LPG, ein attraktives Werkzeug für die „Entkarbonisierungs-Strategie“?

21. August 2015
ERC Additiv

Beispiel von Ventil-Abnutzung in LPG-betriebenen KFZ

Die Europäische, und noch mehr die deutsche Strategie zur „Entkarbonisierung“ hält immer noch am „20/20/20“-Ziel für die Reduzierung von Treibhausgasen im Jahr 2020 fest. LPG als einfache, leicht umzusetzende Alternative zu Benzin (und sogar Diesel) könnte eine attraktive Maßnahme aufgrund der Tatsache sein, dass– auf Basis einer „Well-to-Wheel“-Analyse – eine sofortige Reduzierung des CO2-Ausstoßes von etwa 15-20% erreicht werden kann. Aus diesem Grund wir LPG in Deutschland bis 2018 noch geringer besteuert, was dazu beiträgt, dass LPG als wirtschaftlich wie ökologisch attraktive Alternative angesehen wird. In Deutschland trägt LPG mit rund 500.000 [5] Autos zum Pkw-Bestand bei, das sind etwa 1,5%. 

Der Beitrag der Automobilindustrie zu diesem Volumen ist vernachlässigbar; sie erreicht in einzelnen Häusern kaum die 1%-Grenze ihrer Fuhrparks. Folglich wird der LPG-Markt in Deutschland vor allem durch Werkstattumbauten bestehender Benzin-Pkws bedient, teilweise in Lizenz der Hersteller. Der Preis für den Umbau ist für die Kunden die wichtigste treibende Kraft beider Wahl einer Werkstatt, weshalb technische Änderungen am bestehenden Benzinmotor auf ein Minimum reduziert werden. Dieser Zwang zu kosten optimierten Lösungen steht im krassen Gegensatz zu den Anforderungen der Automobilindustrie, die vor dem Hintergrund steigender Emissionsanforderungen, auch im Benzinbereich Qualitäten fordert, die die „Normanforderungen“ gemäß DIN/EN bei weitem übersteigt. 

Umso sensibler ist die Umstellung von Benzin auf den „gasförmigen“ Kraftstoff LPG einzustufen, denn hier fehlen einerseits die für den Schutz der benzindurchströmten beweglichen Teile so wichtigen schwererflüchtigen Komponenten, andererseits werden im LPG die im Benzin zugesetzten Additive zur Erfüllung oben genannter Anforderungen grundsätzlich nicht zugesetzt. Nicht zuletzt die geltenden Normanforderungen für LPG lassen einen solchen Zusatz aktuell nicht einmal zu. 

Bei den umgebauten Benzinmotoren sind vor allem die Ventilsitzpaarungen oft nicht stabil genug, um der erhöhten Belastung durch gasförmige Kraftstoffe wie LPG oder Gas (CNG) standzuhalten. Diesem Leistungsverlust kann man durch geeignete Ventilschutz-Additive entgegenwirken, anstatt gleich den ganzen Zylinderkopf auszutauschen. Solche Additive müssen sowohl im einlassseitigen als auch im auslassseitigen Bereich des Motors wirken.

Kia/Hyundai wusste um die mangelnde Stabilität der Motoren und entschied sich bei Umbauten der Benzinmotoren zum LPG-Betrieb für ein Additivierungskonzept, um die 7-Jahre-Garantie auch für seine LPG-getriebenen Fahrzeuge aufrecht zu erhalten. Das Ergebnis ist ein Konzept, das ein automatisiertes, Bordrechner-gesteuertes Additivierungssystem mit einem zugelassenen Additiv enthält. ERC begleitete diesen Prozess und entwickelte das Additiv. 

 

1. Feldversuche

Der Additiventwicklung folgte eine Reihe von Feldversuchen, in denen die Langzeitauswirkungen des Additivs auf Ventile sowie Motor- und Motorperipherie überprüft wurde. Mit mittlerweile vier Modellen (Chevrolet Cruze, KiaCeed, Opel Astra und Hyundai i40) konnten Erfahrungen über insgesamt mehr als 300.000 km gesammelt werden. Bei diesen Langzeituntersuchungen wurden die Zustände der Ventilumgebung, des Brennraumes, des Motoröles und der Abgasaggregate erfasst und bewertet. Anstelle des erwarteten Rückgangs des Ventilspiels, das bei fortschreitendem Verschleiß zu erwarten gewesen wäre, findet man tendenziell eher einen geringen Zuwachs des Spiels, der mit dem Aufbau einer additivbedingten Schutzschicht erklärbar ist.

Im Ergebnis lässt sich feststellen, dass die Additivierung zwar nicht zur möglichen Verlängerung von Ölwechselintervallen beitragen kann, aber immerhin lag die Motorölqualität bei jedem Ölwechsel im Bereich des Verschleißes, wie er bei reinem Benzinbetrieb zu erwarten wäre. Dies ist aufgrund der höheren Belastung durch das unterschiedliche thermo-kinetische Verhalten von LPG im Vergleich zu Benzin ein sehr positives Ergebnis. 

Die Emissionsmessungen bleiben ebenfalls unauffällig:
Die Werte liegen nach 100.000 km noch immer weit unter den gesetzlich geforderten Grenzwerten. Auch auf dem Rollenprüfstand zeigte der Katalysator einen kleinen, aber mit Benzin vergleichbaren, Abbau im Wirksamkeitsgrad. Das ist ein wichtiger Parameter und zeigt, dass der kontinuierliche, präzise geregelte Einsatz selbst aschebildender Additive keinen Einfluss auf das langfristige Emissionsverhalten hat.

 

2. Motordemontage

Nach 100,000 km wurden die Emissionen des Fahrzeuges kontrolliert und der Motor wurde vom Hersteller demontiert. Bei dieser Untersuchung wurden keine außergewöhnlichen Verschleißerscheinungen gefunden, der Motor war sauber und die Befundung unauffällig.

Zusammenfassend konnte nachgewiesen werden, dass die Umwandlung eines Benziners auf LPG nicht nur eine ökonomische und ökologische Maßnahme ist, die erheblich zur Erfüllung der aktuellen Anforderungen des Umweltschutzes beitragen kann, sondern für eine große Bandbreite an Autos offen steht. Selbst wenn die Motorventil-Umgebung für den Einsatz von LPG nicht optimal ausgelegt ist, kann durch ein integriertes Additivierungssystem ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Das genannte Beispiel gibt nur einen kleinen Einblick in die verschiedenen Möglichkeiten, Kundenvorteile zu generieren oder neue Entwicklungen zu ermöglichen, damit einerseits moderne Kraftstoffe mit neuen Motorentechnologien kompatibel sind und andererseits auch Aggregate geschützt werden können, um den Einsatz von modernen Brennstoffen in bestehenden Motoren zu ermöglichen. Je strenger die „Entkarbonisierungs-Strategien“ definiert werden, umso mehr neue und moderne Kraftstoffe werden auf den Markt kommen. „Used Fried Oil Methyl Ester“ (UFOME) (Methylazetat aus gebrauchtem Speiseöl), Öle aus industriell hergestellten Algen, BTL (biomass-to-liquid – Verflüssigte Biomasse) und hydriertes Pflanzenöl (HVO) sind nur einige Beispiele für Brennstoff-Qualitäten, mit denen man in naher Zukunft zu tun haben wird. Die fortschreitende Anpassung der Kraftstoffqualitäten durch geeignete Additiv-Formulierungen wird insofern eine weiterhin interessante Herausforderung bleiben.

Auszug aus dem Manuskript Uniti Mineralöltechnik - Der Markt jenseits der Premiumkraftstoffe. Additive für Nischenmärkte; Relevanz und Lösungen für Performance-Additive.

 

Autor: Dr. Martin Müller

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