DK145102B - Braendstof til otto-motorer - Google Patents

Description

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 1451 02 B

f eihO

I w i

(19) DANMARK

DIREKTORATET FOR PATENT- 06 VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2118/72 (51) lnt.CI.3 C 10 L 1/18 (22) Indleveringsdag 2?· apr. 1972 (24) Løbedag 27. apr. 1972 (41) Aim. tilgængelig 6. nov. 1972 (44) Fremlagt 30. aug. 1982 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 5- maj 1971, 3933/71, AT 24. nov. 1971, 10127/71, AT

(71) Ansøger OESTERREICHISCHE HIAG-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 1 01 5 Wien, AT.

(72) Opfinder Herbert Mayerhoffer, AT: Wilhelm ^Schneider, AT: Har= do Nuering, AT: Wolfgang Exner, AT.

(74) Fuldmægtig Firmaet Chas. Hude.

(54) Brændstof til Otto-motorer.

Den foreliggende opfindelse angår et brændstof til Otto-motorer på basis af hydrocarboner, som ved ca. den samme brændværdi fører til et formindsket CO-indhold i udstødningsgassen ved forbrænding i forbrændingsmotorer, og som indeholder en eller flere oxygen-holdige forbindelser, såsom acetaler og alkoholer, og eventuelt andre sædvanlige benzintilsætninger samt eventuelt vand.

0 Sammensætningen af udstødningsgassen fra forbrændingsmotorer er ^ i første række afhængig af brændstof-luftforholdet, nemlig luft- - tallet. Lufttallet λ udtrykker forholdet mellem den luftmængde, J som faktisk er til stede ved forbrændingen, i forhold til den - støkiometrisk nødvendige luftmængde.

t 3 2 145102 χ_ effektiv luftmængde_ _ støkiometrisk luftmængde

De sædvanlige lufttal ved den praktiske drift af automobilmotorer er givet ved egenarten af motorkonstruktionen samt ved driftbetingelserne for forbrændingsmotorerne og ligger omtrent mellem 0,85, altså luftunderskud, og 1,1, altså luftoverskud, hvorved der ved λ =0,85 opnås den største ydelse og ved λ = ΐ,ι det mindste forbrug.

Selv ved omhyggelig indstilling af motoren kan det ikke undgås, at dette forhold ændres alt efter omdrejningstallet og belastningen af motoren, og at der derfor altid optræder mængder af ikke-for-brændt brændstof samt CO og andre forbrændingsprodukter i udstødningsgasserne. Ved forbrændingsmotorer arbejder karburatoren for det meste i et område, i hvilket der tilsættes lidt mindre end den støkiometriske mængde forbrændingsluft, hvorved motoren dog giver en god ydelse og acceleration. Udfra en sådan gasblanding opstår der ved forbrændingen i motoren en udstødningsgas med et stort GO-indhold. Alle forbrændingsmotorer, som i dag er i drift, især benzinmotorer, giver dog alt efter deres driftstilstand udstødningsgasser, som indeholder en væsentlig mængde giftige bestanddele .

Endvidere bestemmes ydelsen af eri forbrændingsmotor (benzinmotor) ved kompressionen. En større kompression giver højere forbrændingstemperaturer og dermed et højere sluttryk samt en bedre virkningsgrad. For at benzinmotorer kan drives med større kompression, er det nødvendigt at iblande brændstoffet såkaldte antibanknings-midler frem for alt organiske blyforbindelser, såsom blytetraethyl (TEL) eller blytetramethyl (TML). Ved den kraftige forøgelse af antallet motorkøretøjer, optræder der fare for sundheden på grund af skadelige stoffer indeholdt i udstødningsgasserne, især carbonmonooxyd (CO), nitrogenoxider (NO ), ikke forbrændte hydrocarboner (CH ) , x -χ. y aldehyder, krakningsprodukter samt bly.

Der er allerede blevet foretaget mange forsøg på ved forskellige forholdsregler at opnå, at de af myndighederne krævede små mængder skadelige stoffer ikke overskrides. Dog er det endnu ikke ved rene motormæssige konstruktive forholdsregler lykkedes at nå et tilfredsstillende resultat. Dette kan dog forklares, hvis man betragter 3 145102 tilstandsdiagrammet for en benzinmotor med ideal tilstand og med elektronisk indsprøjtning, ved hvilket indholdet af de enkelte skadelige komponenter anskueliggøres i afhængighed af lufttallet (fig. 4).

Man ser deraf, at indholdet af C02 når et maksimum ved lufttallet 1, CO-indholdet et minimum. Indholdet af (CH^y har minimum ved et lufttal på 1,15» hvorved maksimum af N0„ og aldehyder ligger Λ på samme sted. Da forbrændingen kun forløber godt i området λ= 0,85- 1,1, er dette område ved driften også det bedste med hensyn til ydelse og forbrug. Uden for dette område er der et fald i ydelse og et større forbrug. Endvidere viser diagrammet de enkelte skadelige stoffers afhængighed af hinanden indenfor rammerne af den kemiske ligevægt. Enhver størrelse af de enkelte komponenter er (forudsat at der anvendes samme brændstof) naturnødvendigt givet ved et bestemt lufttal. Da brændstofferne er normerede, adskiller de sig kun uvæsentligt i international henseende fra hinanden ved C/H-forholdet. Indholdet af Ν0χ er en funktion af forbrændingstemperaturen, der også gives udfra lufttallet. Nitrogen^ oxider har på grund af deres katalytiske virkning ved oxidationsreaktioner længe været kendt i den kemiske teknologi, f.eks. ved blykammermetoden oxydationen af S02 til SO^, Gutehoffnungshtltte — fremgangsmåden til oxydation af methan til formaldehyd og fremgangsmåden ifølge Monsanto Chemical Company til oxydation af aliphatiske hydrocarboner til formaldehyd, acetaldehyd, acetone, alkoholer.

Den katalytiske virkning af NO er dermed også givet ved forbræn- Λ dingen i benzinmotoren, da allerede 0,1 volumen^ er tilstrækkelige som katalytisk virksomme mængder i tekniske processer ved lavere temperaturer, således som de optræder i benzinmotoren. Forbrændingsprocessen i benzinmotoren er ikke kun en funktion af lufttallet, men endvidere en funktion af forbrændingshastigheden for brændstoffet.

I forurenede motorer er forbrændingen ufuldstændig. Endvidere bemærkes, at også turbulensen under forbrændingen, som afhænger af omdrejningstallet, kan mærkes ved opnåelse af ligevægten.

4 145102

Ifølge massevirkningsloven kan ligevægtstilstanden ved en reaktion kun ændres ved,at trykket og/eIler temperaturen ændres ved de samme reaktionsdeltagere. Udfra disse overvejelser er det altså kun muligt at ændre sammensætningen af udstødningsgassen, når man a) ændrer brændstoffet eller b) nedsætter motorens kompression.

Nedsætningen af kompressionen medfører en forringelse af ydelsen.

For de fleste europæiske motorkøretøjer bliver kørselsydelsen derved nedsat så meget, at den ikke mere er tilstrækkelig til kravene.

En yderligere måde til bortskaffelse af skadelige stoffer i udstødningsgassen, består i at blande udstødningsgassen efter udtræden fra motoren med luft og forbrænde de skadelige stoffer. For at muliggøre en efterforbrænding er det dog nødvendigt,at udstødningsgassen er så varm, at den katalytiske forbrænding kan holdes i gang. Dertil kræves en indstilling af tændingen, som ikke svarer til en økonomisk og ydelsesmæssig god indstilling. Endvidere må man komprimere en tilsvarende stor luftmængde og blande den med udstødningsgassen. Derved fremkommer en formindskelse i kørselsydelsen ved et meget større brændstofforbrug. Den cykliske drift af et motorkøretøj synes at gøre værdien af sådanne efterforbrændinger meget tvivlsom. Katalysatorer arbejder kun tilfredsstillende under meget nøje definerede og ensartede betingelser. Man kan ikke forestille sig, at en kold katalysator fungerer ved starten af en motor om vinteren, f.eks. ved en udendørs temperatur på -20°C, når der af tvingende årsager anvendes en fed brændstofblanding. De tidligere kendte katalysatorer er kun virksomme ved høje temperaturer.

Det er med et godt resultat blevet forsøgt at fremme forbrændingsprocessen i motoren ved hjælp af visse tilsætningsstoffer og dermed forøge ydelsen og levetiden for motoren. Det vigtigste eksempel på et sådant tilsætningsstof er tetraethylbly, der allerede tilsat i ringe mængder forbedrer antibankningen af benzinen betydeligt, hvorved motoren skånes. Der optræder dog derefter sundhedsfarlige 5 145102 blyforbindelser i udstødningsgassen, hvis fjernelse er absolut påkrævet.

I bestræbelsen på at erstatte tetraethylbly med et stof, som giver en ugiftig udstødningsgas, er der blandt andet også foreslået anilin, som udviser en god antibankningsvirkning, og som er godt foreneligt med andre brændstoftilsætningsstoffer. Det har dog for nylig vist sig, at anilin og derivater deraf imod tidligere antagelser fører til stærke aflejringer af gummiagtige rester i motoren og indsugningsrøret, således at tilsætningen af dette stof til brændstoffet synes betænkelig.

Den eneste praktisk anvendelige måde består derfor i ved hjælp af passende foranstaltninger at ændre selve forbrændingen på en sådan måde, at indholdet af skadelige stoffer automatisk formindskes. Dette kan ved samme kompression kun ske ved, at luftbehovet og forbrændingstemperaturen nedsættes ved hjælp af oxygenholdige forbindelser. Endvidere kan forbrændingens ligevægt nås hurtigere ved anvendelse af oxygenholdige forbindelser med større forbrændingshastighed, og derved kan virkningsgraden endog hæves.

Blandt mængden af organiske oxygenholdige forbindelser kan kun få betegnes som egnede som tilsætningsstof af økonomiske og fysiske årsager. Tilsætningsstoffet må ikke ændre brændstoffet således, at det derved ikke mere er i overensstemmelse med normen. Endvidere skal også allerede små mængder være mest muligt virksomme.

Det er kendt, at man ved tilsætning af oxygenholdige forbindelser fremfor alt alkohol, kan nå en forbedring af forbrændingen og dermed bankningsforholdet. På grund af faren for en afblanding ved lave temperaturer er dog tilsætningen af alkohol alene ikke mulig. 1 tider med brændstofmangel er det allerede kendt i det mindste delvis at erstatte benzinen med andre stoffer, hvortil igen fremfor alt lavere alkoholer og andre oxygenholdige forbindelser skulle tjene. Det er således kendt fra schweizisk patent nr. 238.693, fransk patentskrift nr. 890.651 og i de tyske patentskrifter nr. 819.176 og 822.031. De i disse patentskrifter 6 145102 anførte brændstoffer er erstatningsbrændstoffer, som ikke er egnet til drift af moderne forbrændingsmotorer. Deres benzinindhold er 0 til højst 70 volumenprocent. Deres brændværdi er lille og andrager 4000-9000 kalorier i forhold til 10.000-10.700 kalorier for almindelige brændstoffer. Til den nødvendige stabilisering af benzin-alkoholblandinger er der foreslået tilsætninger af opløsningsformidlende stoffer fremfor alt acetaler, som dog altid må være til stede i mængder på mere end 10 volumenprocent for at holde, tilsvarende alkoholmængder i opløsning også ved lave temperaturer .

Ved afprøvning af disse ældre forslag med hensyn til deres egnethed til at nedsætte CO-indholdet har det vist sig, at det på grund af den lave brændværdi for brændstoffet ikke eller kun med stort besvær er lykkedes at holde motoren i gang, således at det allerede af denne grund ikke var muligt at løse nærværende problem ved hjælp af disse forslag.

Nærværende opfindelse angår et brændstof, som i praksis har den samme brændværdi,som almindelige brændstoffer har, men som alligevel ved forbrændingen udviser et væsentligt lavere CO-indhold i udstødningsgassen.

Brændstoffet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at det foruden mindst 85 volumen% hydrocarboner eller benzin indeholder 0,2-12, fortrinsvis 0,5-10 volumen% forbindelser med formlen I

R1 2 I 3 , > R-0-C--O-R (I) i

H

hvori betyder H eller CH^, og R^ og R^ betyder CH^, ^3^7 eller C^Hg, hvorhos brændstoffet er homogent ved temperaturer under 25°C.

145102

Brændstoffet kan være sammensat på basis af alle i handelen almindelige benzinarter, uanset om disse er tilsat vilkårlige tilsætningsstoffer, som tjener til forskellige formål, f.eks. forøgelse af evnen til at modstå bankning eller korrosion. Således kan brændstoffet eventuelt være tilsat bly.

Brændstoffet ifølge opfindelsen kan opnås ved iblanding af en tilsætningsblanding i benzinen. De enkelte komponenter kan dog også sættes til benzinen i vilkårlig rækkefølge. Det er for det meste fordelagtigt at sætte en blanding til benzinen under dens fremstilling, altså allerede i raffinaderiet.

Det er også muligt som brændstofbasis at anvende blandinger af i handelen gående benziner med hinanden og med andre hydrocarbon= fraktioner.

Det er ikke nødvendigt, at brændstoffet ifølge opfindelsen indeholder en forbindelse med den i krav 1 angivne formel I alene. I fordel-; agtige udførelsesformer indeholder brændstoffet mange flere yderligere aktive stoffer, som tjener forskellige formål.

Selvom brændstoffet ifølge opfindelsen er foreneligt med sådanne kendte tilsætningsstoffer, og disse derfor også på sædvanlig måde selv ved tilstedeværelse af en forbindelse med den i krav 1 angivne formel I kan sættes til benzinen, fortjener den omstændighed opmærksomhed, at brændstoffet ifølge opfindelsen på overraskende måde udover de allerede nævnte fordele endvidere har andre fordele.

Det har således vist sig, at det har en forbedret evne til at modstå bankning, at det har et formindsket nitrogenoxidindhold i udstødningsgassen, at det befrier motoren for harpiksagtige aflejringer, at det fremfor alt ikke tillader vandansamlinger i karburatoren, og at det fjerner tilstedeværende vand fra tanken og karburatoren, at det hindrer en tilisning af karburatoren, virker anti-korrosivt, og at der ved tilsætning af en forbindelse med den i krav 1 anførte formel I opnås en kvalitetsforøgelse af ringere brændstoffer.

Endvidere nødvendiggør anvendelsen af brændstoffet ifølge opfindelsen ingen ændring af motorkonstruktionen, således at det kan anvendes rationelt i blyfri tilstand.

8 145102

Brændstoffet ifølge opfindelsen kan derfor også anvendes i højt komprimerende motorer. Iblandingen af tilsætningsstoffet i brændstoffet kan ske i raffinaderiet uden kostbare ændringer af driftsanlæget. På grund af dets evne til at modstå bankning, kan der ved hjælp af brændstoffet ifølge opfindelsen opnås en besparelse af aromater i benzinen.

Der kan opnås særlig gode resultater med brændstoffet ifølge opfindelsen, når det samtidig i stedet for tetraethylbly som anti-bankningsmiddel indeholder anilin eller et af derivaterne deraf, især methylanilin, fordi en særlig vigtig egenskab ved brændstoffet ifølge opfindelsen består i,at det lidt efter lidt fjerner tilstedeværende gummiagtige aflejringer i motoren og på denne måde renser motoren. På samme måde hindrer det enhver nydannelse og aflejring af sådanne stoffer, således at de vanskeligheder, der længe har optrådt med hensyn til tilsætningen af anilin eller derivater deraf som antibankningsmiddel,falder bort ved samtidig anvendelse af dette brændstof og anilin.

Brændstoffet ifølge opfindelsen udviser forbedrede brændingsegenskaber, således at der ved tilsætningen ikke kan iagttages noget ydelsesfald, selvcm den samlede brændværdi af det med tilsætningsstoffet forædlede brændstof er formindsket ubetydeligt.

Det har endvidere vist sig, at CO-indholdet i udstødningsgassen sænkes særlig kraftigt,når brændstoffet ifølge opfindelsen indeholder mindst tre oxygenholdige forbindelser. Eksempler på egnede blandinger af oxygenholdige forbindelser er dimethylformal, metha= nol, isopropanol; dimethylacetal, methanol, isobutanol; dimethyl= formal, methanol, isopropanol, paraldehyd; dimethylformal, methyl= acetat, isobutanol; dimethylacetal, methanol, diisopropylformal, isopropanol; diethylacetal, methanol, ethanol, isobutylacetat og paraldehyd.

Som eksempler på den volumenmæssige sammensætning af som tilsætning egnede blandinger, som består af tre eller flere oxygenholdige forbindelser, hvoraf mindst én svarer til den i krav 1 angivne formel I, kan nævnes: 40 volumendele dimethylformal, 40 volumendele metha= nol, 20 volumendele isopropanol; 20 volumendele dimethylacetal, 9 145102 20 volumendele diethylacetal, 30 volumendele isopropanol, 30 volu= mendele diisopropylformal; 30 volumendele dimethylformal, 30 volu= mendele methanol, 20 volumendele isopropanol, 20 volumendele iso= butanolj 30 volumendele dimethylformal, 30 volumendele methanol, 20 volumendele isopropanol, 20 volumendele paraldehyd; 20 volumen-dele methylacetat, 20 volumendele methylal, 30 volumendele metha= nol, 20 volumendele isopropanol og 10 volumendele paraldehyd. Indholdet af methanol kan udgøre indtil 60 volumenprocent, isopropanolindholdet indtil 40 volumenprocent af blandingen, der skal tilsættes.

Selvom alle forbindelserne med den i krav 1 angivne formel I er aktive i den angivne betydning, foretrækkes dog de lavmolekylære fremfor de højmolekylære forbindelser, især de, som indeholder en eller flere methylgrupper.

Der optræder, især ved anvendelse af disse lavmolekylære forbindelser, således som det vil blive vist, en tydelig forøgelse af Research-oktantallet, således at det ved tilsætning af en forbindelse med den i krav 1 angivne formel I er muligt i det mindste delvis og ofte fuldstændigt at erstatte de ellers anvendte anti-bankningsmidler.

På grund af forøgelsen af evnen til at modstå bankningen kan man dermed som regel undgå iblandingen af en organisk blyforbindelse, eller denne erstattes ved en tilsætning af anilin eller et derivat deraf, hvorved man ikke kun opnår de kendte fordele ved anilintilsætningen, men, hvorved også en katalytisk efterforbrænding, såfremt en sådan ønskes, bliver mulig, fordi der ikke mere findes blyforbindelser i udstødningsgassen, som kan forgifte katalysatoren. I stedet for anilin kan der anvendes andre forbindelser, der er virksomme som antibankningsmidler.

Det har vist sig, at der er blevet opnået meget gode resultater med et brændstof ifølge opfindelsen, når det er tilsat en blanding, hvis sammensætning er valgt således, at dens partialtryk, når den er tilsat i en mængde fra 5 til 12 volumenprocent, ved alle temperaturer i kogepunktsområdet for brændstoffet står i ca. samme forhold til brændstoffets partialtryk. Således optræder der f.eks. i en motor med flere cylindre med faldstrømskarburator som bekendt 145102 ίο en deling af brændstoffet i gas-luftblandingen på den måde, at de cylindre, som er længst borte fra karburatoren i rumlig henseende, indeholder en blanding, som er rig på de lavtkogende komponenter i brændstoffet, meris de cylindre, som rumligt er i nærheden af karburatoren, indeholder en blanding, som er rig på højt-kogende komponenter i brændstoffet. Tilsætningsstoffet er derfor særlig virksomt, når det deltager i denne deling, således at der i hver delmængde af brændstoffet eller i hver koge- eller fordampningsfraktion i samme er ca. samme forhold mellem partialtrykket for brændstoffet og tilsætningsstoffet.

Tilsætningsstoffet er fordelagtigt sammensat således, at kogepunktskurven for et forædlet brændstof i det væsentlige falder sammen med det ikke forædlede brændstof.

Eksempler på de sidstnævnte udførelsesformer er brændstoffer, der udover normal benzin indeholder tilsætningsstoffer med følgende volumensammensætninger: 20 volumendele methylacetat, 18 volumendele methylal, 30 volumendele methanol, 20 volumendele isopropanol, 10 volumendele paraldehyd og 2 volumendele vand; 30 volumendele methanol, 10 volumendele methylal, 30 volumendele methylacetat, 20 volumendele isopropanol og 10 volumendele paraldehyd.

Det har vist sig, at ikke kun, som allerede kendt, erstatningsbrændstoffer med store indhold af de ifølge opfindelsen aktive bestanddele kan indeholde nogle procent vand, men at også brændstoffet ifølge opfindelsen med fordel kan indeholde vand. Alt efter brændstoffets sammensætning,først og fremmest dets aro-matindhold, og alt efter den temperatur, ved hvilken brændstoffet ifølge opfindelsen skal lagres, kan dets vandindhold variere. Det ligger fordelagtigt indenfor grænserne 0,0002-0,4 volumenprocent, regnet i forhold til det samlede brændstof.

Hvis man kun sætter én forbindelse til brændstoffet, optræder der for det meste uønskede resultater, f.eks. afblanding i kulden, tilisning og korrosion.

Der er nu fundet frem til en blanding, som ved tilsætning til brændstoffet ikke alene påvirker forbrændingen i den ønskede henseende, men også bibringer yderligere betydelige fordele.

11 145102

En sådan blanding består af 35-45 volumendele methylal 35-45 volumendele methanol 15-25 volumendele isopropanol samt 10-125 volumendele anilin eller derivater deraf, især methylanilin.

Blandingen er afstemt således i dens sammensætning, at både de fysiske forudsætninger, som er blandbarhed med benzin, kuldebe-standighed af blandingen med benzin, og de kemiske forudsætninger, som er lavt luftbehov, lavere forbrændingstemperatur og høj forbrændingshastighed, opfyldes. Dermed opnås, at indholdet af Ν0χ ved den lavere forbrændingstemperatur bliver tilsvarende mindre, således at masseligevægten forbedres ved det lave luftbehov og at der nås en hurtigere indstilling af den kemiske ligevægt ved den høje forbrændingshastighed. Derved er det muligt allerede ved en tilsætning på 5 volumenprocent af blandingen til brændstoffet at opnå en formindskelse af CO-indholdet på indtil 30%, af Ν0χ-indholdet på indtil 20%, og af aldehydindholdet på indtil 80%. Indholdet af uforbrændte hydrocarboner stiger ganske vist som følge af ligevægten med 10-20%, men ligger dog kun' i ppm-området. Forbedringen af udstødningsgassen strækker sig over alle tilstande i det praktiske driftsområde.

Blandingen indeholder det som antibankningsmiddel kendte anilin (eller dets derivater), som på grund af harpiksdannelsen i karburatoren og tilsugningssystemet samt forureningen af lagerbeholderen ikke tidligere er blevet anvendt i stedet for bly. Til en blyfri grundbenzin sættes 5-10% af den ovenfor anførte blanding indeholdende anilin. Der blev opnået en forøgelse af oktantallet med indtil 11 oktantal. Endvidere formindskes gummidannelsen i et i handelen almindeligt brændstof til det halve. Ved praktisk drift af et motorkøretøj blev der i løbet af 1 år ikke fastslået nogen forurening. Ved analyse af udstødningsgassen fra brændstoffet ifølge opfindelsen, som indeholdt ovennævnte blanding, blev det overraskende fastslået, at tilsætningen af anilin (eller derivater deraf) ikke påvirker mængden af skadelige stoffer. ,r

Der kunne hverken påvises mere nitrogenoxid eller aldehyd end ved 12 145102 anvendelse af et brændstof uden anilin. Dette betyder, at udeladelse af blyforbindelser bliver mulig med brændstoffet ifølge opfindelsen indeholdende anilin.

For den praktiske anvendelse er den omstændighed også meget vigtig, at der selv ved 15 volumenprocent af tilsat blanding endnu ikke kunne fastslås noget væsentligt ydelsesfald. Også forbruget forbliver fuldstændig det samme. En yderligere fordel ved brændstoffet ifølge opfindelsen består i, at fremkomne vandmængder ved den praktiske drift bliver opløst, og gener som følge af vand i tanken ikke længere optræder.

Ved udeladelsen af blyforbindelser er det ved anvendelse af brændstoffet ifølge opfindelsen indeholdende anilin (og derivater deraf, f.eks. methylanilin} uden forøgelse af aromatmængden muligt at fremstille brændstoffer med den i dag almindelige antibanknings-evne. Som bekendt opstår der ved forbrændingen af aromater det kræftfremkaldende β-benzpyren. Det kan derfor anbefales, at aro-matindholdet ikke overstiger de i dag sædvanlige 25 volumenprocent. Desuden er aromater værdifulde råstoffer indenfor den kemiske industri.

Den foreliggende opfindelse muliggør således fremstilling af blyfri brændstoffer, hvorved de i dag almindelige grundbenziner uforandret kan anvendes. Med brændstofferne forædlet ved hjælp af ovennævnte tilsætningsstoffer kan motorerne drives uden nogen konstruktive ændringer, hvorved der ikke opstår et tab i ydelse og intet højere forbrug. På trods heraf formindskes mængden af skadelige stoffer væsentligt.

En formindskelse af mængden af skadelige stoffer til 0 er ved anvendelse af hydrocarboner som brændstof ikke mulig ved nogen som helst konstruktive forholdsregler eller ved tilsætning af detergenter. Indholdet vil indenfor grænserne for det ved den praktiske drift benyttede luftforhold indstille sig i overensstemmelse med naturlovene. Alle forholdsregler, såsom magrere indstilling, efterfor-brænding og iblanding af udstødningsgas, bibringer kun et højere forbrug ved mindre ydelse og giver dermed et unødigt spild.

Ved afprøvning af udførelsesformer for brændstoffet ifølge opfin 13 145102 delsen blev der gået frem som følger:

Det med tilsætningsstof forsynede brændstof blev tilført til motorer i automobiler, som befandt sig på en rulleprøvestand, der var indrettet til måling på automobiler med et akseltryk på indtil 10 ton, en energi på indtil 200 hk ved hjulomkredsen og en hastighed på rullen på indtil 200 km/timen, hvorved fartvinden blev tilvejebragt af en blæser. På denne prøvestand kan kørefor-hold for alle driftstilstande simuleres, således som de optræder på kørebanen. Der blev afprøvet brændstofblandinger med automobiler af forskellige mærker og typer. Brændstofblandingerne blev afprøvet med hensyn til deres normopførsel ifølge de på den tid gældende DIN- og ASTM-forskrifter. Endvidere blev såvel antibank-ningsevnen som sammensætningen af udstødningsgassen, især dens CO-indhold, målt eller undersøgt ved hjælp af en CRF-4 motor med elektronisk indsprøjtning, sidstnævnte ved hjælp af infrarød analyse. Værdierne blev målt og registreret ved hjælp af egnede analysatorer. Udover disse data blev olie- og kølevandstemperaturen samt motorens trækkraft i Kp løbende målt og registreret. Endvidere blev i visse tilfælde accelerationen og forbruget målt.

Med mindre andet angives, er talangivelserne i de følgende eksempler henregnet til fuld belastning af motoren. Oktantallet blev målt med prøvemotorer ifølge DIN 51.756 eller ASTM D-908 og D-937.

De enkelte komponenter i brændstoffet ifølge opfindelsen skal ikke forstås som de kemisk reneste stoffer, men som tekniske produkter af almindelig handelskvalitet.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser (a) forbrændingsmotorers trækkraft og (b) CO-indholdet i volumen% i udstødningsgassen i afhængighed af mængden af de i brændstoffet indeholdte forbindelser med formlen I, fig. 2 indflydelsen af forbindelser med formlen I på anilinholdi- 14 145102 ge brændstoffers antibankningsevne, fig. 3 virkningen på formindskelsen af CO-indholdet i udstødningsgassen i tilfælde af forskellige typer forbrændingsmotorer ved anvendelse af brændstoffer, der indeholder forskellige mængder forbindelser med formlen I, og fig. 4 afhængigheden mellem mængderne af de forskellige i udstødningsgassen fra Otto-motorer indeholdte skadelige stoffer og lufttallet.

Eksempel 1

En i handelen gående normal benzin med kogepunktsgrænserne 35-200°C, vægtfylden 0,731/15°C, et oktantal (research oktantal) på 88 og en brændværdi på 10.200 kalorier blev tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 80 volumendele methylal, (CH^O^CI^

20 volumendele isopropanol, (CH^^.CH.OH

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9820 kalorier. Dens antibankningsevne var steget til research oktantal 91, mens CO-indholdet i udstødningsgassen var formindsket fra 4,65 volumenprocent til 3,75 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 2.

Til normalbenzinen ifølge eksempel 1 blev tilsat 10 volumenprocent af en blanding af 30 volumendele methanol, CH^OH 60 volumendele dimethylacetal, (CH^O^.CH.CH^

10 volumendele i-butanol, C^Hg.OH

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9660 kalorier. Dets antibankningsevne var steget til research oktantallet 93,5, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra oprindeligt 4,65 volumenprocent til 1,85 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 3 15 145102

En blyfri normalbenzin, som ikke indeholdt nogen tilsætningsstoffer, og som havde et kogepunktsområde fra 35 til 200°C, en vægtfylde på 0,734, et research oktantal på 77 og en brændværdi på 10.250 kalorier, blev tilsat 7,5 volumenprocent af en blanding af

30 volumendele methanol, CH^OH

50 volumendele methylal, (CH^O^.CHg 10 volumendele dimethylacetal, (GH^Oj^.CH.CH^ 10 volumendele isopropanol (CH^^.CH.OH.

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9870 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 82,5, mens C0-indholdet i spildgassen sank fra oprindeligt 4,90 volumenprocent til 2,7 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 4

Den i eksempel 3 angivne benzin blev tilsat 7,5 volumenprocent af den ligeledes i eksempel 3 nævnte blanding og desuden 1,25 volumenprocent anilin. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9850 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 85, mens CO-ind-holdet i udstødningsgassen sank fra oprindeligt 4,9 til 2,7 volumenprocent . . i

Eksempel 5

En i handelen gående superbenzin med kogepunktsgrænserne 35-195°C', vægtfylde 0,752/15°C, et research oktantal på 98 og en brændværdi på 10.500 kalorier blev tilsat 10 volumenprocent methylal. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9820 kalorier. Dets oktantal var steget fra research oktantallet 98 til research oktantallet 100, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra oprindeligt 4,50 volumenprocent til 2,10 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 6 16 145102

Superbenzinen ifølge eksempel 5 blev tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 30 volumendele methanol, CH^OH 60 volumendele diethylformal, (C^JipjO^-CH^ 10 volumendele isopropanol, (CH-^.CH.OH.

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 10.290 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 99, mens indholdet af CO i udstødningsgassen sank til 3,35 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 7

En superbenzin uden bly, som ikke indeholdt nogen tilsætningsstoffer, med et kogepunktsområde fra 35 til 195°C, en vægtfylde på 0,754/15°C, et research oktantal på 89,0, og en brændværdi på 10.450 kalorier, blev tilsat 10 volumenprocent af en blanding af 80 volumendele diethylacetal, (C2H5O).CH.CH^ 20 volumendele isopropanol, (CH^)^ -CH.OH.

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 10.140 kalorier. Dets oktantal var derved steget til research oktantallet 94,5, mens C0-ind-holdet i udstødningsgassen sank fra oprindeligt 3,90 volumenprocent til 1,75 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 8.

Benzinen ifølge eksempel 7 blev tilsat 10 volumenprocent af en blanding af

20 volumendele methanol, CH-^OH 70 volumendele methylal, (CH^O).CH2 10 volumendele isobutanol, C^H^OH

U51Q2 17 \

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9830 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 94,0, mens CO-indholdet sank fra oprindeligt 3,90 volumenprocent til 1,05 volumenprocent.

Dets uklarhedspunkt var -30°C.

Eksempel 9.

Et brændstof, som var sammensat af 10 volumendele petroleumsether med et kogepunktsområde fra 40 til 60°C, 10 volumendele benzinfraktion med et kogepunktsområde fra 60 til 80°C, 20 volumendele benzinfraktion med et kogepunktsområde fra 80 til 120°C, 20 volumendele benzinfraktion med et kogepunktsområde fra 100 til 140°C, 10 volumendele prøvebenzinfraktion med et kogepunktsområde fra 140 til 200°C, 10 volumendele benzen, 10 volumendele toluen, 10 volumendele xylen, og som havde et research oktantal 68 og en brændværdi på 10.620 kalorier,blev tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 30 volumendele methanol 20 volumendele methylal 30 volumendele methylacetat 20 volumendele isopropanol

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 10.380 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 73, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 2,9 til 2,0 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 10.

Brændstoffet ifølge eksempel 9 blev tilsat 10 volumenprocent af en blanding, ligeledes som beskrevet i eksempel 9. Brænd- 18 145102 stoffet havde nu en brændværdi på 10.040 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 75, mens CO-indholdet i udstødningsgassen var sunket fra 2,9 volumenprocent til 1,1 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -29°C.

Eksempel 11.

Brændstoffet ifølge eksempel 9 blev tilsat 10 volumenprocent af en blanding, således som den ligeledes er beskrevet i eksempel 9, samt 1,25 volumenprocent anilin. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 10.020 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 84, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 2,9 volumenprocent til 1,1 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå under -30°C.

Eksempel 12.

Den i eksempel 3 angivne benzin.blev tilsat 10 volumenprocent af den i eksempel 9 angivne blanding samt 1,25 volumenprocent anilin. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9680 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 88, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 1,20 volumenprocent til 0,21 volumenprocent. Dets uklarhedspunkt lå ved -30°C.

Eksempel 13.

En i handelen gående normalbenzin med kogepunktsgrænser fra 35 til 200°C, vægtfylde på 0,731/15°C, et research oktantal på 88 og en brændværdi på 10.200 kalorier blev tilsat 2 volumenprocent af en blanding af 20 volumendele methylacetat, 18 volumendele methylal, 30 volumendele methanol, 20 volumendele isopropanol, 10 volumendele paraldehyd, 2 volumendele vand 19 145102

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 10.100 kalorier. Dets anti-bankningsevne var steget til research oktantallet 88,5, mens C0-indholdet i udstødningsgassen var sænket fra 2,30 til 1,84 volumenprocent. Motorerens trækkraft forblev uændret 52 Kp.

Eksempel 14.

Forsøget ifølfe eksempel 13 blev gentaget, men benzinen blev tilsat 12 volumenprocent af blandingen. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9580 kalorier. Dets antibankningsevne var steget til research oktantallet 94,4, mens CO-indholdet var formindsket fra 2,30 til 0,34 volumenprocent. Motorerens trækkraft sank fra 52 Kp til 50,5 Kp.

Eksempel 15.

Forholdene ved tilsætningen af den i eksempel 13 og 14 angivne blanding til den deri angivne i handelen gående normalbenzin belyses nærmere ved hjælp af diagrammet i fig. 1, hvor der 1 abscissens retning er angivet den tilsatte mængde af blandingen i volumenprocent og i to ordinaters retning er angivet dels forbrændingsmotorens trækkraft i Kp, dels CO-indholdet i udstødningsgassen i volumenprocent. Kurvens forløb viser, at CO-indholdet (kurve 2) i udstødningsgassen falder kraftigt, mens trækkraften (kurve 1), der er et mål for motorens ydelse, forbliver næsten ens.

Det sidste resultat blev også fastslået i tilfælde, hvor brænd-værdierne af brændstoffet uden tilsætning og af det med tilsætning blandede brændstof lå meget længere fra hinanden, end det er tilfældet i eksemplerne 13 og 14. Det antages, at den ved tilstedeværelse af tilsætningen forøgede forbrænding til CO2 ligger til grund for dette forhold.

Eksempel 16

En normalbenzin uden bly, som ikke havde nogen tilsætningsstoffer, et kogepunktsområde fra 35 til 200°C, en vægtfylde på 0,734/15°C, et oktantal på research oktantallet 77 og en brændværdi på 10.250 kalorier, blev tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 30 volumendele methanol, 10 volumendele methylal, 30 volumendele methyl= acetat, 20 volumendele isopropanol, 10 volumendele paraldehyd og 20 145102 desuden 1,25 volumenprocent anilin. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9980 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 83, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 2,50 volumenprocent til 1,05 volumenprocent.

Eksempel 17

Forsøget ifølge eksempel 16 blev gentaget, hvorved der dog ikke blev tilsat 1,25, men 2,5 volumenprocent anilin. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9960 kalorier. Dets oktantal var steget til research oktantallet 87, mens CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 2,5 volumenprocent til 0,52 volumenprocent.

Eksempel 18

Forholdene ved at arbejde ifølge eksempel 16 og 17, men med andre anilinindhold, belyses nærmere ved hjælp af diagrammet i fig. 2, hvor den tilsatte mængde anilin i volumenprocent er anført i abscissens retning, og research oktantallet er anført i ordinatens retning. Kurve 4 sammenfatter værdierne, som blev opnået med benzin, når alene anilin var tilsat som erstatning for bly-tetral. Kurve 3 viser den bedre antibankningsevneværdi, som blev opnået, når benzinen endvidere var tilsat 5 volumenprocent af den i eksemplet angivne blanding.

Eksempel -19.

Normalbenzinen uden bly ifølge eksempel 16 blev tilsat 7,5 volumenprocent af en blanding af 33,0 volumendele anilin, 19,0 volumendele methanol, 6,7 volumendele methylal, 19,0 volumendele methyl= acetat, 13,4 volumendele isopropanol, 6,7 volumendele paraldehyd og 2,2 volumendele vand. Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9660 kalorier. Dets antibankningsevne var steget til research oktantallet 95, mens CO-indholdet var formindsket fra 2,30 til 0,32 volumenprocent. Motorens trækkraft sank fra 52 Kp til 51 Kp.

Eksempel 20 21 145102

Diagrammet i fig. 3 sammenfatter talrige forsøg, ved hvilke CO-ind-holdet i udstødningsgassen ved fuld belastning blev undersøgt for tre motorer, som var forskellige med hensyn til deres forbrænding.

I abscisseretningen angives mængden i volumenprocent af tilsætningen af forbindelser med den i krav 1 angivne formel I til et brændstof til i Otto-motorer, og i ordinatretningen angives de konstaterede mængder CO i udstødningsgassen. Kurve 5· blev opnået med en 4-cylindersmotor med faldstrømskarburator, kurve 6 med en 6-cylin-dersmotor med dobbeltkarburator og kurve 7 med en 4-cylindersmotor med termisk efterforbrænding under anvendelse af en og samme benzin.

Kurverne tillader den slutning, at der ved hjælp af brændstoffet ifølge opfindelsen til trods for maskinbetingede forskellige CO-mængder i udstødningsgassen for alle motorer opnås omtrent lige store forholdsvise formindskelser af CO-indholdet i udstødningsgassen ved anvendelse af et brændstof ifølge opfindelsen. Ved hjælp af brændstoffet ifølge opfindelsen bliver således konstruktive foranstaltninger i motoren til formindskelse af CO-indholdet i udstødningsgassen, såsom en forbedret karburator eller termiske efterforbrændingsindretninger,forstærket betydeligt i deres virkning, uden at tungtvejende ydelsestab må tages med i købet.

Eksempel 21

En i handelen gående normalbenzin med kogepunktsgrænser fra 35 til 200°C, vægtfylde 0,731/15°C, et research oktantal 88 og en brændværdi på 10.100 kalorier blev tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 40 volumendele methylal (CH^O)£01^, 40 volumendele methanol CH^OH,

20 volumendele isopropanol (CHj)^CHOH

•

Brændstoffet havde nu en brændværdi på 9840 kalorier. Dets anti-bahkningsevne var steget til research oktantallet 88,9. CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 2,30 volumenprocent til 1,27 volumenprocent. Trækkraften forblev uændret 52 Kp.

22 145102

Indholdet af nitrogenoxider faldt fra 4600 ppm til 4000 ppm, aldehydindholdet fra 20 til 11 ppm. Forbruget androg pr. 100 km 0,13 liter mere.

Eksempel 22

En i handelen gående normalbenzin blev som i eksempel 21 tilsat 5 volumenprocent af en blanding af 40 volumendele methylal, 4Q volumendele methanol, 20 volumendele isopropanol og desuden 1,25 volumenprocent anilin

Blandingen havde nu en brændværdi på 9840 kalorier. Dens anti-bankningsevne var steget til research oktantallet 92. CO-indholdet i udstødningsgassen sank fra 1,35 volumenprocent til 1,08 volumenprocent. Trækkraften forblev uændret 61 Kp. Indholdet af nitrogenoxider faldt fra 4600 til 3820 ppm, aldehydindholdet forblev lig med 20 ppm.

Eksempel 23

En i handelen gående normalbenzin blev som i eksempel 21 tilsat 10 volumenprocent af en blanding af 40 volumendele methylal, 40 volumendele methanol, 20 volumendele isopropanol

Blandingen havde nu en brændværdi på 9500 kalorier. Oktantallet steg til research oktantallet 90,2. C0-indholdet i udstødningsgassen faldt ved fuld belastning fra 1,15 volumenprocent til 0,60 volumenprocent, i tomgang fra 4,65 volumenprocent til 3,75 volumenprocent. Trækkraften forblev uændret 81 Kp. Indholdet af nitrogenoxider faldt fra 4600 til 3600 ppm, aldehydindholdet fra 20 til 10 ppm.

Claims (11)

1, Brændstof til Otto-motorer på basis af hydrocarboner, som ved ca, den samme brændværdi fører til et formindsket CO-indhold i udstødningsgassen ved forbrænding i forbrændingsmotorer, og som indeholder en elier flere oxygenholdige forbindelser, såsom acetaler og alkoholer, og eventuelt andre sædvanlige benzintilsætninger samt eventuelt vand, kendetegnet ved, at det foruden mindst 85 volumen% hydrocarboner eller benzin indeholder 0,2-12, fortrinsvis 0,5-10 volumen% forbindelser med formlen I R1

2 I R-0- C-O-R (I) H hvori R1 betyder H eller CH-j, og R1 og R2 betyder CH3, C2H5, el ler C4Hg, hvorhos brændstoffet er homogent ved temperaturer under 25°C. Brændstof ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indeholder indtil 15 volumen% af en blanding af 20-99,95 volumendele, methylal 2 0-10 volumendele dimethylacetal, 0-60 volumendele methanol, 0-40 volumendele isopropanol, 0-10 volumendele isobutanol og 0-30 volumendele methylacetat. 24 145102

3. Brændstof ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indeholder indtil 15 volumea% af en blanding af 50-90 volumendele diethyl= acetal og 10-50 volumendele isopropanol.

4. Brændstof ifølge krav 1 eller 2,kendetegnet ved, at det indeholder mindst 3 oxygenholdige forbindelser.

5. Brændstof ifølge krav 1, 2 eller 4, kendetegnet ved, at det indeholder indtil 15 volumen% af en blanding af 40-70 volumendele ethylformal, 20-40 volumendele methanol og 10-30 volumendele isopropanol .

6. Brændstof ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at det indeholder 0,0002-0,4% vand.

7. Brændstof ifølge ethvert af kravene 1-6, kendetegnet ved, at det indeholder 0,02-4 volumen% anilin eller derivater deraf, fortrinsvis methylanilin.

8·. Brandstof ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det indeholder indtil 15 volumen% af en blanding af 33,0 volumendele anilin eller methylanilin, 19 volumendele methanol, 6,7 volumendele methylal, 19 volumendele methylacetat, 13,4 volumendele isopropanol, 6,7 volu-mendéié paraldehyd og 2,2 volumendele vand.

9. ' Brændstof ifølge ethvert af kravene 1-7, kendetegnet ved, at forholdet mellem partialtrykket af tilsætningsforbindelserne og damptrykket af brændstoffet ved enhver temperatur inden for brændstoffets kogepunktsinterval er ca. det samme.

10. Brændstof ifølge ethvert af kravene 1-8, kendetegnet ved, at dets kogepunktskurve i det væsentlige er sammenfaldende med kogepunktskurven for det uforædlede brændstof.

11. Brændstof ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det indeholder indtil 15 volumen% af en blanding af 35-45 volumendele methylal, 35-45 volumendele methanol, 15-25 volumendele isopropanol