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Motorbenzinmischung
Die Erfindung betrifft eine hochflüchtige vollendete Motorbenzinmischung, die im wesentlichen An- teile einer oder mehrerer anderer Benzinkomponenten als Straight-run-Benzin, z. B. katalytisch gecrack- tes Benzin, dampfgecracktes Benzin, katalytische Reformate und Alkylate enthält.
Unter kühlen und feuchten Bedingungen besteht die Tendenz zum Auftreten von Vereisungsschwie- rigkeiten im Vergaser von Motorkraftfahrzeugen, wenn Motorbenzine einer relativ hohen Flüchtigkeit verwendet werden, d. h. die Benzinsorte, die unter kühlen Bedingungen für einen leichten Start und ein gutes Warmlaufen des Motors erforderlich ist. Um diesen Anforderungen zu entsprechen, sollten von dem
Motorbenzin mindestens 45 Vol.- vorzugsweise mindestens 50 Vol.-% bei 1000C überdestillieren.
Es wurden Vorschläge gemacht, um diese Vereisungsschwierigkeiten durch Zugabe verschiedener
Zusatzmittel zum Benzin herabzusetzen. So wurde beispielsweise gefunden, dass Isopropanol und Hexylenglykol zufriedenstellende, die Eisbildung verhindernde Zusatzmittel sind, die daher auch im handels- üblichen Motorbenzin vielfach verwendet werden. Diese Mittel wirken, wie man annimmt, zumindest in gewissem Ausmass durch Herabsetzung des Gefrierpunktes des mit dem Treibstoff vermischten Wassers, aber leider müssen sie, um wirksam zu sein, in grossen Mengen zugesetzt werden, was meist unökonomisch ist. So ist es z. B. notwendig, Grössenordnungen von 1 Vol. -%Isopropanol (10000 TpM, bezogen auf das Volumen) anzuwenden, bevor ein merklicher Anti-Vereisungseffekt erreicht wird.
Da diese Verbindungen wasserlöslich sind, neigen sie auch dazu, entfernt zu werden, wenn der Treibstoff mit Wasser, das häufig in Lagertanks oder Fässern vorhanden ist, in Berührung gebracht wird. Verschiedene oberflächenaktive Stoffe wurden neuerdings vorgeschlagen und als die Vereisung verhindernde Zusatzmittel für Motorbenzine verwendet. Diese Stoffe haben den Vorteil, in äusserst geringer Konzentration wirksam zu sein, und sind häufig wasserunlöslich. Die meisten von ihnen neigen jedoch dazu, ein unerwünschtes Ansteigen von harten Ablagerungen im Motor, insbesondere in der Umgebung der Einlassöffnungen, zu ergeben.
Erfindungsgemäss ist eine vollendete Motorbenzinmischungen vorgesehen, von der mindestens 45 Vol. -0/0, vorzugsweise mindestens 50 Vol. -0/0, bei etwa 1000C überdestillieren. Die Mischung besteht. im wesentlichen aus a) einem Grundbenzin mit 20-100 Vol.-', mindestens einer andern Benzinkomponente als ein Straight- run- Benzin und b) einem geringen Anteil, vorzugsweise 10 - 250, insbesondere 10 - 100, TpM, auf das Volumen bezogen, eines quaternären Ammoniumhalogenids der allgemeinen Formel
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und X ein Halogenatom, vorzugsweise Chlor, bedeutet.
Es ist zu beachten, dass das Zusatzmittel aus einer Mischung von Molekülen der allgemeinen Formel bestehen kann, worin die Substituenten R-R und X innerhalb der angegebenen Grenzen verschiedene Werte haben. Die mit dem Stickstoffatom verbundenen Kohlenwasserstoffgruppen können gesättigt oder ungesättigt sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Motorbenzinmischung auch ein kleiner Anteil, z. B. 10-1000 TpM, bezogen auf das Volumen, eines reinigenden Zusatzes für Treibstoffe, zum Zwekke der Herabsetzung der Bildung von Ablagerungen infolge der Verwendung des quaternären Ammoniumsalzes, zugesetzt werden. Eine geeignete Klasse solcher reinigender Zusatzmittel sind die Monoester von Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholen.
Die Zusatzmittel sind verträglich mit andern üblichen Zusätzen für Motorbenzine, wie z. B. Antiklopfmittel, Antioxydantien, Obenschmieröle und Zündverbesserer.
Eine Anzahl von Tests wurde unter Verwendung der Zusatzmittel A, B, C, D und E durchgeführt, deren wirksame Komponenten die in Tabelle 1 und im anschliessenden Absatz angegebenen Strukturen haben. Die Zusatzmittel A, B und C enthielten 50 Gew. -0/0, D und E 75 Gew.-% der wirksamen Komponente, gelöst in Isopropylalkohol, der bei den fraglichen Konzentrationen bekanntlich keinen messbaren Effekt auf das Motorbenzin im Test ausübt.
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EMI2.3
<tb>
<tb> R-Gruppe <SEP> Länge <SEP> der <SEP> Kohlen-Verteilung <SEP> der <SEP> R-und <SEP> R-Gruppen <SEP> im <SEP> Zusatz
<tb> stoffkette <SEP> in <SEP> %
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb> Octyl <SEP> 8 <SEP> 8
<tb> Decyl <SEP> 10 <SEP> 9
<tb> Dodecyl <SEP> 12 <SEP> 47
<tb> Tetradecyl <SEP> 14 <SEP> 18
<tb> Hexadecyl <SEP> 16 <SEP> 90 <SEP> 6 <SEP> 8
<tb> Octadecyl <SEP> 18 <SEP> 6 <SEP> 93 <SEP> 5
<tb> Octadecenyl <SEP> 18 <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 5
<tb> R-und <SEP> R-Gruppe <SEP>
<tb> Octyl <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Decyl <SEP> 10 <SEP> 9
<tb> Dodecyl <SEP> 12 <SEP> 47
<tb> Tetradecyl <SEP> 14 <SEP> 18
<tb> Hexadecyl <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP> 24
<tb> Octadecyl <SEP> 18 <SEP> 10 <SEP> 4
<tb> Octadecenyl <SEP> 18 <SEP> 30
<tb> Octadecadienyl <SEP> 18 <SEP> 42
<tb>
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- CR und R4 beide Methylgruppen.
In allen Fällen war X Chlor. Die Zusätze D und E, die zwei lange Kohlenwasserstoffketten im Molekül aufweisen, sind wasserunlöslich und werden daher nicht leicht aus der
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Lösung im Motorbenzin entfernt. Zusätze des Typs A, B und C, die nur eine lange Kohlenwasserstoffkette im Molekül aufweisen, sind wasserlöslich.
Das in den Tests verwendete Motorbenzin hatte die in Tabelle 2 aufgezeigten Merkmale.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Grundbenzin <SEP> Bestandteile <SEP> Research- <SEP> Gehalt <SEP> Siede- <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> Spezifisches
<tb> Octanzahl <SEP> ml/l <SEP> beginn <SEP> ende <SEP> die <SEP> bei <SEP> 100 C <SEP> Gewicht
<tb> C <SEP> C <SEP> überdestillieren <SEP> 15,6 C/15,6 C
<tb> G1 <SEP> 81 <SEP> Gas-% <SEP> katalyst. <SEP> gecractes <SEP> Benzin
<tb> 19 <SEP> Gas-% <SEP> Straight-run-Benzin <SEP> 0,33 <SEP> 42 <SEP> 195 <SEP> 56,5 <SEP> 0,725
<tb> G2 <SEP> 50 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> katalyt. <SEP> gecracktes <SEP> Benzin
<tb> 50 <SEP> Vol.-% <SEP> katalyt. <SEP> Reformat <SEP> 100,3 <SEP> 0,39 <SEP> 31 <SEP> 185 <SEP> 57,5 <SEP> 0,746
<tb> G3 <SEP> im <SEP> Handel <SEP> ethältliches <SEP> erstklassiges
<tb> Benzin <SEP> 97 <SEP> 0,43 <SEP> 31 <SEP> 185 <SEP> 59 <SEP> 0,728
<tb> G4 <SEP> 40 <SEP> Vol.-% <SEP> katalyt.
<SEP> gecracktes <SEP> Benzin
<tb> 51 <SEP> Vol.-% <SEP> katalyt. <SEP> Reformat <SEP> 100,5 <SEP> 0,44 <SEP> 43 <SEP> 188,5 <SEP> 52,5 <SEP> 0,763
<tb> G5 <SEP> 50 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> katalyt. <SEP> gecracktes <SEP> Benzin
<tb> 50 <SEP> Vol. <SEP> -% <SEP> katalyt. <SEP> Reformat <SEP> 100,6 <SEP> 0,33 <SEP> 34,5 <SEP> 197 <SEP> 48 <SEP> 0,759
<tb>
* Genaue Zusammensetzung nicht bekannt, aber es enthielt über 30 Vol.-% eines katalyt. gecrackten Benzins und über
20 Vol.-% an katalyt. Reformat.
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Eine Reihe von Tests wurde zuerst in einem gläsernen Laboratoriumsapparat durchgeführt, der im wesentlichen aus einer perforierten Kupferplatte bestand, die in einem Glasrohr angebracht war, durch welches ein Strom kühler, feuchter Luft mittels einer Vakuumpumpe gesaugt wurde. Vor Durchtritt durch die Platte wurde Motorbenzin in den Luftstrom eingespritzt. Der Abkühlungseffekt des verdunstenden Benzins bewirkt eine Eisbildung in den Löchern der Platte. Der Vereisungsgrad, der von einem Treibstoff erwartet werden kann, wird durch den Abfall des Druckes unterhalb der Platte, wenn die Löcher der Platte mit Eis verlegt sind, ausgedrückt. Die Feuchtigkeit und die Temperatur des eintretenden Luftstromes werden sorgfältig geregelt. Um Änderungen dieser Bedingungen zu vermeiden, ist eine zweite Vakuumpumpe notwendig, um den Druck oberhalb der Platte konstant zu halten.
Um die Messung der Druckschwankungen unterhalb der Platte zu erleichtern, werden ein druckempfindlicher Widerstand und ein 10 mV-Anzeiger verwendet.
Der Test ist beendet, wenn der Druck unterhalb der Platte auf 30 cm Hg abgesunken ist, oder wenn 5 min verstrichen sind. Der Anti-Vereisungsindex ist ein willkürlicher Massstab zur Festlegung des Vereisungsgrades am Ende des Tests, in welchem das Grundbenzin den Index 1 hat und der Index 10 dort liegt, wo überhaupt kein Eis gebildet wurde. Das Grundbenzin Gl wurde in diesen Tests verwendet, deren Resultate in Tabelle 3 zusammen mit den am Grundbenzin und an Isopropylalkohol und Hexylenglykol enthaltenden Grundbenzin angegeben sind. Die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Treibstoffmischungen wird klar aufgezeigt.
Tabelle 3
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<tb>
<tb> Zusatzmittel <SEP> Konzentration <SEP> Anti- <SEP> Vereisungs- <SEP>
<tb> TpM <SEP> (Volumen) <SEP> Index
<tb> A <SEP> 50 <SEP> 7
<tb> B <SEP> 50 <SEP> 7
<tb> C <SEP> 50 <SEP> 8
<tb> E <SEP> 50 <SEP> 6
<tb> D <SEP> 50 <SEP> 9
<tb> D <SEP> 25 <SEP> 7
<tb> kein-1
<tb> IPA <SEP> 10000 <SEP> 4
<tb> HG <SEP> 1500 <SEP> 7
<tb>
IPA m Isopropylalkohol
HG = Hexylenglykol (2-Methyl-2 : 4-pentandiol)
Das Grundbenzin Gl wurde mit und ohne Zusatz D einem Vereisungstest in einem Laboratoriumstestmotor unterworfen. Die Luftzufuhr zu dem Motor wurde durch einen Eisturm von etwa 183 cm Höhe und einem Durchmesser von etwa 30 cm geführt. Die Vereisungszeit wurde als die Zeitdauer für den Geschwindigkeitsabfall des Motors von anfänglich 2700 auf 2000 Umdr/min definiert.
Die Resultate sind in Tabelle 4 angegeben, der ebenfalls die mit Isopropylalkohol und Hexylenglykol enthaltenden Grundbenzin Gl erhaltenen Werte zu entnehmen sind. Die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Treibstoffmittel wird klar gezeigt.
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Tabelle 4
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<tb>
<tb> Zusatzmittel <SEP> Konzentration <SEP> Vereisungszeit
<tb> TpM <SEP> (Volumen) <SEP> Minuten
<tb> kein-14
<tb> D <SEP> 25 <SEP> 60+ <SEP> ; <SEP> 60+
<tb> D <SEP> 50 <SEP> 60+ <SEP> ; <SEP> 60+
<tb> IPA <SEP> 5000 <SEP> 25
<tb> IPA <SEP> 10000 <SEP> 40
<tb> HG <SEP> 1000 <SEP> 60+
<tb> HG <SEP> 500 <SEP> 28
<tb>
Eine Benzinmischung mit einer Vereisungszeit von mehr als 60 min nach diesem Test gibt bekanntlich äusserst zufriedenstellende Ergebnisse im handelsüblichen Gebrauch.
Um festzustellen, ob die Verwendung der oben bezeichneten quaternären Ammoniumhalogenide als Zusätze zu Motorbenzin zum Ansteigen der Bildung von unerwünschten Ablagerungen führt, wenn die Treibstoffe in einem Motor verwendet werden, wurden unter Verwendung der Zusätze D und C allein und in Verbindung mit dem reinigenden Zusatz Sorbitanmonooleat in einem Lausonmotor Tests durchgeführt.
Weitere Tests wurden in einem Chevrolet Fl-2-Motor unter Verwendung einer Kombination des Zusat-
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len. Das Zusatzmittel Y wird unter der Handelsbezeichnung Duomeen C verkauft. In den Tests wurden die Zusätze X und Y in den Konzentrationen verwendet, die für einen entsprechenden Anti- Vereisungs- schutz notwendig gehalten wurden. Die Resultate dieser Tests sind in den Tabellen 5 und 6 angegeben.
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Tabelle 5 Lauson-Test : Treibstoffe 20 Tage bei 43 gealtert.
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<tb>
<tb> Grundbenzin <SEP> Zusatzmittel <SEP> Konzentration <SEP> Acetonlösliche <SEP>
<tb> des <SEP> Zusatzmittels <SEP> Ablagerungen
<tb> TpM <SEP> (Volumen) <SEP> mg/l
<tb> G2 <SEP> kein-8, <SEP> 4 <SEP>
<tb> G2 <SEP> D <SEP> 25 <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> G2 <SEP> SMO <SEP> 25 <SEP> 2,5
<tb> G2 <SEP>
<tb> D <SEP> 25 <SEP> SMO <SEP> 25
<tb> G2 <SEP>
<tb> D <SEP> 15 <SEP> SMO <SEP> 50
<tb> G3 <SEP> kein <SEP> - <SEP> 5,3
<tb> G3 <SEP> SMO <SEP> 50 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> G3 <SEP> D <SEP> 25 <SEP> 4, <SEP> 7
<tb> SMO <SEP> 25
<tb> G3 <SEP> D <SEP> 50 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP>
<tb> - <SEP> SMO <SEP> 50
<tb> - <SEP> D <SEP> 25
<tb> G3 <SEP> SMO <SEP> 50 <SEP> 1,6
<tb> G4 <SEP> kein <SEP> - <SEP> 2,4
<tb> G4 <SEP> C <SEP> 100 <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP>
<tb> G4 <SEP> C <SEP> 100 <SEP> 12,
6
<tb> SMO <SEP>
<tb>
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Tabelle 6: Chevrolet Fl-2 Motor-Test
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<tb>
<tb> Grundbenzin <SEP> Zusatzmittel <SEP> Konzentration <SEP> Überzug <SEP> Gesamt-Gesamt-Gesamt-Zustand <SEP> am <SEP> Hals <SEP> Bemerkungen
<tb> des <SEP> Zusatzmittels <SEP> auf <SEP> dem <SEP> überzug <SEP> schlamm <SEP> überzug <SEP> des <SEP> Einlassventils
<tb> TpM <SEP> (Volumen) <SEP> Kolben <SEP> und
<tb> Schlamm
<tb> G5 <SEP> kein-7, <SEP> 5 <SEP> 42, <SEP> 9 <SEP> 44, <SEP> 3 <SEP> 87, <SEP> 2 <SEP> sehr <SEP> leichte <SEP> bis
<tb> leichte <SEP> Ablagerungen
<tb> G5 <SEP> y <SEP> 136 <SEP> 3 <SEP> 37, <SEP> 2 <SEP> 43, <SEP> 3 <SEP> 80, <SEP> 2 <SEP> Mittlere, <SEP> dicke, <SEP> Ablagerungen <SEP> am
<tb> harte <SEP> Ablage-Hals <SEP> (neck) <SEP> des
<tb> rungen <SEP> Einlassventils,
<SEP> die
<tb> gerade <SEP> in <SEP> den
<tb> Sitz <SEP> eingreifen
<tb> G5 <SEP> X <SEP> 75 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP> 44, <SEP> 2 <SEP> 83, <SEP> 2 <SEP> mittlere, <SEP> dicke,
<tb> harte <SEP> Ablagerungen
<tb> G4 <SEP> kein-6, <SEP> 3 <SEP> 42, <SEP> 2 <SEP> 49, <SEP> 7 <SEP> 91, <SEP> 9 <SEP> sehr <SEP> leichte
<tb> Ablagerungen
<tb> G4 <SEP> D <SEP> 50 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 38, <SEP> 4 <SEP> 49, <SEP> 3 <SEP> 87, <SEP> 7 <SEP> mässige <SEP> bis <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> Einlassventil- <SEP>
<tb> SMO <SEP> 50 <SEP> leichte <SEP> Ablage- <SEP> schaft <SEP> 50% <SEP> bedekt
<tb> rungen <SEP> mit <SEP> weicher <SEP> brauner <SEP> Ablagerung.
<tb> Alle <SEP> andern <SEP> Ventilschäfte <SEP> rein.
<tb>
SMO s Sorbitanmonooleat
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Aus Tabelle 5 ist zu entnehmen, dass die Verwendung von quaternären Ammoniumhalogeniden im Motorbenzin zum Ansteigen der Bildung von acetonlöslichen Ablagerungen tendiert, wenn der Treibstoff in einem Motor verwendet wird. Dieser Anstieg scheint jedoch nicht bedenklich zu sein und die Zugabe einer geringen Menge von Sorbitanmonooleat zu dem Treibstoff hat die Wirkung einer wesentlichen Herabsetzung der Bildung dieser Ablagerungen. Im Chevrolet-Test (Tabelle 6) verhielt sich die erfindunggemässe Treibstoffmischung ähnlich wie Treibstoffe mit handelsüblichen Zusätzen X und Y, soweit sie die Lack- und Schlammbildung am Kolben und im Zylinder betraf, sie war aber sehr viel besser hinsichtlich der Ablagerungen am Einlassventil.
Dies wird als bemerkenswerter Vorteil der erfindungsgemä- ssen Treibstoffe angesehen, da, während die Ablagerungen am Kolben und Zylinder zur Entfernung durch die reinigenden Schmiermittel, die heute allgemein verwendet werden, neigen, dies am Einlassventil nicht der Fall ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Motorbenzinmischung, von der mindestens 45 Vol.- vorzugsweise mindestens 50 Vol.-%, bei 1000C überdestillieren und die 20- 100 Vol.-% an mindestens einer andern Benzinkomponente als Straight-run-Benzin enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine geringe Menge, zweckmässigerweise 10 - 250, vorzugsweise 10 - 100, TpM, bezogen auf das Volumen, eines quaternären Ammoniumhalogenids der allgemeinen Formel
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