DE1014783B - Zusatzmittel fuer Leichtbenzin - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei gewissen Kraftfahrzeugen bilden unregelmäßiger Leerlauf und Absterben der Motors ein besonderes Problem, das durch die Verwendung von Mehrfachvergasern besonders akut geworden ist. Entscheidend beim schlechten Leerlauf sind Ansammlungen von Ablagerungen im Drosselteil des Vergasers, und zwar an der Drosselklappe, deren Einstellung das Luft-Treibstoff-Verhältnis regelt. Mit zunehmenden Ablagerungen wird die Luftzufuhr ohne Änderung in der Treibstoff zufuhr beim Leerlauf beschränkt, so daß ein zu reiches Gemisch einen unregelmäßigen Leerlauf und ein plötzliches Aussetzen (Absterben) des Motors verursacht und gewisse Kompensationen am Motor notwendig sind. Hauptquelle für die Ablagerungen sind nachgewiesenermaßen die Verunreinigungen in der angesaugten Luft, wenn der Motor im Leerlauf arbeitet. Die Kohlenwasserstoffbestandteile des Treibstoffes selbst stehen jedenfalls in keiner direkten Beziehung zur Bildung dieser Ablagerungen.

Im Gegensatz zu den bisher in regelmäßigen Zeitabständen notwendigen mechanischen Korrekturen und Überholungsmaßnahmen am Motor zur Kompensation der in dem Vergaser und dem Zuleitungssystem sich ansammelden Ablagerungen enthält erfindungsgemäß der Treibstoff auf Leichtbenzinbasis einen Zusatz, der einerseits das Entstehen bzw. die Ausscheidung solcher Ablagerungen zu verhindern vermag und andererseits vorhandene Ablagerungen zerstören bzw. verringern kann. Beim Betrieb von durch Funken gezündeten Motoren mit dem Treibstoff, welcher den erfindungsgemäßen Zusatz enthält, kann man die Leerlaufarbeit eines Motors außerordentlich verbessern und selbst dann aufrechterhalten, wenn der Motor verunreinigte Luft ansaugen muß.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Treibstoffen ein Imidazolin, und zwar das (l-Aminoäthyl)-2-heptyl-2-imidazolin, zuzusetzen. Aber dieser Zusatz bezweckt lediglich die Verhinderung der Harzbildung; Untersuchungen ergaben, daß er in bezug auf die Verhinderung von Ablagerungen der beschriebenen Art den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verbindungen weit unterlegen ist (vgl. die untenstehende Tabelle).

Es wurde gefunden, daß man die genannten Ziele durch Einverleiben einer kleinen Menge eines in 1- und 2-Stellung substituierten Imidazolinbicarbonats der allgemeinen Formel

N-

-'3

CH₂

R-

\1 5

N — CH₂
R'
in der R ein acyclischer Kohlenwasserstoff rest mit 11 bis

Zusatzmittel für Leichtbenzin

Anmelder:

California Research Corporation,
San Francisco, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 13,

Ainmillerstr. 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. April 1954

Harrison W. Sigworth, El Cerrito, Calif.,
Eddie G. Lindstrom und Maurice R. Barusch,

Richmond, Calif. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

17 C-Atomen und R' ein aliphatischer Rest mit nicht mehr als 6 C-Atomen, vorzugsweise mindestens 2 und nicht mehr als 6 C-Atomen, ist, erreichen kann.

Obwohl die Auswahl innerhalb der genannten Klasse von Verbesserungsmitteln von einer ganzen Anzahl von Faktoren abhängt, sind die Verbindungen mit den günstigsten verbessernden Eigenschaften Bicarbonate der Imidazoline mit endständigem —-OH oder —NH₂ im Rest R' der obigen Formel. Beispiele für bevorzugte Imidazoline sind l-(2-Oxäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolin und l-(2-Aminoäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolin.

Diese letztgenannten Imidazoline, deren Bicarbonate die bevorzugten Verbindungen dieser Erfindung darstellen, entstehen durch Umsetzung einer höheren Fettsäure, z. B. von Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Linol-, Stearinoder Ölsäure, mit einem Polyalkylenpolyamin oder den N-(Äthylenoxyd)-derivaten des Äthylendiamins unter Bedingungen, unter denen 2 Mol Wasser austreten. Die Bicarbonate dieser substituierten Imidazoline können in der üblichen Weise hergestellt werden, indem man z. B. eine Lösung des Imidazolins in überschüssigem Wasser mit Kohlensäure bei normaler Temperatur sättigt. Gewohnlich stellt man vorzugsweise die Bicarbonate in Form einer konzentrierten Lösung her, die leichter zu handhaben ist und ein einfaches Vermischen mit dem Brennstoff gestattet. Bei der Herstellung der üblicherweise verwendeten Konzentrate der Zusatzmittel empfiehlt es sich,

709.659/208

das substituierte Imidazolin in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel aufzulösen, dessen Viskosität und Siedebereich nicht über denen des Benzins liegen, mit dem es verarbeitet werden soll. Die Lösung des Imidazolins in dem vorzugsweise aromatischen Lösungsmittel, die Wasser im molaren Überschuß enthält, wird dann mit Kohlensäure gesättigt. Mit Rücksicht auf die Viskosität soll die Konzentration des Imidazolincarbonats in dem Lösungsmittel gewöhnlich zwischen 10 und 70 Gewichtsprozent (der Löslichkeitsgrenze) liegen.

Die erfindungsgemäßen Mittel werden dem Motortreibstoff nur in verhältnismäßig kleinen, zur Verringerung der Ablagerungen ausreichenden, vorzugsweise zwischen 0,0003 und 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Leichtbenzin, liegenden Mengen zugesetzt. Man kann zwar stärkere Konzentrationen anwenden, sie wirken aber mit Bezug auf die Verringerung der Vergaserablagerungen nicht entsprechend besser.

Außer diesen Verbesserungsmitteln können natürlich noch andere übliche Treibstoffzusätze in dem Treibstoff enthalten sein. Von besonderer Bedeutung ist der Zusatz einer kleinen, z. B. zwischen 0,05 und 0,5 Volumprozent, bezogen auf das gesamte Leichtbenzin, liegenden Menge eines nicht flüchtigen, z. B. leichten Mineralschmieröles,

ίο von dem festgestellt wurde, daß es in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verbesserungsmittel eine weitere wirksame Verringerung der Ablagerungen des Motors ergibt.

Für das Herstellungsverfahren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz beansprucht.

Beispiel I

N — CH,

+ CO₂+H₂O-

N — CH₂ CH₂-CH₂OH

H
N-CH,

. /■■'

N — CH₂
CH₂ · CH₂OH

HCO,

60 Gewichtsteile l-(Oxäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazo-Hn (Neutralisationszahl 360), 40 Gewichtsteile Toluol und 9 Gewichtsteile Wasser (das Dreifache der theoretisch notwendigen Menge) wurden zu einer Lösung vermischt, die dann mit Kohlensäure bei Raumtemperatur gesättigt wurde. Durch die Salzbildung wurde Wärme frei, so daß die Temperatur auf 57° anstieg. Das erhaltene Produkt war eine viskose Flüssigkeit. Durch entsprechenden Toluolzusatz wurde die Konzentration des Lösungsmittels (Toluol) auf 40 °/₀ erhöht. Das Endprodukt war eine klare, etwas viskose Flüssigkeit mit folgenden Eigenschaften:

Gefunden Berechnet

Äquivalentgewicht 650 702

%CO₂ 4,98; 4,86 6,3

spezifisches Gewicht 0,94

Viskosität bei 38°, SSU 537,9

Titration nach ASTM D 664:

anfängliches pn 10,6

Gesamtalkalität.mgKOHjeg 90,5 80

Das Produkt wurde ferner als Bicarbonat durch eine potentiometrische Titrationskurve gekennzeichnet, die mit Hilfe eines Beckman-pn-Messers mit Glaselektrode erhalten wurde. Wenn 0,5 g in einem aus 40 ecm Äthyläther, 40 ecm Äthanol und 20 ecm' Wasser bestehenden Lösungsmittel mit 0,1 η-Salzsäure titriert wurden, besaß die Titrationskurve nur ein einziges Plateau mit einem pH-Mittel von 8,3. Die Rücktitration mit einer Base nach Zusatz von Bariumchlorid oder Austreiben der CO₂ mit Stickstoff ergab eine für Imidazohniumchlorid typische Titrationskurve mit einem mittleren pn von 10,4.

Beispiel II

Es wurde ein Laboratoriumsprüfverfahren entwickelt, um die Bildung von Ablagerungen im Vergaser während des praktischen Betriebes zu bestimmen. Bei diesem Prüfverfahren wurde eine Drosselvorrichtung aus Glas zwischen dem Schwimmgehäuse und der metallenen Drosselvorrichtung bei einem üblichen Vergaser eingesetzt. Diese gläserne Drosselvorrichtung bestand aus einem etwa 0,5 cm dicken Glasrohr, das einen Innendurchmesser von 3 cm hatte und etwa 5 cm lang war. Etwa 1,8 cm vom oberen Rand entfernt waren Löcher in diese Vorrichtung gebohrt worden, in die eine übliche metallische Drosselklappe eingehängt wurde. Für diese Prüfung wurden Vergaser und Motor vom Typ Plymouth 1952 benutzt.

Bei diesem Prüfverfahren regelte anfänglich die Drosselklappe in dem Metallteil des Vergasers die Geschwindigkeit, wobei die Drosselklappe in dem Glasteil weit geöffnet war. Wenn der Motor so weit erwärmt war, daß die Gefahr einer Fehlzündung (Knallen im Vergaser) nicht mehr bestand, wurde der Drosselung in dem Glasteil die Drosselfunktion überlassen und die Platte in dem Metallteil weit geöffnet. Zwei kleine Rohre führten das Leerlaufgemisch aus dem Schwimmergehäuse in geeignete Durchgänge des gußeisernen Drosselkörpers.

Während der Prüfzeit läuft der Motor insgesamt 2 Stunden lang mit einem Testbenzin bei 500 Umdrehungen pro Minute im Leerlauf mit fünf Beschleunigungsperioden in 15-Minuten-Abständen unter Vollgas bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 3000 Umdrehungen pro Minute ebenfalls im Leerlauf. Während jedes Probelaufes werden die Leckgase des Motors zu einer Luftreinigungsvorrichtung über dem Vergaser geführt. Am Ende des Probelaufes wird der Motor abgestellt und die gläserne Drosselvorrichtung entfernt und der Grad der Ablagerungen nach einer von 1 bis 7 zählenden Skala bestimmt. Der Wert 1 gibt an, daß gar keine Ablagerungen vorhanden sind und die Drosselvorrichtung sauber ist; der Wert 7 besagt, daß die Vorrichtung vollständig mit schwarzen, dichten Ablagerungen überzogen ist. Es ergab sich, daß diese Prüfungsmethode und die Bewertung der dabei benutzten Brennstoffe ausgezeichnet mit den tatsächlichen Ergebnissen in der Praxis übereinstimmten.

Das Prüfverfahren hatte folgende Ergebnisse:

Treibstoff

Treibstoff (= Ausgangstreibstoff)

Treibstoff + 30 ppm² l-(Oxäthyl-2-heptadecenyl-2-irnidazolin

Treibstoff + 30 ppm l-(Oxäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolinbicarbonat

Treibstoff + 60 ppm l-(Oxäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolinbicarbonat

Treibstoff + 30 ppm (1-Aminoäthyl)-2-heptyl-2-imidazolin

Treibstoff + 30 ppm l-(Aminoäthyl)-2-hepta-decenyl-2-imidazolinbicarbonat

Ablagerungs- -wert¹

(6,0)

5,7 6,0 6,0 5,6

3,8

4,9 4,5

3,3 3,5

6,1 3,2

10 insbesondere die Vergaser untersucht wurden. In allen untersuchten Fällen unterband der Prüftreibstoff nicht nur die Bildung von Vergaserablagerungen, er bewirkte vielmehr auch die Entfernung bereits vorhandener Ablagerungen innerhalb des Vergasers und des Ansaugsystems, so daß eine ununterbrochene und zufriedenstellende Motorleistung über Zeiträume hinweg erreicht wurde, in denen unter normalen Bedingungen die gründliche Überholung des Vergasers nicht zu umgehen war.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Bicarbonaten von Imidazolinen der allgemeinen Formel

^x) Alle Ablagerungswerte wurden auf den beim Ausgangstreibstoff selbst gefundenen Wert 6,0 bezogen.

²) ppm (= parts per million) = Gewichtsteile (Zusatzmittel je 1 000 000 Gewichtsteile (Treibstoff).

25

Als Treibstoff wurde ein gebleites Leichtbenzin benutzt. Wie bereits erwähnt, hat die Kohlenwasserstoffzusammensetzung des Ausgangstreibstoffes nur einen ganz untergeordneten, vernachlässigbaren Einfluß auf die Bildung der Vergaserablagerungen. Der Treibstoff beeinflußt lediglich die Zusammensetzung der Leckgase, so daß die oben angegebenen Prüfergebnisse ungefähr die gleichen sind, ohne Rücksicht auf die Beständigkeit, den Harzgehalt und sonstige Merkmale der Kohlenwasserstoffbestandteile des benutzten Treibstoffs. Die einzigartigen Eigenschaften des Bicarbonats der Imidazoline der Erfindung finden sich nicht bei anderen organischen oder anorganischen Salzen dieser Verbindungen.

Zur Unterstreichung der einzigartigen Eigenschaften des Bicarbonats wurden noch folgende Vergleichsversuche unternommen. In diesen Prüfungen wurde ein gebleites Standardbenzin mit 60 ppm des Bicarbonats, des Acetats, des Chlorids bzw. des Formiats des l-(Oxäthyl)-2-heptadecenylimidazolins versetzt. Die Ergebnisse waren folgende:

Ablagerung

Bicarbonat 3,3 und 3,5

Acetat 5,4

Chlorid 6,0

Formiat 5,2

Außerdem wurde ein die erfindungsgemäßen Zusätze enthaltendes Leichtbenzin von Kraftwagen über eine längere Zeit hinweg benutzt, wobei in regelmäßigen Abständen die Luft-Treibstoff-Zuleitungen der Motoren und N — CH₂

R—

/³

N — CH₂

R'

in der R ein acyclischer Kohlenwasserstoffrest mit 11 bis 17 C-Atomen und R' ein aliphatischer Rest mit nicht mehr als 6 C-Atomen ist, als Zusatzmittel für Leichtbenzin.

2. Verwendung von Imidazolinbicarbonaten nach Anspruch 1 in einer Menge von 0,0003 bis 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Leichtbenzin.

3. Verwendung von Imidazolinbicarbonaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aliphatische Rest 2 bis 6 C-Atome enthält.

4. Verwendung von Imidazolinbicarbonaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substituent in 1-Stellung einen Oxäthylrest enthält oder ein Oxäthylrest ist.

5. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von l-(2-Oxäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolin oder von l-(2-Aminoäthyl)-2-heptadecenyl-2-imidazolm.

6. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Imidazolinbicarbonaten in Form eines Konzentrats aus einem mit der Treibstoffbasis verträglichen Kohlenwasserstofflösungsmittel, dessen Gehalt an Imidazolinbicarbonat zwischen 10 Gewichtsprozent des Lösungsmittels und der Löslichkeitsgrenze des Imidazolinbicarbonats in dem Lösungsmittel beträgt.

7. Verwendung von Imidazolinbicarbonaten nach Anspruch 1 in Verbindung mit 0,05 bis 0,5 Volumprozent, bezogen auf das gesamte Leichtbenzin, eines nicht flüchtigen Öls, z. B. eines Mineralschmieröles.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 622 108.

© 709.659/208 8.57