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EN 590

Im Unterschied zum Benziner saugt ein Dieselmotor kein Kraftstoff-Luft-Gemisch, sondern reine Luft an. Diese Luft wird sehr hoch verdichtet und dann entsprechend dem Leistungsbe-darf Dieselkraftstoff eingespritzt. Im Gegensatz zum fremdgezündeten Ottomotor (Zündkerze) entzündetet sich der Kraftstoff im hochverdichteten Brennraum von selbst (Selbstzünder).

Die Probenahme nach DIN 51750-1 / EN ISO 3170

Die Anforderungen an die Temperaturgrenzwerte der Filtrierbarkeit (Kälteverhalten) sind:
15. April bis 30. September CFPP höchstens= 0 °C
01. Oktober bis 15. November CFPP höchstens= –10 °C
16. November bis 28. Februar CFPP höchstens= –20 °C
01. März bis 14. April CFPP höchstens= –10 °C

  • Cetanzahl EN 16144, EN 15195
  • Cetanindex EN ISO 4264
  • Dichte bei 15 °C gemäß EN ISO 12185
  • Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe EN 12916
  • Schwefelgehalt EN ISO 20884
  • Flammpunkt EN ISO 2719
  • Koksrückstand EN ISO 10370
  • Aschegehalt EN ISO 6245
  • Wassergehalt EN ISO 12937
  • Gesamtverschmutzung EN 12662
  • Korrosionswirkung auf Kupfer EN ISO 2160
  • Fettsäure-Methylestergehalt EN 14078
  • Oxidationsstabilität EN ISO 12205
  • Schmierfähigkeit EN ISO 12156-1
  • Viskosität bei 40 °C EN ISO 3104
  • Destillation EN ISO 3924
  • CFPP Filtrierbarkeit EN 116
  • Cloud point EN 23015

Zündwilligkeit

Daraus ergibt sich die erste und mit der wichtigsten Eigenschaft des Treibstoffes, die Zündwil-ligkeit. Diese Zündwilligkeit steht der Klopffestigkeit des Ottokraftstoffes diametral entgegen. D.h. die Komponenten, die im Benzin wegen ihrer schlechten Octanzahl gemieden werden, sind hier die gefragtesten Komponenten: möglichst lange, geradkettige Paraffine (n-Paraffine). Das Maß für die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoff ist die Cetanzahl.

Kälteverhalten

Die zweite wichtige Eigenschaft ist das Kälteverhalten des Treibstoffes. Leider haben diese n-Paraffine – besonders die langkettigen – eine unangenehme Eigenschaft:
Sie besitzen einen vergleichsweise hohen Erstarrungspunkt.
Ein n-Paraffin erstarrt im Vergleich zu einem gleich schweren iso-Paraffin bei einer wesentlich höheren Temperatur. Viele n-Paraffine ergeben zwar eine gute Zündwilligkeit, aber bei niedrigen Temperaturen neigen sie zum Auskristallisieren aus dem Kraftstoff. Kraftstoff-Filter, die dafür gedacht sind, unerwünschte Fremdkörper aus dem Kraftstoff zu holen, verstopfen dann innerhalb kürzester Zeit. Dann wird der Motor nicht mehr (ausreichend) mit Kraftstoff versorgt, er bleibt stehen.

Siedebereich

Der Siedebereich des Diesels liegt bei ca. 170 – 350 °C. Das hat mehrere Gründe:
1. Aus der Erfindungszeit und Zielsetzung der Maschine: Die Benzinfraktion war schon ver-plant, man suchte nach Maschinen, die andere Destillatanteile aus dem Rohöl nutzen konnten.
2. Die schon erwähnte Zündwilligkeit. Besonders für n-Paraffine, aber in abgeschwächter Form auch für andere Kohlenwasserstoffe gilt: je größer das Molekül, desto zersetzungsfreudiger (=zündwilliger).
3. Die Kraftstoffpumpe, die den Treibstoff unter hohem Druck in die Brennräume pumpt, wird durch diesen Kraftstoff auch geschmiert. Ist der Treibstoff zu dünnflüssig, funktioniert das nicht.
4. Ein angenehmer Nebeneffekt des Siedeschnittes: Bei normaler Raumtemperatur ist Diesel nicht entflammbar. Er ist damit deutlich handhabungssicherer als das leichtentflammbare Benzin.

Additive

Die wichtigsten Zusätze zu Dieselkraftstoffen:
Hinsichtlich der Zündwilligkeit lässt sich mit den meisten Rohölsorten ein zufriedenstellendes Produkt herstellen. Lediglich besonders naphthenhaltige Rohöle wie aus Nigeria oder Vene-zuela erfordern den Zusatz von Zündverbesserern (Cetanzahl-Improver). Dafür verwendet man organische Nitrate, z.B. Hexylnitrat.
Um das Ausscheiden von Paraffin-Kristallen bei niedrigen Temperaturen zu verhindern, setzt man Fließverbesserer ein. Diese Zusätze bilden feindisperse Mischungen der Paraffin-Kristalle, der Kraftstoff bleibt fließfähig und filtrierbar.

Cetanzahl

Sie gibt Auskunft über die Zündwilligkeit des Kraftstoffes. Die Cetanzahl wird bestimmt nach EN ISO 5165: Bestimmung der Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen, Cetanverfahren mit dem CFR-Motor.

Cetanindex

Für den Fall, dass kein Prüfmotor zur Verfügung steht, oder aber die Probenmenge für eine motorische Bestimmung nicht ausreichend ist, kann aus der Dichte und Werten aus dem Sied-verlauf der Cetanindex berechnet werden.
EN ISO 4264: Berechnung des Cetanindex aus 4 Parametern

Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe

Mehrkernige aromatische Verbindungen haben eine schlechte Cetanzahl, neigen im Fahrbe-trieb am ehesten zum Rußen und sind allgemein als kanzerogen eingestuft.
Der Gehalt an PAH wird bestimmt nach:
EN 12 916: Bestimmung von aromatischen Kohlenwasserstoff-Gruppen in Mitteldestillaten
HPLC-Verfahren mit Brechungsindex-Detektor

Flammpunkt

Ein Sicherheitsaspekt, denn Diesel unterliegt aufgrund seiner schwereren Entflammbarkeit bei Lagerung, Transport und Verkauf deutlich niedrigeren Sicherheitsanforderungen als Benzin.

EN ISO 2719: Verfahren nach Pensky-Martens mit geschlossenem Tiegel
Grenzwert mindestens 55 °C
Ablehnungsgrenzwert mindestens 53 °C

Koksrückstand

Verdampft der Kraftstoff beim Verbrennen vollständig oder verkokt er und es bilden sich Rückstände.
EN ISO 10 370: Bestimmung des Koksrückstandes – Mikroverfahren
Der Koksrückstand wird bestimmt aus einem 10 Vol. % Destillationsrückstand. Der ermittelte Wert wird bezogen auf den Siederückstand und bezogen auf die Originalprobe angegeben.
Grenzwert: maximal 0,30 Gew. %
Ablehnungsgrenzwert: maximal 0,37 Gew. %

Aschegehalt

Ein zu hoher Aschegehalt kann zu Ablagerungen im Brennraum und an den Ventilen führen. Der Wert gibt Auskunft über anorganische Bestandteile des Kraftstoffes und wird nach:
EN ISO 6245: Bestimmung der Asche durchgeführt.
Grenzwert: maximal 100 mg/kg, = 0,01 Gew. %
Ablehnungsgrenzwert: maximal 130 mg/kg = 0,013 Gew. %

Wassergehalt

Dieselkraftstoff kann nur sehr begrenzte Mengen an Wasser lösen. Sinkt die Temperatur, kann gelöstes Wasser wieder ausfallen und zu Korrosion in der Kraftstoff-Anlage führen.
EN ISO 12 937: Bestimmung des Wassergehaltes, Coulometrische Titration nach Karl Fischer
und
DIN 51 777: Bestimmung des Wassergehaltes nach Karl Fischer, direktes Verfahren sind Methoden sind Wasserbestimmung. In EN 590 zugelassen ist nur das coulometrische Verfahren EN ISO 12 937.
Der Grenzwert beträgt maximal 200 mg/kg,
der Ablehnungsgrenzwert maximal 258 mg/kg.

Gesamtverschmutzung

In Diesel befinden sich u.U. sehr feinpuderige Schwebstoffe, die sich aufgrund der Viskosität des Kraftstoffes sehr lange in der Schwebe halten können. Man erkennt sie in Proben nur dann direkt, wenn man sie für einige Tage (bis Wochen) ruhen lässt und sich am Boden der Probenflasche ein dünner, lehmiger oder puderiger Bodensatz bildet.
EN 12662: Bestimmung der Verschmutzung in Mitteldestillaten
Die Probe wird durch Feinstfilter gesaugt, der Filter ölfrei gewaschen und der Massezuwachs bestimmt.
Grenzwert: Eine Verschmutzung von maximal 24 mg/kg,
Ablehnungsgrenzwert: eine Verschmutzung von maximal 28 mg/kg.

Oxidationsstabiliät

Bei Diesel beschreibt das Verfahren die Reaktion des Kraftstoffes unter Einfluss von Luftsauer-stoff, was besonders für die Lagerhaltung von Diesel wichtig ist. Oxidationsempfindliche Komponenten wie polycyclische Aromaten oder Hetero-Verbindungen reagieren mit Sauer-stoff und bilden einen Rückstand. Dieser Rückstand wird ähnlich der Gesamtverschmutzung abfiltriert und bestimmt. Solche rückstandsbildenden Oxidations-Reaktionen können durch geeignete Additive aufgeschoben werden.

EN ISO 12 205: Bestimmung der Oxidationsstabilität von Mitteldestillaten
Grenzwert: maximal 25 g/m^3;
Ablehnungsgrenzwert: maximal 28 g/m^3;

Schmierfähigkeit, Lubricity, (HFRR)

Wie schon in der Einleitung zu EN 590 erwähnt wird die Kraftstoffpumpe, die in modernen Dieselmotoren einen Förderdruck von bis zu 2000 bar bereitstellt, durch den Kraftstoff selbst geschmiert. Ist die Schmierfähigkeit des Kraftstoffes unzureichend, so wird die Pumpe mehr oder weniger schnell vorzeitig verschleißen. Mit Benzin als Pumpmedium kann das eine Frage von Minuten sein, nur um die Auswirkungen einer falschen Betankung mit Benzin statt Diesel zu schildern. Bei der Schmierfähigkeit oder Lubricity wird der korrigierte Verschleiß-Kalotten-Durchmesser, „wear scar diameter„ (wsd 1,4), bei 60 °C bestimmt nach:

EN ISO 12 156 – 1: Bestimmung der Schmierfähigkeit unter Verwendung eines Schwingungsverschleiß-Prüfgerätes, Teil 1: Prüfmethode
Grenzwert: Ein wear scar von maximal 460 μm Durchmesser.
Ablehnungsgrenzwert: Ein wear scar von maximal 521 μm Durchmesser.

Viskosität

Wie fließfähig ist der Kraftstoff, wie gut wird er durch die Einspritzdüsen im Brennraum zerstäubt. Auskunft über diese Eigenschaft gibt die kinematische Viskosität, bestimmt bei 40 °C.
EN ISO 3104: Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität
Grenzwerte der kinematischen Viskosität bei 40 °C:
Grenzwert: mindestens 2,00 mm^2/s, maximal 4,50 mm^2/s.
Ablehnungsgrenzwert: mindestens 1,99 mm^2/s, maximal 4,52 mm^2/s.

Destillation

Der Siedebereich eines Dieselkraftstoffes muss in einem gewissen Rahmen liegen. Technische Gründe (Viskosität, Cetanzahl, Flammpunkt im niedrigsiedenden Bereich und z.B. Neigung zur Verkokung im hochsiedenden Bereich) sowie zollrechtliche Vorschriften geben diesen Rahmen vor.

EN ISO 3405: Destillationsverfahren bei Atmosphärendruck beschreibt die Vorgehensweise. Es ist dasselbe Destillationsverfahren, das auch für Otto-Kraftstoff zur Bestimmung der Flüchtigkeit angewendet wird.

Fettsäure-Methylestergehalt (FAME)

Im Zuge des Einsatzes von regenerativen Kraftstoffen darf zu mineralischem Dieselkraftstoff FAME zugemischt werden. Dies wird durch steuerliche Anreize gefördert. Der Anteil an FAME ist limitiert, um motorische Störungen an Fahrzeugen, die für den Betrieb mit Biodiesel nicht ausgelegt sind, auszuschließen.

EN 14078: Bestimmung der Fettsäure-Methylester in Mitteldestillaten (IR-Methode)
Grenzwert: maximal 5 Vol. % FAME in Diesel
Ablehnungsgrenzwert: maximal 5,5 Vol. % FAME in Diesel

FAME Bestimmung mittels IR-Spektrospkopie:
FAME ist chemisch gesehen ein Ester. Eine Esterverbindung unterscheidet sich von reinen Kohlenwasserstoffen durch Sauerstoff, der chemisch gebunden im Molekül vorliegt.
Dieser Unterschied zeigt sich im Infrarot-Spektrum. FAME zeigt bei einer Wellenzahl von 1745 cm-1, bei der Mitteldestillat eher unauffällig ist, eine markante Absorptionsbande. Anhand der Stärke dieser Bande kann FAME in Diesel quantitativ nachgewiesen werden.

Durchführung:
Setzen Sie in Cyclohexan Verdünnungen von FAME im Bereich von 1 – 10 g/l an und erstellen eine Kalibrierfunktion von Extinktion zu Konzentration.
Die Extinktionen sollten im Bereich von 0,1 bis 1,1 liegen und der Koeffizient der Regressi-onsgerade über 0,99 sein.
Verdünnen Sie die Dieselprobe auf einen für die Extinktion günstigen Bereich (1 : 10 bis 1: 20), analysieren das IR-Spektrum und werten die Extinktion aus: Peakhöhe bei ca. 1745 cm-1, Basislinienkorrektur bei ca. 1670 cm-1 und 1820 cm-1.
Berechnen Sie über die Kalibrierfunktion und die gewählte Verdünnung den FAME-Gehalt im Kraftstoff.
Die Kalibrierung erfolgt über Massenanteile, für die Umrechnung der Messung in Volumina nehmen Sie eine Dichte von 880 kg/m⊃3; für den FAME an.

Kälteverhalten

Das Verhalten bei niedrigen Temperaturen:
In Regionen mit gemäßigtem Klima genügt hierzu der CFPP, (Cold Filter Plugging Point).
EN 116: Bestimmung des Temperaturgrenzwertes der Filtrierbarkeit

Die kalendarischen Angaben für Sommer, Winter und Übergangszeiten sind identisch mit de-nen für Benzin.

Cloudpoint

Zusätzlich wird bei diesen arktischen Klassen der Trübungspunkt CP (Cloudpoint) bestimmt.
Weiter gelten für den Diesel bei diesen Bedingungen andere Anforderungen für Dichte, Viskosität, Cetanzahl, Cetanindex sowie zusätzliche Parameter für den Siedeverlauf. Die veränderten (abgemilderten) Grenzwerte tragen der Tatsache Rechnung, dass das Kälteverhalten bei sehr tiefen Temperaturen nicht mehr nur allein über Additive eingestellt werden kann. Es müssen auch kürzere = kleinere = dünnflüssigere und niedriger siedende Kohlenwasserstoff-Moleküle verwendet werden.

BASF-Motor DIN 51 773

In Gegensatz zum CFR-Motor, wo über ein variables Verdichtungsverhältnis der Verdich-tungsdruck gesteuert wird, regelt man dies beim BASF-Motor über eine Drosselung der An-saugluftmenge. Der von der BASF-AG in Ludwigshafen (auf Basis MWM / KHD) entwickelte Motor ist ein 4-Takt-Einzylinder-Dieselmotor mit einem konstantem Verdichtungsverhältnis von 18,2 : 1. Die Drehzahl beträgt 1000 U/min, der Zündverzug wird auf 20 Grad eingeregelt. Der Motor enthält eine Einrichtung zum Verändern der Ansaugluftmenge. Gemessen wird diese Einregelung über die Messung des Luftdurchflusses mittels Venturi-Düse oder über die Messung des Unterdrucks im Ansaugkanal.

Eingabeln: Die Probe wird mit 2 Bezugskraftstoffen vergleichen von denen einer eine höhere und einer eine niedrigere CZ hat. Die Differenz der CZ darf bei maximal 4 Punkten liegen.

Bezugskurve: Sie erstellen mit Bezugskraftstoffen eine Bezugskurve. Während den Messungen der Proben sind Prüfungen mit Bezugskraftstoffen so zu legen, dass eine Bezugskurve zuverlässig erstellt werden kann. Die Messungen sind mindestens zweimal zu wiederholen.


Bezugskraftstoffe sind:
Cetan, n-Hexadecan mit einer CZ von 100 und 1-Methylnaphthalin mit einer CZ von 0.
Aus dem volumetrischen Mischungsverhältnis der beiden Stoffe errechnet sich die CZ.
Zusätzlich verwendet man noch Kontrollkraftstoffe. Dies sind Dieselkraftstoffe, deren CZ z.B. durch Ringversuche zuverlässig festgelegt ist. Die Kontrollkraftstoffe werden nicht zur Bestimmung der CZ verwendet, sie dienen nur zur Überprüfung des motorischen Zustandes des Prüfmotors.