DE1024749B - Motorkraftstoff - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Motorkraftstoffe auf der Basis verbleiter Benzine mit Bleigehalten von wenigstens 0,2 bis 0,3 cm³ Tetraäthylblei pro Liter für Motoren mit Funkenzündung und hoher Kompression.

Bekanntlich sind für hohe Wirtschaftlichkeit und hohen Wirkungsgrad von Benzinmotoren hohe Kompressionen erwünscht. Um ein sanftes Arbeiten bei hoher Kompression zu erreichen, sind Kraftstoffe hoher Oktanzahl erforderlich. Um diese hohen Oktanzahlen zu erzielen, bedürfen die meisten Kraftstoffe des Zusatzes eines Anti- ίο klopf mittels, z. B. von Tetraäthylblei. Zwar verbessert der Zusatz von Tetraäthylblei die Oktanzahl; der erhaltene Kraftstoff hat aber gewisse Nachteile, jdie auf die Anwesenheit des Bleies zurückzuführen sind. Einer der Hauptnachteile liegt in der Neigung, beim Verbrennen Bleiablagerungen an den Wänden der Verbrennungskammer und an den Elektroden der Zündkerzen zu bilden; hierdurch wird der Wirkungsgrad der Maschine während des Betriebes allmählich verringert, und die Anforderung hinsichtlich der Oktanzahl des Kraftstoffs nimmt mit steigender Betriebsdauer zu, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Bei gleicher Maschine kann die erforderliche Oktanzahl des Kraftstoffes nach hundert oder mehr Betriebsstunden um 10 bis 15 Einheiten höher liegen als zu Beginn der Laufzeit.

In dem Bestreben, die schädliche Wirkung der Bleiablagerungen zu beseitigen, sind den Brennstoffen verschiedene Spül- oder Reinigungsadditive zugesetzt worden um das Blei in eine weniger schädliche Form zu überführen, z. B. flüchtige Alkylhalogenide wie Äthylendibromid und/oder Äthylendichlorid. In diesem Falle enthalten die Ablagerungen Bleibromide und -chloride. Die in der Verbrennungskammer abgeschiedenen Bleibromide und -chloride ändern aber die Zündungseigenschaften in ungünstiger Weise, was sich häufig durch ein »Klopfen« der Maschine bemerkbar macht. Dieses Klopfen entsteht durch Bildung einer Flammenfront in irgendeinem Gebiet des Brennstoff-Luft-Gemisches vor der in regelmäßigen Zeitabständen erfolgenden Funkenzündung. Dieses »Klopfen « darf nicht mit dem normalen Klopfen bei Verwendung niederoktaniger Kraftstoffe verwechselt werden, das auf explosive Selbstentzündung von unverbrannten Teilen des Brennstoff-Luft-Gemisches bei Durchtritt der normalen Flammenfront von der Zündkerze zurückzuführen ist.

Gemäß der Erfindung wurde nun festgestellt, daß bleihaltige Kraftstoffe mit normalen Bleigehalten von wenigstens 0,2 bis 0,3 cm³ Tetraäthylblei pro Liter bezüglich der Neigung zur Vorzündung erheblich verbessert werden können, wenn dem Kraftstoff zwischen 0,1 und 4,0 theoretischen Einheiten eines Phosphatids zugesetzt werden. Es können sowohl reine Phosphatide wie Lecithine und Kephaline als auch deren Mischungen und/oder Lösungen in Öl usw. verwendet werden.

Anmelder:

GuIf Research & Development Company, Harmarville, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Bloch, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Ballenstedter Str. 17

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. April 1954

Henry Alfred Ambrose, Penn Township, Pa. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Die Phosphatide besitzen folgende Strukturformeln
CH₉O-OCR

CHO —OCR

CH₂O — Pr-OCH₂ · CH₂N (CH₃)₃OH
OH

(Lecithin)

CH₂O-OCR₁

CHO-OCR₁

CH₂O-P^-OCH₂ · CH₂NH₂
OH

(Kephalin)

Da die Fettsäurereste R in diesen Verbindungen hinsichtlich der Kettenlänge und hinsichtlich des Gehaltes an olefinischen Doppelverbindungen (Ölsäure usw.) verschieden sein können und sowohl Lecithine als auch Kephaline in einer α-Form (endständige Phosphorsäuregruppe) und einer /3-Form (mittelständige Phosphorsäuregruppe) auftreten, umfaßt die in der Beschreibung und den Ansprüchen gebrauchte Bezeichnung »Phosphatid« eine große Anzahl zwar verwandter, aber chemisch doch verschiedener Stoffe. Alle diese Stoffe und ihre willkürlichen oder natürlich auftretenden Mischungen sind für den erfindungsgemäßen Zusatz zu verbleiten Motorkraftstoffen geeignet.

Die Phosphatide müssen dem Kraftstoff nicht in reiner Form zugesetzt werden. Die im Handel erhältlichen Phosphatidpräparate sind häufig Lösungen von Phosphatid-

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lieh in einer Menge von etwa 0,2 bis 0,5 cm³ je Liter Benzin enthalten, je nach dem Gehalt an Tetraäthylblei. Gemäß der Erfindung kann das Phosphatid das flüchtige Alkylhalogenid ganz oder teilweise ersetzen, es kann aber auch 5 in Verbindung mit der üblichen Menge an flüchtigem Alkylhalogenid Verwendung finden, ohne daß die Wirkung des Phosphatides beeinträchtigt wird.

Das Phosphatid kann dem Benzin unmittelbar zugesetzt werden, zweckmäßiger bereitet man jedoch zuerst

gemischen in Pflanzenölen; sie können ohne vorherige Aufarbeitung verwendet werden, wobei sich die Menge natürlich nach dem Phosphatidgehalt zu richten hat.

Der Betrag an Phosphatid, der dem Kraftstoff zugesetzt wird, hängt von der Art des Kraftstoffs selbst ab.
Die Absolutmenge richtet sich nach dem Gehalt des
Benzins an Tetraäthylblei. Die Phosphatidmenge muß
wenigstens 10°/₀ = das 0,1 fache der Menge betragen, die
zur vollständigen Umwandlung des in Form von Tetraäthylblei enthaltenen Bleis in Bleiorthophosphat theo- io ein Konzentrat und mischt dieses in den Kraftstoff ein. retisch erforderlich ist, also wenigstens 0,1 »theoretische Hierfür können Lösungsmittel verwendet werden, die die Einheiten«·. Ein Zusatz von mehr als 4,0 theoretischen Eigenschaften des Brennstoffes nicht ungünstig beein-Einheiten ist im allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründen flüssen. Das Konzentrat kann natürlich auch die anderen unzweckmäßig, da hierdurch keine weitere Verbesserung Zusätze enthalten, z. B. Oxydations-Inhibitoren, Antider Vorzündungseigenschaften erzielt wird, aber der Preis 15 klopfmittel, Rost- und Frostschutzmittel. Metalldeaktivatoren, Spülmittel und Farbstoff. Der Zusatz eines Konzentrats, das sowohl das Tetraäthylblei als auch, bezogen auf den Bleigehalt, 0,1 bis 4,0 theoretische Einheiten Phosphatid enthält, bildet eine bequeme Methode zur Qualitätsanforderungen wie Klopffestigkeit, Aromaten- 20 Einbringung der richtigen Menge.

gehalt usw. in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken Nachfolgend seien einige Versuchsreihen zur Erläute-

kann, ist es zweckmäßig, den Phosphatidgehalt des erfindungsgemäßen Kraftstoffs in Form der auf den Bleigehalt bezogenen theoretischen Einheiten anzugeben. Bei gegebenem Bleigehalt ist auch die Phosphatidmenge (0,1 bis 4,0 theoretische Einheiten) eindeutig festgelegt. In diesem Zusammenhang sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung ausschließlich auf normal

des Kraftstoffs ansteigt. Vorzugsweise werden zwischen 0,2 und 1,5 theoretische Einheiten zugesetzt.

In Anbetracht der Tatsache, daß der Tetraäthylbleigehalt der handelsüblichen Benzine infolge anderer

rung der verbesserten Vorzündungseigenschaften
Kraftstoffen gemäß der Erfindung dargestellt:

verbleite Benzine mit Gehalten von wenigstens 0,2 bis 0,3 cm³ Tetraäthylblei pro Liter bezieht.

Dieser Hinweis erscheint wichtig, da der Zusatz von Phosphatiden zu Benzinen grundsätzlich nicht neu ist. Es ist bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, Phosphatide zur Stabilisierung von Antiklopfmitteln, zur

Versuchsreihe 1

Es wird ein stationärer Cadillac-Motor mit einem Kompressionsverhältnis von 9:1 verwendet, der unter folgenden Bedingungen betrieben wird:

Drehzahl 1000 bzw. 2000 Umdr./Min.

Frühzündung 10°

Verhältnis Luft-Kraftstoff 11,5:1 und 10,3:1 bei 1000

bzw. 2000 Umdr./Min.

Die Last- und Drosselstellung wird je nach dem Ein

Verhinderung von Wolkenbildung, Vermeidung von Färb- 35 treten der Vorzündung geändert. Zu Beginn des Versuchs änderungen und Korrosion, zur Verringerung der Rauch- ist der Motor ohne Last. Die Drosselung wird allmählich bildung usw. zuzusetzen. Über den Bleigehalt sind meist
keine Angaben enthalten. In allen Fällen war jedoch die

Menge des zugesetzten Phosphatides bedeutend geringer

erhöht, bis Vorzündung beobachtet wird. Wenn die volle Drosselung ohne Vorzündung erreicht wird, arbeitet die Maschine mit voller Drosselung 30 Sekunden lang, oder

als bei der Erfindung, so daß der Phosphatidgehalt selbst 40 wenn eine Vorzündung früher eintritt, weniger lange.

bei Bezug auf einen Bleigehalt von nur 0,2 bis 0,3 cm³ Wenn nach 120 Stunden (5 Tagen) keine Vorzündung

Tetraäthylblei pro Liter, also der unteren Grenze der erfindungsgemäßen Kraftstoffe, weniger als 0,1 theoretische Einheiten betrug. Derartige geringe Phosphatid-

eintritt, wird der Versuch gewöhnlich unterbrochen. In Tabelle I sind die Ergebnisse für ein Vergleichsbenzin mit 0,40 cm³ Tetraäthylblei je Liter, welches gewöhnlich

zusätze bewirken aber nicht die geforderte Verbesserung 45 zur Vorzündung neigt, und für das gleiche Benzin nach

Zusatz von 0,45 g (0,2 theoretische Einheiten) einer etwa 65 °/_oigen Phosphatidlösung in Öl zusammengestellt. Das Benzin enthält auch kleine Mengen eine Antioxydans, eines Metalldeaktivierungsmittels und eines Bleispülmittels.

Tabelle I
Betrag der Vorzündung

der Vorzündungseigenschaften normal verbleiter Benzine. Hierzu sind wenigstens 0,1 und vorzugsweise zwischen 0,2 und 1,5 theoretische Einheiten erforderlich. Soll die in den älteren Vorschlägen zugesetzte Phosphatidmenge aber wenigstens 0,1 theoretischen Einheiten entsprechen, so dürften die Benzine maximal nur etwa 0,15 cm³ Tetraäthylblei pro Liter enthalten, was wiederum nicht zu einer hinreichenden Verbesserung der Oktanzahl ausreicht und außerhalb der erfindungsgemäß behandelten Kraftstoffe liegt.

Als Benzine für die erfindungsgemäßen Kraftstoffe können beliebige Ausgangssubstanzen geeigneter Siedelage verwendet werden, z. B. Straight-run-Benzine, Krackbenzine, Produkte der Alkylierung, Isomerisierung, Hydrierung, Polymerisation, Hydrodesulfurierung, Produkte aus Hydroforming-, »Platforming<r- oder kombinierten Verfahren, synthetische Benzine gemäß Fischer-Tropsch oder B ergius und beliebige Mischungen solcher Fraktionen.

Zusätzlich zu den Phosphatiden kann der Motorbrenn- 65
stoff andere bekannte Additive enthalten, z. B. Oxydations-Inhibitoren, Antiklopfmittel, Rost-und Frostschutzmittel, Metalldeaktivatoren, Farbstoffe. Bei Gegenwart
eines Bleispülmittels wie beispielsweise einem oder Gemäß Tabelle I zeigt die mit Vergleichsbenzin arbei-

mehreren flüchtigen Alkylhalogeniden sind diese gewöhn- 70 tende Maschine nach 24 Stunden eine geringe und nach

	Mit Vergleichsbenzin bei	2000	Mit Vergleichsbenzin,	2000
Arbeits stunden	1000	Umdr./Min.	enthaltend 0,45 g 65%ige Phosphatid lösung in Öl, bei	Umdr./Min.
	Umdr./Min.	keine	1000	keine
	keine	mild	Umdr./Min.	keine
0	mild	heftig	keine	keine
24	heftig	heftig	mild	keine
48	heftig	heftig	keine	keine
72	heftig	heftig	keine	keine
96	heftig	keine
120	keine

48 Stunden eine starke Vorzündung. Bei Betrieb der gleichen Maschine mit dem verbesserten Benzin gemäß der Erfindung ist selbst nach 120 Arbeitsstunden keine Vorzündung zu beobachten.

Versuchsreihe 2

Stationärer Chrysler-Motor mit einem Kompressionsverhältnis von 8,5:1.

Betriebs- und Prüf bedingungen wie in Versuchsreihe 1, Vergleichsbenzin mit 0,544 cm³ Tetraäthylblei pro Liter Phosphatidzusatz entsprechend 0,2 theoretischen Einheiten in Form von 0,642 g der etwa 65 %igen Phosphatid-Ol-Lösung pro Liter.

Tabelle II Betrag der Vorzündung durch Mittelung der Oktanzahlanforderungen der letzten fünf 24-Stunden-Perioden des 200stündigen Versuchs.

Tabelle III

	Mit Vergleichsbenzin bei	2000	Mit Vergleichsbenzin,	2000
Arbeits stunden	1000	Umdr./Min.	enthaltend 0,642 g 65%ige Phosphatid- lösung in Öl, bei	Umdr./Min.
	Umdr./Min.	keine	1000	keine
	keine	heftig	Umdr./Min.	keine
0	mild	mild	keine	keine
24	keine	heftig	keine	keine
48	heftig	heftig	keine	keine
72	heftig	heftig	keine	mild
96	heftig	keine
120	keine

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Gemäß Tabelle II zeigt die mit dem Vergleichsbenzin arbeitende Maschine innerhalb von 24 Stunden bei 1000 Umdr./Min. eine schwache und bei 2000 Umdr./Min. eine starke Vorzündung. Bei Betrieb der gleichen Maschine mit dem phosphatidhaltigen Benzin tritt bei 1000 Umdr./ Min. keine Vorzündung auf, nicht einmal nach 120stündigem Lauf. Beim Arbeiten mit 2000 Umdr./Min. tritt nach 120 Stunden eine geringe Vorzündung ein.

Versuchsreihe 3

Um nachzuweisen, daß der Phosphatidgehalt für eine hinreichende Verbesserung der Vorzündungseigenschaften mindestens 0,1 theoretische Einheiten betragen muß, wird in Cadillac-Motoren mit einem Kompressionsverhältnis von 10:1 (Baujahr 1955) die »mittlere Oktanzahlanforderung nach 200 Betriebsstunden zur Vermeidung eines Klopfens infolge Vorzündung« für ein phosphatidfreies Vergleichsbenzin (0,67 cm³ Tetraäthylblei je Liter) und für das gleiche Benzin nach Zusatz von 0,064 bzw. 0,4 theoretischen Einheiten Phosphatid ermittelt. Die Oktanzahlanforderung zur Vermeidung einer Vorzündung ist die Oktanzahl, die das Benzin aufweisen muß, damit keine Vorzündung eintritt. Die mittlere Oktanzahlanforderung nach 200 Betriebsstunden wird erhalten

1. Vergleichsbenzin

2. Vergleichsbenzin (Kontrollversuch)

3. Vergleichsbenzin nach Zusatz von

0,064 theoretischen Einheiten Phosphatid

4. Vergleichsbenzin nach Zusatz von

0,4 theoretischen Einheiten
Phosphatid

Mittlere Oktanzahlanforderung nach 200 Betriebsstunden zur Vermeidung eines Klopfens infolge Vorzündung

> 120

> 120

> 120 102

Aus den Daten geht eindeutig hervor, daß ein Zusatz von 0,064 theoretischen Einheiten, also einer Menge unterhalb des erfmdungsgemäßen Bereiches, nicht zu einer erkennbaren Verringerung der Oktanzahlanforderung oder, was dasselbe ist, nicht zu einer nennenswerten Verbesserung der Vorzündungseigenschaften ausreicht. Bei Zusatz von 0,4 theoretischen Einheiten, also einer Menge innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches, wird dagegen eine erhebliche Verbesserung der Vorzündungseigenschaften erzielt.

Claims (4)

Patentansprüche·

1. Motorkraftstoff auf der Basis eines verbleiten Benzins mit einem Bleigehalt von wenigstens 0,2 bis 0,3 cm³ Tetraäthylblei pro Liter, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Phosphatid in Mengen von mindestens 0,1 theoretischen Einheiten.

2. Motorkraftstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Phosphatid in einer Menge von 0,1 bis 4,0 theoretischen Einheiten.

3. Motorkraftstoff nach Anspruch 1 und 2 mit einem Gehalt von 0,4 bis 1,2 cm³ Tetraäthylblei pro Liter Benzin, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphatidgehalt 0,1 bis 4,0 theoretische Einheiten beträgt.

4. Motorkraftstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphatid Lecithin, Kepha-Hn, eine Mischung von Lecithin und Kephalin oder eine Lösung dieser Substanzen in einem Pflanzenöl, wie Sojabohnenöl, ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 825 921, 855 480; USA-Patentschriften Nr. 2 388 719,2165651,2155678; britische Patentschriften Nr. 708 006, 464 055; französische Patentschrift Nr. 1 010 204; Chem. Zentralblatt, 1942, II, S. 1311; 1941, II, S. 1577.

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