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Negative Katalyse und Antiklopfmittel

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Allgemeines und Gaskatalyse

Zusammenfassung

Ein Beispiel von negativer Katalyse, welches sehr große wirtschaftliche Bedeutung gewonnen hat, stellen die Antiklopfmittel dar. Wie wohl zuerst von Hopkinson im Jahre 19061 gelegentlich bemerkt und eingehend zuerst (um 1918) von Ricardo 2 studiert worden ist (beide in England), wird die Steigerung des Wirkungsgrades eines Otto-Motors bei Heraufsetzen des Verdichtungsverhältnisses begrenzt durch das Einsetzen des „Klopfens“. Dabei gibt sich das Klopfen3 äußerlich durch ein metallisch klopfendes oder klingelndes Geräusch kund, dessen Ursache ein gegen Ende außerordentlich stark beschleunigter Verbrennungsablauf ist; als Folge davon können scharfe Druckspitzen, gefolgt von Stoß wellen im verbrannten Gemisch, auftreten. Man hat dies sowohl durch Indikatordiagramme wie durch unmittelbare Flammenaufnahmen durch ein Fenster im Verbrennungsraum des Motors festgestellt. Das Klopfen verursacht einen Leistungsabfall und kann zu Schäden am Motor führen. Ricardo hat auch bereits festgestellt, daß verschiedene Brennstoffe sehr verschieden „klopf fest“ sein können, und hat diese Klopffestigkeit des Brennstoffs durch sein „kritisches Kompressionsverhältnis“ charakterisiert.1 Es ist dann Midgley 2 gewesen, der entdeckte, daß sich das Klopfen durch manche Zusätze in geringer Menge günstig beeinflussen läßt. Die Entdeckungsgeschichte ist recht interessant und in der zweiten der zitierten Abhandlungen Midgleys nachzulesen.

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Literatur

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  4. Auch von C. F. Kettering in den Vereinigten Staaten [J. Soc. automot. Engr. 4 (1919), 263;

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  5. Auch von C. F. Kettering in den Vereinigten Staaten [J. Soc. automot. Engr. 5 (1919), 197], durch den auch die weiteren Arbeiten von Midgley angeregt sind.

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  19. Vgl. hierzu etwa die Angaben in „The Science of Petroleum“, Bd. IV, oder bei A.W. Nash, D. A. Howes: Motor Fuels. London, 1934/35.

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  20. Vgl. z. B. „The Science of Petroleum“, 1. c. sowie W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: J. Soc. automot. Engr. 26 (1930), 163;

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  21. Vgl. z. B. „The Science of Petroleum“, 1. c. sowie W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: Ind. Engng. Chem. 23 (1931), 26, 555;

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  22. Vgl. z. B. „The Science of Petroleum“, 1. c. sowie W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: Ind. Engng. Chem. 25 (1933), 1107;

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  23. Vgl. z. B. „The Science of Petroleum“, 1. c. sowie W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: Ind. Engng. Chem. 26 (1934), 475, 1105;

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  24. Vgl. z. B. „The Science of Petroleum“, 1. c. sowie W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: Ind. Engng. Chem. 27 (1935), 593.

    Article  Google Scholar 

  25. G. Egloff: J. Instn. Petrol. Technologists 23 (1937), 645.

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  26. G. Egloff: J. Instn. Petrol. Technologists 23 (1937), 645.

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  27. Vgl. ferner F.R. Banks: Some problems of modern High-Duty Aero Engines and their Fuels. J. Instn. Petrol. Technologists 23 (1937), 63.

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  28. Zu den Methoden vgl. die S. 447, Fußnote 1 zit. Arbeiten.

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  29. W. G. Lovell, J. M. Campbell, J. A. Boyd: Ind. Engng. Chem. 26 (1934), 1105.

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  30. W. G. Lovell, J.M. Campbell u. T. A. Boyd: S. A. E. Journal 26 (1930) 163.

    Google Scholar 

  31. Vgl. unten, S. 471 ff.

    Google Scholar 

  32. Vgl. S. 447.

    Google Scholar 

  33. Hierfür und für das folgende vgl. insbesondere den Artikel „Ignition Catalysis“ von R. G. W. Norrish und E. J. Buckler in diesem Band des Handbuchs der Katalyse.

    Google Scholar 

  34. Bei Überladung kann schon von der Verdichtung her die Luft warm sein.

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  35. Für die Rechnungen vgl. z. B. G. Damköhler: Jb. dtsch. Luftfahrtforsch. II, 1988 62

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  60. Natürlich gibt es Bedingungen, unter denen die Wand im Motor eine Rolle spielt, wenn z. B. glühende Kohlepartikeln oder überhitzte Auslaßventile vorhanden sind; solche grundsätzlich vermeidbaren Störeffekte sollen hier ausdrücklich außer Betracht bleiben.

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  61. R. N. Pease: J. Amer. chem. Soc. 51 (1929), 1839.

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  63. R.N. Pease, W.P. Munro: J. Amer. chem. Soc. 57 (1935), 2296;

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  117. Wir machen also keine spezielle Voraussetzung darüber, ob wir eine Explosion mit Kettenverzweigung oder eine reine Wärmeexplosion haben ; da aber unter Motorbedingungen die Verhältnisse für die Wärmeabfuhr sehr ungünstig sind, so ist die Annahme, daß bei Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit Explosion einsetzt, mit beiden Annahmen verträglich. Hinsichtlich der Theorie der Wärmeexplosion verweisen wir auf eine neuere Arbeit von D. A. Fkank-Kommetzky: Acta Physicochim. USSR. 10 (1939), 365.

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  118. E. J. Hakris [Proc. Roy. Soc. London A 175 (1940), 254] hat von dieser Arbeit ausgehend ziemlich schlüssig zeigen können, daß Diäthylperoxyd eine reine Wärmeexplosion erfährt. In Anbetracht der Rolle, welche Peroxyde beim Klopfen im Motor spielen können, muß man also sehr wohl mit der Möglichkeit rechnen, daß auch die Klopfreaktion eine reine Wärmeexplosion ist. Wohlgemerkt schließen Wärmeexplosion und Kettenreaktion einander keineswegs aus.

    Article  Google Scholar 

  119. Für ein beschränktes Temperaturgebiet ist die Gleichung (1) zulässig, wenn auch bei Reaktion mit Kettenverzweigung über weitere Temperaturgebiete kompliziertere Ansätze notwendig sind. A muß natürlich von Druck und Gemischzusammensetzung abhängen; letztere können wir für obige Betrachtung als konstant voraussetzen. Die Abhängigkeit von A vom Druck wird hier zunächst neben der viel stärkeren Temperaturabhängigkeit vernachlässigt.

    Google Scholar 

  120. Zu betonen ist: 1. T 0 liegt höher als die Ansaugtemperatur des Gemisches, wegen der Erwärmung des angesaugten Gemisches von den Wänden aus und wegen der Zumischung heißer, verbrannter Restgase im Zylinder“. 2. Der letzte Rest des Gemisches wird stärker erhitzt als auf T 0 wegen der zusätzlichen Kompression durch die fortschreitende Flamme. Da aber einerseits die dem entgegenwirkende Wärmeableitung vernachlässigt wird und da es ferner an dieser Stelle wesentlich auf die relativen Werte ankommt, wird vereinfachend mit Gleichung (2) gerechnet.

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  121. Damit Gleichung (3) mit Gleichung (1) verträglich Sci. müßten entweder 6 und a temperaturunabhängig sein oder die gleiche Temperaturabhängigkeit auf-weisen, oder es muß a neben b vernachlässigbar sein. Ob eine dieser Annahmen erfüllt ist, bleibe dahingestellt. Das bedeutet, daß nur für ein verhältnismäßig enges Variationsgebiet Gleichung (1) und (3) gleichzeitig als erlaubte Interpolationsformeln gelten können. Tatsächlich werden alle Beziehungen auch nur über ein sehr enges Temperaturgebiet benutzt, was daraus hervorgeht, daß unter gleichen Bedingungen die Zündpunkte für Octanzahl 0 und Octanzahl 100 um weniger als 100° auseinanderliegen; die hier betrachteten Temperaturintervalle können also nur einen kleinen Bruchteil dieses Bereiches ausmachen.

    Google Scholar 

  122. Konsequenter wäre statt c a zu setzen ε ca (vgl. S. 476 ff.). Da jedoch der Konzentrat ionseinfluß bei veränderter Verdichtung auch in den anderen Gliedern nicht berücksichtigt ist, bleiben wir bei dem einfacheren Ausdruck. Einfügen von ε würde die hier berechneten Effekte noch verstärken.

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  124. Oder auch unmittelbar aus’ Gleichung (10).

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  125. Die Aromaten darf man nicht als einheitliche Stoffklasse behandeln, da die Natur der Substituenten sehr stark variiert.

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  126. Daß photochemisch erzeugte freie Radikale die Oxydation von Kohlenwasserstoffen induzieren und eventuell einen Übergang von ruhiger Reaktion zu Explosion verursachen können, ist von Verf. in Gemeinschaft mit R. Maess gezeigt worden. vgl. R. Maess: Öl und Kohle 15 (1939), 299, 321.

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  127. L. J. Oosterhoff: Recueil Trav. chim. Pays-Bas 59 (1940), 811. Wir referieren diese Arbeit ziemlich ausführlich, da sie gleichzeitig als Beispiel für die S. 126 ff. diskutierten Beziehungen dienen kann.

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  128. M. Volmer: Kinetik der Phasenbildung. Dresden, 1939.

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  1. Leipzig, Deutschland

    Professor Dr. W. Jost

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  1. Professor Dr. W. Jost
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M. Bodenstein E. J. Buckler E. Cremer J. A. Christiansen W. Jost M. Kilpatrick H. Mark A. Mittasch R. G. W. Norrish G.-M. Schwab R. Simha

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Dieses Kapitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieses Kapitel ist aus einem Buch, das in der Zeit vor 1945 erschienen ist und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.

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Jost, W. (1941). Negative Katalyse und Antiklopfmittel. In: Bodenstein, M., et al. Allgemeines und Gaskatalyse. Springer, Vienna. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-3208-1_10

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