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Witterungsbedingte Beeinträchtigungen des Diesels

Filter erfassen nicht nur Schmutz 

Betrieb bei kaltem Wetter kann ein großes Problem darstellen. So können Motoren morgens nicht gestartet werden oder stellen während der Arbeit plötzlich den Betrieb ein. Diese Probleme werden in der Regel durch Feststoffe verursacht, die sich bei sinkender Temperatur im Kraftstoff bilden. 

Motoren und Filter sind nicht in der Lage, zwischen Partikeln zu unterscheiden. Ob harte oder weiche Partikel, Verunreinigungen oder reiner Kohlenwasserstoff – Feststoffe in Kraftstoff führen zu Problemen. Verschärft werden diese Probleme durch neu entwickelte Kraftstoffe, die Empfindlichkeit moderner Motoren und die hohe Effizienz von Filtern, die zum Schutz solcher Motoren erforderlich ist. 

Eis

Bei kaltem Wetter gefriert das freie Wasser im Kraftstoff. Eiskristalle verhalten sich wie andere harte Partikel: Sie setzen sich in Filtern fest oder führen zu abrasivem Verschleiß von Kraftstoffsystemen. In großen Mengen kann Eis ganze Filter oder Leitungen vollständig verstopfen und den Kraftstofffluss verhindern. Enteisungsgeräte können Ihnen in einer Notsituation vielleicht helfen, aber von der Zugabe von Alkohol zum Dieselkraftstoff wird im Allgemeinen abgeraten. Am besten vermeidet man, dass freies Wasser überhaupt in den Kraftstoff gelangt. Erfahren Sie mehr und sehen Sie sich die Lösungen für Probleme mit Wasser an. 

Gelierung

Wie Wasser werden Kohlenwasserstoffe fest, wenn sie ihren „Gefrierpunkt“ erreichen. Im Gegensatz zu Wasser werden sie jedoch nicht eisförmig. Stattdessen verwandeln sie sich in eine dicke, wachsartige Substanz, die nicht durch Filter fließen kann. Dies wird als „Gelierung“ bezeichnet. Dieses Phänomen tritt sowohl bei Diesel als auch bei Biodiesel auf. Dieselkraftstoff ist kein Gegenstand. Stattdessen handelt es sich um eine komplizierte Mischung aus Tausenden von potenziellen Verbindungen mit jeweils unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Die jeweilige Formel wird von der Raffinerie zum Zeitpunkt der Produktion festgelegt. Normalerweise sind etwa 250 verschiedene Chemikalien enthalten, hauptsächlich Kohlenwasserstoffe. Die genaue Gefriertemperatur variiert stark von einem Kohlenwasserstoff zum anderen, was in direktem Zusammenhang mit Fragen der Betriebsfähigkeit im Winter steht. „Winterdiesel“ enthält eine Mischung von Kohlenwasserstoffen mit allgemein niedrigeren Gefrierpunkten als „Sommerdiesel“. 

 

Gefrierpunkt repräsentativer Kohlenwasserstoffe
Verbindung
KlasseGefrierpunkt
AnthracenAromatisch215 °C
NapthalinAromatisch80 °C
EicosanN-Paraffin36 °C
2-Methyl-NonadecanIsoparaffin18 °C
DekanN-Paraffin-30 °C
N-PentylcyclopentanNapthen-83 °C
1,3-DiethylbenzolAromatisch-84 °C

In einigen Ländern gibt es eine Kraftstoffklassifizierung mit der Bezeichnung „arktischer Diesel“ für extrem harte Bedingungen bei bis -40 °C und kälter. Man kann sich das „Einfrieren“ von Kraftstoff gut vorstellen, wenn man Pflanzenfett mit Pflanzenöl vergleicht. Beide Stoffe sind im Wesentlichen identisch, nur dass Pflanzenfett bei Raumtemperatur fest und Pflanzenöl flüssig ist. Dasselbe gilt für Kohlenwasserstoffe. Bei einer bestimmten Temperatur können manche flüssig sein, während andere den weichen, wachsartigen Zustand annehmen, der den „gefrorenen“ Aggregatzustand von Kohlenwasserstoffen darstellt. Dies wird allgemein als Gelierung bezeichnet. 

Winterkraftstoff

Wenn kaltes Wetter droht, können Raffinerien und Händler die Betriebseigenschaften von Dieselkraftstoff bei kaltem Wetter auf verschiedene Weise verbessern. Sie können: 

  • Weniger wachsartige Rohöle vor der Raffinerie auswählen
  • Den Raffinationsprozess verlängern, um wachsartige Elemente mit höheren Schmelztemperaturen (d. h sie gefrieren bei niedrigeren Temperaturen) zu eliminieren.
  • Verdünnen Sie den Kraftstoff mit Dieselkraftstoff Nr. 1-D oder Kerosin, das einen geringeren Wachsgehalt hat aufweist.
  • Behandeln Sie Dieselkraftstoff mit Zusätzen für einen Betrieb bei Niedrigtemperaturen (Kaltflussverbesserer) 

Trotz der Anwendung von Kohlenwasserstoffmischungen haben Kraftstofflieferanten keinen Einfluss auf Wetterumschwünge oder auf die Art der Lagerung oder des Transports bei kälteren Temperaturen. Fügen Sie Ihrem Kraftstoff KEIN Heizöl bei, um den Trübungspunkt zu senken. Diese Praxis wird von den meisten Geräteherstellern strengstens verboten und kann zum Erlöschen Ihrer Garantie führen. 

Prognose der Funktionsfähigkeit bei kaltem Wetter

Es gibt eine Reihe von Tests, mit denen die Leistung eines bestimmten Kraftstoffs bei kaltem Wetter prognostiziert werden soll. Ihr relativer Nutzen ist jedoch umstritten. Seit dem Aufkommen von HPCR-Kraftstoffsystemen, hocheffizienten Kraftstofffiltern, ULSD und weit verbreitetem Biodiesel wurden keine unabhängigen Testdaten bezüglich ihres Nutzens veröffentlicht. 

Trübungspunkt: Wenn Diesel abkühlt, beginnt die Bildung von Wachskristallen und es entsteht ein auffälliger weißer Schleier (oder eine „Trübung“). Das Wachs setzt sich aus der Lösung ab und gelangt in Kraftstofffilter und Hebepumpen. Die tatsächliche Trübungstemperatur variiert je nach Kraftstoffeigenschaften. Einige minderwertige Kraftstoffe können einen Trübungspunkt von bis zu 4 °C aufweisen, während er bei den meisten hochwertigen Kraftstoffen bei 0 °C (unbehandelt) liegt. In der Regel tragen Kaltflussverbesserer wenig zur Senkung des Trübungspunkts bei. Es existieren einige Trübungspunktsenker, die den Trübungspunkt eines Kraftstoffs erheblich senken können. Von diesen wird jedoch abgeraten, weil sie die Wirkung der Anti-Gele schwächen, die für einen fortwährenden Kraftstofffluss sorgen sollen. Der beste Weg zur Senkung des Trübungspunkts ist die Zugabe eines Kohlenwasserstoffs mit geringerem Wachsgehalt, wie z. B. Diesel Nr. 1-D. 

Kalt-Filter-Verstopfungspunkt (Cold Filter Plugging Point, CFPP): Hierbei handelt es sich um die Temperatur, bei der die Verstopfung von Kraftstofffiltern durch Eiskristalle einsetzt, was eine Unterversorgung des Motors mit Kraftstoff nach sich zieht, sodass kein Kaltstart (oder -stopp) mehr möglich ist – meistens zum ungünstigsten Zeitpunkt. Kaltflussverbesserer können den CFPP um mehrere Grad senken. Sie senken nicht die tatsächliche Wachsbildungstemperatur, sondern wirken auf den Wachskristall selbst. Sie verändern Kristallform und -größe, sodass der Kraftstoff besser fließen und auch bei niedrigeren Temperaturen durch die Filterporen gelangen kann. 

* Vorsichtshinweis: Die meisten Kaltflussverbesserer haben in ULSD nicht die gleiche Wirkung wie in Kraftstoffen mit hohem Sulfatanteil. Stellen Sie sicher, dass Leistungsansprüche auf Testergebnissen mit ULSD basieren. Andernfalls sind sie ungültig. Die gängige Prüfmethode zur Messung des CFPP ist ASTM D6371. Sie wurde 1965 entwickelt und basiert auf Schnellkühlmethoden zur Bestimmung der Temperatur, bei der 20 cc Diesel über eine Minute benötigen, um durch einen Filter mit einer Maschenweite von 45 µm fließen. Bei einer Studie des CRC (Coordinating Research Council) aus dem Jahr 1981 wurde festgestellt, dass der CFPP kein genauer Indikator für die Leistung in der realen Welt ist. Er neigt dazu, die minimalen Betriebstemperaturen als zu hoch anzugeben (d. h. die Leistung bei kaltem Wetter in der realen Welt ist nicht so gut, wie es der Test vermuten lässt).

Niedrigtemperatur-Verfahren LTFT: Diese Prüfung (ASTM D4539) bietet allgemein eine bessere Prognose der Leistung von additivierten Kraftstoffen und wird häufig für nordamerikanische Schwerlastwagen empfohlen. Anstelle einer unrealistischen Schnellkühlmethode gewährleistet diese Testmethode eine langsame Abkühlung des Dieselkraftstoffs (1 °C pro Stunde), was der Realität deutlich näherkommt. Bei diesem Test fließen 200-cc-Proben mit einem Druck von 20 kPa Vakuum durch eine Maschenweite von 17 µm. Der LTFT-Punkt ist erreicht, wenn 90 % der Probe über eine Minute benötigen, um durch das Sieb zu fließen. Obwohl der LTFT in Nordamerika für die Leistungsprognose bei kaltem Wetter als genauer als der CFPP-Test erachtet wird, wird für den LTFT bei der Bestimmung der akzeptablen Durchflussmenge ein Sieb mit einer Maschenweite von 17 µm verwendet. Dieses ist feiner als das 45-Mikron-Maschengewebe, das für den CFPP verwendet wird. Dennoch ist fraglich, ob es für die Prognose des Kraftstoffflusses durch die hocheffizienten 2-µm-Filter geeignet ist, um moderne HPCR-Motoren zu schützen. 

Stockpunkt: Die Temperatur, bei der Diesel gefriert, wird als sein Stockpunkt bezeichnet. Bei dieser Temperatur gefriert der Treibstoff in den Leitungen. Der Stockpunkt ist im Hinblick auf die Prognose der Funktionsfähigkeit bei kaltem Wetter irrelevant, da er unterhalb des Kalt-Filter-Verstopfungspunkts liegt. Wenn der Kraftstoff nicht durch die Filter zum Motor gelangen kann, läuft das Fahrzeug nicht. Wenn keine anderen Komplikationen auftreten, wird gelierter oder getrübter Diesel bei Erwärmung wieder klar. Die Wachskristalle lösen sich wieder und der Kraftstoff wird wieder vollständig flüssig. Wenn der Treibstoff bei Erwärmung nicht klar wird, sind die kalten Temperaturen nicht der einzige Faktor. Höchstwahrscheinlich sind zusätzliche chemische Stoffe vorhanden, und es hat eine Reaktion stattgefunden, bei der weiche Feststoffe entstanden sind, die bei normalen Betriebstemperaturen nicht schmelzen. 

Glyzerin

Gelierter Kraftstoff und festes Glyzerin werden häufig miteinander verwechselt. Aber während gelierter Kraftstoff ein natürliches Phänomen ist, das allein durch Kälte verursacht wird, ist Glyzerin ein völlig anderer chemischer Stoff, der nur in Biodiesel vorhanden ist. Glyzerin und andere verwandte Substanzen (Glyzerine) sind Nebenprodukte der Biodieselproduktion und kommen nicht in Dieselkraftstoff vor. Laut Vorschrift müssen praktisch all diese Materialien entfernt werden, denn selbst geringste Mengen können eine ganze Flotte lahmlegen. Solange Glyzerin warm und flüssig bleibt, verursacht es im Allgemeinen keine unmittelbaren Probleme. Bei niedrigen Temperaturen nimmt Glyzerin jedoch einen festen wachsartigen Zustand an. Es setzt sich auf Tankböden ab, setzt sich in Kraftstofffiltern fest und bildet klebrige, korrosive Ablagerungen im Motor. 

Glyzerin wird erst bei relativ hohen Temperaturen fest, mitunter erst bei 13 °C oder höher. Im Gegensatz zu geliertem Standardkraftstoff verflüssigt sich Glyzerin normalerweise nicht wieder, wenn die Temperatur wieder ansteigt. Wenn es einmal einen festen Zustand angenommen hat, neigt Glyzerin dazu, diesen auch bei hohen Umgebungstemperaturen beizubehalten. Dieser Behälter mit in-spec B100 war vollständig flüssig, bis er in einem Kühlschrank bei 4 °C abgekühlt wurde. Bei dieser Temperatur bildete sich ein fester Klumpen Glyzerin, der sich bis auf dem Boden absetzte. Dieser Feststoff verflüssigte sich nicht wieder, selbst wenn er weit über die normale Kraftstofftemperatur bei laufendem Motor erhitzt wurde. Obwohl die Ursprünge etwas unterschiedlich sind, sind viele der Folgen von Glyzerin und dessen Gelierung die gleichen. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich weiche Feststoffe, die bereits in geringen Mengen die Kraftstofffilter verstopfen und den Kraftstofffluss verhindern. Dies führt dazu, dass Motoren nicht mehr gestartet werden können oder aufgrund von Kraftstoffunterversorgung ausgehen. In kalten Klimazonen werden immer mehr Innengaragen gebaut, so dass Flotten über Nacht in Innenräumen geparkt werden können, damit die Fahrzeuge am Morgen garantiert starten.

Folgen weicher Feststoffe

Weiche wachsartige Feststoffe setzen Filter unabhängig von deren Grad der Abnutzung schnell außer Kraft. Wo werden diese Festkörper gebildet? Wenn der Kraftstoff kalt geliefert wird, können Feststoffe vom Lieferanten in Ihren Tank gepumpt werden. Sobald der Kraftstoff im Großtank abkühlt, können Feststoffe ausfallen. Wenn Ihr Diesel erst abkühlt, wenn er sich bereits im fahrzeugseitigen Kraftstofftank befindet, könnte er dort einen festen Zustand annehmen. Wo auch immer sie sich bilden – weiche Feststoffe verstopfen schnell den ersten Filter, auf den sie treffen. 

Das Bild rechts (unten) zeigt einen schweren Fall eines mit Glyzerin verstopften Filters. Normalerweise fallen Verstopfungen dieser Art weniger schwer aus. Stattdessen wird Ihr Filter wahrscheinlich einen sauberen Eindruck machen und nur einem leichten Wachsglanz auf dem Filtermedium oder geringe Ablagerungen am Boden der Filterdose aufweisen. Hier sehen Sie Bilder von Zellulose und Filtermedien von durchschnittlicher Effizienz unter einem Rasterelektronenmikroskop.

Saubere Zellulose-Medien
Dieses erste Bild zeigt saubere Zellulosemedien. Beachten Sie die freien, dunkleren Bereiche zwischen den Fasern.
Zellulose & Glas Medien
Zellulose- und Glasmedien von der Art, wie sie in primären bordeigenen Kraftstofffiltern verwendet werden. Die Bereiche zwischen den Fasern sind vollständig mit Glyzerin verstopft. Schon wenige Löffel verfestigtes Glyzerin oder andere weiche Feststoffe reichen aus, um einen Kraftstofffilter vollständig außer Betrieb zu setzen.
Zellulose-Medien mit niedrigem Wirkungsgrad
Relativ wenig effiziente Zellulosemedien, wie sie manchmal an Zapfsäulen verwendet werden. Es ist auch mit Glyzerin überbacken. Es fließt nichts durch einen mit Glyzerin verstopften Filter. Zum Glück für den Gerätebesitzer wurde dieses weiche, wachsartige Glyzerin aufgefangen und daran gehindert, den Motor zu erreichen. Die unglückliche Folge war jedoch, dass diese Filter wahrscheinlich eine sehr kurze Lebensdauer hatten. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)

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