DE1645884B1 - Treibstoffe fuer Zweitaktmotoren,die keine oder nur unbedeutende Mengen aschebildender Antiklopfmittel enthalten - Google Patents

Treibstoffe fuer Zweitaktmotoren,die keine oder nur unbedeutende Mengen aschebildender Antiklopfmittel enthalten

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DE1645884B1 DE19671645884 DE1645884A DE1645884B1 DE 1645884 B1 DE1645884 B1 DE 1645884B1 DE 19671645884 DE19671645884 DE 19671645884 DE 1645884 A DE1645884 A DE 1645884A DE 1645884 B1 DE1645884 B1 DE 1645884B1
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft Treibstoffe für Zweitakt- Zur Herstellung hochoctaniger Benzine wird man motoren. daher zunächst stets versuchen, Kohlenwasserstoff-Zweitaktmotoren werden für Automobile, Motor- gemische mit einem relativ hohen Gehalt an Olefinen, roller und für Fahrradhilfsmotoren verwendet. Außer- i-Paraffinen und Naphthenen, vor allem aber einem dem arbeiten Außenbordmotoren und leichte Indu- 5 möglichst hohen Aromatengehalt als Grundbenzin zu striemotoren, wie Motoren für Sägen und Mäh- verwenden.
maschinen, zum größten Teil nach dem Zweitakt- So sind beispielsweise aus der österreichischen
prinzip. Patentschrift 271 607 Benzine bekannt, die in amerika-
Während des Betriebes der Zweitaktmotoren werden nischen Automobilmotoren, d. h. großvolumigen Vier-
an einen Kraftstoff, der normalerweise ein Motor- io taktmotoren, außerordentlich klopffest sind und aus
Schmiermittel enthält, hohe Anforderungen gestellt. mit Bleitetramethyl und/oder Bleiäthyltrimethyl ge-
Die tatsächliche Octanzahl, das ist diejenige Octan- Weiten Grundbenzinen bestehen, deren wesentlichstes
zahl, die man für ein Benzin bei in Betrieb befindlichen Merkmal ein hoher Aromatengehalt von mindestens
Motoren feststellt, ist beträchtlich niedriger als die- 20 Volumprozent und ein Olefingehalt von nicht über
jenige Octanzahl, die man für ein Benzin nach der 15 30 Volumprozent ist. Die in Europa gebräuchlichen,
Research-Methode bei einem Einzylinderlabormotor meist kleinvolumigen und insbesondere bezüglich der
mißt. Sie ist in der Regel sogar niedriger als die ge- Zündanlage, vor allem der Kerzen, sehr empfind-
fundene tatsächliche Octanzahl, wenn das Benzin für liehen Zweitaktmotoren stellen jedoch, wie bereits er-
in Betrieb befindliche Vielzylinderviertaktmotoren ver- wähnt, an Kraftstoffe völlig andere Anforderungen als
wendet wird. Bei Automobilen wird diese tatsächliche ao Viertakter, so daß ein für letztere gut geeignetes Ben-
Octanzahl als Straßen-Octanzahl bezeichnet. zin, selbst wenn es in Viertaktautomobilmotoren unge-
Es ist besonders wichtig, ein Benzin, das für die Ver- süßt eine hohe Straßen-Octanzahl besitzt, für Zweiwendung in Zweitaktmotoren vorgesehen ist, in einer taktmotoren ungeeignet sein kann. m solchen Weise aus verschiedenen Komponenten zu Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein mischen, daß die tatsächliche Octanzahl so hoch wie 25 klopffestes, jedoch möglichst von aschebildenden Zumöglich ist und daß auch die Bildung von Verbren- sätzen freies, d. h. wenig oder nicht gebleites Benzin nungsniederschlägen vermieden wird, die den »Octan- für Zweitaktmotoren zu schaffen, kann deshalb auch zahlbedarf« der in Betrieb befindlichen Zweitakt- nicht auf dem naheliegenden Weg, nämlich durch motoren steigern. einen möglichst hohen Aromatengehalt, sondern nur
Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen wer- 30 durch Benzine mit einem möglichst hohen Gehalt an
den oft katalytisch gespaltene Kohlenwasserstoffe als bestimmten i-Paraffinen und einem stark beschränkten
Mischkomponenten für Benzingemische verwendet. Olefingehalt gelöst werden.
Katalytisch gespaltene Kohlenwasserstofffraktionen Gegenstand der Erfindung sind Treibstoffe für
enthalten einen relativ hohen Anteil an Olefinen, bei- Zweitaktmotoren, die keine oder nur unbedeutende
spielsweise 30 bis 60 Volumprozent. Es ist bekannt,-35 Mengen aschebildender Antiklopfmittel enthalten und
daß Zweitaktmotoren ungünstig auf Benzine reagieren, gekennzeichnet sind durch einen Gehalt von minde-
die Olefine enthalten, d. h., sie neigen stark zum stens 20 Volumprozent verzweigter, gesättigter, alipha-
Klopfen. Aus diesem Grunde sind katalytisch ge- tischer Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 6 Kohlenstoff-
spaltene Benzine und andere Benzine mit einem atomen, von bis zu 15 Volumprozent Olefinen und
relativ hohen Anteil an Olefinen weniger für die Ver- 40 gegebenenfalls eines Schmiermittels.
Wendung in Zweitaktmotoren geeignet. Die erfindungsgemäßen Treibstoffe weisen eine
Benzine bestehenin der Regel aus zahlreichen, meist relativ hohe tatsächliche Octanzahl auf. Als Minur nach ihrer Gattung bestimmten Verbindungen, und schungskompönenten können auch Kohlenwasserzwar vorwiegend aus Kohlenwasserstoffen, deren Ver- Stofffraktionen verwendet werden, die relativ große f halten im Motor im Gemisch mit anderen Verbin- 45 Mengen an Olefinen enthalten. ^ düngen sich häufig stark und in meist unvorherseh- Kleine Mengen Tetraalkylblei haben praktisch keine barer Weise von ihrem Verhalten im Motor bei der Steigerung des Octanzahlbedarfs zur Folge und können Verwendung in reiner Form, d. h. als Einzelstoffe in den Treibstoffen gemäß der Erfindung geduldet unterscheidet. Die üblichen Kenndaten, z. B. die werden. Unter kleinen Mengen Tetraalkylblei sind Research- oder die Motorenoctanzahl, können allen- 50 solche Mengen zu verstehen, die nicht mehr als 0,1 g falls einen gewissen Anhaltspunkt für das Verhalten, Blei pro 3,78 1 Benzin entsprechen.
z. B. die Klopfneigung, einer bestimmten Verbindung Geeignete Benzinkomponenten, die zum Mischen in einem bestimmten Motor geben.-Beidieser Sachlage . der erfindungsgemäßen Treibstoffe verwendet werden kann auch der auf dem Gebiet der Kraftstoffherstel- können, sind solche, die einen relativ hohen Anteil lung erfahrene Fachmann ein bestimmten Anforde- 55 verzweigter, aliphatischer, gesättigter. C5-6-Kohlenrungen in der Praxis genügendes Benzin nicht am Wasserstoffe (nachfolgend auch als i-C5-e-Alkane beReißbrett entwerfen, sondern ist letztlich auf einen zeichnet) und einen relativ geringen Anteil an Olefinen glücklichen Griff angewiesen, der ihm durch seine enthalten. Derartige Komponenten sind Straight-run-Fachkenntnis allenfalls erleichtert wird. Kopffraktionen und katalytisch reformiertes Benzin
Grundsätzlich gilt, daß η-Paraffine Benzine mit 60 und dessen Fraktionen. Es können natürlich auch
einer besonders geringen Klopffestigkeit, Olefine, i-C5_6-Alkane als solche verwendet werden, indem man
Naphthene und i-Paraffine Benzine^ mit höherer und beispielsweise besondere Gemische herstellt, die diese
Aromaten Benzine mit besonders hoher Klopffestig- Alkane enthalten. Derartige Gemische können durch
keit ergeben, wie z. B. aus »Petroleum Refiner«, Vol. 35 fraktionierte Destillation geeigneter Raffinerieerzeug-
(1956), Nr. 7, S. 148, »Modern Petroleum Techno- 65 nisse, wie isomerisierte Benzine und Alkylierungs-
logy«, The -Institute of Petroleum, London (1954), produkte, isoliert werden. Ein i-C5-e-Alkane enthalten-
S. 397/398, und »The Oil and Gas Journal« (1956), des Gemisch, das beispielsweise durch Destillation
S. 96 bis 99, bekannt ist. von Straight-run-Kopffraktionen isoliert wurde, be-
stand aus etwa 0,4 Gewichtsprozent n-Pentan, 3,1 Gewichtsprozent 2,2-Dimethylbutan, 14,6 Gewichtsprozent Cyclopentan, 18,9 Gewichtsprozent 2,3-Dimethylbutan, 40,9 Gewichtsprozent 2-Methylpentan, 20,4 Gewichtsprozent 3-Methylpentan, 1,7 Gewichtsprozent η-Hexan, weniger als 0,1 Gewichtsprozent Methylcyclopentan und weniger als 0,1 Gewichtsprozent Benzol.
Neben i-Cs-6-Alkanen enthalten katalytisch gespaltene Kohlenwasserstofffraktionen im allgemeinen einen relativ großen Anteil an Olefinen. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Treibstoffe verwende-. ten Mengen katalytisch gespaltener Fraktionen müssen daher mit der Forderung in Einklang gebracht werden, daß das Benzin nicht mehr als 15 Volumprozent Olefine enthält. Katalytisch gespaltene Kopffraktionen enthalten beispielsweise etwa 60 Volumprozent Olefine und etwa 30 Volumprozent i-Cs_6-Alkane. Ein katalytisch gespaltenes Schwerbenzin enthält etwa 20 bis 30 Volumprozent Olefine und keine oder fast keine i-C5_6- Alkane. Die obenerwähnten Straight-run-Kopffraktionen und die katalytisch reformierten Benzinfraktionen enthalten etwa bis zu 2 Volumprozent Olefine und etwa 10 bis 30 Volumprozent i-C5_e-Alkane.
Im allgemeinen haben Motorentreibstoffe eine Destillationskurve gemäß der ASTM D-86-Norm mit einem Anfangssiedepunkt von etwa 38° C und einem Endsiedepunkt von etwa 218° C. Eine solche Kurve muß aber nicht unbedingt vorliegen. Unter gegebenen Umständen können auch Benzine mit einer anderen Destillationskurve verwendet werden. Für ein kaltes Klima werden beispielsweise zweckmäßig Treibstoffe mit einer relativ hohen Flüchtigkeit hergestellt. Es ist üblich, die Flüchtigkeit des Treibstoffs durch Zusatz von Butanen auf den gewünschten Wert zu bringen.
Beim Herstellen der erfindungsgemäßen Treibstoffe ist es wünschenswert, auf die Flüchtigkeit und Destillationskurve der üblichen Motorentreibstoffe Rücksicht zu nehmen. Treibstoffe, die mehr als 60 Volumprozent i-C5-e-Alkane enthalten, sind zu leicht flüchtig, was einen hohen Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.
Wie oben auseinandergesetzt wurde, werden Treibstoffe, die einen relativ hohen Anteil Olefine enthalten, wegen des in den Motoren auftretenden Klopfens für die Verwendung in Zweitaktmotoren als nicht geeignet angesehen. Jedoch können erfindungsgemäß
ίο Olefine und Mischungskomponenten verwendet werden, sofern die fertigen Treibstoffe maximal bis zu etwa 15 Volumprozent Olefine enthalten.
Es werden erfindungsgemäß vorzugsweise solche Treibstoffe hergestellt, die bis zu 5 Volumprozent Olefine enthalten. Die Straßen-Octanzahl dieser Treibstoffe, die an einem Fahrzeug mit Zweitaktmotor auf der Straße gemessen wurde, ist relativ höher als die von Treibstoffen mit höherem Olefingehalt.
Die erfindungsgemäßen Treibstoffe werden vorzugsweise hergestellt, indem man als Mischkomponenten Straight-run-Kopffraktionen, katalytisch reformierte Fraktionen, Isomerisierungs- und/oder Alkylierungsprodukte und, wenn gewünscht, i-C5_6-Alkane verwendet.
Die Erfindung wird an Hand der Daten der folgenden Tabelle erläutert. Diese Tabelle enthält die Zusammensetzung verschiedener Treibstoffe, einschließlich die erfindungsgemäßen Treibstoffe, und die Straßen-Octanzahlen, die bei einem im Straßenverkehr eingesetzten DKW-F-102-Wagen gefunden wurden (nach der modifizierten Union-Town-Methode). Die Treibstoffe wurden aus normalen Raffinerieprodukten, wie sie derzeit für dieZusammensetzung von Motorentreibstoffen gebräuchlich sind, gemischt. In den Mötorentreibstoffen Nr. 3, 4, 7, 8 und 12 bis 20 einschließlich werden auch i-C5_6-Alkane, die durch Destillation von Straight-run-Kopffraktionen erhalten werden, verwendet.
F-1-Octanzahl*) Aro
maten		 Olefine Zusammensetzung des i-Q-
Alkane		 Treibstoffs in Volumprozent Straßen-Octanzahl
DKW-F 102
nach der modifizierten
Unions-Town-Methode)
Treibstoff
Nr.		 79,4 18,5 1,8 gesättigte
Kohlen
wasserstoffe		 7,2 i-C„-
Alkane		 i-Q-e-
Alkane
insgesamt		 74
1 80,6 20,9 5,0 79,7 6,4 10,8 18,0 74
2 80,0 12,3 1,2 74,1 4,8 9,6 16,0 78,5
3 81,6 14,7 4,4 86,5 4,0 37,2 42,0 78,5
4 81,0 30,6 0,7 80,9 7,2 36,0 40,0 74
5 78,0 24,6 1,1 68,7 7,5 10,6 17,8 72
6 80,0 22,4 0,8 74,3 5,4 11,1 18,6 78
7 88,5 39,0 0,7 56,8 2,6 28,0 33,4 80,6
8 80 16,1 33,4 60,3 7,4 28,9 31,5 72
9 84,8 25,9 14,6 50,5 7,8 4,9 12,'3 74,3
10 82,0 24,6 9,7 59,5 5,2 9,3 17,1 74,3
11 84,0 19,6 10,7 65,7 2,4 7,8 13,0 77,3
12· 84,6 30,1 1,0 69,7 1,6 33,6 36,0 78
13 84,6 28,6 4,3 68,9 3,6 22,4 24,0 79,3
14 84,2 30,7 4,5 67,1 4,4 25,4 29,0 79,3
15 84,1 25,5 6,7 64,8 2,5 16,6 21,0 78
16 84,0 29,2 6,7 67,8 3,2 32,8 35,3 77
17 84,0 29,4 7,0 64,1 4,0 23,6 26,8 73
18 84,1 36,2 3,7 63,6 3,9 15,7 19,7 74,3
19 84,0 28,9 6,9 60,1 13,5 10,5 14,4 73
20 84,0 30,8 7,5 64,2 4,4 5,9 19,4 73
21 84,1 34,2 4,2 61,7 4,4 6,7 11,1 74,3
22 61,6 6,6 11,0
*) Bestimmt nach der ASTM D-908-Nofm.

Claims (8)

Diese Tabelle zeigt, daß alle die Treibstoffe, die 20 Volumprozent oder mehr i-C5-e-Alkane enthalten, 'eine höhere Straßen-Octanzahl aufweisen als die Treib^ stoffe, die weniger als 20 Volumprozent i-C5_6-Alkane enthalten. Treibstoffe, die mehr als 20 Volumprozent '5 i-C5_6-Alkane enthalten, behalten mit steigendem Olefingehalt bis zu etwa 15 Volumprozent eine relativ hohe Straßen-Octanzahl bei. Bei Treibstoffen, die weniger als 20 Volumprozent i-C5_6-Alkane enthalten, ist das nicht der Fall. Treibstoffe mit mehr als 20 Vo-■lumprozent i-C5_6-Alkanen und mit 5 Volumprozent Olefinen haben die gleiche Cetanzahl wie Treibstoffe, die nur bis zu etwa 1 Volumprozent Olefin enthalten. Die erfindungsgemäßen Treibstoffe können die üblichen Additive, wie metallfreie Antiklopfmittel, Antikorrosionsmittel, die Vereisung verhindernde Mittel, Metalldesaktivatoren, Oxydationsinhibitoren und andere Zusätze,, die gewöhnlich den Treibstoffen zugegeben werden, enthalten. ' Es wurde bereits oben darauf_ hingewiesen, daß Treibstoffe für Zweitaktmotoren häufig ein Schmiermittel enthalten, das zum Schmieren des Motors notwendig ist. Eine Ausnahme von dieser Regel- bilden Treibstoffe für solche Zweitaktmotoren, die eine besondere Vorrichtung für die Schmierung aufweisen, beispielsweise einen Behälter, aus dem das Schmiermittel in bestimmten Mengen in den Vergaser eingeführt wird; jedoch auch hier wird der Treibstoff vor 'Erreichen des Motors mit dem Schmiermittel vermischt. Das Schmiermittel kann daher in beiden •Fällen die Eigenschaften des Treibstoffs-beeinflussen; ■Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Treibstoffe alle eine relativ hohe Straßen-Octanzahl aufweisen. Bedingt durch die Tatsache, daß keine äschebildenden Antiklopfmittel in den '35 Treibstoffen vorhanden sind, hat deren "Verwendung ■zur Folge· daß keine Steigerung; des Octanzahlbedarfs des Motors eintritt, da sich, aus dem Treibstoff keine ,Asche in der . Verbrennungskammer niederschlägt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert; und.von Vor-;4q teil, ein Schmierölmittel zu verwenden, das wenig oder keine Asche bei der Verbrennung bildet Vorzugsweise wird-ein Schmiermittel verwendet, das einen äsche^· Ire'ien'Zusatzstoff,, der als ein Reinigungs- und Antikorrosionsmittel wirkt, und auch einen.reinigend wirkenden Zusatz in Form einer Eidalkaliseife einer ■ organischen Säure enthält. · I : Ein Beispiel für einen aschefreien Zusatzstoff mit \ Reinigungswirkung ist' ein. Amidgemisch, das aus 1 aliphatischen Carbonsäuren mit 16 bis 32 Kohlenstoffatomen und Polyalkylenpolyaminen,; wie Diäthylentri- .; amin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin.,· so- . wie deren Homologen und deren Gemischen erhalten ! wird. Bevorzugt sind Gemische dieser Art* die sich von aliphatischen C^-Carbonsäuren ableiten. Beispiele für Erdalkaliseifen sind die Calcium- und i Bariumsalze öllöslicher: Sulfonsäuren, beispielsweise von Erdölsulfonsauren, die durch Sulfonierung von \ Erdölfraktionen erhalten werden, und die Salze der '·. Alkylsalicylsäuren mit einem, oder mehreren Alkylresten, die. 10 bis 20 Kohlenstoff atome aufweisen. Diese Salze können neutral sein oder basisch, d, h. mehr als ein Äquivalent Erdalkali pro Äquivalent Säure enthalten. . . Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Schmiermittels, das ein Succinirnidderivat und, das Calciumsalz einer Erdölsulfonsäure enthält. Das Succinirnidderivat wird als Reaktionsprodukt einer Qo-2oö"Älkyl- oder Älkenylbernsteinsäure oder deren Anhydrid und eines Polyalkylenpolyamins, beispielsweise Tetraäthylenpentamin oder Polyätbylenpolyamingemische, erhalten. Es wird beispielsweise ein Schmiermittel verwendet, das aus 98,5 bis 95 Gewichtsprozent eines Schmieröls vom Typ SAE 30 mit einem Viskositätsindex von 90 bis 100, 1 bis 4 Gewichtsprozent eines Succinimidderivatgemisches, das aus C80_150-Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid und einem Gemisch von Polyäthylenpolyaminen, entsprechend einer Zusammensetzung von Tetraäthylenpentamin, erhalten wurde, und 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Calciumsalzes einer Erdölsulfonsäure mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 450 besteht. Beispiele für Schmiermittelzusätze, die vorzugsweise als Komponente des Schmiermittels verwendet werden, sind im Handel erhältliche Succinimidderivatgemische oder Erdölcalciumsulfonat. Wie oben ersichtlich ist, werden die Schmiermittel dem Treibstoff direkt oder einer Dosiervorrichtung im betreffenden Fahrzeug zugegeben. Die dem Treibstoff m direkt zugesetzte Schmiermittelmenge kann variieren, \ liegt aber im allgemeinen zwischen 1 und 6 Volum* prozent. -Das Schmieröl kann auch andere Zusätze, wie Oxy- -dationsinhibitoren, Antikorrosionsmittel, Antifreßmittel und andere Stoffe, wie sie gewöhnlich dem •Schmieröl zugesetzt werden, enthalten. . Die erfindüngsgemäßen Treibstoffe sind besonders für kleine Zweitaktmotoren geeignet, z. B. für Fahrradhilfsmotoren,- Motorroller, Außenbordmotoren, Mähmaschinen, Sägen, und Melkmaschinen. ■ Patentansprüche:
1. Treibstoffe für· Zweitaktmotoren, die keine oder nur unbedeutende Mengen aschebildender ■ Antiklopfmittel enthalten, g e-k e η η zreich.net d u r ch einen Gehalt,von mindestens 20 Volum-.. prozent verzweigter, gesättigter, aliphatischer Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 6 Kohlenstoffatomen, von •bis zu 15Vplumprpzent Olefinen und gegebenen-" falls eines Schmiermittels. ;
2. Treibstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i , zeichnet, ..daß sie höchstens 60 Volumprozent verzweigte, -gesättigte; - aliphatische Kohlenwasser-
; stoffe mit 5; bis'6 Kohlenstoffatomen enthalten.
3. Treibstoffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 5 Volumprozent Olefine enthalten. *
4. Treibstoffe nach Anspruch 1 bis 3a dadurch gekennzeichnet, daß sie. unter Verwen&ung von Straight-run-Benzinfräktionen, -katalytisch reformierten Fraktionen, Isomerisierungs- und/oder
: Älkylierungsprödukten und, falls gewünscht, verzweigten, gesättigten,- aliphatischen C5-6-Kohlenwasserstoffen als 'Mischkomponenten hergestellt Worden sind.
5. Treibstoffe nach Anspruch 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet,, daß sie Schmiermittel mit einem
• aschefreien Zusatz enthalten. [
6. Treibstoffe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schmiermittel mit einem aschefreien Schmiermittelzusatz und einer
. Erdalkaliseife einer organischen Säure enthalten.
7. Treibstoffe nach Anspruch 6, dadurch gekenn-"' zeichnet, ■ daß sie ein Schmiermittel mit einem Reaktionsprodukt. aus einer Cao-goo-Alkyl- oder
Alkylenbernsteinsäure oder -anhydrid und einem Polyalkylenpolyamin und das Calciumsalz einer Erdölsulfonsäure enthalten.
8. Treibstoffe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schmiermittel enthalten, das aus 98,5 bis 95 Gewichtsprozent eines Schmieröls vom Typ SAE 30 mit einem Viskositätsindex von 90 bis 100, 1 bis 4 Gewichtsprozent eines Succin-
imidderivatgemisches, das durch Umsetzung von Cgo-iso-Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid und einem Gemisch von Polyäthylenpolyaminen entsprechend einer Zusammensetzung von Tetraäthylenpentamin erhalten worden ist, und 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Calciumsalzes einer Erdölsulfonsäure mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 450 besteht.
909 550/83
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