DE102018122645A1

DE102018122645A1 - Verfahren zur Stabilisierung von Motoröl eines mit OME-Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102018122645A1
Application number: DE102018122645.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Bippes; Thomas Garbe; Martin Hönig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Motoröls eines mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors, das der Depolymerisation von OME entgegenwirkt und die Entstehung von Ablagerungen von Paraformaldehyd verhindert. Die Erfindung sieht vor, dass eine Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Motoröl vermindert wird.Ein entsprechend eingerichtetes Fahrzeug (10) oder eine Arbeitsmaschine umfasst einen mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor (11), sowie einen Ölkreis (12) zur Versorgung des Verbrennungsmotors (11) mit einem Motoröl (13), wobei der Ölkreis (12) ein Reservoir (14) sowie eine Förderstrecke (16) für das Motoröl umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) oder die Arbeitsmaschine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Motoröls eines mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors sowie ein entsprechend eingerichtetes Fahrzeug oder eine entsprechend eingerichtete Arbeitsmaschine mit einem solchen Verbrennungsmotor.
Es besteht ein Bedarf an alternativen Kraftstoffen, einerseits, um die endlichen Kapazitäten fossiler Quellen zu schonen und vermehrt erneuerbare Energiequellen zu nutzen und andererseits, um Schadstoffemissionen zu reduzieren. Bekannt sind etwa Fettsäuremethylester, die aus nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise Rapsöl, erzeugt werden und aus diesem Grund auch als „Biodiesel“ bezeichnet werden, oder Oxymethylenether (OME).
Im Zusammenhang mit Biodiesel sind verschiedene auftretende Probleme bekannt, die zu eingeschleppten Verunreinigungen führen und in Ablagerungen und Verblockungen im Kraftstoffsystem des Dieselmotors resultieren. So beschreibt DE 10 2016 009 890 A1 , den Dieselkraftstoff über ein Mischbett aus Kationen- und Anionenaustauschern sowie einem Chelatbildner zu führen, um kleine Metallkationen wie Na⁺ oder K⁺ aber auch größere Metallkationen wie Zn²⁺ zu binden. Optional kann hinter dem Mischbett ein Wasserabsorber geschaltet sein, um das bei dem lonenaustausch gebildete Wasser zu entfernen. US 2007/0114165 A1 schlägt vor, Biodiesel durch ein Molekularsieb zu filtrieren, das zwischen Kraftstofftank und Motor angeordnet ist, um Verunreinigungen insbesondere Wasser zu entfernen und den Dieselmotor zu schützen.
Ein anderer potenter Ersatz für Dieselkraftstoffe stellen Oxymethylenether (OME) CH₃-[O-CH₂-]_n-OCH₃ mit n = 1 bis 5 (auch Oxymethylenmethylether oder Oxymethylendimethylether genannt) dar, die aus Methan und Formaldehyd synthetisiert werden können. In der Regel wird eine Mischung aus Oxymethylenethern mit n= 3 bis 5 eingesetzt (OME_3-5). Polyoxymethylenether, die eine Wiederholungszahl n ≥ 6 aufweisen, sind fest und kommen in Reinform daher in der Regel als Kraftstoff nicht zum Einsatz, sondern lediglich in gelöster Form bei Verwendung mit anderen Komponenten. OME kann Dieselkraftstoffen in beliebigen Anteilen zugemischt werden oder diesen vollständig ersetzen. Er verbrennt ohne die Entstehung von Ruß oder Stickoxiden und ist bei entsprechender Synthesestrategie CO₂-neutral.
OME ist jedoch anfällig für Depolymerisation, in deren Zug Formaldehyd H₂CO freigesetzt wird. Dieses kann zu Paraformaldehyd HO-[CH₂O]_n-H polymerisieren, welches zur Verblockung von Leitungen und Querschnitten von Düsen oder Lagern des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors führt. Zudem können Korrosion und Materialangriff erfolgen.
Neben den genannten Problemen im Kraftstoffsystem kann es auch im Bereich des Motoröls eines OME-betriebenen Verbrennungsmotors zu Problemen kommen. Diese resultieren aus dem Umstand, dass stets geringe Mengen des Kraftstoffs in das Motoröl gelangen, wo es insbesondere in Gegenwart von Wasser zur OME-Depolymerisation und Ablagerungen von Paraformaldehyd etwa an Kolbenringen, Lagern und Ölpumpen kommen kann. So wird in vielen Betriebs- oder Fahrzuständen etwa der Siedepunkt von Wasser nicht erreicht, sodass Wasser sich im Motoröl anreichert. Darüber hinaus können Abbauprodukte oder sonstige Bestandteile des OME-Kraftstoffs Komponenten des Motoröls selbst sowie der ölbenetzten Bauteile angreifen. Dadurch kann die Schmierfähigkeit des Motoröls herabgesetzt werden mit den bekannten Folgen erhöhten Verschleißes.
Grundsätzlich ist bekannt, Motoröle durch geeignete Additive, die dem Basisöl in geringen Anteilen zugemischt werden, beispielsweise Antioxidantien, zu stabilisieren (zum Beispiel US 2011/0065618 A1 , US 2010/0035774 A1 ).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Stabilität von Motorölen von OME-betriebenen Verbrennungsmotoren erhöht und insbesondere Ablagerungen und die damit zusammenhängenden Probleme vermeidet oder zumindest vermindert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird eine Stabilisierung eines Motoröls eines mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors, vorgenommen, indem eine Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd und Hydrogeniumionen in dem Kraftstoff vermindert wird.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Entstehung von Paraformaldehyd nur unter bestimmten Bedingungen stattfindet, insbesondere nur in Gegenwart bestimmter Substanzen. Der Mechanismus der Entstehung von Paraformaldehyd ist wie folgt. In der Gegenwart von Sauerstoff, welcher über die Wandungen von Lager- oder Ölbehältern eingeschleppt wird, bildet Formaldehyd CH₂O Ameisensäure CHOOH, die wiederum in Gegenwart von Wasser unter Freisetzung von freien Protonen beziehungsweise Hydrogeniumionen H₃O⁺ dissoziiert (Gleichung 1). Zudem reagiert Formaldehyd mit Wasser zu Methandiol CH₂(OH)₂, das ebenfalls unter Freisetzung von freien Protonen beziehungsweise Hydrogeniumionen H₃O⁺ dissoziiert (Gleichung 2). Das Formaldehyd resultiert dabei aus der Synthese des OME oder aus der Depolymerisation von OME. Das Wasser wird typischerweise über die Luftfeuchtigkeit eingetragen. Die Hydrogeniumionen unterstützen die säurekatalysierte Depolymerisation von OME in Gegenwart von Wasser, wodurch weitere Mengen Formaldehyd entstehen (Gleichung 3). Bereits bei Anwesenheit von Spuren von Wasser polymerisiert das so angereicherte Formaldehyd zu Paraformaldehyd OH[CH₂O]_nH mit n = 8 bis 100, welches ausfällt und zu Ablagerungen führt (Gleichung 4).
Somit ist festzustellen, dass die Depolymerisation von OME, die ursächlich für die Entstehung von Paraformaldehyd ist, die Gegenwart Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd und Hydrogeniumionen voraussetzt. Erfindungsgemäß wird nun mindestens einer dieser Reaktionspartner aus dem System entfernt und somit die OME-Depolymerisation und damit die Entstehung von Paraformaldehyd verhindert oder zumindest reduziert. Obwohl mehrere der genannten Substanzen dem Motoröl entzogen werden können, reicht es grundsätzlich aus, eine einzige dieser Substanzen zu entfernen, um die OME- Depolymerisation und die Entstehung von Paraformaldehyd zu unterbinden oder zu reduzieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mit dem Begriff „OME-Kraftstoff“ ein Kraftstoff verstanden, der im Wesentlichen aus einem Oxymethylenether (OME) CH₃-[O-CH₂-]_n-OCH₃ mit n = 1 bis 5 oder einem Gemisch solcher OME mit unterschiedlichen Kettenlängen n besteht, insbesondere ein Gemisch mit n = 3 bis 5 (OME_3-5), und somit keine weiteren Kraftstoffarten umfasst. Ferner wird mit „OME-haltiger Kraftstoff“ ein Kraftstoff bezeichnet, der einen herkömmlichen Kraftstoff, insbesondere Diesel, sowie eine Beimischung eines OME in beliebigen Anteilen enthält. Im Falle eines OME-haltigen Kraftstoffs können auch höhermolekulare OME mit n ≥ 6 eingesetzt werden, sofern diese sich im Gemisch lösen. Es versteht sich, dass der OME-Kraftstoff oder der OME-haltige Kraftstoff weitere Bestandteile, insbesondere Kraftstoffadditive in den üblichen Mengen aufweisen kann. Sofern im Folgenden lediglich Kraftstoff genannt ist, bezieht sich dies auf einen OME-Kraftstoff oder einen OME-haltigen Kraftstoff.
Als „Motoröl“ wird jegliches mineralölbasierte oder synthetische Schmieröl für die Schmierung eines Verbrennungsmotors verstanden. Üblicherweise ist das Motoröl aus einem mineralölbasierten oder synthetischen Basisöl sowie gegebenenfalls einem oder mehreren Additiven zusammengesetzt.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einer Verminderung einer Konzentration einer Substanz im Motoröl eine Verminderung der Konzentration der freien beziehungsweise gelösten Substanz verstanden, sodass die betreffende Substanz nach der erfindungsgemäßen Maßnahme im Motoröl in der freien beziehungsweise gelösten Form nicht mehr oder mit verminderter Konzentration vorhanden ist.
Grundsätzlich sind drei Ansätze der Konzentrationsminderung der zumindest einen Substanz im Rahmen der Erfindung bevorzugt.
In einem ersten Ansatz umfasst das Vermindern der Konzentration eine Sorption der zumindest einen Substanz an einer festen Phase. Mit anderen Worten kommt es zu einer Immobilisierung der zu entziehenden Substanz an der festen Phase. Dies ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise zugleich eine phasenmäßige Abtrennung der Substanz vom flüssigen Motoröl erfolgt.
Hierbei können Mechanismen der Physisorption und/oder der Chemisorption zur Anwendung kommen. Bei der Physisorption oder physikalischen Adsorption kommt es zu einer Bindung der Substanz (des Adsorbats) an einem Substrat (das Adsorbens) durch elektrostatische Kräfte, insbesondere Van-der-Waals-Wechselwirkungen, die aufgrund von Dipolmomenten im Adsorbat resultierend aus unterschiedlicher Elektronegativität der einzelnen Atome oder Gruppen im Molekül entstehen. Die Chemisorption oder chemische Adsorption bezeichnet hingegen eine Bindung des Adsorbats an einem Adsorbens, bei der es zu einer chemischen Veränderung des Adsorbats kommt. Insbesondere entsteht eine chemische, beispielsweise kovalente Bindung zwischen Adsorbat und Adsorbens. Zumeist zeichnet sich die Chemisorption durch eine wesentlich höhere Bindungsenergie gegenüber der Physisorption aus und ist nicht unbedingt reversibel. Jedoch sind die Grenzen zwischen den Mechanismen fließend.
In vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst die Sorption ein Inkontaktbringen des Motoröls mit dem Adsorbens, beispielsweise ein Leiten des Motoröls durch oder über ein Feststoffbett des Adsorbens. Beispielsweise kann ein solches Feststoffbett in einem Gehäuse, vorzugsweise einer auswechselbaren Kartusche, angeordnet sein, das mit einem Zulauf und einen Ablauf ausgestattet ist, durch welche das Motoröl ein- und ausgeleitet wird.
Ein zweiter Ansatz der Konzentrationsminderung umfasst die Zugabe eines Reagenzes zum Motoröl, das mit der zumindest einen Substanz chemisch reagiert. Insbesondere kann die Substanz mit dem zugegebenen Reagenz zu einem festen Produkt reagieren, das aus dem flüssigen Motoröl ausfällt und sedimentiert und beispielsweise durch Filtration abgetrennt werden kann. Alternativ kann die Substanz mit dem zugegebenen Reagenz zu einem flüssigen, mit dem Motoröl nicht mischbaren Produkt reagieren, das sich absetzt und beispielsweise über einen Flüssigkeitsabscheider vom Motoröl abgeschieden werden kann. Alternativ kann die Substanz mit dem zugegebenen Reagenz zu einem flüssigen Produkt reagieren, das mit dem Motoröl mischbar ist aber zu keinen unerwünschten Folgeprodukten führt und nicht die Schmiereigenschaften des Motoröls beeinträchtigt. Schließlich kann die zu entfernende Substanz mit dem zugegebenen Reagenz zu einem gasförmigen Produkt reagieren, das aus dem Motoröl entweicht. Das Reagenz kann dem Motoröl nachträglich, beispielsweise innerhalb eines von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs oder der Arbeitsmaschine, zugegeben werden. Alternativ kann das Reagenz dem Motoröl bereits initial als Additiv beigemischt werden.
Unabhängig vom Ort der Zugabe der Substanz kann die Zugabe manuell oder automatisiert erfolgen. Insbesondere die automatisierte Zugabe erlaubt eine weitere Ausgestaltung, wonach die Zugabe in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Motoröls und insbesondere der vorliegenden Konzentration der zu entfernenden Substanz gesteuert wird. Dabei kann beispielsweise ein Sensor zum Einsatz kommen, der die Konzentration der zu entfernenden Substanz misst. Möglich und kostengünstiger ist aber auch, die Konzentration der zu entfernenden Substanz über ein Modell zu ermitteln, das beispielsweise Gebrauchsdauer und -temperatur berücksichtigt.
Ein dritter Ansatz der Konzentrationsminderung umfasst das Einstellen eines thermodynamischen Parameters, bei welchem die Substanz aus dem Motoröl ausgetrieben und/oder chemisch zersetzt wird. Insbesondere kann hierbei die Temperatur des Motoröls und gegebenenfalls der Öldruck gezielt beeinflusst werden, um den Siedepunkt der Zielsubstanz und damit ihr Ausgasen aus dem Motoröl zu erreichen. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls möglich, dass die Substanz sich bei der eingestellten Temperatur chemisch zersetzt und optional ihre Folgeprodukte ausgasen. Der Wert des einzustellenden Parameters, insbesondere der Temperatur, hängt dabei von der Siedetemperatur oder Zersetzungstemperatur der zu entfernenden Substanz ab. Handelt es sich hierbei beispielsweise um Wasser, so kann eine Motoröltemperatur von mindestens 100°C eingestellt werden, um das Wasser auszugasen.
Das Einstellen des thermodynamischen Parameters kann etwa durch gezieltes Beheizen des Motoröls mittels einer geeigneten Heizvorrichtung, beispielsweise einer elektrischen Beheizung, erfolgen. Alternativ kann ein geeigneter Betriebspunkt des Verbrennungsmotors angefahren werden, der eine gegenüber der aktuellen Motortemperatur erhöhte Motortemperatur zur Folge hat und somit das Erreichen einer entsprechenden Temperatur des Motoröls erlaubt. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Einstellen des thermodynamischen Parameters zum Zwecke des Austreibens und/oder der Zersetzung der Substanz gezielt bei einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors durchgeführt, der ohnehin mit einer erhöhten Motor- und Öltemperatur einhergeht. Dies ist insbesondere bei mittleren und höheren Lastpunkten der Fall, wenn die Motortemperatur ohnehin vergleichsweise hoch ist. Dabei kann also der Lastpunkt gezielt auf noch höhere Lasten verschoben werden, als etwa durch den Fahrer des Fahrzeugs oder Bediener der Arbeitsmaschine angefordert; oder zusätzlich zu dem bereits vorliegenden hohen Lastpunkt wird die Beheizung des Motoröls vorgenommen. In beiden Fällen profitiert man von der betriebspunktbedingt vorliegenden hohen Basistemperatur des Motoröls, die eine nur geringfügige Temperaturerhöhung bis zum Erreichen der Zieltemperatur erfordert. Hierdurch kann der für die Temperaturerhöhung erforderliche Energiebedarf gesenkt werden. Sofern das Verfahren bedarfsgesteuert durchgeführt wird (siehe unten), ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung möglich, die Maßnahme zum Austreiben und/oder Zersetzen der Substanz durchzuführen oder vorzuziehen, auch wenn der Bedarf noch nicht gegeben ist.
Das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz kann entweder in konstanter Weise erfolgen oder bedarfsgesteuert, das heißt in modellbasierter oder sensorbasierter Weise. Die konstante Durchführung eignet sich besonders für die Ausführungen, in denen die Substanz im Wege der Sorption an einer festen Phase oder durch Zugabe eines Reagenzes aus dem Motoröl entfernt wird. Im Falle einer bedarfsgesteuerten Durchführung wird etwa die Konzentration der zu entfernenden Substanz oder ein hierfür indikativer Parameter mit einem geeigneten Sensor im Motoröl gemessen oder mit einem geeigneten Modell rechnerisch abgeschätzt. Beispielsweise kann der Gehalt an Wasser im Motoröl mit einem Wassersensor, einem Leitfähigkeitssensor, durch Messung der Dielektrizitätskonstante oder der Dichte gemessen werden, oder mittels eines Modells in Abhängigkeit von der Zeit seit dem letzten Ölwechsel oder der letzten Maßnahme zur Konzentrationsminderung von Wasser im Motoröl abgeschätzt werden. Entsprechende Vorgehensweisen gelten für die anderen Substanzen.
Vorzugsweise erfolgt das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz innerhalb eines Ölkreises des Motoröls im Fahrzeug oder der Arbeitsmaschine. Beispielsweise kann die Maßnahme innerhalb eines Reservoirs (Ölwanne) oder einer Förderstrecke zwischen Reservoir und Verbrennungsmotor oder zwischen Verbrennungsmotor und Reservoir angewandt werden oder in einem Bypass zur Förderstrecke. So kann das Reservoir ein Feststoffbett eines Adsorbens enthalten, mit dem das Motoröl in Kontakt steht, oder das Reagenz, das mit der zumindest einen Substanz chemisch reagiert, wird dem Reservoir manuell oder automatisiert zugegeben. Sofern die Maßnahme in der Förderstrecke angewandt wird, kann etwa ein durchströmbares Gehäuse mit dem Feststoffbett des Adsorbens in der Förderstrecke oder dem Bypass angeordnet sein oder das Reagenz wird in die Förderstrecke oder den Bypass eindosiert. Das durchströmbare Gehäuse kann mit Vorteil ähnlich einem Ölfilter als Wechselkartusche ausgebildet sein, um das Austauschen zu erleichtern. Sofern die Maßnahme in einer Beheizung des Motoröls besteht, bietet sich die Anordnung der Heizeinrichtung am oder im Reservoir an.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend einen mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, sowie einen Ölkreis zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit dem Motoröl, wobei der Ölkreis ein Reservoir sowie eine Förderstrecke für das Motoröl umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug oder die Arbeitsmaschine zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
Insbesondere können im Ölkreis Mittel zur Verminderung der Konzentration (Konzentrationsverminderungsmittel) zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Motoröl vorgesehen sein.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 Fahrzeug mit Mitteln zur Verminderung der Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion im Motoröl gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 Fahrzeug mit Konzentrationsverminderungsmittel gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, und
3 Fahrzeug mit Konzentrationsverminderungsmittel gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.

1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 11, beispielsweise einen Dieselmotor, der mit dem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betrieben wird. Ferner weist das Fahrzeug einen insgesamt mit 12 bezeichneten Ölkreis auf, der den Verbrennungsmotor 11 mit einem Motoröl 13 zum Zwecke seiner Schmierung versorgt. Das Motoröl 13 liegt in einem Reservoir 14 des Ölkreises 12, insbesondere einer Ölwanne vor, von wo es mittels einer Förderpumpe 15 über eine Förderstrecke 16 zum Verbrennungsmotor 11 und vom Verbrennungsmotor 11 zurück zum Reservoir 14 gefördert wird.
Erfindungsgemäß sind Mittel 14 zur Verminderung der Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Kraftstoff vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind diese Konzentrationsverminderungsmittel 14 innerhalb der Förderstrecke 12 angeordnet. Dabei sind die Mittel in Form eines von dem Kraftstoff durchströmbaren Festbetts eines Adsorbens zur chemischen oder physikalischen Bindung einer der vorgenannten Substanzen ausgebildet. Das Festbett ist in einem Gehäuse angeordnet, das beispielsweise als auswechselbare Kartusche ausgebildet ist. Auf diese Weise kann bei ausgeschöpfter Beladungskapazität des Adsorbens ein einfacher Austausch erfolgen. Dabei kann das Festbett aus dem Material des Adsorbens gebildet sein oder aus einem Substrat bestehen, an dem das Adsorbens seinerseits immobilisiert ist.
Wie einleitend erläutert, gelangen unausweichlich stets gewisse geringe Mengen des Kraftstoffs in das Motoröl. In dem Kraftstoff sind Spuren von Formaldehyd resultierend aus dem Herstellungsprozess des OME oder aus Zersetzung (Depolyimerisation) vorhanden. In Gegenwart von Wasser und Sauerstoff reagiert Formaldehyd zu Hydrogeniumionen (vergleiche Gleichungen 1 und 2), die wiederum die Depolymerisation von OME unter Freisetzung weiteren Formaldehyds katalysieren (Gleichung 3). Letzteres polymerisiert zu Paraformaldehyd (Gleichung 4), welches zu Problemen in Form von Ablagerungen und Verblockungen führt.
Erfindungsgemäß wird nun zumindest einer dieser an der Entstehung von Paraformaldehyd beteiligten Reaktionspartner, nämlich Formaldehyd CH₂O, Wasser H₂O, Sauerstoff O₂ oder Hydrogeniumion H₃O⁺ (nachfolgend auch Reaktionspartner) dem Motoröl entzogen. Auf diese Weise kann das Motoröl stabilisiert und der Entstehung von Paraformaldehyd wirksam entgegengewirkt werden.
In 1 sind zu diesem Zweck Mittel 17 zur Verminderung der Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Motoröl innerhalb des Ölkreises vorgesehen, die im vorliegenden Bespiel als ein Festbett 18 eines Adsorbens für den zu entfernenden Reaktionspartner ausgebildet sind. Das Festbett 18 ist in einem von dem Motoröl 13 durchströmbaren Gehäuse in der Förderstrecke 16 angeordnet. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Entfernung des Reaktionspartners der Entstehung von Paraformaldehyd bewirkt.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10, bei dem die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind. Im Unterschied zu der Ausführung der 1 ist hier das Konzentrationsverminderungsmittel 17, das hier ebenfalls als Festbettadsorber 18 ausgebildet ist, in einem Bypass 19 der Förderstrecke 16 angeordnet. Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Maßnahme zur Konzentrationsminderung bedarfsgesteuert durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann zu diesem Zeck ein Sensor (nicht dargestellt) im Ölkreis 12 angeordnet sein, der die Konzentration der zur entfernenden Substanz im Motoröl 13 misst. Soll etwa Wasser als Reaktionspartner für die Bildung von Paraformaldehyd entzogen werden, kann beispielsweise ein Wasser-, Leitfähigkeits- oder Dichtesensor eingesetzt werden. Alternativ kann die Konzentration des Reaktionspartners modelbasiert ermittelt werden. Über entsprechende Steuerventile (nicht dargestellt) kann dann der Durchfluss des Motoröls durch das Adsorberfestbett gesteuert werden.
In alternativen Ausführungen ist ein entsprechendes Sorptionsmittel am Boden des Reservoirs 14 vorgesehen.
Gemäß weiteren alternativen, hier nicht dargestellten Ausgestaltungen sind die Konzentrationsverminderungsmittel 17 zur Verminderung der Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Motoröl als eine Zudosierungsstelle in das Reservoir 14 oder die Förderstrecke 16 ausgebildet. Über die Zudosierungsstelle kann eine manuelle oder automatische Zugabe eines Reagenzes in das Motoröl erfolgen, das mit der zu entfernenden Substanz chemisch reagiert. Zu diesem Zweck können teilweise die aus nachstehender Tabelle genannten niedermolekularen Reagenzien eingesetzt werden, beispielsweise Alkoholate oder Lithiumdiisopropylamid zur Entfernung von Formaldehyd oder Hydrogeniumionen.

In der nachfolgenden Tabelle sind bespielhaft mögliche Adsorber und zugebbare Reagenzien für die verschiedenen zu entziehenden Substanzen (Reaktionspartner) genannt:

Substanz	Adsorbens/Reagenz
Sauerstoff O₂	Molekularsiebe (zum Beispiel Zeolithe Porenweite 3 Ä), Aktivkohle, Aluminiumoxid, Übergangs- oder Erdalkalimetalle (zum Beispiel Cu), Schwefel-Eisen-Oxide
Wasser H₂O	Molekularsiebe (zum Beispiel Zeolithe Porenweite 3-4 Ä), Kieselgur, metall-organische Gerüste (metal organic frameworks MOF)
Formaldehyd COH₂	Molekularsiebe (zum Beispiel Zeolithe Porenweite 3-4 Ä), Alkoholate, Lithiumdiisopropylamid, Protonenschwämme (zum Beispiel 1,8-Bis(N,N-dimethylamino)naphthalin, 4,5-Bis(dimethylamino)-fluoren, 1,8-Bis(hexamethyltriaminophosphazenyl)naphthalin)
Protonen/ Hydrogeniumionen	Alkoholate, Lithiumdiisopropylamid, Protonenschwämme (zum Beispiel 1,8-Bis(N,N-dimethylamino)naphthalin, 4,5-Bis(dimethylamino)-fluoren, 1,8-Bis(hexamethyltriaminophosphazenyl)naphthalin)

3 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, in der das Konzentrationsverminderungsmittel 17 eine Heizeinrichtung 20 umfasst, die in diesem Beispiel im Reservoir 14 (der Ölwanne) angeordnet ist. Mittels einer hier und in den vorhergehenden Figuren nicht dargestellten Steuereinrichtung wird die Heizeinrichtung 20 aktiviert, um die Öltemperatur auf eine geeignete Zieltemperatur anzuheben, bei der eine Austreibung oder eine Zersetzung der zu entfernenden Substanz stattfindet. Die Maßnahme wird beispielsweise in regelmäßigen Abständen oder bedarfsgesteuert durchgeführt, wenn also eine entsprechend hohe Konzentration der zu entfernenden Substanz im Motoröl 13 ermittelt wird. Dabei kann die Maßnahme vorgezogen werden, wenn betriebspunktbedingt bereits eine vergleichsweise hohe Öltemperatur vorliegt, beispielsweise bei längeren Vollastsituationen. In Abweichung zu der in 3 dargestellten Anordnung kann die Heizeinrichtung 20 auch an der Förderstrecke 16 angeordnet sein.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Maßnahme zur Konzentrationsminderung das gezielte Anfahren eines geeignetes Betriebspunkts des Verbrennungsmotors 11, insbesondere eine Verschiebung zu höheren Lasten, um die Öltemperatur auf die Zieltemperatur (Siedepunkt oder Zersetzungstemperatur) anzuheben.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: Verbrennungsmotor
12: Ölkreis
13: Motoröl
14: Reservoir/Ölwanne
15: Fördereinrichtung/Ölpumpe
16: Förderstrecke
17: Konzentrationsverminderungsmittel
18: Festbettadsorber
19: Bypass
20: Heizelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016009890 A1 [0003]
US 2007/0114165 A1 [0003]
US 2011/0065618 A1 [0007]
US 2010/0035774 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines Motoröls (13) eines mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotors (11), dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentration zumindest einer der Substanzen Wasser, Sauerstoff, Formaldehyd oder Hydrogeniumion in dem Motoröl (13) vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz eine Sorption der zumindest einen Substanz an einer festen Phase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sorption durch Inkontaktbringen des Motoröls mit einem Feststoffbett (18) eines Adsorbens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz eine Zugabe eines Reagenzes zum Motoröl (13) umfasst, das mit der zumindest einen Substanz chemisch reagiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zugabe der Substanz manuell oder automatisiert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz ein Einstellen eines thermodynamischen Parameters, insbesondere einer Temperatur, umfasst, bei welchem die Substanz aus dem Motoröl (13) ausgetrieben und/oder chemisch zersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Einstellen des thermodynamischen Parameters ein Beheizen des Motoröls oder ein Anfahren eines geeigneten Betriebspunkts des Verbrennungsmotors (11) mit erhöhten Motortemperaturen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz in konstanter Weise erfolgt oder in modellbasierter oder sensorbasierter Weise.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Vermindern der Konzentration der zumindest einen Substanz innerhalb eines Ölkreises für das Motoröl, insbesondere einem Reservoir (14) für das Motoröl (13) oder einer Förderstrecke (16), erfolgt.
Fahrzeug (10) oder Arbeitsmaschine, umfassend einen mit einem OME-Kraftstoff oder OME-haltigen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor (11), sowie einen Ölkreis (12) zur Versorgung des Verbrennungsmotors (11) mit einem Motoröl (13), wobei der Ölkreis (12) ein Reservoir (14) sowie eine Förderstrecke (16) für das Motoröl umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) oder die Arbeitsmaschine zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.