FI75592C

FI75592C - Dieselbraensle.

Info

Publication number: FI75592C
Application number: FI823426A
Authority: FI
Inventors: Klaus Gottlieb; Hartmut Bruderreck; Guenter Deininger; Friedel-Heinrich Wehmeier; Manfred Haselhorst; August-Weilhelm Preuss
Original assignee: Veba Oel Ag
Priority date: 1981-10-10
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1988-07-11
Also published as: FI823426A0; BR8205904A; IE53445B1; EP0077027A2; NO160145C; FI823426L; ES516382A0; TR22309A; DE3270279D1; DE3140382C2; JPS5874789A; ATE18919T1; EP0077027A3; PT75662A; CA1180895A; EP0077027B1; DK153225C; DK446182A; GR76994B; DE3140382A1

Description

75592

Dieselpolttoaine

Savun- tai vast, noenmuodostuksen vähentämiseksi dieselmoottoreissa on tunnettua lisätä dieselpolttoaineeseen eetteriä, etenkin sekoitettuna jaksollisen järjestelmän II. pääryhmän metallien, etenkin bariumin orgaanisten happojen suolojen kanssa. Eetteriksi ehdotetaan etenkin glykolien mono-tai di-alkyylieettereitä, etenkin eteeniglykolin mono- tai dimetyylieettereitä. Näissä lisäaineissa on se haitta, että niiden valmistus on erittäin monimutkaista ja niiden vaikutustapa nokeavähentävänä ja pakokaasuja vähentävänä lisäaineena on vain vähäinen. Lisäksi on pelättävissä ympäristön saastuminen kadmiumin, bariumin, strontiumin emission johdosta.

Edelleen on tunnettua käyttää dieselmoottoreita alkoholien ja eetterien seoksilla. Alkoholeiksi ehdotetaan metanolia, etanolia, n-propanolia ja n-butanolia; parhaimpana pidetään dimetyylieetterin ja metanolin seoksia. Näiden seosten yhteydessä on osoittautunut tarpeelliseksi lisätä molemmat aineosat erikseen sylinteriin, esim. imuilman kautta ja tavanomaisten suihkutuspumppujen avulla. Lisäksi on lämpöarvo suhteessa perusaineosana olevaan dieselpolttoaineeseen enemmän kuin puolet pienempi ja tällaisille seoksille ominainen Setaaniluku syttyvyyden mittana on voimakkaasti pienentynyt, jopa riittämätön tavanomaisen markkinoilla olevan dieselmoottorin tasaiselle kululle.

Esillä oleva keksintö eliminoi tunnettujen, eetteriä sisältävien dieselpolttoaineiden vaikeudet ja haitat ja sille on luonteenomaista tavanomaisiin dieselpolttoaineisiin verrattuna parannettu palamiskäyttäytyminen ja siten sillä käytettyjen moottoreiden lisääntynyt hyötyteho ja vähentynyt vahingollisten aineiden päästö.

2 75592 Nämä ja muut seuraavasta selityksestä selviävät edut saavutetaan keksinnön mukaisella, hiilivetyihin perustuvalla dieselpolttoaineella, jolle on tunnusomasta, että se sisältää 2-40 ti 1avuus-% vähintään yhtä C -C -alkoholia sekä 2-50 tila- 1 4 vuus-% yhtä tai useampaa eetteriä, jolla on yleinen kaava R^-O-C (CH3 )2-R2 * J'ossa ^ Ja r2 merkitsevät kulloinkin metyyli-, etyyli-, 1-propyyli-, 2-propyyli-, 1-but-yyli- tai 2-butyylitähdettä tai voi myös merkitä vetyä, jolloin eetteri- ja aikoholiaineosien kokonaismäärä ei ylitä 60 tilavuus-ϊ. R ja R^ voivat olla samanlaisia tai erilaisia. Erittäin käyttökelpoisia ovat metyyli-tert.-butyyli-eetteri (2-metoksi-2-metyylipropaani), metyyli-tert.-amyyli-eetteri (2-metoksi-2-metyylibutaani) , isopropyy 1i-tert.-but-yyli eetteri /2-(2'-propoksi)-2-metyyli propaanij, sek.-butyyli-te rt. - butyyl i eetteri [l- (2 '-butok si) -2-irietyyl i propaam'7, metyyl i -tert. -2 ,3-dimetyyli butyyli eetteri (2-metoksi-2,3-dimetyyl ibutaani) ja metyyli-tert.-2-metyylipentyylieetteri (2-metoksi -2-metyyl ipentaani ) . Parhaimpina pidetään eetteri seoksia , jotka sisältävät aina 90 ti 1avuus-*: iin asti jotakin mainituista eettereistä. Etenkin metyyli-tert.-butyylieetteriaine-osan pitoisuus on 5-50 tilavuus-%, metyyli-tert.-amyylieetterin 5-50 tilavuus-*, isopropyyli-tert.-butyylieetterin 5-50 tilavuus-*, sek.-butyyli-tert.-butyylieetterin 5-50 tilavuus-*, metyyli-tert.-2,3-dimetyyli-butyylieetterin 5-50 tilavuus-* ja metyyli-tert.-2-metyylipentyylieetterin 5-50 tilavuus-*.

On tosin tunnettua lisätä edellä mainittuja eettereitä, etenkin metyyli-tert.-butyylieetteri ä kaasuti npol ttoai nei si i n. Tästä ei kuitenkaan voida päätellä eetterien soveltumista lisäaineiksi dieselpolttoaineisiin. Toisaalta ei polttoaineen nakuttamattomuus ole olennaista dieselmoottoreissa; toisaalta tarvitaan määrätty itsesytyrniskyky ja määrätty haihtumisnopeus hyvissä 1iukenemisominaisuuksissa dieselpolttoainetta varten.

Suotuisat vaikutukset esiintyvät jo lisättäessä suhteellisen pieniä määriä, 2, mieluummin 5 tilavuus-* eetteri seosta dieselpolttoaineeseen. Keksinnön mukaisesti dieselpolttoaineeseen lisättävät eetterit voidaan valmistaa yksinkertaisilla menetelmillä kiviöljyntuotannossa ja -käsittelyssä saatavista, normaaliolosuhteissa kaasumaisista tai helposti haihtuvista

II

3 75592 hiilivedyistä ja asettaa käyttöön suurina määrinä. Tästä syystä on täysin mahdollista valmistaa keksinnön mukaisia lisäaineita sisältävää dieselpolttoainetta, joka sisältää 40, mieluummin 25 tilavuus-% eetteriseoksesta.

Tavanomainen dieselpolttoaine sisältää sykloparafiineja ja moniytimisiä aromaatteja, jotka pyrkivät palaessaan muodostamaan nokihiukkasia. Ennaltamäärätyn savunrauodostusluvun (noki-luvun, Smoke-unit) säilyttäminen vaatii stökiometriseen suhteeseen polttoaine/ilma verrattuna ilmaylimäärän ja vähentää siten maksimaalisesti vapautuvaa energiaa dieselpolttoaineen kulutettua massaa kohden. Keksinnön mukaisen eetterilisäyk-sen avulla alennetaan voimakkaasti noenmuodostuslukua, minkä johdosta on mahdollista alentaa ilmaylimäärää. Tämä saa aikaan moottorin hyötysuhteen ja siten hyötytehon parantumisen korkeamman keskipaineen johdosta. Samalla vähenee absoluuttinen pakokaasumäärä ja vahingollisten aineiden päästö, etenkin NO -emissio pienenee. Tämän lisäksi pienentyneessä konsentraatiossa emittoituneelle noelle on luonteenomaista, että polysyklisten aromaattien uutettavat karsinogeeniset osuudet ovat aivan olennaisesti pienentyneet.

Koska lisäaineina käytettävät eetterit ovat käytännöllisesti katsoen rikittömiä, pienenee dieselpolttoaineen absoluuttinen rikkipitoisuus. Pienempi savunmuodostus ja pienempi S02~ pitoisuus saavat aikaan vähäisemmän moottoriöljyn likaantumisen ja siten pitemmän moottoriöljyn käyttöiän.

Keksinnön mukaisesti dieselpolttoaineeseen lisätyt eetteri-seokset voivat toimia edelleen alkoholien, etenkin metanolin ja etanolin liukoiseksi tekevinä aineina. Ne mahdollistavat 1-4 hiiliatomia sisältävien alkoholien, esim. metanolin, etanolin, isopropanolin, butanolin, sek.-butanolin ja tert.-buta-nolin lisäämisen yksinään tai seoksena, jopa pienten vesipitoisuuksien kanssa dieselpolttoaineeseen, jolloin polttoaineen alkoholipitoisuudet ovat 2-40, mieluummin 5-25 tilavuus-%.

4 75592 Tämän ansiosta voidaan käyttää esim. biomassasta saatuja alkoholeja suurehkoina määrinä dieselöljyn lisäaineina.

Lisättäessä alkoholeja keksinnön mukaisten eettereiden lisäksi on otettava huomioon se, että polttoaineen hiilivetyjen pitoisuus on vähintään 40, mieluummin yli 50 tilavuus-%.

On tosin tunnettua lisätä dieselpolttoaineisiin alkoholeja käyttämällä liukoiseksi tekeviä aineita. Tähän asti tähän tarkoitukseen ehdotetut liukoiseksi tekevät aineet valmistetaan kuitenkin monimutkaisen menetelmän avulla ja tästä syystä niitä ei ole käytettävissä ilman muuta tarvittavina suurehkoina määrinä. Myös puuttuu tähän asti liukoiseksi tekevinä aineina kysymykseen tulevilta aineilta ominaisuus vaikuttaa suotuisasti dieselpolttoaineiden palamiskäyttäytymi-seen, kuten asianlaita on keksinnön mukaisissa eettereissä.

Esimerkkejä

Seosaineosina keksinnön mukaisten polttoaineiden valmistamiseksi ja vertailukokeiden perustana käytettiin markkinoilla olevaa dieselpolttoainetta, jolla oli taulukossa 1 esitetyt ominaisuudet.

Taulukko 1

Tiheys 0,830 g/ml

Leimahduspiste 80°C

2

Viskositeetti 4,46 mm /s

Rikki 0,23 paino-% Lämpöarvo 42,9 MJ/kg

Kiehumisen alku - kiehumisen loppu 199°C - 353°C Tislausjäännös 1,5 tilavuus-%

Setaaniluku 56,5

Perusaineosista ja eetteri- tai vast, alkoholilisäaineista valmistettiin sekoittamalla taulukossa 2 esitetyt kahdeksan keksinnön mukaista dieselpolttoainetta, joilla on siinä esitetyt ominaisuudet.

Il 5 75592

Taulukko 2

Esim. Polttoainekoostunus Tiheys Rikki Viskosi- Lämpö- Setaa- tilavuus-% g/ml paino-% teetti arvo H niluku n*n /s MJ/kg 1 50 DK + 50 B^ 0,793 0,12 1,53 39,87 40* 2 43 EK + 32 B± + 29 M 0,798 0,10 1,69 35,24 3 50 DK + 25 B1 + 25 E 0,804 0,12 2,05 37,19 45* 4 90 DK + 10 Βχ 0,821 0,21 3,43 42,46 49,5 5 78,5 DK + 16,5 Βχ + 5 M 0,815 0,18 2,70 40,91 41,0 6 81 DK + 14 B1 + 5 E 0,817 0,19 2,94 41,11 42,0 7 50 DK + 50 B2 0,778 0,11 1,78 40,43 45* 8 90 DK + 10 B2 0,822 0,21 3,50 42,38 49,5 Tällöin merkitsevät: DK: perusaineosat taulukon 1 mukaisesti B^: seos, jossa oli 90 tilavuus-% metyyli-tert.-butyylieette-riä, isopropyyli-tert.-butyylieetteriä, sek.-butyyli-tert.-butyylieetteriä (tilavuussuhteessa 1:1:1) ja 10 tilavuus-% metanolia, isopropanolia, sek.-butanolia (tilavuussuhteessa 1:1:1) , B2: sek.-butyyli-tert.-butyylieetteri, M: metanoli, E: etanoli, χ : setaaniluvun määrityksessä lisättiin polttoaineisiin esi merkin 1, 3 ja 7 mukaisesti sytytyskiihdyttimeksi 0,5, 3,5 tai vast. 2,0 paino-% (suhteessa polttoaineeseen) di-sek.-butyyli-parafenyylidiamiinia.

Keksinnön mukaisten dieselpolttoaineiden vertailukokeet tavanomaisen markkinoilla olevan polttoaineen kanssa suoritettiin markkinoilla olevilla dieselmoottoreilla (Daimler Benz, tyyppi 240 D ja VW, tyyppi Golf D). Mittaustulosten vertailukelpoisuutta varten säädettiin teho kiinteissä kierrosluvuissa (4400 tai vast. 4800 min ^) käytettäessä erilaisia seoksia siten, että saavutettiin perusdieselpolttoaineella saavutettu teho.

6 75592

Bosch-luku (BZ) mittana pakokaasunmustuudelle ja spesifinen energiankulutus määritettiin Daimler-Benz-moottorilla, tyyppi 240 D 4400 min 5ssa ja tehon ollessa 47,3 kW. Taulukossa 3 on koottu yhteen perusdieselpolttoaineen (O) ja esimerkkien 1-8 mukaisten seosten Bosch-luku ja spesifinen energiankulutus.

Taulukko 3

Esim. BZ Spesifinen energiankulutus MJ/kWh 0 2,1 15,98 1 1,2 16,00 2 0,8 15,06 3 0,8 15,22 4 1,3 15,73 5 1,4 15,80 6 1,1 15,30 7 0,9 15,54 8 1,4 15,88

Taulukosta 3 nähdään, että saatiin aikaan noenmuodostuksen mittana käytetyn Bosch-luvun parannuksia jopa 63 %:iin asti verrattuna tavanomaiseen dieselpolttoaineeseen. Jo seoksilla, joiden keksinnön mukaisten aineosien pitoisuus on vain 10 tilavuus-%, on Bosch-lukuja, jotka ovat jopa 38 % pienempiä.

Tämän lisäksi osoittautuu, että spesifinen energiankulutus on huolimatta keksinnön mukaisten seosten pienemmistä lämpöarvoista yhtä hyvä tai useimmissa tapauksissa alhaisempi kuin käytettäessä perusdieselpolttoainetta.

Pakokaasussa esiintyvät N0x-arvot selvitettiin markkinoilla olevalla VW-moottorilla, tyyppi Golf D tehon ollessa 31,4 kW 4800 min :ssä. Tulokset on esitetty taulukossa 4.

75592

Taulukko 4

Polttoaine Ν0χ (ppm) 0 500 1 3 70* 2 440*

3 4 30X

4 4 70 5 410 6 450 7 380 8 500 χ

Esimerkkien 1, 2 ja 3 mukaiset seokset sisälsivät sytytys-kiihdyttiminä 1,0, 2,5 tai vast. 1,5 tilavuus-% (suhteessa koko polttoaineeseen) di-sek.-butyyli-para-fenyylidiamiinia.

Taulukosta 4 nähdään, että keksinnön mukaiset dieselpolttoaineet johtavat pakokaasussa typpioksidipitoisuuden pienentymiseen jopa 26 %:iin (suhteessa markkinoilla olevaan dieselpolttoaineeseen.

Claims

1. Dieselpolttoaine, joka perustuu hiilivetyihin, tunnettu siitä, että se sisältää 2-40 tilavuus-* vähintään yhtä Cl~C4~a1k0h°^1a Seka 2-50 tl1avuus“^ yhtä tai useampaa eetteriä, jolla on yleinen kaava R -0-C(CH ) -R 1 3 2 2 jossa ja R^ merkitsevät kulloinkin metyyli-, etyyli-, 1-propyyli-, 2-propyyli-, 1-butyyli- tai 2-butyylitähdettä tai voi myös merkitä vetyä, jolloin eetteri- ja alkoholi aineosien kokonaismäärä ei ylitä 60 tilavuus-%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa muodostuu 0-90 tilavuus-%:sta metyyli-tert.-butyylieetteriä, 0-90 ti 1avuus-%:sta me-tyy1i-tert.-amyylieetteriä, 0-90 ti 1 avuus-%:sta isopropyyli-tert.-butyylieetteriä, 0-90 ti 1avuus-%:sta sek.-butyyli-tert.-butyylieetteriä, 0-90 ti 1avuus-%:sta metyyli-tert.-2,3-dime-tyylibutyylieetteriä, 0-90 ti 1avuus-%:sta metyyli-tert.-2-me-tyy1i pentyy1i eetteri ä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että se sisältää 5-25 tilavuus-% eetteri-seosta.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% metyyli-tert.-butyylieetteriä.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% metyyli-tert.-amyylieetteriä. Il g 75592

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% isopropyyli-tert.-butyylieetteriä .

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% sek.-butyyli-tert.-butyylieetteriä.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen dieselpolttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% rnetyy 1 i - tert. - 2,3-di metyy 1 i butyyl i eetteri ä .

8 75592 Patentti vaatimukset

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen di e sei -polttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää 5-50 tilavuus-% metyy1i-tert.-2-metyy1i pe ntyy1i ee tteri 2. lu. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen diesel polttoaine, tunnettu siitä, että eetteri aineosa sisältää metyy1i-tert.-butyylieetteriä, i sopropyyli-tert.-butyyli eetteriä ja sek.-butyyli-tert-.butyylieetteriä suunnilleen tilavuussuhteessa 1:1:1. : 11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen diesel polttoaine, tunnettu siitä, että se sisältää 5-25 tilavuus-% alkoholia.

10 75592