DE948375C

DE948375C - Fuel for internal combustion engines

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Publication number: DE948375C
Application number: DEST8643A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1954-08-22
Filing date: 1954-08-22
Publication date: 1956-08-30
Also published as: BE531664A

Description

Treibstoff für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung eines Treibstoffes für Verbrennungsmotoren, der in feuchter, kühler Luft zu einem merklich besseren Arbeiten eines Motors führt, bestehend aus einem Kohlenwasserstoffgemisch im Siedebereich von Benzin, das o,o5 bis i Volumprozent eines Äthers eines Alkylenglykols enthält. Die Treibstoffe gemäß der Erfindung können weiter ein Lösungsöl und andere Zusätze enthalten, wie Bleialkyl-Antiklopfmittel, Farbstoffe, Harzinhibitoren, Oxydationsinhibitoren.Internal combustion engine fuel The invention relates to the composition a fuel for internal combustion engines, which in moist, cool air becomes a Performs noticeably better working of an engine consisting of a hydrocarbon mixture in the boiling range of gasoline, the o, o5 to i percent by volume of an ether of an alkylene glycol contains. The fuels according to the invention can further include a solvent oil and others Contain additives such as lead alkyl anti-knock agents, dyes, resin inhibitors, oxidation inhibitors.

Die Treibstoffe verhindern einen Kraftverlust und ein Stehenbleiben des Motors, wenn der Motor bei Wetterlagen mit verhältnismäßig hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen unterhalb etwa i6° betrieben wird.The fuels prevent loss of strength and stopping of the engine when the engine is in weather conditions with relatively high humidity and temperatures below about 16 ° are operated.

Diese Schwierigkeit'tritt bei allen Automobiltypen, bei allen Vergasertypen und bei Verwendung aller handelsüblichen Benzinmarken auf.This difficulty arises with all types of automobiles, with all types of carburettors and when using all commercially available gasoline brands.

Die Größe dieser Schwierigkeit geht aus einer in New Jersey durchgeführten Untersuchung hervor, die auf den Erfahrungen von 30o Automobilbesitzern beruht, die während der Herbst- und Winterzeit zwanzig verschiedene Automobilmodelle fuhren. Diese Automobile wurden mit gewöhnlichem und mit Super- Winterbenzin gefahren. In Tabelle I sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt, es ist jeweils angegeben, wie oft die unter den erwähnten Bedingungen betriebenen Motoren stehenblieben. Tabelle I Zweimaliges oder häufigeres Stehenbleiben- (von ioo Automobilen) Temperatur, °C o 2 3 11 13 relative Feuchtig- keit, % ...... 52 70 96 ioo 96 Wetter . ...... . . klar be- leich- stur- Regen - deckt ter ker Regen Regen bei Verwendung von normalem Winterbenzin.. 5 15 20 21 7 Super-Winter- benzin ...... 6 38 40 42 2 Die statistischen -Werte der Tabelle I in Verbindung mit der allgemeinen Erfahrung zeigen die Größe des Problems, welches das Stehenbleiben des Motors bei kühlen, feuchten Witterungsbedingungen bildet. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß dieses Problem auf Grund gewisser bestimmter Umstände kürzlich eine erhöhte Bedeutung erlangt hat. Erstens werden die meisten Nachkriegsautomobile nicht mehr mit einer von Hand zu bedienenden Drossel ausgerüstet, so daß der Fahrer die Drehzahl im Leerlauf während des Warmwerdens des Motors nicht mehr erhöhen kann, um ein Stehenbleiben desselben zu vermeiden. Zweitens ist die Leerlaufdrehzahl von Automobilen mit automatischen Getrieben während des Warmwerdens des Motors ziemlich kritisch; die höchste Leerlaufdrehzahl, die verwendet werden kann, darf nicht zu hoch sein, wodurch die Gefahr eines Stehenbleibens erhöht wird. Drittens bleibt bei Automobilen mit automatischem Getriebe der Motor häufig gerade dann stehen, wenn der Fahrer beschleunigen will, so daß das Getriebe gerade zu diesem unangenehmsten Zeitpunkt wieder abgeschaltet, der Motor erneut angelassen und das Getriebe wieder eingeschaltet werden muß, was die Unannehmlichkeit eines häufigen Stehenbleibens noch vergrößert. Ein vierter Faktor, der das Stehenbleiben des Motors beeinflußt, ist die Flüchtigkeit der heutzutage für Automobile zur Verfügung stehenden Kraftstoffe. Durch die in den letzten Jahren erfolgte Steigerung der Flüchtigkeit werden diese Schwierigkeiten noch erhöht.The magnitude of this difficulty is evident from a study conducted in New Jersey based on the experience of 30o automobile owners who drove twenty different models of automobiles during the fall and winter seasons. These automobiles were driven on regular and premium winter gasoline. The results obtained are summarized in Table I, and it is indicated in each case how often the engines operated under the conditions mentioned stopped. Table I. Twice or stopping frequently (from ioo automobiles) Temperature, ° C o 2 3 11 13 relative humid speed,% ...... 52 70 96 ioo 96 Weather . ....... . clear light stubborn rain - covers ter ker rain Rain Using from normal Winter petrol .. 5 15 20 21 7 Super winter petrol ...... 6 38 40 42 2 The statistical values of Table I in conjunction with general experience show the magnitude of the problem posed by engine stalling in cool, humid conditions. It should be noted, however, that due to certain certain circumstances, this problem has recently become of increased concern. First, most post-war automobiles are no longer equipped with a manually operated throttle so that the driver cannot increase the idle speed while the engine is warming up to avoid stalling. Second, the idle speed of automobiles with automatic transmissions is quite critical as the engine warms up; the highest idle speed that can be used must not be too high, which increases the risk of stalling. Third, in automobiles with automatic transmissions, the engine often stops just when the driver wants to accelerate, so that at that most inconvenient time the transmission must be turned off again, the engine restarted, and the transmission turned on again, with the inconvenience of frequent stalling still enlarged. A fourth factor affecting engine stall is the volatility of the fuels now available for automobiles. The increase in volatility in recent years has increased these difficulties.

Bei der Untersuchung dieses Problems hat man als Ursache für das wiederholte Stehenbleiben des Motors bei kühlem, feuchtem Wetter die Bildung von Eis im Vergaser erkannt. An einem kühlen, feuchten Tag kühlt das im Vergaser verdampfende Benzin so stark, daß die in der in den Vergaser einströmenden Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und gefriert. Die Verdampfung eines normalen Brennstoffs im Vergaser kann die Temperatur der Metallteile des Vergasers bis um 27,8° unter die Temperatur der eintretenden Luft senken. Infolgedessen kann, bevor der gesamte Motor und der Kühler warm geworden sind, dieser Temperaturabfall zur Eisbildung im Vergaser führen. Die Bildung von Eis erfolgt wahrscheinlich am schnellsten beim Arbeiten des Motors bei schwacher Brennstoffzufuhr. Wenn der Motor eine Zeitlang bei schwacher Brennstoffzufuhr gelaufen ist, wenn die Drossel in Leerlaufstellung geschlossen ist, so führt das auf der Drosselklappe und den angrenzenden Wänden bereits 'gebildete Eis plus weitergebildetem- Eis zu einer Verengung der feinen Luftöffnungen, so daß der Motor stehenbleibt.In investigating this problem one has as the cause of the repeated If the engine stops in cool, damp weather, ice will form in the carburetor recognized. On a cool, damp day, the gasoline evaporating in the carburetor cools you down so strong that the moisture contained in the air entering the carburetor condenses and freezes. The evaporation of a normal fuel in the carburetor the temperature of the metal parts of the carburetor can be up to 27.8 ° below the temperature the incoming air. As a result, before the entire engine and the If the cooler has become warm, this drop in temperature will lead to ice formation in the carburetor. Ice is likely to form fastest when the engine is working if the fuel supply is weak. If the engine has been running on a low fuel supply for a while has run when the throttle is closed in the idle position, this leads ice already formed on the throttle valve and the adjacent walls plus advanced training Ice to narrow the fine air openings so that the engine stops.

Um das Problem des Stehenbleibens des Motors durch Vereisung des Vergasers weiter zu klären, wurden die Ergebnisse von Umfragen bei Kunden über das Verhalten des Motors sowie sorgfältig durchgeführter Straßenteste und von Laboratoriumsversuchen über das Verhalten des Motors in kalten Räumen zusammengestellt. Diese Versuche zeigen, daß. die Vergaservereisung in erster Linie - von der Temperatur und der Feuchtigkeit der Atmosphäre abhängt. Die Versuche zeigen weiter, daß bei Verwendung von Kraftstoffen. von üblicher Flüchtigkeit ein Stehenbleiben des Motors auf Grund von Eisbildung im Vergaser nicht unterhalb - i und nicht oberhalb + 16° auftritt. Diese Versuche zeigen in gleicher Weise, daß der Motor nur bei einer Luftfeuchtigkeit von über etwa 65 °/o stehenbleibt.To the problem of the engine stalling due to icing of the carburetor To further clarify, were the results of surveys of customers about behavior of the engine as well as carefully carried out road tests and laboratory tests compiled about the behavior of the engine in cold rooms. These attempts show that. the carburetor icing in the first place - on the temperature and the Humidity of the atmosphere depends. The experiments further show that when used of fuels. the usual volatility caused the engine to stall ice formation in the carburettor does not occur below - i and not above + 16 °. These tests show in the same way that the engine can only operate at one level of humidity of over about 65 ° / o remains.

Ein anderer Faktor, der die Eisbildung im Vergaser beeinflußt, ist die Flüchtigkeit des verwendeten Kraftstoffs. Zur Untersuchung dieser Erscheinung wurden im Laboratorium Kaltraumversuche durchgeführt, um das Stehenbleiben des Motors' während des Warmwerdens bei Verwendung von Brennstoffen verschiedener Flüchtigkeit zu untersuchen. Hierbei wurde ein Chrysler, Baujahr 1g47, in einem temperatur- und feuchtigkeitsgelenkten Raum untergebracht. Während die Temperatur und die Feuchtigkeit auf bestimmter Höhe gehalten wurden, wurde die Neigung des Motors zum Stehenbleiben während der Anwärmzeit bestimmt. Hierzu wurde der Motor angelassen und dann unverzüglich auf eine Drehzahl von 1500 U/min gebracht. Diese Drehzahl wurde 30 sec aufrechterhalten, danach ließ man den Motor 15 sec leer laufen. Wenn der Motor stehenblieb, bevor die 15 sec verstrichen waren, wurde er erneut angelassen und seine Drehzahl 30 sec lang auf 1500 U/min gebracht; wenn er nicht stehenblieb, wurde die Drehzahl nach den 15 sec Leerlauf unverzüglich auf 1500 U/min erhöht. Diese Zyklen von jeweils 30 sec bei 1500 U/min und 15 sec Leerlauf wurden wiederholt, bis der Motor vollständig warm geworden war. Es würde notiert, wie oft der Motor während dieses Verfahrens bis zum vollständigen Warmwerden stehenblieb. Die Versuche wurden bei -4° und bei einer relativen Feuchtigkeit von ioo °/o unter Verwendung von drei Kraftstoffen verschiedener Flüchtigkeit durchgeführt. Der flüchtigste Kraftstoff war ein Premium-Benzin des Handels mit einem ASTM-Siedeverhalten von io °/o bei 43°, 50 °/a bei 88° und go °/o bei i46°. Es wurde gefunden, daß der Motor bei Verwendung dieses Kraftstoffs während des Warmwerdens etwa vierzehn- bis fünfzehnmal stehenblieb. Es wurde weiter ein Kraftstoff von mittlerer Flüchtigkeit untersucht, der aus einem normalen Benzin des Handels bestand (ASTM-Siedeverhalten : to °/o bei 49°, 50 °/o bei 1o4° und 9o °/o bei i72°). Bei Verwendung dieses Kraftstoffs blieb der Motor elfmal stehen. Schließlich wurde ein Benzin von geringer Flüchtigkeit geprüft (ASTM-Siedeverhalten : io °/o bei 52°, 5o0[0 bei Z32° und go°/o bei i97°). Mit diesem Kraftstoff blieb der Motor fünfmal stehen.Another factor affecting ice formation in the carburetor is the volatility of the fuel used. To investigate this phenomenon, cold room tests were carried out in the laboratory in order to investigate the stalling of the engine during warming up when using fuels of different volatility. A Chrysler, built in 1g47, was housed in a temperature and humidity-controlled room. While the temperature and humidity were maintained at a certain level, the tendency of the engine to stall during the warm-up period was determined. To do this, the engine was started and then immediately brought to a speed of 1500 rpm. This speed was maintained for 30 seconds, after which the engine was allowed to idle for 15 seconds. If the engine stopped before the 15 seconds had elapsed, it was started again and its speed was brought to 1500 rpm for 30 seconds; if it did not stop, the speed was immediately increased to 1500 rpm after idling for 15 seconds. These cycles of 30 seconds each at 1500 rpm and 15 seconds idling were repeated until the engine had warmed up completely. The number of times the engine stopped to warm up completely during this procedure would be noted. The tests were carried out at -4 ° and at a relative humidity of 100% using three fuels of different volatility. The most volatile fuel was a premium commercial gasoline with an ASTM boiling behavior of 10 ° / o at 43 °, 50 ° / a at 88 ° and 10 ° / o at 14 °. It has been found that using this fuel the engine stalled about fourteen to fifteen times during warm-up. A fuel of medium volatility was also investigated, which consisted of a normal commercial gasoline (ASTM boiling behavior: to% at 49 °, 50% at 14 ° and 90 ° / o at 172 °). When using this fuel, the engine stopped 11 times. Finally, a gasoline of low volatility was tested (ASTM boiling behavior: 10 ° / o at 52 °, 50 ° [0 at Z32 ° and 0 ° / o at i97 °). With this fuel, the engine stopped five times.

Aus diesen Werten ist zu ersehen, daß die Vergaservereisung von der Flüchtigkeit des verwendeten Kraftstoffs abhängt. So blieb der Motor bei Verwendung des oben geprüften Kraftstoffs von niedrigster Flüchtigkeit (500[, bei Z32°) nur fünfmal, bei Verwendung des am stärksten flüchtigen Kraftstoffs (50°/o bei 88°) dagegen fünfzehnmal stehen. Ein Extrapolieren dieser Werte in bezug auf die Flüchtigkeit des Kraftstoffs zeigt, daß ein Kraftstoff von einer solchen Flüchtigkeit, daß 500/, bei Z54° oder höher übergehen (ASTM), keine Schwierigkeiten durch Stehenbleiben während des Warmwerdens ergibt. Ein Kraftstoff mit einem derartigen Siedeverhalten wäre allerdings in bezug auf die zum Warmwerden erforderliche Zeit, die Beschleunigung des kalten Motors, seine Wirtschaftlichkeit und eine Verdünnung des Öls in der Kurbelwanne nicht erwünscht. Es sei weiter erwähnt, daß selbst dann, wenn der Motor nicht vollständig stehenbleibt, doch auf Grund der Vereisung ein merklicher Kraftverlust auftreten kann. Dies ist bei Flugmotoren besonders bedenklich. So sind z. B. 300/,) der Flugzeugunglücke, die sich in den Vereinigten Staaten von Amerika 1947 und 1948 bei Leichtflugzeugen ereigneten, auf die Bildung von Eis im Vergaser oder in den Sammelleitungen zurückzuführen, die die Motorleistung durch Einschränkung des Stromes an zu verbrennendem Gemisch zu den Zylindern herabsetzt.From these values it can be seen that carburetor icing depends on the volatility of the fuel used. When using the fuel tested above with the lowest volatility (500 [, at Z32 °), the engine stopped only five times; when using the most highly volatile fuel (50 ° / o at 88 °), however, it stopped fifteen times. Extrapolating these values to the volatility of the fuel shows that a fuel of volatility such that 500 /, fuses at Z54 ° or higher (ASTM) does not give rise to problems of stalling while warming. However, a fuel with such a boiling behavior would be undesirable in terms of the time required to warm up, the acceleration of the cold engine, its economy and a dilution of the oil in the crankcase. It should also be mentioned that even if the engine does not stop completely, a noticeable loss of power can occur due to icing. This is particularly worrying in the case of aircraft engines. So are z. B. 300 /,) of the aircraft accidents that occurred in the United States of America in 1947 and 1948 in light aircraft, due to the formation of ice in the carburetor or in the manifolds, which reduces the engine output by restricting the flow of mixture to be burned Cylinders.

Man hat gefunden, daß die Arbeitsweise des Motors im Hinblick auf Vereisung und Stehenbleiben durch Zusatz einer verhältnismäßig kleinen, kritischen Menge eines Äthers eines Alkylenglykols zum Treibstoff stark verbessert wird. Die Glykoläther haben die allgemeine Zusammensetzung R-(O-Y @n-OZ-,vorin R eine Alkyl- oder Arylkohlenwasserstoffgruppe von i bis 18 CAtomen. Y worin Z gleich R oder Wasserstoff und worin n eine ganze Zahl von i bis 6 ist. Es können beispielsweise folgende Äther verwendet werden: Diäthylenglykolmonobutyläther, Diäthylenglykol-monopropyläther, Diäthylenglykol-monoäthyläther, Diäthylenglykolmonomethyläther, Äthylenglykol-monophenyläther, Äthylenglykol-monobenzyläther, Äthylenglykol-mono-2-äthylbutyläther, Äthylenglykol-mono-2-äthylhexyläther; Propylenglykol-monoäther von Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl- Octyl-, 2-Äthylhexyl-, Decyl , Oleyl-, Cetyl- oder Stearylalkohol; Di-, Tri- und Tetrapropylenglykol-monoäther von Methyl-, Äthyl-, Butyl-, Nonyl- und Tridecylalkoholen; ferner die Diäther von Mono-, Di-, Tri- und Tetra-äthylen und die Mono-, Di-, Tri- und Tetrapropylenglykole von Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Amyl-, Dodecyl-, Oleyl- und Stearylalkoholen. Andere ähnliche Mono-und Diäther von Mono-, Di-, Tri- und Tetraalkylenglykolen sind gleichfalls geeignet. Ein besonders erwünschter Äther ist der Mono-butyläther von Diäthylenglykol.It has been found that the operation of the engine with respect to icing and stalling is greatly improved by adding a relatively small, critical amount of an alkylene glycol ether to the fuel. The glycol ethers have the general composition R- (OY @ n-OZ-, in front of R an alkyl or aryl hydrocarbon group of 1 to 18 C atoms. Y where Z is R or hydrogen and where n is an integer from i to 6. The following ethers can, for example, be used: diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monobenzyl ether, 2hexyl glycol monobenzyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, 2hexyl glycol monoethyl glycol; Propylene glycol monoether of methyl, ethyl, propyl, butyl, octyl, 2-ethylhexyl, decyl, oleyl, cetyl or stearyl alcohol; Di-, tri- and tetrapropylene glycol monoethers of methyl, ethyl, butyl, nonyl and tridecyl alcohols; also the dieters of mono-, di-, tri- and tetra-ethylene and the mono-, di-, tri- and tetrapropylene glycols of methyl, ethyl, propyl, amyl, dodecyl, oleyl and stearyl alcohols. Other similar mono- and dieters of mono-, di-, tri- and tetraalkylene glycols are also suitable. A particularly desirable ether is the mono-butyl ether of diethylene glycol.

Der. Äther soll in einer Menge von etwa o,o5 bis 0,5, insbesondere etwa o,i bis 0,3 Volumprozent, bezogen auf das Volumen des Benzins, im Treibstoff enthalten sein. Man kann im allgemeinen bei Kraftstoffen von verhältnismäßig geringer Flüchtigkeit kleinere Additivmengen verwenden, während für stärker flüchtige Kraftstoffe größere Additivmengen erforderlich sein können. Beispiel Ein Continental-Leichtflugzeugmotor wird mit einem Flugmotorenbenzin (SAE Ho) sowie mit einem Gemisch dieses Kraftstoffs mit 0,5 Volumprozent des Monobutyläthers von Di-äthylenglykol betrieben. Der reine Kraftstoff hat folgende Siedegrenzen: Engler-Destillation Siedebeginn, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,8 50/0, C ........................ 93,0 Siedeende, °C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163,0 Reid-Dampfdruck, Atm. . . . . . . . . . . . 0,48 Die angesaugte Luft hatte eine Temperatur von io° und eine relative Feuchtigkeit von 97 iL 3 0/®. Die den Vergaser umgebende Luft hatte eine Temperatur von io°. Die Drossel war so eingestellt, daß der Motor eine anfängliche Drehzahl von 1750 U/min hatte; nach 3 und nach io Minuten Betriebszeit wurde die Verringerung der Drehzahl bestimmt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Vereisung des Vergasers in einem Leichtflugzeugmotor (Die Menge des im Vergaser angesammelten Eises wird von der Größe des Drehzahlverlustes wiedergegeben) Konzea- Drehzahlverlust tration durch Verc-is=-ng, Additiv im Brenn- .U/min stoff Volum- nach 3 nach so prozent Minuten lUNinuten kein ............... - 425 425 Mono-butyläther von Di-äthylenglykol .. 0,5 0 0 Of the. Ether should be contained in the fuel in an amount of about 0.05 to 0.5, in particular about 0.1 to 0.3 percent by volume, based on the volume of the gasoline. Smaller amounts of additive can generally be used with fuels of relatively low volatility, while larger amounts of additive may be required for more volatile fuels. Example A Continental light aircraft engine is operated with an aviation engine gasoline (SAE Ho) and with a mixture of this fuel with 0.5 percent by volume of the monobutyl ether of diethylene glycol. The pure fuel has the following boiling limits: Engler distillation Initial boiling point, ° C. . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.8 50/0, C. ....................... 93.0 End of boiling point, ° C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.0 Reid vapor pressure, atm. . . . . . . . . . . . 0.48 The air sucked in had a temperature of 10 ° and a relative humidity of 97 iL 30 / ®. The air surrounding the carburetor had a temperature of 10 °. The throttle was set so that the engine had an initial speed of 1750 rpm; The reduction in speed was determined after 3 and 10 minutes of operation. The following results were obtained: Icing of the carburetor in a light aircraft engine (the amount of ice accumulated in the carburetor is given by the size of the speed loss) Concea speed loss tration through Verc-is = -ng, Additive in the burning. RPM material Volume- after 3 after so percent minutes lUminutes no ............... - 425 425 Mono-butyl ether of Diethylene glycol .. 0.5 0 0

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Fuel for internal combustion engines, consisting of a mixture of hydrocarbons in the boiling range of motor gasoline with a content of about 0.05 to 1 percent by volume, based on the volume of the gasoline, of an alkylene glycol ether of the general composition R- [0-Y-] n-OZ where R is an alkyl or aryl hydrocarbon group of 1 to 18 carbon atoms, Y Z is R or hydrogen and n is an integer from i to 6. z. Fuel according to Claim i, characterized in that the hydrocarbon mixture is an aviation engine gasoline. 3. Fuel according to claim i and z, characterized in that the ether is monobutyl = ether of diethylene glycol.