht.
Die genannten Konzepte erweisen sich jedoch besonders unter dem Gesichtspunkt des Einsatzes von Kraftstoffen, die Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder andere sauerstofffunktionalisierte langkettige Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge ab C₁₂ enthalten, nur als sehr begrenzt wirksam. Es ist nachteilig, dass der Einsatz von Kraftstoffen, die aus höheren Anteilen der genannten sauerstofffunktionalisierten langkettigen Kohlenwasserstoffen bestehen, trotz der genannten Maßnahmen entweder nicht möglich ist, zu verkürzten Ölwechselintervallen führt, oder die Aufnahmekapazität durch vergrößerte Ölmengen gewährleistet werden muss. Weiterhin entsteht bei Verfahren, die bei zu hohen Kraftstoffanteilen im Motoröl die Nacheinspritzung zur Regenerierung von Partikelfiltern unterbinden, die Gefahr, dass sich zu große Partikelmengen ansammeln, deren spätere Oxidation zu unzulässigen Temperaturerhöhungen an der katalytisch aktiven Oberfläche führt, in deren Folge der Partikelfilter irreversibel zerstört wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine geeignete Stoffzusammensetzung zur Verminderung der Motorölverdünnung und/oder zur Beseitigung deren Auswirkung vorzuschlagen, die die Nachteile bisheriger technischer Lösungen vermeidet bzw. in Kombination mit bekannten Maßnahmen besondere Vorteile bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Motoröl Zusätze aus den Stoffklassen

• unverzweigte und verzweigte Monoalkohole, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten und deren Ester mit C₁ bis C₅-Fettsäuren,
• unverzweigte und verzweigte Mono-Ester von Dialkoholen, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, mit C₁ bis C₅-Fettsäuren,
• Alkylketone, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten,
• Alkylether, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten,
• Alkylamine, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten,

Überraschend wurde gefunden, dass Zusätze der genannten Stoffklassen zu einem Motoröl mit erhöhtem Kraftstoffanteil bei typischen Öl-Betriebstemperaturen zu einem verstärkten Austrag der Kraftstoffkomponenten Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder anderer sauerstofffunktionalisierter langkettiger Kohlenwasserstoffe führt, der ohne diese Zusätze aufgrund des ungünstigen Siedeverhaltens der genannten Stoffe nicht eintritt. Darüber hinaus werden bei Verwendung von Alkoholen und Estern Umesterungsvorgänge an den in das Motoröl eingetretenen Fettsäurealkylester-Kraftstoffkomponenten initiiert, die bei einer geeigneten Auswahl der Alkoholkomponente sowohl den Austrag beschleunigen als auch die eingetretenen Fettsäurealkylester-Kraftstoffkomponenten in Substanzen umwandeln, die erheblich weniger zu einer Viskositätserniedrigung des Motoröls führen als die ursprünglichen Kraftstoffkomponenten bzw. die Gefahr des Abreißens des Schmierfilms vermindern.
Der Zusatz erfolgt entweder unmittelbar in das Motoröl oder mittelbar unter Verwendung als Kraftstoffkomponente, die durch den „blow by” gemeinsam mit anderen Teilen des Kraftstoffs in das Motoröl eingetragen wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Zusatz zum Motoröl mit Hilfe einer Dosierpumpe erfolgt. Die Dosierung kann von den Betriebszuständen der Maschine abhängig gemacht werden, um eine besonders hohe Wirkung bzw. einen möglichst niedrigen Einsatz der genannten Stoffe zu garantieren. Als Einflussgrößen eignen sich insbesondere

• ein laufleistungsabhängiges Signal,
• ein Signal, das die Anzahl zwischenzeitlich erfolgter Kraftstoffnacheinspritzungen ausgibt,
• ein von der Änderung des Ölvolumens (ohne Benutzereingriff) abhängiges Signal,
• die Ausgabe eines Sensors, der die Veränderung physikalischer Eigenschaften des Motoröls (z. B. der komplexen Dielektrizitätskonstante oder der Viskosität) meldet oder
• die Kombinationen dieser Messgrößen.

Es wurde gefunden, dass die Kopplung der Dosierung mit der Motoröltemperatur die Effizienz der erfindungsgemäßen Lösung weiter steigert, wenn insbesondere bei hohen Öltemperaturen eine verstärkte Dosierung erfolgt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, durch auf die Zusätze spezifisch ansprechende Sensoren oder Vorausberechnung stets eine Mindestkonzentration der Zusätze im Motoröl sicherzustellen.
Die erfindungsgemäßen Zusätze können je nach Betriebsweise alternativ in einer für die gesamte Lebenszeit der Motorölfüllung ausreichenden Menge einmalig dem Motoröl zugegeben werden, bereits in der Motorölzubereitung als Additiv enthalten sein oder nach regelmäßigen Wartungsintervallen hinzugefügt werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand folgender Beispiele näher erläutert werden.
1. Ausführungsbeispiel
Zur Untersuchung der grundsätzlichen Eignung des Wirkprinzips erfolgt zunächst eine Simulation unter Laborbedingungen. Die Anordnung entspricht dem Aufbau einer üblichen atmosphärischen Labordestillation, obwohl zu erwarten ist, dass sich die Effekte durch Betrieb unter vermindertem Druck, wie er sich bei Motoren durch die übliche Verbindung der Kurbelwellenentlüftung mit der Frischluftansaugung einstellen wird, noch verstärken werden.
Für die Untersuchungen wurde ein einfacher Destillationsaufbau 1 nach 1 gewählt:
Auf einen 250 ml Weithalskolben 3 wurde eine Destillierkolonne aufgesetzt und mit einem Liebigkühler versehen. In der Vorlage befanden sich 100 ml Motoröl, Rapsölmethylester (RME) und Additiv.
Die Temperaturen im Ölbad 2 variierten zwischen 80 und 140°C. In einer systematischen Testreihe mit verschiedensten Additiven erfolgte die Aufheizung zweistufig. Stufe 1 hielt die Temperatur bei 105°C für ca. 1 h und Stufe 2 bei 140°C für ca. 1 h.

Die Prüfungen erfolgten u. a. unter Verwendung der in Tab. 1 genannten Additive: Tab. 1 Untersuchte Additive und deren Siedetemperaturen

Additiv	Siedetemperatur in °C
Ethanol	78,4
Propanol	97,2
2-Propanol	82,3
Butanol	117,7
2-Butanol	92,5
iso-Butanol	106
2-Pentanol	120,5
3-Pentanol	115,6
Pentandiol	114
2-Methyl-2-Butanol	102,2
3-Methyl-2-Butanol	111,8

Die Analysen wurden gaschromatographisch durchgeführt.
Die beispielhaft abgebildeten Chromatogramme des Motoröls (2) und deren Auswertung (3) hinsichtlich des Restgehalts an RME (siehe Bezugszeichen 17) bzw. neu gebildeter Stoffe (siehe Bezugszeichen 18) zeigen eine Abnahme der RME-Signale und zusätzlich Produkte aus der Reaktion des Additivs mit dem RME.
Die Auswertung der Chromatogramme der aufgefangenen Destillate 4 zeigt den Austrag von Fettsäuremethylester (FAME) in das Destillat bei ölbadtypischen Temperaturen. Auch hierbei wird deutlich, dass zusätzliche Signale gefunden werden.
Mit diesen Messungen wird belegt, dass einerseits FAME unter den genannten Bedingungen aus dem Motoröl entfernt wird und zusätzlich das Additiv Reaktionen mit dem Motoröl eingeht.
2. Ausführungsbeispiel

Die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Lösung für motorische Systeme wurde mit Hilfe eines 1-Zylinder-Industriekleinmotors vom Typ Farymann 18D (4 und 5) überprüft. Der Motor hat folgende charakteristische Daten: Tab. 2 Charakteristische Daten des Prüfmotors

Modell	Farymann 18D
Anzahl Zylinder	1
Bauweise	stehend/vertikal
Nennleistung (IFN ISO)	4,7 kW
Max. Drehzahl	3600 min^–1
Max. Drehmoment bei 2500 min^–1	15,2 Nm
Verdichtungsverhältnis	20:1
Schmierölverbrauch	1 g/kWh
Schmierölmenge	1 L
Tankinhalt (Kraftstoff)	4 L

Da das Erreichen eines für die nachfolgenden Prüfungen signifikanten Biokraftstoffanteils im Motoröl durch Eintrag aus dem Kraftstoff selbst eine sehr lange Vorlaufzeit erfordern würde, wird der Test dadurch abgekürzt, dass bereits mit Kraftstoff angereichertes Motoröl zur Befüllung verwendet wird. In Fachkreisen wird davon ausgegangen, dass ein Kraftstoffanteil im Schmieröl oberhalb von 5% als kritisch anzusehen ist.
Unter Verwendung eines Motoröls M1 vom der Viskositätsklasse SAE 15W40 wird eine kraftstoffangereicherte Mischung M2 nach folgender Rezeptur hergestellt:
3,6 L Motoröl M1 werden mit 0,4 L Rapsmethylester nach DIN EN 14214 als Fettsäuremethylester (FAME) versetzt und in einem Rührgefäß bei etwa 60°C homogenisiert. Aus dieser Mischung M2 wird die zu testende additivierte Mischung M3 hergestellt, indem einer Menge von 0,1 Litern M2 30 ml des Additivs (n-Butanol) beigefügt werden.
Die motorischen Prüfungen werden in gleicher Weise mit den Mischungen M2 und M3 durchgeführt. Die nachfolgend für M2 ausgeführte Versuchsbeschreibung gilt daher sinngemäß ebenso für M3:
Zunächst wird das gebrauchte Schmierölfilter 20 (4) durch ein fabrikneues ersetzt.
Durch Öffnen der Ölablassschraube 24 (5) wird das bisher enthaltene Motoröl weitestgehend entfernt, bis nur noch einzelne Tropfen austreten. Danach wird die Ablassschraube wieder geschlossen und 0,5 L der Mischung M2 über die Öleinfüllung 19 (4) in den Motor zur Spülung gegeben. Anschließend wird die Ölablassschraube 24 nochmals geöffnet, und das Spülgemisch wieder herausgelassen. Der Spülvorgang wird noch einmal wiederholt. Danach erfolgt die Betriebsfüllung des Motors mit der verbleibenden Menge (1 L) der Mischung M2 über die Öleinfüllung 19.
Als Kraftstoff wird handelsüblicher DK nach DIN EN 590 eingesetzt, der gemäß einer IR-spektroskopischen Bestimmung nach DIN EN 14078 bereits 4,6% (V/V) FAME enthält und mit weiterem RME bis zu einer Gesamt-FAME-Konzentration von 10% (V/V) versetzt wird.

Der Motor wird nun 7 h bei einer Drehzahl von 2.500 min^–1 und einer Leistungsabgabe von 3 kW dauerhaft betrieben. Nach einer Abkühlungsperiode von 12 h wird das beanspruchte Motoröl entnommen und untersucht:
Es werden folgende Prüfergebnisse gefunden: Tab. 3 Untersuchungsergebnisse an Motorölen mit unterschiedlicher Vorgeschichte

	M1	M2	M2 nach Motorlauf	M3 nach Motorlauf
Halbquantitative gaschromatographische Charakterisierung (GC-MS)	-	FAME	FAME, Signal vergleichbar mit M2	FAME, Signal geringer als bei M2 Große Signale, die Butylestern der Ölsäure zuzuordnen sind
Viskosität in mm²/s bei 40°C	108,7	60,1	59,2	82,3
Viskosität in mm²/s bei 100°C	14,6	11,3	11,1	12,9

Die Ergebnisse zeigen, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung

1. ein wesentlicher Teil des die Viskosität vermindernden FAME-Anteils im Motoröl wieder ausgetragen wird (wohingegen ohne das Additiv keine solche Wirkung erzielt wird) und
2. ein weiterer Teil des FAME in Butylester umgewandelt wird.

Damit werden wesentliche Beeinträchtigungen der Funktionalität, die mit dem potenziellen Eintrag von Fettsäuremethylestern aus Blendkraftstoffen in das Motoröl verbunden sind, vermieden bzw. rückgängig gemacht.
Weiterhin belegen diese Untersuchungen, dass eine Charakterisierung des Verdünnungsgrades des Motoröls durch Viskositätsmessungen (oder abgeleitete Größen) – gegebenenfalls in Kombination mit anderen Messgrößen – möglich ist, die zu Steuerungszwecken herangezogen werden kann.
3. Ausführungsbeispiel
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Verwendung eines Sensors, der den Grad der Ölverdünnung mit Fettsäurealkylesterkomponenten erkennen und Signale abgeben soll, die entweder eine Information an den Nutzer zur Zugabe des erfindungsgemäßen Zusatzes im Rahmen von Wartungsmaßnahmen geben oder zur Ansteuerung einer zur Verbrennungskraftmaschine gehörigen Dosiereinrichtung für den Zusatzstoff benutzt werden.
Im vorliegenden Falle wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich Motoröle und die verwendeten Zusatzstoffe hinsichtlich der komplexen Dielektrizitätskonstanten unterscheiden.
Ein als Kondensator ausgebildeter Sensor, der mit einem Messplatz MCM 101 der Fa. „imag-dlo” zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstante verbunden ist, wird in Motorölmischungen mit unterschiedlichen Gehalten an Fettsäurealkylester (hier: Sojamethylester) eingetaucht. Die Messung erfolgt bei 20 MHz und einer Temperatur von 20°C.
Auf eine Umrechnung der Signale unter Verwendung von Geometriekonstanten für den Sensor und Kalibrierungen wird in diesem Beispiel verzichtet sondern lediglich das Signal des Messplatzes ausgewertet, da diese Vorgehensweise auch beim technischen Einsatz bevorzugt sein wird.
Es ergeben sich folgende Prüfwerte: Tab. 4: Auswertung von Prüfungen am Messplatz MCM 101

Sojamethylester-Gehalt [%] DK-Messwert [unkorrigiert]

0,0 2,88

2,4 2,92

4,9 2,96

7,0 3,02

10,3 3,09

12,3 3,12

15,3 3,17

16,9 3,21

20,0 3,25

100,0 4,37
Die Messungen zeigen, dass es mit einem geeigneten Sensor gelingt, den Gehalt an Fettsäurealkylestern zu erfassen. Diese elektrische Größe kann anschließend für die in der Erfindung beschriebenen Steuerungskonzepte eingesetzt werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kommt es – analog zum Ausführungsbeispiel – nicht auf die absolute Höhe des Messwertes an. Vielmehr ist ein relatives Signal vollkommen ausreichend, die außerdem zum Zeitpunkt der Wartung (Neubefüllung mit Motoröl) als Referenzpunkt abgeglichen werden kann.
In weitergehenden Untersuchungen wird festgestellt, dass die erhaltenen Signale zwar merklich temperaturabhängig, vorteilhafterweise dagegen nur sehr wenig von einer potenziellen Verdünnung mit den erfahrungsgemäß die Motorfunktion weniger beeinträchtigenden Mineralölkraftstoffkomponenten abhängig sind. Bei einer technischen Realisierung sind eine differentielle Auswertung und/oder eine zusätzliche Temperaturkompensation vorteilhaft.
Auch die Gegenwart der Additive hat einen Einfluss auf die Dielektrizitätskonstante, diese folgt jedoch im Gegensatz zum FAME-Gehalt einem nichtlinearen Zusammenhang mit der Konzentration. Auf diese Weise ist es möglich, die Einflüsse mit Hilfe eines geeigneten Modells zu separieren und für Steuerungszwecke auszunutzen.

1 (Prinzipanordnung der Labordestillation)

1: Atmosphärische Labordestillation bestehend aus Verdampferkolben, Destillationsaufsatz, Kühler und Destillatvorlage
2: Heizplatte mit Ölbad
3: Gemisch aus Motoröl, Rapsmethylester und Additiv
4: Aufgefangenes Destillat

2 (Prinzipieller Verlauf der Chromatogramme des Motoröls)

5: GC-Signal
6: Retentionszeit in min
7: Signale, die dem Rapsmethylester zuzuordnen sind
8: Hauptsignal des Rapsmethylesters
9: Signale von Umwandlungsprodukten
10: Bereich, mit für Motoröl typischen Signalen

3 (Auswertung der gaschromatographischen Untersuchungen am Motoröl)

11: Fläche der GC-Peaks in μVs
12: Motoröl der Viskositätsklasse SAE 15W40 + Rapsmethylester
13: Wie 12, jedoch mit Additiv 1: Butanol
14: Wie 12, jedoch mit Additiv 2: 2-Propanol
15: Wie 12, jedoch mit Additiv 3: 1-Propanol
16: Wie 12, jedoch mit Additiv 4: Ethanol
17: Peakfläche des Hauptsignals des Rapsmethylesters
18: Peakfläche des jeweiligen Umwandlungsproduktes

4 (Details I zum Prüfmotor Farymann 18D)

19: Öleinfüllung
20: Schmieröl-Wechselfilter
21: Öffnung für Ansaugluft
22: Luftfilter
23: Auspuff

5 (Details II zum Prüfmotor Farymann 18D)

24: Ölablass
25: Kraftstofftank
26: Öffnung für Kühllufteintritt
27: Öffnung für Kühlluftaustritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1952258 U [0008, 0008]
- EP 1744022 A1 [0009]
- JP 2007071121 AA [0009]
- JP 2007016746 AA [0009]
- EP 1586752 A1 [0009]
- JP 2003322052 AA [0009]
- WO 2006005650 A1 [0010]
- EP 1614870 A1 [0010]
- JP 2006002705 AA [0010]
- JP 2005344641 AA [0010]
- EP 1602815 A2 [0010]
- FR 2864240 A1 [0010]
- DE 102004039836 A1 [0010]
- DE 102005051924 A1 [0010]
- DD 296950 A5 [0011]
- DE 2912866 C2 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 590 [0003]
- DIN EN 14214 [0033]
- DIN EN 590 [0036]
- DIN EN 14078 [0036]

Claims

Verfahren und Stoffzusammensetzung zur Verminderung der Motorölverdünnung bei Verbrennungskraftmaschinen und/oder deren Auswirkung, die mit Kraftstoffen betrieben werden, die Fettsäurealkylester, Fettsäureester zwei- und mehrwertiger Alkohole, Fettalkohole oder andere sauerstofffunktionalisierte langkettige Kohlenwasserstoffe mit einer Kettenlänge ab C₁₂ enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motoröl a) entweder unmittelbar oder b) durch Eintrag als Komponente des Kraftstoffs Zusätze aus den Stoffklassen • unverzweigte und verzweigte Monoalkohole, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten und deren Ester mit C₁ bis C₅-Fettsäuren, • unverzweigte und verzweigte Mono-Ester von Dialkoholen, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, mit C₁ bis C₅-Fettsäuren, • Alkylketone, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, • Alkylether, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, • Alkylamine, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, einzeln oder in Mischungen in Gesamtkonzentrationen von 0,9 bis 30% (vorzugsweise 2 bis 10%) bezogen auf das Motoröl oder den Kraftstoff beigefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Austrag und/oder zur Verminderung der Wirkung schädlicher Kraftstoffkomponenten vorgesehenen Zusätze durch eine Dosiereinrichtung während des Betriebes direkt in das Motoröl eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung der zum Austrag und/oder zur Verminderung der Wirkung schädlicher Kraftstoffkomponenten vorgesehenen Zusätze laufleistungsabhängig, abhängig von der Anzahl zwischenzeitlich erfolgter Kraftstoffnacheinspritzungen, in Relation zu einem sich ohne Benutzereingriff verändernden Ölvolumen oder zum Signal eines Sensors, der als Maß für den Kraftstoffeintrag die Veränderung physikalischer Eigenschaften des Motoröls (z. B. der komplexen Dielektrizitätskonstante oder der Viskosität) meldet, durch Kombination dieser Messgrößen und/oder beim Erreichen hoher Motoröltemperaturen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung der zum Austrag und/oder zur Verminderung der Wirkung schädlicher Kraftstoffkomponenten vorgesehenen Zusätze so erfolgt, dass durch kontinuierliche Messung der Konzentration durch auf die Zusätze spezifisch ansprechende Sensoren oder Vorausberechnung stets ein ausreichender Anteil dieses Zusatzes im Motoröl vorhanden ist.
Verfahren und Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Austrag und/oder zur Verminderung der Wirkung schädlicher Kraftstoffkomponenten vorgesehene Zusatz in einer für die gesamte Lebenszeit der Motorölfüllung ausreichenden Menge einmalig zugegeben wird, bereits in der Motorölzubereitung enthalten ist oder nach regelmäßigen Wartungsintervallen hinzugefügt wird.