WO2014114540A1 - Verfahren zum entfernen einer kraftstoffkomponente aus motoröl eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2014114540A1
WO2014114540A1 PCT/EP2014/050727 EP2014050727W WO2014114540A1 WO 2014114540 A1 WO2014114540 A1 WO 2014114540A1 EP 2014050727 W EP2014050727 W EP 2014050727W WO 2014114540 A1 WO2014114540 A1 WO 2014114540A1
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internal combustion
engine
oil
combustion engine
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PCT/EP2014/050727
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Alexander MÄDER
Axel Munack
Thomas Garbe
Jürgen Krahl
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10M175/00—Working-up used lubricants to recover useful products ; Cleaning
    • C10M175/0091—Treatment of oils in a continuous lubricating circuit (e.g. motor oil system)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10M175/00—Working-up used lubricants to recover useful products ; Cleaning
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Definitions

  • the present invention relates to a method for removing a fuel components from engine oil of an internal combustion engine, in particular a method for removing biodiesel from the engine oil of the internal combustion engine.
  • biofuels such as biodiesel or biodiesel blends
  • the fuel input into the engine oil can be enhanced by a late post-injection.
  • DPF diesel particulate filters
  • Biofuels, especially biodiesel do not have the property to evaporate from the engine oil due to their high boiling range of 280 ° C to 350 ° C and their polarity.
  • biodiesel in the engine oil, which causes a dilution of the engine oil. Due to the ongoing dilution, the engine oil can no longer provide sufficient lubricating power and a breakdown of the lubricating film can occur.
  • biodiesel has a higher potential to interact with the engine oil and cause a polymerization of motor oil. This process is also referred to as oil sludge formation. Thereby, the lubricating property of the engine oil can be rapidly deteriorated.
  • Oil dilution and oil sludge formation should therefore be avoided when operating a diesel engine with biodiesel or biodiesel mixtures to prevent engine damage due to insufficient lubrication of the engine.
  • DE 10 2008 024 382 A1 relates to a method and a composition of matter for reducing the parasitic engine oil dilution in internal combustion engines operated with fuels, the fatty acid alkyl esters, fatty acid esters of dihydric and polyhydric alcohols, fatty alcohols or other oxygen-functionalized long-chain hydrocarbons with a Chain length from C 12 included.
  • the motor oil are added in direct or indirect form additives that accelerate the re-emergence of fuel components from the engine oil in conjunction with the technical components of the oil circuit and / or convert by chemical reactions with the occurred fuel this into substances that less the properties of the engine oil affect as the original fuel components.
  • Suitable substances for this purpose are short to medium chain straight or branched monoalcohols, unbranched or branched mono-esters of dialcohols, alkyl ketones, alkyl ethers or alkylamines and mixtures thereof.
  • the object of the present invention is to reduce or prevent the aforementioned effects such as oil sludge formation and oil dilution due to biofuels in the engine oil.
  • this object is achieved by a method for removing a fuel component from engine oil of an internal combustion engine according to claim 1 and claim 5, an internal combustion engine according to claim 7 and claim 9 and a use of a polar adsorber material according to claim 1 1.
  • the dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the invention.
  • a method of removing a fuel component, in particular biofuel or biodiesel, from engine oil of an internal combustion engine is provided.
  • fatty acid alkyl esters are referred to in this context as biodiesel.
  • the engine oil is passed along an adsorber material.
  • the phrase "along an adsorbent material" may also include passing the engine oil over the polar adsorbent material or passing the engine oil through the polar adsorbent material.
  • the chemical polarity differences of engine oil and biofuel are exploited to bring about a physical separation.
  • Biofuel consists of a mixture of different fatty acids with polar ester groups. Due to these polar ester groups biofuel has a polar character.
  • motor oil consists predominantly of a mixture of different alkanes, which have a non-polar character.
  • the method provides selective separation of biofuel and engine oil by means of a chromatographic separation process based on polarity differences. It is therefore possible to adhesively bond the biofuel to the surface of the polar adsorber material.
  • the adsorber material can be ensured that biofuel molecules selectively attach to the surface and the engine oil is not bound to the adsorbent due to its non-polar character. Due to a strong interaction of adsorber material and biofuel, the adsorber material can bind the biofuel in the long term. By a sufficient Due to the large capacity of the adsorber material, a high amount of biofuel can be bound to the surface of the adsorbent material.
  • the polar adsorbent material comprises a silica gel or a ion exchange resin. Both materials meet the aforementioned properties and are therefore particularly suitable to prevent dilution of motor oil by biofuel.
  • a component suitable for chemically bonding the fuel component may be used.
  • a component may operate according to a so-called “key-lock principle", such as e.g. molecular imprinting, molecular sieves or zeolites.
  • key-lock principle such as e.g. molecular imprinting, molecular sieves or zeolites.
  • the engine oil is passed along or through this component.
  • the polar adsorber material is applied as a coating on a carrier material.
  • the carrier material may comprise, for example, a ceramic carrier material.
  • the adsorber material applied to the surface of the carrier material can be introduced into an oil circuit of the internal combustion engine and thus flowed or flowed through by a mixture of engine oil and biofuel and thereby bind the biofuel.
  • the polar adsorber material can be arranged, for example, in a chamber through which the engine oil, which has a biofuel feed, is conducted. By exchanging the chamber with the polar adsorbent material, the polar adsorbent material can be exchanged when a capacity of the adsorbent material is exhausted.
  • the chamber can be a special form of oil filter.
  • the adsorber material may be applied as a coating on a rod or on a sleeve.
  • the rod or sleeve may include a plurality of holes therein, which may also be coated with the adsorbent material and through which the engine oil may flow.
  • the sleeve may be filled with the adsorber material, for example in the form of granules.
  • One end of the rod or sleeve may be provided with a thread and a screw head so that the rod or sleeve can be screwed into an oil circuit of the internal combustion engine.
  • the rod or the sleeve can be screwed into a corresponding threaded hole in an oil sump of the internal combustion engine.
  • the threaded hole may include, for example, a threaded hole for an oil drain plug.
  • the adsorber material can be applied as a coating on the oil pan, for example on a bottom of the oil pan.
  • the adsorbent material may further be arranged in a disc-shaped carrier, which can be flowed through by the engine oil.
  • the disc-shaped carrier can be arranged interchangeably, for example, in an oil line or an oil passage of the internal combustion engine.
  • the adsorbent material can be arranged in a replaceable cartridge which can be used, for example, in the oil filter or another component of the oil circuit.
  • the adsorbent material may be formed as an ion exchanger.
  • the ion exchanger for example, can release an additive in return for adsorbed biodiesel.
  • the additive may include, for example, an oxidation inhibitor for preventing or controlling oil oxidation and the formation of slime and varnish and corrosive compounds or an additive for increasing the TBN.
  • the TBN Total Base Number indicates the amount of all bases in 1 g of substance, measured as mg of KOH, that is, indicates the level of alkaline reserve to neutralize acidic components in oil.
  • a biodiesel content in the engine oil is further detected and, depending on the detected biodiesel content, a recommendation is made to exchange the polar adsorber material.
  • the recommendation can be displayed to a driver of the vehicle, for example, via a warning light in a dashboard of the vehicle or stored, for example, in a fault memory of an engine electronics.
  • the biodiesel content in the engine oil can be monitored by means of suitable sensors. Should the absorption capacity of the adsorber material be exhausted, this can be registered by an increase in the biofuel content. As a result, replacement of the adsorber material can be recommended automatically.
  • an internal combustion engine operable with a fuel comprising a biofuel, such as biodiesel.
  • the internal combustion engine includes an engine oil circuit for lubricating moving parts of the internal combustion engine and a polar adsorber material.
  • the polar adsorbent material is disposed in the engine oil circuit such that engine oil of the engine oil circuit is directed along the polar adsorbent material.
  • the polar adsorbent material can be used to remove a biofuel feed in the engine oil and thus reduce or prevent dilution of the engine oil by biofuel. Thereby, lubricity of the engine oil can be ensured and oil sludge formation can be prevented.
  • the internal combustion engine can also be designed to carry out the method described above and therefore also includes the advantages described in connection with the method. According to the present invention, there is further provided a vehicle with the above-described internal combustion engine.
  • a polar adsorbent material is used to remove a fuel component from engine oil.
  • the polar adsorbent material may comprise, for example, a silica gel or an ion exchange resin.
  • Fig. 1 shows an experimental arrangement for the separation of biodiesel and engine oil by means of a column chromatography.
  • Fig. 2 shows a gas chromatogram of a base mixture of motor oil and biofuel.
  • FIG. 3 shows a gas chromatogram of the biofuel / motor oil mixture after a passage through the experimental setup of FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a gas chromatogram of extracted silica gel used in the experimental setup of FIG. 1.
  • Fig. 5 shows a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 shows a rod-shaped element for removing biodiesel from engine oil according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 shows the rod-shaped element of Fig. 6 in an oil pan of an engine of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a disk-shaped element for removing biodiesel from engine oil according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the disc-shaped member of FIG. 8 in an oil passage of an engine of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an experimental arrangement 1 for the separation of motor oil and biofuel, such as biodiesel, on a laboratory scale.
  • a mixture of 25 ml of motor oil and 0.5 ml of biodiesel was used as the base mixture.
  • As a polar adsorber material (Release agent) 8.5 g of silica gel 60 were used.
  • the silica gel 60 was placed in a separation column 2 having an inner diameter of 3 cm and a total length of 28 cm.
  • Fig. 2 shows the gas chromatogram of the masterbatch.
  • the relevant tips of biodiesel and engine oil can be clearly seen in FIG. 2 and can be used for the later evaluation of the separation performance of the silica gel.
  • the base mixture of motor oil and biodiesel is homogenized with stirring for 10 min and filled at the top of the separation column 2 4.
  • the experimental setup 1 is heated to 130 ° C in a climate chamber.
  • the base mixture passes through the separation column 2 and the silica gel contained therein and is collected at the lower end of the outlet 3.
  • an aliquot of 25 ⁇ _ is taken for analysis by means of GC / MS and the separated motor oil is again introduced at the head 4 of the chromatography column 2.
  • a total of three runs are performed with sampling for GC / MS analysis and subsequent application of the mixture to column 2. Runs are hereinafter referred to as fractions, with fraction 1 representing the first pass of 5 mL of the masterbatch, fraction 2 the second pass, and fraction 3 the third pass.
  • the ability of the silica gel to bind biodiesel to its surface was investigated.
  • the engine oil purified column 2 is then rinsed with diethyl ether to extract the biodiesel.
  • 500 mL diethyl ether are used, which is concentrated in a rotary evaporator for subsequent GC / MS analysis to 1, 5 mL.
  • 4 shows a gas chromatogram of the silica gel extracted by means of diethyl ether.
  • the Biodiesel shares can be clearly detected on the silica gel.
  • there were still engine oil residues on the silica gel which come from an incomplete extraction by the cyclohexane.
  • the internal combustion engine 1 1 For lubrication of movable parts of the internal combustion engine 1 1, for example for the lubrication of pistons in the cylinders 12, the internal combustion engine 1 1 comprises an oil circuit 13, in which motor oil by means of a Oil pump 14 is pumped to the moving parts to be lubricated of the internal combustion engine 1 1.
  • the internal combustion engine 1 1 comprises a chamber 15 in which a polar adsorber material 2 is arranged
  • the polar adsorbent material 2 may comprise, for example, a silica gel or an ion exchange resin
  • biofuel components may be removed from the engine oil by passing the engine oil / biofuel mixture through the chamber 15 along the gas phase polar adsorber material 2.
  • the polar adsorber material 2 can be applied, for example, as a coating on a suitable carrier material, for example a ceramic
  • the coated carrier material is arranged in the chamber 15.
  • the adsorber material 2 applied to the surface of the carrier material is separated from the motor oil. / Biofuel mixture Lose or flow and bind the biofuel on its surface.
  • FIG. 6 shows a rod-shaped element 16, which comprises a rod-shaped section 17 and a screw head 18. At one end of the rod-shaped portion 17, which is in communication with the screw head 18, the rod-shaped portion 17 has an external thread 19.
  • a surface of the rod-shaped portion 17 is coated with the adsorber material 2.
  • the rod-shaped portion 17 may for example have holes or holes 20 which are also coated with the adsorber material 2.
  • the rod-shaped portion 17 may be hollow, so that it is sleeve-shaped, wherein the inside of the sleeve may also be coated with the adsorber material 2.
  • the sleeve-shaped rod-shaped portion 17 may be filled with the adsorber material 2, for example in the form of granules. As shown in FIG. 7, the rod-shaped member 16 may be inserted into the oil pan 21 through a suitable opening in an oil pan 21 such that the rod-shaped portion 17 comes into contact with the engine oil 22.
  • the rod-shaped element 16 When the adsorber material 2 of the rod-shaped element 16 is exhausted and can no longer remove biodiesel from the engine oil 22, the rod-shaped element 16 can be removed and replaced in a simple manner by unscrewing it from the oil sump 21. For example, a recommended replacement may be displayed on a display in a dashboard of the vehicle or stored as a corresponding entry in a fault memory.
  • the exhaustion of the adsorber material 2 can be determined directly, for example with the aid of a suitable sensor, based on changes in the adsorber material 2, or determined by a suitable sensor system which monitors the biodiesel content in the engine oil 22.
  • Fig. 8 shows a disk-shaped element 23, which has the adsorber material 2 in the interior.
  • the adsorber material 2 may be arranged in the form of a granulate within the disk-shaped element 23.
  • the inner structure may comprise a plurality of channels or grids having a large surface area for receiving the adsorber material.
  • Fig. 9 shows the arrangement of the disc-shaped element 23 in an oil line 24. Motor oil, which through the oil line
  • the disk-shaped element 23 may be arranged in an easily accessible oil line 24, so that the disk-shaped element can be easily replaced when the adsorber material 2 is exhausted.
  • the disk-shaped element can be designed, for example, in the form of a cartridge, which can be used in a simple manner, for example in the oil line 24 or in an oil filter of the vehicle.
  • the adsorber material can furthermore be designed as an ion exchanger, which releases an additive in return for adsorbed biodiesel, for example.
  • the additive may comprise an oxidation inhibitor or a means for increasing the TBN (Total Base Number) of the engine oil.
  • the oxidation inhibitor can prevent or control oil oxidation and the formation of slime and varnish as well as corrosive compounds.
  • the TBN indicates the amount of all bases in one gram of the substance measured as mg KOH. Thus, by increasing the TBN, the alkaline reserve for neutralizing acidic components in the engine oil can be increased.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl eines Verbrennungsmotors. Bei dem Verfahren wird das Motoröl entlang einem polaren Adsorbermaterial (2) geleitet. Die Kraftstoffkomponente kann beispielsweise Biodiesel umfassen. Das polare Adsorbermaterial kann beispielsweise ein Silikagel oder ein lonenaustauschharz umfassen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl eines Verbrennungsmotors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoff komponenten aus Motoröl eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Verfahren zum Entfernen von Biodiesel aus dem Motoröl des Verbrennungsmotors.
In modernen Dieselmotoren von Fahrzeugen, wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, kann der Einsatz von Biokraftstoffen, wie zum Beispiel Biodiesel oder Biodieselgemischen, zu einem Eintrag von Biodiesel und Dieselkraftstoff in das Motoröl des Dieselmotors führen. Durch den Einsatz von Dieselpartikelfiltern (DPF) kann der Kraftstoffeintrag in das Motoröl durch eine späte Nacheinspritzung verstärkt werden. Aufgrund des niedrigen Siedebereichs von Dieselkraftstoff im Bereich von ca. 170°C bis 390°C kann der Dieselkraftstoff beim Betrieb des Dieselmotors kontinuierlich aus dem Motoröl durch Verdampfen extrahiert werden. Biokraftstoffe, insbesondere Biodiesel, besitzen aufgrund ihres hohen Siedebereichs von 280°C bis 350°C und ihrer Polarität nicht die Eigenschaft, aus dem Motoröl abzudampfen. Dies kann zu einer Anreicherung von Biodiesel im Motoröl führen, was eine Verdünnung des Motoröls nach sich zieht. Durch die andauernde Verdünnung kann das Motoröl keine ausreichende Schmierleistung mehr zur Verfügung stellen und ein Abriss des Schmierfilms kann eintreten. Darüber hinaus besitzt Biodiesel durch seine chemischen Eigenschaften ein höheres Potential, Wechselwirkungen mit dem Motoröl einzugehen und eine Polymerisation von Motoröl herbeizuführen. Dieser Vorgang wird auch als Ölschlammbildung bezeichnet. Dadurch kann die Schmiereigenschaft des Motoröls rapide verschlechtert werden.
Eine Ölverdünnung und eine Ölschlammbildung sind daher beim Betrieb eines Dieselmotors mit Biodiesel oder Biodieselgemischen zu vermeiden, um Motorschäden durch ungenügende Schmierung des Motors zu verhindern.
Der Eintrag von Biokraftstoff in das Motoröl ist durch rein mechanische motorkonstruktive Maßnahmen nur begrenzt eindämmbar. Alternativ können die Ölwechselintervalle verkürzt werden. Diese Vorgehensweise bedingt jedoch einen höheren Motorölverbrauch und ist ökologisch und ökonomisch betrachtet weniger sinnvoll.
Die DE 10 2008 024 382 A1 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. Dem Motoröl werden in direkter oder indirekter Form Zusätze beigegeben, die im Zusammenwirken mit den technischen Komponenten des Ölkreislaufs den Wiederaustritt von Kraftstoff komponenten 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 Kraftstoff komponenten. Für diese 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Effekte wie Olschlammbildung und Ölverdünnung aufgrund von Biokraftstoffen in dem Motoröl zu verringern oder zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl eines Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und Anspruch 5 einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 und Anspruch 9 und eine Verwendung eines polaren Adsorbermaterials nach Anspruch 1 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente, insbesondere Biokraftstoff oder Biodiesel, aus Motoröl eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Als Biodiesel wird in diesem Zusammenhang insbesondere Fettsäurealkylester bezeichnet. Dazu wird das Motoröl entlang einem Adsorbermaterial geleitet. Die Formulierung "entlang einem Adsorbermaterial" kann beispielsweise auch ein Leiten des Motoröls über das polare Adsorbermaterial oder ein Leiten des Motoröls durch das polare Adsorbermaterial umfassen. Bei diesem Verfahren werden die chemischen Polaritätsunterschiede von Motoröl und Biokraftstoff ausgenutzt, um eine physikalische Trennung herbeizuführen. Biokraftstoff besteht aus einer Mischung unterschiedlicher Fettsäuren mit polaren Estergruppen. Aufgrund dieser polaren Estergruppen weist Biokraftstoff einen polaren Charakter auf. Im Gegensatz dazu besteht Motoröl überwiegend aus einer Mischung von verschiedenen Alkanen, welche einen unpolaren Charakter aufweisen. Anders ausgedrückt sieht das Verfahren eine selektive Trennung von Biokraftstoff und Motoröl mittels eines chromatographischen Trennprozesses auf der Grundlage der Polaritätsunterschiede vor. Es ist daher möglich, den Biokraftstoff adhäsiv an die Oberfläche des polaren Adsorbermaterials zu binden. Durch eine geeignete Auswahl des Adsorbermaterials kann sichergestellt werden, dass sich Biokraftstoffmoleküle selektiv an dessen Oberfläche anlagern und das Motoröl aufgrund seines unpolaren Charakters nicht an das Adsorbermaterial gebunden wird. Durch eine starke Wechselwirkung von Adsorbermaterial und Biokraftstoff kann das Adsorbermaterial den Biokraftstoff langfristig binden. Durch eine ausrei- chend große Kapazität des Adsorbermaterials kann eine hohe Menge an Biokraftstoff an der Oberfläche des Adsorbermaterials gebunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das polare Adsorbermaterial ein Silikagel oder ein lo- nenaustauschharz. Beide Materialien erfüllen die zuvor genannten Eigenschaften und sind daher besonders geeignet, eine Verdünnung von Motoröl durch Biokraftstoff zu verhindern.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Adsorbermaterial kann eine Komponente verwendet werden, welche geeignet ist, die Kraftstoffkomponente chemisch zu binden. Eine solche Komponente kann ein nach einem sogenannten "Schlüssel-Schloß-Prinzip" arbeiten, wie z.B. molekulares Prägen, Molekularsiebe oder Zeolithe. Dazu wird das Motoröl entlang oder durch dieser Komponente geleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das polare Adsorbermaterial als eine Beschichtung auf einem Trägermaterial aufgetragen. Das Trägermaterial kann beispielsweise ein keramisches Trägermaterial umfassen. Das auf der Oberfläche des Trägermaterials aufgebrachte Adsorbermaterial kann in einen Ölkreislauf des Verbrennungsmotor eingebracht werden und somit von einer Mischung aus Motoröl und Biokraftstoff umflossen oder durchflössen werden und dadurch den Biokraftstoff binden.
Das polare Adsorbermaterial kann beispielsweise in einer Kammer angeordnet sein, durch welche das Motoröl, welches einen Biokraftstoffeintrag aufweist, geleitet wird. Durch Austauschen der Kammer mit dem polaren Adsorbermaterial kann das polare Adsorbermaterial ausgetauscht werden, wenn eine Aufnahmekapazität des Adsorbermaterials erschöpft ist. Die Kammer kann eine Sonderform eines Ölfilters darstellen.
Weiterhin kann das Adsorbermaterial als eine Beschichtung auf einem Stab oder an einer Hülse angebracht sein. Der Stab bzw. die Hülse können mehreren darin angebrachte Löcher umfassen, welche ebenfalls mit dem Adsorbermaterial beschichtet sein können und durch welche das Motoröl fließen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Hülse mit dem Adsorbermaterial, beispielsweise in Form eines Granulats, gefüllt sein. Ein Ende des Stabs oder der Hülse kann mit einem Gewinde und einem Schraubenkopf versehen sein, sodass der Stab oder die Hülse in einen Ölkreislauf des Verbrennungsmotors eingeschraubt werden kann. Beispielsweise kann der Stab oder die Hülse in ein entsprechendes Gewindeloch in einer Ölwanne des Verbrennungsmotors eingeschraubt werden. Das Gewindeloch kann beispielsweise ein Gewindeloch für eine Ölablassschraube umfassen. Weiterhin kann das Adsorbermaterial als eine Beschichtung auf der Ölwanne, beispielsweise an einem Boden der Ölwanne, aufgebracht sein. Das Adsorbermaterial kann ferner in einem scheibenförmigen Träger angeordnet werden, welcher von dem Motoröl durchströmbar ist. Der scheibenförmige Träger kann beispielsweise in einer Ölleitung oder einem Ölkanal des Verbrennungsmotors austauschbar angeordnet werden. Darüber hinaus kann das Adsorbermaterial in einer austauschbaren Kartusche angeordnet sein, welche beispielsweise in dem Ölfilter oder einer anderen Komponente des Ölkreislaufs einsetzbar ist.
Weiterhin kann das Adsorbermaterial als lonentauscher ausgebildet sein. Der lonentauscher kann im Gegenzug für adsorbierten Biodiesel beispielsweise ein Additiv freisetzen. Das Additiv kann zum Beispiel einen Oxidationsinhibitor zum Verhindern oder Kontrollieren der Öloxidation und der Bildung von schlämm- und lackartigen sowie korrosiven Verbindungen oder ein Additiv zum Erhöhen der TBN umfassen. Die TBN (Total Base Number) gibt die Menge aller Basen in 1 g Substanz, gemessen als mg KOH an, d.h., sie gibt an, wie hoch die alkalische Reserve zum Neutralisieren von sauren Bestandteilen in Öl ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ferner ein Biodieselgehalt in dem Motoröl erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Biodieselgehalt eine Empfehlung erzeugt, das polare Adsorbermaterial auszutauschen. Die Empfehlung kann beispielsweise über eine Kontrollleuchte in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs einem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt werden oder beispielsweise in einen Fehlerspeicher einer Motorelektronik eingespeichert werden. Der Biodieselgehalt in dem Motoröl kann mittels einer geeigneten Sensorik überwacht werden. Sollte die Aufnahmekapazität des Adsorbermaterials erschöpft sein, kann dies durch einen Anstieg des Biokraftstoffgehalts registriert werden. Daraufhin kann ein Austausch des Adsorbermaterials automatisch empfohlen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, welcher mit einem Kraftstoff betreibbar ist, welcher einen Biokraftstoff, wie zum Beispiel Biodiesel, umfasst. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Motorölkreislauf zur Schmierung von beweglichen Teilen des Verbrennungsmotors und ein polares Adsorbermaterial. Das polare Adsorbermaterial ist derart in dem Motorölkreislauf angeordnet, dass Motoröl des Motorölkreislaufs entlang dem polaren Adsorbermaterial geleitet wird. Durch das polare Adsorbermaterial kann ein Biokraftstoffeintrag in dem Motoröl entfernt werden und somit eine Verdünnung des Motoröls durch Biokraftstoff verringert oder verhindert werden. Dadurch kann die Schmierfähigkeit des Motoröls sichergestellt werden und eine Ölschlammbildung verhindert werden.
Der Verbrennungsmotor kann ferner zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sein und umfasst daher auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug mit dem zuvor beschriebenen Verbrennungsmotor bereitgestellt.
Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein polares Adsorbermaterial zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl verwendet. Das polare Adsorbermaterial kann beispielsweise ein Silikagel oder ein lonenaustauschharz umfassen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine Versuchsanordnung zur Trennung von Biodiesel und Motoröl mittels einer Säulenchromatographie.
Fig. 2 zeigt ein Gaschromatogramm einer Grundmischung aus Motoröl und Biokraftstoff.
Fig. 3 zeigt ein Gaschromatogramm des Biokraftstoff-/Motorölgemischs nach einem Durchlauf durch den Versuchsaufbau der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein Gaschromatogramm von extrahiertem Silikagel, welches in dem Versuchsaufbau der Fig. 1 verwendet wurde.
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt ein stabformiges Element zum Entfernen von Biodiesel aus Motoröl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt das stabförmige Element der Fig. 6 in einer Ölwanne eines Motors eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein scheibenförmiges Element zum Entfernen von Biodiesel aus Motoröl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt das scheibenförmige Element der Fig. 8 in einer Ölleitung eines Motors eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Versuchsanordnung 1 zur Trennung von Motoröl und Biokraftstoff, wie zum Beispiel Biodiesel, im Labormaßstab. Zur Versuchsdurchführung wurde eine Mischung aus 25 ml_ Motoröl und 0,5 ml_ Biodiesel als Grundmischung angesetzt. Als polares Adsorbermaterial (Trennmittel) wurden 8,5 g Silikagel 60 verwendet. Das Silikagel 60 wurde in einer Trennsäule 2 mit einem Innendurchmesser von 3 cm und einer Gesamtlänge von 28 cm angeordnet.
Vor Versuchsbeginn wurde die Grundmischung mittels Gaschromatographie mit Mas- senspektrometer (GC/MS) durchgeführt. Fig. 2 zeigt das Gaschromatogramm der Grundmischung. Die relevanten Spitzen von Biodiesel und Motoröl sind in der Fig. 2 deutlich zu erkennen und können für die spätere Bewertung der Trennleistung des Silikagels herangezogen werden.
Die Grundmischung aus Motoröl und Biodiesel wird unter Rühren 10 min homogenisiert und am Kopf 4 der Trennsäule 2 eingefüllt. Zur Nachstellung der Temperaturen innerhalb des Motors wird der Versuchsaufbau 1 auf 130°C in einem Klimaschrank beheizt. Die Grundmischung läuft durch die Trennsäule 2 und das darin enthaltene Silikagel und wird am unteren Ende aus dem Auslauf 3 aufgefangen. Nachdem ein Durchlauf von ca. 5 mL erfolgt ist, wird ein Aliquot von 25 μΙ_ zur Analyse mittels GC/MS entnommen und das getrennte Motoröl wieder am Kopf 4 der Chromatographiesäule 2 aufgegeben. Analog dazu werden insgesamt drei Durchläufe mit Probennahmen für die GC/MS-Analyse und anschließendem Aufgeben der Mischung auf die Säule 2 durchgeführt. Die Durchläufe werden im Folgenden als Fraktionen bezeichnet, wobei Fraktion 1 den ersten Durchlauf von 5 mL Grundmischung darstellt, Fraktion 2 den zweiten Durchlauf und Fraktion 3 den dritten Durchlauf.
Fig. 3 zeigt das Gaschromatogramm der Fraktion 1 . Die Abbildung zeigt keine Biodieselanteile. Es sind nur die Anteile des Motoröls erkennbar. Somit wurde der Biodiesel vollständig vom Silikagel zurückgehalten, während das Motoröl das Silikagel passieren konnte. Analysen der Fraktionen 2 und 3 ergaben ebenfalls, dass keine Biodieselanteile im Chromatogramm erkennbar sind. Die nachfließende Mischung aus Biodiesel und Motoröl ist daher nicht in der Lage, den an der Oberfläche des Silikagels gebundenen Biodiesel zu entfernen. Das Silikagel hält demnach die Biodieselanteile an seiner Oberfläche gebunden und entfernt es damit aus dem Motoröl. Weiterhin ist das nachfließende Motoröl nicht in der Lage, den polaren Biodiesel vom Silikagel zu extrahieren. Zusammenfassend konnten in den Fraktionen 1 -3 keine Biodieselanteile gefunden werden. Dies weist auf eine sehr hohe Trennleistung des Silikagels hin. Alternativ kann auch ein lonenaustauschharz statt des Silikagels verwendet werden.
Abschließend wurde die Fähigkeit des Silikagels, Biodiesel an seiner Oberfläche zu binden, untersucht. Dazu erfolgte zunächst eine Extraktion der Motorölanteile vom Silikagel mittels 500 mL Cyclohexan. Die vom Motoröl gereinigte Säule 2 wird anschließend mit Diethylether gespült, um den Biodiesel zu extrahieren. Dazu werden 500 mL Diethylether verwendet, welches in einem Rotationsverdampfer zur späteren GC/MS-Analyse auf 1 ,5 mL aufkonzentriert wird. Diethy- lether ist eine polare Substanz und in der Lage, den polaren Biodiesel von der Oberfläche des Silikagels zu extrahieren. Fig. 4 zeigt ein Gaschromatogramm des mittels Diethylether extrahierten Silikagels. Die Biodieselanteile können deutlich auf dem Silikagel nachgewiesen werden. Zusätzlich fanden sich noch Motorölreste auf dem Silikagel, welche von einer unvollständigen Extraktion durch das Cyclohexan stammen.
Im Laborversuch konnte somit nachgewiesen werden, dass eine Trennung von Biodiesel und Motoröl über eine chromatographische Säule mit einem polaren Adsorbermaterial, insbesondere Silikagel, möglich ist. Die Trennung erfolgte mit einem sehr hohen Trennungsgrad und einer sehr hohen Selektivität gegenüber Biodiesel. Weiterhin war das Motoröl nicht in der Lage, den Biodiesel von der Oberfläche des Silikagels zu extrahieren, wie insbesondere die Untersuchung der dritten Fraktion zeigte.
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 1 1 mit vier Zylindern 12. Zur Schmierung beweglicher Teile des Verbrennungsmotors 1 1 , beispielsweise zur Schmierung von Kolben in den Zylindern 12, umfasst der Verbrennungsmotor 1 1 einen Ölkreislauf 13, in welchem Motoröl mittels einer Ölpumpe 14 zu den beweglichen zu schmierenden Teilen des Verbrennungsmotors 1 1 gepumpt wird. Um Biokraftstoffkomponenten, welche beispielsweise durch den so genannten„Blow-By"-Effekt von einem Brennraum der Zylinder 12 in das Motoröl gelangen können, aus dem Motoröl zu entfernen, umfasst der Verbrennungsmotor 1 1 eine Kammer 15, in welcher ein polares Adsorbermaterial 2 angeordnet ist. Das polare Adsorbermaterial 2 kann beispielsweise ein Silikagel oder ein lonenaustauschharz umfassen. Wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 -4 zuvor beschrieben wurde, können Biokraftstoffkomponenten aus dem Motoröl entfernt werden, indem das Gemisch aus Motoröl und Biokraftstoff durch die Kammer 15 entlang dem polaren Adsorbermaterial 2 geleitet wird. Das polare Adsorbermaterial 2 kann beispielsweise als Beschichtung auf einem geeigneten Trägermaterial, beispielsweise eine Keramik, aufgebracht sein. Das beschichtete Trägermaterial wird in der Kammer 15 angeordnet. Das auf der Oberfläche des Trägermaterials aufgebrachte Adsorbermaterial 2 wird von der Motoröl-/Biokraftstoffmischung umflossen oder durchflössen und bindet den Biokraftstoff an seiner Oberfläche.
In dem Ölkreislauf 13 kann ferner eine geeignete Sensorik den Biodieselgehalt des Motoröls überwachen. Sollte die Aufnahmekapazität des Adsorbermaterials 2 erschöpft sein, kann dies durch einen Anstieg des Biokraftstoffgehalts registriert werden. Ein Austausch des Adsorbermaterials 2 kann daraufhin elektronisch empfohlen werden, indem beispielsweise eine entsprechende Anzeige für einen Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben wird oder ein entsprechender Eintrag in einem Fehlerspeicher des Fahrzeugs 10 abgelegt wird. Nachfolgend werden in Verbindung mit den Fig. 6-9 verschiedene Ausführungsformen von Komponenten zum Entfernen von Biodiesel aus Motoröl gezeigt werden. Fig. 6 zeigt ein stab- förmiges Element 16, welches einen stabformigen Abschnitt 17 und einen Schraubenkopf 18 umfasst. An einem Ende des stabformigen Abschnitts 17, welches in Verbindung mit dem Schraubenkopf 18 ist, weist der stabförmige Abschnitt 17 ein Außengewinde 19 auf. Eine Oberfläche des stabformigen Abschnitts 17 ist mit dem Adsorbermaterial 2 beschichtet. Zur Vergrößerung der Oberfläche kann der stabförmige Abschnitt 17 beispielsweise Löcher oder Bohrungen 20 aufweisen, welche ebenfalls mit dem Adsorbermaterial 2 beschichtet sind. Zusätzlich oder alternativ kann der stabförmige Abschnitt 17 hohl ausgestaltet sein, sodass er hülsenför- mig ist, wobei die Innenseite der Hülse ebenfalls mit dem Adsorbermaterial 2 beschichtet sein kann. Zusätzlich kann der hülsenförmige stabförmige Abschnitt 17 mit dem Adsorbermaterial 2 beispielsweise in Form eines Granulats gefüllt sein. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann das stabförmige Element 16 durch eine geeignete Öffnung in einer Ölwanne 21 derart in die Ölwanne 21 eingesetzt werden, dass der stabförmige Abschnitt 17 in Kontakt mit dem Motoröl 22 gelangt. Wenn das Adsorbermaterial 2 des stabformigen Elements 16 erschöpft ist und keinen Biodiesel mehr aus dem Motoröl 22 entfernen kann, kann das stabförmige Elemente 16 auf einfache Art und Weise durch Herausschrauben aus der Ölwanne 21 entnommen und ausgetauscht werden. Ein empfohlener Austausch kann beispielsweise auf einer Anzeige in einem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt werden oder als ein entsprechender Eintrag in einem Fehlerspeicher abgelegt werden. Die Erschöpfung des Adsorbermaterials 2 kann beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Sensors anhand von Veränderungen des Adsorbermaterials 2 direkt ermittelt werden oder durch eine geeignete Sensorik, welche den Biodieselgehalt in dem Motoröl 22 überwacht, ermittelt werden.
Fig. 8 zeigt ein scheibenförmiges Element 23, welches das Adsorbermaterial 2 im Inneren aufweist. Beispielsweise kann das Adsorbermaterial 2 in Form eines Granulats innerhalb des scheibenförmigen Elements 23 angeordnet sein. Außerdem kann das scheibenförmige Element
23 eine innere Struktur aufweisen, welche mit dem Adsorbermaterial 2 beschichtet ist. Die innere Struktur kann beispielsweise eine Vielzahl von Kanälen oder Gittern umfassen, welche eine große Oberfläche zur Aufnahme des Adsorbermaterials aufweisen. Fig. 9 zeigt die Anordnung des scheibenförmigen Elements 23 in einer Ölleitung 24. Motoröl, welches durch die Ölleitung
24 strömt, wird durch das scheibenförmige Element 23 geleitet und das Adsorbermaterial 2 entfernt Biodieselkomponenten aus dem Motoröl. Das scheibenförmige Element 23 kann in einer gut zugänglichen Ölleitung 24 angeordnet sein, so dass das scheibenförmige Element einfach ausgetauscht werden kann, wenn das Adsorbermaterial 2 erschöpft ist. Das scheibenförmige Element kann beispielsweise in Form einer Kartusche ausgebildet sein, welche auf einfache Art und Weise beispielsweise in der Ölleitung 24 oder in einen Ölfilter des Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Das Adsorbermaterial kann weiterhin als lonentauscher ausgebildet sein, welcher im Gegenzug für adsorbiertes Biodiesel beispielsweise ein Additiv freisetzt. Das Additiv kann einen Oxidation- sinhibitor oder ein Mittel zum Erhöhen der TBN (Total Base Number) des Motoröls umfassen. Der Oxidationsinhibitor kann die Öloxidation und die Bildung von schlämm- und lackartigen sowie korrosiven Verbindungen verhindern oder kontrollieren. Die TBN gibt die Menge aller Basen in einem Gramm Substanz gemessen als mg KOH an. Somit kann durch Erhöhen der TBN die alkalische Reserve zum Neutralisieren von sauren Bestandteilen im Motoröl erhöht werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl eines Verbrennungsmotors, umfassend:
Leiten des Motoröls entlang einem polaren Adsorbermaterial (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das polare Adsorbermaterial (2)
ein Silikagel oder ein lonenaustauschharz umfasst,
als eine Beschichtung auf einem Trägermaterial aufgetragen ist, und/oder
in einer Kammer (15) angeordnet ist, durch welche das Motoröl geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
die Kammer (15) einen Ölfilter des Verbrennungsmotors umfasst,
das Trägermaterial einen Stab oder eine Hülse umfasst, und/oder
die Kammer eine mit dem polaren Adsorbermaterial (2) gefüllte scheibenförmige Struktur aufweist, welche von dem Motoröl durchflössen werden kann und in einem Ölkreislauf des
Fahrzeugs austauschbar angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend:
Erfassen eines Biodieselgehalts in dem Motoröl, und
Erzeugen einer Empfehlung, das polare Adsorbermaterial auszutauschen, in Abhängigkeit von dem erfassten Biodieselgehalt.
5. Verfahren zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl eines Verbrennungsmotors, umfassend:
Leiten des Motoröls entlang einer Komponente, welche ausgestaltet ist, die Kraftstoffkomponente chemisch zu binden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in der Komponente ein Molekularsieb, ein Zeolith oder eine molekulare Prägung zum Entfernen der Kraftstoffkomponente aus dem Motoröl verwendet wird.
7. Verbrennungsmotor, welcher mit Kraftstoff betreibbar ist, welcher Biodiesel umfasst, wobei der Verbrennungsmotor (1 1 ) umfasst:
einen Motorölkreislauf (13) zur Schmierung von beweglichen Teilen des Verbrennungsmotors (1 1 ), und
ein polares Adsorbermaterial (2), welches derart in dem Motorölkreislauf (13) angeordnet ist, dass Motoröl entlang dem polaren Adsorptionsmaterial (2) geleitet wird.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei der Verbrennungsmotor (1 1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2-4 ausgestaltet ist.
9. Verbrennungsmotor, welcher mit Kraftstoff betreibbar ist, welcher Biodiesel umfasst, wobei der Verbrennungsmotor (1 1 ) umfasst:
einen Motorölkreislauf (13) zur Schmierung von beweglichen Teilen des Verbrennungsmotors (1 1 ), und
eine Komponente, welche ausgestaltet ist, Biodiesel chemisch zu binden, und welche derart in dem Motorölkreislauf (13) angeordnet ist, dass Motoröl entlang der Komponente geleitet wird.
10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei in der Komponente ein Molekularsieb, ein Zeo- lith oder eine molekulare Prägung zum Entfernen von Biodiesel aus dem Motoröl verwendet wird.
1 1 . Verwendung eines polaren Adsorbermaterials zum Entfernen einer Kraftstoffkomponente aus Motoröl, wobei das polare Adsorbermaterial (2) insbesondere ein Silikagel oder ein lonen- austauschharz umfasst.
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