DE2144199C3 - Treibstoffe für Ottomotoren - Google Patents
Treibstoffe für OttomotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Treibstoffe für Ottomotoren mit einem Gehalt an oberflächen- bzw. waschaktiven
benzinlöslichen Zusätzen.
Mit der zunehmenden Verkehrsdichte in Großstädten und Straßen geht einher die Verschmutzung
der Atemluft durch teilweise verbrannte oder unverbrannte Anteile von Treibstoffen von Automobilmotoren.
Als eine wichtige Teilursache für die unvoll- 4C
ständige Verbrennung der Benzinkohlenwasserstoffe als auch für Schmierölnebelreste sind die durch Verunreinigungen
und Ablagerungen in den Vergasern hervorgerufenen zu fetten Gemischzusammensetzungen.
Insbesondere bei den neueren Automobil motoren wird die Kurbelwanne entlüftet unter Zurückführung
des sogenannten blowby-Gases in den Ansaugteil oder
das Luftfilter des Vergasers. Wohl wird damit ein Teil der Ölnebel, welche in der Kurbelwanne entstehen,
über den Vergaser in den Motor gebracht und dort größtenteils verbrannt, doch schlagen sich aus den Ölnebeln
auch Anteile in den Vergaserinnenräumen nieder. Die modernen Hochleistungsvergaser sind
komplizierte Gebilde mit sehr feinen Kanälen und Bohrungen und genau kalibrierten Düsen zum Ver- s5
sprühen und Dosieren des Benzins. Wenn nur geringfügige Schmutz- und Rückstandsablagerungen in den
feinen Regelorganen, Düsen und Kanälen dieser Vergaser auftreten, wird die Funktionslahigkeit der Vergaser
sehr stark beeinflußt und verschlechtert. Die <*>
Folge davon ist eine falsche Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, so daß die Verbrennung
im Motor nicht so vollständig erfolgt wie bei sauberen Vergasern. Es treten dann in den Auspuffgasen, wie
schon eingangs erwähnt, teilverbrannte und unverbrannte Kohlenwasserstoffreste auf. Gleichzeitig aber
wird auch das Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid in den Auspuffgasen ungünstig beeinflußt,
d.h. es treten bei verschmutzten Vergasern
höhere Anteile an Kohlenmonoxid auf.
Es ist daher wünschenswert, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Vergaser voa Automobilmotoren
immer sauber zu halten, Ablagerungen an und in den Vergaserteilen zu verhindern und bei schmutzigen
Vergasern durch entsprechende Zusätze zum Treibstoff eine Reinigungswirkung zu erreichen und die
Ablagerungen und Schmutz aus den Vergasern herauszuwaschen.
Versuche mit bekannten öl- und benzinlöslichen oberflächenaktiven Verbindungen haben bisher nur
wenig Erfolg gezeigt Insbesondere Derivate der Ölsäure, Palmkernölfettsäure und andere Fettsäuren im
Bereich von C12- bis C20-Kohlenstoffaiomen sind für
diesen Zweck vorgeschlagen worden. Sulfonate, Aminsalze von Sulfonaten, Aminsalze von Carbonsäuren
und andere ähnliche Verbindungen wurden ausprobiert Insbesondere sollte man vermuten, daß die
Äthanolaminester der Ölsäure eine besondere Reinigungs- und Emulgierwirkung zeigen würden. Dies ist
jedoch, wie Motorversuche zeigten, nicht der Fall. In dem Konzentrationsbereich, der in Treibstoffen zulässig
ist, zeigen sie mit den handelsüblichen Benzinen keine Wirkung.
Auch Verbindungen, Säureamide und Aminsalze,
mit den Aminkomponenten Diäthylentriamin, Dipropylentriamin,
Triäthylentetramin zeißen unter den bei Praxisbedingungen möglichen Konzentraten nur ungenügende
Wirkung iß bezug auf eine Reinhaltung des Vergasers.
Es wurde nun gefunden, daß Treibstoffe für Ottomotoren keine oder praktisch keine Vergaserrückstände
bilden, wenn sie aus handelsüblichen Benzinen und 20 bis 2000 ppm eines Gemisches der oberflächen-
bzw. waschaktiven benzinlöslichen Komponenten
(a) Diamide aus Ci2- bis C20-Fettsäuren und Polyaminen
mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und 2 bis 4 Stickstoffatomen und
(b) Ester aus Ci2- bis C20-Fettsäuren und Äthanoloder
Propanolaminen bestehen.
Die Wirkung dieser Kombination wird noch dadurch gesteigert daß man den Kombinationen als Komponente
(c) an sich als Antioxidantien bekannte durch raumerfüüende
Alkylsubstituenten sterisch gehinderte Phenole sowie gegebenenfalls ferner
(d) als Lösungsvermittler für die Komponenten a bis c und als Oberschmierölkomponente Rückstandsölen aus der Nonanol- und Dekanoloxosynthese
zusetzt
Hierbei hält man zweckmäßig bestimmte Verhältnisse ein, um das Maximum der Wirkung zu erreichen,
und zwar sollte das Verhältnis (a) zu (b) 1:8 bis 8:1
bzw. (a) zu (b) zu (c) 1:1:8 bis 8:1:1 betragen.
Als Fettsäureester von Alkanolaminen seien Ölsäureester des Mono-,oder Di- oder Triäthanolamins,
Palmitin-, Stearin-, Undekansäureester sowie Naphthensäure und Talgölsäureester sowie entsprechende
Ester von Propanolaminen genannt.
Als Di-Fettsäureamide von Polyaminen kommen
Di-ölsäure-<diäthyleniriamin)-diamid, Di-stearinsäure-(dipropylentriamin)-diamid,
Di-palmitinsäure-{diäthylendiamin)-diamid, Di-laurinsäure-(methyldipropylentriamin)-diamid
oder Di-undekansäure-(triäthylentetramin)-diamid in Betracht
Als sterisch gehinderte Phenole werden besonders wirksam befunden: 2,4-Di-tert-butylphenol, 2,6-Di-
tert-butyl-p-kiesol, 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol
und weitere dialkylierte Phenole, Kresole und Xylenole.
Die Zusätzea+b bzw. a+b+c sind vorzugsweise in Mengen von 50 bis 500 ppm im Treibstoff vorhanden.
Man kann diese Waschwirkung sehr deutlich veranschaulichen, wenn man sich des sogenannten
»Residue on Evaporation Tests, Motor Fuek, beschrieben in »Standard Methods for Testing Petroleum
(Febr. 1956) The Inst of Petroleum, London«, Ste394,
bedient Gemäß dieser Methode werden Benzinproben von jeweils 100 cm3 mit den einzelnen als Vergaserwaschkomponenten
vorgeschlagenen Produkten versetzt und wie im Autovergaser mit heißer Luft abgeblasen,
sodann in vorher gewogenen Gläsern die verbleibenden Rückstände zurückgewogen. Behandelt
man diese Rückstände jeweils mit 10 ml n-Heptan, so löst dieses die Rückstände mehr oder weniger ab. Nach
nochmaligem Trockenblasen mit Luft und weiterem Zurückwägen zeigt der Prozentgehalt an weggelöstem
Rückstand die Waschwirkung an (Tabelle 1).
25
ίο
| amin)-diamid I | vom Rückstand | |
| Mono-Ölsäureester von Tri- | weggelöst | |
| äthanolamin II | 20% | |
| 2,4-Di-tert-butyl-phenol III | ||
| Blindwert: Crackbenzin | einer Mischung aus: | 69% |
| 1000 ppm Di-ölsäure-(diäthylentri- | Di-ölsäure-)diäthylentri- | |
| amin)-diamid I | 49% | |
| 1000 ppm | Mono-Ölsäureester von Tri- | 75% |
| äthanolamin II | ||
| 1000 ppm | I | |
| lOOOppm | II | |
| 500 ppm | III | |
| 95% | ||
| + 500 ppm | ||
| 333 ppm | 99% | |
| + 333 ppm | ||
| + 333 ppm |
Eine weitere Verstärkung der Wirkung tritt ein, wenn man als Lösungsvennittler für die erfindungsgemäß
zuzusetzenden Mischungen statt der bekannten »Oberschmieröle« (reine Kohlenwasserstoffmischungen) als
weitere Komponente (d) die Rückstände derOxo-Synthese
von Nonanol und Dekanol nimmt. Man gelangt dann zu völliger Rückstandsauflösung von 100%. Die
Komponente(d) wird in der Regel in einem Mengenverhältnis von 9:1 bis 1:9 zur Summe von (a) + (b)
bzw. (a) + (b) + (c) angewendet Ganz besonders gute Ergebnisse erzielt man mit Mengenverhältnissen von
1:1.
Ein großer, unerwarteter technischer Vorteil besteht dann nämlich auch darin, daß diese Produkte nicht
nur hervorragende Löser für gumartige Rückstände sind, sondern zufolge ihrer Konstitution (höhere Alkohole,
Äther, Acetale und Aldehyde) auch im Motor weit besser verbrennen als die bisher benutzten Ober- ^0
schmieröle.
In einem BASF-Einzylinder-Prüfmotor mit einem Hubvolumen von 332 cm3 (Bohrung = 65 mm Durchmesser,
Hub= 100mm) wurden in 50stündigen Versuchsläufen bei einer konstanten Drehzahl von ^
2000U/min und einem stündlichen Kraftstoffdurchsatz von 1,61 erfindungsgemäße Treibstoffe gefahren.
Der Motor war dabei so modifiziert daß 10% der Auspuffgase wieder dem Kurbelgehäuse unterhalb des 01-spiegels
zurückgeführt wurden und von dort in das Luftfilter der Ansaugleitung des Vsrgasers (Solex Type
26VFIS) geleitet wurden.
Als Schmieröl wurde für diese Versuche ein Gemisch
aus 90 Gew.-Teilen unlegiertem Mineralgrundöl und 10% eines Hf>Öles eingesetzt Der Kraftstoff bestand
aus einem hocholefinischen, nichtstabilisierten Crackbenzin mit hohem Gumgehalt (ASTM D 529).
Nach 50stündigen Versuchsläufen wurden bei dem Kraftstoff ohne die angegebenen Zusätze schwarze
Ablagerungen am Lufttrichter und im Drosselklappenbereich des Vergasers sowie am Schaft des Einlaßventils festgestellt Tabelle 2 zeigt die geringe Reinigungswirkung
jeder der einzelnen Gemischkomponente allein und daß die Kombination bei gleicher
Anwendungsmenge die Reinigungswirkung der jeweiligen Einzelkomponenten sprunghaft übertrifft Die
Auswertung des Verschmutzungsgrades im Vergaser (speziell im Venturi-Rohr) geschieht sinnvoll im Verhältnis
der verschmutzten zur sauberen Fläche.
Die Beurteilung beruht dabei auf einer sogenannten »Demerit-Wertung«, wobei ein vollständig nickstandsfreier
Vergaser und das dazugehörige Einlaßsystem die Wertung 10 erhält Treten Verschmutzungen auf,
so wird entsprechend der Stärke und Menge eine niedrigere Bewertungszahl eingesetzt Der Blindwert
(also kein reinigend wirkender Zusatz im Treibstoff), gleichbedeutend einer »totalen Verschmutzung« wird
mit 0 bewertet Dabei bedeutet »totale Verschmutzung« eine vollkommene Bedeckung der Oberfläche,
die mit Treibstoff in Berührung kommt im Venturirohr, im Drosselklappenbereich des Vergasers und
Ablagerungen am Einlaßventil des Prüfmotors.
Bewertungszahl
(Demerit-Wertung)
Blindwert: Fahrbenzin enthält
Crackbenzin 0
A 1000 ppm Di-ölsäure-(diäthylentri-
amin)-diamid 5
B 1000 ppm Monoölsäureester des Tri-
äthanolainins 0
C 1000 ppm Rückstandsöl aus der Oxosynthese von Nonanol 0
D 1000 ppm 2,4-Di-tert.-butyl-phenoI 3
D 1000 ppm 2,4-Di-tert.-butyl-phenoI 3
E 500ppmDi-ölsäure-{diäthylentri-
amin)-diamid
+ 500 ppm Monoölsäureester des Tri-
+ 500 ppm Monoölsäureester des Tri-
äthanolamins 7
F 250 ppm Di-öisäure-(diäthylentriamin)-diamid
+ 250 ppm Monoölsäureester des Triäthanolamins
+ 500 ppm Rückstandsöl aus der Oxosynthese von Nonaol ^
G 200 ppm Di-ölsäure-(diäthylenlnamin)-diamid
+ 100 ppm Monoölsäureester des Triäthanolamins
+ 200 ppm 2,4-Di-tert.-butylphenol
+ 500 ppm Rückstandsöl aus der Oxosynthese von Nonanol 10
Zwei Wagen der 2-1-Klasse gleichen Typs und gleichen
Fabrikats und annähernd gleicher Laufleistung (±7000 km) wurden mit jeweils dem gleichen Superbenzin
und gleichem Schmieröl im Taxibetrieb gleichzeitig in derselben Stadt gefahren. Die Fahrzeuge
hatten einen Kilometerstand von 67000 bzw. 74000km und befanden sich, besonders der Motor, in technisch
einwandfreiem Zustand.
Es zeigte sich, daß bei dem ersten Fahrzeug, das
mit zusatzfreiem Kraftstoff betrieben wurde, nach 20000 Fahrkilometern keine Verminderung der üblichen
schwärzlichen Ablagerungen im Vergaser und im Gemischeinlaßsystem festgestellt werden konnte.
Wurde jedoch die Produktkombination G aus Tabelle 2 in einer Menge von 200 ppm dem Kraftstoff des zweiten
Fahrzeuges zugesetzt, so trat bereits nach 3000 Fahrkilometern
an den Vergaserteilen ein deutlicher Rückgang der schon gebildeten VerschmutEung ein. Nach
ίο etwa weiteren 5000Fahrkilometern war der Schmutz
an den Wandungen des Vergasers nahezu verschwunden.
Auf einem Motorprüfstand wurde ein Fiat-Motor Typ 600D mit Weber-Vergaser im Leerlaut'betrieben.
Bei Versuchsbeginn wurde das Kraftstoff-Luft-Gemisch so einreguliert, daß das Abgas zwischen 4,0 und
4,5Vol.-% Kohlenmonoxid enthielt Die Kühlwassertemperatur wurde bei 45 ±1° C gehalten. Der verwendete
Kraftstoff war ein unstabilisiertes Benzin t.iii einem Pb-Gehalt von 0,6g/l.
Bei den Versuchen mit dem vorgenannten Kraftstoff trat nach etwa 15 Versuchsstunden ein Anwachsen des
CO-Gehaltes im Abgas auf, das auf die Schmutzablagerungen
im Vergaser zurückzuführen war. Dabei wurden Maximalwerte bis 7Vol.-% CO nach 50Versuchsstunden
gemessen.
Wurden jedoch 200ppm der in den erfindungsgemäßen Treibstoffen enthaltenen Produktkombinationen
dem Kraftstoff zugemischt und der Motor unter sonst gleichen Bedingungen gefahren, so konnte selbst
nach 75Betriebsstunden kein Anwachsen des CO-Anteiles
festgestellt werden. Eine visuelle Überprüfung Vergasers und des Einlaßsystems des Motors des
zeigte, daß keine oder nur äußerst geringfügige Schmutzablagerung eingetreten war.
Claims (3)
1. Treibstoffe für Oöomotoren,bestehend aus den
handelsüblichen Benzinen und 20 bis 2000 ppm eines Gemisches der oberflächen- bzw. waschaktiven
benzinlöslichen Komponenten
a) Diamide aus Cir bis C^Fettsäuren und Polyaminen
mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und
2 bis 4Stickstoffatomen und so
b) Ester aus C12- bis Caj-Fettsäuren und Äthanol-
oder Propanolaminen und gegebenenfalls
c) an sich als Antioxidantien bekannte durch raumerfüllende Alkylsubstituenten sterisch
gehinderte Phenole, sowie gegebenenfalls ferner
d) als Lösungsvermittler für die Komponentena bis c und als Oberschmierölkomponente Rückstandsöle
aus der Nonanol- und Dekanol-Oxosynthese.
2. Treibstoffe gemäß Anspruch 1, enthaltend 50 bis 500 ppm der Komponenten a + b bzw. a+b + c.
3. Treibstoffe gemäß Anspruch 1, in denen das Gewichtsverhältnis (a) zu (b) 1:8 bis 8:1 bzw. (a)
zu (b) zu (c) 1:1:8 bis 8:1:1 beträgt und die Summe
aus (a) + (b) bzw. (a) + (b) + (c) zum Lösungsvermittler (d) im Gewichtsverhältnis 9:1 zu 1:9 steht.
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