DE4240582A1 - Kraftstoff für Verbrennungsmotore - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kraftstoffe für Verbrennungsmaschinen, die nach dem Prinzip der Ottomotoren, Kreiskolbenmotoren, Dieselmotoren usw. arbeiten.

In der Vergangenheit, aber auch noch heute bestehen Kraftstoffe überwiegend aus unverzweigten und verzweigten Kohlenwasserstoffen. Da die Eigenschaften dieser Kraftstoffe den Erfordernissen der modernen Motoren und den Ansprüchen an die Umwelt nicht genügen, werden ihnen gezielt verschiedene Zusatzstoffe beigegeben.

Insbesondere durch die direkte Zugabe von geringen Mengen der Stoffe bei der Herstellung des Kraftstoffes oder einer nachträglichen Zugabe, wie in dem DD-AP 1 55 904, US 3 781 171 beschrieben, sollen spezifische Eigenschaften bei der Anwendung der Kraftstoffe ausgebildet werden. Hierzu wurden zum Teil komplizierte Metall-Organische-Komplexe, Phosphor-Bor- Verbindungen, organische Stickstoff- und Phosphorverbindungen, spezielle Amine entwickelt. Diese bewirken vor allem eine Erhöhung der Klopffestigkeit, Verhinderung von Ablagerungen und eine Selbstreinigung des Kolbenraumes und der Ventile, Verbesserung der Startfreudigkeit, Kälteunempfindlichkeit usw.

Dadurch konnten die Probleme von technischer Seite weitgehend gelöst werden, die bei der Verbrennung entstehenden Abgase wurden in ihrer Zusammensetzung immer komplizierter.

Neben diesen technischen Problemen besteht somit ein weiteres Hauptproblem.

Die Abgase von Verbrennungsmotoren sind in einem besonders hohen Maße für die Umweltverschmutzung verantwortlich, und sind damit bei dem enorm hohen Fahrzeugbestand in Mitteleuropa zu einem Hauptproblem geworden ist.

Insbesondere der CO-Gehalt in den Abgasen, der in den Größenordnungen um 3-4 Vol.% liegt, ist neben den Stickoxiden und dem Gehalt an Kohlendioxid für Mensch und Natur besonders schädlich.

Vergiftungen, erhöhtes Krebsrisiko und der durch den Kohlendioxid entstehende gefürchtete Treibhauseffekt sind die Hauptprobleme.

Insbesondere die Kraftfahrzeugindustrie und die Mineralölwirtschaft wendet deshalb enorme Mittel auf, um durch ein optimales Luft-Kraftstoff-Gemisch, durch besonders gestaltete Brennräume und ausgeklügelte Zündsysteme den Verbrennungsprozeß so zu gestalten, damit einmal der Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren sehr hoch ist und zum anderen gleichzeitig der Anteil der schädigenden Abgase möglichst gering gehalten wird.

Bekannt ist, daß Kraftstoffe in ihrer Zusammensetzung schwanken und im allgemeinen aus 10-80% Paraffinen, 15-85% Naphthenen und 5-39% Aromaten bestehen. Die Zusammensetzung richtet sich dabei in erster Linie nach dem gewünschten Einsatzzweck der Motorenkraftstoffe (Gasolin, Leichtbenzin, Cerosin, Schwerbenzin, Lackbenzin). An Aromaten sind in erster Linie Benzol und ihre direkten Abkömmlinge Toluol und Xylol enthalten. Sie haben mit einen Einfluß auf die kontrollierte Verbrennung.

Deshalb wurde auch schon in der DE-OS 24 42 756 beschrieben, einen gewissen Anteil von reinem Benzol dem Kraftstoff zuzugeben. Wie aus der DE-OS 24 42 756 ersichtlich, konnte auch hier der Anteil des CO-Gehaltes im entstehenden Abgas drastisch gesenkt werden, jedoch treten durch den hohen Benzolanteil im Kraftstoff zusätzliche Belastungen durch Benzoldämpfe auf. Durch den hohen Dampfdruck entweichen speziell beim Betanken der Fahrzeuge nicht unerhebliche Mengen in die Atmosphäre. Durch das Einatmen von Benzoldämpfen können chronische Vergiftungen, Schädigungen des Knochenmarkes, der Leber und Nieren oder eine Zerstörung der roten Blutkörperchen eintreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kraftstoff für Verbrennungsmotoren zur Verfügung zu stellen, der einmal einen geringen Anteil an Benzol enthält und gleichzeitig deren Verbrennungsprodukte so zusammengesetzt sind, daß der Anteil an dem gefährlichen und giftigen Kohlenmonoxid möglichst gering ist.

Bei einem üblichen Kraftstoff für Verbrennungsmotoren wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Benzin oder Superbenzin oder Diesel ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt reines Naphthalin zugegeben wird. Bevorzugt wird der aromatische Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen bereits bei der Herstellung der Kraftstoffe in der Mineralölindustrie in einem kontinuierlichen Prozeß beigegeben, es kann aber auch später hinzugefügt werden. Vorteilhaft ist es, wenn der Anteil des aromatischen Kohlenwasserstoffes mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen im Kraftstoff mehreren Massenprozenten entspricht, im allgemeinen zwischen 0,1 und 15 Mass.%. Es hat sich gezeigt, daß solche Kraftstoffe bei der Verbrennung Abgase mit einem besonders niedrigen CO-Gehalt bilden. Der CO-Gehalt beläuft sich in der Größenordnung von unter 0,4 Vol.%. Gleichzeitig ergab sich eine Senkung des Kraftstoffverbrauches, so daß auch die Menge der Abgase insgesamt bei gleicher Fahrleistung um bis zu 5% verringert werden konnte.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist, daß durch die Zugabe des aromatischen Kohlenwasserstoffes mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere Naphthalin zum Kraftstoff aufgrund des chemischen Aufbaus des Naphthalins sowohl die aromatische Struktur als auch die aliphatische Struktur gleichzeitig vertreten ist.

Dadurch ist es möglich, den Anteil an den reinen leicht flüchtigen Aromaten im Kraftstoff wesentlich zu verringern.

Eine Ursache für diesen überraschenden Effekt ist in dem chemischen Aufbau des Naphthalins begründet.

Im Unterschied zum reinen Benzol, dessen Kern einen besonderen aromatischen Charakter durch das Pi-Elektronensextett aufweist, verteilen sich die 10 Pi-Elektronen im Naphthalin auf zwei aneinandergebundene Benzolringe mit einer gemeinsamen Doppelbindung. Demzufolge können die zwei Pi-Elektronen der gemeinsamen Doppelbindung der beiden Ringe im Naphthalin nicht in beiden Benzolkernen gleichzeitig vertreten sein. Dadurch ist von Natur aus der Bindungszustand des Naphthalins weniger aromatisch als beim Benzol. Dies kommt auch darin zum Ausdruck, daß der Wert für die Konjugations- oder Mesomerieenergie des Naphthalins nur 61 Kcal/Mol beträgt. Da in diesem Grenzbereich der Mesomeren jeweils nur einer der beiden Ringe eine vollaromatische Struktur (Pi-Elektonensextett) besitzt, während der andere ein gewöhnliches konjugiertes System zweier Doppelbindungen darstellt. Die strenge Aromatenform wird dadurch zwangsläufig in einem gewissen Maße eigenständig innerlich aufgelöst, was in seinen Gesamtverhalten beim Verbrennungsprozeß von großem Vorteil ist.

Für das Vorliegen dieses Diensystems spricht auch die größere Reaktionsfreudigkeit des Naphthalins im Unterschied zum Benzol.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Kraftstoff für Verbrennungsmotoren, bestehend im wesentlichen aus Benzin oder Superbenzin oder Diesel, welcher gegebenfalls die üblichen Zusätze enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß er 0,1-15 Mass.% , vorzugsweise 1-8 Mass.% eines aromatischen Kohlenwasserstoffes mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt reines Naphthalin enthält.

Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftstoffes, in dem reinem Benzin oder Superbenzin oder Diesel ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt reines Naphthalin in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß der erfindungsgemäße Treibstoff 0,1-15 Mass.%, vorzugsweise 1-8 Mass.% reines Naphthalin enthält.

Ein weiterer Vorteil ist, daß aufgrund der guten Löslichkeit des Naphthalins in Kohlenwasserstoffen und einer bevorzugten kontinuierlichen Zugabe des Naphthalins auch keine Probleme bei der Durchmischung beider Stoffe und deren inniger Auflösung bestehen.

Als ein weiterer entscheidender Vorteil muß die Senkung des Anteils des relativ leicht verdunstenden hoch toxischen Benzols angesehen werden. Hierdurch wurde es möglich, die schädigende Wirkung des Benzins oder des Superbenzins mit seinem leicht flüchtigen Benzol drastisch zu senken.

Nachstehend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert, bei dem es sich um die Herstellung und Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Kraftstoffe handelt.

In einem Behälter befinden sich 1000 l Benzin. Dieser ist durch eine Rohrleitung mit einem Auffangtank verbunden. In diese Rohrleitung mündet eine Abzweigung, durch die kontinuierlich und regelbar 50 Kp Naphthalin zugegeben werden kann. Die kontinuierliche Zugabe des Naphthalins erfolgt dabei so, daß beim Durchströmen des Benzins der Rohrleitung, das Naphthalin bis zum Ende kontinuierlich beigegeben werden kann. Durch die Turbulenz der Strömung wird das Naphthalin innig mit dem Benzin vermischt und vollständig aufgelöst.

Mit dem so erhaltenen Kraftstoff, der ein Gehalt von ca. 4 Mass.% Naphthalin hat, wurde ein handelsüblicher Personenkraftwagen mit Ottomotor betrieben und der CO-Gehalt im Abgas mit einem TÜV geprüften BOSCH-CO-Tester gemessen. Der CO-Gehalt des Abgases im Leerlauf betrug 0,3 Vol.-%.

Zum Vergleich wurde der gleiche Motor unter den gleichen Betriebsbedingungen, wie Temperatur, Zündung, Belastung usw., mit Normalbenzin, d. h. ohne Zugabe von Naphthalin, betrieben, wobei ein CO-Gehalt von 3,4 Vol.% im Abgas gemessen wurde.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist die direkte Zugabe des Naphthalins zum Kraftstoff.

In einer Kraftstoffkanne befinden sich 20 l Superbenzin; zu diesem Superbenzin wurden 150 p Naphthalin hinzugegeben und kurz mit einem Stab durchmischt. Dieses Gemisch wurde in den Fahrzeugtank gegeben. Da die Löslichkeit sehr gut ist, findet auch hier, allein durch die Eigenbewegung des Kraftstoffes im Tank beim Fahren des Fahrzeuges, in kurzer Zeit eine vollständige Durchmischung statt. Eine Messung nach einer relativ kurzen Zeit, nachdem die Benzinleitung und der Vergaser vom normalen Kraftstoff ohne Naphthalin befreit war, ergab mit dem erfindungsgemäßen Benzin mit einem Anteil von Naphthalin mit ca. 1 Mass.% Meßwerte von 0,32 Vol.% CO im Abgas.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurden 200 p reines Naphthalin zu 40 l Dieselkraftstoff gegeben und nach bekannten Methoden kurz gemischt. Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoff wurde ein PKW- Dieselmotor betrieben. Er zeigte eine gute Startfreudigkeit und in den einzelnen Lastbereichen einen um 40 Vol.% geringeren CO-Ausstoß im Abgas gegenüber einer Fahrweise unter gleichen Bedingungen mit normalem Dieselkraftstoff.

Claims (5)

1. Kraftstoff für Verbrennungsmotoren, bestehend im wesentlichen aus Benzin und/oder Superbenzin oder Diesel und gegebenfalls mit üblichen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff 0,1 bis 15 Mass.% eines aromatischen Kohlenwasserstoffes mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen enthält.

2. Kraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 8 Mass.% enthalten ist.

3. Kraftstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Kohlenwasserstoff Naphthalin ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Benzin und/oder Superbenzin oder Diesel ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen in solchen Mengen zugesetzt wird, daß der Kraftstoff 0,1 bis 15 Mass.% des aromatischen Kohlenwasserstoffes enthält.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aromatische Kohlenwasserstoff mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen dem Benzin und/oder Superbenzin oder Diesel kontinuierlich oder diskontinuierlich zugegeben wird.