DK170715B1 - Anvendelse af et motorbrændstof til drift af en Otto-motor - Google Patents

Description

i DK 170715 B1

Opfindelsen angår anvendelse af et motorbrændstof.

Det er målet for de lovgivende myndigheder i industrilandene at begrænse emissionerne fra forbrændingsmotorer af 5 navnlig carbonmonoxid (CO), nitrogenoxider (N0X) og car-bonhydrider (CmHn), for derved at formindske de belastninger af miljøet, der er forbundet med disse emissioner.

Også de blyforbindelser, der tilsættes brændstoffer for Otto-motorer for at reducere bankningen, er underkastet 10 stigende begrænsninger med hensyn til deres anvendelighed. Således vil et brændstof, der er tilsat blyforbindelser, sætte de udstødningsgas-katalysatorer, der anvendes til fjernelse af de skadelige stoffer CO, N0X og CmHn, ud af funktion ved at danne belægning på katalysatorens aktive 15 centre. Blandt de løsninger, der er udviklet til rensning af automobil-udstødningsgasser, har katalytiske fremgangsmåder fået en stor betydning, jf. Chemiker-Zeitung, 97. årgang 1973, nr. 9, s. 469 ff.

På grund af den sundhedsskadelige virkning af de blyfor-20 bindeiser, der er indeholdt i forbrændings-udstødningsgasserne fra drift af Otto-motorer, har man søgt efter alternativer, der medfører den samme gunstige virkning som tilsætning af blyforbindelser, nemlig især en forbedring af bankningsforholdene, men som også har en vis gunstig 25 virkning med hensyn til slitagen af udløbsventilerne i 4-takts-0tto-motorer.

Således er der blevet foreslået flydende carbonhydrid-blandinger, i alt væsentligt bestående af benzin og en organometallisk forbindelse fra gruppen bestående af 30 dicyclopentadienyl-jern (ferrocen) og benzinopløselige derivater, med henblik på formindskelse af brændstofforbruget og udstødningsgas-forureningen såvel som fjernelse eller formindskelse af carbonudskillelserne, idet sådanne blandinger også kan indeholde de sædvanlige tilsætninger 35 af bankningsnedsættende midler, jf. DE-offentliggørel- DK 170715 B1 2 sesskrift nr. 2.502.307.

Det er opfindelsens formål at anvise en anvendelse af den * indledningsvis angivne art, ved hvilken både brændstof-5 forbruget og udstødningsgas-emissionerne nedsættes, og * ifølge opfindelsen opnås dette ved den i patentkravet angivne anvendelse.

Det er kendt, jf, f.eks. FR-PS nr. 1.094.786 og US-PS nr. 3.341.311, at anvende brændstofblåndinger med et indhold 10 af ferrocen i forbrændingsmotorer, dog ikke i Otto-moto-rer med et reguleret katalysatorsystem til efterfor-brænding af forbrændingsgassen. I disse skrifter er der for ferrocens vedkommende udelukkende beskrevet en oktantalforhøjende virkning, hvoraf det fremgår, at 15 ferrocen kan anvendes som anti-bankemiddel, eventuelt som erstatning for det i sin tid sædvanlige tetraethyl-bly.

Desuden fremgår det af ovennævnte DE-offentliggørelses-skrift nr. 2.502.307, at brændstofforbruget kan nedsættes ved at tilsætte ferrocen til benzinen.

20 Hvilken virkning ferrocen i benzinen har på sammensætningen af en Otto-motors udstødningsgasser er ikke nævnt i nogen af de nævnte skrifter. De omtaler heller ikke anvendelsen af katalysatorsystemer til efterforbrænding af udstødningsgasser, hvad der heller ikke kan undre, når man 25 erindrer, at i 50’erne, hvori de to førstnævnte skrifter blev anmeldt, var sådanne katalysatorsystemer helt ukendte, og de havde endnu ikke fundet praktisk anvendelse på prioritetsdatoen for DE-offentliggørelsesskrift nr. * 2.502.307, nemlig den 21. januar 1974.

i 30 Ansøgeren har udført forsøg vedrørende virkningen af ferrocen ved køretøjer uden katalysator. Til prøvekørslen blev der anvendt en Mercedes 190 og to ens udformede Opel Kadett 1,3 1. Der blev først foretaget målinger på Merce- DK 170715 B1 3 des-vognens udstødningsgasværdier på basis af benzin uden additiv. Derpå blev der til benzinen for denne vogn tilsat 30 ppm ferrocen og udstødningsgasværdierne målt på ny.

5 Endvidere blev der foretaget målinger på udstødningsgasværdier fra to ens byggede køretøjer, idet køretøj A blev drevet med benzin uden additiv og køretøj B med benzin tilsat 15 ppm ferrocen. Det fremgik tydeligt, at køretøjer, der drives med benzin med additiv, udviser højere 10 emissioner for både CO og HC. Ved emissionerne af NOx kan der ved Mercedes-vognen iagttages en tydelig forhøjelse ved drift med benzin med additiv, mens der ved de to ens byggede Opel-køretøjer kan ses en lille formindskelse, der ligger inden for måleværdispredningen, for vognen med 15 benzin med additiv.

I modsætning hertil kan det konstateres, at når køretøjer med udstødningsgas-katalysatorsystemer drives med benzin tilsat ferrocen, opnås en formindskelse af samtlige ovennævnte emissionsværdier i forhold til det køretøj, der 20 drives med benzin uden dette additiv. En mulig forklaring på dette kunne være, at det yderst fintfordelte jernoxid, der fremkommer ved forbrænding af ferrocen, i det mindste delvis afsættes i katalysatoren og forhøjer dennes aktivitet eller i det mindste forhaler dens ældning.

25 Ved anvendelse af det flydende brændstof med tilsætning af ferrocen ved drift af en Otto-motor, der var udstyret med et reguleret katalysatorsystem som angivet i krav 1, viste det sig under driftsbetingelser svarende til normal drift overraskende muligt at opnå fordele, der skal 30 beskrives nærmere i det følgende, ud over hvad der kunne forventes i form af en rent additiv virkning.

De positive virkninger af en ferrocen-tilsætning opnås, når der til brændstoffet er tilsat ferrocen i mængder på 1-100, fortrinsvis 5-20, vægt-ppm. På grund af sin gode 35 opløselighed tilsættes brændstoffet direkte i de til den DK 170715 B1 4 anbefalede koncentration svarende mængder under omrøring.

Det er hensigtsmæssigt at fremstille et koncentrat af ferrocen opløst i flydende brændstof (benzin), en alkohol, 5 en ether, et aromatisk opløsningsmiddel eller blandinger heraf, og derpå iblande den fornødne rumfangsmængde af * koncentratet i brændstoffet med henblik på indstilling af den ønskede ferrocenkoncentration.

En forsøgsrække med en tryk-indikeret oicylindret motor 10 viste en formindskelse af de såkaldte cyklus-variationer ved drift med ferrocen-tilsat brændstof. Ved overføring på driftsforholdene for motorer af normal størrelse kan det heraf drages den slutning, at det vil være muligt at opnå jævnere løb og bedre udnyttelse af brændstoffet, såvel som 15 forbedrede muligheder til opnåelse af et optimalt forbrændingsforløb.

Opfindelsen skal i det følgende belyses nærmere ved hjælp af tegningens fig. 1-8, der viser måleprogrammerne og de opnåede resultater for en feltprøve med to fra produk-20 tionsserien udtagne automobiler af "den øvre middelklasse", udstyret med udstødningsgaskatalysator og x-sonde, med hensyn til driftspræstationer ved en feltprøve under typiske gadetrafikbetingelser på 80.000 km, idet begge køretøjer blev drevet med det samme reference-brændstof, 25 og idet den eneste forskel var, at det ene køretøj blev drevet med reference-brændstoffet med en tilsætning af ferrocen. Under hele forsøgsrækken blev der anvendt en ferrocenkoncentration på 15 vægt-ppm i det pågældende brændstof. De fra produktionsserien udtagne køretøjer, der 30 blev anvendt ved feltprøven, var udstyret med et reguleret katalysatorsystem, opbygget på basis af et monolitisk bærelegeme med en belægning af katalytisk virksomme * metaller.

Fig. 1 viser oktantal-behovsstigningen i de to prøvekøre-35 tøjers motorer til sammenligning. Resultaterne er udtrykt DK 170715 B1 5 som fortændingsindstilling målt i grader krumtapvinkel som funktion af kørestrækningen i km og blev målt med det samme referencebrændstof. Resultaterne viser ingen 5 betydende forskelle mellem de to motorer, men efter ca.

50.000 km kørsel er der en lille forbedring i oktanbehovsstigning for den motor, der drives med brændstof tilsat ferrocen.

Fig. 2 viser brændstofsforbrugsværdierne til sammenligning 10 mellem de to prøvekøretøjer, og det kan heraf tydeligt ses, at det køretøj, der drives med ferrocen-tilsat brændstof, har et mærkbart lavere forbrug.

Fig. 3 viser CO-emissionerne, målt ifølge den standardiserede målemetode i den såkaldte FTP-cyklus. Emissionen af 15 carbonmonoxid fra det køretøj, der drives med ferrocen- tilsat brændstof, er tydeligt mindre.

Af fig. 4 kan det ses, at emissionerne af CxHy (carbon-hydrider) efter kørsel på ca. 40.000 km bliver mindre ved drift med det brændstof, hvortil er tilsat ferrocen.

20 Fig. 5 viser en tydelig formindskelse af N0X-emissionerne.

Fig. 6 viser resultaterne af analysen med henblik på afslidte elementer i de i de to køretøjer anvendte smøreolier. Måleresultaterne fremkom som såkaldte nulprøver (de lave værdier) umiddelbart efter olieskif-25 tet, og af slutprøven (de høje værdier), som blev udtaget ved slutningen af olieskiftintervallet og analyseret.

Det viser sig, at elementet jern, der er af særlig interesse ved tilsætning af ferrocen til brændstoffet, som det kunne forventes foreligger i større mængder, men der kan 30 ikke iagttages nogen stigning over kørestrækningen.

6 DK 170715 B1

Fig. 7 viser som yderligere eksempel på afslidte elementer måleresultater, der er analoge med de i fig. 6 viste, for elementet kobber, og det vil kunne ses, at kobberindholdet 5 i smøreolie-slutprøverne fra det køretøj, der drives med det ferrocen-tilsatte brændstof, udviser lavere værdier over hele kørestrækningen.

Fig. 8 og 9 viser trykforløbet i en tryk-indikeret ency-lindret motor som prøvemotor, idet den i fig. 8 gengivne 10 kurveskare repræsenterer ca. 30 forbrændingsforløb med ferrocen-tilsat brændstof, og den i fig. 9 gengivne kurveskare de tilsvarende forløb uden ferrocen-tilsæt-ning under i øvrigt· identiske driftsbetingelser. Det vil kunne ses, at der ved tilsætning af ferrocen opnås en 15 mærkbar udjævning af cyklus-variationerne og dermed gunstigere betingelser for motordriften og udnyttelsen af brændstoffet.

i

Claims (1)

1. DK 170715 B1 Anvendelse af et blyfrit, flydende brændstof, der er tilsat 1-100, fortrinsvis 5-20, vægt-ppm ferrocen, til 5 drift af en Otto-motor med et til efterforbrænding af udstødningsgassen indrettet katalysatoranlæg, der er opbygget på basis af en bærer af risledygtigt eller monolitisk materiale med en belægning af et ædelt metal, en oxidisk metalforbindelse eller en kombination af begge. «