汽车燃料组合物的制作方法
【专利说明】汽车燃料组合物
[0001] 本申请为分案申请，其母案申请的申请日为2009年3月24日，申请号为 200980114838. 0,和发明名称为"汽车燃料组合物"。
[0002] 本发明涉及汽车燃料组合物及其制备和用途，还涉及改进内燃发动机、特别是柴 油发动机性能的方法。
[0003] 许多车辆发动机配有涡轮增压器，所述涡轮增压器通过提高进入燃烧气缸内的空 气量改进其功率输出。通常通过车辆的发动机管理系统调节涡轮增压器的操作。
[0004] 尽管通常可以利用略不复杂的发动机通过优化引入其中的燃料的组成和/或性 能来改进性能，但通过燃料配方改进性能的选择倾向于更受限于现代涡轮增压的发动机， 这是因为发动机管理系统常常被程序设计以补偿燃料吸入的变化。
[0005] W0-A-2005-054411公开了在柴油燃料组合物中使用粘度提高组分，其目的是改进 车辆的牵引力（VTE)和/或改进所述组合物引入其中的柴油发动机的加速性能。该文献例 举了对于涡轮增压的和非涡轮增压的发动机二者来说，相对于范围为约1300rpm以上的发 动机速度平均油门开度下（WOT)加速时间的改进，以及在2000rpm和以上的恒定的发动机 速度下稳态车辆牵引力（VTE)测试中的改进。提高燃料组合物粘度所使用的组分包括烃柴 油燃料组分例如特别是费-托衍生的柴油组分、以及油，所述油可以是矿物或合成来源的 和也可以是费-托衍生的。
[0006] 为了对燃料粘度和因此对发动机性能产生明显影响，通常需要使用至少5% w/w、 常常更高浓度的这种附加的组分。但它们中的一些特别是在较高浓度下时对其它燃料性能 例如蒸馏或冷流动性能具有负面影响，从而可能难以保持所得燃料组合物在所需的技术规 格内。
[0007] 提高汽车燃料组合物粘度不是小事。正如W0-A-2005/054411所提出的，掺入附加 的燃料组分可能对炼油厂操作及燃料的供应、储存与分配系统产生影响。这会提高燃料的 供应成本，和在一些市场中可能极难实现，例如若生产者对基础燃料本身控制很弱的话。而 且，更明显的粘度提高组分也可能可获得性不够。
[0008] 还要注意的是W0-A-2005/054411没有具体提及在较低的发动机速度下改进加速 性能。但正是在较低速度下司机可能更加关注加速响应的改进。
[0009] 期望能通过改变引入其中的燃料的组成和/或性能，进一步改进车辆发动机、特 别是涡轮增压发动机的性能，因为与改进发动机本身的结构或操作相比，预期这可提供更 加简单、灵活和成本有效的途径来优化性能。
[0010] 按照本发明的第一方面，提供粘度指数（VI)改进添加剂在汽车燃料组合物中的 用途，其目的是改进所述燃料组合物引入其中或打算引入其中的内燃发动机或者由所述发 动机驱动的车辆的加速性能。该燃料组合物优选是柴油燃料组合物，和内燃发动机优选是 柴油发动机，特别是涡轮增压的柴油发动机。
[0011] "柴油发动机"是指压缩点火的内燃发动机，它适合于利用柴油燃料驱动。"涡轮增 压的柴油发动机"是指通常在电子发动机管理系统控制下通过涡轮增压器驱动的柴油发动 机。
[0012] "加速性能" 一般包括发动机对加大的油门的响应性，例如它从任何给定的发动机 速度下加速的速度。它包括发动机在任何给定速度下产生的功率和/或扭矩和/或车辆牵 引力（VTE)水平。因此，可通过在任何给定的速度下发动机功率和/或扭矩和/或VTE的 提高来证明加速性能的改进。
[0013] 可使用本发明改进在低发动机速度下的加速性能。"低发动机速度"是指通常最多 2200rpm的速度，特别是最多2000rpm，例如500-2200rpm，或者1200或1400到2200rpm，或 者1200或1400到2000rpm。在涡轮增压的发动机内，"低发动机速度"可以是比控制涡轮 增压器操作的发动机管理系统开始限制涡轮增压器提供的增压和/或调节发动机进气压 力的水平低的速度。
[0014] 已经令人惊奇地发现，即使在发动机管理系统控制下，含VI改进添加剂的燃料也 可在涡轮增压发动机中提供性能益处，和这些益处也可在低发动机速度下（例如在以上提 到的范围内）采用。这由W0-A-2005/054411中通常较高的速度数据是决不可能预期的，其 中的情况是VTE数据在固定速度下获得，和WOT加速时间针对最多3500rpm或更高的发动 机速度取平均。本发明所提供的性能优点例如可影响涡轮增压器的攀升，即当通过较低速 度范围加速时观察到的过渡效果，而在W0-A-2005/054411中所述的研究更多地针对稳态 发动机条件。
[0015] 还可预期的是较高粘度的燃料可损害发动机性能，例如通过不利地影响注入的燃 料喷雾，从而降低燃料蒸发速度和反过来引起功率损失，和/或通过提高燃料注入设备内 的栗送损失引起。相反，已经发现在汽车燃料内包括VI改进添加剂的益处可克服任何这种 潜在的不利效果。
[0016] 随后的研究导致下述假设：较高粘度的燃料可引起涡轮增压器更快增加发动机转 速，从而可在较低发动机速度下实现其最大速度。在现代涡轮增压的发动机中，当负载和发 动机速度提高时，涡轮增压器速度加速，直到实现预定的最大涡轮增压器速度。随着在较低 发动机速度下涡轮增压器速度的更快地提高，发动机"早期"的增压反过来可引起在较低发 动机速度下加速性能的明显改进，这种情况司机将作为比较快速的"加快"或加速响应而经 历。这一效果可部分有助于当使用按照本发明制备的燃料组合物时观察到的改进的加速性 能。
[0017] 另外已经发现，发动机管理系统（EMS)在一些情况下可增强这一效果。在全负载 加速下，使用较高粘度的燃料可导致注入的燃料量提高，因此更多的能量被保留在驱动涡 轮增压器的废气内。这反过来可导致进入发动机内的更高压力的空气，和因此提高空气吸 入量。发动机管理系统可能通过注入更多的燃料对此作出反应，从而驱动涡轮增压器甚至 更快。当涡轮增压器达到其最大速度时这一正反馈环中止，和发动机管理系统然后施加控 制限制升压并调节进气压力。现在认为这些效果解释了使用较高粘度燃料时观察到的性能 益处有时可能在较低发动机速度下被放大的原因。
[0018] 在较高发动机速度下，进气压力更严格地受EMS控制，则可预期较高粘度燃料的 性能益处因此下降和/或不那么容易检测到。但已发现，在较高发动机速度（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）下以及在较低 发动机速度下，VI改进添加剂可保持其性能改进效果。
[0019] 因此，可使用本发明在低的发动机速度下提高涡轮增压器的性能，其程度通常高 于仅基于燃料组合物和在其内使用的VI改进添加剂的性能可预期的那些。但也可在较高 的发动机速度下，理想地在整个发动机速度范围内，使用本发明维持改进的性能。
[0020] 本发明可包括VI改进添加剂的用途，其目的是降低当加速时涡轮增压器达到其 最大速度时的发动机速度，或者提高涡轮增压器提高其速度（特别是在低发动机速度下） 的速率，或缩短涡轮增压器达到其最大速度所花费的时间。也可使用本发明在给定的发动 机速度下、仍然特别地是在低的发动机速度下，提高进气压力（增压压力）。
[0021] 可方便地在受控的加速测试过程中通过发动机管理系统的询问测量发动机速度。 或者可使用测力计测量。加速性能测试通常在大油门开度下进行。
[0022] 涡轮增压器速度与发动机空气吸入压力（即来自涡轮增压器的增压压力）有关， 它可使用常规的压力传感器（例如位于由测试发动机驱动的车辆的吸入轨道内刚好在涡 轮增压器下游）测量，或者在一些情况下，通过发动机管理系统询问来测量。这反过来可测 定涡轮增压器达到其最大速度时的点或者涡轮增压器速度的提高速度。
[0023] 发动机扭矩可获自由测试发动机驱动的车辆车轮在测力计上施加的力。它可合适 地使用专门的设备（例如Kistler? RoaDyn?)直接由该车辆的车轮测量。发动机的功率可 合适地由所测量的发动机扭矩和发动机速度值得到，这是本领域已知的。可通过测量由发 动机驱动的车辆车轮例如在底盘测力计的辊上施加的力测量VTE。
[0024] 本发明可以是在改进内燃发动机或者由所述发动机驱动的车辆的加速性能方面 的用途。可通过使发动机加速和监测发动机速度、功率、扭矩和/或VTE、空气引入压力和/ 或涡轮增压器速度随时间的变化来评估加速性能。可在发动机速度范围内合适地进行这一 评估；其中低速性能的改进是所期望的，可例如在1200_2000rpm或1400-1900rpm的速度下 进行评估。
[0025] 也可通过合适的有经验的司机在道路上加速由测试发动机驱动的车辆，例如从0 加速到l〇〇km/h，来评估加速性能。该车辆应当配有合适的仪器例如发动机速度计，使得能 改变与发动机速度有关的加速性能。
[0026] -般地，可通过缩短的加速时间和/或通过以上所述的任何一种或多种效果例如 涡轮增压器速度的快速提高、或者在任何给定速度下发动机扭矩或功率或VTE的提高，来 证明加速性能的改进。
[0027] 在本发明的上下文中，加速性能的"改进"包括任何程度的改进。类似地，测量参 数例如涡轮增压器达到其最大速度所花费的时间的减少或增加包括任何程度的减少或增 加。这一改进可以是与在掺入VI改进添加剂之前使用燃料组合物时或者当使用其它类似 低粘度燃料组合物时的相关参数相比的减少或增加。它可与当在添加 VI改进添加剂之前 利用其它类似燃料组合物运行相同发动机时测量的相关参数相比，所述类似燃料组合物打 算（例如市售）用于内燃发动机（通常为柴油发动机）。
[0028] 本发明可例如包括利用VI改进添加剂调节燃料组合物的性能和/或性质和/或 效果，特别是它对内燃发动机的加速性能的效果，以便满足所需目标。
[0029] 正如W0-A-2005/054411所述（具体参见第3页第22行-第4页第17行），加速 性能的改进也可包括由于其它原因、特别是由于在燃料组合物内包括的其它燃料组分或添 加剂导致的加速性能降低至少在一定程度上减弱。作为实例，燃料组合物可含有拟降低其 总密度以便降低它燃烧时产生的排放量的一种或多种组分；密度减小可导致发动机功率损 失，但这一效果可通过使用本发明的VI改进添加剂来克服或至少降低。
[0030] 加速性能的改进也可包括至少部分恢复加速性能，其中由于其它原因例如使用含 有氧化组分的燃料（例如所谓的"生物燃料"）或者在发动机内与燃烧有关的沉积物的累积 (通常在燃烧喷射器内）导致所述加速性能下降。
[0031] 在使用本发明提高发动机扭矩的情况下，通常在加速时段中，在给定的发动机速 度下，与在掺入VI改进添加剂之前利用燃料组合物运行发动机时和/或利用其它较低粘度 的类似燃料组合物（通常为柴油）运行发动机时获得的相比，所述提高可以是至少〇. 1%， 优选至少0. 2或0. 3或0. 4或0. 5 %，甚至至少0. 6或0. 7 %。这一提高可与在添加 VI改 进添加剂之前利用其它类似燃料组合物运行相同发动机时在相关速度下获得的发动机扭 矩相比，所述类似燃料组合物打算（例如市售）用于内燃发动机（通常为柴油发动机），特 别是涡轮增压发动机。
[0032] 在使用本发明提高发动机功率的情况下，通常在加速时段中，在给定的发动机速 度下，与在掺入VI改进添加剂之前利用燃料组合物运行发动机时和/或利用其它较低粘 度的类似燃料组合物（通常为柴油）运行发动机时获得的相比，所述提高还可以是至少 0. 1 %，优选至少0. 2或0. 3或0. 4或0. 5 %，甚至至少0. 6或0. 7 %。这一提高可与在添 加 VI改进添加剂之前利用其它类似燃料组合物运行相同发动机时在相关速度下获得的发 动机功率相比，