DE1023631B - Verfahren zur Erhoehung der Kompression in Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

DEUTSGHES

Im Zuge der modernen Entwicklung des Verkehrswesens sind in Zusammenarbeit mit der Motorenindustrie in den letzten beiden Jahrzehnten Treibstoffe entwickelt worden, die den gesteigerten motorischen Anforderungen entgegenkommen. Die sich durch die Motorisierung ergebenden Aufgaben zur Verbesserung der Treibstoffe hat man zu lösen versucht durch verbesserte Raffinationsverfahren, durchj Synthesen von Treibstoffen bzw. Treibstoffanteilen mit besonderer motorischer Eignung, die als »Gemischteilnehmer« eingesetzt werden, sowie dadurch, daß Zusätze (Gegenldopfmittel) zur Verbesserung der Klopfeigenschaften aufgefunden wurden. Während die Gemischteilnehmer z. B. Di-Isopropyl-alkohol, Aceton, Methyläthylketonu. a. erst oberhalb von 5 bis lOGewichtsprozent wirksam werden, erhöhen die Gegenklopfmittel die Klopffestigkeit in hohem Maße bereits bei Zusätzen in Mengen von 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent.

Der Zusatz von metallorganischen und anorganischen Verbindungen als Antiklopfmittel ist bekannt. Zu nennen sind organische Blei-, Tellur-, Wismutverbindungen, ebenso Metallcarbonyle. Bleitetraäthyl und Eisenpentacarbonyl haben besondere technische Bedeutung gewonnen. Weiter ist bekannt, daß auch Metallnebel eine Anti-Idopfwirkung ausüben.

Es ist nun gefunden worden, daß durch Zusätze bestimmter Salze aromatischer Säuren zu den Treibstoffen die Kompression in überraschender Weise gesteigert und geregelt wird. Hierdurch sinkt der Verbrauch an Kraftstoff, und es steigt die motorische Leistung, womit gleichzeitig eine Schonung des Motors verbunden ist. Erfindungsgemäß gelangen mit dem Treibstoff Bleisalze in den Motorraum in Verbindung mit Kupfer- und/oder Zink- und gegebenenfalls Zinnsalzen der betreffenden aromatischen Säure. Das Einbringen der Salze in den Treibstoff geschieht entweder in der Form, daß die aromatische Säure dem Treibstoff zugefügt und darauf, im Treibstoff gelöst, mit Blei und einem oder mehreren der obengenannten Metalle in Berührung gebracht wird, oder durch direkte Zugabe der Salze der genannten Metalle und der aromatischen Säuren. Die Menge der anzuwendenden aromatischen Säure liegt unter 0,1 %, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,02 Volumprozent, bezogen auf den Treibstoff.

Zweckmäßig erhält der Treibstoff außer den erwähnten Salzen noch einen Zusatz eines mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffs, beispielsweise einen Zusatz von Naphthalin, und zwar in der 2- bis 500fachen Menge, vorzugsweise 25fachen Menge tier Säuren.

Es sind bereits Treibstoffmischungen bekannt, die einerseits Benzoesäure, andererseits Naphthalin enthalten ; die genannten Gemischanteile machen hierbei einen wesentlichen Teil des gesamten Treibstoffgemisches aus, denn die Mischung Naphthalin—Benzoesäure wird bei dem bekannten Vorschlag selbst als »Brennstoff« be-

Verfahren zur Erhöhung der Kompression in Verbrennungsmotoren

Anmelder:

Dr. Ernst Drouven,
Torri del Benaco, Verona (Italien)

Vertreter: Dr. L. Terres-Trip, Patentanwalt,
Karlsruhe, Karl-Wffiielm-Str. 1 b

Dr. Ernst Drouven, Torri del Benaco, Verona (Italien), ist als Erfinder genannt worden

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zeichnet. Das Zusammenwirken dieser Mischung mit Schwermetallen ist nicht beabsichtigt.

Es ist auch schon der Zusatz anderer metallorganischer Verbindungen bekanntgeworden, und zwar wurden hierbei die Metalle nach dem Gesichtspunkt ihrer katalytischen Wirkung auf die Verbrennung der Treibstoffe ausgewählt. Genannt sind beispielsweise Metallverbindungen des /S-Diacetons und seiner Homologen, wobei als Metalle solche der verschiedensten Gruppen des Periodischen Systems Anwendung finden können. Auch Alkali- und Erdalkalimetalle sind in diesem Zusammenhang genannt. Auch die gleichzeitige Anwendung mehrerer Metalle ist bekannt. So sind folgendeStoffgruppen empfohlen worden: Propionylacetonat von Nickel, Kobalt, Cerium neben dem Acetylacetonat des Thoriums und Zirconiums, ferner eine Mischung, bei der zusätzlich zu den obengenannten Verbindungen auch noch das Uran- und Chromacetylacetonat Anwendung finden soll. Bei einer anderen anzuwendenden Mischung wird auch noch das Kupferpropionylacetonat angewandt.

Die Anwendung von Mischungen von Metallsalzen entsprechend vorliegender Erfindung liegt außerhalb des Rahmens der seitherigen Vorschläge.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht am zweckmäßigsten in der Weise, daß in einer Glasflasche zunächst eine Lösung der Säure und beispielsweise des Naphthalins in normalem Kraftstoff hergestellt wird. Diese Lösung wird dem Betriebsstoff in solcher Menge zugesetzt, daß die obengenannten Konzentrationen erreicht werden.

Die Mischung kann beispielsweise in einem Behältnis erfolgen, das in Form von Drähten, Folien, Schnitzeln die obengenannten Metalle oder ihre Legierungen enthält. Die erfindungsgemäße Mischung des Kraftstoffes kann

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auch im Tank des Fahrzeuges oder der Kraftmaschine selbst hergestellt werden.-Sinngemäß kann in den Fällen, bei denen der Tank mit einer Blei-Zinn-Legierung ausgekleidet ist, die Kraftstoffzuleitung aus Kupfer, die Benzinpumpe und/oder der Schmutzbecher aus Spritzguß bestehen, auf die besondere Gegenwart von Schnitzeln oder Drähten der entsprechenden Metalle im Tank verzichtet werden.

Die Zusammenwirkung der Metalle mit den erfindungsgemäß anzuwendenden Zusätzen kann auch dadurch erreicht werden, daß man das Benzin von dem Tank in den Verbrennungsraum über ein Filtergefäß leitet, welches Schwermetalle der genannten Art enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann Anwendung finden für jede Art von Verbrennungsmotoren. Die Wirkung des Verfahrens erweist sich in der Leistungssteigerung des Motors und in der Verminderung des Kraftstoffverbrauchs.

Ein ganz besonders hervorragender Vorteil ergibt sich, wie erwähnt, in der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Kompression. Bei längerem Gebrauch eines Motors sinkt bekanntlich die Kompression herab. Wird jedoch die erfindungsgemäße Mischung unter Einhaltung der erfindungsgemäß weiterhin zu beachtenden Bedingungen angewandt, so wird die Kompression nicht nur wieder aufgebaut, sondern sogar gesteigert. Andererseits ist diese Steigerung begrenzt, so daß eine Überbeanspruchung des Motors ausgeschlossen ist. Somit dient der neue Kraftstoff gleichzeitig der Erhaltung und Steigerung des Verdichtungsdrucks sowie dessen Wiederherstellung, wenn er abgesunken war.

Dem erhöhten Wirkungsgrad des Kraftstoffes entspricht ein verminderter Kraftstoffbedarf, und diesem wird z. B. bei Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Vergasermotoren dadurch Rechnung getragen, daß in an sich bekannter Weise das Verhältnis von Brennstoff zu Luft verkleinert wird. Dies geschieht durch Anwendung kleinerer Düsen und/oder durch Anwendung größerer Lufttrichter. Dem herabgesetzten Verhältnis Kraftstoff zu Luft wird in an sich bekannter Weise der Zündvorgang angepaßt, beispielsweise beim Vergasermotor durch entsprechende Zündpunkteinstellung und entsprechenden Wärmewert der Zündkerzen.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kraftstoff zeichnet sich bei seinem Zusammenwirken mit den genannten Schwermetallen auch durch seine außerordentlich gute, nahezu vollständige Verbrennung aus. Die Ventilsitze bleiben unangetastet, und der Motor wird in jeder Weise geschont. Auffallend ist ferner, daß trotz des erhöhten Wirkungsgrades der Kühlwasserverbrauch geringer ist als üblich.

Beispiel 1

Der nachfolgend beschriebene Fahrversuch wurde ausgeführt von dem Institut für Kraftfahrwesen der Technischen Hochschule Aachen mit einem Personenkraftwagen Fiat 500 A (Normalverbrauch nach Windecker 6,31 pro 100 km, nach Fiat-Angabe 14 km pro Liter, Verdichtungsverhältnis 1:6,5), welcher 93000 km gelaufen war. Davon waren 55000 km unter den erfindungsgemäßen Bedingungen gefahren worden. Zylinder und Kolben waren die letzten 60000 km nicht überholt worden. Zum Zwecke des Versuches wurde wie folgt verfahren: 2 g Benzoesäure und 50 g Naphthalin wurden in 1000 cm³ Benzin gelöst. An einer Tankstelle wurden dann 101 Normalbenzin in eine Gemischkanne aus Zink gefüllt und 60 cbm der beschriebenen Lösung hinzugegeben, durchgepumpt und sofort in den mit einer Blei-Zinn-Legierung ausgestatteten Tank des Fiat 500 A eingefüllt.

Nach Öffnung des Benzinhahnes aus Messing gelangte das Benzin durch die kupferne Zuleitung und den Schmutzbecher aus minderwertigem Zinkspritzguß zum normalen Fiat-Weber-Vergaser.
In den Motor gelangten bei dem beschriebenen Versuch eine Mischung von Blei-, Kupfer- und Zinkbenzoaten und ferner geringe Mengen von Zinnbenzoat.

Der Lufttrichter des Vergasers blieb bei dem Fahrversuch unverändert, während die normale Hauptdüse (0,95) durch eine Düse 0,85 ersetzt wurde. Die normalen Kerzen

(175) wurden durch Kerzen Marelli 240 ersetzt und gleichzeitig die entsprechende Vorzündung eingestellt.

Um alle Zufälligkeiten auszuschalten, wurde der Versuch abwechselnd mit Gegenwind und in der Windrichtung auf der gleichen Strecke durchgeführt. Der Wagen lief mit wechselnder Geschwindigkeit und entsprechend wechselndem Benzinverbrauch. Im einzelnen ist der Versuch in bezug auf Geschwindigkeit und Verbrauch in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Die Ergebnisse im Gegenwind sind mit A, die in Windrichtung mit B bezeichnet.

A	Geschwindigkeit	Verbrauch	B	Verbrauch
km pro Stunde	1 pro 100 km	Geschwindigkeit [	1 pro 100 km
64,3	4,36	km pro Stunde	3,84
71,4	3,89	63,4	3,76
69,6	4,76	63,5	4,20
69,3	4,45	69,5	4,13
52,6	4,25	68,5	4,53
53,5	3,94		4,40
44,4	4,16		3,53
43,7	3,98		3,35
35,2	3,91	75,5	3,57
34,4	4,03	74,1	3,46
34,3	4,17	53,8	3,60
■■ 33,6	3,99	52,4	3,33
28,3	3,91	45,6	3,35
26,2	3,93		3,35
:;: 26,6	3,98		3,75
: 26,5	3,90	44,7	3,46
		36,0	3,42
		35,9	3,42
		35,6	4,64
		34,4	4,17
27,0
26,4
27,3
26,0
75,0
74,2

Die Kompression war in den einzelnen Zylindern wie folgt gestiegen:

	Zylinder 1	Zylinder 2	Zylinder 3	Zylinder 4
Vor dem Versuch. ... Nach dem Versuch ..	9,0 9,3	8,2 8,9	8,8 9,1	6,3 7,9

25

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Zusammenfassend ergibt sich ein Normverbrauch von 3,75 1 an Stelle der 6,31 bei fabrikneuem Motor.

Ergänzend sei noch bemerkt, daß bei gleicher Gelegenheit bei Fahrversuchen in freier Fahrt auf unterschiedlichem Gelände mit voll besetztem Wagen Geschwindigkeiten über 85 km mit einem Durchschnittsverbrauch ebenfalls von 3,751 erreicht wurden.

Bei den Versuchen mit diesem Wagen betrug die Kühl-•wassertemperatur 55 bis 6O⁰C.

Beispiel 2

Der nachfolgend beschriebene Prüfstandversuch wurde ebenfalls von der Technischen Hochschule Aachen mit einem gebrauchten Ford-Taunus-Motor von 1,1721 Hubvolumen und einem Verdichtungsverhältnis von 1: 6,5 ausgeführt. Die Versuchsbedingungen betreffend Kraftstoff, Kraftstoffzusätze und Kraftstoffvorbehandlung waren die gleichen wie bei Beispiel 1. Am normalen Solexvergaser (VFJ 26) mit Leerlaufdüse 045 und einer Luftkorrekturdüse 190 wurden zunächst verschiedene Düsen ausprobiert und schließlich die Hauptdüse 125 gegen eine Hauptdüse 120 und der Lufttrichter 21,5 gegen einen Lufttrichter 22,5 ausgetauscht. Außerdem wurden die Zündkerzen Beru 175 durch solche Marelli 240 ersetzt.

In der Einlaufzeit stieg die Motorleistung in Abständen von wenigen Stunden, wie aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich, und sank der Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung von 356 g/PSh auf 276 g/PSh bei gleichzeitiger Steigerung der Kompression.

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist eine dem neuen Kraftstoff entsprechende Herabsetzung des Verhältnisses Brennstoff zu Luft von größtem Einfluß auf die Leistung; bei gleichbleibender Tourenzahl ergaben 209 g/PSh eine Leistung von 25,5 PS bei Düse 105 und Lufttrichter 21,5, während bei Düse 120 und Lufttrichter 22,5 eine Leistung von 27,8 PS mit 205 g/PSh erreicht wurde.

Ein als Gegenprobe durchgeführter Versuch an dem gleichen Ford-Taunus-Motor ergab, daß die Anwendung einer geringeren Dosis der erfindungsgemäßen Zusätze sich sofort in verringerter Kompression und geringerer PS-Zahl bemerkbar machte. Die Leistung sank um 1 PS ab und die Kompression um 0,2 atü.

In der Zeichnung entspricht die Kurvenschar I dem beschriebenen Versuch mit den erfindungsgemäßen Zusätzen, die Kurvenschar II einem Gegenversuch, der unter Verwendung von normalem Fahrbenzin ohne irgendwelche Zusätze ausgeführt worden war. Auf dem Kurvenblatt ist als Ordinate der effektive Kolbendruck {Pe[kg/cm²]), als Abszisse die Umdrehungszahl (

55 aufgetragen. Die einzelnen Kurven stellen die effektiven Kolbendrücke als Funktion der Tourenzahl bei verschiedenen effektiven Leistungen der Maschine dar, und gleichzeitig ist jede Kurve durch den Brennstoffverbrauch in g je PS-Stunde charakterisiert. Die Kurvenscharen sind in einzelne Gebiete durch die effektive Leistung der Maschine unterteilt, undzwar in die GebietevoniVe = 30PS bis Ne = 25 PS, von Ne = 25 PS bis Ne = 20 PS, von Ne = 20 PS bis Ne = 15 PS und von Ne = 15 PS bis Ne = 10 PS. Der Brennstoffverbrauch in g je PS-Stunde steigt in beiden Versuchsreihen mit fallender Motorleistung.

Bei den Versuchen ohne Zusatz steigt der Brennstoffverbrauch von 245/244 g/PSh bei Ne = 30 PS auf 440 g/PSh bei Ne = 10 PS und noch mehr bei Absinken der effektiven Leistung unter 10 PS.

Die Vergleichszahlen bei Zusatz gemäß der Erfindung sind beispielsweise 215 g/PSh bei Ne = 30 PS und nur ansteigend auf 290 g/PSh bei Ne = 10 PS.

Daraus ergibt sich größenordnungsmäßig ohne Zusatz ein Mehrverbrauch von 14 % bei Ne = 30 PS bis 50 % bei Ne = 10 PS.

Es sei noch bemerkt, daß der geringe, aber charakteristische Rückstand auf den Kolbenköpfen nach Durchführung der Versuche analysiert wurde. Die Mikroanalyse ergab, daß der Rückstand nur Spuren von Kohlenstoff enthielt, im übrigen ganz aus Asche (Metalloxyden) bestand.

Bei diesen Prüfstandversuchen ergab sich ein normaler Ölverbrauch; der Kühlwasserbedarf zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur von 8O⁰C war bedeutend geringer als bei Verwendung von Benzin ohne die erfindungsgemäßen Zusätze.

Beispiel 3

Der folgende Versuch wurde an einer Dieselmaschine ausgeführt, und zwar mit dem Mercedes-Personenwagen mit der Bezeichnung 170 Da, Baujahr 1951, Kompressionsverhältnis 1: 19.

Es wurde eine Lösung von Benzoesäure und Naphthalin in Benzin hergestellt entsprechend Beispiel 1. Von dieser Lösung, die 2 g natürliche Benzoesäure und 50 g Naphthalin pro Liter Benzinlösung enthielt, wurden 480 ecm in den Kraftstofftank des Dieselwagens gegeben und dann 401 Dieselkraftstoff (Gasöl) eingefüllt. In den Tank wurden eingehängt Folien von Kupfer, Blei, Zink und Lötzinn (65 Teile Blei, 35 Teile Zinn) und ferner eine Messingfolie. Um die Metalloberfläche noch zu vergrößern, wurde weiterhin ein Säckchen mit Feilspänen der gleichen Metalle in den Tank eingehängt.

	Um drehungen »i/min	Pe kg/cm2	Ne PS	Q cm3 Brennstoff menge	Zu Beispiel	2	Düse	Luft trichter	i 1	Kompression η vier Zylindern 2 3|4	7,2	7,4
Datum	2050	2,7	7,21	86,3	t Brennstoff- durchlauf- sekunden	Brennstoff- \'erbrauch in g/PSh	120	21,5	8,0	7,6
19. 5. 53	1980	2,92	7,53	86,3	86,9	356	115	21,5
20. 5. 53	2000	2,69	7,00	86,3	88,1	336	110	21,5
20. 5. 53	2000	2,69	7,00	86,3	105,7	301	105	21,5
21. 5. 53	3500	5,6	25,5	86,3	115,8	276	105	21,5			7,9	8,5
20. 5. 53					41,9	209			8,4	8,3	8,2	8,0
22. 5. 53	3500	6,1	27,8	154,3			120	22,5	8,4	8,3
28. 5. 53				68,9	205

Vor dem Versuch mit dem beschriebenen Kraftstoff war die Kompression des Wagens mit einem selbstschreibenden Motometergerät gemessen worden. Dann wurden km mit der oben angegebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffmischung ausgefahren, wobei sich eine Erhöhung der Kompression ergab. Nachstehend sind die vor und nach dem Versuch an den vier Zylindern gemessenen Werte gegenübergestellt:

	Zylinder 1	Zylinder 2	Zylinder 3	Zylinder 4
Vor dem Versuch Nach dem Versuch ...	16 at 21 at	17 at 19 at	18 at 24 at	19 at 22 at

Alle Kompressionsmessungen wurden bei einer Kühlwassertemperatur von 4O⁰C durchgeführt.

Claims (6)

PATENTANSPKÜCHE:

1. Verfahren zur Erhöhung der Kompression in Verbrennungsmotoren bei Verwendung von Treibstoffen, die Salze organischer Säuren enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß Treibstoffe mit geringem, unter 0,1 Volumprozent, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,02 Volumprozent, liegendem Gehalt an im Treibstoff gelöster aromatischer Säure, die mit Blei in Verbindung mit Kupfer und/oder Zink und gegebenenfalls Zinn in Berührung gebracht wurde, verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Treibstoffe mit einem Gehalt an löslichen Bleisalzen aromatischer Säuren in Verbindung mit Kupfer- und/oder Zink- und gegebenenfalls Zinnsalzen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Treibstoff einen mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Naphthalin, in der 2- bis 500fachen, vorzugsweise 25fachen Menge der Säure enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Mischung aus Treibstoff und aromatischer Säure in einem Behälter, in dem sich Blei mit einem oder mehreren der obengenannten Metalle in Form von Drähten, Folien oder Schnitzeln befinden, in Berührung gebracht wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle in Form ihrer Legierungen Anwendung finden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Treibstoffe verwendet werden, welche Blei, Kupfer und Zink in Form ihrer Benzoate in dem Treibstoff gelöst enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 823 791, 552 236;
französische Zusatzpatentschrift Nr. 50 276,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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