汽車燃料組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】汽車燃料組合物
[0001] 本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，其母案申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2009年3月24日，申請(qǐng)?zhí)枮?200980114838. 0,和發(fā)明名稱為"汽車燃料組合物"。
[0002] 本發(fā)明涉及汽車燃料組合物及其制備和用途，還涉及改進(jìn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、特別是柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的方法。
[0003] 許多車輛發(fā)動(dòng)機(jī)配有渦輪增壓器，所述渦輪增壓器通過(guò)提高進(jìn)入燃燒氣缸內(nèi)的空 氣量改進(jìn)其功率輸出。通常通過(guò)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)渦輪增壓器的操作。
[0004] 盡管通常可以利用略不復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)優(yōu)化引入其中的燃料的組成和/或性 能來(lái)改進(jìn)性能，但通過(guò)燃料配方改進(jìn)性能的選擇傾向于更受限于現(xiàn)代渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)， 這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)常常被程序設(shè)計(jì)以補(bǔ)償燃料吸入的變化。
[0005] W0-A-2005-054411公開(kāi)了在柴油燃料組合物中使用粘度提高組分，其目的是改進(jìn) 車輛的牽引力（VTE)和/或改進(jìn)所述組合物引入其中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能。該文獻(xiàn)例 舉了對(duì)于渦輪增壓的和非渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)二者來(lái)說(shuō)，相對(duì)于范圍為約1300rpm以上的發(fā) 動(dòng)機(jī)速度平均油門(mén)開(kāi)度下（WOT)加速時(shí)間的改進(jìn)，以及在2000rpm和以上的恒定的發(fā)動(dòng)機(jī) 速度下穩(wěn)態(tài)車輛牽引力（VTE)測(cè)試中的改進(jìn)。提高燃料組合物粘度所使用的組分包括烴柴 油燃料組分例如特別是費(fèi)-托衍生的柴油組分、以及油，所述油可以是礦物或合成來(lái)源的 和也可以是費(fèi)-托衍生的。
[0006] 為了對(duì)燃料粘度和因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生明顯影響，通常需要使用至少5% w/w、 常常更高濃度的這種附加的組分。但它們中的一些特別是在較高濃度下時(shí)對(duì)其它燃料性能 例如蒸餾或冷流動(dòng)性能具有負(fù)面影響，從而可能難以保持所得燃料組合物在所需的技術(shù)規(guī) 格內(nèi)。
[0007] 提高汽車燃料組合物粘度不是小事。正如W0-A-2005/054411所提出的，摻入附加 的燃料組分可能對(duì)煉油廠操作及燃料的供應(yīng)、儲(chǔ)存與分配系統(tǒng)產(chǎn)生影響。這會(huì)提高燃料的 供應(yīng)成本，和在一些市場(chǎng)中可能極難實(shí)現(xiàn)，例如若生產(chǎn)者對(duì)基礎(chǔ)燃料本身控制很弱的話。而 且，更明顯的粘度提高組分也可能可獲得性不夠。
[0008] 還要注意的是W0-A-2005/054411沒(méi)有具體提及在較低的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下改進(jìn)加速 性能。但正是在較低速度下司機(jī)可能更加關(guān)注加速響應(yīng)的改進(jìn)。
[0009] 期望能通過(guò)改變引入其中的燃料的組成和/或性能，進(jìn)一步改進(jìn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、特 別是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因?yàn)榕c改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)或操作相比，預(yù)期這可提供更 加簡(jiǎn)單、靈活和成本有效的途徑來(lái)優(yōu)化性能。
[0010] 按照本發(fā)明的第一方面，提供粘度指數(shù)（VI)改進(jìn)添加劑在汽車燃料組合物中的 用途，其目的是改進(jìn)所述燃料組合物引入其中或打算引入其中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者由所述發(fā) 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛的加速性能。該燃料組合物優(yōu)選是柴油燃料組合物，和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選是 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是渦輪增壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011] "柴油發(fā)動(dòng)機(jī)"是指壓縮點(diǎn)火的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，它適合于利用柴油燃料驅(qū)動(dòng)。"渦輪增 壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)"是指通常在電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制下通過(guò)渦輪增壓器驅(qū)動(dòng)的柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)。
[0012] "加速性能" 一般包括發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)加大的油門(mén)的響應(yīng)性，例如它從任何給定的發(fā)動(dòng)機(jī) 速度下加速的速度。它包括發(fā)動(dòng)機(jī)在任何給定速度下產(chǎn)生的功率和/或扭矩和/或車輛牽 引力（VTE)水平。因此，可通過(guò)在任何給定的速度下發(fā)動(dòng)機(jī)功率和/或扭矩和/或VTE的 提高來(lái)證明加速性能的改進(jìn)。
[0013] 可使用本發(fā)明改進(jìn)在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下的加速性能。"低發(fā)動(dòng)機(jī)速度"是指通常最多 2200rpm的速度，特別是最多2000rpm，例如500-2200rpm，或者1200或1400到2200rpm，或 者1200或1400到2000rpm。在渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，"低發(fā)動(dòng)機(jī)速度"可以是比控制渦輪 增壓器操作的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)開(kāi)始限制渦輪增壓器提供的增壓和/或調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓 力的水平低的速度。
[0014] 已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制下，含VI改進(jìn)添加劑的燃料也 可在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中提供性能益處，和這些益處也可在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下（例如在以上提 到的范圍內(nèi)）采用。這由W0-A-2005/054411中通常較高的速度數(shù)據(jù)是決不可能預(yù)期的，其 中的情況是VTE數(shù)據(jù)在固定速度下獲得，和WOT加速時(shí)間針對(duì)最多3500rpm或更高的發(fā)動(dòng) 機(jī)速度取平均。本發(fā)明所提供的性能優(yōu)點(diǎn)例如可影響渦輪增壓器的攀升，即當(dāng)通過(guò)較低速 度范圍加速時(shí)觀察到的過(guò)渡效果，而在W0-A-2005/054411中所述的研究更多地針對(duì)穩(wěn)態(tài) 發(fā)動(dòng)機(jī)條件。
[0015] 還可預(yù)期的是較高粘度的燃料可損害發(fā)動(dòng)機(jī)性能，例如通過(guò)不利地影響注入的燃 料噴霧，從而降低燃料蒸發(fā)速度和反過(guò)來(lái)引起功率損失，和/或通過(guò)提高燃料注入設(shè)備內(nèi) 的栗送損失引起。相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在汽車燃料內(nèi)包括VI改進(jìn)添加劑的益處可克服任何這種 潛在的不利效果。
[0016] 隨后的研究導(dǎo)致下述假設(shè)：較高粘度的燃料可引起渦輪增壓器更快增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速，從而可在較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下實(shí)現(xiàn)其最大速度。在現(xiàn)代渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)負(fù)載和發(fā) 動(dòng)機(jī)速度提高時(shí)，渦輪增壓器速度加速，直到實(shí)現(xiàn)預(yù)定的最大渦輪增壓器速度。隨著在較低 發(fā)動(dòng)機(jī)速度下渦輪增壓器速度的更快地提高，發(fā)動(dòng)機(jī)"早期"的增壓反過(guò)來(lái)可引起在較低發(fā) 動(dòng)機(jī)速度下加速性能的明顯改進(jìn)，這種情況司機(jī)將作為比較快速的"加快"或加速響應(yīng)而經(jīng) 歷。這一效果可部分有助于當(dāng)使用按照本發(fā)明制備的燃料組合物時(shí)觀察到的改進(jìn)的加速性 能。
[0017] 另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS)在一些情況下可增強(qiáng)這一效果。在全負(fù)載 加速下，使用較高粘度的燃料可導(dǎo)致注入的燃料量提高，因此更多的能量被保留在驅(qū)動(dòng)渦 輪增壓器的廢氣內(nèi)。這反過(guò)來(lái)可導(dǎo)致進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的更高壓力的空氣，和因此提高空氣吸 入量。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)可能通過(guò)注入更多的燃料對(duì)此作出反應(yīng)，從而驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器甚至 更快。當(dāng)渦輪增壓器達(dá)到其最大速度時(shí)這一正反饋環(huán)中止，和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)然后施加控 制限制升壓并調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力。現(xiàn)在認(rèn)為這些效果解釋了使用較高粘度燃料時(shí)觀察到的性能 益處有時(shí)可能在較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下被放大的原因。
[0018] 在較高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，進(jìn)氣壓力更嚴(yán)格地受EMS控制，則可預(yù)期較高粘度燃料的 性能益處因此下降和/或不那么容易檢測(cè)到。但已發(fā)現(xiàn)，在較高發(fā)動(dòng)機(jī)速度（例如高于或 等于2000rpm，或2200或2500或甚至3000或3200或3400或3500或更高）下以及在較低 發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，VI改進(jìn)添加劑可保持其性能改進(jìn)效果。
[0019] 因此，可使用本發(fā)明在低的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下提高渦輪增壓器的性能，其程度通常高 于僅基于燃料組合物和在其內(nèi)使用的VI改進(jìn)添加劑的性能可預(yù)期的那些。但也可在較高 的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，理想地在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)，使用本發(fā)明維持改進(jìn)的性能。
[0020] 本發(fā)明可包括VI改進(jìn)添加劑的用途，其目的是降低當(dāng)加速時(shí)渦輪增壓器達(dá)到其 最大速度時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，或者提高渦輪增壓器提高其速度（特別是在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下） 的速率，或縮短渦輪增壓器達(dá)到其最大速度所花費(fèi)的時(shí)間。也可使用本發(fā)明在給定的發(fā)動(dòng) 機(jī)速度下、仍然特別地是在低的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，提高進(jìn)氣壓力（增壓壓力）。
[0021] 可方便地在受控的加速測(cè)試過(guò)程中通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的詢問(wèn)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)速度。 或者可使用測(cè)力計(jì)測(cè)量。加速性能測(cè)試通常在大油門(mén)開(kāi)度下進(jìn)行。
[0022] 渦輪增壓器速度與發(fā)動(dòng)機(jī)空氣吸入壓力（即來(lái)自渦輪增壓器的增壓壓力）有關(guān)， 它可使用常規(guī)的壓力傳感器（例如位于由測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛的吸入軌道內(nèi)剛好在渦 輪增壓器下游）測(cè)量，或者在一些情況下，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)詢問(wèn)來(lái)測(cè)量。這反過(guò)來(lái)可測(cè) 定渦輪增壓器達(dá)到其最大速度時(shí)的點(diǎn)或者渦輪增壓器速度的提高速度。
[0023] 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩可獲自由測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛車輪在測(cè)力計(jì)上施加的力。它可合適 地使用專門(mén)的設(shè)備（例如Kistler? RoaDyn?)直接由該車輛的車輪測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可 合適地由所測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)速度值得到，這是本領(lǐng)域已知的?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量由發(fā) 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛車輪例如在底盤(pán)測(cè)力計(jì)的輥上施加的力測(cè)量VTE。
[0024] 本發(fā)明可以是在改進(jìn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者由所述發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛的加速性能方面 的用途?？赏ㄟ^(guò)使發(fā)動(dòng)機(jī)加速和監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度、功率、扭矩和/或VTE、空氣引入壓力和/ 或渦輪增壓器速度隨時(shí)間的變化來(lái)評(píng)估加速性能?？稍诎l(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)合適地進(jìn)行這一 評(píng)估；其中低速性能的改進(jìn)是所期望的，可例如在1200_2000rpm或1400-1900rpm的速度下 進(jìn)行評(píng)估。
[0025] 也可通過(guò)合適的有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)在道路上加速由測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，例如從0 加速到l〇〇km/h，來(lái)評(píng)估加速性能。該車輛應(yīng)當(dāng)配有合適的儀器例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度計(jì)，使得能 改變與發(fā)動(dòng)機(jī)速度有關(guān)的加速性能。
[0026] -般地，可通過(guò)縮短的加速時(shí)間和/或通過(guò)以上所述的任何一種或多種效果例如 渦輪增壓器速度的快速提高、或者在任何給定速度下發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或功率或VTE的提高，來(lái) 證明加速性能的改進(jìn)。
[0027] 在本發(fā)明的上下文中，加速性能的"改進(jìn)"包括任何程度的改進(jìn)。類似地，測(cè)量參 數(shù)例如渦輪增壓器達(dá)到其最大速度所花費(fèi)的時(shí)間的減少或增加包括任何程度的減少或增 加。這一改進(jìn)可以是與在摻入VI改進(jìn)添加劑之前使用燃料組合物時(shí)或者當(dāng)使用其它類似 低粘度燃料組合物時(shí)的相關(guān)參數(shù)相比的減少或增加。它可與當(dāng)在添加 VI改進(jìn)添加劑之前 利用其它類似燃料組合物運(yùn)行相同發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)測(cè)量的相關(guān)參數(shù)相比，所述類似燃料組合物打 算（例如市售）用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（通常為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。
[0028] 本發(fā)明可例如包括利用VI改進(jìn)添加劑調(diào)節(jié)燃料組合物的性能和/或性質(zhì)和/或 效果，特別是它對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能的效果，以便滿足所需目標(biāo)。
[0029] 正如W0-A-2005/054411所述（具體參見(jiàn)第3頁(yè)第22行-第4頁(yè)第17行），加速 性能的改進(jìn)也可包括由于其它原因、特別是由于在燃料組合物內(nèi)包括的其它燃料組分或添 加劑導(dǎo)致的加速性能降低至少在一定程度上減弱。作為實(shí)例，燃料組合物可含有擬降低其 總密度以便降低它燃燒時(shí)產(chǎn)生的排放量的一種或多種組分；密度減小可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率損 失，但這一效果可通過(guò)使用本發(fā)明的VI改進(jìn)添加劑來(lái)克服或至少降低。
[0030] 加速性能的改進(jìn)也可包括至少部分恢復(fù)加速性能，其中由于其它原因例如使用含 有氧化組分的燃料（例如所謂的"生物燃料"）或者在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與燃燒有關(guān)的沉積物的累積 (通常在燃燒噴射器內(nèi)）導(dǎo)致所述加速性能下降。
[0031] 在使用本發(fā)明提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的情況下，通常在加速時(shí)段中，在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速 度下，與在摻入VI改進(jìn)添加劑之前利用燃料組合物運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)和/或利用其它較低粘度 的類似燃料組合物（通常為柴油）運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)獲得的相比，所述提高可以是至少〇. 1%， 優(yōu)選至少0. 2或0. 3或0. 4或0. 5 %，甚至至少0. 6或0. 7 %。這一提高可與在添加 VI改 進(jìn)添加劑之前利用其它類似燃料組合物運(yùn)行相同發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)在相關(guān)速度下獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)扭 矩相比，所述類似燃料組合物打算（例如市售）用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（通常為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)），特 別是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0032] 在使用本發(fā)明提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的情況下，通常在加速時(shí)段中，在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速 度下，與在摻入VI改進(jìn)添加劑之前利用燃料組合物運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)和/或利用其它較低粘 度的類似燃料組合物（通常為柴油）運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)獲得的相比，所述提高還可以是至少 0. 1 %，優(yōu)選至少0. 2或0. 3或0. 4或0. 5 %，甚至至少0. 6或0. 7 %。這一提高可與在添 加 VI改進(jìn)添加劑之前利用其它類似燃料組合物運(yùn)行相同發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)在相關(guān)速度下獲得的發(fā) 動(dòng)機(jī)功率相比，