DE3801947A1 - Verfahren zum betreiben eines otto-motors - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben
eines Otto-Motors mit einem unverbleiten flüssigen
Kraftstoff, enthaltend einen Zusatz von 1 bis 100,
vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-ppm Ferrocen.
Es ist das Ziel der Verordnungsgeber in den
Industrieländern, die Emissionen aus
Verbrennungskraftmotoren von insbesondere
Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxiden (NO x ) und
Kohlenwasserstoffen (C m H n ) zu beschränken, um die
mit diesen Emissionen verbundenen Umweltbelastungen zu
begrenzen. Auch die als Klopfbremsen den Kraftstoffen
für Otto-Motoren zugesetzten Bleiverbindungen sind
hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zunehmenden
Beschränkungen unterworfen. Durch Bleizusatz
verbleiter Kraftstoff würde die zur Eliminierung der
Schadstoffe CO, NO x und C m H n eingesetzten
Abgaskatalysatoren durch Belegung der aktiven Zentren
des Katalysators unwirksam machen (vergiften). Von den
für die Reinigung von Autoabgasen entwickelten
Lösungswegen haben katalytische Verfahren große
Bedeutung erlangt (vgl. Chemiker-Zeitung, 97. Jahrgang
1973, Nr. 9, S. 469 ff.).
Wegen der gesundheitsschädlichen Wirkung von in den
Verbrennungsabgasen des Betriebes von Otto-Motoren
enthaltenen Bleiverbindungen hat man nach Alternativen
gesucht, die die günstige Wirkung des Zusatzes von
Bleiverbindungen, nämlich insbesondere Verbesserung
des Klopfverhaltens, aber auch eine gewisse günstige
Wirkung in bezug auf den Verschleiß der Auslaßventile
von Viertakt-Otto-Motoren, ebenfalls aufweisen würden.
So sind flüssige Kohlenwasserstoffmischungen,
bestehend im wesentlichen aus Benzin und einer
organometallischen Verbindung aus der Gruppe von
Dicyclopentadienyleisen (Ferrocen) und benzinlöslichen
Derivaten, zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
und der Abgasverschmutzung sowie zur Entfernung oder
Herabsetzung der Kohlenstoffabscheidungen
vorgeschlagen worden, wobei derartige Mischungen auch
noch die üblichen Zusätze eines Antiklopfmittels
enthalten konnten (vgl. DE-OS 25 02 307) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, bei einem
Verfahren der eingangs angegebenen Art zu einer
Verringerung des Kraftstoffverbrauches sowie der
Abgasemissionen beizutragen.
Es wurde gefunden, daß mit einem
Abgaskatalysatorsystem zur Abgasnachverbrennung
ausgerüstete Otto-Motoren mit verbesserter Wirkung des
Katalysatorsystems mit ferrocenadditiviertem
Kraftstoff betrieben werden können.
Die positiven Wirkungen eines Ferrocen-Zusatzes werden
bei Zusatzmengen von Ferrocen zu dem Kraftstoff in
Mengen von 1 bis 100, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-ppm
Ferrocen erreicht. Ferrocen wird dem Kraftstoff in den
entsprechend der empfohlenen Konzentration
erforderlichen Mengen aufgrund seiner guten
Löslichkeit unter Vermischen direkt zugesetzt. Es ist
zweckmäßig, ein Konzentrat von in flüssigem Kraftstoff
(Benzin), einem Alkohol, einem Ether, einem
aromatischen Lösungsmittel oder deren Gemischen
o. dgl. gelöstem Ferrocen herzustellen und von diesem
dann die erforderliche Volumenmenge dem Kraftstoff zur
Einstellung der gewünschten Ferrocenkonzentration
zuzumischen.
Der mit Ferrocen additivierte flüssige Kraftstoff
ergab überraschend beim Betrieb eines mit einem
geregelten Katalysatorsystem ausgerüsteten Otto-Motors
unter Betriebsbedingungen im Feldtest die nachfolgend
näher beschriebenen Vorteile. Die für die Feldtests
eingesetzten serienmäßigen Fahrzeuge waren mit einem
geregelten Katalysatorsystem, aufgebaut auf einem
monolithischen Träger mit einer Beschichtung aus
katalytisch wirksamen Metallen, ausgerüstet.
Ein Versuchsprogramm an einem druckindizierten
1-Zylinder-Motor zeigte eine Verminderung der
sogenannten Zyklus-Variationen beim Betrieb mit
ferrocenadditiviertem Kraftstoff. In Übertragung auf
das Betriebsverhalten von Vollmotoren kann daraus auf
einen gleichmäßigeren Motorlauf und bessere
Kraftstoffausnutzung sowie bessere Möglichkeiten zu
einem optimierten Verbrennungsablauf geschlossen
werden.
Die Erfindung wird weiter erläutert anhand der
nachfolgend wiedergegebenen Fig. 1 bis 8, in denen
Meßprogramme und die erzielten Ergebnisse an zwei
serienmäßigen mit Abgaskatalysator und Lambdasonde
ausgerüsteten Kraftfahrzeugen der oberen Mittelklasse
über Laufleistungen im Feldtest unter typischen
Straßenverkehrsbedingungen von 80 000 km dokumentiert
sind, wobei beide Fahrzeuge mit dem gleichen
Referenzkraftstoff betrieben wurden, mit dem einzigen
Unterschied, daß das eine Fahrzeug mit dem mit
Ferrocen additivierten Referenzkraftstoff betrieben
wurde. Der mit Ferrocen additivierte Kraftstoff ist
über das gesamte Versuchsprogramm mit einer
Ferrocenkonzentration von 15 Gew.-ppm eingesetzt
worden.
Fig. 1 dokumentiert den OZ-Bedarfsanstieg in den
Motoren der beiden Testfahrzeuge im Vergleich. Die
Ergebnisse sind ausgedrückt als Vorverstellung
°-Kurbelwinkel in Abhängigkeit von der Laufleistung in
km und wurden mit demselben Referenzkraftstoff
gemessen. Die Ergebnisse zeigen keine signifikanten
Unterschiede in beiden Motoren, jedoch ist der
OZ-Bedarfsanstieg ab ca. 50 000 km Laufleistung für
den mit Ferrocen betriebenen Motor geringfügig
verbessert.
Fig. 2 zeigt die Kraftstoffverbrauchswerte im
Vergleich der beiden Testfahrzeuge, aus denen sich ein
deutlich geringerer Verbrauch des mit Ferrocen
betriebenen Fahrzeugs nachweisen läßt.
Fig. 3 weist die CO-Emissionen aus, gemessen nach der
standardisierten Meßmethode im sog. FTP-Zyklus. Die
Emission an Kohlenmonoxid des mit Ferrocen betriebenen
Fahrzeugs sind deutlich geringer.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die C x H y
Emissionen (Kohlenwasserstoffe) ab ca. 40 000 km
Laufleistung bei ferrocenadditiviertem
Kraftstoffbetrieb geringer werden.
Fig. 5 dokumentiert eine deutliche Verringerung der
NO x -Emissionen.
Fig. 6 zeigt Ergebnisse der Analyse der in beiden
Fahrzeugen verwendeten Schmieröle auf Abriebelemente.
Die Meßwerte wurden ermittelt aus sog. Nullproben
(niedrige Werte) unmittelbar nach dem Ölwechsel und
aus den Endproben (hohe Werte), welche am Ende des
Ölwechselintervalls gezogen und analysiert wurden.
Es zeigt sich, daß das bei Ferrocenzusatz zum
Kraftstoff besonders interessierende Element Eisen
(als Fe analysiert) beim Betrieb mit additiviertem
Kraftstoff erwartungsgemäß höher ist, jedoch ist kein
Anstieg über die Laufleistung zu beobachten.
Fig. 7 zeigt als weiteres Beispiel der Abriebelemente
analoge Meßergebnisse wie Fig. 6 für das Element
Kupfer Cu, wobei die Cu-Gehalte der Schmierölendproben
des mit ferrocenadditiviertem Kraftstoff betriebenen
Fahrzeugs über die gesamte Laufleistung niedrigere
Werte ausweisen.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen den Druckverlauf an einem
druckindizierten 1-Zylindermotor als Prüfmotor, wobei
die in Fig. 8 wiedergegebene Kurvenschar ca. 30
Verbrennungsabläufe mit ferrocenadditiviertem
Kraftstoff und die in Fig. 9 wiedergegebene
Kurvenschar die entsprechenden Verläufe ohne
Ferrocenzusatz unter sonst identischen
Betriebsbedingungen darstellt. Es ist zu erkennen, daß
durch Ferrocen eine deutliche Vergleichmäßigung der
Zyklusvariationen und damit günstige Bedingungen für
Motorlauf und Kraftstoffausnutzung bewirkt wird.
Claims (2)
1. Verfahren zum Betreiben mit einem unverbleiten
flüssigen Kraftstoff enthaltend einen Zusatz von 1
bis 100, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-ppm Ferrocen
eines mit einem Abgaskatalysatorsystem zur
Abgasnachverbrennung ausgerüsteten Otto-Motors.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein geregeltes Katalysatorsystem, aufgebaut auf
einem Schüttgut- oder monolithischen Träger mit
einer Beschichtung aus einem Edelmetall, einer
oxidischen Metallverbindung oder einer Kombination
aus beiden, Verwendung findet.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8330 | Complete renunciation |