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Kraftstoffgemisch Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffgemisch,
das in feuchter, kühler Luft zu einem merklich besseren Arbeiten eines Motors führt.
Das Kraftstoffgemisch gemäß der Erfindung besteht aus einem Xohlenwasserstoffgemisch
im Siedebereich von Benzin, das o,o5 bis a Volumprozent, insbesondere etwa o,z bis
o,5 Volumprozent Dimethylformamid und bzw. oder Morpholin enthält. Das Kraftstoffgemisch
gemäß der Erfindung kann außerdem ein Lösungsöl und andere Zusätze, wie Bleialkyl-Antiklopfmittel,
Farbstoffe, Harzinhibitoren, Oxydationsinhibitoren u. dgl., enthalten.
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.Die Kraftstoffgemische gemäß der Erfindung sind in erster Linie dazu
bestimmt, gewisse Betriebsschwierigkeiten zu überwinden, wie sie bei Kraftfahrzeug-,
Schiffahris-, stationären und Flugzeugmotoren auftreten. Die erwähnten Schwierigkeiten
führen im Leerlauf häufig zum Stehenbleiben des Motors. Der Motor kann immer dann
stehenbleiben, wenn er bei Wetterlagen mit verhältnismäßig hoher Luftfeuchtigkeit
und Temperaturen unterhalb etwa z6° betrieben wird.
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Auf dieses Problem, das an sich seit vielen Jahren besteht, hat sich
seif kurzem auf Grund zahlreicher Klagen von Automobilbesitzern, insbesondere in
den nördlichen Teilen der Vereinigten Staaten, die Aufmerksamkeit gerichtet. Diese
Automobilbesitzer berichten, daß ihre Fahrzeuge bei kühlem, feuchtem Wetter im Leerlauf
insofern sehr schlecht arbeiten, als der Motor sehr oft stehenbleibt. Diese Schwierigkeit
tritt bei allen Automobiltypen, bei allen Vergasertypen
und bei
Verwendung aller handelsüblichen Benzinmarken auf.
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Die Größe dieser Schwierigkeit geht aus einer in New Jersey durchgeführten
Untersuchung hervor, die auf den Erfahrungen von 3oo Automobilbesitzern beruht,
die während der Herbst- und Winterzeit zwanzig verschiedene Automobilmodelle fuhren.
Diese Automobile wurden mit gewöhnlichem und mit Premium-Winterbenzin des Handels
gefahren. In TabelleI sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt, es ist jeweils
angegeben, wie oft die unter den erwähnten Bedingungen betriebenen Motore stehenblieben.
| Tabelle I |
| Anzahl der Klagen über zweimaliges oder häufigeres Stehenbleiben |
| (von xoo Automobilen) |
| Temperatur, °C .......................... 0 2 3 11 13 |
| relative Feuchtigkeit, °/o. , ................ 52 70 96 10o
96 |
| Wetter ........................ .......... klar bedeckt
leichter starker Regen |
| bei Verwendung von Regen Regen |
| normalem Winterbenzin . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 15
20 21 Premium-Winterbenzin ................. 6 3$ 49 42 2 |
Die statistischen Werte der Tabelle I in Verbindung mit der allgemeinen Erfahrung
aller Benutzer von Automobilen 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 LeerlaufdrehzahlvonAutomobilen
mit automatischen Getriken 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.
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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 Luftenthaltene Feuchtigkeit
kondensiert und gefriert. Die Verdampfung eines normalen Brennstoffs im Vergaser
kann elie Temperatur der Metallteile des Vergasers bis um 2;_,$° unter die Temperatur
der eintretenden Luft senken. Infolgedessen kann, bevor der gesamte Motor und derKühler
warm geworden sind, dieserTemperaturabfall 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 weiter
gebildetem Eis zu einer Verengung der feinen Luftöffnungen, so daß der Motor stehenbleibt.
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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 -i-16° auftritt. Diese Versuche
zeigen in gleicher Weise, daß der Motor nur bei einer Luftfeuchtigkeit von über
etwa 65 °/o stehenbleibt.
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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 1947, in einem temperatur- und
feuchtigkeitsgelenkten Raum untergebracht. Während die Temperatur und die Feuchtigkeit
auf bestimmter Höhe gehalten wurden, #vurde die Neigung des Motors zum Stehenbleiben
während derAnwärmzeit bestimmt. Hierzu wurde der Motor angelassen und dann unverzüglich
auf eine Drehzahl von 1500 U/min gebracht. Diese Drehzahl wurde 30 Sekunden
aufrechterhalten, danach ließ man den Motor 15 Sekunden leerlaufen. Wenn der Motor
stehenblieb, bevor die 15 Sekunden verstrichen waren, wurde er erneut angelassen
und seine Drehzahl 30 Sekunden lang auf 1500 U/min gebracht; wenn er nicht
stehenblieb, wurde die Drehzahl nach den 15 Sekunden Leerlauf unverzüglich auf 1500
U/min erhöht. Diese Zyklen von jeweils 30 Sekunden
bei 1500
U/min und 15 Sekunden Leerlauf wurden wiederholt. bis der Motor vollständig warm
geworden war. Es wurde notiert, wie oft der Motor während dieses Verfahrens bis
zum vollständigen Warmwerden stehenblieb. Die Versuche wurden bei 4° und bei einer
relativen Feuchtigkeit von roo °/o unter Verwendung von drei Kraftstoffen verschiedener
Flüchtigkeit durchgeführt. Der flüchtigste Kraftstoff war ein Premiumbenzin des
Handels mit einem ASTM-Siedeverhalten von ro % bei 43°, 50 °/o bei 88° und
9o °/o bei 146°. Es wurde gefunden, daß der Motor bei Verwendung dieses Kraftstoffes
während des Warmwerdens etwa 14- bis 15mal stehenblieb. Es wurde weiter ein Kraftstoff
von mittlerer Flüchtigkeit untersucht, der aus einem normalen Benzin des Handels
bestand (ASTM-Siedeverhalten : ro °/p bei 49°, 50 °/u bei 1o4° und 9o °/o bei 172°).
Bei Verwendung dieses Kraftstoffes blieb der Motor rrmal stehen. Schließlich wurde
ein Benzin von geringer Flüchtigkeit geprüft (ASTM-Siedeverhalten: ro°/o bei 52°,
50°/o bei 132° und 9o °/o bei 197°). Mit diesem Kraftstoff blieb der Motor 5mal
stehen.
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.AM diesen Werten ist zu ersehen, daß die Vergaservereisung
von der Flüchtigkeit des verwendeten Kraftstoffes abhängt. So blieb der Motor bei
Verwendung des oben geprüften Kraftstoffs von niedrigster Flüchtigkeit (50 °/o bei
t32°) nur 5mal, bei Verwendung des am stärksten flüchtigen Kraftstoffs (50 °/o bei
88°) dagegen 15mal stehen. Ein Extrapolieren dieser Werte in bezug auf die Flüchtigkeit
des Kraftstoffes zeigt, daß ein Kraftstoff von einer solchen Flüchtigkeit, -daß
5o °/o bei 154° 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. Indessen bezieht sich die Erfindung nicht nur auf Kraftstoffe mit
einem ASTM-5o °/ö Destillationspunkt unterhalb etwa 154°. Gleichzeitig ist es möglich,
wie gezeigt werden wird, die zur Bekämpfung der Vereisung erforderliche Menge an
Additiv mit der Flüchtigkeit des zu verbessernden Kraftstoffes in Einklang zu bringen.
Man kann mit arideren Worten bei Kraftstoffen von verhältnismäßig niedriger Flüchtigkeit
kleinere Additivmengen verwenden, während für stärker flüchtige Kraftstoffe größere
Additivmengen erforderlich sein können. 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. 30 °/o der Flugzeugunglücke, die sich in den Vereinigten Staaten 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.
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Amin soll erfindungsgemäß in einer Menge von wesentlich unter 1 Volumprozent,
bezogen auf das Volumen des Benzins, verwendet werden. Vorzugsweise liegt die Konzentration
zwischen etwa 0,05 und 0,5, vorzugsweise etwa o,1 und 0,3 Volumprozent.
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Beispiel Ein Continental-Leichtflugzeugmotor wird mit einem Flugmotorenbenzin
(Grad 8o) sowie mit Gemischen des Kraftstoffes mit o,5 Volumprozent Aminen gemäß
der Erfindung betrieben. Der reine Kraftstoff hatte folgende Siedegrenzen: Engler-Destillation
Siedebeginn, °C .......................... 37,8
5004, ° C . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93,0
Siedeende,°C............................
163,0 Reid-Dampfdruck, Atm. . . . . . . . . . . . . .. . . . . 0,48 Die angesaugte
Luft hatte eine Temperatur von ro° und eine relative Feuchtigkeit von 97 :L 3 °/o.
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 1o Minuten Betriebszeit wurde die Verringerung der Drehzahl bestimmt.
Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Vereisung des Vergasers in einem Continentalmotor
Wirksamkeit des. Antivereisungszusatzes Anfängliche Motordrehzahl (festgestellte
Drossel)
............................ 175o U/min Temperatur der angesaugten
Luft, °C
... ro Relative Feuchtigkeit der angesaugten Luft, °/o. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .,. . . . . . 97 :L 3 Temperatur der den Vergaser
umgebenden Luft, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1o (Die
Menge des im Vergaser angesammelten Eises wird von der Größe des Drehzahlverlustes
wiedergegeben.)
| Tabelle II |
| Konzentration Drehzahlverlust |
| Additiv im Brennstoff durch Vereisung |
| nach 3 Minuten |
| Volumprozent U/min - |
| kein .............. - 425 |
| Dimethylformamid . 0,25 0 |
| Morpholin . . . . . . . . . 0,25. o |
Aus der Tabelle geht hervor, daß Dimethylformamid und Morpholin sehr wirksam sind.