DE1104757B

DE1104757B - Treibstoffgemisch fuer Verbrennungskraftmaschinen mit Funkenzuendung

Info

Publication number: DE1104757B
Application number: DEE16549A
Authority: DE
Inventors: Christian Jahan; Michael Tournier
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1957-10-10
Filing date: 1958-10-09
Publication date: 1961-04-13
Also published as: GB844278A; US3067138A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft verbesserte Treibstoffgemische für Verbrennungskraftmaschinen mit Funkenzündung, ζ. B. Zweitakt- und Viertaktmotoren.

Die Ansammlung von Abscheidungen in den Verbrennungskammern von Verbrennungskraftmaschinen verursacht bekanntlich ein erhebliches Ansteigen des Octanzahlbedarfs des Motors. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß Fahrzeuge nach dem Beginn ihres Betriebes normalerweise ein Benzin von höherer Octanzahl benötigen, als es zu Anfang erforderlich war. Außerdem bringen Abscheidungen in der Maschine ein Absinken der Arbeitsleistung bis zu 10 % oder mehr mit sich. Ferner findet eine Verschmutzung der Zündkerzen statt, die zum Stillstand der Maschine bei Vorzündung führen kann.

Gewisse Zusätze zur Erhöhung der Octanzahl des Treibstoffes, wie Bleiverbindungen, spielen ebenfalls eine Rolle bei der Bildung von Abscheidungen in der Verbrennungskammer. Dies kann sogar in Gegenwart von Schlamminhibitoren erfolgen. Weiterhin wird der Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen durch Eisbildung im Vergaser gestört. Dies tritt besonders beim Leerlauf der Maschine und in feuchter Atmosphäre bei Temperaturen unterhalb 16⁰C ein und kann zum Abwürgen des Motors ' infolge von Treibstoffmangel führen.

Zweitaktmotoren werden gegenwärtig im allgemeinen mit schlamminhibierenden oder nicht schlamminhibierenden Schmierölen geschmiert, die mit dem Treibstoff gemischt werden. Diese Treibstoff-Öl-Gemische verursachen Abscheidungen in Zweitaktmotoren, die zur Verschmutzung der Zündkerze, zu einem merklichen Verschleiß der Ventile und der Kurbelwelle sowie zu einer fortschreitenden Verstopfung der Auspufföffnungen und zur Minderung der Kraftleistung führen.

Es wurde nun gefunden, daß man durch Beigabe gewisser Zusätze zu dem Treibstoff viele der genannten Nachteile vermeiden kann.

Die in den erfindungsgemäßen Treibstoffgemischen verwendeten Zusätze haben die allgemeine Strukturformel

CXo

OR

in welcher R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder ein Wasserstoffatom und X ein Halogenatom bedeutet.

Beispiele für diese Verbindungen sind Chloraläthylalkoholat und Chloralisoamylalkoholat. Verbindungen, bei denen R ein Alkylrest mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen ist, können ebenfalls verwendet werden und bieten den Vorteil, daß sie flüssig, jedoch in Wasser unlöslich sind. Infolgedessen lassen sich diese Verbin-

für Verbrennungskraftmaschinen

mit Funkenzündung

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Oktober 1957 und 29. Mai 1958

Christian Jahan, Gruchet-le-Valasse, Seine-Maritime,
und Michael Tournier, Notre-Dame-de-GravencTion,

Seine-Maritime (Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

düngen leichter mit dem Treibstoff mischen, und es besteht eine geringere Gefahr, daß der Zusatzgehalt des Treibstoffes bei der Lagerung in Gegenwart von Wasser sinkt.

Eine andere, der obigen Formel entsprechende, bevorzugte Verbindung ist Chloralhydrat

,OH

^SOH

Der Treibstoff ist ein Benzin, welches beispielsweise ein Siedeende bis 300⁰C haben kann. Die erfindungsgemäßen Treibstoffgemische können den Zusatz vorteilhaft in Mengen von 0,001 bis 1 Gewichtsprozent, insbesondere von 0,01 bis 0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge, enthalten.

Es ist bekannt, Motortreibstoffen zur Verbesserung der Obenschmierung geringe Mengen eines Schmieröles zusammen mit einer halogenierten cyclischen Verbindung zuzusetzen. Dieser Zusatz soll das Harzlösungsvermögen des Treibstoffes erhöhen. Die zu diesem Zweck vorgeschlagenen halogenierten Verbindungen müssen cyclische, d. h. aromatische oder hydroaromatische Verbindungen sein, wohingegen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nur aliphatische Verbindungen in Betracht kommen.

109 5W228

Weiterhin ist es bekannt, Motortreibstoffen als Oxydationsverzögerer halogenierte gesättigte cyclische Alkohole zuzusetzen. Auch hier handelt es sich nicht um aliphatische Verbindungen.

Ferner sind Dieseltreibstoffe bekannt, die Nitroxyläthylenchlorhydrin oder Nitroxyläthylenbromhydrin enthalten. Dieser Zusatz hat den Zweck, die spontane Entzündungstemperatur des Dieseltreibstoffs herabzusetzen.

Schließlich ist es auch bekannt, Motortreibstoffen zwecks Herabsetzung des Octanzahlbedarfs des Motors fluorierte Alkane, Arylalkane, Chloralkane, Bromalkane und -arylalkane zuzusetzen. Bei diesen Zusätzen handelt es sich um Verbindungen, die nicht durch Alkoholgruppen oder Äthergruppen substituiert sind. Außerdem ist das Fluor ein wesentlicher Bestandteil dieser bekannten Zusätze. Es konnte daher nicht erwartet werden, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Treibstoffzusätze, die kein Fluor zu enthalten brauchen, bei denen das Halogen vielmehr, wie oben beschrieben, vorzugsweise Chlor ist und die außerdem Alkoholreste oder Alkohol- und Äthergruppen enthalten, die in den nachstehenden Beispielen beschriebenen Wirkungen haben wurden.

Gegenstand eines älteren Vorschlages ist ein flüssiges Antiklopfmittelgemisch aus bleiorganischen Verbindungen und Halogenspülmitteln, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens 1 Molprozent Halogen in den Spülmitteln in Form von aliphatischen offenkettigen Halogenhydrinverbindungen mit 2 bis 20 C-Atomen, 1 bis 4 Oxygruppen und 1 bis 6 Halogenen anwesend ist, wobei das Halogen in dem Halogenhydrin Chlor oder Brom ist und sich in jedem Halogenhydrinmolekül mindestens 1 Halogenatom an einem Kohlenstoffatom befindet, das nicht mehr als 2 Kohlenstoffatome von einem eine OH-Gruppe tragenden Kohlenstoffatom entfernt ist. Halogenhydrine gehören jedoch definitionsgemäß nicht zu den erfindungsgemäß verwendeten Treibstoffzusätzen.

Die erfindungsgemäßen Treibstoffgemische können gegebenenfalls außerdem noch verschiedene andere bekannte Bestandteile, wie die Schmierfähigkeit erhöhende Mittel, Harzlösungsmittel, Antiklopfmittel, Oxydationsund Rostverzögerer, Metalldeaktivatoren und Bleiverflüchtigungsmittel, enthalten.

Beispiel 1

Es werden Maschinenprüfungen mit einem Renault-Motor folgender Kennwerte ausgeführt:

Anzahl der Zylinder vier

Innendurchmesser und Hub, mm 58 χ 80

Nennleistung in PS 5

Höchstleistung in PS 26,5 bei 4250 U/Min.

Zylinderinhalt, ecm 845

Verdichtungsverhältnis 7,25

Die Prüfung wird in aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden zu je 5¹I₂ Stunden durchgeführt:

Arbeitsbedingungen

Zeit, Stunden

Geschwindigkeit, U/Min.

Leistung, PS

Temperatur, ⁰C

Wasserauslaß

Kurbelkastenöl

5 ^-Stunden-Periode Teil I I Teil II i Teil III

V₂

600 0

46 ±3 46 ± 3

2400 7,2

70 ±3 80 ±3

2400 7,2

70 ±3 85 ±3 Nach einer ersten Entleerung nach 150 Stunden langem Betrieb wird alle 44 Stunden (also nach je acht Perioden) eine Entleerung vorgenommen.

Die Prüfungen werden mit einem Treibstoff mit und 5 ohne Zusatz von Chloraläthylalkoholat

-OH

ccL—ch;

^NOC₂H₅

durchgeführt.

Der Treibstoff ist ein Treibstoff hohen Gütegrades folgender Kennwerte:

Dichte bei 15° C 0,720

Siedeende 180⁰C

Bleitetraäthyl 0,45 ccm/1

Research-Octanzahl 90

Dampfdruck nach Reid bei 38°C ... 706 g/cm²

Die Prüfungen führen zu folgenden Ergebnissen:

Zu Beginn

Nach 210 Stunden

langem Betrieb ..
Ansteigen des Octan-

zahlbedarfs

Octanzahlbedarf (gemessen durch eben beginnendes Klingeln)

Treibstoff allein

71
81
10

Treibstoff + 0,4g Chloraläthylalkoholat je Liter

71

77

Beispiel 2

Es werden Straßenprüfungen mit Renault-Kraftwagen (»Dauphine«) ausgeführt, wobei ein Wagen mit dem Treibstoff ohne Zusatz, der andere mit dem Treibstoff und dem erfindungsgemäßen Zusatz betrieben wird. Diese beiden Wagen laufen zusammen unter normalen Fahrbedingungen auf der Straße, wobei die Reihenfolge der Wagen auf der Straße in gleichmäßigen Zeitabständen gewechselt wird. Zu Anfang der Prüfungen sind die Motoren der Wagen vollständig rein. Nach einer gewissen Anzahl von Kilometern hört der Octanzahlbedarf auf zu steigen und erreicht ein Maximum, das der Art des Gleichgewichts im Motor entspricht. Der Octanzahlbedarf wird zu Beginn und im Gleichgewichtszustand auf übliche Weise gemessen.
. Für diese Prüfungen werden die folgenden Treibstoffe verwendet:

1. Ein Treibstoff hohen Gütegrades, der mehr Blei enthält als die entsprechenden handelsüblichen Treibstoffe, um die Wirksamkeit des Zusatzes hinsichtlich der Beseitigung von Abscheidungen aufzuzeigen. Dieser Treibstoff hat die folgenden Kennwerte:

Dichte bei 15°C 0,722

Siedeende 181°C

Bleitetraäthyl 0,8 ccm/1

Research-Octanzahl 94

Dampfdruck nach Reid bei 38°C 500 g/cm²

2. Der gleiche Treibstoff hohen Gütegrades mit einem Zusatz von 0,7 g Chloraläthylalkoholat je Liter.

Die Prüfungen führen zu folgenden Ergebnissen:

Zu Beginn

Im Gleichgewicht ...
Ansteigen des Octanzahlbedarfs

Octanzahlbedarf

Treibstoff
allein

70
85

Treibstoff

+ 0,7 g Chloral-

äthylalkoholat

je Liter

70
76

Beispiel 3

Es werden Prüfungen auf der Straße unter normalen Fahrbedingungen mit Wagen ausgeführt, die schon gelaufen waren, ohne daß ihre Motoren von Ölkohle befreit sind.

Diese Wagen werden mit dem gleichen Treibstoff hohen Gütegrades wie im Beispiel 2 gespeist, d. h. einem Treibstoff ersten Gütegrades, dessen Gehalt an Bleitetraäthyl auf 0,8 ccm/1 erhöht ist, zusätzlich 0,7 g Chloraläthylalkoholat je Liter.

Nach 4000 km wird der Octanzahlbedarf des Fahrzeuges gemessen und mit dem anfänglichen Octanzahlbedarf verglichen.

Nach mehrstündigem Betrieb des Motors wird festgestellt, daß die Abscheidungen in den Verbrennungskammern die folgende Beschaffenheit hatten:

ohne Zusatz: hart und blaßfarbig; mit Zusatz: blaßfarbig, flockig und bröcklig.

Da die Bröckligkeit der Ablagerungen ihre Haftfestigkeit beeinflußt, ergibt sich, daß die Menge der Ablagerungen im Gleichgewichtszustand geringer ist, wenn die ίο Maschine mit dem den erfindungsgemäßen Zusatz enthaltenden Treibstoff gespeist wird. Hieraus folgt eine erhebliche Verminderung des Octanzahlbedarfs, wie die folgende Tabelle zeigt:

	Zu Beginn	Octanzahl	Ver minderung
Art des Fahrzeuges	70	bedarf nach 4000 km	6
Versailles	76	64	2
Simca (Aronde)..	83,5	74	6,5
Renault (4 PS) ..		77
Renault	85		7
(Dauphine) ...	89	78	4
Renault (Fregate)	78	85	10
Peugeot 403	79	68	2,5
Citroen	76,5

Diese Tabelle zeigt die Wirksamkeit des erfindungsgemäß verbesserten Treibstoffs hinsichtlich der Herabsetzung des Octanzahlbedarfs sogar bei einem Fahrzeug, welches bereits gefahren ist, ohne daß es erforderlich ist, den Motor von Ölkohle zu befreien.

Beispiel 4

Ähnliche Prüfungen wie im Beispiel 1 werden mit einem Treibstoff mit und ohne Zusatz von Chloralhydrat

OH
CCl₃-CH^

OH

durchgeführt.

•Als Treibstoff dient ein gewöhnliches Motorenbenzin mit den folgenden Kennwerten:

Dichte bei 15°C 0,726

Siedeende 198°C

Bleitetraäthyl 0,5 ccm/1

Schwefel 0,7%

Research-Octanzahl 80,1

Dampfdruck nach Reid bei 37,8°C .. 580 g/cm²

Das Chloralhydrat wird in alkoholischer Lösung angewandt: 375 g Chloralhydrat werden in 11 Alkohol, z. B. Äthylalkohol, gelöst. Von dieser Lösung wird dem Treibstoff so viel zugesetzt, daß die Menge an reinem Chloralhydrat 0,75 g/l Treibstoff entspricht.

Zu Beginn

Nach 210 Stunden langem
Betrieb

Ansteigen des Octanzahlbedarfs

Ansteigen des Octanzahlbedarfs bei Speisung mit
Treibstoff + Chloralhydrat

Octanzahlbedarf (gemessen durch eben beginnendes Klingeln)

Treibstoff allein

62/63 82/85 20/23

Treibstoff + Chloralhydrat

65 75 10

10

Die Verbesserung der Reinheit des Motors ergibt sich aus der folgenden Tabelle, in welcher die Reinheit der verschiedenen Teile des Motors nach 210 Stunden langem Betrieb als Fehlerbewertung im Bereich von 0 bis 100 ausgedrückt ist.

Diese Fehlerbewertung wird errechnet, indem eine von 0 bis 10 reichende Bewertung der Dicke der Ablagerung (0 = keine Ablagerung; 10 = sehr dicke Ablagerung) mit einer von 0 bis 10 reichenden Bewertung der Flächengröße der Ablagerung (0 = keine Ablagerung; 10 = vollständige Bedeckung des betreffenden Maschinenteiles mit der Ablagerung) multipliziert wird.

Verbrennungskammer

Ventile

Ringe

Verharzung der Ringe

Seitenwände des Kolbens ...

Hinterdrehter Teil (Backing
off) der Kolbenfläche .

Innenseite des Kolbens

Futter

Schlamm und sonstige Abscheidungen auf anderen
Teilen des Motors

Fehlerbewertung

Treibstoff + Chloralhydrat

Treibstoff allein

55,8

19

22,1

3,1

18 15 6,4

15

33,6

15

22

2,8

9,9

4,5

Beispiel 5

Es werden Prüfungen auf der Straße mit zwei Renault-Kraftwagen (Dauphine) durchgeführt, wobei ein Wagen mit dem Treibstoff ohne Zusatz, der andere mit dem Treibstoff und dem erfindungsgemäßen Zusatz betrieben wird.

Diese Wagen werden zusammen unter den Bedingungen des Fahrens »von Haus zu Haus« laufen gelassen,

d. h. über eine kurze Strecke bei niedriger Geschwindigkeit, Anhalten, Leerlauf der Maschine oder Anhalten usw., wodurch natürlich die Bildung von Ablagerungen begünstigt wird. Diese Prüfungen werden bei ziemlich niedriger Temperatur ausgeführt. Nach einer gewissen Anzahl von Kilometern wird der Octanzahlbedarf nach den üblichen Methoden gemessen.

Diese Prüfungen werden mit den folgenden Treibstoffen ausgeführt:

1. Ein Treibstoff ersten Gütegrades, der mehr Blei enthält als die entsprechenden handelsüblichen Treibstoffe ersten Gütegrades, um die Wirksamkeit des Zusatzes hinsichtlich der Beseitigung von Ablagerungen aufzuzeigen. Der Treibstoff hat die folgenden Kennwerte:

Dichte bei 15°C 0,722

Siedeende 181°C

Bleitetraäthyl 0,8 ccm/1

Schwefel 0,05%

Research-Octanzahl 91

Dampfdruck nach Reid bei 37,8°C .. 500 g/cm²

2. Der gleiche Treibstoff mit einem Zusatz von 0,75 g Chloralhydrat je Liter.

mit und ohne Zusatz zu gewährleisten. Die Kennwerte des Schmieröles sind die folgenden:

Dichte 0,894

Viskositätsindex 80

Viskosität bei 37,8°C 305 cSt

Viskosität bei 99°C 19,7 cSt

10

	Ansteigen des Octanzahlbedarfs	Treibstoff	5⁰C	10°C
Zurückgelegte		+ Chloralhydrat	0	0
Kilometer beim		Vorzündung	0	0
■>von Haus zu Haus«	Treibstolt allein	10⁰C	0	1
		0	2	2
1000	5° C	5	6	5
1800	0	8
2200	4	7
3000	7	12
3600	6
12

Beispiel 6

In diesem Beispiel wird Chloralisoamylat (oder Chloralisoamylalkoholat) als Zusatz verwendet:

CCL-CH;

,OH

OC₅H₁₁

35

40

45

	Ansteigen des Octanzahlbedarfs	Treibstoff + Chloralhydrat	5° C	10° C
Zurückgelegte Kilometer beim Fahren	Treibstoff allein	Vorzündung	0	0
»von Haus zu Haus«		10⁰C	0	0
	5° C	0	0	1
1000	. 0	5	2	2
1800	4	8	6	5
2200	7	7
3000	6	12
3600	12 -

Diese Prüfungen werden mit dem Motor einer »Vespa« ausgeführt (Zylinderinhalt 124,8 cm³; 4,5 PS). Die Maschine wird 30 Stunden bei voller Umdrehungszahl (3000 U/Min.) laufengelassen, um die Zufuhr einer großen Menge eines handelsüblichen Treibstoffes (einer Research-Octanzahl von 90), gemischt mit 3 % Schmieröl,

Claims

Patentansprüche:

1. Treibstoffgemisch für Verbrennungskraftmaschinen mit Funkenzündung, dadurch gekenn zeichnet, daß es aus einem Benzin besteht, welches als Zusatz eine halogenierte aliphatische Verbindung der Formel

— CH₁

OH

OR

enthält, in welcher R eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder ein Wasserstoffatom und X ein Halogenatom bedeutet.

2. Treibstoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Chloralisoamylalkoholat ist.

3. Treibstoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Chloraläthylalkoholat ist.

4. Treibstoffgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Chloralhydrat ist.

5. Treibstoffgemisch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es den Zusatz in Mengen von 0,001 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge, enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 009 856;
USA.-Patentschriften Nr. 2214 768, 2 226 787;
britische Patentschrift Nr. 461 320.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 058 785.