EP0484736A1 - Kraftstoffe für Ottomotoren - Google Patents

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EP0484736A1
EP0484736A1 EP91118032A EP91118032A EP0484736A1 EP 0484736 A1 EP0484736 A1 EP 0484736A1 EP 91118032 A EP91118032 A EP 91118032A EP 91118032 A EP91118032 A EP 91118032A EP 0484736 A1 EP0484736 A1 EP 0484736A1
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Juergen Dr. Mohr
Roland Dr. Schwen
Juergen Dr. Thomas
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/22—Organic compounds containing nitrogen
    • C10L1/234—Macromolecular compounds
    • C10L1/238—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/22—Organic compounds containing nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

Definitions

  • the invention relates to fuels for gasoline engines which contain small amounts of a mixture of a detergent and a mono- or dialkoxylated polyisobutylamine.
  • Carburetor and intake system of gasoline engines are increasingly contaminated by contaminants caused by dust particles from the air, unburned hydrocarbon residues from the combustion chamber and the crankcase ventilation gases that are led into the carburetor.
  • the first additive generation could only prevent the formation of deposits in the intake system, but not remove existing deposits in the intake system, whereas the modern additives of the second generation can do both (“keep-clean” and clean-up effect ”) and indeed, due to changed thermal properties, in particular also at zones of high temperatures, namely at the inlet valves.
  • a detergent component in the mixture with the dispersant according to the invention it is possible in principle to use any known product suitable for this purpose, such as those e.g. with J. Falbe, U. Hasserodt, catalysts, surfactants and mineral oil additives, G. Thieme Verlag Stuttgart 1978, p. 221 f. or in K. Owen, Gasoline and Diesel Fuel Additives, John Wiley & Sons 1989, pp. 23 ff.
  • Polyisobutylamines according to EP 0 244 616, ethylenediamine acetic acid amides and / or imides according to EP 0 188 786 or polyether amines according to EP 0 356 725 are preferably used, reference being made to the definitions in these references. Due to the manufacturing process, the products described there have the additional advantage of being almost free of chlorine or chloride.
  • the detergents mentioned usually show excellent effectiveness in valve and carburetor cleanliness, but, as already mentioned above, are at best neutral, i.e. without an adverse effect on an engine lubricant, so show no positive effect with regard to a desired sludge dispersion.
  • fuels for gasoline engines are, in addition to (A) the detergents mentioned (B), polyisobutylamine derivatives in small amounts, preferably in amounts of 50 to 2000 ppm, of the formula I. added, in which R is a polyisobutyl radical with a molecular weight of 500 to 5000, R1 is hydrogen, methyl or ethyl and m and n independently of one another are the numbers 0 or 1.
  • the ratio of (A) to (B) is usually 1: 2 to 10: 1.
  • polyisobutylamines preferably obtained by hydroformylation and subsequent reductive amination of reactive polyisobutenes according to EP-A2-0 244 616, to which reference is hereby made, are reacted with alkylene oxides in a manner known per se.
  • the polyisobutene used has a molecular weight between 500 and 5000, preferably between 800 and 1500. It is obtained according to a known method by cationic polymerization of isobutene, with a reactive double bond remaining in the monomer last incorporated after termination of the polymer chain, which is used for the purpose of further functionalization can be.
  • the mono- or dialkoxylation is carried out by reacting the amine with alkylene oxides, preferably with ethylene oxide, in a manner known per se, e.g. in the presence of a certain proportion of water in a pressure vessel, the amine is reacted with the approx. 1 to 5 times molar amount of alkylene oxide, e.g. at S.P. McManus et al., Synth. Commun. 3, 177 (1973). Depending on the choice of the amount of alkoxide, mono- or dialkoxylated amines are obtained.
  • the alkoxylation products of the formula I in addition to their known valve cleaning action, have a particularly positive effect on the sludge-carrying capacity of weakly or not at all additive engine oils, particularly when ethylene oxide is used as the alkylene oxide.
  • Leaded and unleaded regular and premium gasoline can be used as fuels for gasoline engines.
  • the gasolines can also contain components other than hydrocarbons, e.g. Alcohols such as methanol, ethanol, tert. Butanol and ether, e.g. Contain methyl tertiary butyl ether.
  • the fuels generally also contain additives such as corrosion inhibitors, stabilizers, antioxidants and / or other detergents.
  • Corrosion inhibitors are mostly ammonium salts org. Carboxylic acids which tend to form films due to the structure of the starting compounds. Amines to lower the pH are also often found in corrosion inhibitors. Heterocyclic aromatics are mostly used as non-ferrous metal corrosion protection. Rating Engine part Basic value Add 125 ppm polyisobutylamine + 125 ppm ethoxylated polyisobutylamine Add 250 ppm of non-ethoxylated polyisobutylamine Cylinder head cover 8.7 9.2 8.9 Oil distribution pipe 8.3 9.3 8.5 Cylinder head 8.3 9.5 8.5 Oil pan 8.2 9.5 8.9 Timing case cover 8.5 9.6 8.6 Average 8.4 9.4 8.7
  • the table shows the advantageous effect of the polyisobutyl ethoxylate to be used according to the invention compared to the starting polyisobutylamine.
  • the dispersing properties of the ethoxylate make it possible to raise the mean value from the rating of the individual engine parts from 8.4 to 9.4 (max. 10).
  • the use of polyisobutylamine does not lead to an improvement compared to the basic value.

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Abstract

Kraftstoffe für Ottomotoren, enthaltend geringe Mengen Von mono- oder dialkoxylierten Polyisobutylaminen als Additive zur Vergaserreinhaltung, Ventilreinigung und Ölschlammdispergierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kraftstoffe für Ottomotoren, die geringe Mengen einer Mischung aus einem Detergens und einem mono- oder dialkoxilierten Polyisobutylamin enthalten.
  • Vergaser und Einlaßsystem von Ottomotoren, aber auch Einspritzsysteme für die Kraftstoffdosierung in Otto- und Dieselmotoren werden in zunehmendem Maße durch Verunreinigungen belastet, die durch Staubteilchen aus der Luft, unverbrannte Kohlenwasserstoffreste aus dem Brennraum und die in den Vergaser geleiteten Kurbelwellengehäuseentlüftungsgase verursacht werden.
  • Diese Rückstände verschieben das Luft-Kraftstoffverhältnis im Leerlauf und im unteren Teillastbereich, so daß das Gemisch fetter, die Verbrennung unvollständiger und wiederum die Anteile unverbrannter oder teilverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas größer werden und der Benzinverbrauch steigt.
  • Es ist bekannt, daß zur Vermeidung dieser Nachteile Kraftstoffadditive zur Reinhaltung von Ventilen und Vergaser bzw. Einspritzsystemen verwendet werden (vgl. z.B. M. Rossenbeck in Katalysatoren, Tenside, Mineralöladditive, Hrsg. J. Falbe, U. Hasserodt, S. 223 f., G. Thieme Verlag, Stuttgart 1978).
  • Je nach Wirkungsweise aber auch nach dem bevorzugten Wirkort solcher Detergens-Additive unterscheidet man heute zwei Generationen.
  • Die erste Additiv-Generation konnte nur die Bildung von Ablagerungen im Ansaugsystem verhindern, nicht aber bereits vorhandene Ablagerungen im Ansaugsystem entfernen, wohingegen die modernen Additive der zweiten Generation beides bewirken können ("keep-clean-" und clean-up-Effekt") und zwar, aufgrund veränderter thermischer Eigenschaften, insbesondere auch an Zonen hoher Temperaturen, nämlich an den Einlaßventilen.
  • Nach wie vor unklar bleibt die Beeinflussung des Schmierstoffs durch Kraftstoffadditive, die in geringer Menge aber stetig über den Brennraum in den Schmiermittelkreislauf eines Motors gelangen.
  • Auf keinen Fall dürfen solche Zusätze, einmal in den Schmierstoff gelangt, dessen Eigenschaften und Funktion negativ beeinflussen. Insbesondere im Hinblick auf die Bildung und Dispergierung des Ölschlamms wird daher auch der Einfluß der Kraftstoffadditive berücksichtigt. Die meisten der bekannten Detergenzien verhalten sich allerdings ölschlammneutral.
  • Möchte man daher einen diesbezüglich positiven Effekt des Kraftstoffs bzw. der darin enthaltenen Wirkstoffe auf den Schmierstoff erzielen, dann ist die zusätzliche Additivierung des Kraftstoffs mit dispergierenden Substanzen sinnvoll.
  • Als Detergens-Komponente in der Mischung mit dem erfindungsgemäßen Dispergator kann prinzipiell jedes bekannte, der hierfür geeigneten Produkte eingesetzt werden, wie sie z.B. bei J. Falbe, U. Hasserodt, Katalysatoren, Tenside und Mineralöladditive, G. Thieme Verlag Stuttgart 1978, S. 221 f. oder bei K. Owen, Gasoline and Diesel Fuel Additives, John Wiley & Sons 1989, S. 23 ff., beschrieben sind.
  • Vorzugsweise verwendet man Polyisobutylamine gemäß EP 0 244 616, Ethylendiaminteraessigsäureamide und/oder -imide gemäß EP 0 188 786 oder Polyetheramine gemäß EP 0 356 725, wobei auf die Definitionen in diesen Literaturstellen Bezug genommen wird. Die dort beschriebenen Produkte verfügen herstellungsbedingt über den zusätzlichen Vorteil verfügen, nahezu chlor- bzw. chloridfrei zu sein.
  • Die genannten Detergenzien zeigen meist eine ausgezeichnete Wirksamkeit in der Ventil- und Vergaserreinhaltung, verhalten sich jedoch, wie oben bereits erwähnt, allenfalls neutral d.h. ohne nachteilige Wirkung auf einen Motorschmierstoff, zeigen also keinen positiven Effekt hinsichtlich einer erwünschten Schlammdispergierung.
  • Es bestand daher die Aufgabe Additiv-Formulierungen zu finden, die außer ihrer positiven Wirkung im Einlaßsystem eines Ottomotors zusätzlich eine Ölschlamm dispergierende Wirkung entfalten. Diese Aufgabe wurde mit Derivaten von Polyisobutylaminen, die über die Alkoxilierung von Polyisobutylaminen erhalten werden, gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden Kraftstoffen für Ottomotoren neben (A) den genannten Detergenzien (B) Polyisobutylamin-Derivate in geringen Mengen, vorzugsweise in Mengen von 50 bis 2000 ppm, der Formel I
    Figure imgb0001
    zugesetzt, in der R einen Polyisobutylrest mit einem Molekulargewicht von 500 bis 5000, R¹ Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und m und n unabhängig voneinander die Zahlen 0 oder 1 bedeutet. Das Verhältnis von (A) zu (B) beträgt in der Regel 1 : 2 bis 10 : 1.
  • Zur Herstellung der Verbindungen der Formel I werden Polyisobutylamine, bevorzugt erhalten durch Hydroformylierung und anschließende reduktive Aminierung von reaktiven Polyisobutenen gemäß EP-A2-0 244 616, worauf hiermit Bezug genommen wird, nach an sich bekanntem Verfahren mit Alkylenoxiden zur Reaktion gebracht.
  • Das verwendete Polyisobuten hat ein Molekulargewicht zwischen 500 und 5000, vorzugsweise zwischen 800 und 1500. Es wird nach bekanntem Verfahren durch kationische Polymerisation von Isobuten erhalten, wobei nach Abbruch der Polymerkette im zuletzt eingebauten Monomeren eine reaktive Doppelbindung verbleibt, die zum Zwecke der weiteren Funktionalisierung genutzt werden kann.
  • Die Mono- oder Dialkoxilierung erfolgt durch Umsetzung des Amins mit Alkylenoxiden, vorzugsweise mit Ethylenoxid nach an sich bekannter Art und Weise, in dem man z.B. das Amin in Anwesenheit eines gewissen Anteils an Wasser in einem Druckgefäß mit der ca. 1- bis 5fach molaren Menge an Alkylenoxid zur Reaktion bringt wie dies z.B. bei S.P. McManus u.a., Synth. Commun. 3, 177 (1973) beschrieben ist. Dabei erhält man je nach Wahl der Alkoxidmenge mono- bzw. dialkoxilierte Amine.
  • Überraschend wurde gefunden, daß die Alkoxilierungsprodukte der Formel I neben ihrer an sich bekannten ventilreinigenden Wirkung besonders positiv auf das Schlammtragevermögen von schwach oder garnicht additivierten Motorenölen einwirken, ganz besonders dann, wenn als Alkylenoxid Ethylenoxid eingesetzt wird.
  • Als Kraftstoffe für Ottomotoren kommen verbleites und unverbleites Normal- und Superbenzin in Betracht. Die Benzine können auch andere Komponenten als Kohlenwasserstoffe, z.B. Alkohole wie Methanol, Ethanol, tert. Butanol sowie Ether, z.B. Methyltertiärbutylether enthalten. Neben den erfindungsgemäß zu verwendenden alkoxylierten Polyisobutylaminen enthalten die Kraftstoffe in der Regel noch weiter Zusätze wie Korrosionsinhibitoren, Stabilisatoren, Antioxydantien und/oder weitere Detergenzien.
  • Korrosionsinhibitoren sind meist Ammoniumsalze org. Carbonsäuren, die durch entsprechende Struktur der Ausgangsverbindungen zur Filmbildung neigen. Auch Amine zur Absenkung des pH-Wertes finden sich häufig in Korrosionsinhibitoren. Als Buntmetallkorrosionsschutz werden meist heterocyclische Aromaten eingesetzt. Rating
    Motorenteil Grundwert Zusatz von 125 ppm Polyisobutylamin + 125 ppm ethoxy-liertes Polyisobutylamin Zusatz von 250 ppm nicht ethoxyliertem Polyisobutylamin
    Zylinderkopfhaube 8.7 9.2 8.9
    Ölverteilungsrohr 8.3 9.3 8.5
    Zylinderkopf 8.3 9.5 8.5
    Ölwanne 8.2 9.5 8.9
    Steuergehäusedeckel 8.5 9.6 8.6
    Mittelwert 8.4 9.4 8.7
  • Die Tabelle zeigt die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäß zu verwendenden Polyisobutyl-ethoxylats im Vergleich zum Ausgangs-Polyisobutylamin. Durch die dispergierenden Eigenschaften des Ethoxylats gelingt es, den Mittelwert aus dem Rating der einzelnen Motorenteile von 8,4 auf 9,4 anzuheben (max. 10). Die Verwendung von Polyisobutylamin hingegen führt zu keiner Verbesserung gegenüber dem Grundwert.

Claims (12)

  1. Kraftstoffe für Ottomotoren, enthaltend geringe Mengen
    (A) eines Kraftstoff-Detergens und
    (B) eines Dispergators der allgemeinen Formel I
    Figure imgb0002
     in der R einen Polyisobutylrest mit einem Molekulargewicht von 500 bis 5000, R¹ Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, m und n unabhängig voneinander die Zahlen 0 oder 1 bedeutet.
  2. Kraftstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detergens (A) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyisobutylaminen, Ethylendiamintetraessigsäureamiden und/oder -imiden sowie Polyetheraminen.
  3. Kraftstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie jeweils 50 bis 5000 ppm an Detergens und der Verbindungen der Formel I enthalten, in der R¹ Wasserstoff bedeutet.
  4. Kraftstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Verbindungen der Formel I enthalten, in der R einen Polyisobutylrest mit einem Molekulargewicht von 800 bis 1500 bedeutet.
  5. Kraftstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Verbindungen der Formel I enthalten, die durch Hydroformylierung eines Polyisobutens R', hydrierende Aminierung und Umsetzung mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid in Gegenwart von Wasser hergestellt sind, wobei R' das gegenüber dem Rest R um ein Wasserstoffatom ärmere Olefin bedeutet.
  6. Kraftstoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weitere Kraftstoffdetergenzien, Vereisungsverhinderer, Korrosionsinhibitoren und/oder Antioxydantien enthalten.
  7. Verwendung von geringen Mengen
    (A) eines Kraftstoff-Detergens und
    (B) eines Dispergators der allgemeinen Formel I
    Figure imgb0003
     in der R einen Polyisobutylrest mit einem Molekulargewicht von 500 bis 5000, R¹ Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, m und n unabhängig voneinander die Zahlen 0 oder 1 bedeutet, in Kraftstoffen für Ottomotoren.
  8. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Detergens (A) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyisobutylaminen, Ethylendiamintetraessigsäureamiden und/oder -imiden sowie Polyetheraminen.
  9. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffe jeweils 50 bis 5000 ppm an Detergens und der Verbindungen der Formel I, in der R¹ Wasserstoff bedeutet, enthalten.
  10. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffe Verbindungen der Formel I, in der R einen Polyisobutylrest mit einem Molekulargewicht von 800 bis 1500 bedeutet, enthalten.
  11. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffe Verbindungen der Formel I enthalten, die durch Hydroformylierung eines Polyisobutens R', hydrierende Aminierung und Umsetzung mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Butylenoxid in Gegenwart von Wasser hergestellt sind, wobei R' das gegenüber dem Rest R um ein Wasserstoffatom ärmere Olefin bedeutet.
  12. Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffe weitere Kraftstoffdetergenzien, Vereisungsverhinderer, Korrosionsinhibitoren und/oder Antioxydantien enthalten.
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ES2053259T3 (es) 1994-07-16
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