Leistung durch Qualität

Die Vorteile von Markenkraftstoff

Beim Motorbetrieb kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Betriebsstoffen (Kraftstoff, Motoröl, Luft, Luftfeuchtigkeit) und den motorischen Bedingungen (z. B. Temperatur, Drücke, Strömungsverhältnisse). Diese können für die Autofahrer und/oder den Motor nachteilige Effekte hervorrufen. Dabei gilt: Je höher die Qualität des Ottokraftstoffs, desto seltener treten sie auf. Bei sehr gutem Kraftstoff sollten sie gar nicht auftreten. 

Kraftstoff-Flüchtigkeit und Fahrverhalten

Besondere Anforderungen an den Kraftstoff stellen der kalte und der heiße Motor. Das „Kaltanfahrverhalten“ und „Heißfahrverhalten“ des Fahrzeugs zeigt sich bei der Startwilligkeit, dem Ansprechen des Motors auf „Gas geben“ und der „Rundheit“ des Leerlaufs. Alle Kriterien werden im Wesentlichen durch die Motorkonzeption – etwa Abstimmung zwischen Gemischbildung und Zündung –, die Umgebungstemperatur und die Flüchtigkeit des Kraftstoffs bestimmt. Für einen sicheren Kaltstart muss der Kraftstoff möglichst leichtflüchtig sein. Die Siedetemperatur um den 10-Volumenprozent- Punkt sollte dafür niedrig, der Dampfdruck dagegen hoch sein. Die spontane Gasannahme („Übergangsverhalten“) im kalten Zustand wird erleichtert durch eine niedrige Siedelage im mittleren Bereich der Siedekurve. Insbesondere moderne Motoren reagieren zusätzlich auf die Siedelage im oberen Bereich bei 125 °C, weshalb qualitätsorientierte Hersteller hierfür einen besonderen Grenzwert berücksichtigen. 

Kalt- und Heißfahrverhalten

Für den Winterbetrieb wird die Flüchtigkeit des Ottokraftstoffs generell den kalten Umgebungstemperaturen angepasst. Eine niedrige Siedelage und ein höherer Dampfdruck erleichtern das Starten und Warmlaufen, da eine zu geringe Flüchtigkeit zur Abmagerung des Gemischs durch ungenügende Verdampfung sowie übermäßige Kraftstoffkondensation würde. Die Anforderungen an das Benzin sind beim heißen Motor genau umgekehrt. Unter ungünstigen Bedingungen können Bauteile des Kraftstoffsystems so heiß werden, dass ein zu großer Teil des Kraftstoffs verdampft („Dampfblasenbildung“ in der Kraftstoffpumpe), aus der Schwimmerkammer des Vergasers auskocht bzw. sich in Einspritzsystemen Dampfpolster bilden. Dadurch wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen bzw. das Gemisch überfettet, was sich negativ auf das Fahrverhalten auswirkt. Diese Störungen treten umso eher auf, je heißer das Kraftstoffsystem (Pumpe, Vergaser bzw. Einspritzung) wird und je niedriger die Kraftstoff-Fördermenge bzw. der Systemdruck ist. Kraftstoffseitig macht sich eine zu hohe Flüchtigkeit nachteilig bemerkbar. Hohe Umgebungstemperaturen im Sommer verstärken die Störanfälligkeit. Aus diesem Grunde stimmen die Kraftstoffhersteller ihre Qualitäten derart ab, dass die Siedekurve im unteren Bereich hoch und der Dampfdruck niedrig ist. Diese Anpassung darf jedoch nicht so weit gehen, dass es zu Schwierigkeiten beim Kaltstart kommt.

Rückstände

Bei Vergasermotoren können Rückstände im Bereich der Drosselklappe zu einer Anfettung des Kraftstoff/Luft-Gemischs und zur Verschlechterung des Motorverhaltens führen. 

Noch sensibler reagieren Einspritzventile der modernen Brennverfahren, die für eine hochpräzise Zumessung des Kraftstoffs konstruiert wurden. Ablagerungen führen zur Verminderung des Benzin-Durchflusses und zur Abmagerung des Gemischs - mit ebenfalls negativen Effekten. Unter ungünstigsten Bedingungen, d.h. wenn viele Faktoren (Einsatzbedingungen, Ölqualität, Kraftstoffkomponenten etc.) zusammentreffen, kann sogar eine Verschlammung des Motors die Folge sein. Im Endstadium ist eine Unterbrechung der Motorschmierung und damit ein gravierender Motorschaden nicht auszuschließen... 

Rückstände: Leistungsabfall und erhöhte Schadstoffemission

Hohe Temperaturen und Drücke in Verbindung mit den unterschiedlichen Betriebsstoffen führen bei der Verbrennung unweigerlich zu Rückständen, die sich an verschiedenen Stellen des Antriebs ablagern. Seit Beginn der Motorisierung wirken sich diese Ablagerungen negativ auf den Fahrbetrieb aus. Moderne Motorkonzepte mit mageren Kraftstoff-Luft-Gemischen, höheren Temperaturen, niedrigem Kraftstoff- und Ölverbrauch, niedrigen Drehzahlen, „selbstlernendem Motor-Management“ und Direkteinspritzung verschärfen die Ablagerungsproblematik. Die Rückstandsbildungen am Einlassventil resultieren dabei primär aus dem über die Ventilschäfte angesaugten Motoröl.

Die Ablagerungen verringern den Ansaugquerschnitt und können Kraftstoff wie ein Schwamm aufsaugen. Dadurch kommt es zu einem deutlichen Leistungsverlust, der sich insbesondere nach einem Kaltstart durch schlechte Gasannahme nachteilig bemerkbar macht. Zusätzlich können die Schadstoffemissionen ansteigen. Ursache für Verklebungen am Einlassventil sind konstruktive Besonderheiten einiger Motoren in Zusammenhang mit ganz speziellen Einsatzbedingungen. Bestimmte Temperatur- und Strömungsverhältnisse können dazu führen, dass sich Substanzen aus Betriebsstoffen im Bereich der Einlassventilführungen absetzen und nach einer kritischen Abkühlphase das Ventil verkleben. Ein Kaltstart ist dann nicht mehr möglich. Besonders sensibel auf Ablagerungen reagieren die für eine hochpräzise Zumessung des Kraftstoffs extrem genau hergestellten Einspritzventile von Direkteinspritzern.

Die Veränderung des Kraftstoffdurchflusses führt zu einer Verschlechterung der Gemischbildung. Bei der Motorschmierung kann ein ungünstiges Zusammenwirken von Motor, Einsatzbedingungen, Ölqualität und Kraftstoffkomponenten eine Verschlammung des Motors hervorrufen. Im Endstadium ist dann eine Unterbrechung der Motorschmierung und damit ein gravierender Motorschaden nicht auszuschließen. Sowohl Rückstände und Verklebungen am Einlass- und Einspritzventil als auch Schlammbildung lassen sich mit heutigen Markenkraftstoffen und -ölen vermeiden. 

Oktanzahl-Bedarfsanstieg beim Einfahren

Die Motoren von Neuwagen sind auf einen bestimmten Oktanzahlbedarf ausgelegt. Bei einer stimmigen Konstruktion und mit dem richtigen Kraftstoff klopft der Motor nicht. Während des Einfahrens jedoch, kann sich dies u.U. ändern. Ursache ist die Bildung von Rückständen im Motor, die in einem gewissen Rahmen durchaus normal und von vornherein in die Auslegung des Antriebs eingeplant sind.

Normalerweise pendelt sich nach 10.000 bis 20.000 km die Rückstandsbildung ein, und der Oktanzahl-Bedarfsanstieg liegt bei wenigen Oktanzahlen. Wurde dies jedoch vom Motorhersteller nicht ausreichend berücksichtigt, kann es zu schädlichem Klopfen kommen. Der Appetit auf mehr Oktanzahlen resultiert dann aus einem höheren Verdichtungsverhältnis und höheren Temperaturen aufgrund schlechter Wärmeabfuhr. Beides erhöht die Neigung zur unkontrollierten Verbrennung, was durch höhere Oktanzahlen zu beheben ist. Viele moderne Motoren haben ein elektronisches System, die bei klopfender Verbrennung die Zündung auf spät verstellt und so das weitere Klopfen verhindert. Durch die späte Zündung sinkt jedoch die Leistung und der Verbrauch steigt.

Vereisung im Ansaugsystem

Eis im Motor? Wie kann das angesichts der hohen Temperaturen überhaupt möglich sein? Der verdampfende Kraftstoff entzieht den Bauteilen Wärme nach dem Prinzip der Verdunstungskälte. Dieser Wärmeverlust kann so stark sein, dass er Bauteile unter den Gefrierpunkt bringt und die Feuchtigkeit der angesaugten Luft zu Eis gefriert. Die Eispartikel stören in der Folge die Gemischbildung, was im Fahrverhalten deutlich zu spüren ist. Früher trat dieses Phänomen vor allem bei Vergasermotoren auf. Aber auch heute kann es in modernen Einspritzsystemen vereinzelt zu Problemen führen. Hier helfen konstruktive Maßnahmen, wie etwa Vorwärmeinrichtungen, aber auch die von großen Kraftstoffmarken eingesetzten Additive. Beide führen dazu, dass das Vereisungsproblem praktisch gelöst ist. 

Reduzierung von Abdampfverlusten

Die notwendige Flüchtigkeit des Ottokraftstoffs ruft während des Fahrbetriebs durch ein Aufheizen des Tanks bzw. des Kraftstoffsystems sowie beim Betanken des Fahrzeugs Abdampfverluste hervor. Während des Fahrens kann sich bei konstruktiven Besonderheiten und einem fast leeren Tank der Kraftstoff auf Temperaturen bis zu 100 °C erhitzen. Unter solchen Bedingungen dampfen leichtflüchtige Kraftstoffkomponenten ab, und der Dampfdruck in der Restmenge fällt entsprechend. 

Die beim Betanken frei werdenden Kohlenwasserstoffe bestehen dabei überwiegend aus Butan. Der unter Umwelt- und Gesundheitsaspekten besonders zu beachtende Benzolanteil liegt unter einem Prozent. Durch Begrenzung der Flüchtigkeit auf Seiten des Kraftstoffs, konstruktive Vorkehrungen auf Seiten des Fahrzeugs  sowie spezielle Einrichtungen bei der Betankungstechnik lassen sich die Abdampfverluste heute fast vollständig vermeiden. 

Kraftstoffeinflüsse auf die Abgasemissionen

Da die Verbrennung im Motor immer unvollständig sein wird, lassen sich Schadstoffe nicht vollkommen vermeiden. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Kraftstoffs beeinflussen die Abgasemissionen. Eine gelungene Additivbeimischung macht sich positiv auf das Emissionsspektrum bemerkbar. Dabei besteht ein besonderes Problem darin, dass sich Änderungen am Kraftstoff in der Regel entgegengesetzt auf die verschiedenen Schadstoffemissionen auswirken. 

So wirkt sich besonders leichtflüchtiger Kraftstoff beim Kaltstart positiv auf die Schadstoffbildung aus, das aber hat wiederum negative Auswirkungen auf die Abdampfverluste. 

Diese gegenläufigen Einflüsse auf die gleichzeitig zu berücksichtigenden verschiedenen Schadstoffe gelten für alle denkbaren Maßnahmen, durch Modifikationen des Kraftstoffs die Schadstoffe im Abgas zu verringern. Hinzu kommen Anforderungen aus der Produktion und der Anwendungstechnik, die den Handlungsspielraum weiter einengen. Trotz dieser Zwänge, die eine Kraftstoffverbesserung erschweren, verzeichnen Qualitätskraftstoffe immer wieder beachtliche Erfolge. Marktübliches SuperPlus etwa kann im Vergleich zu anderen Sorten mit deutlich besseren Abgaswerten aufwarten. Aktuell sind nicht nur Kohlenwasserstoffe (HC) und Schadstoffe wie Kohlenmonoxid (CO) oder Stickoxide (NOx) im Gespräch, sondern auch das ungiftige Kohlendioxid (CO2), welches wesentlich zum so genannten „Treibhauseffekt“ beiträgt.

Einsatz von pflanzlichen Rohstoffen

Im Zusammenhang mit dem sogenannten Treibhauseffekt wird oftmals der Einsatz pflanzlicher Rohstoffe (z. B. „Bioalkohol“, aus Pflanzen gewonnenes Ethanol) gefordert. Ob jedoch durch die Pflanzen, die während ihres Wachstums CO2 aufnehmen, eine positive Kohlendioxid-Bilanz entsteht, ist auch unter Fachleuten strittig, u. a. weil auch bei der Bewirtschaftung der Felder bzw. durch den Einsatz von Düngemitteln Treibhausgase entstehen. Eine andere Möglichkeit zur CO2-Reduktion liegt in der Verringerung der Kohlenstoffanteile bei gleichzeitiger Erhöhung der Wasserstoffanteile im Kraftstoff. Hier wurden in der Vergangenheit schon nennenswerte Verbesserungen erzielt. 

Eine Gesamt-Energiebilanz sowie die Ansprüche moderner Motoren setzen dieser Vorgehensweise jedoch enge Grenzen. Die Auslegung neuer Motoren auf höhere Oktanzahlen bietet die Chance einer Verdichtungserhöhung. Hieraus resultiert ein niedrigerer Verbrauch und somit auch eine niedrigere CO2-Emission.

Kraftstoff für Zweitaktmotoren

In modernen Fahrzeugen dienen Ottokraftstoffe fast ausschließlich zum Antrieb von Viertaktmotoren mit einem getrennten Schmierkreislauf. Im Spezialfall „Zweitaktmotor“ erfolgt die Schmierung über den Kraftstoff selbst, ihm wird dazu ein geeignetes Motorenöl zugegeben. Die Mischungsverhältnisse liegen zwischen 1:20 und 1:100. Erfolgt die Mischung manuell, müssen bestimmte Regeln eingehalten werden, die auf den Öldosen vermerkt sind (z. B. Einfüllung des Öls vor dem Kraftstoff). Im Normalfall weisen Zweitaktmotoren einen niedrigen Oktanzahlbedarf auf, können in Einzelfällen aber auch Werte erreichen, die den Einsatz von Superbenzin erforderlich machen.