Kraftstoffe in Hybridfahrzeugen

Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen Kraftstoffen und kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten in Plug-In-Hybrid Electric Vehicles

 

Kurzbeschreibung

In Deutschland waren Anfang 2017 nach Angaben des Kraftfahrtbundesamts über 164.000 Hybrid-Pkw zugelassen. Ihre Zahl soll nach dem Willen der Politik weiter steigen, um den Kraftstoffverbrauch und damit auch die CO2-Emissionen zu senken. In Hybridfahrzeugen sorgt der Elektromotor überwiegend für den Antrieb, so dass der Verbrennungsmotor je nach Fahrweise nur in geringerem Umfang benötigt wird. Dadurch ändert sich das Tankverhalten der Fahrzeugnutzer und der Kraftstoff verbleibt länger im Tank und kann altern. In Verbindung mit beigemischten Biokraftstoffen – bis zu 10 % Bioethanol im Benzin und bis zu 7 % Biodiesel in Dieselkraftstoffen sind derzeit üblich – kann die Alterung von Kraftstoffen schneller ablaufen. Bei neuen alternativen Kraftstoffen wie bspw. HVO ist das Alterungsverhalten (teilweise) noch nicht bekannt. In Deutschland ist HVO (hydrotreated vegetable oil, hydriertes Pflanzenöl) als Zumischkomponente für Dieselkraftstoff seit 2012 auf dem Markt. HVO kann auch in höheren Konzentrationen als FAME zugemischt werden. So wurde bereits der Einsatz von „R33“ (Dieselkraftstoff: 67%, FAME: 7% und HVO: 26%) erprobt. Eine weitere Diversifikation der Kraftstoffe ist zu beobachten.

Wie sich Multikomponenten-Kraftstoffe und Mischungen aus Alt- und Frischwaren im Kraftstoff-Versorgungssystem in Abhängigkeit der herrschenden Betriebsbedingungen verhalten, kann durch die periodische Analytik nach DIN EN 228 (Ottokraftstoff) bzw. DIN EN 590 (Dieselkraftstoff) abgeschätzt werden. Die Bildung von Alterungsprodukten bzw. ob es in der technischen Anwendung zu Betriebsstörungen kommt, kann dagegen nicht durch analytische Methoden vorausgesagt werden. Zur detaillierten Beurteilung des Alterungszustandes sind weiterführende chemische und physikalische Untersuchungen und Befundungen von kraftstoffführenden Fahrzeug-Komponenten wie des Tanksystems, den Kraftstoffleitungen, der Hochdruckpumpe, und des Einspritzsystems in Plug-In-Hybrid Electric Vehicles (PHEV) erforderlich. Vor allem bei langen Verweilzeiten im Kraftstoffversorgungssystem (größer 6 Monate) kann das Verhalten des Kraftstoffes nicht sicher vorhergesagt werden. Insbesondere in PHEV nach 2025 ist damit zu rechnen, dass die Kraftstoffe in Tanksystemen längere Verweilzeiten aufweisen, da der Elektromotor als Hauptantriebsmaschine genutzt werden soll.

 

Ziele des Projekts

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die Wechselwirkungen zwischen kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten und Kraftstoffen bei einer längeren Lagerung von Otto- und Dieselkraftstoffen und Blends mit alternativen Anteilen in PHEV-Fahrzeugen unter anwendungsnahen Bedingungen (Lagerdauer, Lagerbedingungen der Kraftstoffe in PHEV) ermittelt werden. Kraftstoffseitig sollen insbesondere gealterte Kraftstoffe und Kraftstoffblends aus Ottokraftstoff und Ethanol/ Methanol bzw. aus Dieselkraftstoff und FAME und synthetische Dieselkraftstoffe wie hydriertes Pflanzenöl (HVO) und Gas-to-Liquid (GtL) untersucht werden.

Für einen optimalen Betrieb des Fahrzeugs muss die Interaktion zwischen gealterten Kraftstoffen und kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten auf ein tolerables Maß reduziert werden, so dass es nicht zur Einschränkung der Funktionalität von Bauteilen kommt. Das Betriebsverhalten und die Betriebssicherheit dürfen auch nach einer längeren Verweilzeit im Tank und im Falle einer Erhöhung der Beimischung alternativer Kraftstoffe nicht beeinträchtigt werden.

 

Arbeitsaufgaben OWI

  • Feldbeprobung und Dokumentation von Kraftstoffen und kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten in Netzersatzanlagen (Dieselkraftstoffe) und off-season vehicles (Ottokraftstoffe) sowie PHEV
  • Langzeitlagerung von Kraftstoffen und kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten unter anwendungstechnischen Bedingungen
  • Grundlegende verbrennungstechnische Untersuchungen an ausgewählten (gealterten) Kraftstoffen
  • Untersuchungen zur Ablagerungsbildung von Kraftstoffen auf einer heißen kraftstoffbenetzten Oberfläche mit einem Einzeltropfenverdampfer
  • Funktionalitätsprüfung und Befundung von kraftstoffführenden Fahrzeugkomponenten
  • Formulierung von Anforderungen an langzeitgelagerte Kraftstoffe und kraftstoffführende Fahrzeugkomponenten in PHEV und Handlungsempfehlungen zur Betriebssicherheit (gemeinsam mit TAC)

 

Durchführende Forschungsstellen

  • OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH, Herzogenrath
  • Technologietransferzentrum Automotive an der Hochschule Coburg (TAC)

 

Projektförderung

Das Forschungsprojekt wird durch die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V. (FVV) die Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. (DGMK) sowie die Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V. (UFOP) gefördert.

 

Projektlaufzeit

01/2017 bis 02/2018

 

Ansprechpartner

Sebastian Feldhoff

Tel.: 02407/ 9518-117

E-Mail: S.Feldhoff@owi-aachen.de