DE4225420A1 - Treibstoffzusammensetzung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treibstoffzusammensetzung, die Benzin zur Verwendung als Hauptkomponente in einem Fremdzündungsmotor und mindestens eine spezifizierte Sauerstoff-enthaltende Verbindung umfaßt. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Treibstoffzusammensetzung, die Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und eine Sauerstoff­ enthaltende organische Verbindung, welche sowohl eine Dreifachbindung oder eine Doppelbindung wie auch ein Sauerstoffatom in einem Molekül enthält, umfaßt.

Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten konventioneller, zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren geeigneter Benzine sind auf verschiedene Weisen unter verschiedenen Bedingungen gemessen worden. Wenn ein Treibstoff/Luft-Verhältnis in einem Fremdzündungsmotor nahe dem stöchiometrischen Verhältnis kommt, ist es notwendig, den Maximaldruck zur Verbrennungszeit auf einem niedrigeren Niveau als den intrinsischen Maximaldruck zu halten, um Oberflächenzündung, Selbstzündung oder ähnliches zu verhindern. Deswegen wird die Zündzeit vorverstellt vor den oberen Totpunkt. In diesem Fall wird der Term "Vorverstellung" verwendet, um einen Kurbelwinkel zur Zündzeit vor dem oberen Kompressionstotpunkt, dessen Kurbelwinkel als 0° definiert ist, zu bezeichnen. Beispielsweise bedeutet der Ausdruck "10° Vorverstellung der Zündung" Zündung bei einem Kurbelwinkel von 10° vor dem oberen Kompressionstotpunkt. Solch eine Zündungsvorverstellung verursacht jedoch einen Anstieg des Verbrennungsdrucks während des Kompressionshubs, woraus Leistungsverlust und Verringerung des thermischen Wirkungsgrades resultieren. Zudem wird, wenn das Treibstoff/Luft- Verhältnis zu klein oder zu groß ist, die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit niedrig, die Leistung nimmt scharf ab und die Zündfähigkeit wird schlecht, woraus ein Anstieg der Zyklusfluktuation resultiert (welche Brennfluktuation jedes Zyklus, Veränderung des Zyklus bezüglich Verbrennungsdauer, maximalem Druck oder ähnlichem, ausgewertet als Standardabweichungen, bedeutet). Folglich können die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit und Zündfähigkeit von konventionellem Benzin solche Probleme des Leistungsverlusts und der Zyklusfluktuation nicht lösen.

Im theoretischen Zyklus eines Fremdzündungsmotors (Otto-Zyklus) wird im allgemeinen in Betracht gezogen, daß die maximale Leistung dann erhalten wird, wenn die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit der Treibstoff/Luftmischung unendlich groß wird und die Zündung am oberen Totpunkt des Kompressionshubs bewirkt wird, gefolgt von sofortiger Vervollständigung der Verbrennung. Demgemäß ist es wünschenswert, einen Treibstoff mit höherer Flammenausbreitungsgeschwindigkeit als der von konventionellem Benzin zu verwenden, so daß die Vorverstellung reduziert und die Zündung bei einem Kurbelwinkel bewirkt werden kann, der nahe dem oberen Totpunkt liegt.

Brenngeschwindigkeits- und Entzündbarkeitsgrenze sind physikochemische Konstanten jeder Verbindung. Diese Werte sind bei Atmosphärentemperatur und Druck gemäß der NACA-(National Advisory Committee for Aeronautics) Methode und ähnlichem gemessen worden, wodurch die Existenz von Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen mit hohen Brenngeschwindigkeiten und großen Entzündbarkeitsbereichen bekannt gemacht wurde. Diese Daten sind jedoch unter einem sicherheitsingenieurtechnischen Gesichtspunkt ermittelt worden, ohne Diskussion dieser Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen bezüglich ihrer Flammenausbreitungsgeschwindigkeit, Zündempfindlichkeiten und ähnlichem in einem Fremdzündungsmotor.

Vor kurzem ist ein Konstantvolumen-Verbrennungsapparat zur Verwendung für die Ermittlung von Verbrennungseigenschaften von flüssigem Treibstoff entwickelt worden (japanische Patentanmeldung Nr. 3-15 50 954, welche hiermit als Referenz eingeschlossen wird), zusammen mit experimentellen Techniken für einfache Vergleichsmessungen von Flammenausbreitungsgeschwindigkeit und Zündempfindlichkeit von Flüssigtreibstoff bei beliebigem Treibstoff/Luft-Verhältnis unter bestimmten Bedingungen entwickelt.

Dieser Verbrennungsapparat umfaßt eine Verbrennungskammer als Hauptkörper, versehen mit zwei Beobachtungsfenstern auf gegenüberliegenden Seiten. Das Innere des Hauptkörpers umfaßt eine geschlossene Verbrennungskammer, einen an die äußere Wand des Verbrennungsgefäßes angebrachten Heizapparat, ein Thermoelement zur Verwendung bei der Temperaturbestimmung in der Verbrennungskammer, eine Treibstoffeinspeisleitung als Vorrichtung, um die Verbrennungskammer mit einem gewünschten Volumen Flüssigtreibstoff zu versorgen, eine Luftzufuhrvorrichtung, um die Verbrennungskammer mit Luft zu versorgen, ein Rührwerk, das homogene, in der Verbrennungskammer bewegliche Mischungen erzielt, und eine Zündkerze, die einen Funken in der Verbrennungskammer entladen kann. Unter Verwendung dieses Verbrennungsapparates kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit durch das Beobachtungsfenster gemessen werden, indem man eine Laserstrahlbrechungsmethode oder ähnliches anwendet, und Verbrennungscharakteristika von Flüssigtreibstoff können auf Laborniveau ermittelt werden.

Die Laserstrahlbrechungsmethode bedeutet folgendes: Ein Helium/Neon-Laserlicht wurde in drei Strahlen aufgespalten, welche durch die Verbrennungskammer durchtraten und durch hochempfindliche Photodioden detektiert wurden. Wenn eine Flammenfront mit einem hohen Dichtegradienten bei einem individuellen Strahl ankam, wurde der Strahl aus seiner Bahn durch Brechung abgelenkt. Dann nahm das Laserlicht, das die jeweilige Photodiode erreichte, ab. Die Signale aller Photodioden wurden durch ein Digital-Oszilloskop aufgenommen. Der Zeitraum von der Zündung zur Ankunftszeit der Flammenfront am jeweiligen Strahl wurde gemessen.

Fig. 4 ist eine Gesamtansicht des Konstantvolumen- Verbrennungsapparates, und Fig. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Verbrennungsgefäßes.

Es ist bekannt, wenn ein Treibstoff/Luft-Gemisch, das aus Luft und einem Multikomponententreibstoff wie Benzin besteht, der Verbrennung in einer Verbrennungskammer unterworfen wird, daß dann eine Veränderung der Bildung des Treibstoff/Luft-Gemisches und Unterschiede in der Zündempfindlichkeit im jeweiligen Zyklus wichtige Faktoren bezüglich der oben erwähnten Zyklusfluktuation in einem Fremdzündungsmotor werden. Folglich wäre es vorteilhaft, wenn gewisse Treibstoffadditive und Treibstoffmischungen zur Verfügung stünden, welche die Fluktuation von Verbrennungsbedingungen in jedem Zyklus minimierten und die Verbrennung stabilisierten. Diese Additive müssen sogar unter Bedingungen wirksam sein, wenn eine Veränderung bei der Bildung des Treibstoff/Luft- Gemisches und Unterschiede in der Zündempfindlichkeit vorkommen, so z. B., wenn das Treibstoff/Luft- Verhältnis zu klein oder zu groß ist, oder während Fahrens bei konstanter Geschwindigkeit.

Die Zündempfindlichkeit wird durch die Zündverzögerungsperiode oder die Bildung eines Fehlfeuers ermittelt, welche z. B. durch die Zeit von der Zündung bis zu 10%iger Massenverbrennungsrate gemessen werden, und wenn ein Fehlfeuer vorliegt, beträgt diese Zeit 0.

In bezug auf zur Verbesserung der Zündempfindlichkeit nützliche Additive eines schlanken Treibstoff/Luft- Gemisches offenbart JP-A-62-1 785 entsprechend US-Patent 47 65 800 (der Term "JP-A" wird hier in der Bedeutung von "ungeprüft veröffentlichte japanische Patentanmeldung" gebraucht), daß die Zündempfindlichkeit verbessert werden kann durch Verwendung von z. B. Alkalimetallsalzen oder Erdalkalimetallsalzen von Bernsteinsäurederivaten, die die Zündverzögerung verbessern, indem sie die Ausbreitungszeit der Flamme vom Zündkerzenspalt zum 10 mm entfernten Laserstrahl verkürzen, ohne das Innere des Motors zu kontaminieren. Jedoch werden in diesen Verbindungen enthaltende Metalleinheiten zusammen mit Abgas entladen, und die entladenen Metalleinheiten akkumulieren sich nicht nur im Abgassystem, sondern werden auch weiter in die Luft entladen, wodurch eine umwelttechnische Gegenmaßnahme erforderlich wird. Auch ist bekannt, daß diese entladenen Metalleinheiten die Aktivität von Katalysatoren, die im Abgasbehandlungssystem vorhanden sind, herabsetzen. Außerdem wird in der zitierten ′785 Patentanmeldung nur die Zündempfindlichkeit ermittelt, ohne Diskussion der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor zur Verfügung zu stellen, welche eine überlegene Zündempfindlichkeit und höhere Flammenausbreitungsgeschwindigkeit, verglichen mit konventionellem Benzin, hat.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor zur Verfügung zu stellen, welche stabile Verbrennung und verbesserte Leistung ermöglicht, ohne Metalleinheiten zu entladen.

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlaufe der Beschreibung offenbart werden.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird der vorliegenden Erfindung gemäß eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor bereitgestellt, welche Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und eine Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung umfaßt. Die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung enthält entweder eine Dreifachbindung oder eine Doppelbindung und ein Sauerstoffatom in einem Molekül.

Somit wird die vorliegende Erfindung erzielt, indem man konventionelles Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren mit einer spezifizierten Sauerstoff-enthaltenden Verbindung mischt.

Fig. 1 ist ein Graph, der den indizierten mittleren Druck bei jedem Äquivalenzverhältnis bezüglich eines kommerziellen konventionellen Benzins und einer in Beispiel 2 verwendeten Benzinzubereitung zeigt.

Fig. 2 ist ein Graph, der die Standardabweichung der Zyklusfluktuation des maximalen Zylinderdrucks bei einem Äquivalenzverhältnis von 1,0 bezüglich eines kommerziellen Normalbenzins und einer in Beispiel 3 verwendeten Benzinzubereitung zeigt.

Fig. 3 ist ein Graph, der die Standardabweichung der Zyklusfluktuation des maximalen Zylinderdrucks bei einem Äquivalenzverhältnis von 0,8 bezüglich eines kommerziellen Normalbenzins und einer in Beispiel 3 verwendeten Benzinzubereitung zeigt.

Fig. 4 ist eine Gesamtansicht eines Konstantvolumen- Verbrennungsapparats.

Fig. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Verbrennungsgefäßes in einem Konstantvolumen- Verbrennungsapparat.

Einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor bereitgestellt, welche umfaßt: Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und einem Alkinylakohol oder einem Alkinylether der folgenden allgemeinen Formel:

R₁-C≡C-R₂-O-R₃ (I)

wobei R₁ und R₃ gleich oder verschieden sein können und ein Wasserstoffatom oder eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen sind, und R₂ ist ein gerad- oder verzweigtkettiges bivalentes Kohlenwasserstoffradikal mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor bereitgestellt, welche umfaßt: Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und ein Alkinylketon der folgenden allgemeinen Formel:

R₄-C≡C-CO-R₅ (II)

wobei R₄ ein Wasserstoffatom oder eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist, und R₅ ist eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen.

Einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren bereitgestellt, welche umfaßt: Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und einen Alkenylaldehyd der folgenden allgemeinen Formel:

worin R₆, R₇ und R₈ gleich oder verschieden sein können und ein Wasserstoffatom oder eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen sind; oder ein Acetal resultierend aus Behandlung der Aldehydgruppe des Alkenylaldehyds der Formel (III) mit einem Alkohol.

Einen vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren bereitgestellt, welche umfaßt: Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und Furan oder eine Furanverbindung der folgenden allgemeinen Formel:

worin R₉, R_9′, R₁₀ und R_10′ gleich oder verschieden sein können und ein Wasserstoffatom, eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder eine CHO-Gruppe darstellen, vorausgesetzt, daß die Verbindung nicht zwei oder mehr CHO-Gruppen gleichzeitig enthält.

Einen fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren bereitgestellt, welche Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren und einen Alkenylether der folgenden allgemeinen Formel:

umfaßt, worin R₁₁, R₁₂, R₁₄ , R₁₆, R₁₇ und R₁₈ gleich oder verschieden sein können und ein Wasserstoffatom oder eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen darstellen, und R₁₃ und R₁₅ können gleich oder verschieden sein und sind ein gerad- oder verzweigtkettiges bivalentes Kohlenwasserstoffradikal mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen.

Illustrativbeispiele des gerad- oder verzweigtkettigen bivalenten Kohlenwasserstoffradikals als Substituenten R₁₃ und R₁₅ schließen Methylen, Alkylen und Alkyliden ein.

Die hier verwendete "Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung" ist so vorzugsweise eine spezifizierte azyklische Sauerstoff-enthaltende Verbindung mit mindestens einer Dreifachbindung oder Doppelbindung gemeinsam mit einem Sauerstoffatom in einem Molekül, wobei das Sauerstoffatom vorzugsweise an ein Kohlenstoffatom, das einer Dreifach- oder Doppelbindung benachbart ist, gebunden ist, oder ist Furan oder eine Furanverbindung, die die Zündempfindlichkeit verbessern können und die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit bei Zugabe zu Benzin erhöhen können.

Die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise einen Siedepunkt von etwa 30 bis etwa 230°C, was im Bereich allgemein verwendeten Benzins liegt, und enthält gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppen, vorzugsweise mit ungefähr insgesamt 3 bis 10 Kohlenstoffatomen.

Die Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen, in welchen ein Sauerstoffatom an ein Kohlenstoffatom gebunden ist, das einer Dreifachbindung oder Doppelbindung in einem Molekül benachbart ist. Ausführungsbeispiele für Verbindungen, dargestellt durch die oben erwähnte allgemeine Formel (I), schließen ein: Propargylalkohol, 3-Butin-2-ol, 3-Butin­ 1-ol, 3-Methyl-1-pentin-3-ol und Methylpropargylether. Ein Beispiel für Verbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel (II), schließt 3-Butin-2-on ein. Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel (III) schließen ein: Acrolein, Metacrolein und Tiglinaldehyd. Ein Beispiel eines Acetals ist Acroleindimethylacetal, welches durch Methanolbehandlung der Aldehydgruppe des entsprechenden Alkenylaldehyds erhalten wird. Beispiele für Verbindungen der Formel (IV) schließen ein: Furan, 2-Methylfuran und Furfural. Ein Beispiel für Verbindungen der Formel (V) schließt Diallylether ein.

Die Verwendung einer Sauerstoff-enthaltenden Verbindung mit einer kleineren Anzahl von Kohlenstoffatomen kann zum Zwecke der Erhöhung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit wirkungsvoll sein. Z. B. ist im Falle der Alkenylalkohole die Verwendung von Propargylalkohol zur Erzielung eines solchen Effekts am vorteilhaftesten. Da jedoch Propargylalkohol selbst eine geringe Löslichkeit in Benzin hat, ist es am vorteilhaftesten, Methylpropargylether zu verwenden, welcher eine hohe Löslichkeit in Benzin hat und erhalten wird, indem man Propargylalkohol einer Methylveretherung unterwirft.

Die Sauerstoff-enthaltende Verbindung kann zu Benzin, hergestellt aus Benzingrundmaterialien, die später beschrieben werden, vorzugsweise in einem ungefähren Gehalt von 0,05 bis 50 Vol%, bezogen auf das Volumen von besagtem Benzin zum Zwecke der Verbesserung der Verbrennungscharakteristika zugegeben werden. Insbesondere kann sie vorzugsweise in einer ungefähren Menge von 5 bis 50 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des Bezins zum Zwecke der beträchtlichen Verbesserung der Output(Leistungs)Charakteristika verwendet werden. Auch kann sie vorzugsweise allgemein in einer ungefähren Menge von 0,05 bis 50 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des Benzins verwendet werden, um leichte Handhabbarkeit zu erzielen, wenn eine Treibstoffzusammensetzung mit ähnlichen Eigenschaften wie denen von konventionellem Benzin hergestellt wird.

Bei der Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung werden Eigenschaften ihres Sauerstoffsubstituenten ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der Löslichkeit der Verbindung in Benzin. Um die Löslichkeit in Benzin zu verbessern, ist es wünschenswert, eine Verbindung mit einer Etherbindung zu verwenden (unter Einschluß von Furan und Furanverbindungen). Wenn der Sauerstoffsubstituent eine Hydroxylgruppe ist, steigt die Löslichkeit eines Kohlenwasserstoffradikals mit einer Dreifachbindung in Benzin mit der Anzahl der Kohlenstoffatome an. Wenn jedoch Effekte auf die Destillationsbedingungen von Benzin in Betracht gezogen werden, ist es günstig, eine Verbindung mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen zu verwenden. Wenn die Verbindung von Interesse eine schlechte Löslichkeit in Benzin hat, kann zusätzlich eine kleine Menge von beispielsweise tertiärem Butylalkohol als löslichkeitsverbesserndes Mittel zugegeben werden.

Die Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen der oben erwähnten allgemeinen Formeln (I) bis (V) können im Benzin alleine oder wahlweise als Mischung vorliegen.

Das Benzin, das mit der Sauerstoff-enthaltenden Verbindung versehen werden soll, kann solche Eigenschaften haben, daß es passend in einem Fremdzündungsmotor verwendet werden kann, wobei sein Hauptbestandteil eine Mischung von Kohlenwasserstoffen mit einem ungefähren Siedepunkt von 30 bis 230°C darstellt. Ein solcher Benzintyp kann wahlweise ungesättigte Kohlenstoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe enthalten, und er kann ebenso gut abhängig von seiner Verwendung zu beispielsweise allgemeinem Fahren, Rennfahren oder ähnlichem hergestellt werden. Z. B. kann als Treibstoff für allgemeinen Fahrgebrauch eine Mischung hergestellt werden durch wahlweise Kombination von direkt destilliertem Benzin, Crack-Benzin, reformiertem Benzin, Alkylatbenzin, isomerisiertem Benzin, Polymerbenzin und ähnlichem oder ihren Destillationsprodukten, zum Zeitpunkt der Zugabe der Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindung. Auf diese Weise kann ein Treibstoff mit geeigneten Eigenschaften zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor hergestellt werden. Solch ein Treibstoff hat eine Research-Oktanzahl von 90 oder mehr, einen Reid-Dampfdruck von 0,6 bis 0,9 kg/cm² und eine Dichte von 0,700 bis 0,783 g/cm³ bei 15°C und hat Destillationscharakteristika ähnlich derer von Benzin zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren.

Die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung enthält eine ungesättigte Bindung, wie etwa eine Dreifachbindung, in ihrem Molekül. Wenn ein Benzintreibstoff, der diesen Typ organische Verbindung enthält, unter solchen Bedingungen verwendet wird, daß eine Abnahme der Oxidationsstabilität wahrscheinlich ist, kann der Benzin Treibstoff durch ein Antioxidans ergänzt werden, wie z. B. ein Amin, ein Phenol und ein Hydrochinon. Das Antioxidans kann in einer ungefähren Menge von 10 bis 110 ppm verwendet werden.

Wenn nötig, kann die Treibstoffzusammensetzung weiter ergänzt werden mit bekannten Treibstoffadditiven, welche z. B. einschließen: Metalldeaktivatoren wie Thioamide; Detergentien-Dispergentien wie Succinimid, Polyalkylamin, Polyetheramin; Enteisungmittel wie mehrwertige Alkohole und deren Ether; Verbrennungsverbesserungsmittel wie Schwefelsäureester von höheren Alkoholen; antistatische Mittel wie anionische oberflächenaktive Stoffe, kationische oberflächenaktive Stoffe, amphotere oberflächenaktive Stoffe; und Farbstoffe wie Azofarbstoffe. Diese Treibstoffadditive können alleine oder als Mischung von zwei oder mehreren verwendet werden. Sie können in wahlweisen Mengen verwendet werden, doch vorzugsweise in einer Gesamtmenge von 1 000 ppm oder weniger.

Durch die Verwendung der Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit über einen breiten Bereich von Treibstoff/Luft-Verhältnissen verbessert werden, wodurch die Optimierung des Zündzeitpunkts eines Fremdzündungsmotors und eine Verbesserung der Leistung des Motors unabhängig von seinen Betriebsbedingungen und unabhängig von den Fahrbedingungen ermöglicht werden.

Auch kann die vorliegende Erfindung die Zündempfindlichkeit ohne Zugabe von Metallbestandteilen zur Zusammensetzung verbessern, wenn ein Fremdzündungsmotor mit einem schlanken oder einem fetten Treibstoff/Luft-Gemisch betrieben wird, zusätzlich zu seiner Fähigkeit, die Zyklusfluktuation, verursacht durch die Veränderung bei der Bildung der Treibstoff/Luft-Gemische, welche sogar im Normalbetrieb auftritt, zu verringern. Infolgedessen kann die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, bei welcher konventionelles Benzin durch die oben erwähnten Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen ergänzt wird, eine stabile Verbrennung bewirken, indem Fluktuationen des indizierten mittleren Effektivdrucks, des maximalen Zylinderdrucks und ähnlichem verringert werden, unabhängig von Veränderungen im Treibstoff/Luft-Gemisch.

Zusätzlich hat die Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung einen signifikanten industriellen Wert, weil stabile Verbrennung zur Verbesserung von Abgascharakteristiken führt, ebenso wie zu einer Verbesserung der Arbeitsbedingungen wie der Startfähigkeit und ähnlichem eines Fremdzündungsmotors.

Beispiele

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung dienen und nicht als Definition der Grenzen der Erfindung gemeint sind.

Beispiel 1

Um den Effekt der Sauerstoff-enthaltenden Verbindungen der vorliegenden Erfindung auf die Verbesserung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit eines Treibstoff/Luft-Gemisches zu bestätigen, wurde eine Testserie ausgeführt, bei welcher ein Konstantvolumen- Verbrennungsapparat verwendet wurde, der zur Verwendung bei der Bewertung von Verbrennungscharakteristika von Flüssigtreibstoff konstruiert wurde. Der Behälter dieses Apparats mit einer inneren Abmessung von 60×40×208 mm und einem Inhaltsvolumen von 499 cm³ ist mit zwei Beobachtungsfenstern aus Pyrex-Glas auf gegenüberliegenden Ebenen der Verbrennungskammer und zusätzlich mit notwendigen Vorrichtungen zur stabilen Bildung eines Treibstoff/Luft-Gemischs und zum Beheizen, zur Zündung und ähnlichem versehen. Unter Verwendung dieses Behälters und unter Atmosphärendruck und erhöhter Temperatur (450°K) wurden mittels einer He-Ne-Laserstrahlrefraktionsmethode die Zeiten gemessen, die die Flammfront benötigte, um vorbestimmte Positionen in der Verbrennungskammer zu erreichen, und die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit wurde auf Basis der Beziehung zwischen den Ausbreitungsentfernungen der Flammfront und den gemessenen Zeiten berechnet.

Insgesamt wurden fünf Treibstoffzusammensetzungen hergestellt, indem ein kommerzielles Normalbenzin (welches auch in Beispielen 2 und 3 verwendet wurde) mit den Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen der vorliegenden Erfindung vermischt wurde, und ihre Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten wurden gemäß der obigen Methode gemessen. Die gemessenen Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten wurden mit den von kommerziellen Normalbenzin vergleichen, um den Effekt der Verbindungen der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, wobei die in Tabelle 1 gezeigten Resultate erzielt wurden.

Tabelle 1

Beispiel 2

Um den Effekt gestiegener Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten auf die Verbesserung der Leistung eines Fremdzündungsmotors zu zeigen, wurde ein Einzylinder-Benzinmotor mit einem Hubraum von 403 cm³ (Typ 530, erhältlich von AVL Co.) in solch einer Weise modifiziert, daß der Verbrennungskammerdruck gemessen werden konnte. In diesem Fall wurde ein Druckwandler auf dem Zylinderkopf montiert. Unter Verwendung des so modifizierten Benzinmotors wurde der Druck in seiner Verbrennungskammer gemessen, um eine Verbrennungsanalyse auszuführen. Fig. 1 zeigt Resultate der Messung des indizierten mittleren Effektivdrucks, wenn der Benzinmotor bei einer Motorgeschwindigkeit von 1.000 U/min mit einem Zündzeitpunkt bei MBT (minimale Vorzündung, die maximales Drehmoment erzeugt) betrieben wird. In diesem Beispiel wurde ein kommerzielles Normalbenzin und eine Treibstoffzusammensetzung, hergestellt durch Mischen des kommerziellen regulären Benzins mit 20 Vol.-% Methylpropargylether verwendet und das Äquivalentverhältnis des Treibstoff/Luft-Gemisches wurde verändert. Eigenschaften der Proben sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Term "indizierter mittlerer Effektivdruck", wie hier gebraucht, bezieht sich auf einen mittleren Druckwert, ausgeübt auf eine Einheitsfläche auf der Oberfläche eines Kolbens in einem Zyklus, der im allgemeinen zur Bewertung der Einheitsleistung verwendet wird und berechnet wird, wobei die Fläche eines Druck-Volumen-Diagramms in einem Zylinder eines internen Verbrennungsmotors zugrundegelegt wird, erhalten nach Abzug des Motorverlustes aufgrund niedrigerer Flammenausbreitungsgeschwindigkeit, Ventiltimings, thermischer Dissoziation, Wärmeverlust und ähnlichem.

Tabelle 2

Beispiel 3

Unter Verwendung des in Beispiel 2 verwendeten Motors und Apparates und einer Gesamtmenge von vier Treibstoffproben wurden die maximalen Zylinderdrücke gemessen unter folgenden Bedingungen:
Motorgeschwindigkeit 1000 U/min; Zündungszeit MBT; und Äquivalentverhältnis (tatsächliches Treibstoff/Luft- Verhältnis/theoretisches Treibstoff/Luft-Verhältnis) 1,0 oder 0,8. Die Standardabweichung der Ergebnisse von 1000 Zyklen wurde für jede der Treibstoffproben berechnet, die ein kommerzielles Normalbenzin und drei Treibstoffzusammensetzungen, hergestellt durch Vermischen des kommerziellen Normalbenzins mit den Sauerstoff-enthaltenden organischen Verbindungen der vorliegenden Verbindung, einschlossen. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 und 3 gezeigt. Da die Sauerstoff­ enthaltenden organischen Verbindungen in kleinen Mengen zugemischt wurden, waren in diesem Beispiel die Eigenschaften (Oktanzahl, Reid-Dampfdruck, Dichte) der Treibstoffzusammensetzungen fast dieselben wie die des kommerziellen Normalbenzins, das in Tabelle 2 gezeigt ist. Der Term "maximaler Zylinderdruck" wie hier verwendet, bedeutet einen maximalen Druckwert, der während Verbrennung eines Treibstoff/Luft-Gemisches in einem Zyklus in einem Zylinder eines internen Verbrennungsmotors erreicht wurde.

Bei Äquivalentverhältnissen von 1,0 und 0,8 zeigten in jedem Fall die Treibstoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kleinere Standardabweichungen des maximalen Zylinderdrucks pro Zyklus, verglichen mit dem normalerweise verwendeten kommerziellen Normalbenzin, wodurch der Effekt der Treibstoffzusammensetzung der vorliegenden Erfindung bezüglich der Minimierung der Zyklusfluktuation von Verbrennungsbedingungen bestätigt wurde. Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde bei einer Magermischung mit einem Äquivalentverhältnis von 0,8 die Zyklusfluktuation bis auf das Niveau des normalerweise verwendeten kommerziellen Normalbenzins bei einem Äquivalentverhältnis von 1,0 verbessert.

Während die Erfindung im Detail und unter Bezug auf einige ihrer speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es für einen Fachmann doch offensichtlich sein, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims (13)

1. Treibstoffzusammensetzung zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor, welche umfaßt: (1) Benzin zur Verwendung in einem Fremdzündungsmotor; (2) eine Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung, die in einem Molekül (a) eine Dreifachbindung oder eine Doppelbindung und (b) ein Sauerstoffatom enthält.

2. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung einen Alkinylalkohol oder einen Alkinylether der folgenden allgemeinen Formel R₁-C≡C-R₂-O-R₃ (I)umfaßt, wobei R¹ und R³ gleich oder verschieden sein können und unter einem Wasserstoffatom und einer gerad- oder verzweigtkettigen Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ausgewählt werden; und R² ist ein gerad- oder verzweigtkettiges bivalentes Kohlenwasserstoffradikal mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.

3. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung ein Alkinylketon der folgenden allgemeinen Formel R₄-C≡C-CO-R₅ (II)umfaßt, wobei R⁴ aus der Gruppe, enthaltend ein Wasserstoffatom und eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, ausgewählt ist; und R⁵ ist eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen.

4. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung umfaßt (a) einen Alkenylaldehyd der folgenden allgemeinen Formel wobei R⁶, R⁷ und R⁸ gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden unter einem Wasserstoffatom, einer gerad- oder verzweigtkettigen Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, oder (b) ein Acetal, das aus Behandlung der Aldehydgruppe des Alkenylaldehyds der Formel (III) mit einem Alkohol resultiert.

5. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung Furan oder eine Furanverbindung der folgenden allgemeinen Formel (IV) umfaßt, wobei R⁹, R^9′, R¹⁰ und R^10′ gleich oder verschieden sein können und ausgewählt werden aus einer Gruppe, umfassend ein Wasserstoffatom, eine gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder eine CHO-Gruppe, vorausgesetzt, daß die Verbindung nicht zwei oder mehr CHO-Gruppen gleichzeitig enthält.

6. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin besagte Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung einen Alkenylether der folgenden allgemeinen Formel (V) umfaßt, wobei R¹¹, R¹², R¹⁴ , R¹⁶, R¹⁷ und R¹⁸ gleich oder verschieden sein können und aus einer Gruppe, bestehend aus einem Wasserstoffatom und einer gerad- oder verzweigtkettigen Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ausgewählt werden; und R¹³ und R¹⁵, welche gleich oder verschieden sein können, sind jeweils ein gerad- oder verzweigtkettiges bivalentes Kohlenwasserstoffradikal mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen.

7. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, worin besagte Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung in einer Menge von 0,05 bis 50 Vol% verwendet wird, bezogen auf das Volumen des Benzins zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren.

8. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, worin besagte Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung in einer Menge von 5 bis 40 Vol% verwendet wird, bezogen auf das Volumen des Benzins zur Verwendung in Fremdzündungsmotoren.

9. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 2, worin besagte Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung Propargylalkohol, 2-Butin-2-ol, 3-Butin­ 1-ol, 3-Methyl-1-pentin-3-ol oder Methylpropargylether ist.

10. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 3, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung 3-Butin-2-on ist.

11. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 4, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung eine Verbindung ist aus einer Gruppe bestehend aus (i) Acrolein, (ii) Metacrolein, (iii) Tiglinaldehyd und (iv) Verbindungen, die durch Behandlung der Aldehydgruppe von Verbindung (i), (ii) oder (iii) mit Methanol erhalten wurden.

12. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 5, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung Furan, 2-Methylfuran und Furfural ist.

13. Treibstoffzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin die Sauerstoff-enthaltende organische Verbindung Diallylether ist.