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E_1948_Zeitung_Nr.024

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AUTOMOBIL-REVUE MITTWOCH

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II. Blatt BERN, 26. Mai 1948 AUTOMOBIL-REVUE II. Blatt BERN, 26. Mai 1948 Die Beurteilung der Automobilvergasertreibstoffe Von Dr. H. Ruf, Abteilung für flüssige Treibstoffe und Heizöle an der EMPA, Zürich I. Während es in manchen Fällen recht schwierig ist, die Eignung eines Produktes in der Praxis mit Hilfe eineT Laboratoriumsuntersuchung mit genügender Sicherheit vorauszusagen, ist es durch vieljährige gemeinsame Forschungsarbeit von Motorfabrikanten und Treibstoffproduzenten auf dem Gebiete der Vergasertreibstoffe recht befriedigend gelungen, zweckmässige Prüfmethoden zur Charakterisierung der zur Verwendung gelangenden Treibstoffe auszuarbeiten. Diese Methoden sind heute Allgemeingut geworden; die Beurteilung der erhaltenen Resultate muss sich jedoch nach lokalen Umständen richten. So mag es von Interesse sein, die an einen für schweizerische Verhältnisse geeigneten Treibstoff zu stellenden Anforderungen einmal kritisch zusammenzustellen. 1. Di« Flüchtigkeit (der Siedeverlauf). Die wichtigste Eigenschaft eines Automobilfreibstoffes ist eine wohlausgeglichene Flüchtigkeit. Er muss einerseits leich't flüchtig genug sein, so dass er auch bei niedriger Aussentemperatur eine befriedigende Startfähigkeit besitzt, darf aber andrerseits bei warmer Witterung und starker Beanspruchung des Motors keine allzugrosse Neigung zur Dampfblasenbildung entwikkeln. Auch soll er bei der Lagerung, im Treibstofftank des Fahrzeuges und im Schwimmergefäss des Vergasers keine übermässigen Verdampfungsverluste erleiden. Ferner muss die mittlere Flüchtigkeit so bemessen sein, dass der Motor rasch angewärmt und beschleunigt wird und da6s sich der Treibstoff möglichst gleichm'ässig in die verschiedenen Zylinder eines Motors verteilt. Schliesslich soll der Treibstoff keine allzu hochsiedenden Anteile enthalten, da diese zu übermässiger Schmierölverdünnung Anläse geben. Als Mass für die Flüchtigkeit eines Treibstoffes dienen die Siedeanalyse und der Dampfdruck (Abb.l). Die S t a r t e ig e nsch af t en werden durch den Gehalt an niedrig siedenden Anteilen, d.h. durch den untern Teil der Siedekurve bedingt. Ausgedehnte Versuche haben gezeigt, dass z. B. der 10-Vol.-%-Destillatpunkt der Siedeanalyse mit der Aussentemperatur, bei der ein Automobilmotor noch befiedigend anspringt, in Beziehung gebracht werden kann. Je niedriger dieser liegt, bei um so niedrigerer Aussentemperatur kann der Motor mit dem betreffenden Treibstoff noch flott gestartet werden. Nach « Oil and Gas Journal, Sept. 1945 », gilt z. B. folgende Beziehung: 10-Vol.-"/i-Destillat- Der Motor kann noch befriedipunkt der Siede- gend gestartet werden bei einer analyse Lufttemperatur von. 62o C Oo C 59» C —10° C 55o C —20o C 470 C —25o C mch SW'SVMT 0 S » IS 20 75 J(7 IS 40 4S S0 SS ft» tS f0 7S iO SS SO SS ftV Vol. °.'e Deshllit Abb. I TYPISCHE SIEDEKURVEN DER ZWEI ZUR ZEIT IN DER SCHWEIZ GEBRAUCHLICHEN TREIBSTOFFE Die an einen Automobiltreibstoff betreffend Startfähigkeit zu stellenden Anforderungen hängen also von der Aussentemperatur, d. h. der Jahreszeit ab. Da es in der Schweiz jedoch auch im Sommer in den Bergen empfindlich kalt werden kann, muss ein für unsere Verhältnisse geeigneter Treibstoff das ganze Jahr hindurch einen relativ hohen Grad von Flüchtigkeit besitzen, damit er z. B. bei Oo C (im Winter dagegen auch noch bei —20° C) genügend startfähig ist. Das heis6t, dass der 10- Vol.-%-Destillatpunkt für unsere Verhältnisse im Sommer nicht über ca. 62° C, im Winter nicht über 55° C liegen sollte. Die Leichtflüchtigkeit des Treibstoffes darf jedoch, wie bereits erwähnt, besonders in der warmen Jahreszeit auch nicht zu gross werden, da sonst unter extremen Bedingungen (hohe Aussentemperatur, starke Belastung des Motors) bei dazu anfälligen Motoren leicht Dampfblasenstörungen auftreten. Der Treibstoff verdampft dann teilweise schon auf dem Wege vom Treibstofftank zum Vergaser und im Schwimmergefäss, und da die Düsen für flüssigen Treibstoff berechnet sind, erhält der Motor ungenügend Treibstoff, beginnt zu rupfen und bleibt schliesslich stehen. Auch treten bei allzugrosser Flüchtigkeit empfindliche Verdampfungsverluste auf. Dieses Problem wurde im Zusammenhang mit den im Frühsommer 1946 gemachten Erfahrungen an der EMPA eingehend studiert. Ausländische Treibstoffspezifikationen enthalten vielfach zur Begrenzung der Flüchtigkeit die Bestimmung, dass der Dampfdruck unter der Schweiz analogen klimatischen Verhältnissen den Betrag von ca. 0,7 kg/cm 2 nicht überschreiten dürfe. Einzelne ausländische, besonders deutsche Untersuchungen und die an der EMPA durchgeführten Versuche haben jedoch gezeigt, dass diese Begrenzung allein, besonders im Falle ersatztreibstoffhaltiger Gemische, keine genügende Garantie für dampfblasenfreien Betrieb ist. Bei den Versuchen der EMPA wurden die in der Praxis herrschenden Verhältnisse in einer,,Laboratöriumsapparatur wie folgt nachgeahmt Versuche konnte folgende für den Schweizer Sommer gültige Skala aufgestellt werden: lO-VoL-'/o-Destillat-Temperatur der Siedeanalyse (korrigiert mit dem Siedeverlust) unter 50» C Beurteilung in bezug auf Dampfblasenbildung sehr gefährlich 50 bis 54° C gefährlich 54 bis 58» C noch nicht ungefährlich i über 58° C praktisch dampfblasenfest Dieser Wertmesser gilt, wie gesagt, für die warme Jahreszeit, d.h. etwa von Mai bis September. Im Winter sind auch niedrigere 10-Vol.-%- .bestillat-Temperaturen zulässig. Abb. 2 LABORATOHIUMSAPPARATUR ZUR PRÜFUNG EINES BENZINS AUF DIE NEIGUNG ZUR DAMPFBLASENBIIDUNG P Treibstoffpumpe V Treibstoffvorrqtsflasche, S Heizspirale, T Tauchsieder, G Glasrohr, H Regelhahnen, K Kühler, M Messzylinder, E Elektromotor, N Niveaugefäss, W Wasserbad, Thi Thermometer (Badtemperatur), Th: Thermoelement (Pumpen, temperalyr), MV Millivoltmeter, K Thermosflasche für kalte lotstelle. (Abb. 2): • Eine von einem Elektromotor angetriebene normale Solex-Treibstoffpumpe saugt den zu prüfenden Treibstoff durch ein Heizbad und mit einer Niveaudifferenz von etwa 70 cm an. Die Pumpe wird in Betrieb gesetzt und deren Förderung mittelst eines Drosselhahnens auf einen gewünschten Betrag eingestellt. Dann wird der Treibstoff langsam aufgeheizt und die Pumpenförderung als Funktion der Treibstofftemperatur notiert. Es zeigt sich, dass mit steigender Treibstofftemperatur immer häufiger Dampfblasen das kurz vor der Pumpe eingeschaltete Schauglas durchwandern. Eine einwandfrei arbeitende Pumpe mit guten Membranen vermag jedoch den entstehenden Dampf zusammen mit flüssigem Treibstoff lange zu bewältigen, ohne dass dies bei der auf einen gewissen Betrag eingestellten Treibstofförderung zum Ausdruck kommt. Erst wenn die Blasenbildung ein gewisses Mass überschreitet, sinkt die gemessene Fördermenge, je nach der Art des untersuchten Treibstoffes manchmal allmählich, manchmal rapid ab. Mit dieser Apparatur konnte das Phänomen der Dampfblasenbildung mit den verschiedensten Treibstoffen und Treibstoffgemischen genau verfolgt werden. Die Laboratoriumsresultate wurden auf Versuchsfahrten mit besonders dampfblasenempfindlichen Wagen unter extremen Bedingungen bestätigt. Es ergab sich, dass für solche Gemische der Dampfdruck als Mass für die Neigung des Treib* Stoffes zur Dampfblasenbildung völlig versagt, jedoch der mit dem Siedeverlust korrigierte 10-Vol.- %-Destillatpunkt der Siedeanalyse einen zur Beurteilung der Neigung zur Dampfblasen'bildung sehr bräuchbaren Mäßstab darstellt. Auf Grund dieser Aus obigem ergibt sich, dass sowohl für die Beurteilung der Starteigenschaften wie auch der Neigung des Treibstoffes zur Dampfblasenbildung der 10-Vol.-%-Destillatpunkt der Siedeanalyse herangezogen werden kann. Während er jedoch im Interesse der Starteigenschaften so niedrig wie möglich sein sollte, muss er zur Vermeidung von Dampfblasenbildung so hoch wie möglich liegen. Die zulässigen Grenzen liegen dabei für Schweizer Verhältnisse besonders im Sommer recht nahe beieinander. Ein Treibstoff, mit dem man in den Bergen bei den dort auch im Sommer auftretenden niedrigen Temperaturen noch befriedigend starten kann, wird in extremen Fällen in besonders empfindlichen Wagen doch noch etwas Dampfblasenschwierigkeiten geben können. Es sind deshalb der günstigen Verlegung und der Anwendung angemessener Mittel zur Kühlhaltung des Treibstoffsystems vor dem Vergaser die nötige Aufmerksamkeit zu schenken. In diesem Zusammenhang ist es interessant festzustellen, dass man neuerdings auch in Amerika den von der konstruktiven Seite aus zur Verminderung der Dampfblasenbildung möglichen Massnahmen endlich etwas mehr Aufmerksamkeit zu schenken scheint. Eine von den Interessenten durchgeführte eingehende Untersuchung hat gezeigt, dass verschiedene Wagentypen diesen Punkt noch arg vernachlässigen und immer noch unglaubliche Fehler gemacht werden. In der Schweiz konnten die Klagen über Dampfblasenbildung durch den Import eines etwas weniger leichtflüchtigen Benzins und besonders durch die Massnahme, dass das Benzin-Ersatztreibstoffgemisch nur noch im Winter zur Abgabe Abb. 3 ASTM-CFR-PRDFMOTOR DER EMPA zur Bestimmung der Motor- Oktanzahl. Ein neuer Prüfmotor zur Bestimmung der Leistungszahl hochklopffesler Flugbenzine wird zur Zeit aufgestellt und in einigen Monaten arbeitsbereit sein. gelangt, praktisch zum Verstummen gebracht werden. Letztere Regelung hat den noch zu besprechenden zusätzlichen Vorteil, dass das Gemisch dann einen höheren Prozentsatz an Ereatztreibstoff aufweisen kann, und deshalb weniger wasserempfindlich ist, wie wenn der verfügbare Ersatztreibstoff auf das ganze Jahr verteilt werden müsste. Die mittlere Flüchtigkeit des Treibstoffes (genau genommen der sog. Taupunkt desselben oder einfacher: etwa der 65-Vol.-%-Destillatpunkt der Siedeanalyse) ist schliesslich wichtig für das rasche Anwärmen und Beschleunigen des Motors sowie für die gleichmässige Verteilung des Treibstoffes auf die verschiedenen Zylinder eines Motors. In den Treibstoff- :Spezifikationen findet man hiefür etwas ungenauer, aber vielfach üblich, die Vorschrift, dass z. B. mindestens 40-Vol.-% des Treibstoffes bis lOOo C übergehen müssen. Je grösser die mittlere Flüchtigkeit des Treibstoffes, je niedriger mit andern Worten der Taupunkt oder 65-Vol.-%-Destillatpunkt, oder je höher der Prozentsatz an bis 100° C siedenden Anteilen, Um so rascher lässt sich der Motor anwärmen und beschleunigen und um so gleichmässiger ist die Zu- sammensetzung des von den verschiedenen Zylindern des Motors angesaugten Luft/Treibstoff- Gemisches. Für die Schweiz hat sich ein Treibstoff mit mindestens 40 Vol.-% bis 100° C siedenden Anteilen bewährt. Der oberste Teil oder «Siedeschwanz» der Siedekurve ist schliesslich noch von Bedeutung für die Neigung des Treibstoffes zur S c h m i e r ö 1 - Verdünnung. Als Mass hiefür dient das Siedeende, das nicht über etwa 205° C und der 90-Vol.- %-Destillatpunkt der Siedeanalyse, der nicht über etwa 180° C liegen sollte. 2. Die Klopffestigkeit. Eine weitere wichtige, an einen Treibstoff zu stellende Anforderung ist die einer genügenden Klopffestigkeit. Da die Leistung eines Ottomotors durch Erhöhung des Verdichtungsgrades bekanntlich verbessert und der spezifische Treibstoffverbrauch abnimmt, geht das Streben der Motorenkonstrukteure nach immer höheren Verdichtungsgraden. Geht man damit jedoch zu weit, so zeigt der Treibstoff klopfende Verbrennung, was nicht nur mit lästigem Lärm, sondern auch mit Leistungsabfall und in extremen Fällen mit der Beschädigung des Motors gepaart geht. Der Treibstoff muss deshalb das Verdichtungsverhältnis der gebräuchlichen Motoren vertragen können; er muss eine genügende Klopffestigkeit aufweisen. Anderseit ist aber eine höhere als die vom Motor verlangte Klopffestigkeit unnütz und Verschwendung, da ein klopffesterer Treibstoff teurer ist und der auf ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis eingestellte Motor die damit verknüpften Vorteile doch nicht auszunützen vermöchte. Zur Feststellung der Klopffestigkeit der Vergasertreibstoffe wird bekanntlich die Oktanzahl bestimmt, d. h. man vergleicht die Klopffestigkeit derselben mit der von Gemischen von Isooktan und Normalheptan und nennt den Isooktan^ehalt des Gemisches gleicher Klopffestigkeit die Oktanzahl des Treibstoffes. Nun hat sich leider gezeigt, dass ein einziger Laboratoriumsversuch nicht imstande ist, die Klopfeigenschaften eines Treibstoffes unter allen Bedingungen wiederzugeben. Diese variieren vielmehr von Maschine zu Maschine und hänfen überdies von den Witterungsverhältnissen, der Zündun