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Verfahren zur Herstellung flüssiger Brennstoffe für Brennkraftmaschinen
Bei den gewöhnlichen Brennkraftmotoren wird der Brennstoff im Vergaser nicht vollständig
verdampft. Vielmehr tritt ein Teil des Brennstoffes im Zustand winziger Tröpfchen
in den Motor, die nur durch Berührung mit den heißen Zylinderwandungen bzw. infolge
der Kompressionswärme sich in Dampf verwandeln.
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In den Brennstoffen, die bei hoher Temperatur siedende und wenig flüchtige
Bestandteile enthalten, wird die Luft von diesen Teilen des Kraftstoffes nicht vollständig
carburiert, weil in der kurzen Zeitdauer eines Kolbenhubes die vom Vergaser nicht
verdampften Tröpfchen durch die Zylindertemperatur nicht bis zum Siedepunkt erhitzt
werden können. Sie verbrennen daher nur langsam, und die Verbrennung wird erst im
Auspuffrohr beendet, wodurch die Auslaßventile erhitzt und der Wirkungsgrad des
Motors verschlechtert wird.
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Diese Erscheinung findet sich mehr oder weniger bei fast allen üblichen
Brennstoffen, im gewissen Grade selbst bei Benzin; sie ist um so weniger vorhanden,
je leichter das Benzin ist, d. h. je größer seine Flüchtigkeit und je niedriger
sein Siedepunkt.
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Bei den Kunstbrennstoffen, d. h. Gemischen aus mehreren Brennstoffen,
findet man den gleichen Mangel. Wenn die Stoffe selbst in geringen Mengen wenig
flüchtige und hochsiedende Bestandteile aufweisen, wie Petroleum, Naphtha, Dekahydronaphthalin,
Tetrahydronaphthalin usw., so sind Vergasung und Wirkungsgrad besonders schlecht,
und die Auslaßorgane werden stark erhitzt.
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Das neue Verfahren beseitigt diese Nachteile und schafft einen Kunstbrennstoff,
der trotz des Vorhandenseins erheblicher Mengen schwer siedender Bestandteile sich
gut vergasen läßt und mit hohem Wirkungsgrad verbrennt.
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Man kann hierdurch die Verbilligung eines Kraftstoffes als praktischen
Zweck erreichen, weil man in den gewöhnlichen Automobilmotoren größere Mengen von
hochsiedenden Substanzen verwenden kann, für die eine geringere Nachfrage besteht,
und deren Preis daher niedriger ist.
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Das neue Verfahren beruht auf der Eigenschaft des gegenseitigen Beeinflussens
des Siedeverlaufs von Flüssigkeiten mit verhältnismäßig nahe beieinander liegenden
Siedepunkten. Wenn man ein Gemisch aus zwei Stoffen mit nahe beieinander liegenden
Siedepunkten rasch zum Sieden bringt, so siedet der bei höherer Temperatur siedende
schon unter seinem normalen Siedepunkt, während der Stoff niedereren Siedepunktes
erst bei einer erhöhten Temperatur siedet. Bei Steigerung der Verdampfungsgeschwindigkeit
nähern sich die beiden Temperaturen einem mittleren Siedepunkt. Liegen die beiden
Siedetemperaturen weit voneinander entfernt,
so tritt diese Erscheinung
nicht auf, und beim Sieden tritt. eine -fast vollständige Trennung der beiden Stöfke
Das ,Heue Verfahren 'beruht darauf, daß erkannt wurde, daß eine bei tiefer Temperatur
siedende Substanz auf eine bei hoher Temperatur siedende Substanz derart einwirken
kann, daß deren Siedetemperatur herabgesetzt wird, wenn die erste Substanz mit der
zweiten durch eine Reihe von Substanzen, deren Siedepunkte stufenweise ansteigen,
verbunden wird. Der Einfluß einer Substanz auf die andere überträgt sich von Substanz
zu Substanz mit dem Ergebnis, daß bei einer raschen Verdampfung die Siedepunkte
sich einander nähern. Hierzu sind jedoch einige unentbehrliche Bedingungen einzuhalten.
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Vor allem müssen die bei tiefer Temperatur siedenden Substanzen sehr
flüchtig und in größerer Menge als die höher siedenden Substanzen zugegen sein,
obwohl auch die letzteren in beträchtlicher Menge vorhanden sind. In diesem Falle
haben die bei tiefer Temperatur siedenden Substanzen die Oberband über die hochsiedenden,
und die Siedetemperatur dieser letzteren wird stärker erniedrigt, als diejenige
der ersteren erhöht wird.
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Die Substanzen von dazwischenliegenden Siedepunkten, die die Verbindung
darstellen, müssen in beschränkter Menge zugegen sein" weil sie sonst die Wirkung
der flüchtigeren Substanzen zunichte machen und deren Wirkung auf die hochsiedenden
Substanzen verhindern würden.
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Schließlich ist es nötig, daß die die Verbindung darstellenden Substanzen
Siedetemperaturen besitzen, die bezüglich benachbarter Komponenten nicht weiter
voneinander entfernt sind als 25° C, damit die mitreißende Wirkung von einer Substanz
auf die andere ausgeübt werden kann. Wenn man z. B. tiefsiedende Substanzen, wie
Alkohol und Benzol (S.P. 8o bis 85° C), mit hochsiedenden Substanzen, wie Tetrahydronaphthalin
(S. P. 2ö5 ° C) und- Petroleum (S. P. 18o bis 25o° C), verbinden will, muß man etwa
folgende Verbindungskette herstellen: Heptan (S. P. c98° C), Toluol (S. P. 11I°
C), Fuselöle (S.P. 116 bis 137'C), p-Xy101 (138"C), Methylhexanol (S. P. 16o bis
17o° C), Dekahydronaphthalin (S.P. 185° C).
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Wenn man nun Brennstoffe nach den oben -angegebenen Vorschriften herstellt,
kann man es erreichen, daß die Siedetemperatur der hochsiedenden Substanzen unter
die Temperatur des Motorzylinders erniedrigt wird, wodurch eine vollständige Verdampfung
des Kraftstoffes und eine bessere Carburierung der Verbrennungsluft erreicht wird.
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Um eine bessere Wirkung in einem Kraftstoff dieser Art zu erreichen,
muß man außer auf die oben angeführten Bedingungen auch noch darauf achten, daß
alle Substanzen, die -den Kraftstoff zusammensetzen, nach ihren Siedepunkten in
eine steigende Reihe geordnet, auch stufenweise abnehmende Flüchtigkeiten besitzen.
Diese Bedingung ist, wenn es sich um Substanzen verschiedener Natur handelt, oft
nicht erfüllt. Es kann dann geschehen, daß im Vergaser solche Substanzen vollständig
verdampft werden, die später im Zylinder beim Sieden zur Erniedrigung der Siedetemperaturen
der hochsiedenden Anteile benötigt werden. Diese Bedingung findet ihre Erklärung
in der Tatsache, daß das, was für den Siedevorgang beschrieben worden ist, auch
bei der Verdampfung unter der Siedetemperatur eintritt. Wenig flüchtige Substanzen
werden bei einer tieferen Temperatur und schneller verdampft, wenn sie mit sehr
flüchtigen Substanzen vermischt und mit diesen durch eine Kette von Substanzen von
dazwischenliegender, stufenweise abnehmender Flüchtigkeit verbunden sind, wenn ähnliche
Bedingungen wie die für die Siedepunkterniedrigung beschriebenen eingehalten werden.
Es tritt dann im Vergaser keine Entmischung ein, und sowohl in der carburierten
Luft als in den flüssigen Tröpfchen sind alle Bestandteile der ursprünglichen Mischung
enthalten.
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Ein typisches Beispiel eines Kraftstoffes dieser Art gibt nachfolgende
Zusammensetzung
| Äthyläther - (S-P- 36° C) ....... 2o ccm |
| Absol. Alkohol ( - 78° C) ....... 25 ,flüchtige Bestandteile |
| n-Heptan ( - 98° C) ....... 14 - 59 lo |
| Toluol ( - 111° C) ....... 8 |
| mittlere Bestandteile |
| Amylalkohole ( - 116 bis 137° C) ....... 4 a# |
| p-Xylol ( - 138° C) ....... 3 - 15 ° |
| Methylcyclohexänol ( - 16o bis 17o° C) ....... 2,5 - |
| Dekahydronaphthalin ( - 185° C) ....... 2,5 - schwer
siedende Bestandteile |
| Tetrahydronaphthalin (' - 204 bis 2o5° C) ....... 2o
- 25 @° |
Naturgemäß ist die Zusammensetzung des Brennstoffes nicht an die
beispielsweise angeführten Stoffe und nicht an die Anteilmengen gebunden. Es kann
die Menge der tiefsiedenden wie auch die Menge der hochsiedenden Bestandteile verändert
werden. Wesentlich ist, daß bedeutende Mengen flüchtiger Bestandteile vorhanden
sind und daß eine ebenfalls bedeutende, aber immerhin kleinere Menge schwer siedender
Bestandteile vorhanden ist. Im Falle -des gewöhnlichen Automobilmotors sind mit
flüchtigen Bestandteilen diejenigen gemeint, welche einen Siedepunkt niedriger als
ioo° C haben, und mit hochsiedenden-Bestandteilen diejenigen, welche einen Siedepunkt
zwischen-., i 5o und 25o° C haben. Es ist einleuchtend, daß, wenn die flüchtigen
Bestandteile eine sehr niedrige Siedetemperatur haben, eine geringere Menge der
letzteren notwendig ist, um die gleiche Wirkung zu erreichen.
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Es hat sich gezeigt, daß die Gemische, die in der angeführten Weise
hergestellt sind, trotz der beträchtlichen Mengen schwer siedender Brennstoffe gut
vergasen und dadurch auch eine beträchtliche. Verbesserung des Wirkungsgrades des
Motors zu erzielen gestatten.
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Man hat bereits versucht, durch Mischen schwer siedender Stoffe mit
leichter siedenden eine günstige Wirkung zu erzielen. Nach dem Gesagten mußte die
vorgeschlagene Methode des einfachen Mischens mit leicht siedenden Stoffen versagen.
Aber auch das Mischen von gleichen Anteilmengen von in gleichen Temperatdrinter@älferi
-izliergehenden Stoffen zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Siedekurve hat 'schlechte
-trgelinsse gezeitigt.
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In der geschilderten Weise können auch Brennstoffe für Motoren hergestellt
werden, die mit Vorwärmung des Brennstoffes oder der Vergaserluft arbeiten, sowie
Brennstoffe für Motoren des Dieseltyps, in welchem Fälle sich die oben angeführten
Temperaturen um ioo bis.2oo° aufwärts verschieben können.