DE1108005B - Treibstoff fuer Explosions- und Dieselmotore - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T16530 IVc/46a⁶

ANMELDETAG: 10. A P R I L 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. MAI 1961

Es ist bekannt, eine Leistungssteigerang von Treibstoffen dadurch zu bewirken, daß man diesen in geringen Mengen Metallverbindungen zusetzt. Eine besondere Wirkung wird bei einem bekannten Verfahren durch gleichzeitigen Zusatz von Blei-, Kupfer- und Zinksalzen bewirkt, und zwar dadurch, daß sich hierbei in dem Verbrennungsraum an der gekühlten Zylinderwand ein Metallsalzfilm bildet, der zwischen Kolben und Zylinderwand zu einer Verbesserung der Abdichtung führt, wodurch zwangläufig der Kornpressionsdruck steigt. Da die betreffenden Metallsalze, insbesondere in Mischung, in vielen Fällen schwer löslich sind, ist vorgeschlagen worden, sie gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Lösungsvermittlern anzuwenden, vorzugsweise solchen, die zu in Kraftstoffen leichter löslichen Komplexsalzen führen.

Bei der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens konnte festgestellt werden, daß die sich bildenden Metallsalzablagerangen, je nach der quantitativen Zusammensetzung der Mischung der Salze sehr unterschiedliche Eigenschaften in einer Wirkungsbreite aufweisen, welche den ganzen Bereich idealer Begünstigung des Motorenbetriebes und der Motorenlebensdauer bis zur ausgesprochenen Schädlichkeit für Motoren umfaßt.

Die vorliegende Erfindung hat daher den Inhalt, durch Wahl zweckmäßiger Gehalte der Treibstoffe an den genannten Metallen optimale Wirkungen zu gewährleisten und deren Eintritt zu beschleunigen. Zu diesen gehören außer der erwähnten Erhöhung des Kompressionsdruckes die die Verbrennung des Treibstoffes begünstigenden Wirkungen, die katalytischer Art sind. Außerdem wird die Klopffestigkeit des Treibstoffes erhöht. Es wurde gefunden, daß diese angestrebten optimalen Wirkungen unter Verwendung von in dem Kraftstoff löslichen Verbindungen des Zinks, Kupfers und Bleis an die gleichzeitige Erfüllung folgender Bedingungen gebunden sind:

Die dem Treibstoff pro Liter zugesetzte Menge Zink muß 0,5 bis 15 mg, vorzugsweise 6 bis 8 mg, optimal 7,2 mg, die dem Treibstoff pro Liter zugesetzte Menge Kupfer 0,5 bis 25 mg, vorzugsweise 3 bis 6 mg, optimal 3,4 mg, die dem Treibstoff zugesetzte Menge Blei mindestens das doppelte Gewicht betragen, welches sich aus der Summe des Zink- und Kupfergehaltes ergibt, vorzugsweise das 2V2- bis 3fache Gewicht.

Insgesamt beträgt die dem Treibstoff erfindungsgemäß zugesetzte Metallmenge 3 bis 200 mg pro Liter, vorzugsweise 20 bis 50 mg. Wesentlich ist erfindungsgemäß ferner, daß der Treibstoff neben den Treibstoff für Explosions- und Dieselmotore

Anmelder:

Torrimetal Trust reg., Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter: Dr. L. Terres-Trip, Patentanwalt, München 19, Romanplatz 11

Beanspruchte Priorität: Österreich vom 26. September 1958

Dr. Ernst Drouven, Toni del Benaco,

Verona (Italien), ist als Erfinder genannt worden

betreffenden Metallverbindungen gleichzeitig bromierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe enthält, deren Menge so gewählt ist, daß bei Verwendung bromierter Kohlenwasserstoffe das darin enthaltene Brom zwischen 10 und 100%, vorzugsweise zwischen 35 und 50%, der für die Vollhalogenierung der zugesetzten Metalle erforderlichen Menge liegt oder bei der Verwendung von chlorierten Kohlenwasserstoffen das darin enthaltene Chlor zwischen 20 und 200%, vorzugsweise aber bei 70 bis 100%, der für die Vollhalogenierung der zugesetzten Metalle erforderlichen Menge liegt. Bei der gleichzeitigen Verwendung von chlorierten und bromierten Kohlenwasserstoffen sind diese anteilmäßig entsprechend den eben genannten Mengen zuzusetzen.

Für die erfindungsgemäß geforderte Halogenierung kommen in erster Linie Monobrombenzol oder Äthylendibromid und Chlorbenzol oder Äthylendichlorid in Frage.

Die Einführung von Halogenkohlenwasserstoffen in den Verbrennungsraum ist notwendig, damit sich sich Metallhalogenide als wesentliche Bestandteile des eingangs erwähnten Films bilden können. Unterläßt man den Zusatz der Halogenkohlenwasserstoffe, so ist die Metallsalzbildung allein auf den Schwefel als Salzbildner angewiesen. Die sich über den Schwefel bildenden Säuremengen reichen für den vorliegenden Zweck nicht aus, und zwar in keinem Fall bei den gut ausraffinierten Benzinen, aber auch bei

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werden. Die als »vorzugsweise« zu wählenden Mengen garantieren eine beträchtliche Leistungssteigerung bei praktisch vollkommener Verbrennung, hoher Klopffestigkeit und gleichzeitiger Schonung der 5 Motoren. Die Schonung der Motoren wirkt sich als eine wesentliche Verlängerung ihrer Lebensdauer aus. Die als »optimal« angegebenen Mengen haben in mehreren Fällen die Auswirkung gehabt, die normale Lebensdauer von Motoren, trotz erhöhter Leistung,

schwefelhaltigem Dieselöl ist der Zusatz von Halogenkohlenwasserstoffen durchweg zu empfehlen.

Bei dem oben erwähnten bekannten Verfahren, bei
dem die Metallverbindungen unter Zuhilfenahme von
Lösungsvermittlern Anwendung finden sollen, wurden
den Treibstoffen zwar bereits Zinksalze im Bereich
von 4 bis 8,6 mg und Kupfersalze in Mengen von 2
bzw. 5,87 mg, berechnet auf Metall pro Liter, zugesetzt; ein Zusatz von Halogenkohlenwasserstoffen war

hierbei jedoch nicht vorgesehen. Außerdem liegt bei io um mehr als das Dreifache zu verlängern,
den betreffenden bekannten Zusatzmischungen der Als geeignete Zusammensetzung der Zusätze zu Bleizusatz um 50 bis 300% tiefer als bei der vor- Benzinen hat sich beispielsweise eine Mischung von liegenden Erfindung. Dieser Unterschied ist sehr Salzen erwiesen, die 30 mg Blei, 2 mg Kupfer, 8 mg schwerwiegend. Es hat sich nämlich herausgestellt, Zink und ferner 0,0366 ecm Chlorbenzol enthält, daß in den Fällen, bei denen Blei nicht in genügender 15 Speziell für Dieseltreibstoffe ist unter anderem eine Menge vorhanden ist, die erfindungsgemäße Wirkung Mischung geeignet, die 75 mg Blei, 20 mg Kupfer, nur andeutungsweise eintritt. Dies ist darauf zurück- 15 mg Zink in Form von löslichen Salzen und außerzuführen, daß, wie gefunden wurde, der Anteil des dem 0,0724 ecm Äthylendichlorid enthält.
Bleis für das Ausmaß der Filmbildung ausschlag- Bei den Treibstoffen, die mehr als l°/o Schwefel gebend ist, d. h. in quantitativer Hinsicht ist die Film- 20 enthalten, ist es zweckmäßig, die Metallquoten zum bildung wesentlich vom Blei abhängig. Ein bestimm- Zwecke der Bindung etwa sich bildender Säuren des tes Ausmaß der Filmbildung ist aber schlechthin die Schwefels zu erhöhen. Vorgeschlagen wird beispiels-Voraussetzung für jede praktische Verwertung der weise für 2^fl/o Schwefel die Verdoppelung der für die Erfindung. Daher ist eine genügende Menge an Blei erfindungsgemäße Wirkung geforderten Metallnotwendig wie andererseits die Gegenwart von Halo- 25 mengen.

genen, um die Metalle als Salze niederzuschlagen. Für die technische Anwendung der Erfindung ist Ein wesentlicher Unterschied zwischen der bekann- es von Bedeutung, daß alle aufgeführten Zusatzstoffe ten Mischung und der nach der Erfindung anzuwen- in einer miteinander löslichen Form zur Anwendung denden besteht ferner darin, daß bei ersterer in einem kommen und in dem Treibstoff, zusammen mit Fall zwar verhältnismäßig hohe Bleizusätze vor- 30 diesem, in einer echten stabilen Lösung vorliegen, gesehen sind, aber bei gleichzeitigem Zusatz von Zinn, Weiterhin ist es für die Anwendung und Herstellung und zwar in Form von Zinn (Il)-diäthylaminoleat; es des erfindungsgemäßen Treibstoffes in großem Maßhat sich aber gezeigt, daß der Zusatz von Zinnsalzen stab wesentlich, daß die zuzusetzenden Metallverbininfolge fast unvermeidbarer Nebenerscheinungen düngen nicht nur in dem Maße ihrer im Treibstoff mehr Schaden als Nutzen bringt. Bei der Hinzugabe 35 vorgesehenen Konzentration löslich sind, sondern in geringster Mengen von Zinnsalzen läßt sich erfah- weit stärkerer Konzentration. Die technische Anrungsgemäß eine Verklebung und Verschmierung der Wendung der Erfindung ist demnach praktisch Kolbenringe nicht vermeiden. Es ist daher wichtig, nicht möglich, wenn die einzelnen Zusatzlösungen daß der Treibstoff zinnfrei ist. sich nicht bzw. nicht in konzentrierter Form Eine Abweichung von den für den Treibstoffzusatz 40 miteinander mischen lassen. Sie ist ferner außeroben angegebenen unbedingt und gleichzeitig ein- ordentlich beeinträchtigt, wenn mangels genügender zuhaltenden Vorschriften durch Zusatz von Zinn Konzentrierbarkeit der einzelnen Lösungen der einerseits und andererseits durch Verzicht auf den gesamte Handelstreibstoff mit großen Mengen der Zusatz von Halogenverbindungen beeinträchtigt einzelnen schwach konzentrierten Lösungen in entscheidend den durch die Erfindung erreichbaren 45 außerordentlich großen Rührwerken vermischt wer-Erfolg. den müßte. Erst durch Anwendung gut löslicher Für die erfindungsgemäß anzuwendenden Ver- Verbindungen wird es möglich, die entsprechenden bindungen des Zinks, Kupfers und Bleis ist die Menge Additivlösungen herzustellen, die dann in verhältnisder einzelnen Zusätze wesentlich. Es hat sich z. B. mäßig geringen Mengen dem Treibstoff zugesetzt gezeigt, daß bei Zusatz von weniger als 0,5 mg Zink, 5° werden können.

0,5 mg Kupfer und weniger als 2 mg Blei überhaupt Bei der Bearbeitung des sich hieraus ergebenden keine Wirkung im Sinne der Erfindung feststellbar ist. Problems stellte sich heraus, daß sich viele Ver-Bei zu hoher Zinkmenge tritt dagegen der Nachteil bindungen der einzelnen anzuwendenden Metalle in ein, daß sich unerwünschte, sogar schädliche Ab- hinreichend konzentrierte Lösungen bringen lassen, lagerungen im Verbrennungsraum bilden. Außerdem 55 daß dann aber diese Lösungen sich nicht miteinander entsteht bei zu hohen Zinkmengen eine Neigung des in echter Lösung mischen lassen, und weiterhin, daß Treibstoffes zum Klopfen. Bei zu hoher Kupfermenge viele Lösungen von Metallverbindungen sich herist eine abnorme Erhöhung des Kompressionsdruckes stellen und mischen lassen, aber nicht in einer für die durch eine Abdichtung, die die Bildung des für die technische Verwendungsmöglichkeit erforderlichen Schmierung erforderlichen Ölfilms auf der Zylinder- 60 Mindestkonzentration. Dies gilt beispielsweise auch wand verhindert, zu beobachten. von den Benzonaten.

Das Mischungsverhältnis von Kupfer und Zink im Es wurde gefunden, daß die für die praktische

Rahmen der erfindungsgemäß anzuwendenden Men- Verwendungsfähigkeit geforderten Eigenschaften in

gen bei Anwesenheit reichlicher Mengen von Blei ist hervorragender Weise in den Kupfer-, Blei- und bestimmend für die Höhe der einzelnen Teilwirkun- 65 Zinknaphthenaten vorliegen. Die Erfindung schlägt

gen; diese in ein Gleichgewicht zu bringen, welches daher vor, die genannten Metalle vorzugsweise in

eine möglichst große Schonung des Motors gewähr- Form ihrer Naphthenate anzuwenden. Es kommen

leistet, konnte nur auf experimentellem Wege erreicht jedoch auch alle anderen geeigneten Metallverbin-

düngen, ζ. B. auch metallorganische Verbindungen und Salze anderer Carbonsäuren in Frage. Als weniger zweckmäßig haben sich aliphatische Säuren und ungesättigte Säuren erwiesen, welche weniger als 6 Kohlenstoffatome enthalten.

Die nachfolgenden Beispiele stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, ohne ihren gesamten Umfang auszuschöpfen.

Die nachstehenden Beispiele wurden mit den Naphthenaten des Kupfers, Bleis und Zinks ausgeführt. Für die Herstellung der verwendeten einzelnen Stammlösungen wurden handelsübliche Naphthenate des Bleis, Kupfers und Zinks der Hoechster Farbwerke Frankfurt/Main verwendet; diese Naphthenate wurden einzeln in einem Benzin mit dem Siederbereich 80 bis 100° C in solchen Mengen gelöst, daß die Bleilösung pro Liter 58,8 g Blei, die Kupferlösung 13,6 g Kupfer, die Zinklösung 28,8 g Zink enthielt.

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Beispiel 1

50 ecm der Bleilösung, 25 ecm der Kupferlösung und 25 ecm der Zinklösung wurden mit 3,0 ecm Monobrombenzol gemischt und diese Lösung 1001 eines handelsüblichen normalen unverbleiten Fahrbenzins (DEA = Deutsche Erdöl AG, Hamburg, Produktion 1955/56) hinzugefügt.

Prüf bankversuche mit einem Motor Fiat 1100 unter Verwendung des beschriebenen Kraftstoffes ergaben, nach 20stündigem Einlaufen des Motors bei 2500 bis 3000 Touren pro Minute, je eine Höchstleistung von 31 PS gegenüber 30 PS, welche der Motor bei Betrieb mit dem gleichen Benzin ohne den erfindungsgemäßen Zusatz als Höchstleistung auswies. Ferner wurde eine Verminderung des Kraftstoffverbrauches bei 2500 Touren von 246 auf 231 g/PS/h festgestellt. Bei anderen Tourenzahlen konnten ähnliche Verminderungen festgestellt werden.

In den Abgasen wurde ein Absinken des Anteils CO und ein Ansteigen des Anteils CO₂ festgestellt. Der Gasdruck im Ölkarter sank ab und stabilisierte sich auf ein Minimum. Die Leistungsteigerung und die Verbesserung der Verbrennung trat ähnlich ansteigend in Erscheinung. Gleichzeitig wurde ein langsamer Anstieg des tatsächlichen Kompressionsdruckes in den einzelnen Zylindern durch Messungen mit einem selbstschreibenden Motormetermeßgerät (Hermann Schleich, Stuttgart) festgestellt. Trotz des erhöhten Kompressionsdrucks konnte keinerlei Klopfneigung festgestellt werden.

Beispiel 2

55

25 ecm der Bleilösung, 12,5 ecm der Kupferlösung und 12,5 ecm der Zinklösung wurden mit 0,935 ecm Äthylendibromid gemischt und diese Lösung 501 des bei Beispiel 1 verwandten Fahrbenzins zugesetzt.

Prüfbankversuche mit diesem Kraftstoff wurden mit dem bei Beispiel 1 verwandten Motor Fiat 1100 durchgeführt, welcher nach dem im Beispiel 1 durchgeführten Versuch eine Stunde auf diesen abgeänderten Zusatz einlief. Die Höchstleistung blieb 31 PS wie im Beispiel 1, jedoch mit Tendenz nach oben.

Der Kraftstoffverbrauch bei 2500 Touren sank weiter von 231 auf 213 g/PS/h. Eine ähnliche Minderung wurde bei anderen Tourenzahlen festgestellt.

Die Zusammensetzung der Abgase zeigte wenig Abweichungen von derjenigen nach Beispiel 1; das gleiche galt von dem Gasdruck im Ölkarter und Kompressionsdruck. Ebenso wurde keinerlei Klopfneigung festgestellt.

Beispiel 3

Die Zusatzlösung entsprechend Beispiel 1 wurde mit 1001 handelsüblichen Dieselöls gemischt, einem Gasöl mit einem spezifischen Gewicht von 0,840 und einem Schwefelgehalt von 0,96%.

Mit diesem Kraftstoff wurden Versuche mit einem BORGWARD-Diesel-1800-Personenwagen (Baujahr 1953) durchgeführt. Bereits nach kurzer Zeit (50 km Fahrstrecke) machte sich deutlich eine Leistungssteigerung bemerkbar. Diese trat insbesondere als eine wesentliche Steigerung des Beschleunigungsvermögens und bei Bergfahrten in Erscheinung. Bei Bergfahrten war die Leistungssteigerung durchweg derart, daß mit einem höheren Gang gefahren werden konnte.

Nach 30 000 km Fahrt wurde der Motor geöffnet und das Fehlen jeglicher Verkrustungen festgestellt. Auch nach weiteren 20 000 km war die gesteigerte Leistung tets gleichbleibend bei geringstem Kraftstoffverbrauch.

Beispiel 4

Der Zusatzlösung entsprechend Beispiel 2 wurde Dieselöl mit 0,96% Schwefelgehalt zugesetzt.

Die Fahrversuche wurden mit dem BORGWARD-Diesel durchgeführt wie bei Beispiel 3. Die bei dem Versuch nach Beispiel 3 beobachtete Leistungssteigerung stieg um etwa das Doppelte an; ebenso wurde eine weitere Steigerung des Beschleunigungsvermögens festgestellt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Aus Kohlenwasserstoffen bestehende zinnfreie Treibstoffe für Explosions- und Dieselmotoren, welche Blei-, Kupfer- und Zinkverbindungen gelöst in Form von Salzen organischer Säuren oder als metallorganische Verbindungen enthalten, gekennzeichnet durch einen Gehalt (berechnet auf Metalle pro Liter) von mindestens der doppelten Menge Blei, bezogen auf die Summe des Zink- und Kupfergehaltes, wobei die Menge an Zink 0,5 bis 15 mg, die Menge an Kupfer 0,5 bis 25 mg und die Gesamtmenge an Blei, Zink und Kupfer 3 bis 200 mg pro Liter beträgt, ferner durch einen gleichzeitigen Gehalt an bromierten und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen, wobei diese in solchen Mengen vorhanden sind, daß das Brom für eine 10- bis 100%ige Bromierung und das Chlor für eine 20-bis 200%ige Chlorierung der zugesetzten Metalle ausreicht, wobei bei Treibstoffen mit mehr als 1% Schwefelgehalt die Zusatzmenge an den Metallverbindungen zur Bindung der sich bildenden Säuren des Schwefels erhöht werden kann.

2. Treibstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie pro Liter 6 bis 8, vorzugsweise 7,2 mg Zink, 3 bis 5, vorzugsweise 3,4 mg

Kupfer und das 2¹A-- bis 3fache an Blei, bezogen auf die Summe von Zink und Kupfer, vorzugsweise 29,4 mg Blei, enthalten.

3. Treibstoffe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bromkohlen-Wasserstoffe in einer solchen Menge enthalten, daß das Brom zu einer 35- bis 50°/oigen Bromierung der zugesetzten Metalle ausreicht.

4. Treibstoffe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie chlorierte Kohlenwasserstoffe in solcher Menge enthalten, daß das Chlor zu einer 70- bis 100°/oigen Chlorierung der zugesetzten Metalle ausreicht.

5. Treibstoffe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem gleich-

zeitigen Gehalt von chlorierten und bromierten Kohlenwasserstoffen diese anteilmäßig entsprechend den Ansprüchen 3 und 4 enthalten.

6. Treibstoffe mit 2% Schwefelgehalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmenge an Metallverbindungen verdoppelt wird.

7. Treibstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer, Zink und Blei in Form von Naphthenaten darin enthalten sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1023 631,
190, 1030101.

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