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Publication number: DEST008643MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. August 1954 Bekanntgemacht am 8. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 0,05 bis ι 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.

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. ■ ' i;

Diese Schwierigkeit tritt bei allen Automobiltypen, bei allen Vergasertypen und bei Verwendung aller handelsüblichen Benzinmarken auf.

Die Größe dieser Schwierigkeit geht aus einer in New Jersey durchgeführten Untersuchung hervor, die 2c auf den Erfahrungen von 300 Automobilbesitzern beruht, die während der Herbst- und Winterzeit zwanzig verschiedene Automobilmodelle fuhren. Diese Automobile wurden mit gew^Töhnlichem und mit Super-

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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	O	(von ]	00 Automobilen)	II	13
			2	3
	oder häufigeres Stehenbleiben	52			100	96
Temperatur, °C		klar	70	96	star	Regen
relative Feuchtig		/ be	y leich	ker
keit, %		deckt	ter	Regen
Wetter			Regen


bei Verwendung	5			21	7
von		15	20
normalem	6			42	2
Winterbenzin..	38	40
Super-Winter
benzin

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.

Bei der Untersuchung dieses Problems Jiat 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 Temperatur abfall 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 Leerlauf st ellung 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.

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 Ver-Wendung von Kraftstoffen von üblicher Flüchtigkeit ein Stehenbleiben des Motors auf Grund von Eisbildung im Vergaser nicht unterhalb — 1 und nicht oberhalb -f- 16° auftritt. Diese Versuche zeigen in gleicher Weise, daß der Motor nur bei einer Luftfeuchtigkeit von über etwa έ>5°/₀ stehenbleibt.

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, 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 see aufrechterhalten, danach ließ man den Motor 15 see leer laufen. Wenn der Motor stehenblieb, bevor die 15 see verstrichen waren, wurde er erneut angelassen und seine Drehzahl 30 see lang auf 1500 U/min gebracht; wenn er nicht stehenblieb, wurde die Drehzahl nach den 15 see Leerlauf unverzüglich auf 1500 U/min erhöht. Diese Zyklen von jeweils 30 see bei 1500 U/min und 15 see Leerlauf wurden wiederholt, bis der Motor vollständig warm geworden war. Es wurde notiert, wie oft der Motor während dieses Verfahrens bis zürn vollständigen Warmwerden stehenblieb. Die Versuche wurden bei 4° und bei einer relativen Feuchtigkeit von 100 °/₀ unter Verwendung von drei Kraftstoffen verschiedener Flüchtigkeit durchgeführt. Der flüchtigste Kraftstoff war ein Premium-Benzin des Handels mit einem ASTM-Siedeverhalten von 10% bei 43⁰, 50% bei 88° und 90% bei 146⁰. Es wurde gefunden, daß der Motor bei Verwendung dieses Kraftstoffs während des Warm wer dens etwa vierzehn- bis fünfzehnmal stehenblieb. Es wurde

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weiter ein Kraftstoff von mittlerer Flüchtigkeit untersucht, der aus einem normalen Benzin des Handels bestand (ASTM-Siedeverhalten: IO°/₀ bei 49⁰, 50%' bei 104⁰ und 90% bei 172⁰). Bei Verwendung dieses Kraftstoffs blieb der Motor elf mal stehen. Schließlich wurde ein Benzin von geringer Flüchtigkeit geprüft (ASTM-Siedeverhalten: 10% bei 52⁰, 50% bei 132⁰ und 90% bei 197⁰). Mit diesem Kraftstoff blieb der Motor fünfmal stehen.

to 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 (5o°/₀ bei 132⁰) nur fünfmal, bei

Verwendung des am stärksten flüchtigen Kraftstoffs (50% 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 50°/₀ bei 154⁰ 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 Warm wer den 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. 3o°/₀ 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.

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—]„ — OZ

worin R eine Alkyl- oder Arylkohlenwasserstoffgruppe von ι bis 18 C-Atomen, Y

CH_S

-CH₂-CH₂-, -CH-CH₂-,

CH₃ CH₈ C₂H₅

— CH-CH- oder -CH-CH₂-

worin Z gleich R oder Wasserstoff und worin η eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist. Es können beispielsweise folgende Äther verwendet werden: Diäthylenglykolmonobutyläther, Diathylenglykol-monopropyläther, Diäthylenglykol-monoäthyläther, Diäthylenglykolmonomethyläther, Äthylenglykol-monophenyläther, Äthylenglykol-monobenzyläther, Äthylenglykol-mono-2-äthylbutyläther, Äthylengrykol-mono-2-äthylhexyl-

äther; 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 Di-äther 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.

Der Äther soll in einer Menge von etwa 0,05 bis 0,5, insbesondere etwa 0,1 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 80) 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

5o°/o, °C 93,0

Siedeende, ⁰C 163,0

Reid-Dampfdruck, Atm.

0,48

Additiv

kein

Mono-butyläther von
Di-äthylenglykol ..

Konzentration
im Brennstoff

Volumprozent

o,5

nach 3
Minuten

425
O

nach. 10 Minuten

425

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Die angesaugte Luft hatte eine Temperatur von 10° und eine relative Feuchtigkeit von 97 ± 3 %· 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 10 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 Drehzahl Verlustes wieder- n° gegeben)

Drehzahlverlust durch Vereisung,

U/min

i. Treibstoff für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem Gemisch von Kohlenwasser-

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stoffen im Siedebereich von Motorenbenzin mit einem Gehalt von etwa 0,05 bis 1 Volumprozent, bezogenauf das Volumendes Benzins, an einem Alkylenglykoläther der allgemeinen Zusammensetzung

— CH-2 — CH2 —, — CH — CH2 —, worin R eine Alkyl- oder Arylkohlenwasserstoffgruppe von 1 bis 18 C-Atomen, Y

CH₃ CH₃

C₂H₅

CH-CH- oder — CH- CH,-

Z gleich R oder Wasserstoff und η eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist.
2. Treibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgemisch ein Flugmotorenbenzin ist.
3. Treibstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Äther der Monobutyläther von Diäthylenglykol ist.

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