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Treibstoff für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung
eines Treibstoffes für Verbrennungsmotoren, der in feuchter, kühler Luft zu einem
merklich besseren Arbeiten eines Motors führt, bestehend aus einem Kohlenwasserstoffgemisch
im Siedebereich von Benzin, das o,o5 bis i Volumprozent eines Äthers eines Alkylenglykols
enthält. Die Treibstoffe gemäß der Erfindung können weiter ein Lösungsöl und andere
Zusätze enthalten, wie Bleialkyl-Antiklopfmittel, Farbstoffe, Harzinhibitoren, Oxydationsinhibitoren.
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Die Treibstoffe verhindern einen Kraftverlust und ein Stehenbleiben
des Motors, wenn der Motor bei Wetterlagen mit verhältnismäßig hoher Luftfeuchtigkeit
und Temperaturen unterhalb etwa i6° betrieben wird.
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Diese Schwierigkeit'tritt bei allen Automobiltypen, bei allen Vergasertypen
und bei Verwendung aller handelsüblichen Benzinmarken auf.
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Die Größe dieser Schwierigkeit geht aus einer in New Jersey durchgeführten
Untersuchung hervor, die auf den Erfahrungen von 30o Automobilbesitzern beruht,
die während der Herbst- und Winterzeit zwanzig verschiedene Automobilmodelle fuhren.
Diese Automobile wurden mit gewöhnlichem und mit Super-
Winterbenzin
gefahren. In Tabelle I sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt, es ist jeweils
angegeben, wie oft die unter den erwähnten Bedingungen betriebenen Motoren stehenblieben.
| Tabelle I |
| Zweimaliges |
| oder häufigeres Stehenbleiben- |
| (von ioo Automobilen) |
| Temperatur, °C o 2 3 11 13 |
| relative Feuchtig- |
| keit, % ...... 52 70 96 ioo 96 |
| Wetter . ...... . . klar be- leich- stur- Regen |
| - deckt ter ker |
| Regen Regen |
| bei Verwendung |
| von |
| normalem |
| Winterbenzin.. 5 15 20 21 7 |
| Super-Winter- |
| benzin ...... 6 38 40 42 2 |
Die statistischen -Werte der Tabelle I in Verbindung mit der allgemeinen Erfahrung
zeigen die Größe des Problems, welches das Stehenbleiben des Motors bei kühlen,
feuchten Witterungsbedingungen bildet. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden,
daß dieses Problem auf Grund gewisser bestimmter Umstände kürzlich eine erhöhte
Bedeutung erlangt hat. Erstens werden die meisten Nachkriegsautomobile nicht mehr
mit einer von Hand zu bedienenden Drossel ausgerüstet, so daß der Fahrer die Drehzahl
im Leerlauf während des Warmwerdens des Motors nicht mehr erhöhen kann, um ein Stehenbleiben
desselben zu vermeiden. Zweitens ist die Leerlaufdrehzahl von Automobilen mit automatischen
Getrieben während des Warmwerdens des Motors ziemlich kritisch; die höchste Leerlaufdrehzahl,
die verwendet werden kann, darf nicht zu hoch sein, wodurch die Gefahr eines Stehenbleibens
erhöht wird. Drittens bleibt bei Automobilen mit automatischem Getriebe der Motor
häufig gerade dann stehen, wenn der Fahrer beschleunigen will, so daß das Getriebe
gerade zu diesem unangenehmsten Zeitpunkt wieder abgeschaltet, der Motor erneut
angelassen und das Getriebe wieder eingeschaltet werden muß, was die Unannehmlichkeit
eines häufigen Stehenbleibens noch vergrößert. Ein vierter Faktor, der das Stehenbleiben
des Motors beeinflußt, ist die Flüchtigkeit der heutzutage für Automobile zur Verfügung
stehenden Kraftstoffe. Durch die in den letzten Jahren erfolgte Steigerung der Flüchtigkeit
werden diese Schwierigkeiten noch erhöht.
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Bei der Untersuchung dieses Problems hat man als Ursache für das wiederholte
Stehenbleiben des Motors bei kühlem, feuchtem Wetter die Bildung von Eis im Vergaser
erkannt. An einem kühlen, feuchten Tag kühlt das im Vergaser verdampfende Benzin
so stark, daß die in der in den Vergaser einströmenden Luft enthaltene Feuchtigkeit
kondensiert und gefriert. Die Verdampfung eines normalen Brennstoffs im Vergaser
kann die Temperatur der Metallteile des Vergasers bis um 27,8° unter die Temperatur
der eintretenden Luft senken. Infolgedessen kann, bevor der gesamte Motor und der
Kühler warm geworden sind, dieser Temperaturabfall zur Eisbildung im Vergaser führen.
Die Bildung von Eis erfolgt wahrscheinlich am schnellsten beim Arbeiten des Motors
bei schwacher Brennstoffzufuhr. Wenn der Motor eine Zeitlang bei schwacher Brennstoffzufuhr
gelaufen ist, wenn die Drossel in Leerlaufstellung geschlossen ist, so führt das
auf der Drosselklappe und den angrenzenden Wänden bereits 'gebildete Eis plus weitergebildetem-
Eis zu einer Verengung der feinen Luftöffnungen, so daß der Motor stehenbleibt.
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Um das Problem des Stehenbleibens des Motors durch Vereisung des Vergasers
weiter zu klären, wurden die Ergebnisse von Umfragen bei Kunden über das Verhalten
des Motors sowie sorgfältig durchgeführter Straßenteste und von Laboratoriumsversuchen
über das Verhalten des Motors in kalten Räumen zusammengestellt. Diese Versuche
zeigen, daß. die Vergaservereisung in erster Linie - von der Temperatur und der
Feuchtigkeit der Atmosphäre abhängt. Die Versuche zeigen weiter, daß bei Verwendung
von Kraftstoffen. von üblicher Flüchtigkeit ein Stehenbleiben des Motors auf Grund
von Eisbildung im Vergaser nicht unterhalb - i und nicht oberhalb + 16° auftritt.
Diese Versuche zeigen in gleicher Weise, daß der Motor nur bei einer Luftfeuchtigkeit
von über etwa 65 °/o stehenbleibt.
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Ein anderer Faktor, der die Eisbildung im Vergaser beeinflußt, ist
die Flüchtigkeit des verwendeten Kraftstoffs. Zur Untersuchung dieser Erscheinung
wurden im Laboratorium Kaltraumversuche durchgeführt, um das Stehenbleiben des Motors'
während des Warmwerdens bei Verwendung von Brennstoffen verschiedener Flüchtigkeit
zu untersuchen. Hierbei wurde ein Chrysler, Baujahr 1g47, in einem temperatur- und
feuchtigkeitsgelenkten Raum untergebracht. Während die Temperatur und die Feuchtigkeit
auf bestimmter Höhe gehalten wurden, wurde die Neigung des Motors zum Stehenbleiben
während der Anwärmzeit bestimmt. Hierzu wurde der Motor angelassen und dann unverzüglich
auf eine Drehzahl von 1500 U/min gebracht. Diese Drehzahl wurde 30 sec aufrechterhalten,
danach ließ man den Motor 15 sec leer laufen. Wenn der Motor stehenblieb, bevor
die 15 sec verstrichen waren, wurde er erneut angelassen und seine Drehzahl
30 sec lang auf 1500 U/min gebracht; wenn er nicht stehenblieb, wurde die
Drehzahl nach den 15 sec Leerlauf unverzüglich auf 1500 U/min erhöht. Diese Zyklen
von jeweils 30 sec bei 1500 U/min und 15 sec Leerlauf wurden wiederholt,
bis der Motor vollständig warm geworden war. Es würde notiert, wie oft der Motor
während dieses Verfahrens bis zum vollständigen Warmwerden stehenblieb. Die Versuche
wurden bei -4° und bei einer relativen Feuchtigkeit von ioo °/o unter Verwendung
von drei Kraftstoffen verschiedener Flüchtigkeit durchgeführt. Der flüchtigste Kraftstoff
war ein Premium-Benzin des Handels mit einem ASTM-Siedeverhalten von io °/o bei
43°, 50 °/a bei 88° und go °/o bei i46°. Es wurde gefunden, daß der Motor bei Verwendung
dieses Kraftstoffs während des Warmwerdens etwa vierzehn- bis fünfzehnmal stehenblieb.
Es wurde
weiter ein Kraftstoff von mittlerer Flüchtigkeit untersucht,
der aus einem normalen Benzin des Handels bestand (ASTM-Siedeverhalten : to °/o
bei 49°, 50 °/o bei 1o4° und 9o °/o bei i72°). Bei Verwendung dieses Kraftstoffs
blieb der Motor elfmal stehen. Schließlich wurde ein Benzin von geringer Flüchtigkeit
geprüft (ASTM-Siedeverhalten : io °/o bei 52°, 5o0[0 bei Z32° und go°/o bei i97°).
Mit diesem Kraftstoff blieb der Motor fünfmal stehen.
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Aus diesen Werten ist zu ersehen, daß die Vergaservereisung von der
Flüchtigkeit des verwendeten Kraftstoffs abhängt. So blieb der Motor bei Verwendung
des oben geprüften Kraftstoffs von niedrigster Flüchtigkeit (500[, bei Z32°) nur
fünfmal, bei Verwendung des am stärksten flüchtigen Kraftstoffs (50°/o bei 88°)
dagegen fünfzehnmal stehen. Ein Extrapolieren dieser Werte in bezug auf die Flüchtigkeit
des Kraftstoffs zeigt, daß ein Kraftstoff von einer solchen Flüchtigkeit, daß
500/, bei Z54° oder höher übergehen (ASTM), keine Schwierigkeiten durch Stehenbleiben
während des Warmwerdens ergibt. Ein Kraftstoff mit einem derartigen Siedeverhalten
wäre allerdings in bezug auf die zum Warmwerden erforderliche Zeit, die Beschleunigung
des kalten Motors, seine Wirtschaftlichkeit und eine Verdünnung des Öls in der Kurbelwanne
nicht erwünscht. Es sei weiter erwähnt, daß selbst dann, wenn der Motor nicht vollständig
stehenbleibt, doch auf Grund der Vereisung ein merklicher Kraftverlust auftreten
kann. Dies ist bei Flugmotoren besonders bedenklich. So sind z. B. 300/,) der Flugzeugunglücke,
die sich in den Vereinigten Staaten von Amerika 1947 und 1948 bei Leichtflugzeugen
ereigneten, auf die Bildung von Eis im Vergaser oder in den Sammelleitungen zurückzuführen,
die die Motorleistung durch Einschränkung des Stromes an zu verbrennendem Gemisch
zu den Zylindern herabsetzt.
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Man hat gefunden, daß die Arbeitsweise des Motors im Hinblick auf
Vereisung und Stehenbleiben durch Zusatz einer verhältnismäßig kleinen, kritischen
Menge eines Äthers eines Alkylenglykols zum Treibstoff stark verbessert wird. Die
Glykoläther haben die allgemeine Zusammensetzung R-(O-Y @n-OZ-,vorin R eine Alkyl-
oder Arylkohlenwasserstoffgruppe von i bis 18 CAtomen. Y
worin Z gleich R oder Wasserstoff und worin n eine ganze Zahl von i bis 6 ist. Es
können beispielsweise folgende Äther verwendet werden: Diäthylenglykolmonobutyläther,
Diäthylenglykol-monopropyläther, Diäthylenglykol-monoäthyläther, Diäthylenglykolmonomethyläther,
Äthylenglykol-monophenyläther, Äthylenglykol-monobenzyläther, Äthylenglykol-mono-2-äthylbutyläther,
Äthylenglykol-mono-2-äthylhexyläther; Propylenglykol-monoäther von Methyl-, Äthyl-,
Propyl-, Butyl- Octyl-, 2-Äthylhexyl-, Decyl , Oleyl-, Cetyl- oder Stearylalkohol;
Di-, Tri- und Tetrapropylenglykol-monoäther von Methyl-, Äthyl-, Butyl-, Nonyl-
und Tridecylalkoholen; ferner die Diäther von Mono-, Di-, Tri- und Tetra-äthylen
und die Mono-, Di-, Tri- und Tetrapropylenglykole von Methyl-, Äthyl-, Propyl-,
Amyl-, Dodecyl-, Oleyl- und Stearylalkoholen. Andere ähnliche Mono-und Diäther von
Mono-, Di-, Tri- und Tetraalkylenglykolen sind gleichfalls geeignet. Ein besonders
erwünschter Äther ist der Mono-butyläther von Diäthylenglykol.
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Der. Äther soll in einer Menge von etwa o,o5 bis
0,5,
insbesondere
etwa o,i bis
0,3 Volumprozent, bezogen auf das Volumen des Benzins, im Treibstoff
enthalten sein. Man kann im allgemeinen bei Kraftstoffen von verhältnismäßig geringer
Flüchtigkeit kleinere Additivmengen verwenden, während für stärker flüchtige Kraftstoffe
größere Additivmengen erforderlich sein können. Beispiel Ein Continental-Leichtflugzeugmotor
wird mit einem Flugmotorenbenzin (SAE Ho) sowie mit einem Gemisch dieses Kraftstoffs
mit
0,5 Volumprozent des Monobutyläthers von Di-äthylenglykol betrieben.
Der reine Kraftstoff hat folgende Siedegrenzen:
| Engler-Destillation |
| Siedebeginn, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,8 |
| 50/0, C ........................ |
| 93,0 |
| Siedeende, °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163,0 |
| Reid-Dampfdruck, Atm. . . . . . . . . . . . 0,48 |
Die angesaugte Luft hatte eine Temperatur von io° und eine relative Feuchtigkeit
von 97 iL 3 0/®. Die den Vergaser umgebende Luft hatte eine Temperatur von io°.
Die Drossel war so eingestellt, daß der Motor eine anfängliche Drehzahl von
1750 U/min hatte; nach 3 und nach io Minuten Betriebszeit wurde die Verringerung
der Drehzahl bestimmt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Vereisung des Vergasers
in einem Leichtflugzeugmotor (Die Menge des im Vergaser angesammelten Eises wird
von der Größe des Drehzahlverlustes wiedergegeben)
| Konzea- Drehzahlverlust |
| tration durch Verc-is=-ng, |
| Additiv im Brenn- .U/min |
| stoff |
| Volum- nach 3 nach so |
| prozent Minuten lUNinuten |
| kein ............... - 425 425 |
| Mono-butyläther von |
| Di-äthylenglykol .. 0,5 0 0 |