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LP 8086
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Eraftstoffe fuer Otto-Motoren Die Erfindung betrifft Kraftstoffe,
die besonders vorteilhaft zum Betrieb hochverdichteter Otto-Motoren verwendet werden
koennen.
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Otto-Motoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad sind u.a.
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durch ein Verdichtungsverhaeltnis ausgezeichnet, das im allgemeinen
mehr als 8 betraegt. Ein stoerungsBreier Betrieb derartiger Motoren verlangt Kraftstoffe
von ausreichender Klop£-festigkeit. Die hierfuer charakteristische Octanzahl, bestimmt
nach der Researeh-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.
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Bei besonders ausgezeichneten Kraftstoffen betraegt die Differenz
zwischen ROZ und MOZ, die sog. sensitivity, nicht mehr als 5 bis 8 Einheiten.
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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 Vol,-% betraegt. Die ROZ wird dabei staerker als die MOZ auBgewertet.
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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 Abgasbestandteile.
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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 deshal'b als Kraftstoffkomponenten
nur eingeschraenkt zur Verfuegung.
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Eine bekannte und allgemein noch uebliche Massnahme zur Erhoehung
der Klopffestigkeit von Otto-Kraftstoffen ist der Zusatz von Bleialkylen, insbesondere
von Bleitetraethyl.
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Als entscheidender Nachteil ist hierbei die Austragung von Bleiverbindungen
mit dem Motorabgas anzusehen, was zu einer wachsenden Belastung der Atmosphaere
fuehrt.
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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 Phasentrennung methanolhaltiger Otto-Kraftstoffe fuehren kann.
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Unguenstig sind auch der geringe Energieinhalt, die sehr grosse Sensitivity
und die relativ hohe Verdampfungswaerme
des Methanols (A. Kuhlmann,
H. May, B. Pischinger - Methanol und Wasserstoff . Automobilkraftstoffe der Zukunft
- Verlag TUEVGmbH, Roeln 1976; I.L. Keller, E.E. Ecklund - 10. Welterdoelkongress,
Bukarest 1979', Penel Disc. 21(4)).
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In neuerer Zeit kommen Kraftstoffe fuer hochverdichtete Otto-Motoren
auf den Markt, die spezielle Ether, insbesondere Methyl-Tertiaerbutyl-Ether (MTBE)
enthalten. Diese Kraftstoffkomponente wird durch Veretherung von Isobuten mit Methanol
hergestellt. Durch die relativ begrenzte Verfuegbarkeit von Isobuten kann MTBE jedoch
meist nur in unzureichenden Mengen eingesetzt werden.
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Ziel der Erfindung sind Kraftstoffe zum Betrieb besonders von hochverdichteten
Otto-Motoren, die bisher bekannte Loesungen gleicher Zielstellung auf oekonomische
Weise ersetzen oder ergaenzen koennen und die aufgezeigten Nachteile nicht besitzen.
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Es bestand somit die Aufgabe, Otto-Kraftstoffe zu finden, die sich
insbesondere durch- eine hohe Klopffestigkeit ueber einen weiten Drehzahlbereich
des Motors und eine saubere Verbrennung auszeichnen.
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Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe durch Kraftstoffe geloest, welche
Dialkoxyalkane der Formel R2 R3O C OR4 R1 enthalten. Auf Grund der im allgemeinen
hohen Mischoctanzahl dieser Verbindungsklasse wird die Klopffestigkeit kommerzieller
Kraftstoffe vielfach schon bei geringem Gehalt
an Dialkoxyalkanen
merkbar verbessert. Dies gilt insbesondere fuer Kraftstoffe, welche Dialkoxyalkane
vom genannten Typ mit R1 gleich CH3, 02115 oder C3H7, mit R2 gleich 0113 oder C2H5,
mit R3 gleich 0113, C2H5, 03117 oder C4Hg und mit R4 gleich 0113, C2H5, C3H7 oder
04119 sowie gegebenenfalls Dialkoxymethane enthalten.
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Durch Dialkoxymethane kann das gegebenenfalls bei sehr tiefen Temperaturen
ungenuegende Startverhalten der erfindungsgemaessen 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 150°C sieden und deren Mengenanteil mehr als 40 % beträgt.
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Grundsaetzlich lassen sich Otto-Motoren auch mit reinen Dialkoxyalkanen
betreiben. Aus wirtschaftlichen Gruenden ist es jedoch im allgemeinen guenstig,
wenn die Kraftstoffe daneben oder im wesentlichen noch andere Komponenten enthalten.
Zweckmaessigerweise bestehen die erfindungsgemaessen Otto-Kraftstoffe aus Kohlenwasserstoffgemischen
mit einem Gehalt an Dialkoxyalkanen ton nicht mehr als 95 Vol.-%.
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Daneben koennen die Kraftstoffe noch andere Stoffklassen wie z.B.
Alkohol, Carbonylverbindungen und Ester, spezielle Zusaetze zur weiteren Klopfwerterhoehung,
insbesondere Bleialkyle, sowie Phosphorverbindungen enthalten.
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Einfluss auf ein gutes Beschleunigungsverhalten der Kraftstoffe nehmen
vor allem die 2,2-Dialkoxypropane. Besonders guenstig verhalten sich solche Otto-Kraftstoffe,
die 2,2-Dialkoxypropane in Mengen von 1 bis 95 Vol.-% und Dialkoxymethane in Mengen
von 0 bis 20 Vol-% enthalten.
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Im Hinblick auf die Klopffestigkeit von Kohlenwasserstoffgemischen,
das Start- und Uebergangsverhalten des Motors und die Kaeltebestaendigkeit der Kraftstoffe
hat sich das 2,2-Dinethoxypropan, das z.B, aus Propan und Methanol verhaeltnismaessig
leicht und in grossen Mengen herstellbar ist, als besonders guenstig erwiesen. Eine
bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung sind deshalb Kraftstoffe, die 2,2-Dimethoxypropan
in Mengen von 2 bis 50 Vol-% und
Dimethoxymethan in Mengen von 0
bis 15 Vol-% enthalten.
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Der weiteren Erlaeuterung vorliegender Erfindung dient folgende Tabelle,
in der verschieden zusammengesetzte Kraftstoffe und deren Klopfverhalten aufgefuehrt
sind: Kraftstoffe A B C D E F G H I J Vol-% KW 100 80 75 80 85 85 95 90 85 80 Vol-%
DMOPr ° 15 25 0 10 5 5 10 15 20 Vol-% MOEOPr O 0 0 0 5 5 0 0 0 0 Vol-% DEOPe 0 0
0 10 0 5 0 0 0 0 Vol-% DMOM 0 5 0 10 0 0 0 0 0 0 ROZ 88 89 91,5 88,5 89 90,5 88,5
89 89,5 91 MOZ 79 79,5 81 79,579,5 80 79,5 80 80 81 KW Kohlenwasserstoffgemisch
mit Vol-% Aromaten Vol-% Paraffine und DMOPr 2, 2-Dimethoxypropan Naphthene MOEOPr
2-Methoxy-2-Ethoxypropan DEOPe 2,2-Diethoxypentan DMOM Dimethoxymethan Ausfuehrungsbeispiele
Beispiel 1 Ein Handelskraftstoff mit 0,04 Vol-% m hat eine Klopffestigkeit von 88,2
ROZ-Einheiten. Im Europaeischen Fahrzyklus-Abgastest ergeben sich folgende Werte
(PKW des Typs ''Wolga''): 187 g CO/Test 6,5 g Rest-CH/Test Nach 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
tC siedend) und 15 Vol-% Methanol hat eine Klopffestigkeit von 94,5 ROZ-Einheiten.
Im Europaeischen Fahrzyklus-Abgastest gem. Beispiel 1 ergeben sich folgende Werte:
165 g CO/Test 6,1 g Rest-OH/Test Nach Zusatz von 20 Vol.-% 2,2-Dimethoxypropan und
5 Vol-% Dimethoxymetha;n erhoeht sich die Klopffestigkeit auf 96 ROZ-Einheiten.
Die Abgaswerte sind 141 g CO/Test 3,9 g Rest-CH/Test