Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128 DOI 10.1007/s10010-011-0138-3

O R I G I NA L A R B E I T E N / O R I G I NA L S

Untersuchungen zur Bestimmung der Fluideigenschaften von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen von Kraftfahrzeuganlagen während der Betankung Bestimmung des Luftanteils, der Dichte und der dynamischen Viskosität des Gasgemisches in der Entlüftung eines Kraftfahrzeugtanks während der Betankung Heinz-Jürgen Geurtz Eingegangen: 14. April 2011 / Online publiziert: 20. Mai 2011 © Springer-Verlag 2011

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden die Untersuchungen zur Berechnung der fluidmechanischen Eigenschaften von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen beschrieben. Ziel der Untersuchung war es, Modelle zur Berechnung der dynamischen Viskosität und der Dichte von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen zu erhalten. Dazu wurden Kraftstoffanalysen von Ottokraftstoffen durchgeführt. Aus diesen Daten wurde eine Datenbank mit den Einzelkomponenten aufgebaut. Diese wurde um die temperaturabhängigen Dampfdrücke und dynamische Viskositäten erweitert. In Experimenten konnte der Luftanteil des bei der Betankung aus dem Kraftstoffbehälter entweichenden Gases bestimmt werden. Mit diesen Daten kann von der Zusammensetzung der Flüssigkeit auf die Gasphase und deren Eigenschaften geschlossen werden. Weiter wurden mit den ermittelten Daten parametrische Modelle zur Berechnung der mittleren Molmasse, Dichte und dynamischen Viskosität von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen entwickelt. A study to investigate the fluid properties of fuel-vapour/air-mixtures of an automotive fuel system during refuelling Determination of air-content, density and dynamic viscosity of the vapour-mixture in the venting of automotive fuel tanks during refuelling Abstract This study investigates the methods of calculating the fluid-dynamic properties of fuel-vapour/air-mixtures. It aims to determine models for the calculation of the dynamic viscosity and density of these fuel-vapour/air-mixtures. For H.-J. Geurtz () Porsche AG, Porschestrasse 71287 Weissach, Deutschland e-mail: [email protected]

this purpose, fuels were analyzed. The data received were collected in a database which was complemented with the temperature-dependent vapour-pressures and dynamic viscosity-properties. Experiments were conducted in order to determine the air-content in the vapour venting from a fuel system during refueling. Based on these data conclusions can be drawn on the composition of the liquid fuel, which allows the assessment of the fuel-vapour and its properties. The results received were subsequently used to develop parametric models for the calculation of the average molecular weight, density and dynamic viscosity of fuelvapour/air-mixtures. Symbolverzeichnis Lateinische Symbole f Volumenkräftevektor g Erdbeschleunigung l Charakt. Länge einer Strömung M Molmasse pD Dampfdruck pAD Abschaltdruck t Zeitintervall Siedetemperatur TS T Temperatur in K v Strömungsgeschwindigkeitsvektor v Strömungsgeschwindigkeit X Molenbruch in der Flüssigphase Griechische Symbole  Ethanolanteil im Basiskraftstoff η Dynamische Viskosität  Laplace-Operator ∇ Nabla-Operator ϕ Luftanteil im Entlüftungsgas  Dichte

108

τ χ ξ

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Temperatur in °C Molenbruch in der Gasphase Relation der Reynolds-Zahlen

Hochgestellte Indizes HZ Ansatz nach Herning und Zipperer W Ansatz nach Wilke Tiefgestellte Indizes D Dampf i, j 1, 2, . . . KL Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch KSD Kraftstoffdampf L Luft m Mischung Dimensionslose Kennzahlen Fr Froude-Zahl Re Reynolds-Zahl

1 Einleitung Zur Einleitung werden die wichtigsten Bauteile und die Architektur von Kraftstoffsystemen für Kraftfahrzeuge mit Ottomotoren vorgestellt. Es folgt eine kurze Erläuterung des Betankungsvorgangs. Weiter werden die Systemvarianten skizziert, um die gesetzlichen Vorgaben der Märkte des USamerikanischen und des europäischen Raumes zu erfüllen. Kraftfahrzeuge mit Ottomotoren benötigen zur Bevorratung und Förderung des Kraftstoffs ein Kraftstoffsystem. Dieses Kraftstoffsystem besteht aus zahlreichen Komponenten. Die wesentlichen Komponenten eines Kraftstoffsystems für Kraftfahrzeuge sind der Kraftstoffbehälter (2) zur Bevorratung, ein Einfüllrohr (1a) mit Rückschwallklappe (1b) zur Wiederbefüllung, eine Entlüftungseinheit mit Ventilen (3), eine Entlüftungsleitung (4) und ein Aktivkohlefilter (5) zur umweltschonenden Entlüftung des Kraftstoffsystems in die Umgebung (7). Über die Regenerierleitung (9) wird Luft durch den Aktivkohlefilter zum Motor (10) gesaugt. Dabei gibt der Aktivkohlefilter die gespeicherten Kohlenwasserstoffe in einem endothermen Prozess wieder an die ihn durchströmende Luft ab [22]. Die so mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Luft wird dann im Verbrennungsmotor verbrannt. Eine Diagnoseleitung (8) dient der Überprüfung der Dichtheit des Kraftstoffsystems bzw. als Betankungsentlüftungsleitung. Die Kraftstofffördereinheit mit der Kraftstoffpumpe (11a) fördert flüssigen Kraftstoff durch die Kraftstoffleitungen (12) zum Motor. Der Füllstandgeber (11b) dient zur Messung des Füllstands im Kraftstoffbehälter (Abb. 1). Bei der Betankung eines Kraftfahrzeugs fließt flüssiger Kraftstoff durch das Einfüllrohr in den Kraftstoffbehälter. Während sich der Kraftstoffbehälter mit flüssigem Kraftstoff füllt, werden die sich im Kraftstoffbehälter befindenden Gase aus dem Tank verdrängt. Bei der Entlüftung des

Abb. 1 Schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für Kraftfahrzeuge mit Ottomotor

Kraftstoffbehälters wird zwischen zwei Systeme unterschieden. Zum einen ist das Entlüftungssystem zur Erfüllung der Emissionsvorschriften für den US-amerikanischen Markt zu nennen. Hier schreiben die US-amerikanische Umweltbehörde1 und die Califonische Umweltbehörde2 die Grenzwerte vor [6, 25]. Die sich im Kraftstoffbehälter befindenden Gase entweichen über die Entlüftungsleitung durch den Aktivkohlefilter in die Umgebung. Im Aktivkohlefilter werden die sich im Entlüftungsgas befindenden gasförmigen Kohlenwasserstoffe von der Aktivkohle in einem exothermen Prozess adsorbiert. In der anderen Variante des Entlüftungssystem leitet die Betankungsentlüftungsleitung die bei der Betankung aus dem Tank entweichenden Gase zum Einfüllstutzen. Dort werden die Gase vom Zapfventil über die Gasrückführung gemäß der deutschen Gesetzgebung3 abgesaugt [4, 5]. Über das Zapfventil der Tankstelle wird während einer Betankung mit einem Betankungsvolumenstrom von (15–60) l/min flüssiger Kraftstoff in das Einfüllrohr und den Kraftstoffbehälter eingeleitet. Die einströmende Flüssigkeit verdrängt das sich im Kraftstoffbehälter befindliche Gas. Durch Verdampfung des eingeleiteten Kraftstoffs entstehen Gasvolumenströme von bis zu 90 l/min, die über die Entlüftungsleitung aus dem Kraftstoffbehälter entweichen. Die Verdampfung des Kraftstoffs wird beeinflusst durch den Betankungsvolumenstrom, die Verdampfungsneigung des Kraftstoffs, die Umgebungstemperatur, den Umgebungsdruck und die Verwirbelungen bei der Einleitung des Kraftstoffs. Das aus dem Tank entweichende Gas erzeugt wegen der auftretenden Strömungsverluste im Entlüftungssystem des Kraftstoffsystems einen Druck im Kraftstoffbehälter, den sogenannten Tankinnendruck. Der typische Verlauf einer 1 Environmental 2 California

Protection Agency, EPA.

Air Resources Board, CARB.

3 Bundes-Immissionsschutzverordnung.

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109

durchgeführt. Ergänzend wurden Versuche zur Ermittlung der notwendigen Daten durchgeführt. Die Daten wurden ausgewertet und mit Hilfe mathematisch-physikalischer Ansätze konnten die für eine Strömungsberechnung notwendigen Fluidparameter berechnet werden.

2 Berechnung der dynamischen Viskosität von Kraftstoffdampf

Abb. 2 Typischer Verlauf des Tankinnendrucks bei einer Betankung mit Ottokraftstoff

Betankung ist in Abb. 2 dargestellt. Eine Betankung lässt sich in drei Phasen unterteilen [8]. In Phase I der Betankung steigt der Druck rasch bis zum Erreichen des Drucks p1 an. Die Höhe des Drucks wird im Wesentlichen durch den Betankungsvolumenstrom bestimmt. In Phase II sinkt der Tankinnendruck während des Betankungsvorgangs leicht ab, bzw. bleibt nahezu konstant. Hierfür liegen Daten aus Fahrzeugbetankungen vor. Wird der maximale Füllstand im Kraftstoffbehälter in Phase III erreicht, steigt der Tankinnendruck spontan bis zum Erreichen des Abschaltdrucks pAD an. Dadurch steigt der Kraftstoff im Einfüllrohr an und führt zum automatischen Abschalten des Zapfventils. Der Betankungsvorgang ist damit beendet. Zur Berechnung des bei der Betankung entstehenden Tankinnendrucks mittels einer numerischen Strömungssimulation sind die Volumen- bzw. Massenströme notwendig. Weiter werden zur korrekten Berechnung die Fluidparameter benötigt. Zur Strömungsberechung muss die Navier–Stokes-Gleichung (1) gelöst werden. In die Navier–Stokes-Gleichung gehen die Reynolds–Zahl Re und die Froude–Zahl Fr ein. Die Reynolds–Zahl charakterisiert den Strömungstyp. Die Froude–Zahl Fr kennzeichnet die Trägheitskräfte. Zur Berechnung der Reynolds–Zahl werden die Daten der Dichte  des Fluids sowie dessen dynamische Viskosität η benötigt. 1 1 v˙ = 2 f − ∇p + v mit Re Fr l··v Re = η v Fr = √ g·l

(1) (2) (3)

Die dynamische Viskosität des Entlüftungsgases bei der Betankung von Kraftstoffanlagen ist derzeit nicht bekannt. Zur Bestimmung der notwendigen Fluidparameter Dichte und dynamische Viskosität wurden Kraftstoffanalysen

Kraftstoff ist ein Gemisch aus über zweihundert einzelnen Kohlenwasserstoffen. Die dynamische Viskosität von Kraftstoffdampf wird bestimmt durch die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten. Der Anteil der einzelnen Komponenten ist stark unterschiedlich. Zur Bestimmung der verschiedenen Komponenten und deren Anteile wurden Proben flüssigen Ottokraftstoffs mit einem Gaschromatographen analysiert. Die Daten wurden ergänzt um den temperaturabhängigen Dampfdruck. Damit wurde eine Datenbank der Kohlenwasserstoffkomponenten des Ottokraftstoffs aufgebaut. Aus diesen Informationen kann durch Anwendung der Raoult’schen Gesetzes auf die quantitative Zusammensetzung der Gasphase geschlossen werden. Durch Erweiterung der Datenbank um Daten der temperaturabhängigen dynamischen Viskosität kann die dynamische Viskosität dampfförmigen Ottokraftstoffs berechnet werden. Da der Luftanteil im Entlüftungsvolumenstrom nicht bekannt ist, sind Experimente zur Bestimmung des Luftanteils notwendig. Hierzu wird mit unterschiedlichen Betankungsvolumenströmen und Kraftstoffen der Luftgehalt in der Entlüftung bestimmt. Die so ermittelten Daten lassen Rückschlüsse auf die dynamische Viskosität des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches in der Entlüftung eines Kraftstoffsystems während der Betankung zu. Weiterhin kann damit die Molmasse des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches als Funktion der Temperatur und des Luftanteils berechnet werden. 2.1 Analyse des flüssigen Kraftstoffs Mit einem Gaschromatographen wurden je eine Probe Ottokraftstoff Super-Plus nach DIN EN 228 in Sommer- und Winterqualität analysiert. Hierzu kam ein Gaschromatograph vom Typ Agilent GC 6890 zum Einsatz. Die Analysen lieferten die Auflistungen der Einzelkomponenten der Proben. Jede Einzelkomponente lag mit ihrem jeweiligen Gewichtsanteil vor. Im Sommerkraftstoff wurden 260 und im Winterkraftstoff 261 unterschiedliche Kohlenwasserstoffverbindungen gefunden. Von diesen konnten im Sommerkraftstoff 158 und im Winterkraftstoff 157 Verbindungen eindeutig spezifiziert, also um die für die Berechnungen notwendigen Informationen erweitert werden.

110

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Tab. 1 Molmassen und Gewichtsanteile der Hauptkomponenten im Sommerkraftstoff (Gewichtsanteil ≥1/Gew.-%)

Tab. 2 Molmassen und Gewichtsanteile der Hauptkomponenten im Winterkraftstoff (Gewichtsanteil ≥1/Gew.-%)

Name

Name

Molare Masse

Gew.-anteil

Molare Masse

Gew.-anteil

(g/mol)

(%)

(g/mol)

(%)

n-Butan

58,12

1

2-Methylbut-2-en

70,13

1

iso-Butan

58,12

1

n-Butan

58,12

6

iso-Pentan

72,15

10

n-Pentan

72,15

2

2-Methylbutan

72,15

11

n-Pentan

72,15

Benzol

78,11

2

1

Cyclohexan

84,16

1

2,2-Dimethylbutan

86,18

2

2,2-Dimethylbutan

86,18

2

2,3-Dimethylbutan 2-Methylpentan

86,18

1

2-Methylpentan

86,18

1

86,18

3

MTBE

88,15

2

3-Methylpentan

86,18

1

Toluol

92,14

13

Toluol

92,14

9

2-Methyhexan

100,20

1

2-Methyhexan

100,20

1

3-Methylhexan

100,20

2

3-Methylhexan

100,20

2

n-Heptan

100,20

1

n-Heptan

100,20

1

ETBE

102,18

8

ETBE

102,18

12

Ethylbenzol

106,17

2

Ethylbenzol

106,17

2

m-Xylol

106,17

8

m-Xylol

106,17

5

p-Xylol

106,17

3

p-Xylol

106,17

2

o-Xylol

106,17

3

o-Xylol

106,17

3

2,2,4-Trimethylpentan

114,23

4

2,2,4-Trimethylpentan

114,23

5

2,3,4-Trimethylpentan

114,23

1

2,5-Dimethylhexan

114,23

1

3-Ethyl-1-Methylbenzol

120,19

2

2,3,4-Trimethylpentan

114,23

2

1,2,4-Trimethylbenzol

120,19

3

2,3,3-Trimethylpentan

114,23

2

3-Ethyl-1-Methylbenzol

120,19

2

1,2,4-Trimethylbenzol

120,19

3

Tab. 3 Verteilung der Kohlenwasserstoffgruppen in Sommer- und Winterkraftstoff (ohne unspezifizierte Komponenten) Gruppe

Die aus den Kraftstoffanalysen erhaltenen Daten wurden in Form einer Datenbank aufbereitet. In dieser Datenbank wurden 189 spezifizierte Kohlenwasserstoffverbindungen gelistet. Von diesen konnten 106 Verbindungen vollständig mit Angaben zu Molmasse, Strukturformel, Dampfdruck pD , Siedetemperatur TS und dynamische Viskosität der Dampfphase ηD bedatet werden. Die Molmassen der Komponenten reichen von 42,08 g/mol wie z.B. bei Propen mit der Summenformel C3 H6 bis hin zu 156,22 g/mol bei den Dimethylnaphthalinen mit der Summenformel C12 H12 . Die jeweiligen Gewichtsanteile der Komponenten des Ottokraftstoffs sind stark unterschiedlich und reichen von wenigen Promille bis hin zu einem Gewichtsanteil von (10–13) %. Die Hauptkomponenten der beiden untersuchten Kraftstoffproben sind in Tab. 1 und 2 aufgelistet. Die einzelnen Komponenten können in die für Kohlenwasserstoffverbindungen üblichen Gruppen der Paraffine (Alkane), Olefine (Alkene), Naphtene (Cycloalkane), Aromate, Ether und Alkohole wie in Tab. 3 zusammengefasst werden.

Paraffine

Gewichtsanteil im Sommerkraftstoff

Winterkraftstoff

(Gew.-%)

(Gew.-%)

42,4

41,3

Olfine

6,3

2,6

Naphtene

1,4

2,7

Aromate

34,2

38,9

Ether

11,7

8,4

0,6

0,3

Alkohole

Sinkt der Gewichtsanteil unter 0,1 %, stellt man fest, dass kaum noch eine Erhöhung der Anzahl bedateter und damit auswertbarer Datensätze der Kohlenwasserstoffkomponenten stattfindet. Dagegen steigt die Differenz zwischen der Anzahl valider, also vollständig bedateter und auswertbarer Komponenten stark an. Für die vorliegende Studie wurden daher Komponenten berücksichtigt, deren Gewichtsanteil größer 0,1 % war. Die Summe der Komponenten betrugen 91,93 % beim Sommerkraftstoff, bzw. 90,42 % bei der Winterkraftstoffprobe. In Tab. 4 und 5 sind diese Angaben in Abhängigkeit des Gewichtsanteils aufgeführt.

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111

Tab. 4 Anzahl und Gewichtsanteile der berücksichtigten Komponenten im Sommerkraftstoff

Tab. 6 Dampfdruck der Hauptkomponenten flüssigen Ottokraftstoffs bei 20 °C; Quelle: [12, 18]

Mindestge-

Anzahl

Anzahl vollst.

Gewichtsanteil

Name

wichtsanteil

Komponenten

bedateter

vollst. bedateter

Komp.

Komp. (%)

(Gew.-%)

Dampfdruck (Pa)

iso-Butan

300804

≥1

24

24

75,57

n-Butan

207520

≥ 0,5

40

40

86,33

iso-Pentan

≥ 0,25

51

49

89,45

2-Methylbutan

76100

≥ 0,1

79

65

91,93

n-Pentan

56549

111

79

92,58

2-Methylbut-2-en

51213

2,2-Dimethylbutan

34965

≥ 0,025

Tab. 5 Anzahl und Gewichtsanteile der berücksichtigten Komponenten im Winterkraftstoff Mindestge-

Anzahl

Anzahl vollst.

Gewichtsanteil

wichtsanteil

Komponenten

bedateter

vollst. bedateter

Komp.

Komp. (%)

20

(Gew.-%) ≥1

20

76639

MTBE

26464

2,3-Dimethylbutan

25525

2-Methylpentan

22868

3-Methylpentan

20453

ETBE

12252

Cyclohexan

10335

74,10

Benzol

10013

82,99

2-Methyhexan

≥ 0,5

33

33

≥ 0,25

48

47

88,13

3-Methylhexan

6433

≥ 0,1

71

61

90,42

2,2,4-Trimethylpentan

5150

102

77

91,24

n-Heptan

4724

2,5-Dimethylhexan

3111

≥ 0,025

2.2 Berechnung der Gasphase von Kraftstoff Wie bereits Furey und Nagel in [10] und Shiller in [24] zeigten, kann durch Anwendung des Raoult’schen Gesetzes aus der Zusammensetzung von flüssigem Ottokraftstoff auf die Gasphase geschlossen werden. Xi · pD,i χi =  Xi · pD,i

(4)

Mit den aus den Analysen des flüssigen Kraftstoffs gewonnenen Daten kann mit (4) die Zusammensetzung der Gasphase des Kraftstoffdampfs bestimmt werden. In Tab. 6 sind für ausgewählte Komponenten die Dampfdrücke bei 20 °C aufgelistet. Für die beiden Kraftstoffproben konnte mit den vorgestellten Daten die Zusammensetzung der jeweiligen Gasphase berechnet werden. Die sich aus (4) für Sommer- und Winterkraftstoff ergebenden Werte sind in den Tab. 7 und 8 aufgelistet. Die Gasphase der beiden Kraftstoffproben wird dominiert von leichtsiedenden Kohlenwasserstoffkomponenten mit vier (C4 ) bis sechs (C6 ) Kohlenstoffatomen. Dies sind Stoffe wie Butan, Buten, Pentan, Penten, Hexan, ETBE und MTBE. Diese Verbindungen stellen die Gruppe der Primärkomponenten der Gasphase von Ottokraftstoff dar. Kohlenwasserstoffverbindungen mit sieben und mehr Kohlenwasserstoffatomen spielen in der Dampfphase nur eine untergeordnete Rolle. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich für höhe-

6894

Toluol

2912

2,3,4-Trimethylpentan

2754

2,3,3-Trimethylpentan

2754

Ethylbenzol

940

p-Xylol

880

m-Xylol

832

o-Xylol

650

3-Ethyl-1-Methylbenzol

281

1,2,4-Trimethylbenzol

193

re Temperaturen. Mit höheren Temperaturen steigen leicht die Einflüsse der Sekundärkomponenten leicht an, was eine prozentuale Verringerung der Primärkomponenten zur Folge hat. Zudem lässt sich mit den vorhandenen Daten die mittlere Molmasse des Kraftstoffdampfs bestimmen. Die mittlere Molmasse kann durch Summenbildung der mit der Molmasse multiplizierten Molenbrüche errechnet werden. Damit liefert (5) die Molmasse der Gasphase. Die Werte für Sommer- und Winterkraftstoff sind für Temperaturen zwischen (10–50) °C in Tab. 9 aufgelistet. Ähnliche Werte wurden auch von Lockhart in [16] genannt.  MKSD = χi · Mi (5) Winterkraftstoffe unterscheiden sich von Sommerkraftstoffen erheblich durch ihren Dampfdruck. Zur Gewährleistung der Starteigenschaften des Motors müssen Winterkraftstoffe auch bei niedrigen Temperaturen eine ausreichende

112

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Tab. 7 Zusammensetzung der Dampfphase von Sommerkraftstoff bei 20 °C

Tab. 8 Zusammensetzung der Dampfphase von Winterkraftstoff bei 20 °C

Name

Summenformel

Gew.-anteil (%)

Name

n-Butan

C4 H10

21,46

MTBE

C5 H12 O

2-Methylbut-2-en

C5 H10

4,64

iso-Butan

C4 H10

13,98

Summenformel

Gew.-anteil % 1,13

iso-Pentan

C5 H12

45,89

n-Butan

C4 H10

48,75

n-Pentan

C5 H12

7,12

2-Methylbutan

C5 H12

25,90

Benzol

C6 H6

0,56

n-Pentan

C5 H12

2,73

2,2-Dimethylbutan

C6 H14

3,82

2,2-Dimethylbutan

C6 H14

1,76

2,3-Dimethylbutan

C6 H14

1,49

2-Methylpentan

C6 H14

0,81

2-Methylpentan

C6 H14

3,10

ETBE

C6 H14 O

2,31

3-Methylpentan

C6 H12

1,46

Cyclohexan

C6 H12

0,35

Toluol

C7 H8

1,26

2-Methyhexan

C7 H16

0,23

2-Methyhexan

C7 H16

0,43

3-Methylhexan

C7 H16

0,26

3-Methylhexan

C7 H16

0,49

2,2,4-Trimethylpentan

C8 H18

0,39

n-Heptan

C7 H16

0,26

n-Heptan

C7 H16

0,14

ETBE

C6 H14 O

6,08

2,3,4-Trimethylpentan

C8 H18

0,08

Ethylbenzol

C8 H10

0,07

Toluol

C7 H8

0,91

m-Xylol

C8 H10

0,18

Ethylbenzol

C8 H10

0,04

p-Xylol

C8 H10

0,08

m-Xylol

C8 H10

0,15

o-Xylol

C8 H10

0,08

p-Xylol

C8 H10

0,05

2,2,4-Trimethylpentan

C8 H18

1,02

o-Xylol

C8 H10

0,04

2,5-Dimethylhexan

C8 H18

0,12

3-Ethyl-1-Methylbenzol

C9 H12

0,01

2,3,4-Trimethylpentan

C8 H18

0,19

1,2,4-Trimethylbenzol

C9 H12

0,01

2,3,3-Trimethylpentan

C8 H18

0,16

3-Ethyl-1-Methylbenzol

C9 H12

0,02

1,2,4-Trimethylbenzol

C9 H12

0,02

Tab. 9 Molmasse der Gasphase verschiedener Ottokraftstoffe (Gewichtsanteil der Einzelkomponenten in der Flüssigkeit ≥ 0,1 %) Temperatur (°C)

Verdampfungsneigung aufweisen. Dies äußert sich unter anderem in einem höheren Dampfdruck durch die Zumischung eines größeren Anteils leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffkomponenten wie z. B. Butan. Die Dominanz leichtsiedender Kohlenwasserstoffkomponenten resultiert im Vergleich zu Sommerkraftstoffen in einer geringeren Molmasse. Dieses Verhalten berichtet auch Reddy in [23]. Bei den von Persson et al. in [20] durchgeführten Messungen wurde für iso-Pentan bei Temperatur von 0 °C ein Massenanteil in der Gasphase von 28,56 % gemessen. Dem steht ein berechneter Wert dieser Studie von 25,9 % gegenüber. 2.3 Berechnung der dynamischen Viskosität des Gasgemisches Zur Berechnung der Viskosität von Gasgemischen liegen mehrere Ansätze vor [21]. Weiter kann bei den Ansätzen unterschieden werden zwischen Mehrstoff- und Einstoffsystemen [19]. In der für diese Studie aufgebauten Datenbank wurden die Daten der einzelnen Kohlenwasserstoffkomponenten des Ottokraftstoffs gesammelt. Wesentliche Einträge

Molmasse Kraftstoffdampf Sommerkraftstoff

Winterkraftstoff

(g/mol)

(g/mol)

10

69,3

64,4

20

70,7

64,4

50

72,3

64,4

sind Dampfdruck pD und dynamische Viskosität η der gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Als Quellen dienten die Online-Datenbanken GESTIS [12], NIST [18] sowie der VDI-Wärmeatlas [14]. Weitere Stoffdaten liefern [7, 15] und [3]. Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit wurden die Daten der dynamischen Viskosität und des Dampfdrucks über die Temperatur parametrisiert abgelegt. Der in dieser Studie untersuchte Temperaturbereich betrug (10–50) °C. Werte der dynamischen Viskosität lagen diskret für bestimmte Temperaturen vor. Für den beschriebenen Temperaturbereich wurde die dynamische Viskosität durch lineare Interpolation berechnet. In Abb. 3 sind die dynamischen Viskositäten von Luft und Butan bei Normaldruck im Temperaturbereich zwischen

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113 Tab. 10 Vergleich der dynamischen Viskosität von Methan–Butan– Gemischen bei 20 °C Molenbruch

Molenbruch

Dynamische Viskosität nach

Methan

n-Butan

[13]

W

HZ

(µPa s)

(µPa s)

(µPa s)

0,3553

0,6447

8,131

8,234

8,259

0,5421

0,4579

8,722

8,794

8,825

0,6974

0,3026

9,335

9,380

9,410

0,8432

0,1568

10,026

10,070

10,089

Tab. 11 Vergleich der dynamischen Viskosität von Methan–Butan– Gemischen bei 30 °C Abb. 3 Dynamische Viskositäten der Gase Luft und Butan

(0–50) °C aufgetragen. Man erkennt den geringen Einfluss der Temperatur. Im betrachteten Temperaturbereich kann von einem linearen Verhalten ausgegangen werden. Mit der Antoine Gleichung (6) lässt sich die Abhängigkeit des Dampfdruck von der Temperatur wiedergeben. Die Antoine-Gleichung hat Gültigkeit zwischen den Temperaturen Tmin und Tmax . Für Temperaturen unter Tmin und über Tmax liefert die Antoine-Gleichung nur noch Werte mit befriedigender Genauigkeit. Die Parameter der A, B, C sind gasspezifische Parameter. log10 pD = A −

B C +T

(6)

Das vorhandene Datenmaterial der Datenbank lag damit temperaturabhängig in der Form pD = pD (T ) und dynamischer Viskosität der gasförmigen Komponenten ηD = ηD (T ) vor. Eine vollständige Bedatung aller Komponenten war nicht möglich. In Anbetracht der Tatsache, dass ein Großteil der Einzelkomponenten in sehr geringen Anteilen vorlag, wurden nur Einzelkomponenten mit einem signifikanten Gewichtsanteil berücksichtigt. Je geringer der Gewichtsanteil gesetzt wird, desto mehr Einzelkomponenten werden in die Berechnungen einbezogen. In der Arbeit von Furey [10] wurde ein Mindestgewichtsanteil von 0,5 Gew.-% verwendet. Die dynamische Viskosität eines Gasgemisches lässt sich nach [21] mit guter Genauigkeit mit den Ansätzen von Wilke [26] (7), bzw. Herning und Zipperer [11] (8) berechnen. W = ηm

n  i=1

χi ηi

 2 η M (1+ η i 4 Mj ) n j i  j =1 χj M 8(1+ M i )

(7)

n  i=1

χi ηi  Mj χ j j =1 Mi

n

Molenbruch

Dynamische Viskosität nach

Methan

n-Butan

[13]

W

HZ

(µPa s)

(µPa s)

(µPa s)

0,3553

0,6447

8,131

8,484

8,507

0,5421

0,4579

8,722

9,057

9,086

0,6974

0,3026

9,335

9,657

9,684

0,8432

0,1568

10,026

10,361

10,378

Die Ansätze von Wilke sowie Herning und Zipperer wurden ebenfalls in [21] mit experimentell ermittelten Werten verglichen. Kestin und Yata führten in [13] druck- und temperaturabhängige Messungen zur Ermittlung der dynamischen Viskositäten binärer Gemische durch. Dies erlaubt den Vergleich experimentell ermittelter und berechneter Werte in dieser Studie. Die hier nach den Methoden von Wilke (W), bzw. Herning und Zipperer (HZ) berechneten Werte weichen nur minimal von den von Kestin und Yata ermittelten Werten für Gemische aus Methan und n-Butan ab. Die Tab. 10 und 11 geben die Werte bei 20 °C und 30 °C wider. Mit einer Abweichung von minimal 0,4 % und maximal 4,6 % können die vorgestellten Ansätze als hinreichend genau angesehen werden. Die Viskosität der Gasphase spiegelt die gaskinetischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten in der Gasphase wider. Einen Überblick über den Temperatureinfluss liefert Abb. 4. Darin sind die dynamischen Viskositäten einiger Kohlenwasserstoffverbindungen im Temperaturbereich zwischen (0–50) °C dargestellt. Die Einträge „Butane“, „Pentane “ und „Hexane“ verweisen auf die Gruppen der Isomere. Die Unterschiede in den dynamischen Viskositäten sind relativ gering. Der Temperatureinfluss zeigt ein nahezu lineares Verhalten. 2.4 Versuche zur Bestimmung des Luftanteils während der Betankung

j

HZ = ηm

Molenbruch

(8)

Das Gas in der Entlüftung des Kraftstoffsystems während der Betankung ist ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff-

114

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

dampf. Zur Bestimmung des Luftanteils wurden Experimente durchgeführt, die eine Bestimmung des Luftanteils ermöglichen. Der dazu verwendete Versuchsaufbau wird hier erläutert. Weiter werden die Versuchsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Um einen Überblick über den Einfluss der unterschiedlichen Kraftstoffe und Betankungsvolumenströme zu erhalten, wurden die Versuche mit Sommer- und Winterkraftstoff sowie mit hohem und niedrigem Betankungsvolumenstrom

durchgeführt. Daraus ergibt sich ein voll-faktorieller Versuchsplan wie in Tab. 12 mit den Versuchen A1 , A2 , B1 und B2 . Zur Messung des Luftanteils während der Betankung wurde dem Entlüftungsvolumenstrom ein geringer konstanter Volumenstrom von 4 l/min entzogen. Um einen von der Dichte des Fördermediums unabhängigen Volumenstrom darzustellen wurde eine Membranpumpe (Typ 7010 ZD HSF) als Förderpumpe eingesetzt. Der aus der Entlüftung entnommene Volumenstrom wurde dann einem Gasanalysator zur Messung von Sauerstoff (Typ Siemens Oxymat 5E) zugeführt. Der Tankinnendruck pI wurde mit einem Druckaufnehmer erfasst. In Abb. 5 ist der schematische Versuchsaufbau dargestellt. Die Messdaten wurden mit einem Messwerterfassungssystem mit einer Abtastrate von 10 Hz aufgenommen. Dabei wurden Tankinnendruck, Sauerstoffgehalt, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur mitgeschrieben. Der dazu notwendige Versuchsaufbau ist in Abb. 6 wiedergegeben.

Abb. 4 Dynamische Viskositäten einiger gasförmiger Kohlenwasserstoffe; Quellen: [3, 7, 14, 15, 18] Tab. 12 Versuchsmatrix zur Bestimmung des Luftanteils in der Entlüftung Kraftstoffsorte

Volumenstrom (l/min) 15

40

Sommerkraftstoff

A1

A2

Winterkraftstoff

B1

B2

Abb. 6 Versuchsaufbau zur Bestimmung des Luftgehalts in der Entlüftung

Abb. 5 Schematischer Aufbau zur Bestimmung des Luftgehalts in der Entlüftung

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

115

Abb. 7 Bestimmung des Luftgehalts während der Betankung; Sommer- und Winterkraftstoff; (15–40) l/min

Als Versuchsträger diente ein Kraftstoffsystem Typ Porsche Carrera 997 mit einem nutzbaren Kraftstoffvolumen von 64 Litern. Der Kraftstoffbehälter besteht dabei im Wesentlichen aus Polyethylen hoher Dichte (PE-HD). Der verwendete Aktivkohlefilter weist ein Aktivkohlevolumen von 2,9 Litern mit einer Butan-Aufnahmekapazität von 190 Gramm auf. Zur Vorkonditionierung wurde das Kraftstoffsystem vor jeder Betankung mit 5 Litern des Versuchskraftstoffs befüllt. Danach verharrten das System für eine Dauer von mindestens 6 Stunden bei konstanten Laborbedingungen. Dadurch konnte eine gesättigte Kraftstoffdampfatmosphäre im Kraftstoffbehälter erzeugt werden. Der Aktivkohlefilter wurde zuvor mit mindestens 900 Litern Luft gespült. Zu Beginn jeder Messung wurde der Luftgehalt der Umgebungsluft als Referenz gemessen. Dazu wurde die Verbindungsleitung zum Anschluss zur Entlüftungsleitung kurz abgezogen und Raumluft durch den Sauerstoffanalysator gesogen. Nach Wiederherstellen der Verbindung zum Kraftstoffsystem erfolgte unmittelbar folgend die Betankung. Die Versuche wurden nach Versuchsplan in Tab. 12 durchgeführt. Die einzelnen Versuche wurden jeweils vier mal durchgeführt und stochastisch verteilt. Abbildung 7 zeigt die Messdaten der Versuche A1 , A2 , B1 und B2 . Darin dargestellt sind die zeitlichen Verläufe des Sauerstoffanteils und des Tankinnendrucks während einer Betankung. Mit dem Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft von 21 % wurde der aus dem Sauerstoffanalysator erhaltene x 100 als Luftanteil umgerechnet. Wert mit ϕ = 21 Die Messdaten zeigen den gravierenden Einfluss des Betankungsvolumenstroms auf den Tankinnendruck. Der Luftgehalt variiert zwischen Werten von 39 % bis 63 %. Im Einzelnen können die Ergebnisse der Versuche zur Bestimmung

Tab. 13 Luftanteil während der Betankung mit Sommerkraftstoff Volumenstrom

Nr.

(l/min)

ϕ1

ϕ2

(%)

(%)

15

1

58,7

56,5

15

2

60,0

60,0

15

3

60,0

56,5

15

4

57,6

63,0

40

1

47,8

53,3

40

2

61,9

55,4

40

3

60,0

60,0

40

4

60,0

60,0

des Luftgehalts Tab. 13 und 14 entnommen werden. Dabei steht „SK“ für Sommerkraftstoff und „WK“ entsprechend für Winterkraftstoff. In Spalte ϕ1 wird die Luftkonzentration zu Beginn, bzw. mit ϕ2 der Wert zum Ende der Betankung aufgelistet (siehe Tab. 15 und 16). Aus den Tab. 13 und 14 lässt sich ablesen, dass der Luftgehalt zwischen den Kraftstoffen unterschiedlich ist. Der Anteil des Luftgehalts korreliert in diesem Fall zur Verdampfungsneigung des Kraftstoffs, d.h. mit geringerer Verdampfungsneigung sinkt der Kraftstoffdampfanteil. Im Gegensatz zum Tankinnendruck hat die Betankungsgeschwindigkeit nur untergeordneten Einfluß. Für Sommer- und Winterkraftstoffe können nun durch Mittelwertbildungen die Luftanteile im Entlüftungsvolumenstrom angegeben werden. Für Sommerkraftstoff kann ein Wert von (58 ± 1, 5) % und für Winterkraftstoff ein Luft-

116

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

Tab. 14 Luftanteil während der Betankung mit Winterkraftstoff Volumenstrom

Nr.

(l/min) 15

1

Tab. 17 Parameter zur Berechnung der Molmasse des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches während der Betankung

ϕ1

ϕ2

(%)

(%)

Koeff.

Einheit

58,7

54,3

A

g/mol °C g/mol

−0.4

SK 0.07

15

2

45,7

43,5

B

15

3

47,8

50,0

C

g/mol °C

−0.0007

15

4

46,7

39,0

D

g/mol

69.0

40

1

54,3

46,7

40

2

55,4

46,6

40

3

50,0

47,8

40

4

45,6

48,9

WK 0.01 −0.36 0.0001 65.0

3.1 Berechnung der Molmasse und der Dichte des Entlüftungsgases

Volumenstrom

ϕ1

ϕ2

(l/min)

(%)

(%)

Wie bereits vorher beschrieben, kann auch die Molmasse des Entlüftungsgasgemisches berechnet werden. Die mittlere Molmasse kann nun als Funktion der Temperatur τ und des Luftanteils ϕ dargestellt werden. Die Funktion ist eine einfache Ebenengleichung der Form nach (9).

SK

15

59,1

59,0

MKL (τ, ϕ) = Aτ + Bϕ + Cτ ϕ + D

SK

40

57,4

57,2

WK

15

49,7

46,7

WK

40

51,3

47,5

Tab. 15 Luftgehalt in der Entlüftung während der Betankung Kraftstoff

Tab. 16 Luftgehalt in der Entlüftung während der Betankung; Mittelwerte Kraftstoffsorte

Volumenstrom (l/min) 15

40

Sommerkraftstoff

59,0

57,3

Winterkraftstoff

48,2

49,4

anteil von (48, 5 ± 1, 0) % angegeben werden (siehe Tab. 15 und 16).

3 Ergebnisse Mit den multiparametrischen Modellen dieser Studie können die Fluidparameter von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen berechnet werden. Mit diesen Modellen können die mittleren Molmasse und die dynamischen Viskosität des Entlüftungsgases während der Betankung analytisch bestimmt werden. Die Berechnungsmodelle enthalten sowohl die reinen Terme der Einflussgrößen als auch deren Wechselwirkungen. Die Koeffizienten der Funktionen wurden mit der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Dazu wurde ein interaktiver Levenberg–Marquardt-Algorithmus [2, 17] zur Lösung nichtlinearer Ausgleichsprobleme eingesetzt.

(9)

Für die Temperatur τ und den Luftgehalt ϕ gelten die Grenzen [0°C ≤ τ ≤ 50 °C] und [0 ≤ ϕ ≤ 100]. Die Koeffizienten dieser Funktion können Tab. 17 entnommen werden. Die mittlere Molmasse des Kraftstoffdampfes ist temperaturabhängig und für Sommer- und Winterkraftstoff leicht unterschiedlich. Bei Sommerkraftstoff beträgt die Molmasse zwischen 69,0 g/mol bei 0 °C und 72,5 g/mol bei 50 °C. Für Winterkraftstoff liegen die Werte zwischen 65,0 g/mol bei 0 °C und 65,5 g/mol bei 50 °C für Winterkraftstoff. Bei einem Luftanteil von 50 % sinkt die mittlere Molmasse des Gasgemisches auf der Basis von Sommerkraftstoff auf 48,7 g/mol bei 0 °C und 50,8 g/mol bei 50 °C, bzw. 47,0 g/mol bei 0 °C und 47,3 g/mol bei 50 °C für Winterkraftstoff. Über die Molmasse lässt sich die Dichte des Gases berechnen. Durch Vernachlässigung der Realgaskorrektur kann das ideale Gasgesetz (10) angewendet werden. Mit einem molaren Gasvolumen V0 von 22,414 l/mol bei T0 = 273,15 K und 1013 hPa folgt für die Dichte des Gasvolumens (12). p·V =n·R·T ⇒

V0 V = T0 273,15 + τ

KL = MKL

T0 V0 · (273,15 + τ )

(10) (11) (12)

Wird (5) um den Anteil der Luft erweitert erhält man KL =

 T0 χi · Mi V0 · (273,15 + τ )

(13)

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

117 Tab. 18 Parameter zur Berechnung der Viskosität des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches während der Betankung Koeff.

Einheit

Wilkes

Herning + Zipperer

A

µPa s/°C

0,03

0,03

a

1,0

1,0

µPa s

0,0002

0,0216

2,31

1,35

C

µPa s

0,0003

0,0002

D

µPa s

7,1

6,9

B b

Abb. 8 Dichte des Kraftstoffdampf-Luft-Gemischs bei 20 °C

Zusammen mit (9) wird daraus eine einfache analytische Form zur Berechnung der Dichte KL (τ, ϕ) = (Aτ + Bϕ + Cτ ϕ + D) ·

T0 V0 · (273, 15 + τ )

(14)

Abbildung 8 zeigt die Dichte des Entlüftungsgases als Funktion des Luftanteils. Die Änderung der Dichte über den hier betrachteten Temperaturbereich kann als gering angesehen werden. Daher kann ohne großen Fehler der Temperatureffekt vernachlässigt werden. Gleichung (14) vereinfacht sich damit zu ∗ (ϕ) = (Bϕ + D) KL

1 V0

(15)

Mit dieser Vereinfachung erhält man bei einem Luftanteil von cirka 50 % eine Dichte von 2 g/l für die Dämpfe von Sommer- und Winterkraftstoff. Über den Bereich von (0– 100) % Luftanteil beträgt die Dichte des Entlüftungsgases 2,9 g/l, bzw. 2,7 g/l bis 1,2 g/l. Letzter Wert entspricht ausreichend genau der Dichte von Luft bei 20 °C von 1,204 g/l. 3.2 Berechnung der dynamischen Viskosität des Entlüftungsgases Die Viskosität des Entlüftungsgases während der Betankung ist eine Funktion der Temperatur und des Luftanteils. Somit stellen die Temperatur τ und der Luftanteil ϕ Parameter der Viskosität dar. Damit ist die Funktion der Viskosität η mit ηKL (τ, ϕ) definiert. Die sich aus diesen Parametern aufspannende Fläche kann mit folgender Funktion beschrieben werden. ηKL (τ, ϕ) = Aτ a + Bϕ b + Cτ ϕ + D

(16)

Für die Temperatur τ und den Luftgehalt ϕ gelten die Grenzen [0°C ≤ τ ≤ 50 °C] und [0 ≤ ϕ ≤ 100].

Abb. 9 Dynamische Viskosität für ein Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch

Die Koeffizienten dieser Funktion sind für die hier untersuchten Ansätze nach Wilkes, bzw. Herning und Zipperer in Tab. 18 angegeben. Abbildung 9 zeigt die Viskositäten bei jeweils 0 °C und 50 °C. Aus den Messungen des Luftanteils wurde bereits festgestellt, dass der Luftanteil des Entlüftungsgases zwischen 45–60 % beträgt. Daraus ergibt sich ein Bereich der dynamischen Viskosität von 8,4 µPa s bei 0 °C und einem Luftanteil von 45 % bis 14,2 µPa s bei 50 °C und einem Luftanteil von 60 %. Dieser Bereich wird durch die schraffierte Fläche gekennzeichnet. Der Flächenschwerpunkt liegt bei (52,5 %; 11,175 µPa s). Durch Mittelwertbildung der dynamischen Viskositäten erhält man (17) ηKL (τ, ϕ) =

W + ηHZ ηKL KL 2

(17)

3.3 Berücksichtigung ethanolhaltiger Kraftstoffe Gestützt durch gesetzliche Verordnungen, wie z. B. in den Europa [9] und in den Vereinigten Staaten [1], finden ethanolhaltige Kraftstoffe eine immer größere Verbreitung. Die Betrachtung der Auswirkungen unterschiedlicher Ethanolanteile auf die mittlere Molmasse, Dichte und dynamische Viskosität des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches ist daher von Bedeutung. Hierzu wurde in die Datenbank ein Mo-

118

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

Tab. 19 Parameter zur Berechnung der Molmasse des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches während der Betankung Koeff.

Einheit

SK

WK

A

g/mol °C

0,06

0,01

B

g/mol

−0,41

−0,37

C

g/mol °C

−0,0006

−0,0001

D

g/mol

E

g/mol

−0,16

−0,1

F

g/mol °C

−0,002

−0,002

G

g/mol

0,0015

0,001

H

g/mol °C

0,00002

0,00001

70

66

Tab. 20 Parameter zur Berechnung der Viskosität des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches während der Betankung Koeff.

Einheit

A

µPa s/°C

B

Herning + Zipperer

Wilkes

a µPa s

b

0,03

0,03

1

1

0,0004

0,025

2,2

1,3

0,0003

0,0002

C

µPa s

D

µPa s

7,1

6,9

E

µPa s

0,0004

0,0008

e

µPa s

1,6

1,6

F

µPa s/°C

0,0002

0,0001

G

µPa s

−0,00002

−0,00007

H

µPa s/°C

−0,000002

−0,000001

Abb. 11 Dynamische Viskosität (Angabe in µPa s) für ethanolhaltige Kraftstoff dampf-Luft-Gemische bei 20 °C nach Wilkes

dul implementiert. Damit ist die Berechnung der mittleren Molmasse und der dynamischen Viskosität bei variablen Ethanolanteilen und Basiskraftstoffen möglich. Zur Berücksichtigung variabler Ethanolanteile wurden (9) und (16) erweitert. Die zusätzliche eingeführte Variable  für den Ethanolanteil im Kraftstoff erlaubt die einfache Bestimmung der Funktionswerte. Mit den zusätzlichen Termen für die Wechselwirkungen erhält man (18) und (19). MKL (τ, ϕ, ) = A τ + B  ϕ + C  τ ϕ + D  + E + F  τ  + G ϕ + H  τ ϕ  a

(18)  b



ηKL (τ, ϕ, ) = A τ + B ϕ + C τ ϕ + D



der dynamischen Viskosität der hier untersuchten Ansätze nach Wilkes, bzw. Herning und Zipperer zu finden. Die Gleichungen bilden jeweils leicht gekrümmte Flächen. In den Abb. 10, 11 und 12 sind die Schnittkurven der Flächen dargestellt. Die Linien stellen Linien gleicher Dichte, bzw. gleicher dynamischer Viskosität dar. Zwischenwerte lassen sich durch einfache Interpolation ermitteln. Die Diagramme enthalten die Funktionswerte für einen Luftanteil von (0–95) % und einen Ethanolanteil von (5–85) %. Wegen der Dominanz des Ethanols differieren die Funktionswerte der Dichte, bzw. der mittleren Molmasse nur gering. Die dynamischen Viskositäten sind dagegen deutlich unterschiedlicher. 3.4 Auswirkungen auf die Strömungsberechnung



+ E   e + F  τ  + G ϕ + H  τ ϕ

Abb. 10 Dichte (Angabe in g/l) ethanolhaltiger Kraftstoffdampf-Luft-Gemische bei 20 °C für Sommerkraftstoffe (SK) und Winterkraftstoffe (WK)

(19)

Die Koeffizienten der Funktionen wurden mit der bereits beschriebenen Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Tabelle 19 listet die Werte zur Berechnung der mittleren Molmasse auf. In Tab. 20 sind die Werte zur Berechnung

Für Strömungsberechnungen mit Kraftstoffdampf-LuftGemischen wird die Auswirkung ersichtlich, wenn die Reynolds–Zahlen ins Verhältnis gesetzt werden. ξ=

ReKL KL ηL = ReL L ηKL

(20)

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

119

Abb. 12 Dynamische Viskosität (Angabe in µPa s) für ethanolhaltige Kraftstoff dampf-Luft-Gemische bei 20 °C nach Herning und Zipperer

Bei einer Temperatur von 20 °C erhält man mit den hier berechneten Werten für Kraftstoffdampf-Luft-Gemische sowie mit Literaturwerten für Luft: ξ20 =

2 18, 27 = 2, 8 1, 204 10, 96

(21)

Auswirkungen auf die Strömung sind eine stärkere Turbulenzneigung sowie, gleiche Volumenströme vorausgesetzt, ein deutlich größerer Druckabfall. Dies kann bei der Auslegung von Entlüftungssystemen von Kraftstoffsystemen von Bedeutung sein.

4 Zusammenfassung Die Analysen von Proben von Ottokraftstoffen wurden detailliert vorgestellt. Der Aufbau der parametrischen Datenbank zur Auswertung der Kraftstoffanalysen wurde aufgezeigt.

Zur Berechnung der dynamischen Viskosität wurden verschiedene Ansätze vorgestellt. Diese wurden mit Messdaten von Gasgemischen verifiziert und die sehr gute Übereinstimmung konnte festgestellt werden. Auf der Basis eines voll-faktoriellen Versuchsplans wurde zur Bestimmung des Luftgehalts in der Entlüftung von Kraftstoffsystemen während der Betankung eine Versuchsreihe durchgeführt. Die Ergebnisse wurden detailliert vorgestellt und ausgewertet. Die ermittelten Daten aus den Kraftstoffanalysen wurden mit den Ergebnissen der Bestimmung des Luftanteils kombiniert und ausgewertet. Mit den Ansätzen zur Berechnung der dynamischen Viskosität konnten aus den Resultaten Modelle zur Berechnung temperatur- und luftanteilsabhängiger Fluidparameter entwickelt werden. Mit diesen Modellen lassen sich nun auf einfache Weise die mittlere Molmasse, Dichte und dynamische Viskosität des Entlüftungsgasgemisches berechnen. Die vorgestellten Modelle zur Berechnung der Fluidparameter können in Strömungsberechnungen von Kohlenwasserstoff-Luft-Gemische verwendet werden. Durch Einsatz dieser Modelle ist es nun möglich Strömungsberechnungen mit konkreten Fluidparametern durchzuführen. Damit kann die Aussagegüte wesentlich verbessert werden. Danksagung Vielen Dank an Frau Cornelia Kirchschlager für die hilfreichen Anregungen bei der Durchsicht des Manuskriptes. Den Herren Rudolf Weidner und Friedrich Bauer vielen Dank für die gewissenhafte Durchführung der Betankungsversuche. Ganz besonderen Dank gebührt den Herren Chem.-Techn. Erich Massong und Dipl.-Ing. (FH) Michael Fritz für die Gespräche und ihren persönlichen Einsatz bei der Vorbereitung und der Durchführung dieser Arbeit.

120

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128 Tab. 21 (Fortsetzung)

Anhang A.1 Hauptbestandteile von Ottokraftstoff

Tab. 21 Kraftstoffanalyse des Super-Plus Sommerkraftstoffs Name

Gew.-anteil (%)

C7-Ethylether (TAEE) Propen n-Propan iso-Butan iso-Buten n-Butan trans-But-2-en 2,2-Dimethylpropan cis But-2-en Ethanol 3-Methylbut-1-en iso-Pentan C5-Olefin (A) 2-Methylbut-1-en n-Pentan 2-Methylbuta-1,3-dien trans Pent-2-en 2-Methylpropan-2-ol cis Pent-2-en 2-Methylbut-2-en trans Penta-1,3-dien Penta-2,3-dien 2,2-Dimethylbutan Cyclopenten 4-Methyl-Pent-1-en 3-Methyl-Pent-1-en Cyclopentan 2,3-Dimethylbutan n-Hex-1-en cis-4-Methylpent-2-en 2-Methylpentan 2,3-Dimethylbut-1-en 3-Methylpentan 2-Methylpent-1-en C6-Olefin (A) 2-Ethylbut-1-en n-Hexan cis Hex-3-en 2-Ethylbuta-1,3-dien trans Hex-3-en 2-Methylpent-2-en cis-3-Methylpent-2-en trans-2-Hexen 4,4-Dimethylpent-1-en cis-2-Hexen ETBE trans-4,4-Dimethylpent-2-en 2,2-Dimethylpentan

0,040 0,001 0,021 0,361 0,057 1,386 0,512 0,013 0,548 0,560 0,152 9,961 0,275 0,778 2,095 0,046 0,703 0,110 0,406 1,464 0,036 0,022 2,170 0,148 0,039 0,058 0,291 1,162 0,066 0,036 2,698 0,108 1,413 0,160 0,062 0,052 0,728 0,073 0,032 0,148 0,223 0,063 0,145 0,031 0,078 11,690 0,235 0,099

Name

Gew.-anteil (%)

Methylcyclopentan

0,649

2,4-Dimethylpentan

0,564

2-Methyl-Cyclopenta-1,3-dien

0,008

cis-4,4-Dimethylpent-2-en

0,019

2,2,3-Trimethylbutan

0,036

C7-Olefin (A)

0,014

C7-Olefin (B)

0,004

C7-Olefin (C)

0,003

C7-Olefin (D)

0,007

C7-Olefin (E)

0,003

C7-Olefin (F)

0,169

Benzol

1,005

C7-Olefin (H)

0,010

3,3-Dimethylpentan

0,149

C7-Olefin (I)

0,003

C7-Olefin (J)

0,009

Cyclohexan

0,200

2,4-Dimethylpent-2-en

0,002

C7-Olefin (K)

0,024

2-Methyhexan

1,426

2,3-Dimethylpentan

0,705

C7-iso-Paraffin (A)

0,024

3-Methylhexan

1,768

trans-1,3-Dimethylcyclopentan

0,011

cis-1,3-Dimethylcyclopentan

0,119

trans-1,2-Dimethylcyclopentan

0,295

2,2,4-Trimethylpentan

5,210

C7-Olefin (M)

0,016

bis-Cyclohepta-2,5-dien

0,020

n-Heptan

1,269

C7-Olefin (O)

0,038

trans-3-Methylhex-2-en

0,057

C7-Olefin (P)

0,027

3-Ethylpent-2-en

0,021

trans-Hept-2-en

0,015

trans-2,2-Dimethylhex-3-en

0,030

C7-Olefin (Q)

0,024

C7-Olefin (R)

0,009

C7-Olefin (S)

0,016

bis-Cyclohept-2-en

0,102

Methylcyclohexan

0,274

2,2-Dimethylhexan

0,024

C8-Olefin (A)

0,003

3,4,4-Trimethylpent-2-en

0,002

Ethylcyclopentan

0,669

2,5-Dimethylhexan

1,042

1-trans-2-cis-4-Trimethylcyclopentan

0,004

C8-Olefin (D)

0,007

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

121

Tab. 21 (Fortsetzung)

Tab. 21 (Fortsetzung)

Name

Gew.-anteil (%)

Name

Gew.-anteil (%)

3,3-Dimethylhexan

0,104

3,3-Dimethylheptan

0,013

C8-Olefin (E)

0,003

3-Methyl-3-Ethyl-hexan

0,007

C8-Olefin (F)

0,008

2,3,3-Trimethylhexan

0,011

1-trans-2-cis-3-Trimethylcyclopentan

0,025

C9-Olefin (D)

0,007

2,3,4-Trimethylpentan

1,778

Ethylbenzol

1,854

C8-Olefin (G)

0,019

trans-trans-1,2,4-Trimethylcyclohexan

0,051

C8-Olefin (H)

0,010

m-Xylol

5,359

2,3,3-Trimethylpentan

1,536

p-Xylol

2,118

Toluol

9,188

C9-iso-Paraffin (C)

0,003

C8-Olefin (I)

0,019

2,3-Dimethylheptan

0,171

2,5-Dimethyl-Hex-2-en

0,061

3-Methyloctan

0,009

C8-iso-Parafin (B)

0,718

3,3-Diethylpentan

0,050

2,3-Dimethylhexan

0,252

C9-iso-Paraffin (D)

0,020

2-Methylheptan

0,151

o-Xylol

2,893

4-Methylheptan

0,596

cis-1-Ethyl-3-Methylcyclohexan

0,023

3,4-Dimethylhexan

0,155

trans-1-Ethyl-4-Methylcyclohexan

0,013

3-Methylheptan

0,004

cis-1-Ethyl-4-Methylcyclohexan

0,005

3-Ethylhexan

0,079

n-Nonan

0,131

cis-1,3-Dimethylcyclohexan

0,034

C10-iso-Parafin (C)

0,015

C8-Olefin (J)

0,067

C10-iso-Parafin (G)

0,002

C8-Olefin (K)

0,010

C10-iso-Parafin (H)

0,002

1,1-Dimethylcyclohexan

0,032

C10-iso-Parafin (I)

0,002

trans-1-Ethyl-3-Methylcyclopentan

0,029

Isopropylbenzol

0,176

cis-1-Ethyl-2-Methylcyclopentan

0,030

Isopropylcyclohexan

0,013

C8-Naphthen (A)

0,011

sec. Butylcyclopentan

0,008

trans-1,2-Dimethylcyclohexan

0,015

C10-iso-Parafin (M)

0,006

cis,cis-1,2,4-Trimethylcyclopentan

0,005

2,2-Dimethyloctan

0,003

n-Octan

0,466

4,4-Dimethyloctan

0,003

trans-1,3-Dimethylcyclohexan

0,025

3,5-Dimethyloctan

0,042

cis-1,4-Dimethylcyclohexan

0,010

n-Propylcylohexan

0,005

Iso-Propyl-Cyclopentan

0,003

C10-iso-Parafin (N)

0,003

2,4,4-Trimethylhexan

0,041

2,6-Dimethyloctan

0,012

2-Methyl-4-Ethylhexan

0,015

3,3-Dimethyloctan

0,002

C8-Olefin (N)

0,017

n-Propylbenzol

0,558

C9-Olefin (B)

0,012

3-Ethyl-1-Methylbenzol

1,867

2,3,5-Trimethylhexan

0,053

1-Ethyl-4-Methylbenzol

0,834

2,2,4-Trimethylhexan

0,018

2,3-Dimethyloctan

0,026

cis-1-Ethyl-2-Methylcyclopentan

0,053

1,3,5-Trimethylbenzol

0,919

C9-Olefin (C)

0,008

5-Methylnonan

0,154

2,2-Dimethylheptan

0,043

4-Methylnonan

0,032

cis-1,2-Dimethylcycloheptan

0,010

1-Ethyl-2-Methylbenzol

0,696

2,4-Dimethylheptan

0,011

3-Methylnonan

0,045

n-Propylcyclopentan

0,005

3-Ethyloctan

0,010

Ethylcyclohexan

0,102

C10-Naphthen (I)

0,005

2,6-Dimethylheptan

0,012

C10-iso-Parafin (O)

0,004

C9-iso-Paraffin (A)

0,014

1,2,4-Trimethylbenzol

3,218

2-Methyl-3-Ethyl-hexan

0,015

C10-Naphthen (O)

0,004

3,5-Dimethylheptan

0,010

n-Decan

0,046

122

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

Tab. 21 (Fortsetzung)

Tab. 21 (Fortsetzung)

Name

Gew.-anteil (%)

Name

Gew.-anteil (%)

iso-Butylbenzol

0,031

1-Ethyl-2-n-Propylbenzol

0,069

C10-Naphthen (P)

0,035

5-Methylindan

0,013

sek. Butylbenzol

0,060

n-Pentylbenzol

0,022

1,2,3-Trimethylbenzol

0,744

C11-Aromat (A)

0,099

1-Methyl-4-Isopropylbenzol

0,109

4-Methylindan

0,111

Indan

0,215

1,2,3,4-Tetramethylbenzol

0,035

C10-Aromat (A)

0,039

Tetralin

0,018

C11-iso-Paraffin (F)

0,011

C11-Aromat (C)

0,005

1-Methyl-2-Isopropylbenzol

0,185

C11-Aromat (D)

0,029

1,3-Diethylbenzol

0,266

C12-iso-Paraffin (F)

0,002

1,4-Diethylbenzol

0,481

C12-iso-Paraffin (G)

0,002

n-Butylbenzol

0,018

1,2-Dimethyl-4-tert, Butylbenzol

0,010

5-Ethyl-1,3-Dimethylbenzol

0,049

C12-iso-Paraffin (I)

0,011

1,2-Diethylbenzol

0,192

Naphthalin

0,179

C11-iso-Paraffin (K)

0,021

C12-iso-Paraffin (J)

0,021

1-Methyl-2-Methylpropylbenzol

0,076

C11-Aromat (E)

0,042

C11-iso-Paraffin (L)

0,010

C11-Aromat (F)

0,025

2-Ethyl-1,4-Dimethylbenzol

0,188

C11-Aromat (G)

0,014

2-Ethyl-1,2-Dimethylbenzol

0,170

1,3,5-Triethylbenzol

0,022

4-Ethyl-1,2-Dimethylbenzol

0,359

C11-Aromat (H)

0,003

1-Methyl-3-ter, Butybutylbenzol

0,044

C11-Aromat (I)

0,008

tert, Pentylbenzol

0,041

C12-Aromat (A)

0,006

C11-iso-Paraffin (P)

0,026

C11-Aromat (J)

0,009

C11-iso-Paraffin (Q)

0,012

C11-Aromat (K)

0,018

1-Methyl-4-ter, Butylbenzol

0,035

C11-Aromat (L)

0,009

n-Undecan

0,011

Pentamethylbenzol

0,011

3-Ethyl-1,2-Dimethylbenzol

0,076

2-Methylnaphthalin

0,063

C10-Naphthen (V)

0,002

1-Methylnaphthalin

0,030

1,2,4,5-Tetramethylbenzol

0,216

C12-Aromat (B)

0,007

1,2,3,5-Tetramethylbenzol

0,299

C12-Aromat (C)

0,005

C12-iso-Parafin (A)

0,008

C12-Aromat (D)

0,006

C12-iso-Parafin (B)

0,008

1,7-Dimethylnaphthalin

0,006

C12-iso-Parafin (C)

0,002

1,2-Dimethylnaphthalin

0,014

C12-iso-Parafin (D)

0,036

2,3-Dimethylnaphthalin

0,006

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

123

Tab. 22 Kraftstoffanalyse des Super-Plus Winterkraftstoffs

Tab. 22 (Fortsetzung)

Name

Gew.-anteil (%)

Name

Gew.-anteil (%)

MTBE

1,651

trans-4,4-Dimethylpent-2-en

0,159

C7-Ethylether–TAEE

0,010

2,2-Dimethylpentan

0,100

Propen

0,001

Methylcyclopentan

0,395

n-Propan

0,062

2,4-Dimethylpentan

0,437

iso-Butan

1,181

2-Methyl-Cyclopenta-1,3-dien

0,003

iso-Buten

0,120

cis-4,4-Dimethylpent-2-en

0,006

But-1-en

0,002

2,2,3-Trimethylbutan

0,028

n-Butan

5,968

C7-Olefin (A)

0,004

trans-But-2-en

0,318

C7-Olefin (B)

0,002

2,2-Dimethylpropan

0,022

C7-Olefin (C)

0,002

cis But-2-en

0,275

C7-Olefin (D)

0,005

Ethanol

0,280

C7-Olefin (F)

0,103

3-Methylbut-1-en

0,044

Benzol

0,723

2-Methylbutan

10,733

3,3-Dimethylpentan

0,009

C5-Olefin (A)

0,076

C7-Olefin (I)

0,177

2-Methylbut-1-en

0,200

C7-Olefin (J)

0,006

n-Pentan

1,522

Cyclohexan

1,239

2-Methylbuta-1.3-dien

0,012

2,4-Dimethylpent-2-en

0,001

trans Pent-2-en

0,275

C7-Olefin (K)

0,007

2-Methylpropan-2-ol

0,080

4-Methylhex-1-en

0,023

C5-Olefin (B)

0,145

2-Methyhexan

1,430

2-Methylbut-2-en

0,471

2.3-Dimethylpentan

0,679

3-MethybButa-1,2-dien

0,010

C7-iso-Paraffin (A)

0,023

Penta-2.3-dien

0,006

3-Methylhexan

1,764

2,2-Dimethylbutan

1,898

trans-1,3-Dimethylcyclopentan

0,011

Cyclopenten

0,048

cis-1,3-Dimethylcyclopentan

0,102

4-Methyl-Pent-1-en

0,012

3-Ethylpentan

0,261

3-Methyl-Pent-1-en

0,019

2,2,4-Trimethylpentan

3,773

Cyclopentan

0,892

C7-Olefin (M)

0,014

2,3-Dimethylbutan

0,548

bis-Cyclohepta-2,5-dien

0,022

n-Hex-1-en

0,027

n-Heptan

1,296

cis-4-Methylpent-2-en

0,017

C7-Olefin (O)

0,034

2-Methylpentan

1,338

trans-3-Methylhex-2-en

0,056

2,3-Dimethylbut-1-en

0,042

C7-Olefin (P)

0,024

3-Methylpentan

0,743

3-Ethylpent-2-en

0,019

2-Methylpent-1-en

0,057

trans-Hept-2-en

0,009

C6-Olefin (A)

0,900

trans-2,2-Dimethylhex-3-en

0,028

2-Ethylbut-1-en

0,020

C7-Olefin (Q)

0,020

n-Hexan

0,491

2,4,4-Trimethylpentan

0,009

cis Hex-3-en

0,052

C7-Olefin (R)

0,014

2-Ethylbuta-1.3-dien

0,017

bis-Cyclohept-2-en

0,071

trans Hex-3-en

0,119

Methylcyclohexan

0,228

2-Methylpent-2-en

0,119

2,2-Dimethylhexan

0,022

cis-3-Methylpent-2-en

0,023

C8-Olefin (A)

0,001

trans-2-Hexen

0,080

3,4,4-Trimethylpent-2-en

0,001

4,4-Dimethylpent-1-en

0,011

Ethylcyclopentan

0,483

cis-2-Hexen

0,054

2,5-Dimethylhexan

0,805

ETBE

8,421

1-trans-2-cis-4-Trimethylcyclopentan

0,004

124

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

Tab. 22 (Fortsetzung) Name

Tab. 22 (Fortsetzung) Name

Gew.-anteil (%)

0,005

3-Methyl-3-Ethyl-hexan

0,007

3,3-Dimethylhexan

0,104

2,3,3-Trimethylhexan

0,012

C8-Olefin (E)

0,002

C9-Olefin (D)

0,005

C8-Olefin (F)

0,007

Ethylbenzol

1,845

1-trans-2-cis-3-Trimethylcyclopentan

0,023

C9-Naphthen (B)

0,004

2,3,4-Trimethylpentan

1,361

2,3,4-Trimethylhexan

0,033

C8-Olefin (G)

0,006

m-Xylol

8,247

0,635

C8-Olefin (D)

2,3,3-Trimethylpentan

Gew.-anteil (%)

p-Xylol

2,557

12,540

C9-iso-Paraffin (C)

0,002

C12-Aromat (O)

0,452

2,3-Dimethylheptan

0,191

2,5-Dimethyl-Hex-2-en

0,049

3-Methyloctan

0,008

C8-iso-Parafin (B)

0,518

C9-iso-Paraffin (D)

0,040

2,3-Dimethylhexan

0,256

C9-Naphthen (D)

0,017

2-Methylheptan

0,124

o-Xylol

2,687

4-Methylheptan

0,619

cis-1-Ethyl-3-Methylcyclohexan

0,022

3,4-Dimethylhexan

0,155

trans-1-Ethyl-4-Methylcyclohexan

0,012

3-Methylheptan

0,002

cis-1-Ethyl-4-Methylcyclohexan

0,005

3-Ethylhexan

0,061

n-Nonan

0,146

cis-1.3-Dimethylcyclohexan

0,024

C10-iso-Parafin (C)

0,013

C8-Olefin (J)

0,037

C10-Naphthen (B)

0,001

C8-Olefin (K)

0,010

C10-iso-Parafin (G)

0,001

1,1-Dimethylcyclohexan

0,032

C10-iso-Parafin (H)

0,002

trans-1-Ethyl-3-Methylcyclopentan

0,031

Isopropylbenzol

0,152

cis-1-Ethyl-2-Methylcyclopentan

0,031

Isopropylcyclohexan

0,013

1-Methyl-1-Ethylcyclopentan

0,011

sec, Butylcyclopentan

0,008

trans-1.2-Dimethylcyclohexan

0,016

C10-iso-Parafin (M)

0,006

cis,cis-1,2,4-Trimethylcyclopentan

0,005

2,2-Dimethyloctan

0,003

n-Octan

0,504

4,4-Dimethyloctan

0,003

trans-1,3-Dimethylcyclohexan

0,022

3,5-Dimethyloctan

0,036

cis-1,4-Dimethylcyclohexan

0,011

n-Propylcylohexan

0,005

Iso-Propyl-Cyclopentan

0,003

C10-iso-Parafin (N)

0,003

2,4,4-Trimethylhexan

0,036

2,6-Dimethyloctan

0,011

2-Methyl-4-Ethylhexan

0,014

3,3-Dimethyloctan

0,004

C8-Olefin (N)

0,015

n-Propylbenzol

0,466

C9-Olefin (B)

0,011

3-Ethyl-1-Methylbenzol

1,595

2,3,5-Trimethylhexan

0,047

4-Ethyl-1-Methylbenzol

0,709

2,2,4-Trimethylhexan

0,019

2,3-Dimethyloctan

0,026

cis-1-Ethyl-2-Methylcyclopentan

0,057

1,3,5-Trimethylbenzol

0,778

C9-Olefin (C)

0,008

5-Methylnonan

0,116

2,2-Dimethylheptan

0,047

4-Methylnonan

0,033

cis-1.2-Dimethylcycloheptan

0,009

2-Ethyl-1-Methylbenzol

0,588

2,4-Dimethylheptan

0,011

3-Methylnonan

0,026

n-Propylcyclopentan

0,004

3-Ethyloctan

0,005

Ethylcyclohexan

0,109

C10-Naphthen (I)

0,003

2,6-Dimethylheptan

0,028

C10-iso-Parafin (O)

0,003

2-Methyl-3-Ethyl-hexan

0,017

1,2,4-Trimethylbenzol

2,705

3,5-Dimethylheptan

0,010

C10-Naphthen (O)

0,003

3,3-Dimethylheptan

0,013

n-Decan

0,042

Toluol

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

125

Tab. 22 (Fortsetzung)

Tab. 22 (Fortsetzung)

Name

Gew.-anteil (%)

Name

Gew.-anteil (%)

iso-Butylbenzol

0,027

5-Methylindan

0,071

C10-Naphthen (P)

0,004

n-Pentylbenzol

0,024

sek. Butylbenzol

0,054

C11-Aromat (A)

0,095

1,2,3-Trimethylbenzol

0,663

4-Methylindan

0,102

1-Methyl-4-Isopropylbenzol

0,086

C11-Aromat (B)

0,033

Indan

0,194

C11-Aromat (C)

0,014

C10-Aromat (A)

0,028

C12-iso-Paraffin (F)

0,042

C11-iso-Paraffin (F)

0,008

C12-iso-Paraffin (G)

0,002

1-Methyl-2-Isopropylbenzol

0,157

1.2-Dimethyl-4-tert. Butylbenzol

0,009

1,3-Diethylbenzol

0,250

C12-iso-Paraffin (H)

0,012

1,4-Diethylbenzol

0,460

Naphthalin

0,181

n-Butylbenzol

0,014

C12-iso-Paraffin (J)

0,021

5-Ethyl-1.3-Dimethylbenzol

0,041

C11-Aromat (E)

0,044

1,2-Diethylbenzol

0,162

C11-Aromat (F)

0,027

C11-iso-Paraffin (K)

0,015

C11-Aromat (G)

0,014

1-Methyl-2-Methylpropylbenzol

0,050

1,3,5-Triethylbenzol

0,022

C11-iso-Paraffin (L)

0,014

C11-Aromat (H)

0,007

2-Ethyl-1.4-Dimethylbenzol

0,185

C11-Aromat (I)

0,008

2-Ethyl-1.2-Dimethylbenzol

0,174

C12-Aromat (A)

0,007

4-Ethyl-1.2-Dimethylbenzol

0,352

C11-Aromat (J)

0,009

1-Methyl-3-ter. Butybutylbenzol

0,031

C11-Aromat (K)

0,016

tert. Pentylbenzol

0,040

C11-Aromat (L)

0,011

C11-iso-Paraffin (P)

0,026

Pentamethylbenzol

0,010

C11-iso-Paraffin (Q)

0,008

2-Methylnaphthalin

0,065

1-Methyl-4-ter. Butylbenzol

0,028

1-Methylnaphthalin

0,031

n-Undecan

0,015

C12-Aromat (B)

0,005

3-Ethyl-1.2-Dimethylbenzol

0,077

C12-Aromat (C)

0,005

C10-Naphthen (V)

0,004

1,7-Dimethylnaphthalin

0,005

1,2,4,5-Tetramethylbenzol

0,201

1,2-Dimethylnaphthalin

0,013

1,2,3,5-Tetramethylbenzol

0,278

2,3-Dimethylnaphthalin

0,006

C12-iso-Parafin (A)

0,008

1,6-Dimethylnaphthalin

0,005

C12-iso-Parafin (B)

0,007

1,4-Dimethylnaphthalin

0,002

C12-iso-Parafin (C)

0,002

C12-Aromat (E)

0,002

C12-iso-Parafin (D)

0,030

C12-Aromat (F)

0,002

1-Ethyl-2-n-Propylbenzol

0,030

126

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

A.2 Messdaten der Versuche zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts

Abb. 13 Sommerkraftstoff bei 15 l/min; Versuche 1 bis 4

Abb. 14 Sommerkraftstoff bei 40 l/min; Versuche 1 bis 4

Forsch Ingenieurwes (2011) 75:107–128

Abb. 15 Winterkraftstoff bei 15 l/min; Versuche 1 bis 4

127

Abb. 16 Winterkraftstoff bei 40 l/min; Versuche 1 bis 4

128

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