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与燃料经济性有关的改进的制作方法

2021-09-07 11:04:00 来源:中国专利 TAG:
与燃料经济性有关的改进的制作方法
本发明涉及一种改进压燃式(柴油)发动机中的柴油燃料经济性的方法;并且具体涉及粘度增加组分在柴油燃料组合物中用于改进燃料经济性的用途。
背景技术
:例如,美国和欧洲的现行排放法规对压燃式发动机的废气排放中容许的污染气体的可接受水平设定了严格的限制。发动机和燃料制造商为改善燃烧过程和减少产生不希望的废气排放而采取的典型方法是利用某种形式的“提前燃烧”。提前燃烧是一个涵盖许多不同的燃烧模式的涵盖性术语,这些燃烧模式通常涉及以下一个或多个特征:燃料喷射比上止点(TDC)提前很多;多次燃料喷射;大量的废气再循环(EGR);以及高喷射压力。所有这些模式通常都试图通过改进燃料-空气混合和降低燃烧温度来实现极低水平的NOx和烟灰(微粒物质)排放。许多发动机还包括某种形式的后处理,以将废气排放降低到排放法规要求的水平。典型的后处理包括诸如催化转化器(例如用于去除NOx排放物)和/或微粒过滤器(例如用于从废气流中去除烟灰)的设备。控制发动机中提前燃烧过程的当前手段基于监测各种发动机/燃烧参数,诸如NOx产生,并使用发动机控制单元对发动机参数进行调节,以将发动机推向被认为燃烧过程中的NOx产生将被最小化的一组条件。然而,调节如提前燃烧这种敏感过程(尤其是当在最小NOx产生水平的方向上推动时,在这种条件下燃烧可能变得不稳定)的问题在于,可能发生不完全燃烧,从而导致烟灰/微粒物质(PM)的产量增加。因此,柴油发动机的废气排放可以被看作是NOx与PM排放之间的权衡。因此,在现代柴油车辆中,通常将发动机设置为产生低NOx排放以及随之而来的高PM排放,然后使用PM捕集阱从排放物中去除PM,以便满足较低的总体排放标准。从文献中已知,这种设置会导致发动机效率降低并且燃料消耗显著增加。然而,替代的减排策略要复杂得多且成本更高,仅在重型车辆中大规模实施。事实上,即使如果NOx后处理广泛用于例如乘用车,PM过滤器的可靠性也将可能确保发动机设置在可预见的未来保持大致相同。然而,应当理解,对提前燃烧和废气排放的控制不仅是空气充量和发动机控制的问题,而且还涉及燃料特性,诸如十六烷值、密度和特定添加剂的存在等。因此,在开发过程中,通过参考严格规定的参考燃料来测量发动机的排放,因此,将发动机设置优化为参考燃料的特性。该系统的缺点是,用于发动机中的燃料类型的任何变化都会对发动机性能(例如效率降低)和排放产生重大影响。例如,为了促进现代车辆后处理技术并进一步减少车辆排放,燃料精炼厂已经投资了诸如减硫技术的补充系统。这通常导致获得的柴油密度较低。这些技术提供的增加的灵活性也使精炼厂能够通过进一步降低燃料密度使其接近相关完整规范的下限来优化“能量释放”。因此,市场上的燃料密度已逐渐远离用于发动机校准的参考燃料。某些燃料特性的这种变化意味着,实际用于特定发动机中的燃料类型可能会产生重大影响。另外,由于喷射到车辆发动机中的燃料量主要由体积控制,因此燃料密度的减小导致发动机气缸中的可燃燃料量减少,从而导致可以转换的能量有效量减少。这进一步在低NOx和高PM的方向上驱动发动机的排放,但是不利于发动机效率且增加了燃料消耗。尽管在NOx排放方面可能有一点好处,但现在已经意识到,这种设置不能提供车辆制造商所期望的燃料经济性与废气排放之间的最佳平衡。鉴于上述操作程序和问题,仅使用标准精炼燃料很难在燃料经济性与废气排放之间达到最佳平衡。因此,需要改进的燃料以及用于改进发动机的燃料经济性的方法。WO2012/076653公开了粘度增加组分在柴油燃料组合物中的用途,其目的是改进燃料组合物被引入或打算引入其中的发动机的燃料经济性。WO2012/076653中有实例公开了SV200在柴油燃料组合物中用于改进燃料经济性的用途。SV200是一种聚苯乙烯/聚异戊二烯星状聚合物。在实例中,SV200以1000ppm和2000ppm的浓度使用。希望发现可以按较低浓度使用但仍可以提供显著的燃料经济性益处的粘度增加组分。本发明旨在克服或减轻与现有技术相关的至少一个问题。技术实现要素:因此,在本发明的第一方面,提供了粘度增加组分在柴油燃料组合物中的用途,其目的是改进所述燃料组合物被引入或打算引入其中的发动机或由这种发动机提供动力的车辆的燃料经济性,其中所述粘度增加组分是粘度指数(VI)改进添加剂,其中所述VI改进添加剂包含线性嵌段共聚物,所述线性嵌段共聚物含有一种或多种选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的单体嵌段,和其中所述VI改进添加剂以0.001%w/w至0.05%w/w的浓度使用。根据本发明,进一步提供了一种用于改进发动机或由这种发动机提供动力的车辆的燃料经济性的方法,所述方法包括向所述发动机的燃烧室中引入包含粘度增加组分的(柴油)燃料组合物,其中所述粘度增加组分是粘度指数(VI)改进添加剂,其中所述VI改进添加剂包含线性嵌段共聚物,所述线性嵌段共聚物含有一种或多种选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的单体嵌段,和其中所述VI改进添加剂以0.001%w/w至0.05%w/w的浓度使用。令人惊讶地发现,本文定义的线性嵌段共聚物在柴油燃料组合物中的用途可以在发动机中提供改进的燃料经济性益处,即使以低浓度使用时也是如此。附图说明通过附图进一步说明本发明,其中:图1示出了“新欧洲驾驶循环”(NEDC),其包括四个连续的“城市循环”(ECE)和一个市郊“陆上循环”(EUDC)。图2示出了通过碳质量平衡测量的125mg/kg剂量SV160带来的燃料消耗益处。图2所示的总NEDC和EUDC的益处具有统计学意义,置信度为90%。图3示出了通过科里奥利仪测量的125mg/kg剂量SV160带来的燃料消耗益处。图3所示的总NEDC和EUDC的益处具有统计学意义,置信度为90%。具体实施方式发动机优选地是柴油发动机或压燃式发动机。然而,还可以设想,本发明可适用于汽油燃料组合物和非压燃式类型的相应内燃发动机。柴油发动机也可以是涡轮增压柴油发动机。发动机可受发动机管理系统(EMS)的控制。可在精炼时或精炼外(诸如在交付给销售点之前或在销售点)将粘度增加组分添加到燃料组合物中。本发明还涉及用于改进/增加发动机或由这种发动机提供动力的车辆的燃料经济性的方法。该方法包括向发动机的燃烧室中引入包含粘度增加组分的燃料组合物。优选的燃料组合物是柴油燃料,并且优选的发动机是压燃式发动机。应当理解,除非另有说明,否则关于本发明的用途所述的所有特征和实施方案适用于本发明的方法。在另一方面,本发明涉及一种操作压燃式发动机和/或由这种发动机提供动力的车辆的方法。在这一方面,该方法涉及向发动机的燃烧室中引入包含如本文定义的粘度增加组分的燃料组合物。根据特定的应用,本发明的用途和/或方法可用于减少或减轻燃料经济性的降低,该燃料经济性的降低可例如由添加已经或打算引入燃料组合物中用于任何目的(例如用于改进所关注燃料的排放性能)的燃料组分或添加剂引起。有利地,与添加粘度增加组分之前包含在燃料组合物中的柴油燃料相比,本发明的用途产生最小的劣化、中立或更好的排放性能。同样,与添加粘度改进组分之前的性能相比,本发明的用途和/或方法适当地对由燃料组合物提供动力的发动机的性能具有最小的影响或没有不利的影响。在特定实施方案中,本发明的用途和方法可用于配制在特定发动机中产生明显改进的燃料经济性、同时落在期望或预定的燃料标准内的燃料,例如,燃料组合物可以是对应于欧洲标准EN590(2000)的柴油燃料,例如“超低硫柴油”。另选地,这些用途和方法可用于减轻与体积能较低的燃料或燃料共混物相关的燃料经济性损失,例如以产生较低的车辆排放,诸如在含有对应于瑞典1类标准的柴油燃料的燃料或燃料共混物中。在本发明的另一方面,提供了一种用于制备赋予发动机更高的燃料经济性的燃料组合物(尤其是用于压燃式发动机的柴油燃料组合物)的方法。该方法包括将粘度增加组分(诸如本文定义的)添加到燃料组合物中;以及将粘度增加组分与燃料组合物共混,以提供适合于在选定发动机中提供更好的燃料经济性的燃料组合物。为了帮助理解本发明,本文定义了几个术语。“粘度指数”(或VI)是用于测量运动粘度随温度的变化的任意单位。它通常用于表征汽车工业中的润滑油。因此,粘度指数强调了液体(或润滑剂)的粘度如何随温度变化而变化。一般来讲,液体的粘度随着温度的升高而降低。许多润滑剂或燃料应用要求液体在各种发动机条件下都能发挥作用:例如,在液体处于主要环境温度下启动时以及在运行时(高达200℃/392°F)。VI越高,粘度随温度的相对变化越小。理想地,燃料组合物在其典型工作温度范围内的粘度变化不会很大(即,它将具有相对高的VI)。将根据VI标度测量粘度的参考温度任意地选择为37.8℃和98.9℃(即100°F和210°F)。然而,除非另有说明,否则通常在大约40℃和/或大约100℃下进行运动粘度测量。方便地,使用本领域技术人员已知的标准化测试程序(诸如ASTMD-445或ENISO3104)来测量运动粘度。如本文所用,术语“粘度增加组分”涵盖当以合适的浓度添加到燃料组合物中时在燃料的工作温度范围内的一个或多个温度下具有相对于其先前粘度增加燃料组合物的粘度的效果的任何组分。VI改进剂(也称为粘度改性剂)是在VI改进剂的整个有用温度范围内增加流体的粘度的添加剂。有用工作温度优选与发动机中燃料组合物的工作温度范围的至少一部分重叠。VI改进剂是对温度敏感的聚合物分子。在低温下,分子链收缩,因此不会显著影响流体粘度。然而,在高温下,链松弛并且粘度发生相对增加,但是实际粘度仍将随温度升高而降低。因此,添加VI改进剂用于减慢而不是阻止粘度降低的速率。VI改进剂的类型和结构很多。较高分子量的聚合物可制成更好的增稠剂,但往往对机械剪切的抵抗力较小。另一方面,较低分子量的聚合物更耐剪切,但在较高温度下不能有效地改进粘度,因此可大量使用以在所需温度下达到相同的效果。如本文所用,燃料粘度上下文中的“增加”包括在相同或等效条件下与先前测量的粘度相比的任何程度的增加。因此,增加是与掺入粘度增加(或改进)组分或添加剂之前燃料组合物的粘度适当地比较。另选地,可与其他类似的燃料组合物(或一批相同燃料组合物)(例如,在将粘度增加组分添加到其中之前,其被打算(例如,销售)用于内燃发动机,特别是柴油发动机)相比测量粘度增加。本发明可例如涉及使用粘度增加组分来调节(即增加)燃料组合物的粘度,以便实现期望的目标粘度。如上所述,粘度增加组分以足够的量使用,以增加其被添加到其中的燃料组合物的粘度,如在相同条件下所测量的。运动粘度的增加可在任何合适的温度下(诸如在40℃或100℃下)测量。方便地,粘度是在40℃下测量的。适当地,粘度增加组分以使粘度增加至少0.05mm2/s、至少0.1mm2/s或至少0.2mm2/s的量使用。更适当地,粘度增加可介于0.25mm2/s与2.0mm2/s之间或介于0.25mm2/s与1.0mm2/s之间。在优选的实施方案中,粘度增加介于0.3mm2/s与0.8mm2/s之间,诸如介于0.32mm2/s与0.67mm2/s之间。在一些情况下,可能希望使粘度增加大约0.4mm2/s、大约0.5mm2/s、大约0.6mm2/s或大约0.7mm2/s。同样,燃料经济性的上下文中的“增加”涵盖如在相同或等效发动机中所测量的与添加粘度增加组分之前相同燃料组合物的燃料经济性相比的任何增加量。另选地,燃料经济性的增加可在相同或等效发动机中在相同或等效条件下相对于类似燃料组合物来测量。因此,增加是与掺入粘度增加(或改进)组分或添加剂之前发动机或车辆的燃料经济性相比。燃料经济性的增加可以任何合适的方式来测量和/或报告,诸如增加百分比、设定的燃料体积(例如L)行进距离的增加(例如km)或者在相同条件下(例如速度、工作负荷)行进特定距离时燃料体积或质量的减少。举例来说,增加百分比可为至少0.1%,诸如至少0.2%。适当地,燃料经济性的增加百分比为至少0.25%或至少0.5%。更适当地,燃料经济性的增加为至少1.0%、至少2.0%或至少3.0%。在一些特别优选的实施方案中,燃料经济性的增加为至少5.0%或甚至至少10%。然而,应当理解,燃料经济性的任何可测量改进都可提供有价值的优点,尤其是当考虑到全世界车辆每天使用多少燃料时。使用本发明的燃料组合物的发动机可以是任何合适的发动机。因此,在燃料是柴油或生物柴油燃料组合物的情况下,发动机是柴油或压燃式发动机。同样,可使用任何类型的柴油发动机,诸如涡轮增压柴油发动机,前提是使用相同或等效发动机来测量存在和不存在粘度增加组分的燃料经济性。类似地,本发明适用于任何车辆中的发动机。通常,本发明还适用于任何驾驶条件,诸如城市、市郊和/或快车道/高速公路/测试跑道驾驶条件,但本发明在某些发动机类型和/或在特定驾驶条件下可能是特别有益的。在本发明的上下文中,粘度增加组分在燃料组合物中的“用途”意指将该组分掺入组合物中,通常作为与一种或多种燃料组分(通常为柴油基础燃料)和任选的一种或多种燃料添加剂的共混物(即物理混合物)。优选地在将燃料组合物引入将在该组合物上运行的发动机中之前将粘度增加组分掺入该组合物中。因此,可在精炼时将粘度增加组分直接配给到燃料组合物或基础燃料的一种或多种组分中(例如与其共混)。例如,可在随后形成总汽车燃料组合物的一部分的合适燃料组分中将其预稀释。另选地,可将其在精炼下游添加到汽车燃料组合物中。例如,可将其作为含有一种或多种其他燃料添加剂的添加剂包的一部分添加。这可能是特别有利的,因为在一些情况下在精炼时对燃料组合物进行改性可能不方便或不合需要。例如,基础燃料组分的共混可能并非在所有地点都可行,而在燃料库或其他装油点(诸如油罐车、驳船或火车装油点、分配器、客户油箱和车辆)可以更容易地以相对较低的浓度引入燃料添加剂。因此,本发明的“用途”还可涵盖提供粘度增加组分及其在汽车燃料组合物中的使用说明,以实现本发明的其中一个益处(例如,在特定内燃发动机或在特定车辆中,增加燃料经济性)。因此,可将粘度增加组分作为适合和/或打算用作燃料添加剂、特别是柴油燃料添加剂的配制物的组分来提供。举例来说,可将粘度增加组分或添加剂与一种或多种其他燃料添加剂一起掺入添加剂配制物或包装中。一种或多种燃料添加剂可选自任何有用的添加剂,诸如本领域技术人员已知的清净剂、防腐添加剂、酯、聚α-烯烃、长链有机酸、含有胺或酰胺活性中心的组分以及它们的混合物。替代地或另外,本发明的“用途”可涉及通常通过将燃料组合物引入发动机的燃烧室中来使发动机在含有粘度增加组分的燃料组合物上运行。粘度增加组分用于本文的粘度增加组分是VI改进添加剂。VI改进添加剂往往是以合成方式制备的,因此通常具有明确定义的组成和质量,与例如组成可能因批次而异的矿物衍生的粘度增加燃料组分(精炼物流)形成对比。VI改进添加剂也广泛用于润滑剂中,这可以再次使它们成为本发明提出的新用途的有吸引力的添加剂。它们通常也比其他粘度增加组分(诸如矿物基础油)便宜,尤其是考虑到所需的浓度较低。根据本发明的在燃料组合物中使用的VI改进添加剂本质上是聚合物。用于本文的VI改进添加剂是线性嵌段共聚物,其含有一种或多种选自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯和苯乙烯单体的单体嵌段。特别优选的VI改进剂是基于苯乙烯和异戊二烯的线性共聚物,特别优选的VI改进剂是SVTM160,一种可从润英联公司(Infineum)商购获得的聚苯乙烯-聚异戊二烯线性嵌段共聚物。VI改进添加剂在40℃下的运动粘度(VK40,通过ASTMD-445或ENISO3104测量)适当地为40mm2/s或更大、优选100mm2/s或更大、更优选1000mm2/s或更大。其在15℃下的密度(ASTMD-4052或ENISO3675)适当地为600kg/m3或更大、优选800kg/m3或更大。其硫含量(ASTMD-2622或ENISO20846)适当地为1000mg/kg或更低、优选350mg/kg或更低、更优选10mg/kg或更低。可将VI改进添加剂预先溶解在合适的溶剂中,例如油,诸如矿物油或费-托(Fischer-Tropsch)衍生的烃混合物;与要在其中使用添加剂的燃料组合物相容的燃料组分(其也可以是矿物或费-托衍生的)(当打算用于柴油燃料组合物中时,例如中间馏分燃料组分,诸如气油或煤油);聚α烯烃;所谓的生物燃料,诸如脂肪酸烷基酯(FAAB)、费-托衍生的生物质转化为液体合成产物、氢化植物油、废物或海藻油或醇(诸如乙醇);芳香族溶剂;任何其他烃类或有机溶剂;或者它们的混合物。用于该上下文中的优选溶剂是基于矿物油的柴油燃料组分和溶剂,以及费-托衍生的组分,诸如下文提到的“XtL”组分。在某些情况下,生物燃料溶剂也可以是优选的。基于燃料组合物的总重量,VI改进添加剂以0.001%w/w至0.05%w/w范围内的浓度使用。本发明的一个优点是,本文定义的特定VI改进添加剂即使在以低浓度使用时也可以提供改进的燃料经济性。在某些实施方案中,基于燃料组合物的总重量,VI改进添加剂可按以下浓度使用:(i)0.005%w/w至0.03%w/w;(ii)0.006%w/w至0.025%w/w;或者(iii)0.007%w/w至0.02w/w。基于燃料组合物的总重量,VI改进添加剂优选地按以下浓度使用:(i)0.0075%w/w至0.0175%w/w;(ii)0.008%w/w至0.015%w/w;或者(iii)0.009%w/w至0.013%w/w。在一些实施方案中,粘度增加组分以足以使燃料组合物的运动粘度与添加粘度增加组分之前燃料组合物的粘度相比增加以下量的量使用:(i)至少0.2mm2/s;(ii)0.25mm2/s至1.0mm2/s;或者(iii)0.32mm2/s至0.67mm2/s。运动粘度是在标准条件下(诸如在40℃下)测量的。应当理解,可根据燃料的期望性质和/或通过国家或国际法规和标准来确定燃料组合物的所得或期望的最终运动粘度。举例来说,在一个实施方案中,包含粘度增加组分的柴油燃料组合物在40℃下的运动粘度可高达4.5mm2/s;诸如介于2.0mm2/s与4.0mm2/s之间;或者介于3.0mm2/s与3.8mm2/s之间。这些浓度是针对VI改进添加剂本身而言的,没有考虑可用来预先稀释其活性成分的任何溶剂,并且基于总燃料组合物的质量。当在组合物中使用两种或更多种VI改进添加剂的组合时,相同的浓度范围可适用于VI改进添加剂的整体组合。应当理解,量/浓度也可表示为ppm,在这种情况下,1%w/w对应于10,000ppmw/w。根据本发明的一个实施方案,可在汽车燃料组合物中使用两种或更多种粘度增加组分,以提供本文所述的本发明的一种或多种效果。组合物的其余部分通常由一种或多种汽车基础燃料(例如如下文更详细描述的)任选地与一种或多种燃料添加剂一起组成。所用的VI改进添加剂的浓度可取决于期望的燃料特性/性质,诸如:总燃料组合物的所需粘度;掺入添加剂之前组合物的粘度;添加剂本身的粘度;以及/或者使用添加剂的任何溶剂的粘度。根据本发明制备的柴油燃料组合物中存在的VI改进添加剂、燃料组分以及任何其他组分或添加剂的相对比例还可取决于其他所需性质,诸如密度、排放性能和十六烷值。在一些情况下,总燃料组合物的密度可以是特别相关的参数。排放水平可使用标准测试程序测量,诸如欧洲R49、ESC、OICA或ETC(用于重型发动机)或者ECE EUDC或MVEG(用于轻型发动机)测试循环。理想情况下,排放性能是在为符合EuroII标准排放限值(1996)或者符合EuroIII(2000)、IV(2005)或甚至V(2008)标准限值而构建的柴油发动机上测量的。用途和方法粘度指数改进添加剂(也称为VI改进剂)在润滑剂配制物中的使用是众所周知的,它们用于通过在较高温度下相对增加粘度(即减缓粘度下降)而在所需温度范围内保持粘度尽可能恒定。它们通常基于可以形成聚结物和/或胶团的分子量相对较高的长链聚合分子。这些分子系统在较高温度下膨胀,因此进一步限制其相对于彼此的移动,进而增加系统的粘度。已知的VI改进剂通常以1%w/w至20%w/w的浓度包含在润滑油配制物中。然而,在WO01/48120中,提出了这些类型的添加剂中的某些用于燃料组合物、特别是柴油燃料组合物中,其目的是改进发动机在高温下启动的能力。在US2009/0241882中,描述了某些VI改进添加剂用于燃料组合物中,其目的是改进加速性能,这可以通过在任何给定速度下增加发动机功率和/或扭矩和/或车辆牵引力来体现。WO2012/076653公开了粘度增加组分在柴油燃料组合物中的用途,其目的是改进燃料组合物被引入或打算引入其中的发动机的燃料经济性。该文件中有实例公开了SV200在柴油燃料组合物中用于改进燃料经济性的用途。SV200是一种聚苯乙烯/聚异戊二烯星状聚合物。在实例中,SV200以1000ppm和2000ppm的浓度使用。现已发现,某些VI改进添加剂即使在以相对较低的浓度使用时也可以显著增加汽车燃料组合物、特别是柴油燃料组合物的粘度,并且这可以改进其中引入该组合物的发动机的燃料经济性。这些燃料经济性益处可在低速和/或高速下在任何类型的驾驶条件下(诸如城市、市郊和高速公路)观察到。因此,本发明不限于特定的驾驶条件,但是燃料经济性益处在一些特定条件下可能比其他条件更为明显。同样,燃料经济性益处不限于特定类型的发动机,但是柴油压燃式发动机是优选的。此外,本发明的优点可应用于涡轮增压发动机以及非涡轮发动机。因此,本发明可以提供一种借助于引入内燃发动机中的燃料来改进其燃料经济性的有效方式。虽然根据本发明使用的粘度增加组分的量可根据燃料类型和/或发动机类型而有所不同,但是本发明的一个益处是在一些条件下,观察到本发明的益处所需的VI改进剂的量可能惊人地低,诸如处于典型燃料添加剂的水平。这进而可以降低燃料制备过程的成本和复杂性。例如,它可以允许通过在精炼下游掺入添加剂,而不是通过在初始制备时改变基础燃料的含量来改变燃料组合物,以便改进燃料经济性。基础燃料组分的共混可能并非在所有地点都可行,而在燃料库或其他装油点(诸如油罐车、驳船或火车装油点、分配器、客户油箱和车辆)可以更容易地以相对较低的浓度引入燃料添加剂。此外,与需要以几十个数量级的重量百分比的浓度使用的燃料组分相比,以相对较低的浓度使用的添加剂可以自然地运输、储存和引入燃料组合物中,成本效率更高。使用相对较低浓度的VI改进添加剂也可以帮助减少任何不希望的副作用:例如,由于将它们掺入燃料组合物中而对蒸馏或冷流性质产生影响。本发明的另一方面提供了一种操作内燃发动机和/或由这种发动机提供动力的车辆的方法,该方法包括向发动机的燃烧室中引入根据本发明制备的燃料组合物。优选出于结合本发明所述的一个或多个目的引入燃料组合物。因此,发动机优选地用燃料组合物运行,其目的是改进其燃料经济性。发动机特别是柴油发动机,并且可以是涡轮增压柴油发动机。柴油发动机可以是直喷型(例如旋转泵、直列泵、单元泵、电子单元喷射器或共轨型)或间喷型。它可以是重型或轻型柴油发动机。例如,它可以是共轨直喷型发动机。柴油燃料组合物由于包含VI改进添加剂,根据本发明制备的燃料组合物(特别是柴油燃料组合物)将适当地具有2.0mm2/s或更大、2.5mm2/s或更大、2.7mm2/s或更大、2.8mm2/s或更大或优选地2.9mm2/s或更大的VK40。在一些情况下,VK40可高达4.5mm2/s、高达4.2mm2/s或高达4.0mm2/s。有利地,包含粘度增加组分(VI改进剂或其他)的燃料组合物的VK40在3.0mm2/s至4.0mm2/s(例如,3.0mm2/s至3.8mm2/s、3.0mm2/s至3.6mm2/s或3.0mm2/s至3.3mm2/s)的范围内。然而,在例外情况下,例如在北极柴油燃料中,组合物的VK40可低至1.5mm2/s,但其优选地为大约1.7或2.0mm2/s或更大。应当理解,除非另有说明,否则本文中对粘度的提及旨在表示运动粘度。对于柴油燃料组合物,组合物优选地具有相对较高的密度,诸如在15℃下为830kg/m3或更高(ASTMD-4052或ENISO3675),优选地为832kg/m3或更高,诸如在15℃下为832至845kg/m3,这是当前EN590柴油燃料规范的上限。优选地,本文的组合物在15℃下具有833至837kg/m3的密度。根据本发明制备的柴油燃料组合物通常可以是适用于压燃式(柴油)发动机的任何类型的柴油燃料组合物。除了VI改进添加剂,其还可含有其他标准柴油燃料组分。其可例如包含主要比例的如下文所述类型的柴油基础燃料。在该上下文中,“主要比例”是指基于总组合物至少50%w/w,和典型地至少85%w/w。更适当地,燃料组合物的至少90%w/w或至少95%w/w(在一些情况下,至少98%w/w或至少99%w/w)由柴油基础燃料组成。因此,除了VI改进添加剂,根据本发明制备的柴油燃料组合物还可包含一种或多种常规类型的柴油燃料组分。此类组分通常包括液态烃中间馏分燃料油,例如石油衍生的气油。一般来讲,此类燃料组分可以是有机或合成衍生的,并且适当地通过从原油中蒸馏所需范围的馏分而获得。此类气油可在氢化物-硫化(HDS)单元中加工,以便将其硫含量降低到适合于包含在柴油燃料组合物中的水平。它们通常具有在150℃至410℃或170℃至370℃的常见柴油范围内的沸点,这取决于品级和用途。在一些情况下,燃料组合物将包括通过分裂重质烃获得的一种或多种裂化产物。柴油基础燃料可由费-托衍生的柴油燃料组分(通常是费-托衍生的气油)组成或包含该组分。如本文所用,术语“费-托衍生的”是指材料是费-托缩合工艺的合成产物或从费-托缩合工艺的合成产物获得。因此,费-托衍生的燃料或燃料组分将是其中除添加的氢外的相当大部分直接或间接地衍生自费-托合成缩合工艺的烃流。费-托工艺将一氧化碳和氢转化为较长链,这些较长链通常是链烷烃。一氧化碳和氢气本身可衍生自有机、无机、天然或合成来源,诸如衍生自天然气或衍生自有机衍生的甲烷。用于本发明中的费-托衍生的柴油燃料组分可直接从精炼反应或费-托反应获得,或者间接例如通过对精炼或合成产物进行分馏或加氢处理以得到分馏或加氢处理产物来获得。随后可例如通过蒸馏分离期望的馏分(通常是气油馏分)。还可采用其他合成后处理(诸如聚合、烷基化、蒸馏、裂化-脱羧、异构化和加氢重整)来改变费-托缩合产物的性质,如本领域中已知的。费-托燃料可通过将气体、生物质或煤转化为液体(XtL),特别是通过将气体转化为液体(GtL)或将生物质转化为液体(BtL)来获得。根据本发明,任何形式的费-托衍生燃料组分都可用作基础燃料。根据本发明制备的组合物中所包含的柴油燃料组分在15℃下通常将具有750至900kg/m3、800至860kg/m3的密度(ASTMD-4052或ENISO3675)以及/或者1.5至6.0mm2/s的VK40(ASTMD-445或BNISO3104)。在根据本发明制备的柴油燃料组合物中,基础燃料本身可包含两种或更多种上文所述类型的柴油燃料组分的混合物。在本发明的有益实施方案中,柴油燃料可由所谓的“生物柴油”燃料组分(诸如植物油、氢化植物油或植物油衍生物(例如脂肪酸酯,特别是脂肪酸甲酯(FAME)))或另一种含氧化合物(诸如酸、酮或酯)组成或包含这些物质。此类组分不一定是生物来源的。在燃料组合物包含生物柴油组分的情况下,例如生物柴油组分可以1%w/w至99%w/w的量存在。在一个实施方案中,燃料包含至少2%w/w的生物柴油,诸如介于2%w/w与80%w/w之间。在一些情况下,生物柴油介于2%w/w至50%w/w之间(诸如介于3%w/w与40%w/w之间、介于4%w/w与30%w/w之间或介于5%w/w与20%w/w之间)存在。在一个有益的实施方案中,生物柴油组分是FAME。在优选的应用中,基于燃料组合物的总重量,FAME以大约5%w/w存在。根据本发明,可使用粘度增加组分(诸如VI改进剂)来增加燃料组合物的粘度。因此,基础燃料可具有相对较低的粘度(例如小于3.3mm2/s),然后可通过掺入粘度增加组分来对其进行“改进”。可对可能本质上无益于良好的发动机燃料经济性(例如,因为已经使用了精炼工艺或添加剂来优化燃料的另一个重要特性(诸如废气排放))的基础燃料组分进行改性,以改进燃料经济性。可通过增加燃料的粘度来至少部分抵消可能预期添加剂或精炼工艺对燃料经济性产生的任何不利影响。同样,相对较低的预期燃料经济性水平可以是例如所关注发动机或车辆的运行条件的结果,如可由发动机管理系统控制的。因此,本发明的用途和方法还可在某种程度上抵消至少部分地由发动机运行条件/参数引起的较低的发动机燃料经济性。例如,在柴油燃料组合物的情况下,基础燃料由相对低粘度的组分(诸如费-托或矿物衍生的煤油组分、费-托或矿物衍生的石脑油组分、所谓的“winterGtL”费-托衍生的气油、低粘度矿物油柴油组分或生物柴油组分)组成或包含这些组分。在一些情况下,此类基础燃料的VK40(ASTMD-445或ENISO3104)可低于欧洲柴油燃料规范EN590所允许的最大值,例如低于4.5mm2/s或低于3.5、3.2或3.0mm2/s。在一些情况下,它们的VK40低于EN590所允许的最小值,例如低于2.0mm2/s或甚至低于1.5mm2/s。在将VI改进添加剂掺入最终的汽车燃料组合物中之前,可将其在一种或多种此类燃料组分中预先稀释。根据本发明制备的汽车柴油燃料组合物将适当地符合适用的当前标准规范,诸如EN590(用于欧洲)或ASTMD-975(用于美国)。举例来说,总燃料组合物在15℃下的密度可为820至845kg/m3(ASTMD-4052或ENISO3675);T95沸点(ASTMD-86或ENISO3405)为360℃或更低;所测量的十六烷值(ASTMD-613)为51或更高;VK40(ASTMD-445或ENISO3104)为2至4.5mm2/s;硫含量(ASTMD-2622或ENISO20846)为50mg/kg或更低;并且/或者多环芳香烃(PAH)含量(IP391(mod))低于11%w/w。然而,相关的规范可因国家/地区和年份而异,并且可取决于燃料组合物的预期用途。然而,应理解,根据本发明制备的柴油燃料组合物可含有性质在这些范围之外的燃料组分,因为总掺合物的性质可能常常与其个别成分的性质有显著不同。根据本发明制备的柴油燃料组合物适当地含有不超过5000ppmw(重量百万分率)的硫,通常为2000至5000ppmw或1000至2000ppmw,或另选地高达1000ppmw。组合物可以例如是低或超低硫燃料或者无硫燃料,例如含有最多500ppmw、有益地不超过350ppmw、适当地不超过100或50ppmw或者甚至10ppmw的硫。根据本发明制备的汽车燃料组合物或用于这种组合物中的基础燃料可含有一种或多种燃料添加剂,或者可不含添加剂。如果包含添加剂(例如在精炼时添加到燃料中),则其可含有少量的一种或多种添加剂。选定的实例或合适的添加剂包括(但不限于):抗静电剂;管道减阻器;流动改进剂(例如乙烯/乙酸乙烯酯共聚物或丙烯酸酯/马来酸酐共聚物);润滑性增强添加剂(例如基于酯和酸的添加剂);除雾器(例如烷氧基化苯酚甲醛聚合物);消泡剂(例如聚醚改性的聚硅氧烷);点火改进剂/十六烷改进剂(例如硝酸2-乙基己酯(EHN)、硝酸环己酯、二叔丁基过氧化物);防锈剂(例如四丙烯基琥珀酸的丙烷-1,2-二醇半酯或琥珀酸衍生物的多元醇酯);腐蚀抑制剂;再香剂;抗磨损添加剂;抗氧化剂(例如酚类,诸如2,6-二叔丁基苯酚);金属减活剂;燃烧促进剂;静电消散添加剂;冷流改进剂(例如甘油单油酸酯、己二酸二异癸酯);抗氧化剂;以及蜡浆防沉剂。组合物可以例如含有清洁剂。含清洁剂的柴油燃料添加剂是已知的并且可商购获得。添加到柴油燃料中的此类添加剂可以是旨在减少、去除或减慢发动机沉积物累积的水平。在一些实施方案中,可能有利的是燃料组合物含有消泡剂,更优选地与防锈剂和/或腐蚀抑制剂和/或润滑性增强添加剂组合。在组合物含有此类添加剂(本发明的粘度增加组分除外)的情况下,其除了含有粘度增加组分外,还适当地含有小比例(诸如1%w/w或更少、0.5%w/w或更少、0.2%w/w或更少)的一种或多种燃料添加剂。除非另有说明,否则每种此类添加剂组分在燃料组合物中的(活性物质)浓度可高达10000ppmw,诸如在0.1至1000ppmw的范围内;并且有利地为0.1至300ppmw,诸如0.1至150ppmw。如果需要,可将一种或多种添加剂组分(诸如上面列出的那些)在添加剂浓缩物中共混合(例如与合适的稀释剂一起),然后可将添加剂浓缩物分散到基础燃料或燃料组合物中。根据本发明,可将粘度增加组分、特别是VI改进剂掺入此类添加剂配制物中。此类燃料添加剂混合物通常含有清洁剂(任选地与如上所述的其他组分一起)以及与柴油燃料相容的稀释剂,该稀释剂可以是矿物油、溶剂(诸如壳牌公司(Shellcompanies)以商标“SHELLSOL”出售的那些)、极性溶剂(诸如酯)、特别是醇(例如己醇、2-乙基己醇、癸醇、异十三醇和醇混合物(诸如壳牌公司以商标“LINEVOL”出售的那些,特别是LINEVOL79醇(其是C7-9伯醇混合物)或可商购获得的C12-14醇混合物))。燃料组合物中添加剂的总含量可适当地介于0与10000ppmw之间,并且更适当地低于5000ppmw。如本文所用,各组分的量(例如,浓度、ppmw和%w/w)是活性物质的量,即不包括挥发性溶剂/稀释剂材料。在一个实施方案中,本发明涉及使用粘度增加组分(例如,VI改进添加剂)来调节燃料组合物的粘度,以便获得期望的目标粘度。适当地,粘度增加组分或VI改进剂使燃料组合物的粘度增加至少0.005mm2/s且小于2.0mm2/s,如前所述。更适当地,粘度增加介于0.01mm2/s与1.0mm2/s之间,诸如介于0.01mm2/s与0.5mm2/s之间。汽车燃料组合物的最大粘度通常可能受到相关法律和/或商业规范的限制,诸如欧洲柴油燃料规范EN590规定最大VK40为4.5mm2/s,而瑞典1类柴油燃料的VK40则必须不大于4.0mm2/s。然而,目前制造的典型商业汽车柴油燃料的粘度远低于这些值,诸如为大约2至3mm2/s。因此,本发明可涉及使用VI改进添加剂来操纵其他标准规范的汽车燃料组合物,以增加其粘度,从而改进其被引入或打算引入其中的发动机的燃料经济性,同时保持在期望的或法定的粘度范围内。在一些优选的实施方案中,例如通过添加粘度增加组分,燃料组合物的密度受到小于1%(诸如小于0.1%)的影响,如使用标准测试方法ASTMD-4052或ENISO3675所测量的。根据本发明的另一方面,提供了一种制备汽车燃料组合物的方法,该方法包括将汽车基础燃料与粘度增加组分共混。共混可出于本文所述的一个或多个目的进行。在本说明书的整个描述和权利要求中,除非上下文另有所指,否则单数涵盖复数。具体来说,当使用不定冠词时,除非本文另有规定,否则本说明书应理解为考虑到复数以及单数。因此,结合本发明的具体方面、实施方案或实施例描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应被理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施方案或实施例,除非与其不相容。因此,本发明的“用途”的特征直接适用于本发明的“方法”。此外,除非另外说明,否则本文所公开的任何特征可被用于相同或相似目的的另选特征代替。现在将通过以下非限制性实施例进一步说明本发明。实施例简介在这些实施例中,报告了评估燃料粘度对柴油燃料经济性的影响的车辆测试程序结果。将标准柴油与含有不同浓度的粘度增加组分的相同柴油燃料进行比较。作为粘度增加组分,使用VI改进剂,特别是SV160。SV160是一种线性聚苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物,可从润英联公司商购获得。1.测试平台与测试循环为了评估燃料粘度对柴油燃料经济性的潜在影响,使用日产逍客(NissanQashqai)1.5dCi车辆在底盘测功机上进行了一项研究。所使用的日产逍客车辆的相关技术信息/数据在下表1中示出。表1车辆日产逍客1.5dCi气缸I4排量1461cc动力110bhp压缩15.2:1排放标准Euro5喷射系统共轨直喷排气DOC和DPF在开始每个测试之前,将底盘测功机冷却至冷启动NEDC驾驶循环的规定温度。驾驶循环作为测试循环,选择了非瞬态新欧洲驾驶循环(NEDC)(图1)。NEDC驾驶循环包括四个重复的城市驾驶循环(ECE)和一个市郊驾驶循环(EUDC),后者解释较高速度的驾驶模式。NEDC是广泛认可的行业标准测试循环。通过两种方法分析燃料消耗:体积燃料流量和碳质量平衡。对于该程序,单次燃料经济性测试运行包括4天中进行8个NEDC,每个循环之间强制冷却至22℃。因此,NEDC循环并不是标准冷启动NEDC测试的精确复制,标准冷启动NEDC测试在两次测试之间具有至少6小时的热浸时间,并且被冷却至大约23℃。2.测试燃料和测试设计研究中使用的测试燃料的概述在表2中给出。A1是基础燃料。然后通过添加浓度为125mg/kg的VI改进剂SV160由基础燃料A1获得测试燃料B1。表2代码描述A1CECRF-06-08B1A1 125mg/kgSV160如第1节所述,测试结果是4个循环的平均燃料经济性结果。除了合并的NEDC循环结果外,还有以下各项的单独燃料消耗数据(a)冷启动ECE(b)合并的ECE编号2、3和4;以及(c)EUDC循环表3示出了用于评估的测试顺序。表3测试1测试2测试3测试4测试5测试6测试7测试8燃料代码A1B1B1A1A1B1A1B1SV160(mg/kg)0125125001250125所选燃料的更多分析细节在表4中提供。表42.1测试结果合并的NEDC测试的测量结果在图2和图3中绘制。数据质量没有问题,所有测试结果都用于统计分析。这些数据表明,与在缺乏SV160的其他相同对照燃料上运行时的性能相比,使用本发明的含有125ppmSV160的测试燃料的发动机表现出改进的燃料经济性。表5和图2示出了通过碳质量平衡测量的125mg/kg剂量SV160带来的燃料消耗益处。表5和图2所示的总NEDC和EUDC的益处具有统计学意义,置信度为90%。表6和图3示出了通过科里奥利仪测量的125mg/kg剂量SV160带来的燃料消耗益处。表6和图3所示的总NEDC和EUDC的益处具有统计学意义,置信度为90%。表5总NEDC袋1(第1/冷启动ECE)袋2(第2-4ECE)袋3(EUDC)燃料B10.9%0.5%0.3%1.3%表6总NEDC第1/冷启动ECE第2-4ECEEUDC燃料B10.9%0.5%0.3%1.3%3.结论这项研究的目的是评估日产逍客中燃料粘度对柴油燃料经济性的影响。如上表5和表6以及图2和图3所示,在SV160添加剂浓度为125mg/kg的情况下,在NEDC循环中观察到与对照燃料相比(所有测试结果的平均值)0.9%的燃料经济益处(统计显著性为90%)。而且,如所示,在一些循环中,与缺乏粘度增加组分的对照燃料相比,该测试的燃料经济性益处为1.3%。值得注意的是,燃料经济性益处在所有阶段始终是积极的。当前第1页12
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