DE4017162C2 - Fuel additive for two-stroke engines - Google Patents

Fuel additive for two-stroke engines

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Description

In der Patentanmeldung DE 38 35 348 A1 ist ein Kraftstoffzusatz für fremdgezündete Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Verwendung von bleifreiem Benzin beschrieben, der durch eine Mischung aus n-Heptan, Wasser, iso-Butanol und Ethanol gekennzeichnet ist. Dieser Kraftstoffzusatz ist für Zweitaktmotoren bestimmt und kann als solcher bis zu 4% im Gemisch lösliches Schmieröl enthalten oder einer Zweitaktmischung zugesetzt werden.In the patent application DE 38 35 348 A1 there is a fuel additive for spark ignition internal combustion engines, especially for Use of unleaded gasoline described by a Mixture of n-heptane, water, iso-butanol and ethanol is marked. This fuel additive is for Two-stroke engines determined and as such can be up to 4% in Contain mixture of soluble lubricating oil or one Two-stroke mixture can be added.

Für fremdgezündete Verbrennungsmotoren soweit sie für Kraftfahrzeuge bestimmt sind, ist der Einsatz von Ethanol in Zumischung von Benzin seit langer Zeit bekannt, führt allerdings zu Kaltstartschwierigkeiten, häufig Phasenseparation, da die Wassertoleranz in Abhängigkeit von der Alkoholmenge unzureichend sein kann und auch zu Abweichungen im Siedeverhalten. Ethanol erhöht zwar die Oktanzahl und bewirkt eine Reduzierung des HC- und CO-Wertes im Abgas, dafür steigt allerdings der NOx-Gehalt des Abgases deutlich an. So ist aus der EP 0 162 122 B bekannt, Benzin/Ethanol/Wassergemische als Brennstoffe zu verwenden, wobei als Phasenvermittler iso-Butanol zugegeben wird. Aus der DE 32 11 775 A sind Kraftstoffgemische aus Benzin, 10 bis 50 Vol-% Ethanol und 1 bis 10 Vol.-% Wasser bekannt. Aus DE 31 43 654 A sind Treibstoffe aus 45 bis 98,5 Gew.-% Benzin, 1 bis 40 Gew.-% Ethanol-Hydrat (Wassergehalt 1 bis 20 Gew.-%) und 0,5 bis 15 Gew.-% eines Phasenvermittlers aus Butanol und Aceton bekannt. Aus DE 33 30 165 C schließlich ist ein Motorkraftstoff aus Super- oder Normalkraftstoff bekannt, welcher als Zusatz 2 bis 10 Vol.-% Ethanol (ca. 95%ig mit ca. 5% Wasser), 0,5 bis 5 Vol.-% Butanol und 0,5 bis 5 Vol.-% Methanol enthält. Dieser Stand der Technik zeigt auch, daß solche Motorkraftstoffe die hier in Betracht zu ziehende DIN-Forderung 51600 nur bei sehr geringen Zusatzmengen erfüllen. For spark-ignition internal combustion engines, as far as they are intended for motor vehicles, the use of ethanol in petrol admixture has been known for a long time, but leads to cold start difficulties, often phase separation, since the water tolerance can be insufficient depending on the amount of alcohol and also to deviations in boiling behavior. Although ethanol increases the octane number and causes a reduction in the HC and CO values in the exhaust gas, the NO x content of the exhaust gas increases significantly. It is known from EP 0 162 122 B to use gasoline / ethanol / water mixtures as fuels, with isobutanol being added as the phase mediator. DE 32 11 775 A discloses fuel mixtures of gasoline, 10 to 50% by volume of ethanol and 1 to 10% by volume of water. DE 31 43 654 A describes fuels made from 45 to 98.5% by weight gasoline, 1 to 40% by weight ethanol hydrate (water content 1 to 20% by weight) and 0.5 to 15% by weight. a phase mediator from butanol and acetone known. Finally, DE 33 30 165 C discloses an engine fuel made from super or normal fuel which, as an additive, contains 2 to 10 vol.% Ethanol (approx. 95% with approx. 5% water), 0.5 to 5 vol. % Butanol and 0.5 to 5 vol .-% methanol contains. This prior art also shows that such motor fuels only meet the DIN requirement 51600 to be considered here with very small additional amounts.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Kraftstoffzusatz für Zweitaktmotoren, für welche diese DIN-Forderung geringere Bedeutung hat, wo es aber vor allem darauf ankommt, neben der Verminderung des HC- und CO-Gehaltes den NOx-Gehalt mindestens nicht zu erhöhen und vor allem den Gehalt an kanzerogenen Polyzyklen deutlich zu vermindern.The present invention now relates to a fuel additive for two-stroke engines, for which this DIN requirement is of lesser importance, but where it is particularly important to at least not increase the NO x content in addition to reducing the HC and CO content, and above all to significantly reduce the content of carcinogenic polycycles.

Es wurde gefunden, daß ein Kraftstoffzusatz aus 55 bis 90 Vol.-% Ethanol, 99%ig, 5 bis 10 Vol.-% n-Heptan, bis zu 5 Vol.-% Wasser und 10 bis 45 Vol.-% eines im Zusatz und im letztendlichen Zweitaktgemisch löslichen Schmiermittels bessere Ergebnisse bezüglich der Abgaswerte liefert, als dies der Stand der Technik und der eingangs angegebene ältere Vorschlag vermag.It has been found that a fuel additive from 55 to 90% by volume ethanol, 99%, 5 to 10% by volume n-heptane, up to 5 vol .-% water and 10 to 45 vol .-% in addition and in eventual two-stroke mixture of soluble lubricant gives better results in terms of exhaust gas values than this is the state of the art and the one specified at the beginning older proposal can.

Dieser Zusatz, der in solcher Menge verwendet wird, daß ein Treibstoff/Ölverhältnis von etwa 1 : 50 nicht merklich unterschritten wird, enthält als Schmiermittel vorzugsweise einen Carbonsäureester, z. B. einen geeigneten Dicarbonsäureester, der hinreichend wasser- und alkohollöslich ist. Eine Schmiermittelmenge von 15 bis 30 Vol.-% ist bevorzugt, wobei eine Menge von 20 bis 25 Vol.-% besonders bevorzugt ist.This addition, which is used in such an amount that a Fuel / oil ratio of about 1:50 not noticeable is below, preferably contains as a lubricant a carboxylic acid ester, e.g. B. a suitable one Dicarboxylic acid ester, which is sufficiently water and is alcohol-soluble. An amount of lubricant from 15 to 30 vol .-% is preferred, with an amount of 20 to 25% by volume is particularly preferred.

Bei Ethanol sind Mengen von 60 bis 80 Vol.-% bevorzugt, wobei Mengen um 70 Vol.-% besonders bevorzugt sind. Die Heptanmenge wird zusätzlich zu evtl. im mitzuverwendenden Benzin des Zweitaktgemisches vorhandenem Heptan eingesetzt und beträgt vorzugsweise 6 bis 8 Vol.-%, insbesondere 6 bis 7 Vol.-%. In the case of ethanol, amounts of 60 to 80% by volume are preferred, quantities around 70% by volume are particularly preferred. The The amount of heptane is added to the amount that may be used Petrol of the two-stroke mixture of heptane present and is preferably 6 to 8 vol .-%, in particular 6 to 7 vol%.  

Das einzusetzende Wasser, das von Spuren bis maximal 5 Vol.-% reichen kann, kann natürlich auch aus dem Ethanol stammen, wenn statt 99%igem Ethanol ein übliches ca. 95%iges Ethanol eingesetzt wird, was bei einer Einsatzmenge bis zu 90% dann als obere Grenze ca 4,5 Vol.-% mit dem Alkohol eingebrachtes Ethanol bedeuten würde. Gleichzeitig bedeutet dies bei der unteren Grenze des Alkoholzusatzes auch bei Verwendung von 99%igem Alkohol eine Mindestmenge von ca. 0,5 Vol.-% Wasser.The water to be used, from traces to maximum 5 vol .-% can, of course, also from the ethanol originate if instead of 99% ethanol a usual approx. 95% ethanol is used, which in an amount up to 90% then approx. 4.5 vol.% with the upper limit Alcohol introduced would mean ethanol. At the same time this means at the lower limit of the alcohol additive a minimum amount even when using 99% alcohol 0.5% water by volume.

Wie schon erwähnt, wird im vorliegenden Treibstoffzusatz ein im Gemisch lösliches Schmiermittel benutzt, was bedeutet, daß das Schmieröl hinreichend wasser- und alkohollöslich sein muß, um sowohl im Zusatz als vor allem dann im endgültigen Zweitaktgemisch löslich zu sein. Der Ausdruck "in Wasser und Alkohol löslich" bedeutet also nicht, daß über sämtliche Mischungsverhältnisse volle Mischbarkeit bestehen muß.As already mentioned, in the present fuel additive lubricant soluble in the mixture, which means that the lubricating oil is sufficiently water and alcohol soluble must be, both in addition and especially then in final two-stroke mixture to be soluble. The expression "Soluble in water and alcohol" does not mean that full miscibility across all mixing ratios must exist.

Das Verhältnis von Treibstoffzusatz zu Treibstoff wird so eingestellt, daß ein Öl/Treibstoffverhältnis von 1 : 25 bis 1 : 75 vorliegt, wobei vorzugsweise ein Verhältnis von 1 : 50 nicht wesentlich unterschritten wird, d. h. z. B. ein Zusatz von ca. 10% zu Normalbenzin. Er kann aber auch in beträchtlich höherer oder geringerer Menge zugesetzt werden, was eben von den jeweiligen Motortypen abhängt, für die ja immer gewisse Richtlinien bezüglich Schmieröl im Zweitaktkraftstoff vorgeschrieben sind.The ratio of fuel additive to fuel is like this set that an oil / fuel ratio of 1:25 to 1:75, preferably a ratio of 1:50 is not significantly undercut, d. H. e.g. B. an addition of approx. 10% to regular gasoline. But it can also in considerably higher or lower amounts are added, which depends on the respective engine types, for which yes always certain guidelines regarding lubricating oil in the Two-stroke fuel are mandatory.

Prinzipiell wird ein recht niederes Öl zu Kraftstoffverhältnis bevorzugt, z. B. 1 : 50 bis 1 : 40, je nachdem wie der Motor dies verträgt. In principle, a very low oil becomes too Preferred fuel ratio, e.g. B. 1:50 to 1:40, each after how the engine can handle this.  

Demnach kann der Zusatz bei einer Zusammensetzung von beispielsweise 22 Vol.-% Öl, ca. 70 Vol.-% Ethanol, ca. 7 Vol.-% n-Heptan und ca. 1 Vol.-% Wasser (das zum Teil aus dem Ethanol stammt) bei einer Motorsäge in einer Menge von 9 bis 10 Vol.-%, bezogen auf endgültiges Zweitaktgemisch, zugesetzt werden, d. h. in einer Menge von 100 ml Zusatz pro 1 Benzin (ca. 9%) bis zu einer Menge von 100 ml Zusatz pro 900 ml Benzin, also in einem Öl zu Kraftstoffverhältnis von 1 : 50 bis 1 : 40, wenn der Motor dieser Säge für schmierölarme Zweitaktmischungen geeignet ist. Der Kraftstoffzusatz eignet sich nicht nur für verbleites oder bleifreies Normalbenzin und selbstverständlich für jede Art von Super, sondern kann auch mit niederoktanigem Benzin von ca. 55 bis 60 Octan verwendet werden.Accordingly, the addition can have a composition of for example 22% by volume oil, approx. 70% by volume ethanol, approx. 7% by volume n-heptane and approx. 1 vol.% water (some of which consists of ethanol) in a chain saw in an amount of 9 up to 10 vol .-%, based on the final two-stroke mixture, be added, d. H. in an amount of 100 ml additive per 1 gasoline (approx. 9%) up to an amount of 100 ml additive per 900 ml petrol, in an oil to fuel ratio of 1:50 to 1:40 if the motor of this saw for low lubricating oil Two-stroke mixtures is suitable. The fuel additive is suitable not only for leaded or unleaded regular gasoline and of course for any kind of super, but can also with low-octane gasoline from approx. 55 to 60 octane be used.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:The following example explains the invention:

Beispiel 1example 1

Es wurde ein Kraftstoffzusatz hergestellt, indem 220 ml Öl, 720 ml Ethanol 99%ig und 63 ml n-Heptan vermischt wurden. Mit dem Ethanol wurden auf diese Weise ca. 7 ml Wasser eingebracht.A fuel additive was made by adding 220 ml of oil, 720 ml of 99% ethanol and 63 ml of n-heptane were mixed. In this way, about 7 ml of water were mixed with the ethanol brought in.

100 ml dieses Treibstoffzusatzes wurden mit 1 Liter Normalbenzin bleifrei gemischt, was ein Öl zu Kraftstoffverhältnis von 1 : 50 ergibt.100 ml of this fuel additive were mixed with 1 liter Regular gasoline mixed lead-free, which is an oil too Fuel ratio of 1:50 results.

Mit diesem Zweitaktgemisch wurde eine Motorsäge üblicher Bauart mit einer Leistung von 2,3 kw bei n = 9500 min-1, eine Lehrlaufdrehzahl von n = 2500 min-1 mit einer maximal zulässigen Drehzahl von n = 1300 min-1 betrieben. This two-stroke mixture was used to operate a conventional chain saw with an output of 2.3 kw at n = 9500 min -1 , a run speed of n = 2500 min -1 with a maximum permissible speed of n = 1300 min -1 .

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Zum Vergleich wurde die gleiche Motorsäge mit dem gleichen bleifreien Normalbenzin betrieben, das im Verhältnis 1 : 50 mit einem handelsüblichen Zweitaktöl versetzt war.For comparison, the same chainsaw was used with the same unleaded regular petrol operated in a ratio of 1:50 was mixed with a commercially available two-stroke oil.

Bei jeweils gleichem Betrieb unter praxisnahen Bedingungen, wobei die Motoreinstellung beide Mal gleich war und den Herstellerangaben entsprach, wurde mit dem erfindungsgemäßen Treibstoffzusatz eine Verminderung des HC-Gehaltes um 47%, eine Verminderung des CO-Gehaltes um 35%, eine Verminderung des NOx-Gehaltes um 7% und eine Verminderung des Gehaltes an Polycyclen um insgesamt 39% festgestellt.With the same operation under practical conditions, the engine setting was the same both times and corresponded to the manufacturer's instructions, with the fuel additive according to the invention the HC content was reduced by 47%, the CO content was reduced by 35%, and the NO x was reduced Content by 7% and a reduction in the content of polycycles by a total of 39%.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

In folgender Tabelle werden Abgasmeßwerte an einer Motorsäge beim Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzusatz ("Supral") und dem Kraftstoffzusatz der DE 38 35 348 A1 ("ZX 2000/4"), welche aus dem TÜV-Abgas-Gutachten stammen, zur Verdeutlichung zusammen aufgelistet. Die Zusammensetzung des erfindungs­ gemäßen Kraftstoffzusatzes ("Supral") und das Mischverhältnis zu einem Kraftstoff entsprechen denen im Beispiel 1. Die Zusammensetzung des Kraftstoffzusatzes ("ZX 2000/4") entspricht dem in der DE 38 35 348 A1 angegebenen Gegenstand (1 bis 15% n-Heptan, 1 bis 15% Wasser, 0,5 bis 4% iso-Butanol und Rest aus Ethanol) und das Vermischen zu einem Kraftstoff erfolgte nach der Offenbarung in der DE 38 35 348 A1 (Kraftstoff : Kraftstoffzusatz = 1 : 1).The following table shows exhaust gas measurements on a chain saw when operating with the fuel additive according to the invention ("Supral") and the fuel additive DE 38 35 348 A1 ("ZX 2000/4"), which come from the TÜV emissions report, listed together for clarity. The composition of the invention according fuel additive ("Supral") and the mixing ratio to a fuel correspond to those in Example 1. The composition of the fuel additive ("ZX 2000/4") corresponds to the object specified in DE 38 35 348 A1 (1st up to 15% n-heptane, 1 to 15% water, 0.5 to 4% iso-butanol and the rest Ethanol) and the mixing into a fuel was carried out according to the disclosure in DE 38 35 348 A1 (fuel: fuel additive = 1: 1).

Tabelle table

Vergleich der Abgasmeßwerte an einer Motorsäge Comparison of exhaust gas measurements on a chainsaw

Der Vergleich zwischen den Kraftstoffzusätzen an Hand von den in der Tabelle aufgelisteten Abgasmeßwerten macht es deutlich, daß im Vergleich zu Normaltreib­ stoff der NOx-Gehalt mindestens nicht erhöht wird, wobei der HC- und CO-Gehalt deutlich vermindert werden. Außerdem liefert der erfindungsgemäße Kraftstoff­ zusatz (Supral) im Vergleich zum Kraftstoffzusatz der DE 38 35 348 A1 (ZX 2000/4) einen deutlich verringerten NOx-Gehalt im Abgas.The comparison between the fuel additives on the basis of the exhaust gas measurement values listed in the table makes it clear that the NO x content is at least not increased in comparison to normal fuel, the HC and CO content being significantly reduced. In addition, the fuel additive according to the invention (Supral) provides a significantly reduced NOx content in the exhaust gas compared to the fuel additive of DE 38 35 348 A1 (ZX 2000/4).

Beispiel 2Example 2

Es wurde noch ein weiterer Versuch mit einem Treibstoffzusatz aus 68 Vol.-% Ethanol 99%ig, 8 Vol.-% n-Heptan, 4 Vol.-% zusätzlichem Wasser und 20 Vol.-% Schmiermittel, ebenfalls in einer Menge von 100 ml Zusatz zu 1000 ml bleifreies Normalbenzin durchgeführt, wobei wiederum gute Ergebnisse erhalten wurden.It was yet another try with one Fuel additive from 68 vol.% Ethanol 99%, 8 vol.% n-heptane, 4% by volume of additional water and 20% by volume Lubricant, also in an amount of 100 ml additive 1000 ml of unleaded regular gasoline carried out, again good results have been obtained.

Claims (5)

1. Kraftstoffzusatz für Zweitaktmotoren auf der Basis von Ethanol und Schmieröl, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mischung von 55 bis 90 Vol.-% Ethanol, 5 bis 10 Vol.-% n-Heptan, bis zu 5 Vol.-% Wasser und 10 bis 45 Vol.-% eines im Zusatz und im Zweitaktgemisch löslichen Schmiermittels besteht.1. Fuel additive for two-stroke engines based on ethanol and lubricating oil, characterized in that it consists of a mixture of 55 to 90 vol .-% ethanol, 5 to 10 vol .-% n-heptane, up to 5 vol .-% water and 10 to 45% by volume of a lubricant which is soluble in the additive and in the two-stroke mixture. 2. Kraftstoffzusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ganz oder teilweise mit dem Ethanol eingebracht ist.2. Fuel additive according to claim 1, characterized in that that all or part of the water with the ethanol is introduced. 3. Kraftstoffzusatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 60 bis 80 Vol.-% Ethanol, 6 bis 8 Vol.-% n-Heptan, 0,5 bis 4,5 Vol.-% Wasser und 15 bis 30 Vol.-% Schmiermittel besteht.3. Fuel additive according to claim 1 or 2, characterized characterized in that it contains 60 to 80% by volume of ethanol, 6 to 8% by volume n-heptane, 0.5 to 4.5 vol.% water and 15 to 30 vol.% There is lubricant. 4. Kraftstoffzusatz nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 65 bis 75 Vol.-% Ethanol, 6 bis 8 Vol.-% n-Heptan, 1 bis 4 Vol.-% Wasser und 20 bis 25 Vol.-% Schmiermittel besteht.4. Fuel additive according to one or more of the preceding claims, characterized in that it consists of 65 to 75 vol .-% ethanol, 6 to 8 vol .-% n-heptane, 1 to 4% by volume of water and 20 to 25% by volume of lubricant consists. 5. Verwendung des Kraftstoffzusatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für verbleites oder bleifreies Normalbenzin, Super oder niederoctaniges Benzin, wobei er in solcher Menge zugesetzt wird, daß das Öl : Kraftstoff-Verhältnis 1 : 25 bis 1 : 75, insbesondere 1 : 40 bis 1 : 50 beträgt.5. Use of the fuel additive according to one of claims 1 to 4 for leaded or unleaded regular gasoline, super or low octane gasoline, being added in an amount such that the oil: fuel ratio 1:25 to 1:75, in particular 1:40 to 1:50.
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