DD157969A3 - Kraftstoffe fuer otto-motoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe fuer Otto-Motoren. Eine besondere Eigenschaft der erfindungsgemaessen Kraftstoffe ist deren hohe Klopffestigkeit und deren gutes Abbrennverhalten, so dass sie bevorzugt zum Betrieb hochverdichteter Otto-Motoren geeignet sind. Die erfindungsgemaessen Kraftstoffe sind durch einen Gehalt an geminalen Dialkoxyalkanen gekennzeichnet.

Description

VEB Leuna-Werke . Leuna, 12*09*1980

!!Walter Ulbrichtίϊ

LP 8086

Titel der Erfindung Kraftstoffe fuer Otto-Motoren Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kraftstoffe, die besonders vorteilhaft zum Betrieb hochverdichteter Otto-Motoren verwendet werden koennen«

Charakteristik der bekannten technischen Loesungen

Otto-Motoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad sind u«,a. durch ein Verdichtungsverhaeltnis ausgezeichnet, das im allgemeinen mehr als 8 betraegt« Ein stoerungsfreier Betrieb derartiger Motoren verlangt Kraftstoffe von ausreichender Klopffestigkeit. Die hierfuer charakteristische Octanzahl, bestimmt nach der Research-Methode (ROZ), soll den Wert von 90 nicht unterschreiten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die nach der Motor-Methode bestimmte Octanzahl (MOZ) der Kraftstoffe einen-nur wenig davon abweichenden Wert hat.

Bei besonders ausgezeichneten Kraftstoffen betraegt die Differenz zwischen ROZ und MOZ, die.sog. sensitivity, nicht •mehr als 5 bis 8 Einheiten= . . Kraftstoffe mit hoher Klopffestigkeit zeichnen sich gegenwaertig durch einen Gehalt an Aromaten aus, der im allgemeinen oberhalb 30 Vol.-% liegt und teilweise sogar mehr als 50 VoI♦-% betraegt. Die ROZ wird dabei staerker als die MOZ aufgewertet.

Aromaten, die fuer Otto-Kraftstoffe Bedeutung haben, sind jedoch gleichzeitig ein wesentlicher Rohstoff fuer die petrolchemische Industrie. Mit deren weiteren Ausbau wird die Verfuegbarkeit von Aromaten fuer die Kraftstoffe in zunehmendem Masse begrenzt. Ausserdem beguenstigen aromatische Kohlenwasserstoffe bei der Verbrennung im Motor die Bildung cancerogener Abgasbestand t.eile«,

Olefine, die wegen ihrer hohen Klopffestigkeit ebenfalls als Komponenten fuer Otto-Kraftstoffe verwendet werden, verbessern die ROZ wesentlich staerker als die MOZ. Gleichzeitig wird durch olefinische Kohlenwasserstoffe der Gehalt an giftigen Kohlenmonoxid im Motorabgas merkbar erhoeht.' Auch Olefine stehen deshalb als Kraftstoffkomponenten nur eingeschraenkt zur Verfuegung.

Eine bekannte und allgemein noch uebliche Massnahme zur Erhoehung der Klopffestigkeit von Otto-Kraftstoffen ist der Zusatz von Bleialkylen, insbesondere von Bleitetraethyl« Als entscheidender Nachteil ist hierbei die Austragung von . Bleiverbindungen mit dem Motorabgas anzusehen, was zu einer, wachsenden Belastung der Atmospha-ere fuehrt. Die Klopffestigkeit der Otto-Kraftstoffe und gleichzeitig die Reinheit der Motorabgase lassen sich spuerbar durch den Zusatz von Methanol verbessern. Ein wesentlicher Nachteil · ist hierbei dessen begrenzte Mischbarkeit mit Kohlenwasserstoffen, was vor allem in. Gegenwart bereits geringer Wassermengen und Temperaturen wenig unterhalb 293 K zur Phasen«· trennung methanolhaltiger Otto-Kraftstoffe, fuehren kann. Unguenstig sind auch der geringe Energieinhalt, die sehr grosse Sensitivity und die relativ hohe Verdampfungsveaerrae

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des Methanols (Α» Kuhlmann, H, May, 3?_β Pischinger - Methanol und Wasserstoff ^e Automobilkraftstöffe der Zukunft ~ Verlag .TUEVGmbH, Köln 1976; I. L. Keller, Ε.Έ* Bcklun.d - 10. Welterdölkongress, Bukarest 197S₅ Penel Disc. 21, (4))* . In neuerer Zeit kommen Kraftstoffe für hochverdichtete Otto-Motoren auf den Markt, die spezielle Ether,, insbesondere Mefhyl-Tertiaerbutyl-Ether (MTBE) enthalten. Diese Kraftstoffkomponente wird durch Veretherung von Isobuten mit Methanol hergestellt«. Durch die relativ begrenzte Verfügbarkeit von Isobuten kann MTBE jedoch meist nur in unzureichneden Mengen eingesetzt werden» Aus der US-PS 2 878 109 ist weiterhin bekannt durch Zusatz geringer Mengen (0,005 bis 4 Yo'l_&~%) von 2,2-Dimethoxypropan zu hochoctanigen Vergaserkraftstoffen, insbesondere bei Zugabe stickstoffhaltiger Verbindungen, die Bildung von Ablagerungen im Motor und die Ansammlung von Wasser im Treibstoff zu verhindern,:, Ein Einfluß des 2,2~Dirne-thoxypro~ pans .^: auf die Cetanzahl ist aus dieser Litefaturstelle nicht erkennbare

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ßind Kraftstoffe zum" Betrieb besonders von hochverdichteten Otto-Motoren, die bisher bekannte Lösungen gleicher Zielstellung auf ökonomische Weise ersetzen oder ergänzen können und die aufgezeigten Nachteile nicht besitzen_e

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es bestand somit die Aufgabe, Otto-Kraftstoffe zu finden., die sich insbesondere durch eine hohe Klopffestigkeit über einen weiten Drehzahlbereich des Motors und eine .saubere Verbrennung auszeichnen»

Erfind ungsgeinäß wird diese -Aufgabe durch Kraftstoffe gelöst, welche Dialkoxyalkane der Formel

- - "4 - 2 2 3 8 19

in der R^ gleich CHo* C₂I%" oder C JKy, R₂ gleich CIU oder ^C2^H5* ^3 Sl©ich CPU, C JrI₁-, ^C3^H7 °^^{eT C}4^H9 ^un(3- ^R/ gleich CHo, CgH^, CoHr₇ oder CJIq sind in Mengen von 5 bis 95 Vol#-%, sowie Dialkoxymethane in Mengen von O bis 20· Vo1·-% enthalten.

Durch Dialkoxymethane kann das gegebenenfalls bei sehr tiefen Temperaturen ungenügende Startverhalten der erfindungsge~ mäßen Kraftstoffe eingestellt werden. Dies ist jedoch nur erforderlich, wenn deren Gehalt an niedrig siedenden Anteilen, sehr gering ist bzw« wenn die im Kraftstoff enthaltenen Dialkoxyalkane im wesentlichen oberhalb 423 K sieden und deren Mengenanteil mehr als 40 % beträgt« Grundsätzlich lassen sich Otto-Motoren auch mit reinen Dialkoxyalkanen betreiben« Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch im allgemeinen günstig, wenn die Kraftstoffe daneben oder im wesentlichenroch andere Komponenten ent-' halten* Zweckmäßsigerweise bestehen die erfindungsgemäßen Otto-Kraftstoffe aus Kohlenwasserstoffgemischen mit einem Gehalt an Dialkoxyalkanen von nicht mehr als 95 Vole-%* Daneben können die Kraftstoffe noch andere Stoffklassen wie ζ·Β· Alkohol, Carboxylverbindungen und Ester, spezielle Zusätze zur weiteren Klopfwerterhöhung, insbesondere Bleialkyle, sowie Phosphorverbindungen enthlaten« Einfluss auf ein gutes Beschleunigungsverhalten der Kraftstoffe nehmen vor allem die 2,2-Dialkoxypropane. Besondere günstig verhalten sich solche Otto-Kraftstoffe, die 2,2-Dialkoxypropane in Mengen von 5 bis 95 VoI«-% und Dialkoxymethane in Mengen von O bis 20 VoI«-% enthalten« Im Hinblick auf die Klopffestigkeit von Kohlenwasserstoffgemische^ das Start- und Übergangsverhalten des Motors und die Kältebeständigkeit der Krafstoffe hat sich das 2,2-Dimethosypropan, das z*B_e aus Propan und Methanol verhältnissmäßig leicht und in großen Mengen herstellbar ist, als besonders günstig erwiesen. Eine bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung sind deshalb Kraftstoffe, die 2,2-Dimethoxypropan in Mengen von 5 bis 50 VoI*-% und

Dimethoxymethan in Mengen von 0 bis 15 Vol-% enthalten. Der weiteren Erlaeuterung vorliegender Erfindung dient folgende Tabelle, in der verschieden zusammengesetzte Kraftstoffe und deren Klopfverhalten aufgefuehrt sind;

Kraftstoffe

E F

G H

Vol~% KW 100

Vol-% DMOPr ' 0

Vol-% MOEOPr 0

Vol-% DEOPe 0

Vol-% DMOM 0

ROZ . 88

MOZ 79

80

15 0 0 5

75

25

0 p

0

0

85 10

5 0 0

85 5 5 5 0

90

5 10

0 0

0 0 0

89 91,5 88,5 89 90,5 88_t5 89 89_?5 91 R1 7Q ^7Q ^ RO 7Q S Ρ,Π Rf)

-«.* Λ,^ά «L e «LiL .e. ^e-JL-

Vol-% Aromaten Vol-% Paraffine und Naphthene

KW Kohlenwasserstoffgemisch mit

DMOPr . 2,2-Dimethoxypropan

MOEOPr 2-Methoxy-2~Ethoxypropan

DEOPe ' 2,2-Diethoxypentan

DMOM Dimethoxymethan

Ausfuehrungsbeispiele

Beispiel 1

Ein Handelskraftstoff mit 0,04 Vol-% TEL hat eine Klopffestigkeit von 88_f2 ROZ-Einheiten. Im Europaeischen Fahrzyklus-Abgastest ergeben sich folgende Werte (PKW des Typs

-!!WolgaΠ) ί

187 g CO/Test ·

6,5 g Rest-CH/Test

Wach Zusatz von 10 Vol-% 2,2-Dimethoxypropan erhoeht sich die Klopffestigkeit auf 90,5 ROZ~Reinheiten. Die Abgaswerte im Fahrzyklus-Abgastest sind nunmehr:

149 g CO/Test

5,2 g Rest-CH/Test

Beispiel 2

Ein Gemisch aus 75 Vol-% Reformat, 10 Vol-% straight-run-'Benzin (unterhalb 373 K siedend) und 15 Vol-% Methanol hat eine Klopffestigkeit von 94,5 ROZ-Einheiten. Im Europaeischen Pahrzykluo-Abgastest gem. Beispiel' 1 ergeben sich folgende Wertej

165 g CO/Test

6,1 g Rest~CH/Test

"Nach Zusatz von 20 Vol.-# 2,2-Dimethoxypropan und 5 Vol-% Dirnethoxymethan erhoeht sich die Klopffestigkeit auf 96 ROZ-Einheiten', Die Abgaswerte sind

141 g CO/Test .3,9 g Rest-CH/Test

Claims (2)

- 7 - 2 Erfindungsanspruch

1« Kraftstoffe für Otto-Motoren, gekennzeichnet dadurch, daß die Kraftstoffe Dialkoxyalkane der Formel

?2

R₃O — C — OE₄ ,

E_n

• in .der R₁ gleich CIU» C₀Hj-- oder CoH₇, R₉ gleich ClU oder C_oH,-s Ro gleich CHo, C₀H₁^, COH,, oder CJi₀ und R. gleich CI-U, C₀Hr-S C₀Hy oder CJ-U sind in Mengen von 5 bis 95 sowie Dialkoxymethane in Mengen von O bis 20 VoI₀-$ enthaltene

2* Kraftstoffe gemäß Punl^t 1₅ gekennzeichnet dadurch» daß die Kraftstoffe 2_S2-.'Dimethoxypropan in Mengen von 5 bis 50 Vol_e~?S und Diraethoxyraethan in Mengen von O bia 15 enthaltene