DE19713841C1 - Verfahren zur On-Board-Fraktionierung von motorischem Kraftstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fraktionierung von motorischem Kraft­ stoff an Bord eines Kraftfahrzeugs.

An Bord eines mit Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeugs werden für spezielle Anwendungen bestimmte Fraktionen des handelsüblichen, motori­ schen Kraftstoffs benötigt. Es ist z. B. bekannt, daß die Verwendung von nieder­ siedenden Kraftstofffraktionen in der Kaltstartphase bei Fahrzeugen mit Otto­ motoren zu einer Absenkung der Kohlenwasserstoff-Emissionen führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abtrennung einer niedersieden­ den Kraftstofffraktion aus einem motorischen Kraftstoff an Bord eines Kraftfahr­ zeugs zu schaffen, für dessen Durchführung nur ein geringes Bauvolumen und ein geringes Baugewicht benötigt wird. Darüberhinaus soll die benötigte nie­ dersiedende Kraftstofffraktion bereits beim Start des Fahrzeugs zur Verfügung stehen.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung löst obengenannte Aufgabe, indem die Fraktionierung des Kraft­ stoffes mittels einer Gasförderpumpe durch Vakuumverdampfung mit nachfol­ gender Druckkondensation erfolgt. Das Verfahren kann bei Umgebungstempe­ ratur ausgeführt werden. Es wird keine zusätzliche Wärmezufuhr oder Wärme­ abfuhr benötigt.

Die abgetrennte niedersiedende Kraftstofffraktion eignet sich insbesondere als Motorkraftstoff, mit dem eine Absenkung der Kohlenwasserstoffemissionen während der Kaltstartphase des Motors erreicht werden kann.

Darüberhinaus kann die abgetrennte niedersiedende Kraftstofffraktion als Re­ duktionsmittel für Entstickungskatalysatoren im mageren Motorabgas genutzt werden.

Die Fraktionierung des Kraftstoffs kann sowohl aus dem Kraftstoffvorratsbehäl­ ter des Kraftfahrzeugs oder aus einem zusätzlich vorhandenen Zwischenbehäl­ ter erfolgen. Im zweiten Fall kann die nach der Trennung verbleibende, höher­ siedende Fraktion in dafür geeigneten Motorbetriebsphasen als Motorkraftstoff eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aufgrund der genannten Vorteile für den Einsatz in allen mobilen Systemen, wie Personen- und Nutzfahrzeuge.

Der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens ist gering. Auf kom­ plexe Komponenten wie Verdampfer kann verzichtet werden. Folglich können Bauvolumen und Baugewicht klein gehalten werden.

Niedrigstsiedende Verbindungen wie beispielsweise Butan, die bei der Destil­ lation nur mit sehr starker Kühlung (< 0°C) kondensiert werden können, können über das erfindungsgemäße Verfahren mit vergleichsweise geringem Aufwand gewonnen werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die angestrebte Kraftstofffraktion aufgrund der im Kraftfahrzeug ver­ fügbaren elektrischen Leistung zum Betrieb der Gasförderpumpe sofort beim Start des Motors bereitgestellt werden kann. Es entfällt die Notwendigkeit eines Vorratstanks für die gewonnene Kraftstofffraktion.

Durch ständiges Absaugen der Gasphase aus dem Kraftstoffbehälter werden Verdampfungsverluste weitgehend vermieden. Dadurch werden die Kohlen­ wasserstoffemissionen aus dem Kraftstoffbehälter gesenkt und der Wirkungs­ grad des Kraftfahrzeugs erhöht.

Die Erfindung wird anhand von Figur näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Diagramm zur Zusammensetzung einer mit dem erfindungs­ gemäßen gewonnenen niedersiedenden Kraftstofffraktion.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Fig. 1 näher erläutert. Im Kraftstoffbehälter erfolgt über den durch die Gasförderpumpe erzeugten Unter­ druck (P_saug) die Verdampfung der niedersiedenden Komponenten. Auf der Druckseite der Pumpe werden diese durch den höheren Druck (P_druck) wieder kondensiert. Je nach Pumpentyp kann über die Auslegung der Pumpe (Druck auf Saug- und Druckseite) der gewünschte Siedebereich der zu gewinnenden niedersiedenden Fraktion sowie über die Pumpenleistung die erforderliche Fraktionierungszeit eingestellt werden.

Als besonders geeignet erwiesen sich Vakuummembranpumpen, die war­ tungsfrei (ölfrei) arbeiten, eine hohe Lebensdauer haben und unempfindlich gegen in der Pumpe kondensierende Medien sind. Auch der elektrische Lei­ stungsbedarf einer solchen Membranpumpe ist gering (< 200 W).

Bevorzugte Werte für P_saug und P_druck sind:
P_saug < 1 bar, insbesondere P_saug < 300 mbar;
P_druck < 1 bar, insbesondere 1 bar < P_druck ≦ 2 bar.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei Umgebungstempe­ ratur ausgeführt werden. Zur Erhöhung der Fraktionierungsgeschwindigkeit kann jedoch auch die Saugseite der Gasförderpumpe beheizt werden und/oder die Druckseite der Gasförderpumpe gekühlt werden.

Fig. 2 zeigt die Zusammensetzung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren gewonnenen niedersiedenden Kraftstofffraktion (schraffierte Balken) im Vergleich zur Zusammensetzung des Ausgangskraftstoffs vor der Abtrennung. Die Siedepunkte der einzelnen Komponenten sind jeweils in Klammern ange­ geben. Der Druck auf der Saugseite betrug 100 bis 300 mbar, auf der Druck­ seite 1 bis 2 bar. Wie die Fig. 2 zeigt, werden niedersiedende Komponenten stark angereichert, während höhersiedende Kraftstoffkomponenten (u. a. Aro­ maten) nahezu nicht mehr enthalten sind.

Claims (11)

1. Verfahren zur Abtrennung einer niedersiedenden Kraftstofffraktion aus einem motorischen Kraftstoff an Bord eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Verfahrensschritte

• 1. Abpumpen des Kraftstoffbehälters mit einer Gasförderpumpe zur Er­ zeugung eines Unterdrucks, bei dem die Komponenten der abzu­ trennenden niedersiedenden Kraftstofffraktion verdampft werden,
• 2. Kondensation der Komponenten der niedersiedenden Kraftstoff­ fraktion auf der Druckseite der Gasförderpumpe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck bei der Verdampfung der Komponenten der niedersieden­ den Kraftstofffraktion kleiner 1 bar gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf der Druckseite der Gasförderpumpe bei der Kondensation der Komponenten der niedersiedenden Kraftstofffraktion größer 1 bar gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gasförderpumpe eine Membranpumpe ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kraftstoff ein Otto- oder Dieselkraftstoff oder Kerosin ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponenten der niedersiedenden Kraftstoff­ fraktion direkt für die motorische Verbrennung genutzt oder in einem Vorratsbehälter aufgefangen werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter der Kraftstoffvorratsbehälter des Kraftfahrzeugs ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter ein Zwischenbehälter ist, der zusätzlich zum Kraftstoffvorratsbehälter des Kraftfahrzeugs vorhanden ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die niedersiedende Kraftstofffraktion als Kraftstoff für die Kaltstartphase des Motors genutzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nie­ dersiedende Kraftstofffraktion als Reduktionsmittel für Entstickungskata­ lysatoren im mageren Abgas genutzt wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die im Kraftstoffbehälter verbleibende höhersie­ dende Kraftstofffraktion für Vollastphasen mit hoher Motorkompression genutzt wird.