HU217788B - Üzemanyag belső égésű motorokhoz és eljárás ennek előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya üzemanyag belső égésű motorokhoz, és eljárás ennekelőállítására. A javasolt üzemanyag vizes és szervez fázisokatemulzióban tartalmaz. A szerves fázis vagy benzint, közvetlenlepárlású benzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú,széntartalmú anyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot,biomasszából származtatott olajat vagy ezek keverékét tartalmazza.Továbbá 2 térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkoholt, 0,3térfogat% és 1 térfogat% közötti mennyiségű nemionos emulgeálószert,legfeljebb 0,1 térfogat% mennyiségben kenésjavító szert, legfeljebb 2térfogat%-nyi metanolt, legfeljebb 0,35 térfogat%-nyi fázisszétválástmagasabb hőmérsékleteken gátló adalékot, és adott esetben legfeljebb0,3 térfogat% cetánszámjavító adalékot tartalmaz. Lényege, hogy azemulzió Reid-féle gőznyomása legfeljebb 48 kPa értékű, aromás tartalmalegfeljebb 20 térfogat%, olefintartalma pedig legfeljebb 2 térfogat%mennyiségű, továbbá az emulzió a külső folytonos fázist alkotó vízzelállandó olaj a vízben emulziót (makroemulziót) alkot. A javasolteljárásnál a stabil üzemanyagot vizes és szerves fázisok emulziójakénthozzuk létre. A szerves fázishoz vagy benzint, közvetlen lepárlásúbenzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú, széntartalmúanyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot, biomasszábólszármaztatott olajat tartalmazó csoport egyikét, vagy ezek keverékétalkalmazzuk, továbbá az emulzióhoz 2 térfogat% és 20 térfogat% közöttimennyiségű alkoholt, 0,3 térfogat% és 1 térfogat% közötti mennyiségűnemionos emulgeálószert, legfeljebb 0,1 térfogat%-nyi kenőképesség-javító adalékot, legfeljebb 2 térfogat%-nyi metanolt, legfeljebb 0,35térfogat%-nyi fázisszétválást gátló adalékot, és adott esetbenlegfeljebb 0,3 térfogat%-- nyi cetánszámjavító adalékot adunk. Azeljárás során úgy járunk el, hogy 20 térfogat% és legfeljebb 80térfogat% vízzel elegyítjük a szerves fázis, az emulgeálószer és a 2térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkohol keverékét, majdkeverés közben ezekből legalább három hónapig stabil keveréketállítunk elő. Az eljárás lényege, hogy az emulzió Reid-félegőznyomását legfeljebb 48 kPa értékűre, aromás tartalmát legfeljebb 20térfogat%-ra, olefintartalmát pedig legfeljebb 2 térfogat%-raválasztjuk, továbbá a külső folytonos fázist alkotó vízzel stabil olaja vízben emulziót (makroemulziót) készítünk. ŕ

Description

A találmány tárgya üzemanyag belső égésű motorokhoz, és eljárás ennek előállítására. Az ilyen folyékony üzemanyag vizet tartalmaz, és belső égésű motorok hajtására alkalmas, és a belső égésű motorban akkor égethető el különösen hatásosan, ha az égéskamrában hidrogén felszabadulását biztosító katalizátor van.

Az US-5156114 számú szabadalmi leírás megoldást javasol olyan üzemanyag kidolgozására, amely alkalmas belső égésű motoroknál használatos, és különösen a gépjárműveket hajtó motorokban hasznosított dízelolaj, illetve benzin kiváltására. A belső égésű motorok használatával kapcsolatos alapvető problémát az jelenti, hogy a benzinnel és a dízelolajjal működtetett változataik működésük során szennyező összetevőket igen nagy mennyiségben állítanak elő. Ezek a szennyező összetevők az emberi egészségre, egészében az élővilágra károsak, és feltételezhetően hozzájárulnak a földi légkör tulajdonságainak kedvezőtlen megváltozásához.

A szennyezések magas szintje és veszélyessége újabban komoly viták tárgyát képezi. A nemkívánatos szennyező összetevők azért jöhetnek létre, mert a szénalapú üzemanyagot nitrogéntartalmú levegővel keverten égetik el. Ha hagyományos belső égésű motorokban hagyományos üzemanyagokat égetnek el, a levegővel biztosított égetés soha nem lehet tökéletes, emiatt a gépjárművek sok esetben elfogadhatatlan magas szinten szennyezett kipufogógázokat engednek ki.

A jelen találmánnyal célunk olyan tökéletesített megoldás létrehozása, amelynek révén az üzemanyag elégetése az eddigiekhez képest kisebb mennyiségű káros szennyező anyag kibocsátásával jár, és amely üzemanyag a szikragyújtásos, illetve a kompressziós motorokban egyaránt használható, önmagában véve stabil, jól raktározható, és a belső égésű motoron kívül elrendezve nem gyúlékony.

A kitűzött feladat megoldásához olyan belső égésű motorokhoz való üzemanyagból indultunk ki, amely vizes és szerves fázisokat emulzióban tartalmaz. A szerves fázis vagy benzint, közvetlen lepárlású benzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú, széntartalmú anyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot, biomasszából származtatott olajat tartalmazó csoport egyikét vagy ezek keverékét tartalmazza, továbbá 2 térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkoholt, 0,3 térfogat% és 1 térfogat⁰/» közötti mennyiségű nemionos emulgeálószert, legfeljebb 0,1 térfogat% mennyiségben kenésképességjavító szert, legfeljebb 2 térfogat%-nyi metanolt, legfeljebb 0,35 térfogat%-nyi fázisszétválást magasabb hőmérsékleteken gátló adalékot, és adott esetben legfeljebb 0,3 térfogat% cetánszámjavító adalékot tartalmaz. A találmány szerinti üzemanyag lényege, hogy az emulzió Reid-féle gőznyomása legfeljebb 48 kPa értékű, aromás tartalma legfeljebb 20 térfogat⁰/», olefintartalma pedig legfeljebb 2 térfogat% mennyiségű, továbbá az emulzió a külső folytonos fázist alkotó vízzel állandó olaj a vízben emulziót (makroemulziót) alkot.

A fenti jellemzőkkel tehát belső égésű motorokban hasznosítható olyan új üzemanyagot hoztunk létre, amely állandó, jól tárolható, és motoron kívül elhelyezve lényegében nem gyúlékony. Az emulzió külső folytonos fázist alkotó vízzel létrejött állandó olaj/víz emulziót alkot.

A közvetlen lepárlású benzin a hagyományos módon végzett benzingyártásnál az első ffakcionálás terméke. A szénalapú tüzelőanyag szénnel kialakított mesterséges termékeket, biomasszából kinyert olajokat tartalmazhat, amelyek a fosszilis tüzelőanyag mennyiségét egészítik ki. A víz a standard olaj/víz emulzió külső folytonos fázisát alkotja. Egy harmadik fázist az alkoholos összetevővel lehet megvalósítani.

Különösen előnyös a találmány szerinti üzemanyag olyan kiviteli alakja, amely 40 térfogat⁰/» és 60 térfogat% közötti mennyiségben vízből, 2 térfogat⁰/» és 10 térfogat⁰/» közötti mennyiségben alkoholból, 0,3 térfogat% és 0,7 térfogat% közötti mennyiségben emulgeálószerből, továbbá 0,001 térfogat⁰/» és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben kenőképesség-javító adalékból, 0,001 térfogat*/» és 0,1 térfogat⁰/ közötti mennyiségben 75 °C hőmérséklet fölötti fázisszétválást gátló adalékanyagból, és a fennmaradó részben benzinből vagy dízelolajból vagy közvetlen lepárlású benzinből áll.

Célszerű, ha a találmány szerinti üzemanyagban a kenőképesség-javító adalék poli(organo-sziloxán)-vegyületet, míg az emulgeálószer alkil-fenol-etoxilátot tartalmaz. Egy további előnyös kiviteli alaknál legfeljebb 0,3 térfogat*/» mennyiségben alkalmazunk megemelt hőmérsékleten fázisszétválást gátló adalékanyagot, amely főleg dihidroxi-etil-faggyú-glicinátot tartalmaz.

A találmány szerinti üzemanyag olyan eljárással gyártható, amelynél a stabil üzemanyagot vizes és szerves fázisok emulziójaként hozzuk létre. A szerves fázishoz vagy benzint, közvetlen lepárlású benzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú, széntartalmú anyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot, biomasszából származtatott olajat tartalmazó csoport egyikét, vagy ezek keverékét alkalmazzuk. Továbbá az emulzióhoz 2 térfogat% és 20 térfogat*/» közötti mennyiségű alkoholt, 0,3 térfogat*/» és 1 térfogat*/» közötti mennyiségű nemionos emulgeálószert, legfeljebb 0,1 térfogat%-nyi kenőképesség-javító adalékot, legfeljebb 2 térfogat*/»nyi metanolt, legfeljebb 0,35 térfogat%-nyi fázisszétválást gátló adalékot, és adott esetben legfeljebb 0,3 térfogat%-nyi cetánszámjavító adalékot adunk. Az eljárás során úgy járunk el, hogy

a) 20 térfogat*/» és legfeljebb 80 térfogat*/» vízzel elegyítjük a szerves fázis, az emulgeálószer és a 2 térfogat*/» és 20 térfogat⁰/ közötti mennyiségű alkohol keverékét,

b) keverés közben ezekből legalább három hónapig stabil keveréket állítunk elő.

A javasolt eljárás lényege, hogy az emulzió Reidféle gőznyomását legfeljebb 48 kPa értékűre választjuk, továbbá aromás tartalmát legfeljebb 20 térfogat⁰/ra, olefintartalmát pedig legfeljebb 2 térfogat°/-ra választjuk, továbbá amelynél a külső folytonos fázist alkotó vízzel stabil olaj a vízben emulziót (makroemulziót) készítünk.

Különösen előnyös a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amikor a vizet és az alkoholt

HU 217 788 Β egymással összekeverve adagoljuk az emulgeálószert tartalmazó keverékhez, valamint adott esetben a két keverék elegyítése után, de keverésük előtt kenőképesség-javító adalékot, továbbá szükség szerint megemelt, 75 °C-nál nagyobb hőmérséklet fölött fázisszétválást gátló adalékanyagot viszünk az elegybe. Ennek egy célszerű változatát jelenti a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amelynél az emulgeálószert a kenőképesség-javító adalékkal és a fázisszétválást gátló adalékanyaggal keverékben visszük a keverési folyamatba.

A használati értéket tekintve célszerű a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amelynél szénalapú tüzelőanyagként benzint vagy dízelolajat, vagy közvetlen lepárlású benzint használunk.

A találmány szerinti eljárás olyan foganatosítási módja is lehetséges, amelynél benzin, nafta, kerozin, dízelolaj, gáz-halmazállapotú, széntartalmú üzemanyag és az ezekből készített keverékek közül választott szénalapú tüzelőanyagot emulgeálószerrel összekeverünk, alkoholból és vízből keveréket készítünk. Az alkoholból és vízből készült keveréket az emulgeálószert tartalmazó keverékkel elegyítjük, és így 20 térfogat% és 80 térfogat% között vizet és 2 térfogat% és 20 térfogat% között alkoholt tartalmazó szénalapú üzemanyagot állítunk elő. Célszerűen az elegyített összetevőket a stabil állapot eléréséig keverjük.

A gyakorlati alkalmazás szempontjából különösen fontos a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amelynél szénalapú tüzelőanyagként benzint vagy dízelolajat, vagy naftát használunk.

A találmány szerinti eljáráshoz alkalmazott adalékok az üzemanyag tökéletesebb elégetését hivatottak elősegíteni. Adalékként 0,3 térfogat% és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben emulgeálószert, 0,001 térfogat% és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben kenőképességjavító adalékot, valamint 0,001 térfogat% és 0,3 térfogat% között 75 °C fölött fázisszétválást gátló összetevőt, továbbá adott esetben legalább 2 térfogat% és legfeljebb 20 térfogat% közötti mennyiségben alkoholt, illetve szükség szerint legalább 0,3 térfogat% és legfeljebb 1 térfogat% mennyiségben nemionos emulgeálószert alkalmazhatunk. Általában előnyös, ha a kenőképesség-javító adalék poli(organo-sziloxán)-t, az emulgeálószer alkil-fenil-etoxilátot, alkil-fenoxi-polialkoholt, míg a fázisszétválást gátló adalék dihidroxi-etilfaggyú-glicinátot tartalmaz.

A találmány szerinti újszerű üzemanyag gyártási előkészítése kellő gondosságot igényel. Először a szénalapú tüzelőanyagot és az emulgeálószert keveijük össze, egyidejűleg alkoholt és vizet elegyítünk, amikor is alkoholt, például etanolt vagy metanolt vízhez öntünk, majd az elegyített alkoholos-vizes keveréket az emulgeálószert tartalmazó keverékbe öntjük, és így olyan keveréket készítünk, amelyben a szénalapú tüzelőanyag mellett a víz részaránya 20 térfogat% és 80 térfogat%, az emulgeálószer részaránya pedig 0,3 térfogat% és 1 térfogat% között van.

Egy másik lehetséges megoldás szerint a vizet és az alkoholt külön-külön adagoljuk a szénalapú tüzelőanyagot és az emulgeálószert tartalmazó keverékbe. Az így létrejött elegyet szükség szerinti ideig intenziven keverjük, amíg belőle stabil, jól raktározható folyékony üzemanyag nem keletkezik. Ha az üzemanyagnál szükség van a kenőképesség javítására és/vagy a fázisok szétválásának megakadályozására, ami különösen magasabb hőmérsékleteken következik be, erre a célra kifejlesztett adalékanyagok és összetevők adagolhatok a tüzelőanyagból, a vízből, az emulgeálószerből és az alkoholból álló keverékhez, célszerűen ennek a keveréknek az intenzív homogenizálását megelőzően.

A találmány szerinti üzemanyag számos változatban gyártható, alapvetően a benzines és a dízelolajos változatot tekintjük fontosnak. A benzines változatot a továbbiakban „A-55”, míg a dízelolajos változatot „D-55” rövidítéssel is fogjuk jelölni. Az A-55 és D-55 jelű üzemanyagok általunk kipróbált változatai mintegy 51 térfogat% vizet, mintegy 48,5 térfogat% benzint és mintegy 0,5 térfogat% emulgeálószert, illetve mintegy 47 térfogat% vizet, mintegy 52,5 térfogat% dízelolajat és mintegy 0,5 térfogat% emulgeálószert tartalmaznak. Ugyancsak célszerűnek bizonyult az említett arányok betartása mellett közvetlen lepárlású benzint tartalmazó üzemanyag készítése. A naftát tartalmazó tüzelőanyagnál a nafta részaránya mintegy 40 térfogat%, a maradékban víz van jelen.

A gyártáshoz célszerűen ionmentesített vizet használunk, különösen előnyös a faszénnel szűrt ionmentesített víz alkalmazása. A szénalapú tüzelőanyagokat nagyjából 20 térfogat% és 80 térfogat%, előnyösen mintegy 40 térfogat% és mintegy 60 térfogat% közötti arányban visszük a keverékekbe.

A belső égésű motor fogalmán olyan hőerőgépet értünk, amelyben szénalapú üzemanyagot oxigénnel égetünk el. A belső égésű motor egy vagy több égéskamrát tartalmazhat. A belső égésű motorok számos változatban terjedtek el, így közéjük soroljuk az alternáló dugattyús motorokat, a forgódugattyús motorokat, valamint a turbinákat. Két alapváltozatot különböztethetünk meg, az egyik a szikragyújtásos vagy más néven Otto-motor, a másik pedig a kompressziós motor vagy más néven a dízelmotor.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakok és megvalósítási módok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra: Diagram, amelyen a hagyományos összetételű dízelolaj és a találmány szerinti D-55 jelű üzemanyag alkalmazása mellett a belső égésű motor hengerében uralkodó nyomás és a rendelkezésre álló hengertérfogat összefüggése látható;

2. ábra: Diagram, amelyen a hagyományos összetételű dízelolaj és a találmány szerinti D-55 jelű üzemanyag alkalmazása mellett a belső égésű motor hengerében uralkodó nyomás és az előgyújtási szög összefüggését szemléltettük;

3. ábra: Diagram, amelyen a hagyományos összetételű dízelolaj és a találmány szerinti D-55 jelű üzemanyag alkalmazása mellett az üzemanyag elégetésével felszabaduló hőenergia mennyisége és az előgyújtási szög viszonya látható.

HU 217 788 Β

A találmány értelmében tehát újszerű üzemanyag előállítására teszünk javaslatot, mégpedig az előzőekben vázolt intézkedések végrehajtásával. Az így kapott újszerű üzemanyag elégetésével kapott hőenergia a hagyományos összetételű szénalapú üzemanyagokkal összehasonlítva csekély mértékben kisebb ugyan, de a belső égésű motorban hasznosítva a találmány szerinti üzemanyag alkalmas legalább ugyanakkora hasznos teljesítmény biztosítására.

Ha a találmány szerinti üzemanyagot vízből és benzinből készült emulzióként állítjuk elő, akkor ennek potenciális energiája körülbelül fi-a a benzinének, de belső égésű motorban elégetve lényegében ugyanakkora teljesítmény elérését teszi lehetővé, mint ha azonos mennyiségű benzint égetnénk el. Ez teljesen váratlan és meglepő hatás, és teljes mélységében a jelenség okait elméletileg nem sikerült még feltárni. Úgy véljük a kísérleti tapasztalataink alapján azonban, hogy a találmány szerinti újszerű üzemanyagból a belső égésű motor égésterében hidrogén és oxigén keletkezik, ha azt levegővel hidrogén előállítását biztosító katalizátor jelenlétében elégetjük (például olyan eljárásban, amilyent az említett US-5156114 lajstromszámú szabadalmi leírás mutat be).

A hidrogént előállító katalizátort a lehető legszélesebb értelmezésben fogadjuk el. A katalizátort olyan anyagnak szokás tekinteni, amely két vagy több folyamat között a kölcsönhatást létrehozza vagy azt felerősíti, de eközben lényegében a vegyi folyamatból kimarad.

Amikor a találmány szerinti újszerű vizet tartalmazó üzemanyagot belső égésű motorban elégetjük, azt tapasztalhatjuk, hogy ilyen katalizátor nélkül a belső égésű motoron belül az üzemanyag égetése nem zajlik oly módon, hogy ezzel a kívánt hatékonyságot és teljesítményt el lehessen émi. így a katalizátor alkalmazása a találmány szempontjából alapvető jelentőségű. Itt újból utalunk a már említett US-5156114 számú szabadalmi leírásra, amely az erre a célra használható katalizátorok egy csoportját is felsorolja.

Az eddigi megállapításaink azt valószínűsítik, hogy az égéstérben történő elégetés során, amelyet például ismert módon elektromos szikra gyújtásával indíthatunk, és amelyben az égéstéren belül jelen levő hidrogént előállító katalizátor is részt vesz, a vízmolekulák disszociálódnak. Ezt a szénalapú összetevő elégése biztosítja, mégpedig a sűrítési ütemben, és ezután az égési folyamatban a felszabaduló hidrogén ugyancsak részt vesz, jelenléte miatt a belső égésű motor az említett növelt teljesítményt adja le.

Ha a hagyományos szikragyújtásos motorokat vesszük figyelembe, azoknál általában olyan gyújtógyertyát használunk, amelyen nagyjából 25 000 V és 28 000 V közötti feszültség biztosítja a szikrakisülés létrejöttét. Ez elegendő az égéstérben levő üzemanyag meggyújtásához ugyan, bár a kísérleteink szerint előnyösebb, ha nagyobb feszültséget generáló, „forróbb” szikrát előállító, például 35 000 V feszültségen működő gyújtóegységeket alkalmazunk. Az elektromos szikrageneráló egységek ma már képesek 90 000 V feszültségű szikra gyújtására is, és a nagyobb feszültség eredményeként az égéstérbe adagolt üzemanyagban levő víz könnyebben disszociálódik.

Az említett US-5156114 számú szabadalmi leírás szerinti víztartalmú üzemanyagok a tapasztalat szerint további tökéletesítésre szorulnak, mégpedig abban a tekintetben, hogy hidrogént előállító katalizátort befogadó belső égésű motor égésterében az égési folyamatot ezekhez optimalizálni kell, ami egyrészt az alkalmazhatóságot korlátozza, másrészt túl nagy ráfordítást igényel.

A jelen találmány szerint stabil, jól tárolható, és a belső égésű motoron kívül elhelyezve nem gyúlékony üzemanyagot készítünk. Az újszerű üzemanyagot szabad téren forrasztólámpával próbáltuk meg meggyújtani, de a próbálkozás olyan értelemben sikertelen maradt, hogy az üzemanyag nem lobbant lángra. Ennek okát abban látjuk, hogy az üzemanyag olyan többfázisú keveréket alkot, amelynél a víz folytonos külső fázisban gyűlik össze. Ha az üzemanyag legalább 5 térfogat% mennyiségben alkoholos összetevőt tartalmaz, a gyújtási próbánál rövid ideig tartó lángkezdemény figyelhető meg, de ez önmagától kialszik, az üzemanyag gyúlékonysága tehát rendkívül alacsony, a kialakuló láng utánpótlása nem biztosított. A lobbanáspont az új üzemanyag esetében sokkal magasabban van, mint a szénhidrogénes üzemanyagoknál, vagy az ismert szénalapú tüzelőanyagot tartalmazó keverékeknél. Itt említjük meg, hogy a benzin és a dízelolaj lobbanáspontja rendre nagyjából 43 °C és 48 °C, míg az alkohol fellobbanása és lángjának kialvása után a találmány szerint benzinnel és dízelolajjal létrehozott újszerű üzemanyagok két alapváltozatára a lobbanáspont rendre 138 °C és 149 °C körüli értékűnek adódott.

Eddigi kísérleteink alapján az a meggyőződésünk alakult ki, hogy a találmány szerinti üzemanyag a belső égésű motorok égésterében elégetve azért hoz meglepő eredményeket, mert az égéstérben az előzőekben említett folyamatok révén hidrogén és oxigén keletkezik. A hidrogén és oxigén forrását a vízmolekulák adják. A hidrogén a vizes keverékben levő szénalapú tüzelőanyaggal együtt ég el. Ennek eredménye az, hogy kevesebb szénalapú tüzelőanyag elegendő ugyanannak a teljesítménynek az elérésére egy adott motornál, mint hagyományos üzemanyagok alkalmazásával, továbbá a találmány szerinti üzemanyag esetében a szénalapú tüzelőanyag elégetéséhez kevesebb levegőre van szükség.

A találmány szerinti üzemanyag alkalmazásakor valószínűsíthetően az a folyamat is lezajlik, hogy az égéstérben az üzemanyag összetevőjét jelentő víz elpárolog. Az elpárolgó vízből létrejövő gőz a levegőnél nagyobb mértékben képes kiterjedni, az a levegőt kiszorítani igyekszik, és ezért az égéstérbe kevesebb levegő jut. Amikor a víz gőzzé alakul, az a tüzelőanyagot befogadó égésteret kitölti, a levegő egy részét onnan kiszorítja, és így az égéstérben a hagyományos üzemanyagokkal összehasonlítva kevesebb levegő van. A szénalapú üzemanyagos összetevő elégetése, a gőz kiterjedése és a vízmolekulák disszociációja miatt felszabaduló hidrogén együttes hatásaként az égési folyamatban biztosítható az előírt kimenőteljesítmény.

HU 217 788 Β

Mivel az égéstérbe kerülő, a belső égésű motor hajtására szolgáló üzemanyagos keverékben hidrogén és oxigén is jelen van, a találmány szerinti üzemanyag felhasználásával olyan körülmények alakulnak ki, amelyek mellett az üzemanyag egy adott mértéknél kisebb mennyiségű vizet nem tartalmazhat. Ha például a találmány szerinti elveknek megfelelően kialakított üzemanyagnál a kimenőteljesítmény nem megfelelő, vagyis a potenciális energia, tehát a térfogategységre számított termikus energia túl kicsi, a nagyobb víztartalom előnyös lehet, mivel a vízmolekulák disszociációja révén felszabaduló hidrogén és oxigén az égési folyamatokban részt tud venni, és a hidrogén a kimenőteljesítmény jelentős mértékű emelését képes előidézni.

Ennek megfelelően a találmány szerinti, szénalapú tüzelőanyagot és vizet tartalmazó üzemanyagnál a víz térfogati részaránya legalább 20 térfogat%, ezt tekintjük a gyakorlatban annak a minimális mennyiségnek, amely mellett a találmány szerinti üzemanyag a szükséges teljesítményt biztosítani tudja, és egyidejűleg a legkülönbözőbb szénalapú tüzelőanyag felhasználását teszi lehetővé. A felső, 80 térfogat% értékhatár azt jelenti, hogy a reakciók beindításához a gáz- vagy folyékony halmazállapotú, szénalapú tüzelőanyag egy minimális mennyiségére van csak szükség. Az égéstéren belül a gyújtószikra vagy az összenyomás hatására a vízmolekulák felbomlanak. Mintegy 84 MJ/dm³ és mintegy 168 MJ/dm³ energia bevitelére van szükség a kísérleti tapasztalataink szerint ahhoz, hogy a víz disszociációjával járó reakciókat beindíthassuk.

A találmány szerinti üzemanyag egy különösen célszerű megvalósítását az a keverék jelenti, amelyben a víz mintegy 40 térfogat% és mintegy 60 térfogat% közötti részarányban van jelen, vele keverékben illékony, folyékony szénalapú tüzelőanyag van, amely lehet benzin, közvetlen lepárlású benzin, dízelolaj, kerozin típusú üzemanyag, széntartalmú szintetikus tüzelőanyag, biomasszából származtatott olaj bármelyike, vagy ezekből képezett keverék. Az alkoholt, főleg rövid szénláncú alkoholokat, például metil-alkoholt azért használjuk a találmány szerinti üzemanyagban, mivel jelenléte csökkenti az üzemanyag fagyáspontját, valamint javítja ellenálló képességét a fázisokat alkotó összetevők szétválását előidéző folyamatokkal szemben. Kis mennyiségben nemionos emulgeálószert is kell használni a tapasztalati úton meghatározott mértékben.

Megállapítottuk azt is, hogy az emulgeálószer célszerűen nemionos, mivel az ionos emulgeálószerek általában a kemény víz alkalmazása esetén nem fejtenek ki megfelelő hatást, és jelenlétük nem akadályozza meg a belső égésű motor belső falain lerakódások kialakulását. A nemionos emulgeálószerek három kategóriába sorolhatók: alkil-etoxalátok, lineáris alkoholetoxilátok (mint például a mosodákban alkalmazott detergensek) és az alkil-glükozidok csoportjába. Különösen előnyösnek tűnt a Rhone Poulenc Inc., Princeton, New Jersey által gyártott Igepal CO-630 jelű detergens alkalmazása, amely felépítését tekintve alkilfenoxi-polialkohol, mégpedig nonil-fenoxi-poli(etilénoxi-etanol).

A szénalapú tüzelőanyagok mellett általában ismert annak hasznossága, hogy kenőképesség-javító adalékot alkalmaznak, és találmányunk értelmében is előnyös ennek a bevitele a javasolt üzemanyagba, mégpedig alapvetően poli(organo-sziloxán) formájában. Erre a célra ugyancsak a Rhone Poulenc cég által gyártott „Rhodorsil Antifoam 416” jelű terméket próbáltuk ki, amely kiváló habosodást megakadályozó hatást fejt ki. Az előzőeknek megfelelően 0,001 térfogat% és 0,03 térfogat% közötti mennyiségben célszerű ezt az adalékot felhasználni, a vizsgálatokat mintegy 0,03 térfogat% mellett végeztük.

A fázisszétválást gátló adalékanyag felhasználása szintén előnyös lehet, mivel így megemelt hőmérséklet mellett is a találmány szerinti üzemanyag integritását megőrzi, nem válik szét külön fázisokra. Ennek az adalékanyagnak a mennyiségére a legfeljebb 0,1 térfogat% adódott kedvezőnek, alsó határként 0,001 térfogat% bizonyult még elfogadhatónak. Kísérleteink során ugyancsak a Rhone Poulenc cég termékeként forgalomba kerülő „Miratain” elnevezésű dihidroxi-etil-faggyú-glicinátot alkalmaztunk sikerrel.

Az emulgeálószer alkalmazása alapvető jelentőségű, hiszen jelenléte biztosítja, hogy a találmány szerinti üzemanyag stabil és jól raktározható keveréket alkot. Azt is megállapítottuk, hogy a stabilitás és raktározhatóság kedvező mutatóinak elérése szempontjából jelentősége van annak, hogy az üzemanyag összetevőit milyen sorrendben visszük be a keverékbe, és hogy azt milyen módon homogenizáljuk. így például fontos, hogy az emulgeálószert a vizet megelőzően adagoljuk a szénalapú tüzelőanyaghoz. Az is fontos, hogy az alkoholt a tüzelőanyaggal való keverés előtt adagoljuk a vízhez.

Egy további szempontot az jelent, hogy a víz és a szénalapú tüzelőanyag relatív mennyiségének megválasztásával biztosítani kell a víz külső folytonos fázis formájában való jelenlétét az emulzióban. A vízből létrejövő cseppek méretét és alakját az emulgeálószer karakterisztikájának módosításával lehet beállítani, és ez egyúttal a viszkozitás értékének szabályozási lehetőségét is biztosítja.

A találmány szerinti üzemanyagnak mint kompozíciónak egy további meglepő előnye az, hogy az azt hasznosító belső égésű motorok akár -40 °C hőmérsékleten is képesek hideg állapotban indulni. A hengerek falainak, a dugattyúknak, a katalizátoroknak és a gyújtógyertyáknak a vizuális ellenőrzése azt mutatta, hogy a felületeken ilyen feltételek között sem rakódik le szén, és oxidálási vagy leválási folyamatok nem indulnak be. A belső égésű motorokat 4000 min-¹ fordulatszámig vizsgáltuk, a teljesítmény csökkenését nem tapasztaltuk.

További meglepő üzemeltetési és egyúttal gazdasági előny, hogy a találmány szerinti üzemanyag felhasználása esetén az üzemanyag-fogyasztás - a hagyományos dízelolajjal vagy benzinnel szemben azonos vagy összehasonlítható üzemeltetési feltételek mellett - jelentősen csökken. A javasolt üzemanyag nem gyúlékony, ennek ellenére az ilyen üzemanyagot hasznosító gépjárművek használati jellemzői - a hagyományos

HU 217 788 Β összetételű üzemanyagot hasznosító gépjárművekkel összehasonlítva - nem romlanak le.

A találmány szerinti üzemanyag jelentős további előnye környezetvédelmi szempontból az, hogy a szenynyezők kibocsátott mennyisége rendkívül jelentős mértékben csökken, hiszen a hagyományos üzemanyagokkal működtetett benzin- vagy dízelmotorokkal összehasonlítva a kibocsátott szén-dioxid mennyisége felére csökkent, míg az egyéb káros összetevők kibocsátása az eddigiek legfeljebb X„-e, de inkább még ennél kevesebb. Az új üzemanyag felhasználása mellett a régiekkel összehasonlítva a kibocsátott gőzök mennyisége is mintegy felére csökkent.

Az új üzemanyaggal hajtott motorok esetében a szén lerakódása a belső térben nem figyelhető meg, ami a motor élettartama szempontjából számottevő előny.

Igen fontos előny az is, hogy a találmány szerinti üzemanyag a belső égésű motoron kívüli feltételek között nem gyúlékony, és ez biztonsági szempontból jelentős fejlődést hoz a hagyományos összetételű üzemanyagokhoz képest, amelyek igen könnyen lángra lobbanthatók. Azt is megállapíthattuk, hogy az általunk javasolt üzemanyag gumival és vasat tartalmazó fémes termékekkel szemben nem fejt ki korróziós hatást, ezért a belső égésű motorokban hagyományosan használt csöveket és anyagokat nem kell lecserélni.

A fenti sajátosságoknak köszönhetően a találmány szerinti üzemanyag a belső égésű motorokkal felszerelt erőgépek, járművek gyakorlatilag minden változatában felhasználható, ideértve a teherautókat, a földmunkagépeket és a légi járműveket is.

A találmány szerinti üzemanyag további előnye, gyártási költsége lényegesen alacsonyabb, mint a hagyományos üzemanyagoké, elkészítéséhez az egyébként nem kedvelt, gyengébb minőségű szénalapú tüzelőanyagok is használhatók. A hagyományos összetételű benzineknél például az oktánszámnak legalább a 80-as tartomány felső részébe kell esnie, és a Reid-féle gőznyomás (RVP) értékének pedig 62 kPa értéket el kell érnie. Ha viszont a találmány szerint állítjuk elő az üzemanyagot, a közvetlen lepárlású benzin is jól használható, amelynek oktánszáma 75 alatt van, és RVP értéke lehet legfeljebb 41 kPa. A hagyományos belső égésű motoroknál alkalmazott üzemanyagok gyártásához ennek felhasználása elképzelhetetlen.

Az üzemanyag kenőképességének javítására jól ismert különböző adalékanyagok használata, amelyek egyik fajtáját az égésteret kenő adalék, míg a másikat a habosodásgátló adalék jelenti. Úgy találtuk, hogy ha szilíciumtartalmú vegyületet használunk erre a célra, akkor nemcsak az üzemanyag kenőképességét javítjuk, hanem az üzemanyagnak az égéstérben történő elégetésében is a hatékonyságjavulása figyelhető meg. Tapasztalataink szerint különösen célszerű olyan adalék használata, amely egyúttal a kenőképességet javítja, és a habosodást is fékezi, mivel emellett nincs szükség a két funkciót megvalósító külön adalék alkalmazására.

A találmány szerinti, vizet tartalmazó üzemanyag a belső égésű motorok minden fajtájánál felhasználható, ideértve a gépkocsikban, a tehergépjárművekben és más berendezésekben használt benzines vagy dízelüzemű motorokat, amelyek keverékképző rendszerét porlasztás és/vagy befecskendezéses készülékek alkotják. A találmány szerinti üzemanyag tehát minden olyan erőgép hajtására használható, ahol folyékony halmazállapotú, könnyen párolgó vagy gáz-halmazállapotú tüzelőanyagot oxigénnel hoznak érintkezésbe elégetés céljából, mégpedig egy vagy több égéstérben.

A jelen találmány által javasolt üzemanyag felhasználása során a belső égésű motorok kismértékű változtatása célszerű és javasolható. Ha a vizet tartalmazó üzemanyaggal kívánunk belső égésű motort üzemeltetni, az US-5156114 számú szabadalmi leírás ki tanításának megfelelően fontos, hogy az égéstérbe, illetve a motornak az égéssel kapcsolatos belső terébe hidrogént előállító katalizátort építsünk be, mivel ez megkönnyíti, illetve felgyorsítja a vízmolekulák disszociációs folyamatait, így lehetővé teszi hidrogén és oxigén kinyerését.

A motor üzemének optimalizálása céljából célszerű lehet az égéshez szükséges levegő és az üzemanyag égéstérbe kerülő mennyiségét a mindenkori üzemeltetési körülményeknek megfelelően szabályozni és változtatni. A levegő és az üzemanyag aránya, vagyis a keverékarány igen fontos, amikor az égéstérben megvalósuló égési folyamatjellemzőit kívánjuk megállapítani. Gyakorlati szempontból kívánatos, hogy az üzemanyag bevezetését és tárolását rozsdamentes anyagból álló egységekkel végezzük. A nagyobb feszültségű szikragyújtó rendszerek is előnyösek, vagyis az eddigiekben szokásosan használt, tehát szénalapú üzemanyagban, például benzinben az égetési folyamat beindítását biztosító gyertyákat célszerű olyanokkal felváltani, amelyek a korábbiaknál nagyobb feszültségű szikrák húzására alkalmasak. (Ilyen „forró szikrát” biztosító gyertyákat például a Chrysler Motor Co. cég hoz forgalomba.) A találmány szerinti üzemanyag felhasználási feltételei tovább javíthatók, ha az üzemanyag betáplálását végző injektorokat vagy adagolóegységeket számítógéppel vezérelt elektronikus rendszerbe illesztjük, és a belső égésű motor üzemciklusát ezzel vezéreljük.

A vízmolekulák disszociációs folyamata az irodalomból önmagában véve jól ismert. A folyékony és gőz-halmazállapotú vízben lezajló disszociációs folyamatok termodinamikáját és a velük kapcsolódó fiziko-kémiai problémákat például a „Chemistry of Dissociated Water Vapor and Related Systems” című könyv (M. Vinugopalan és R. A. Jones munkája, John Wiley and Sons Inc., 1968), a „Physical Chemistry fór Colleges’ című könyv (Ε. B. Mellard munkája, McGraw-Hill Book Co., Inc., 1941, 340-344. oldal) vagy F. Albert Cotton és Geoffrey Wilkinson cikke („Advanced Inorganic Chemistry”, 1980, 215-228. oldal) tárgyalja.

A találmány szerinti üzemanyag alkalmazási példáját jelenti az a folyamat, amikor a vizet tartalmazó üzemanyagot és az elégetéshez szükséges levegőt a porlasztóba vagy az injektoros rendszerbe környezeti hőmérsékleten vezetjük be, majd az égéskamrákban levő, levegőből és üzemanyagból álló keveréket gyújtógyertyával meggyújtjuk. Ez a folyamat az üzemciklus sűrítési ütemében zajlik le, amikor a hengerben mozgó dugattyú a keveré6

HU 217 788 Β két sűríti. A hidrogént előállító katalizátor jelenléte miatt a víznek az égéstérben bekövetkező disszociációs folyamata felgyorsul, hiszen a katalizátor hatására a vízmolekulák felbomlanak. Ez a bomlási folyamat akkor is zajlik, amikor a gyújtógyertya hatására az üzemanyagból és levegőből álló keverék már meggyulladt. A diszszociációs folyamatban felszabaduló hidrogén és oxigén az égési folyamatban is részt vesz, a hidrogén elégetése az üzemanyagból kinyerhető teljesítményt növeli.

A találmány szerinti üzemanyag készítése során többféle keverési módszer használható, amelyek közül néhányat felsorolunk:

1. A szénalapú üzemanyag, például dízelolaj vagy benzin egy adott mennyiségét tartályba adagoljuk.

2. Az emulgeálószer egy előre meghatározott mennyiségét külön tartályban az alkalmazott dízelolaj vagy benzin egy kisebb mennyiségével összekeverjük, ezzel mennyiségüket nagyjából 1:1 arányra állítjuk be.

3. Az emulgeálószert és az üzemanyagot állandó szín eléréséig keverjük; a keverés hatására az emulgeálószeres keverék specifikus sűrűsége csökken, és ezért az emulgeálószer nem tud a tartály fenekére lesüllyedni, amikor azt a benzin vagy dízelolaj alapvető mennyiségéhez hozzákeverjük.

4. Az emulgeálószert az őt tartalmazó dízelolajjal vagy benzinnel együtt a feldolgozásra kerülő szénalapú üzemanyaghoz adagoljuk, és gondosan összekeverjük.

5. Egy további tartályban alkoholból és a kívánt menynyiségű vízből elegyet készítünk. Célszerűnek bizonyult ezt az elegyet erőteljesen homogenizálni, mégpedig mintegy 15 és 30 s közötti időtartamon keresztül keverni.

6. Az alkoholos és vizes keveréket az üzemanyagból és emulgeálószerből álló keverékhez adagoljuk, és állandó szín eléréséig a keveréket keverjük.

7. Az üzemanyagos keveréket ezután intenzíven keverjük, például nyíróáramlást biztosító szivattyú felhasználásával, amelyet 1,45 MPa és 1,95 MPa közötti nyomáson üzemeltetünk; a nyíróáramlást biztosító szivattyúból kiáramló folyadék konzisztens színt vesz fel, az például tejfehér folyadékot alkot.

A továbbiakban az emulgeálószer hatására mutatunk be példát.

Ellenőrzés céljából mintasorozatot készítettünk, amelyek mindegyikében 8 rész dízelolaj és 6 rész víz volt, de az emulgeálószer koncentrációja 0,1 térfogat%os lépésekben 0,2 térfogat%-tól 0,7 térfogat%-ig változott. Minden tesztelésre kerülő mintát a nyíróáramlást biztosító szivattyún történő háromszoros áteresztéssel készítettünk el.

Ügy találtuk, hogy ha az emulgeálószer koncentrációja 0,5 térfogat% alatt volt, a folyadék stabilitása nem mindig volt megfelelő, míg 0,5 térfogat% és 0,7 térfogat% közötti részarány biztosításával egyenletesen stabil terméket nyertünk.

A találmány szerinti üzemanyag további vizsgálata céljából változó alkoholtartalmú mintákat készítettünk elő, amelyekben legalább 2 térfogat% alkoholra, előnyösen rövid szénláncú alkoholra volt szükség. A felső, 20 térfogat%-os határnál az alkoholt tartalmazó üzemanyagok egy részénél inkább az alkohol kiválása volt megfigyelhető, mint a vízé. Ez a megállapítás különösen a dízelolajos üzemanyagokra vonatkozik.

A fagyáspontra vonatkozó mérések azt igazolták, hogy az alkohol részarányának növelésével a fagyáspont jelentős mértékben csökkent, ami várható is. De nem volt előre látható az a tény, hogy a víz részarányának változtatásával a fagyáspontban alig figyeltünk meg változást.

Amikor a találmány szerint készült üzemanyagokat vizsgáltuk, kitűnt, hogy annak alkoholt nem tartalmazó (0 térfogat%) változatainál a fázisok teljes szétválása következett be. Melegítéssel sem lehetett viszont szétválást előidézni azoknál a mintáknál, amelyekben az alkohol részaránya 2 térfogat% és 10 térfogat% között volt. Egy 2 térfogat% alkoholt, például metil-alkoholt tartalmazó mintát 6 hónapon keresztül tartottunk meg, és ezen idő alatt semmiféle fázisszétválás nem volt megfigyelhető.

A teljesítmény ellenőrzését is elvégeztük, és azt találtuk, hogy a víz mennyiségének egy adott mértékű növelésével a teljesítmény jelentős mértékben csökkenhet. Egy további teljesítménycsökkentő tényezőt is tapasztaltunk, mégpedig az alkohol részarányának egy bizonyos határon túli növelését. A hagyományos gondolkodás azt diktálná, hogy a teljesítménynek ezek a változásai az üzemanyag hőtartalmának változásai miatt következnek be. Úgy tűnik azonban, hogy az igazság valahol másutt van. Az összetevőknek a teljesítményhez való hozzájárulását külön-külön elemezve azt találtuk, hogy ez az elképzelés nem fedi a valóságot.

A továbbiakban a találmány szerinti üzemanyag két, az előzőekben A-55 és D-55 jellel megadott változataira (lásd 1. és 2. táblázat) a fő paramétereket adjuk meg, összehasonlítva a hagyományos és szabványos benzinnel és dízelolajjal. Emlékeztetünk, hogy az A-55 üzemanyag benzinalapú, míg a D-55 üzemanyag dízelolajalapú. A naftaalapú üzemanyag jellemzőit a 3. táblázat foglalja össze alább.

1. táblázat

A-55 üzemanyag*	Benzin
Reid-féle gőznyomás, kPa	Reid-féle gőznyomás, kPa**
38 kPa	A-9 illékonysági osztály E -15 illékonysági osztály
desztillációs hőmérséklet, °C, adott százalékos párolgási arány mellett	desztillációs hőmérséklet, °C, adott százalékos párolgási arány mellett

HU 217 788 Β

1. táblázat (folytatás)

A-55 üzemanyag*	Benzin
10% 6/92 számú vizsgálat - 64 °C 2/93 számú vizsgálat - 56 °C	10% A illékonysági osztály (maximum) - 70 °C E illékonysági osztály (maximum) - 50 °C)
90% 6/92 számú vizsgálat - 99 °C 2/93 számú vizsgálat - 100 °C	90% A illékonysági osztály (maximum) - 190 °C E illékonysági osztály (maximum) - 110 °C
végpont 6/92 számú vizsgálat - 127 °C 2/93 számú vizsgálat - 104 °C	végpont A illékonysági osztály (maximum) - 225 °C E illékonysági osztály (maximum) - 225 °C
API-sűrűség, @ 60 °F**** 6/92 számú vizsgálat - 33,2 2/93 számú vizsgálat - 33,8	relatív sűrűség, @ 60 °F*** 0,713-0,739*****
energiatartalom, bruttó, kJ/kg 6/92 számú vizsgálat - 24,421 kJ/kg 2/93 számú vizsgálat - 22,730 kJ/kg	energiatartalom, HHV***, kJ/kg 47,125 kJ/kg
energiatartalom, nettó, kJ/kg 6/92 számú vizsgálat - 21,981 kJ/kg 2/93 számú vizsgálat - 20,183 kJ/kg	energiatartalom, HHV***, kJ/kg 43,961 kJ/kg

* A 6/92 cs a 2/93 számú vizsgálat közötti különbségek nagyrészt annak tudhatok be, hogy a 2/93 számú vizsgálatban nem oxigénezett, rosszabb minőségű kiindulási benzint használtunk, amelyhez az „A tipikus mérések és keverési eljárások” című táblázatban a leírás összehasonlító részében bemutatott adalékokat adtuk, és ezeknek az adalékoknak a feladata az üzemanyag megfagyásának megelőzése téli feltételek között.

** Az összehasonlító információkat az „Annual Book of ASTM Standards” 1991-es kiadásából vettük át.

*** Az összehasonlító adatokat a McGraw-Hill Inc. (New York) által kiadott „Marks” Standard Handbook fór Mechanical Engineers” könyv

Vili., 1978-ban megjelent kiadásából vettük át (7-14. oldaltól 7-16. oldalig).

**** Az API-sűrűség 15 °C hőmérsékleten, az American Petroleum Institute (API) előírásai szerint mért relatív sűrűség.

***** A relatív sűrűséget 100 ml üzemanyag cs 100 ml víz sűrűségének összehasonlításával kapjuk.

2. táblázat

D-55 üzemanyag (alapja 2-es számú dízelolaj)	Dízelüzemanyag (csak 2-cs számú dízelolaj, összehasonlításra)
sűrűség, API-előírás szerint, 15 °C hőmérsékleten	sűrűség, API-előírás szerint, 15 °C hőmérsékleten
25,5	26-34
lobbanáspont (°C)	lobbanáspont (°C)*
74 °C	min. 52 °C
energiatartalom, bruttó, kJ/kg	energiatartalom, HHV**, kJ/kg (API szerint 15 °C hőmérsékleten, átlagosan 30 sűrűségű anyagra)
28,705 kJ/kg	45,171 kJ/kg
energiatartalom, nettó, kJ/kg	energiatartalom, LHV**, kJ/kg (API szerint 15 °C hőmérsékleten, átlagosan 30 sűrűségű anyagra)
26,158 kJ/kg	42,450 kJ/kg

* Az összehasonlító adatokat Kari W. Stinson „Diesel Engineering Handbook” című könyvének XII. kiadásából (Diesel Publications, Inc.,

Stamford, 1980, 33. oldal) vettük át.

** Az összehasonlító adatokat a McGraw-Hill Inc. (New York) által kiadott „Marks” Standard Handbook fór Mechanical Engineers” könyv

VIII., 1978-ban megjelent kiadásából vettük át (7-14. oldaltól 7-16. oldalig)

HU 217 788 Β

3. táblázat

Nafta cs víz keveréke (40 térfogat% nafta)	Nafta
Reid-féle gőznyomás - 75 kPa	Reid-féle gőznyomás - 97 kPa
ólomtartalom, g/1 - <0,0004	ólomtartalom, g/1 - <0,0004
kéntartalom, röntgen, - 0,02 ppm	kéntartalom, röntgen, - 0,028 ppm
relatív sűrűség, API @ 60 °F - 40,1	relatív sűrűség, API @ 60 °F - 82,0
gyantatartalom, mosatlan - 122 mg/100 ml	gyantatartalom, mosatlan - 0,6 mg/100 ml
gyantatartalom, mosott - 122 mg/100 ml	gyantatartalom, mosott - 0,03 mg/100 ml
oxidációs stabilitás - min. 240 perc	oxidációs stabilitás - min. 240 perc
aromás összetevők aránya - 4,2 térfogat%	aromás összetevők aránya - 2,7 térfogat%
olefinek részaránya - 0,00 térfogat%	olefinek részaránya - 0,00 térfogat%
telített összetevők részaránya - 95,8 térfogat%	telített összetevők részaránya - 97,4 térfogat%
fajlagos energiatartalom, bruttó - 18,794 kJ/kg	desztillációs visszanyerési arány, °F, IBP -88%

Az A-55 és D-55 jelű üzemanyagok előállítása keveréssel:

Mint már említettük, mind az A-55, mind a D-55 jelű, tehát a találmány szerint készített üzemanyagoknál igen fontos lépés a keverés, amelynek megfelelő végrehajtása az üzemanyag jellemzőit tekintve meghatározó 25 jellegű. Ha a keverést nem megfelelően végezzük, a benzin és a víz egymástól szétválik, ezért a motorban egyenetlen futási feltételek alakulnak ki, amelyek hatására a szennyezők kibocsátott mennyisége növekszik, a motorteljesítmény pedig csökken. Az üzemanyag szétválásé- 30 nak következménye a tűzbiztonság leromlása is lehet, amiről a továbbiakban még szó lesz.

A keverési folyamat végrehajtásában az első lépés annak meghatározása, hogy az összetevőket milyen sorrendben elegyítjük egymással. A homogenizálás vagy 35 keverés ennél a lépésnél még nem kíván intenzívebb beavatkozást, adott esetben elegendő mind az A-55, mind a D-55 üzemanyagnál a kisebb adagok összetevőinek kézzel történő összerázása. A dízelolaj vagy a benzin egy előre meghatározott mennyiségéhez az 40 emulziót egy adott mennyiségben adagoljuk. Az emulziót vízbe vezetve először annak zselésedését tapasztaljuk, ami erőteljesen hátráltatja a keverés megfelelő végrehajtását. Ha az emulziót dízelüzemanyaghoz vagy benzinhez adagoljuk, akkor azt kis intenzitással kell ho- 45 mogenizálni, hogy az emulzió a lehető legnagyobb felületen érintkezzen a benzinnel vagy dízelolajjal. így víznek egy előre meghatározott mennyiségét hatásosan lehet a benzinnel vagy dízelolajjal és az emulziós keverékkel elegyíteni. Amikor a vizet az ilyen benzint vagy 50 dízelolajat tartalmazó emulziós keverékhez adagoljuk, a keverék opálossá válik, színe enyhe keverés hatására fehérre változik.

Ha az üzemanyag megfagyásának megelőzése céljából alkoholt, például metil-alkoholt keverünk az anyag- 55 ba, az alkohol egy előre meghatározott mennyiségét célszerűen vízzel keveijük ki, mielőtt a vizet, a benzint vagy dízelolajat és az emulziót tartalmazó keverékbe adagolnánk. A kenőképesség-javító adalékot, illetve a habosodásgátló adalékot számos üzemanyag-ellátó rend- 60 szerben szükséges alkalmazni, ilyenkor ezeket az adalékokat a keverési folyamat első lépésének lezárása után adjuk a megfelelő módon homogenizált keverékhez.

A következőkben példaként mutatjuk be, hogyan lehet az A-55 jelű üzemanyagból egy 14,06 1 térfogatú adagot elkészíteni:

1. lemérünk 8 1 benzint;

2. a benzinhez 60 ml emulgeálószert adunk, és könnyedén összekeveqük;

3. 300 ml metil-alkoholt 6 1 ionmentes és faszénen szűrt vízhez adagolunk;

4. a vízből és metil-alkoholból álló keveréket a benzint és emulgeálószert tartalmazó keverékhez adjuk, és az elegyet addig keverjük, amíg először opálossá válik, majd fehérbe forduló színt vesz fel, majd

5. 5 csepp habosodásgátló és kenőképesség-javító adalékot viszünk az elegybe, és könnyedén összekeverjük.

A fenti módon egyesített összetevők a keverési folyamat második szakaszába kerülnek. Ennek végrehajtása során az üzemanyagot szivattyú segítségével cirkuláltatjuk, és ezzel biztosítjuk a megfelelő keverést. Minél nagyobb a szivattyú teljesítménye, vagyis minél nagyobb mértékű nyíróhatás éri a szivattyúban a kevert anyagot, annál jobb minőségű üzemanyagot kapunk, amely hosszú ideig raktározható. Ha kis teljesítményű szivattyút, például a személygépkocsiknál szokásos nagyságú üzemanyag-szivattyút használunk az anyag keverésére, három héten belül az összetevők kismértékű szétválása figyelhető meg. Ha viszont a szivattyú teljesítménye megfelel a kevert térfogat körülbelül 100szorosának, akkor a kevert anyagban az összetevők szétválása legalább három hónapig nem következik be.

A kísérletek azt is bizonyították, hogy néhány hét elegendő az összetevők szétválásához, ha kis teljesítményű szivattyút használunk a keveréshez, lényegében függetlenül attól, hogy mennyi ideig kevertük az anyagot. A nagyobb teljesítményű szivattyúval készített keverékeknél legalább három hónapos időszakon belül az összetevők szétválása nem volt megfigyelhető.

HU 217 788 Β

A keverés megfelelő végzése esetén az üzemanyag négy fontos állandó jellemzőt mutat:

1. színe konzisztens, tartós, általában tejfehér,

2. a sűrűségre és a relatív sűrűségre kapott adatok az alábbi 4. táblázat szerintiek, közvetlen lepárlá- 5 sú benzin, illetve dízelolaj esetén különböznek,

3. az üzemanyagban az összetevők szétválása nem figyelhető meg, a felületen benzint vagy dízelolajat tartalmazó külön réteg nem alakul ki, a keverék felső rétege nem különül el, benne a dízelolaj vagy a benzin foltosán sem jelenik meg, továbbá

4. az üzemanyag a megfelelő módon összekevert állapotban benzinlámpával nem gyújtható meg, a lánggal érintkezve az alkohol miatt egy fellobbanás figyelhető meg.

4. táblázat

Az egyes üzemanyagoknál 15 °C hőmérsékleten a folyadéksűrűség-mérőn leolvasott korrigált értékek*

A-55 - a leolvasott értek 165	87 oktános közvetlen lepárlású benzin - a leolvasott érték 200 fölött
D-55 - a leolvasott érték 130	2-es számú közvetlen lepárlású dízelolaj - a leolvasott érték 161
Az egyes üzemanyagok relatív sűrűsége 15 °C hőmérsékleten**
A-55 - a leolvasott érték 0,84	87 oktános közvetlen lepárlású benzin - a leolvasott érték 0,72
D-55 - a leolvasott érték 0,89-0,91	2-es számú közvetlen lepárlású dízelolaj - a leolvasott érték 0,84

* A mcrcs eszköze Proof and Tralle gyártmányú hitelesített folyadéksűrűség-mérő. ** A mérés eszköze Ohaus 1500D típusú elektronikus mérőeszköz.

AzA-55 vagy D-55 üzemanyagnál az adalékanyagok alkalmazása különböző feltételeknek megfelelően

Az előzőekben ismertetett üzemanyagok a szükséges motorteljesítmény elérését tették lehetővé -54 °C és 54 °C közötti hőmérséklet-tartományban. Ez a hőmérséklet-tartomány megfelel a hideg és meleg éghajlat közötti változásoknak, tartalmazza az átlagos értékeket, és a környezetben előforduló szélsőséges feltételeket is figyelembe veszi.

Amint fentebb már ismertettük, a vizet alkohollal összekeverve a fagyáspont csökkenthető, így az általában előforduló hőmérsékleten az üzemanyag nem fagy meg. Ha az előzőekben bemutatott üzemanyagokhoz 300 ml metil-alkoholt adagolunk a vízzel kikevert formában, akkor az üzemanyag -18 °C hőmérsékletig nem fagy meg. A fázisok szétválása a találmány szerinti üzemanyagoknak itt leírt példáinál mintegy 55 °C hőmérsékletig nem következett be.

Mind az A-55, mind pedig a D-55 üzemanyag ennél magasabb hőmérsékleten már adott esetben a fázisok szétválásának jeleit mutathatja, de mivel az emulgeálószer mennyisége növelhető, ezért végül is mintegy 75 °C hőmérsékletig a fázisszétválást nem mutató anyag nyerhető. Az ennél magasabb hőmérsékletekre szánt üzemanyagok esetében a keverőszivattyú teljesítményét növelni kell, valamint a recirkuláló rendszer befogadóképességét nagyobbra kell választani. Ezzel biztosítható, hogy az elkészült üzemanyag nem válik szét összetevőire. A megemelt hőmérsékleten könnyebben lezajló fázisszétválás megelőzése céljából, az előzőekben már ismertetett módon, a találmány szerinti üzemanyag fázisszétválást gátló adalékanyaggal egészíthető ki.

Az üzemanyag keverési folyamatában igen nagy mennyiségű hab keletkezhet. Ezt célszerű kizárni, hiszen az üzemanyagban levő hab a motor teljesítményére, a kibocsátott szennyezők részarányára kedvezőtlen hatást gyakorol. Éppen ezért az üzemanyaghoz kis mennyiségben habosodásgátló szert adunk, amelynek jelenléte az említett problémák megelőzését szolgálja. AzA-55 és D-55 üzemanyag tűzbiztonsága Mind az A-55, mind pedig a D-55 üzemanyag egyik fázisát víz alkotja, ami a tűzbiztonság szempontjából előnyös. A vízből álló fázis jelenléte miatt az üzemanyag jól kezelhető, amit a következő vizsgálattal ellenőriztünk:

Két edény közül az egyikbe ionmentesített és faszénen átszűrt csapvízből 200 ml-t, a másik edénybe 200 ml közvetlen lepárlású benzint öntöttünk. Mindkét edénybe injekciós tűvel egy csepp A-55 jelű üzemanyagot vittünk be. Az A-55 jelű üzemanyag cseppje az első edényben levő víz felületéhez ütközve a felületi rétegben azonnal disszipálódik, kis mennyiségű zavaros maradékot hagy maga után a felületen. Amikor a ta40 lálmány szerinti üzemanyag egy cseppjét a benzint tartalmazó edénybe juttatjuk, egészen más folyamat zajlik le. Az A-55 jelű üzemanyag cseppje a benzin felületébe csapódva megőrzi integritását, és az edény aljára cseppként lesüllyed. Ezt az integrált csepp alakot hosz45 szú ideig megőrzi a benzinnel való találkozás után.

A D-55 jelű üzemanyag külső vizes fázisának jelenlétét is ugyanígy lehet bizonyítani. Ha a D-55 üzemanyag egy cseppjét ionmentesített és faszénen átszűrt csapvizet tartalmazó, illetve közvetlen lepárlású dízel50 olajat tartalmazó edénybe visszük, az előzőekhez hasonló eredményekre jutunk.

Megfelelő összekeverés után a találmány szerinti üzemanyagot forrasztólámpával sem lehetett lángra lobbantam. Erre a következtetésre annak alapján jutottunk, hogy kis edényekbe 60 ml-es adagokban A-55 és D-55 üzemanyagokat öntöttünk, ezzel az edényekben levő fémpálcikák felületét beborítottuk. A forrasztólámpa lángját ezután az üzemanyag felülete fölött mozgattuk úgy, hogy a lángcsúcs az üzemanyag felszínét érje.

Az üzemanyag begyulladását egy esetben sem figyel10

HU 217 788 Β tűk meg. Az volt viszont látható, hogy ha a lángot közvetlenül az üzemanyaggal érintkezésben hagytuk mintegy 20 s-on keresztül, kis nagyságú kékes láng keletkezett, amely nagyjából 1 cm magasságig gyulladt fel, és megjelenését követően igen gyorsan kialudt. Ha a szénalapú tüzelőanyagot, a benzint és az emulziót nem megfelelően kevertük össze, az elegy igen gyorsan lángra lobbant.

Az A-55 és D-55 jelű üzemanyagok alacsony gőznyomásának előnyei

Tapasztalatunk szerint a találmány szerinti üzemanyagokra általában a rendkívül alacsony gőznyomás jellemző. Ez egy további tényezője annak, hogy az üzemanyag nehezen gyújtható lángra. Az alacsony gőznyomás egy újabb előnyös következménye az, hogy gőzök az üzemanyagból alig szabadulnak fel, vagyis a benzinszivattyúknál, a gépkocsiknál és a telepített motoroknál lényegében nincs szükség a gőzöket visszanyerő rendszerre, vagy az ilyen rendszert az eddigiekhez képest sokkal kisebb teljesítményre kell beállítani. A Reid-féle gőznyomás kis értékével együtt jár az is, hogy a találmány szerinti üzemanyagból a környezetbe alig jut káros emisszió.

Az üzemanyagok oktán- és cetánszáma

A nagy oktánszámú benzin használatát a korszerű járművek motorjaiban általában ajánlják, akár személygépkocsiról, akár haszonjárműről van szó. Számos országban a 87-es oktánszám a legkisebb, amivel benzint forgalomba hoznak. A gyakoribb az ennél nagyobb, legalább 92-t elérő oktánszámú benzinek alkalmazása. Az A-55 jelű üzemanyag ezzel szemben igen hatásos akkor is, ha az alapját jelentő benzin kis oktánszámú közvetlen naftaszármazék, amelynél az oktánszámot nagyjából 75-re becsülik, hiszen a találmány szerinti üzemanyagnál az oktánszám szerepe nem mértékadó.

A D-55 jelű üzemanyag cetánszáma ugyancsak jóval kisebb, mint a hagyományos dízelolajok cetánszáma, de emiatt a motor teljesítményében negatív következmény nem észlelhető.

A fentiek alapján az a következtetés vonható le, hogy a találmány szerinti összetételű üzemanyag előállítása az ismertekhez képest olcsóbban történhet, nemcsak a víz jelenléte miatt, hanem azért is, mert a kiindulási széntartalmú üzemanyag, így a benzin vagy a dízelolaj költséges és munkaigényes finomítás nélküli állapotban hasznosítható.

Üzemanyagszűrök

A belső égésű motoroknál használt ismert szerkezetű üzemanyagszűrők a szűrési feladatokat papíranyagú maggal látják el. Mind az A-55, mind a D-55 jelű üzemanyag esetében ezek a szűrők továbbra is hasznosíthatók. Rövid idejű felhasználás után azonban ezek a szűrők fordított ozmózisos rendszerként kezdenek működni, amelyben az üzemanyag a befecskendezéses felhasználás előtt fázisaira bomlik.

A papíranyagú szűrőknek ezt az üzemanyagra gyakorolt negatív hatását úgy kerülhetjük el, hogy a papíranyagú üzemanyagszűrők helyett szabad áramlású szűrőt használunk, amely csak a viszonylag nagyobb részecskéket tartja vissza, vagy az üzemanyagot fémes hálóval kialakított szűrőn vezetjük át. Ezekkel a fémes anyagú hálókkal működő szűrőkkel az üzemanyagból a 10 pm-nél nagyobb szennyezések és részecskék kiszűrhetők, ennek következtében az üzemanyag jellemzői nem változnak, ugyanúgy juttatható a motorba, mint előzőleg. Igen jó eredményeket értünk el akkor is, ha az üzemanyagot műanyagból vagy fémből készült lemezes szűrőn vezettük át.

Az A-55 és D-55 jelű üzemanyagok teljesítményi mutatóinak összehasonlítása a benzines és dízelolajos üzemanyagokkal

Az A-55 jelű üzemanyagot az összehasonlító vizsgálatok során ugyanannak az erőgépnek a felhasználásával dinamométeres mérések sorozatával ellenőriztük. Az összehasonlításkor a referenciaadag nagy oktánszámú benzin volt.

Az A-55 jelű üzemanyagot hasznosítva az erőgép legfeljebb 4%-kal eltérő kimenőteljesítményt szolgáltatott ahhoz képest, amit a benzin használatával meg tudtunk állapítani. A teljesítmények eléréséhez az égéshez szükséges levegő mennyisége ugyanakkora volt. Az ellenőrzéshez választott motort jelentős mértékben módosítottuk (figyelembe véve például az US-5156114 számú szabadalmi leírásban leírt követelményeket). A benzinnel hajtott módosított motor teljesítménye alig tért el a hasonló, de nem módosított motorokon ugyanolyan benzin felhasználása mellett mért teljesítménytől.

Ugyanez volt a helyzet a D-55 jelű üzemanyagnál is. A kimenőteljesítmény maximális értékét a D-55 jelű üzemanyagnál legalább háromszor, de több esetben ötször gyorsabban értük el, mint a hagyományos dízelolajjal hajtott motoroknál.

A víz részarányát mind az A-55, mind pedig a D-55 üzemanyag esetében változtatva azt tapasztaltuk, hogy az itt adott meghatározáshoz viszonyítva legfeljebb 10 térfogat%-os eltérés mellett a teljesítmény lényegi változása sem negatív, sem pozitív irányban nem következett be.

Időzítési követelmények

Az A-55 jelű üzemanyag alkalmazásánál azt tapasztaltuk, hogy a gyújtásszöget mintegy 50°-ra kell emelni, ami körülbelül kétszerese annak, amit a hagyományos benzines üzemanyagok esetében be szokás állítani.

A D-55 jelű üzemanyag legjobb mutatóit akkor értük el, amikor az injektor befecskendezési időpontját korábbra hoztuk, amihez az injektoroknál és a forgatytyús tengelynél lévő fogaskerék-kapcsolatot két foggal előreállítottuk.

Az üzemanyag és a levegő aránya az A-55 vagy a D-55 üzemanyag esetén

Üresjárási állapotban mind az A-55, mind a D-55 jelű üzemanyagnál minimális mennyiségű levegő bevezetésére volt szükség.

Amikor teljesítményt kellett leadni, az A-55 és a D- 55 jelű üzemanyagokat nagyjából ugyanolyan menynyiségű levegővel kell keverni, mintha az adott motorban hagyományos összetételű benzines vagy dízelolajos üzemanyagot használnánk. A levegő és az üzemanyag aránya gyújtógyertyás elrendezésű belső égésű

HU 217 788 Β motoroknál általában 14,7:1, míg dízelmotoroknál 16,5:1. Ha ezeket az arányokat legalább 10%-kal megnöveljük, a belső égésű motoron belül az égési folyamat leáll. Az A-55 jelű üzemanyag alkalmazásakor terheléses motornál a levegő és az üzemanyag térfogataránya a szénalapú összetevő egy egységére számítva 29 és 38 között van, vagyis ilyen mennyiségű levegőt kell a gyújtógyertyás motor belső terébe juttatni. A D-55 jelű üzemanyag felhasználásakor terheléses állapotban az üzemanyag szénalapú összetevőjére számítva a levegő és az üzemanyag aránya mintegy 32 és 40 között van, amit a dízelmotorba vitt egy szénalapú összetevőre vonatkoztatunk.

Az A-55 vagy D-55 jelű üzemanyaggal működtetett módosított motorok által kibocsátott szennyező anyag

Az A-55 üzemanyaggal hajtott és a közvetlen lepárlásé nagy oktánszámú benzinnel hajtott motorok szenynyezőanyag-kibocsátását Clayton-féle dinamométerrel mértük (a modell száma C796), amely mind a teljesítményt, mind a sebességet követi.

Az összehasonlító mérést 1989-es évjáratú, hathengeres, 3 literes hengertérfogatú Ford Taurus motorral végeztük. Ezt úgy alakítottuk át, hogy A55 üzemanyaggal hajtható legyen. Egy másik ilyen 1989-es Ford Taurus motort, amely az előzőhöz hasonló emissziós értékeket mutatott, hagyományos összetételű benzinnel hajtottuk. Mindkét motornál a katalizátoros tisztítóegységet elhagytuk.

A kísérleti mérések azt mutatták, hogy az A-55 jelű üzemanyag alkalmazásakor szinte minden szennyező összetevőre a terheléses állapotban mért emisszió értéke legalább hatszor, de adott esetben tízszer kisebb volt, mint a szokásos feltételek között. Csak az O₂ részaránya bizonyult hasonlónak mindkét motornál. Az O₂ leolvasott értékei 0 térfogat% és 3 térfogat% között voltak a legjobb teljesítménymutatók mellett. Ebben a tartományban a következő értékeket mértük az egyéb szenynyezőknél: a CO részaránya legfeljebb 0,10 térfogat%, az NO_X részaránya 20 ppm és 200 ppm között, míg a szénhidrogének részaránya 50 ppm és 200 ppm között volt. A méréseket a Sun cég standard gépkocsivizsgáló emissziós analizálókészülékével végeztük.

A motorokat a mérések előtt hagytuk felmelegedni, így a kipufogórendszerben, függetlenül a környező hőmérséklettől, láthatóan vízgőz nem jelent meg. Ez anynyit jelent, hogy a hagyományos benzines vagy egyéb üzemanyaggal hajtott motorokhoz képest az NO_X szintje legalább tízszer kisebb a találmány szerinti üzemanyag alkalmazásakor.

Az átalakított dízelmotoroknál az emissziós értékek még jelentősebb csökkenését észleltük. Az összehasonlító méréshez átalakított #53 Detroit Diesel jelű motort szereltünk fel fékpadra. Ez kétütemű négyhengeres motor. Az átalakított dízelmotort a Clayton cég által szállított dinamométerre kapcsoltuk, a CAM 250E jelű modell a sebességet, a teljesítményt és a forgatónyomatékot mérte.

Az átalakított dízelmotor teljesen hideg állapotból történő indításakor látható füstöt csak mintegy 2 s és mintegy 5 s közötti időtartamban figyeltünk meg. Hasonló felépítésű dízelmotort a szokásos dízelolajas üzemanyaggal tápláltunk, és ekkor a füst keletkezése mintegy 5 perc és 10 perc közötti időtartamban volt megfigyelhető, amíg a motor a hidegindítás és a folyamatos működés közötti hőmérséklet-tartományon belül felmelegedett.

A vizsgált motor a találmány szerinti üzemanyaggal hajtva kormot nem állított elő, bármilyen teljesítményre is állítottuk be, ami egyáltalában nem volt elmondható a szokásos dízelolajjal táplált motor esetében. Mintegy 100 LE teljesítmény mellett az emissziós értékek a következők voltak: O₂ - 10 térfogat%, CH -ppm, míg CO - 0,01 térfogat%. A viszkozitás lényegében azonos szinten maradt, és az égetés hosszabb idő elteltével sem járt szennyezés kibocsátásával. Az emissziós értékeket ez esetben is a Sun cég standard gépjárművizsgáló elemző műszerével állapítottuk meg.

A találmány szerinti üzemanyagot hasznosító dízelmotor használata során a környezeti hőmérséklettől függetlenül a kipufogórendszerből gőz felszabadulását nem figyeltük meg. Ez annyit jelent, hogy a szokásos dízelolajat hasznosító gépekkel összehasonlítva, a szénhidrogének emissziója felére-harmadára csökkent.

A további kísérletek azt bizonyították, hogy a D-55 jelű üzemanyag alkalmazásakor az NO_x-ok kibocsátott mennyisége mintegy 80%-kal csökkent.

Az A-55 és D—55 jelű üzemanyag hatékonysága

A kísérleti eredményeink szerint a találmány szerinti üzemanyagok alkalmazása esetén - a hagyományos összetételű benzinnel vagy dízellel összehasonlítva - a motorok hatékonysága jelentősen növekszik. Itt széles körű változások voltak észlelhetők annak függvényében, hogy a motort miként alakítottuk át, és a szénalapú tüzelőanyagnak a vízhez viszonyított részaránya mekkora volt.

A hagyományos összetételű benzines vagy dízelolajos üzemanyaggal hajtott motorokat az A-55 és D-55 jelű üzemanyaggal hajtott motorokkal összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy a hatékonyság a hagyományos üzemanyagokkal hajtott motorokhoz képest mintegy 100%-os javulást hozott.

Hidegindítás az A-55, illetve D-55 jelű üzemanyaggal

Mind az A-55, mind pedig a D-55 jelű üzemanyagok a belső égésű motorokban közvetlenül hasznosíthatók. Nincs szükség másodlagos üzemanyagra vagy indító üzemanyagra, amely az indításkor az A-55 vagy D-55 jelű üzemanyaggal keverve kerülne a motorba. Egyik üzemanyaggal sem volt nehézség tapasztalható hidegindításkor, ha a motort például az US-5156114 számú szabadalmi leírásban bemutatott intézkedésekkel alakítottuk át.

A dízelmotoroknál történő felhasználások összehasonlítása

A találmány szerinti üzemanyag különösen a dízelmotorok hajtásánál tűnik előnyösnek, az előnyök egy részét az L, 2. és 3. ábrán látható grafikonokra hivatkozással ismertetjük a továbbiakban. Ezek a grafikonok azoknak a vizsgálatoknak az eredményeit mutatják be,

HU 217 788 Β amelyek során különböző összetételű D55 jelű üzemanyagokat, tehát a találmány szerint elkészített üzemanyagokat hasonlítottunk össze hagyományos dízelolajokkal.

Az 1. ábra mind a D-55 jelű, mind a hagyományos dízelüzemanyag esetén a hengerben uralkodó nyomást és a hengertérfogat viszonyát szemlélteti. Itt jól látható, hogy a hengerben uralkodó, a térfogathoz viszonyított nyomás a találmány szerinti üzemanyagnál nagyon közel áll ahhoz, amit a hagyományos dízelolaj esetében figyelhetünk meg. Ennek megfelelően a D-55 jelű üzemanyag teljes mértékben alkalmas a dízelmotorokban eddig használatos üzemanyagok felváltására.

A 2. ábrán a forgattyús tengely elfordulási szögével kifejezett előgyújtásszög és a hengerben uralkodó nyomás közötti összefüggést mutatjuk be diagramban. A 2. ábra diagramja bizonyítja, hogy bár a hengerben a D-55 jelű üzemanyag alkalmazásakor kialakuló nyomás az ismert dízelolajok felhasználásánál létrejövő nyomásnál valamivel nagyobb, de a különbség nem igazán jelentős. A D-55 jelű üzemanyagnál tehát a nyomás kissé megemelt értékével kell számolni, de ez az érték még messze nem lépi túl a létező dízelmotorok tervezésekor figyelembe vett nyomásértékeket.

A 3. ábra diagramja szerinti mérési eredmények igen nagy jelentőségűek, az ábra ugyanis a teljes hőfelszabadulás relatív értékét az előgyújtásszög függvényében mutatja be mind a D-55 jelű, mind pedig hagyományos dízelüzemanyag esetén. Jól látható, hogy a D-55 jelű üzemanyagnál a 100%-os hőfelszabadítás sokkal gyorsabban alakul ki, és hatékonyabban marad fenn, mint a hagyományos dízelüzemanyagok esetében, ami a termikus hatásfok jelentős emelkedését hozza magával.

Ez egyértelműen adódik abból, hogy a D-55 jelű üzemanyagnál a hőfelszabadulás hirtelen emelkedése figyelhető meg, ha azt a hagyományos összetételű dízelüzemanyaggal hasonlítjuk össze. Az előgyújtásszög

10%-os értékénél már a D-55 jelű üzemanyag 100%os hőfelszabadulást mutat, míg a hagyományos összetételű dízelüzemanyag alkalmazása esetén az ugyanilyen 100%-os szintű hőfelszabadulás csak az előgyújtásszög 80°-os értékénél figyelhető meg.

Megállapítható tehát, hogy az égési folyamat lassúbb beindulása ellenére a D-55 jelű üzemanyag a szokásos összetételű dízelüzemanyagokhoz képest gyorsabban biztosítja a hő felszabadulását. Ezen túlmenően, a hőfelszabadulás már a 0°-os előgyújtásszög környezetében is elérhető; ha a befecskendezés időzítését úgy állítjuk be, hogy az üzemanyagot valamivel korábban adagoljuk a munkaciklusba.

Az 1., 2. és 3. ábrán látható adatok összevetéséből, különös tekintettel a hagyományos dízelüzemanyaghoz képest a D-55 üzemanyagnál megfigyelhető megnövekedett hőfelszabadulásra, az állapítható meg, hogy a találmány szerinti újszerű üzemanyag a motorteljesítmény jelentős növelését biztosítja. Ha referenciaként a 0°-os előgyújtásszöget választjuk, az eddigiekhez képest a dízelolaj nagyjából felét igénylő találmány szerinti üzemanyaggal meglepően jó eredmények érhetők el. A teljesítmény növekedését ugyanis a nyomás lényeges emelése nélkül sikerült elérni (ezt mutatja a 2. ábra), vagyis ez a kis növekedés a motort nem károsítja. így tehát a motorban nagyjából hasonló hengemyomás mellett azonos teljesítmények kaphatók, noha a találmány szerinti üzemanyag égéshője mintegy fele a hagyományos dízelolajénak, mivel a szénhidrogén-alapú összetevő mennyisége is kisebb.

Végül az 5. táblázatban összesítve adjuk meg a találmány szerinti üzemanyag néhány példakénti kiviteli alakjával végzett üzemi kísérleteink eredményeit, nevezetesen az üzemi paramétereket és kipufogógáz-emiszsziós értékeket. Az alkalmazott üzemanyagnál a szénalapú összetevő 71,352 térfogat%, a víz 26 térfogat%, a metanol 2 térfogat%, adalék 0,35 térfogat% és cetánszámjavító 0,3 térfogat%-nyi mennyiségű volt.

5. táblázat

Vizs- gált üzem- anyag	Szén- alapú össze- tevő	IBP Dcg. F.	D10 Deg. F	D80 Dcg. F.	°90 Deg. F.	EBP Dcg. F.	RVP kPa	Aromás tarta- lom terfo- gat%	Olefin- tartalom térfo- gat%	Szulfur- tartalom terfo- gat%	Gravitáció 15,5 °C	Dízel- motor	Benzin- motor
1.	Kero- zin	387	417	466	600	662	0,76	22,2	3,9	<.005	39,4	O++/E+	O-/E-
2.	Jet	350	377	394	426	475	ND	21,9	1	0,14	38,5	O++/E+	O-/E-
3.	Dízel- olaj	392	423	471	609	677	0,96	21,1	4	<.005	40	O++/E+	O-/E-
4.	Dízel- olaj	371	392	431	484	528	1,2.4	21,6	3,2	0,071	38,4	O++/E+	O-/E-
5.	Dízel- olaj	465	495	510	541	595	ND	25,9	13,8	0,24	29,2	O++/E+	O-/E-
6.	PL Trans- mix	188	264	408	540	580	3,5	26,7	2,5	0,0298	42,2	O++/E+	O+/E +

HU 217 788 Β

5. táblázat (folytatás)

Vizs- gált üzem- anyag	Szén- alapú össze- tevő	IBP Deg. F.	D10 Deg. F	D80 Deg. F.	D90 Deg. F.	EBP Deg. F.	RVP kPa	Aromás tarta- lom térfo- gat0/»	Olefin- tartalom térfo- gat%	Szulfur- tartalom térfo- gat0/	Gravitáció 15,5 °C	Dízel- motor	Benzin- motor
7.	Nafta	228	252	292	359	412	12,66	3,5	1	0,0126	58,5	O++/ E+ +	O++/ E+ +
8.	Nafta	174	230	290	364	424	9,7	3,4	1,1	0,0195	57,7	O++/ E+ +	O++/ E+ +
9.	Nafta	200	231	265	314	350	10,0	8,6	<1,0	<.005	51,7	O+/E+ +	O++/ E+ +
10.	Nafta	150	209	265	335	393	15,69	11,2	1,2	0,476	54,6	O+/E+ +	O++/ E+ +
11.	Nafta	102	159	222	288	327	39,9	7,2	<1,0	0, 037	61,1	O+/E+ +	O++/ E+ +
12.	Nafta	112	168	262	352	418	63,57	8,6	1	0,2075	61,2	O-/E-	O++/ E+ +
13.	Nafta	88	102	126	165	254	96,11	2,7	0	0,028	82	O-/E-	O++/ E+
14.	Nafta	86	135	237	346	406	78,43	10,8	1,2	0,0216	61	O-/E-	O++/ E+
15.	Ben- zin	110	133	199	212	220	57,38	4,5	74,6	0,016	60	O-/E-	O++/ E+
16.	Gázolaj	352	458	541	696	661	ND	86,6	4,3	0,22	17,5	O-/E-	O-/E-

O - Motor üzemi jellemzői _(++)- Kiváló (+) - Elfogadható (-) - Gyenge E - Emisszió - (++) Kiváló (+) - Elfogadható (-) - Gyenge ND - Nem meghatározható

IBP, D_)o· D₂o’ D₈₀’ D₉₀ értékek, amelyeket az ASTM teszt alapján számítunk

Claims (26)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Üzemanyag belső égésű motorokhoz, amely vizes és szerves fázisokat emulzióban tartalmaz, a szerves fázis vagy benzint, közvetlen lepárlású benzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú, széntartalmú anyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot, biomaszszából származtatott olajat vagy ezek keverékét tartalmazza, továbbá 2 térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkoholt, 0,3 térfogat% és 1 térfogat% közötti mennyiségű nemionos emulgeálószert, legfeljebb 0,1 térfogat% mennyiségben kenésjavító szert, legfeljebb 2 térfogat%-nyi metanolt, legfeljebb 0,35 térfogat%-nyi fázisszétválást magasabb hőmérsékleteken gátló adalékot, és adott esetben legfeljebb 0,3 térfogat% cetánszámjavító adalékot tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az emulzió Reid-féle gőznyomása legfeljebb 48 kPa értékű, az aromás tartalma legfeljebb 20 térfogat⁰/), az olefintartalma pedig legfeljebb 2 térfogat% mennyiségű, továbbá az emulzió a külső folytonos fázist alkotó vízzel állandó olaj a vízben emulziót alkot.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzaljellemezve, hogy 40 térfogat% és 60 térfogat% közötti mennyiségben vízből, 2 térfogat% és 10 térfogat% közötti mennyiségben alkoholból, előnyösen rövid szénláncú alkoholból, 0,
3. 3 térfogat% és 0,7 térfogat% közötti mennyiség35 ben emulgeálószerből, továbbá 0,001 térfogat% és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben kenőképesség-javító adalékból, 0,001 térfogat% és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben 75 °C fölötti hőmérsékleteken a fázisszétválást gátló adalékanyagból és a maradékban benzinből áll.

   40 3. A 2. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy a kenőképesség-javító adalék poli(organo-sziloxán)-vegyületet tartalmaz.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy 40 térfogat% és 60 térfogat% közötti

   45 mennyiségben vízből, 2 térfogat% és 20 térfogat%-nál kisebb mennyiség közötti mennyiségben alkoholból, előnyösen rövid szénláncú alkoholból, például metil-alkoholból, 0,3 térfogat% és 0,7 térfogat% közötti menynyiségben emulgeálószerből, továbbá 0,001 térfogat%

   50 és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben kenőképességjavító adalékból, 0,001 térfogat% és 0,3 térfogat% közötti mennyiségben pedig 75 °C fölötti hőmérsékleteken a fázisszétválást gátló adalékanyagból és a maradékban dízelolajból áll.

   55
5. 5. A 4. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy a kenőképesség-javító adalék poli(organosziloxánj-vegyületet tartalmaz.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy az emulgeálószer alkil60 fenol-etoxilátot tartalmaz.

   HU 217 788 Β

   Ί. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy legfeljebb 0,1 térfogat% mennyiségben kenőképesség-javító adalékot tartalmaz.
7. 8. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy a 0,03 térfogat%-nyi fázisszétválást gátló adalékanyag különösen dihidroxi-etil-faggyú-glicinátot tartalmaz.
8. 9. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy az vizes fázisként ionmentesített vizet tartalmaz.
9. 10. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy az vizes fázisként faszénen átszűrt ionmentesített vizet tartalmaz.
10. 11. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy 40 térfogat% és 60 térfogat% közötti mennyiségben vízből, 2 térfogat% és 10 térfogat% közötti mennyiségben alkoholból, 0,3 térfogat% és 0,7 térfogat% közötti mennyiségben emulgeálószerből, továbbá 0,001 térfogat% és 0,1 térfogat% közötti mennyiségben kenőképesség-javító adalékból, 0,001 térfogat% és 0,3 térfogat% közötti mennyiségben 75 °C hőmérséklet fölötti hőmérsékleteken a fázisszétválást gátló adalékanyagból és a maradékban közvetlen lepárlású benzinből áll.
11. 12. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag, azzal jellemezve, hogy a kenőképesség-javító adalék poli(organosziloxánj-vegyületet tartalmaz.
12. 13. Eljárás üzemanyag előállítására belső égésű motorokhoz, amelyeknél a stabil üzemanyagot vizes és szerves fázisok emulziójaként hozzuk létre; a szerves fázishoz vagy benzint, közvetlen lepárlású benzint, kerozint, dízelolajat, gáz-halmazállapotú, széntartalmú anyagot, szénalapú szintetikus tüzelőanyagot, biomaszszából származtatott olajat tartalmazó csoport egyikét vagy ezek keverékét alkalmazzuk, továbbá az emulzióhoz 2 térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkoholt, 0,3 térfogat% és 1 térfogat% közötti mennyiségű nemionos emulgeálószert, legfeljebb 0,1 térfogat%nyi kenőképesség-javító adalékot, legfeljebb 2 térfogat%-nyi metanolt, legfeljebb 0,35 térfogat%-nyi fázisszétválást gátló adalékot, és adott esetben legfeljebb 0,3 térfogat%-nyi cetánszámjavító adalékot adunk; továbbá az eljárás során úgy járunk el, hogy

    a) 20 térfogat% és legfeljebb 80 térfogat% vízzel elegyítjük a szerves fázis, az emulgeálószer és a 2 térfogat% és 20 térfogat% közötti mennyiségű alkohol keverékét,

    b) keverés közben ezekből legalább három hónapig stabil keveréket állítunk elő, azzal jellemezve, hogy az emulzió Reid-féle gőznyomását legfeljebb 48 kPa értékűre választjuk, továbbá aromás tartalmát legfeljebb 20 térfogat%-ra, olefintartalmát pedig legfeljebb 2 térfogat%-ra választjuk, továbbá amelynél a külső folytonos fázist alkotó vízzel stabil olaj a vízben emulziót készítünk.
13. 14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet és az alkoholt egymással összekeverve adagoljuk az a) műveleti lépés elegyéhez.
14. 15. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keverés előtt kenőképesség-javító adalékot viszünk az elegybe.
15. 16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kenőképesség-javító adalékként poli(organosziloxánj-vegyületet tartalmazó anyagot használunk.
16. 17. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a 75 °C fölötti hőmérsékleteken fázisszétválást gátló adalékot adagolunk az elegybe még annak összekeverése előtt.
17. 18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az emulgeálószert és a kenőképesség-javító adalékot keverékként adagoljuk be.
18. 19. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) műveleti lépésben ionmentesített vizet használunk.
19. 20. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) műveleti lépésben faszénen átszűrt, ionmentesített vizet használunk.
20. 21. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az a) műveleti lépésben a szénalapú tüzelőanyagot 0,3-1 térfogat% közötti mennyiségű, alkilfenol-etoxilátot tartalmazó, nemionos emulgeálószerrel keverjük össze.
21. 22. A 21. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy emulgeátorként alkil-fenol-etoxilátot tartalmazó anyagot alkalmazunk.
22. 23. A 18. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legalább 0,001-0,1 térfogat%-nyi poli(organo-sziloxán)-t tartalmazó kenőképesség-javító adalékot alkalmazunk.
23. 24. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legfeljebb 0,3 térfogat%-nyi dihidroxi-etilfaggyú-glicinátot tartalmazó fázisszétválás-gátló adalékot használunk.
24. 25. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy széntartalmú üzemanyagként dízelolajat alkalmazunk.
25. 26. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy széntartalmú üzemanyagként közvetlen lepárlású benzint alkalmazunk.
26. 27. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy széntartalmú üzemanyagként benzint alkalmazunk.