EP4515228A1 - VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINER NORMIERTEN RUßBILDUNGSNEIGUNG EINES STOFFGEMISCHS - Google Patents

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINER NORMIERTEN RUßBILDUNGSNEIGUNG EINES STOFFGEMISCHS

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EP4515228A1
EP4515228A1 EP23717915.5A EP23717915A EP4515228A1 EP 4515228 A1 EP4515228 A1 EP 4515228A1 EP 23717915 A EP23717915 A EP 23717915A EP 4515228 A1 EP4515228 A1 EP 4515228A1
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EP
European Patent Office
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reformulyzer
soot formation
ysitotal
subgroup
functional
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23717915.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yvonne Bittner
Kerstin KÖRTKE
Michael Bippes
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4515228A1 publication Critical patent/EP4515228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2829—Mixtures of fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G75/00—Inhibiting corrosion or fouling in apparatus for treatment or conversion of hydrocarbon oils, in general
    • C10G75/04—Inhibiting corrosion or fouling in apparatus for treatment or conversion of hydrocarbon oils, in general by addition of antifouling agents
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N2030/884—Integrated analysis systems specially adapted therefor, not covered by a single one of the groups G01N30/04 - G01N30/86 analysis specially adapted for the sample organic compounds

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the tendency to form soot by means of a gas chromatographic component analysis of hydrocarbon types and oxygenates of a mixture of substances.
  • the topic of soot particle formation in fuels is very crucial these days, as the emissions and soot particle formation from motor vehicles should be continually reduced. This is particularly due to the tightening of the guidelines in connection with the EU 7 reform.
  • the new guidelines must be met for motor vehicles and fuels and a range of different fuels must be tested.
  • the inventory effectiveness must be checked, for example for City Fuels.
  • the YSI Yield Sooting Index
  • the YSI represents a good basis for describing the tendency to soot formation.
  • the YSI is referred to in German as the soot formation tendency index. This index is currently complicated to determine. It is then possible to determine the soot formation tendency index by means of an individual component analysis of a fuel.
  • EP 1 953 545 A1 discloses a method for the quantitative analysis of a mixture of molecular compounds by two-dimensional gas chromatography, in which a two-dimensional chromatogram (CHR) is generated from a chromatographic signal (SB) and chromatographic peaks are selected on the polygon aid.
  • CHR two-dimensional chromatogram
  • SB chromatographic signal
  • the method includes the following steps for at least one polygon: fitting a polygon by identifying portions of the chromatographic signal contained in the polygon, with the following further steps: (a) determining start times, end times and maximum chromatographic peaks, present on the portions, (b) The polygon is adjusted by moving intersections between the polygon and the sections as a function of the start times, the end times and the maximum chromatographic peaks, (c) An amount of at least one molecular compound is determined by the area of the adjusted polygon is calculated.
  • Document WO 1997/01142 A1 describes a method for predicting physical, perceptual, performance or chemical properties of a complex hydrocarbon mixture, comprising: (a) selecting at least one property of the hydrocarbon mixture, (b) selecting reference samples, wherein the Reference samples contain characteristic types of compounds present in the complex hydrocarbon mixture and which have known values of the property or properties selected in step (a), (c) creating a sample set by the steps: (1) injecting each reference sample into a gas chromatograph equipped with is connected to a mass spectrometer, which causes at least a partial separation of the hydrocarbon mixture into chemical components. (2) Introducing the chemical components of each reference sample into the mass spectrometer under dynamic flow conditions. (3) Obtain a series of time-resolved mass chromatograms for each reference sample.
  • step (f) multiplying the matrix from step (e) by the coefficients from step c (10) to produce a predicted value of the property or properties.
  • the invention is based on the object of developing a simplified method for determining a soot formation tendency index for a mixture of substances, which consists of a large number of individual components that differ in terms of material and percentage volume, in particular hydrocarbon types and oxygenates, whereby the method result should be suitable , to incorporate the soot formation tendency of mixtures of substances to be compared into the standardization in the form of a soot formation tendency index assigned to the substance mixtures.
  • the starting point of the method according to the invention is the ISO 22854:2016 standard with the title “Liquid mineral oil products - Determination of hydrocarbon types and oxygenates in motor vehicle gasoline and in ethanol (E85) - Multidimensional gas chromatography method”.
  • a reformulyzer analysis according to ISO 22854 is available for most fuels used today. This means that in most cases there is no individual component analysis, but rather a reformulyzer analysis according to the ISO 22854 standard.
  • Gas chromatography is carried out according to ISO 22854. The result is then presented as a so-called Reformulyzer in a so-called Reformulyzer output.
  • the individual components are divided into functional supergroups and Reformulyzer groups, whereby the Reformulyzer analysis contains the Reformulyzer groups i, which are differentiated according to the number of carbon atoms.
  • the Reformulyzer groups i, divided according to the number of carbon atoms, are also referred to as Reformulyzer subgroups.
  • the YSh of the respective Reformulyzer subgroup i will be taken from a database available for this purpose, which the applicant has created by evaluating the individual components belonging to the respective Reformulyzer subgroups i.
  • the database comprises the individual components belonging to a Reformulyzer subgroup i with the respective YSh of the respective individual components, the YSh for the respective Reformulyzer subgroup i being determined within the database according to the invention.
  • the method has preferred embodiment variants.
  • the Reformulyzer subgroups i for example C7 and C8, can form a single Reformulyzer group.
  • Subgroup can be combined. This means that less data has to be added up in the last step of the process, summing up.
  • Reformulyzer subgroups i that are close to one another and whose values are less than five volume percent apart are combined into several functional Reformulyzer supergroups.
  • Reformulyzer subgroups i can be combined across several functional Reformulyzer supergroups, for example C7 and C8 to C(7+8) of the Reformulyzer supergroups to form a Reformulyzer subgroup i. This means that less data has to be added up in the last step of the process, summing up.
  • the first embodiment variant can be advantageously combined with at least one of the second to fourth embodiment variants.
  • the advantages of the method are that the costs for determining the overall soot formation tendency index YSItotal are reduced because there are no
  • a standard determination of the overall soot formation tendency index YSItotal also advantageously leads to a standard and standardizable statement about the soot formation tendency for each fuel F or additive B. That is, using the overall soot formation tendency index YSItotal can A comparison of the overall soot formation tendency indices YSItotal of different fuels F and additives B can advantageously take place and be standardized in a standard.
  • the invention provides that all fuels for which the tendency to soot formation must be predicted can be examined and evaluated, in particular standardized, using this method.
  • the method can advantageously be used when developing new fuels F or additives B as well as when checking existing fuels.
  • the overall soot formation tendency index YSItotal When operating the vehicles, it is possible according to the invention for the overall soot formation tendency index YSItotal to be transmitted either automatically (for example wirelessly) or manually to a receiving unit, in particular a control device with the receiving unit of a vehicle. If such a value is present in the engine control unit, the soot formation tendency index YSItotal can be used for a more precise determination of the control of the operating parameters of the internal combustion engine and/or the exhaust system.
  • the soot formation tendency index YSItotal can also be displayed to the user via the HMI, so that the user has standardized information about whether he is using a fuel F or an additive B that tends to produce a high level of soot formation or a low level of soot formation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Rußbildungsneigung mittels einer gaschromatographischen Komponentenanalyse von Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten eines Stoffgemischs, insbesondere eines Kraftstoffs (F) oder eines Zusatzstoffs (B), mittels einer Reformulyzeranalyse. Es ist vorgesehen, einen normierbarer Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) von Stoffgemischen nach der Gleichung (1) YSIGesamt = ∑YSIi ∙ Vi / 100 zu bestimmen, wobei der prozentuale volumetrische Anteil (Vi) jeder Reformulyzer-Untergruppe (i) mit dem der Reformulyzer-Untergruppe (i) zugeordneten Rußbildungsneigungs-Index (YSIi) multipliziert wird, wonach die ermittelten Werte zu dem Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) aufsummiert werden. Es wird zudem eine Vorgehensweise zur Bestimmung eines den Untergruppen (i) zugeordneten Rußbildungsneigungs-Index (YSIi) repräsentierenden Rußbildungsneigungs-Index (YSIi-M) beschrieben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung einer normierten Rußbildungsneigung eines Stoffgemischs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Rußbildungsneigung mittels einer gaschromatographischen Komponentenanalyse von Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten eines Stoffgemischs.
Das Thema der Rußpartikelbildung von Kraftstoffen ist in der heutigen Zeit sehr entscheidend, da die Emissionen beziehungsweise die Rußpartikelbildung von Kraftfahrzeugen immer weiter gesenkt werden soll. Dies hängt insbesondere mit der Verschärfung der Richtlinien im Zusammenhang mit der EU-7-Reform zusammen. Dabei müssen für die Kraftfahrzeuge beziehungsweise für die Kraftstoffe die neuen Richtlinien erfüllt werden und eine Brandbreite von unterschiedlichen Kraftstoffen getestet werden. Des Weiteren muss die Bestandswirksamkeit zum Beispiel für City Fuels überprüft werden. Der YSI (Yield Sooting Index) stellt eine gute Grundlage zur Beschreibung der Rußbildungsneigung dar. Der YSI wird in deutscher Sprache als Rußbildungsneigungs-Index bezeichnet. Dieser Index ist momentan kompliziert zu bestimmen. Es besteht danach die Möglichkeit der Bestimmung des Rußbildungsneigungs-Index mittels einer Einzelkomponentenanalyse eines Kraftstoffes. In nachteiliger Weise muss somit bei der Bestimmung des Rußbildungsneigungs-Index eine Einzelkomponentenanalyse durchgeführt werden. Diese Analyse beinhaltet viele Daten und ist sehr zeitaufwendig und kostenintensiv. Des Weiteren besteht das Problem, dass bei dieser Methode nicht alle Komponenten zugeordnet werden können und als Unbekannte gelistet sind. Dies führt letztlich in nachteiliger Weise zu Abweichungen bei der Berechnung.
Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift DE 68927 133 T2 bekannt. Sie schlägt ein Verfahren zur Bestimmung des Gehalts an aromatischem Kohlenstoff einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Lösung vor, die mehr als eine aromatische Verbindung enthält, bei dem wie folgt vorgegangen wird, (a) Die Lösung wird mittels Flüssigkeitschromatographie in Fraktionen getrennt, (b) Jede Fraktion wird separat mit UV-Licht in einem Wellenlängenbereich, von dem mindestens ein Teil im Bereich von 200 nm bis 400 nm liegt, bestrahlt, (c) Die Absorption des UV-Lichts wird durch die aromatischen Kohlenwasserstoffe in jeder Fraktion gemessen, (d) Anschließend wird das Integral der Absorption als Funktion der Photonenenergie über der Energie entsprechend dem Wellenlängenbereich ermittelt, (e) Schließlich wird der Gehalt an aromatischem Kohlenstoff aus dem Absorptionsintegral bestimmt. Die Druckschrift EP 1 953 545 A1 offenbart ein Verfahren zur quantitativen Analyse eines Gemisches molekularer Verbindungen durch zweidimensionale Gaschromatographie, bei dem aus einem chromatographischen Signal (SB) ein zweidimensionales Chromatogramm (CHR) erzeugt wird, und chromatographische Peaks an der Polygonhilfe selektiert werden.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte für mindestens ein Polygon: Anpassen eines Polygons, indem Teile des chromatographischen Signals, die in dem Polygon enthalten sind, identifiziert werden, mit den folgenden weiteren Schritten: (a) Bestimmen von Startzeiten, Endzeiten und maximalen chromatographischen Peaks, die auf den Portionen vorhanden sind, (b) Das Polygon wird durch Verschieben von Schnittpunkten zwischen dem Polygon und den Abschnitten als Funktion der Startzeiten, der Endzeiten und der maximalen chromatographischen Peaks eingestellt, (c) Eine Menge mindestens einer molekularen Verbindung wird bestimmt, indem die Fläche des so angepassten Polygons berechnet wird.
Die Druckschrift WO 1997/01142 A1 beschreibt ein Verfahren zum Vorhersagen von physikalischen, Wahrnehmungs-, Leistungs- oder chemischen Eigenschaften eines komplexen Kohlenwasserstoffgemisches, das Folgendes umfasst: (a) Auswahlen mindestens einer Eigenschaft des Kohlenwasserstoffgemisches, (b) Auswahlen von Referenzproben, wobei die Referenzproben charakteristische Verbindungstypen enthalten, die in dem komplexen Kohlenwasserstoffgemisch vorhanden sind und die bekannte Werte der in Schritt (a) ausgewählten Eigenschaft oder Eigenschaften aufweisen, (c) Erstellen eines Probesatzes durch die Schritte: (1) Injizieren jeder Referenzprobe in einen Gaschromatographen, der mit einem Massenspektrometer verbunden ist, wodurch zumindest eine teilweise Trennung des Kohlenwasserstoffgemisches in chemische Bestandteile bewirkt wird. (2) Einführen der chemischen Bestandteile jeder Referenzprobe in das Massenspektrometer unter dynamischen Strömungsbedingungen. (3) Erhalten einer Reihe von zeitaufgelösten Massenchromatogrammen für jede Referenzprobe. (4) Kalibrieren der Massenchromatogramme, um die Retentionszeiten zu korrigieren. (5) Auswählen einer Reihe von korrigierten Retentionszeitfenstern. (6) Auswählen einer Reihe von Molekül- und/oder Fragmentionen innerhalb jedes Retentionszeitfensters, wobei die Ionen repräsentativ für charakteristische Verbindungen oder Molekülklassen sind, die innerhalb des Retentionszeitfensters erwartet werden. (7) Aufzeichnen der Gesamtmenge jeder charakteristischen Verbindung oder Verbindungsgruppe, die in Schritt c (6) ausgewählt wurde. (8) Bilden der Daten aus den Schritten c (6) und c (7) in eine X-Block-Matrix. (9) Bilden der in (a) ausgewählten Daten für in (b) ausgewählte Referenzproben in eine Y-Block-Matrix.
(10) Analysieren der Daten aus den Schritten c (8) und c (9) durch multivariate Korrelationstechniken einschließlich partieller kleinster Quadrate, Hauptkomponentenregression oder Ridge-Regression, um eine Reihe von Koeffizienten zu erzeugen, (d) Unterwerfen einer unbekannten Kohlenwasserstoffmischung den Schritten c (I) bis c (3) auf die gleiche Weise wie die Referenzprobe, um eine Reihe von zeitaufgelösten Massenchromatogrammen zu erzeugen.
(e) Wiederholen der Schritte c (4) bis c (8) für jedes Massenchromatogramm von Schritt (d) und
(f) Multiplizieren der Matrix aus Schritt (e) mit den Koeffizienten aus Schritt c (10), um einen vorhergesagten Wert der Eigenschaft oder Eigenschaften zu erzeugen.
Zusammengefasst wird im Stand der Technik gemäß der Druckschrift DE 68927 133 T2 eine (Molekül-)Gruppenbildung vorgeschlagen, während die Druckschrift EP 1 953 545 A1 die Bestimmung in Peakgruppen vorsieht, wobei schließlich die Druckschrift WO 1997/01142 A1 das Auswählen von Molekül- und/oder Fragmentionen offenbart, um Kohlenwasserstoffgemische zu analysieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung eines Rußbildungsneigungs-Index für ein Stoffgemisch zu entwickeln, welches aus einer Vielzahl von sich stofflich und hinsichtlich des prozentualen Volumenanteils unterscheidenden Einzelkomponenten, insbesondere Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten, besteht, wobei das Verfahrensergebnis geeignet sein soll, die Rußbildungsneigung von zu vergleichenden Stoffgemischen in Form eines den Stoffgemischen zugeordneten Rußbildungsneigungs-Index in die Normung einzubringen.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Norm ISO 22854:2016 mit dem Titel „Flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung von Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten in Kraftfahrzeugbenzin und in Ethanol (E85) - Mehrdimensionales Gaschromatographieverfahren“.
Für die meisten heutzutage auftretenden Kraftstoffe liegt eine Reformulyzeranalyse nach ISO 22854 vor. Es liegt somit zumeist keine Einzelkomponentenanalyse, sondern eine Reformulyzeranalyse nach der Norm ISO 22854 vor. Nach der ISO 22854 wird eine Gaschromatographie durchgeführt. Das Ergebnis wird anschließend als sogenannter Reformulyzer in einem sogenannten Reform ulyzer-Output dargestellt. Bei der Reformulyzeranalyse nach ISO 22854 erfolgt eine Einteilung der Einzelkomponenten in funktionale Obergruppen und in Reformulyzer-Gruppen, wobei die Reformulyzeranalyse die Reform ulyzer-Gruppen i enthält, die nach Anzahl der Kohlenstoffatome unterschieden werden. Die nach Anzahl der Kohlenstoffatome eingeteilten Reformulyzer-Gruppen i werden auch als Reformulyzer-Untergruppen bezeichnet. Bei der mehrdimensionalen Gaschromatographie wird zudem der prozentuale volumetrische
Anteil V; der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i bestimmt.
Zur Bestimmung der Rußbildungsneigung mittels einer gaschromatographischen Komponentenanalyse von Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten eines Stoffgemischs, insbesondere eines Kraftstoffs (F) oder eines Zusatzstoffs (B) mittels einer Reformulyzeranalyse sind folgende Schritte vorgesehen:
(I) Einteilen der innerhalb der Komponentenanalyse bestimmten Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten des Stoffgemischs in funktionale Reform ulyzer-Obergruppen,
(II) Einteilen der bestimmten Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten nach der Anzahl der Kohlenstoffatome in Reformulyzer-Untergruppen (i), die den funktionalen Reformulyzer- Obergruppen zugeordnet sind,
(III) Bestimmen des prozentualen volumetrischen Anteils (Vj) der jeweiligen Reformulyzer- Untergruppe (i) vom Gesamtvolumen des Stoffgemischs.
Erfindungsgemäß sind als weitere Schritte vorgesehen, das
(IV) Zuordnen eines Rußbildungsneigungs-Index (YSh) zu jeder Reformulyzer-Untergruppe (i) und das
(V) Bestimmen eines Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) nach der Gleichung (1) YSIcesamt = £ YSh ■ V/ 100, wobei der volumetrische Anteil (Vj) jeder Reformulyzer- Untergruppe (i) mit dem der Reformulyzer-Untergruppe (i) zugeordneten Rußbildungsneigungs-Index (YSh) multipliziert wird, wonach die ermittelten Werte zu dem Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) aufsummiert werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung erläutert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine grundsätzliche Verfahrensweise in einer schematischen
Übersichtsdarstellung und
Figur 2 eine durchgeführte Reformulyzeranalyse nach ISO 22854. Figur 1 zeigt die grundsätzliche Verfahrensweise in einer schematischen Übersichtsdarstellung.
Es werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ottomotorische Kraftstoffe F oder auf der Basis von Kohlenwasserstoffen hergestellte Zusatzstoffe B, sogenannte Blends, die zumeist den ottomotorischen Kraftstoffen F als Additive zugeschlagen werden, auf ihre Rußbildungsneigung untersucht.
Innerhalb des Verfahrens liefert eine durchgeführte Reformulyzeranalyse nach ISO 22854, wie erläutert und in den Figuren 1 und 2 verdeutlicht ist, eine Einteilung der Einzelkomponenten in funktionale Reformulyzer-Obergruppen und in Reformulyzer-Untergruppen i, wobei innerhalb der Reformulyzeranalyse nach ISO 22854 der prozentuale volumetrische Anteil V; der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i bestimmt wird und somit zu weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorliegt.
Die funktionalen Reformulyzer-Obergruppen sind Naphthene, Paraffine, cyclische Olefine, Olefine, Aromaten und Oxygenate.
Die Reformulyzer-Untergruppen i sind gemäß Figur 2 den jeweiligen funktionalen Obergruppen zugeordnet und nach Anzahl mit dem Bezugszeichen V; (V = volumetrischer Anteil in % vom Gesamtvolumen und i = Anzahl der Kohlenstoffatome) der Kohlenstoffatome sortiert.
Erfindungsgemäß wird jeder dieser Reformulyzer-Untergruppen i ein Rußbildungsneigungs- Index zugeordnet, der nachfolgend als YSh bezeichnet und mit dem Bezugszeichen YSh versehen ist. Man könnte somit auch von einem Untergruppen-YSh sprechen.
Bei der Reformulyzeranalyse nach ISO 22854 liegt zu den einzelnen Einzelkomponenten nur die Gruppeneinteilung i und der prozentuale volumetrische Anteil V; vor, nicht jedoch der Rußbildungsneigungs-Index der einzelnen Komponenten, so dass schließlich auch kein Wert für YSh einer Reformulyzer-Untergruppen i gebildet werden kann.
Diesen Nachteil überwindet das erfindungsgemäße Verfahren, wie folgt:
Der YSh der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i wird aus einer dafür zur Verfügung stehenden Datenbank entnommen werden, welche die Anmelderin durch Auswertung der den jeweiligen Reformulyzer-Untergruppen i gehörenden Einzelkomponenten erstellt hat. Mit anderen Worten, die Datenbank umfasst die zu einer Reformulyzer-Untergruppen i gehörenden Einzelkomponenten mit dem jeweiligen YSh der jeweiligen Einzelkomponenten, wobei innerhalb der Datenbank erfindungsgemäß die Ermittlung des YSh für die jeweilige Reform ulyzer- Untergruppe i vorgenommen wird.
Dieser, der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i zugeordnete YSh gilt datenbankseitig unabhängig von dem prozentualen volumetrischen Anteil V; von dem Gesamtvolumen des untersuchten Stoffgemischs, wobei der prozentuale volumetrische Anteil V; in vorteilhafter Weise durch die Reformulyzeranalyse nach ISO 22854 bereitgestellt wird.
Aus eigenen DHA-Analysen zu den Einzelkomponenten der jeweiligen Reformulyzer- Untergruppen i und anmelderfremden Datenbanken wurden von der Anmelderin die YSh-Werte der jeweiligen Einzelkomponenten der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppen i erfasst.
Nur beispielsweise wird aus den datenbankseitigen YSh-Werten der Einzelkomponenten der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i ein arithmetischer Mittelwert gebildet, welcher der Reformulyzer-Untergruppe i als repräsentativer YSh-M zugeordnet wird, der bei der nachfolgend erläuterten Berechnung des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamtals YSh in Gleichung 1 verwendet wird.
Gegenstand dieser Patentanmeldung ist das vereinfachte prinzipielle Verfahren zur Bestimmung einer normierten Rußbildungsneigung eines Kraftstoffs F oder eines Zusatzstoffs B beziehungsweise eines Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index mit dem Bezugszeichen YSIgesamt für einen Kraftstoff F oder einen Zusatzstoff B.
Beispielhaft zeigt Figur 2 den prozentualen volumetrischen Anteil Vj der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i, der zur Berechnung des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index mit dem Bezugszeichen YSIgesamt gemäß der Gleichung 1 herangezogen wird.
(Gl. 1) YSI Gesamt — z YSh ' V/ 100
YSIcesamt ■> Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index des Kraftstoffs F oder des Zusatzstoffes B YSh ■> der YSh der jeweiligen Untergruppe i
V der ermittelte Volumenanteil V; in Prozent der jeweiligen Untergruppe i
Verschiedene Kraftstoffe F und/oder Zusatzstoffe B können in einfacherer Weise als bisher über den Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt miteinander verglichen werden, wobei ein höherer Wert des Gesamt-YSI einen mehr zu Rußbildung neigenden Kraftstoff F oder Zusatzstoff B kennzeichnet.
Die Vereinfachung dieser Vorgehensweise besteht insbesondere darin, dass für einen Kraftstoff F oder einen Zusatzstoff B keine herkömmliche aufwendige DHA-Auswertung (englisch: DHA = Detailed Hydrocarbon Analysis / deutsch: = Detaillierte Kohlenwasserstoffanalyse) aller Einzelkomponenten (Anzahl > 350) des jeweiligen Stoffgemischs, insbesondere eines Kraftstoffs F und/oder eines Zusatzstoffs B, mehr bestimmt werden muss.
In vorteilhafter Weise ist durch diese Vorgehensweise insbesondere keine Aufsummierung über alle > 350 Einzelkomponenten mehr notwendig, sondern es ist lediglich die Aufsummierung der Untergruppen i unter Berücksichtigung des prozentualen volumetrischen Anteils Vi der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe i nötig.
Hinzu kommt, dass durch die Nutzung des Reformulyzers beziehungsweise des Outputs der Reformulyzeranalyse als Grundlage für die Auswertung in vorteilhafter Weise das Problem der vielen Unbekannten, wie oben erläutert, nicht mehr auftritt.
Letztlich ist dadurch eine robustere Bestimmung möglich, wobei das Ergebnis mit deutlich geringerem Aufwand zu erzielen ist, wie durch die vorherigen Beschreibung deutlich wird.
Das Verfahren weist bevorzugte Ausführungsvarianten auf.
In einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass zusätzlich noch funktionale Reformulyzer-Obergruppen zusammengefasst werden. So werden beispielsweise die funktionalen Reformulyzer-Obergruppen der Olefine und der cyclischen Olefine zu einer funktionalen Reform ulyzer-Obergruppe zusammengefasst. Dadurch müssen im letzten Schritt des Verfahrens, dem Aufsummieren, weniger Daten aufsummiert werden.
In einer zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nahe beieinanderliegende Reformulyzer-Untergruppen i, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, innerhalb einer funktionalen Reformulyzer-Obergruppe zusammengefasst werden.
Beispielsweise können innerhalb einer der funktionalen Reformulyzer-Obergruppe die Reformulyzer-Untergruppen i, beispielsweise C7 und C8, zu einer einzigen Reformulyzer- Untergruppe zusammengefasst werden. Dadurch müssen im letzten Schritt des Verfahrens, dem Aufsummieren, weniger Daten aufsummiert werden.
In einer dritten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nahe beieinanderliegende Reformulyzer-Untergruppen i, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, mehrerer funktionaler Reformulyzer-Obergruppen zusammengefasst werden. Somit können Reformulyzer-Untergruppen i über mehrere funktionale Reformulyzer- Obergruppen hinweg, beispielsweise C7 und C8 zu C(7+8) der Reformulyzer-Obergruppen zu einer Reformulyzer-Untergruppe i zusammengefasst werden. Dadurch müssen im letzten Schritt des Verfahrens, dem Aufsummieren, weniger Daten aufsummiert werden.
In einer vierten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nahe beieinanderliegende Reformulyzer-Untergruppen i, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, aller funktionaler Reformulyzer-Obergruppen zusammengefasst werden. Beispielsweise kann über alle funktionalen Reformulyzer-Obergruppen hinweg, beispielsweise C7 und 08 zu 0(7+8) aller Reformulyzer-Obergruppen zu einer Reformulyzer-Untergruppe i zusammengefasst werden. Dadurch müssen im letzten Schritt des Verfahrens, dem Aufsummieren, weniger Daten aufsummiert werden.
Die erste Ausführungsvariante kann in vorteilhafter Weise mit mindestens einer der zweiten bis vierten Ausführungsvariante kombiniert werden.
In vorteilhafter Weise verringert das „Zusammenfassen“ gemäß den erläuterten Ausführungsvarianten den Aufwand der Berechnung des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt in Abhängigkeit der gewählten Ausführungsvariante YSIgesamt entsprechend.
Die Vorteile des Verfahrens liegen zusammengefasst darin, dass die Kosten zur Bestimmung des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt verringert werden, da keine
Einzelkomponentenanalyse durchgeführt werden muss und bereits bestehende Standards (ISO 22854) genutzt werden können. Da bei Verwendung der Ergebnisse der Reform ulyzeranalyse keine Unbekannten mehr auftreten, wird ferner als Vorteil des Verfahrens ein deutlich robusteres Ergebnis erzielt, welches nicht an unbekannten Eingangsgrößen scheitert, so dass das Ergebnis stets bestimmbar ist. Eine standardmäßige Ermittlung des Gesamt- Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt führt zudem verfahrensgemäß in vorteilhafter Weise zu einer standardmäßigen und normierbaren Aussage zur Rußbildungsneigung für jeden Kraftstoff F oder Zusatzstoff B. Das heißt, mittels des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt kann in vorteilhafter Weise ein Vergleich der Gesamt-Rußbildungsneigungs-Indizies YSIgesamt verschiedener Kraftstoffe F und Zusatzstoffe B stattfinden und in einer Norm normiert werden.
Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass alle Kraftstoffe, bei denen die Rußbildungsneigung hervorgesagt werden muss, mittels dieses Verfahrens untersucht und bewertet, insbesondere normiert werden können. In vorteilhafter weise kann das Verfahren bereits bei der Neuentwicklung von Kraftstoffen F oder Zusatzstoffen B als auch bei der Überprüfung von Bestandskraftstoffen angewendet werden.
Beim Betrieb der Fahrzeuge ist es erfindungsgemäß möglich, dass der Gesamt- Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt entweder automatisch (beispielsweise drahtlos) oder manuell an eine Empfangseinheit, insbesondere ein Steuergerät mit der Empfangseinheit eines Fahrzeug übermittelt wird. Liegt ein solcher Wert im Motor-Steuergerät vor, kann der Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt für eine präzisere Bestimmung der Steuerung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasanlage genutzt werden. Der Rußbildungsneigungs-Index YSIgesamt kann dem Nutzer auch über das HMI angezeigt werden, so dass dem Nutzer eine normierte Information darüber vorliegt, ob er einen Kraftstoff F oder einen Zusatzstoff B nutzt, der zu einer hohen Rußbildung oder einer geringen Rußbildung neigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Rußbildungsneigung mittels einer gaschromatographischen Komponentenanalyse von Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten eines Stoffgemischs, insbesondere eines Kraftstoffs (F) oder eines Zusatzstoffs (B) mittels einer Reformulyzeranalyse mit den Schritten:
(I) Einteilen der innerhalb der Komponentenanalyse bestimmten Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten des Stoffgemischs in funktionale Reformulyzer-Obergruppen,
(II) Einteilen der bestimmten Kohlenwasserstofftypen und Oxygenaten nach der Anzahl der Kohlenstoffatome in Reformulyzer-Untergruppen (i), die den funktionalen Reformulyzer-Obergruppen zugeordnet sind,
(III) Bestimmen des prozentualen volumetrischen Anteils (Vj) der jeweiligen Reform ulyzer- Untergruppe (i) vom Gesamtvolumen des Stoffgemischs, gekennzeichnet durch die Schritte:
(IV) Zuordnen eines Rußbildungsneigungs-Index (YSh) zu jeder Reformulyzer- Untergruppe (i),
(V) Bestimmen eines Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) nach der Gleichung (1) YSIcesamt = £ YS ■ Vj/ 100, wobei der volumetrische Anteil (Vj) jeder Reform ulyzer- Untergruppe (i) mit dem der Reformulyzer-Untergruppe (i) zugeordneten Rußbildungsneigungs-Index (YSh) multipliziert wird, wonach die ermittelten Werte zu dem Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) aufsummiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zu der jeweiligen Reformulyzer-Untergruppe (i) zugeordnete Rußbildungsneigungs-Index (YSh) aus einer Datenbank entnommen wird, wobei der Wert des Rußbildungsneigungs-Index (YSh) der jeweiligen Reformulyzer- Untergruppe (i) auf der Basis der in der Datenbank vorliegenden jeweiligen Einzelkomponenten einer Reformulyzer-Untergruppe (i) bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) mindestens zwei oder mehr funktionale Reformulyzer-Obergruppen zu einer funktionalen Reformulyzer-Obergruppe zusammengefasst werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) nahe beieinanderliegende Reformulyzer- Untergruppen (i) innerhalb einer funktionalen Reformulyzer-Obergruppe, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, zusammengefasst werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) nahe beieinanderliegende Reformulyzer- Untergruppen (i) mehrerer funktionaler Reformulyzer-Obergruppen, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, zusammengefasst werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen des Gesamt-Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) nahe beieinanderliegende Reformulyzer- Untergruppen (i) aller funktionaler Reformulyzer-Obergruppen, deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, zusammengefasst werden. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfassen von funktionalen Reformulyzer-Obergruppen zu einer funktionalen Reformulyzer-Obergruppe mit dem Zusammenfassen von nahe beieinanderliegenden Reformulyzer-Untergruppen (i), deren Werte weniger als fünf Volumenprozent auseinanderliegen, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6 kombiniert wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamt- Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) entweder automatisch oder manuell an eine Empfangseinheit eines Fahrzeug übermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußbildungsneigungs- Index (YSIgesamt) als zusätzliche Eingangsgröße für eine präzisere Bestimmung der Steuerung der Betriebs para meter einer Brennkraftmaschine und/oder einer Abgasanlage des Fahrzeuges genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamt- Rußbildungsneigungs-Index (YSIgesamt) zur Normierung hinsichtlich der Rußbildungsneigung von mehreren, mindestens zwei innerhalb des Verfahrens untersuchten unterschiedlichen Stoffgemischen, insbesondere Kraftstoffen (F) oder Zusatzstoffen (B), verwendet wird.
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