[发明专利]燃料组合物

说明书

本发明涉及燃料组合物及其添加剂。具体地讲，本发明涉及用于柴油机燃料组合物的添加剂，特别是适合用于具有高压燃料系统的现代柴油发动机的添加剂。

由于消费者需求和法规，近年来柴油发动机变得更加能量有效，显示改善的性能且具有减少的排放。

性能和排放的这些改善通过燃烧过程中的改善达到。为了实现这种改善的燃烧所需的燃料雾化作用，已经开发了使用较高的喷射压力和减小的燃料喷射器喷嘴孔径的燃料喷射设备。在喷嘴处的燃料压力现在一般超过1500巴(1.5 x 10⁸Pa)。为了达到这些压力，必须对燃料做的功也使燃料的温度增加。这些高压和高温可造成燃料的降解。

具有高压燃料系统的柴油发动机可包括但不限于重型柴油发动机和较小的客车型柴油发动机。重型柴油发动机可包括功率很大的发动机，诸如具有20个主要为船舶和发电设计的汽缸变体和功率输出高达4300kW的MTU系列4000柴油机，或诸如具有6个汽缸和约240kW的功率输出的Renault dXi 7的发动机。典型的客车柴油发动机为具有4个汽缸和100kW或更小(取决于变体)的功率输出的Peugeot DW10。

在所有涉及本发明的柴油发动机中，共同的特点为高压燃料系统。通常，使用超过1350巴(1.35 x 10⁸Pa)的压力，但常常可存在高达2000巴(2 x 10⁸Pa)或更高的压力。

这种高压燃料系统的两个非限制性实例为：共轨喷射系统，其中利用高压泵压缩燃料，该高压泵通过共轨将燃料供应到燃料喷射阀；和组合式喷射系统(unit injection system)，其将高压泵和燃料喷射阀集成在一个组合件中，达到超过2000巴(2 x 10⁸Pa)的最高可能喷射压力。在两种系统中，在对燃料加压的过程中，燃料变热，常达到约100℃或更高的温度。

在共轨系统中，在被传送到喷射器中之前燃料在高压下储存在中央蓄油器轨道中或单独的蓄油器中。一些加热的燃料常返回到燃料系统的低压侧或返回到燃料箱中。在组合式喷射系统中，将燃料在喷射器内压缩以产生高喷射压力。这反过来增加了燃料的温度。

在两种系统中，燃料在喷射之前存在于喷射器体中，在此，其由于来自燃烧室的热而被进一步加热。在喷射器顶端燃料的温度可高达250-350℃。

因此，燃料在喷射前在1350巴(1.35 x 10⁸Pa)至超过2000巴(2 x 10⁸Pa)的压力和约100℃-350℃的温度下加压，有时在燃料系统内再循环回来，由此增加燃料经历这些条件的时间。

柴油发动机的一个常见问题是喷射器(特别是喷射器体)和喷射器喷嘴结垢。结垢也可在燃料过滤器中发生。当喷嘴被来自柴油机燃料的沉积物堵塞时，发生喷射器喷嘴结垢。燃料过滤器的结垢可与燃料再循环回到燃料箱有关。沉积物随着燃料的降解而增加。沉积物可为碳质焦炭样残余物或粘性或胶状残余物的形式。柴油机燃料被加热的越多，其就会变得越来越不稳定，特别是如果在压力下被加热时。因此，具有高压燃料系统的柴油发动机可造成燃料降解增加。

当使用任何类型的柴油机燃料时，都可能发生喷射器结垢的问题。然而，一些燃料可能特别倾向于造成结垢，或者，当使用这些燃料时，结垢可能更快地发生。例如，已经发现含有生物柴油的燃料更易于生成喷射器结垢。含有金属物类的柴油机燃料也可能导致沉积物增加。金属物类可能是有意地在添加剂组合物中加入燃料中或者可能作为污染物类存在。如果来自燃料分配系统、车辆分配系统、车辆燃料系统、其他金属组件和润滑油的金属物质变得溶解或分散在燃料中，则发生污染。

过渡金属尤其造成沉积物增加，特别是铜和锌物质。这些可能典型地以数ppb(十亿分之几)到至多50ppm的水平存在，但是认为可能造成问题的水平为0.1-50ppm，例如0.1-10ppm。

当喷射器变得被堵塞或部分堵塞时，燃料的传送效率变低且燃料与空气的混合变差。随着时间的推移，这导致发动机功率损耗，废气排放增加和较差的燃料经济性。

随着喷射器喷嘴的尺寸减小，沉积物累积的相对影响变得更加显著。通过简单的算术，在500μm孔内的5μm的沉积物层使流动面积减少4%，而在200μm孔中的5μm的沉积物层使流动面积减少9.8%。