[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。特别地，本发明涉及用于柴油机燃料组合物的添加剂，特别是适用于具有高压燃料系统的现代柴油机的那些。

由于消费者需求和法规，在近年柴油机变得能源有效的多，显示了改进的性能和具有减少的排放。

已经通过在燃烧过程中的改善产生在性能上和排放上的这些改善。为实现这种改进的燃烧所需的燃料雾化，已经开发出使用更高的喷射压力和减少的燃料喷射器喷嘴孔径的燃料喷射装置。在喷射喷嘴的燃料压力现在通常超过1500巴(1.5×10⁸Pa)。为达到这些压力，必须对燃料做的功也提高燃料的温度。这些高的压力和温度可导致所述燃料的劣化。

具有高压燃料系统的柴油机可包括但不限于重型柴油机和较小的客车型柴油机。重型柴油机可包括非常大功率的发动机，例如具有20缸变体的MTU系列4000柴油机，设计主要用于船和具有高达4300kW功率输出的发电；或例如具有6缸和大约240kW功率输出的Renault dXi 7等发动机。典型的客车柴油机为Peugeot DW 10，其具有4缸和100kW或更低的功率输出（取决于变体）。

在关于本发明的所有柴油机中，普遍的特征为高压燃料系统。通常地，使用超过1350巴（1.35×10⁸Pa）的压力，但是通常可存在高达2000巴(2×10⁸Pa)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，经过共轨供应到燃料喷射阀；和单元喷射系统，其将高压泵和燃料喷射阀结合为一个组件，达到超过2000巴(2×10⁸Pa)的最高可能喷射压力。在两种系统内，在加压所述燃料时，燃料变热，通常达到大约100℃或以上的温度。

在共轨系统内，燃料在高压下储存在中部蓄压器轨或单独的蓄压器中，然后将其输送至喷射器。通常，经加热的燃料的一些返回到燃料系统的低压侧或返回到燃料箱。在单元喷射系统中，燃料在喷射器内压缩以便产生高喷射压力。这进而提高了燃料的温度。

在两种系统内，在喷射之前，燃料存在于喷射器主体内，在此由于来自燃烧室的热量进一步经加热。在喷射器末端的燃料的温度可高达250-350℃。

因此，在喷射之前，燃料在1350巴(1.35×10⁸Pa)至超过2000巴(2×10⁸Pa)的压力和约100℃-350℃的温度下受压，有时被再循环回燃料系统内，因此增加燃料经历这些条件的时间。

柴油机的普遍问题为喷射器，特别是喷射器主体和喷射器喷嘴的结垢。结垢还可发生在燃料过滤器中。在喷嘴变得被来自柴油机燃料的沉积物阻塞时，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。沉积物随燃料的劣化而增加。沉积物可采取含碳焦状残余物或粘性或胶状残余物的形式。柴油机燃料受热越高，特别是如果在压力下受热，它们变得越来越不稳定。因此具有高压燃料系统的柴油机可导致增加的燃料劣化。

喷射器结垢的问题可在使用任何类型的柴油机燃料时发生。然而，一些燃料可特别倾向于导致结垢，或在使用这些燃料时结垢可更快速地发生。例如，已经发现包含生物柴油的燃料更容易产生喷射器结垢。包含金属物类的柴油机燃料还可导致增加的沉积物。金属物类可特意在添加剂组合物中加入到燃料中，或可作为污染物物类存在。如果来自燃料分配系统、车用分配系统、车用燃料系统、其它金属成份和润滑油的金属物类变地溶解或分散在燃料中，就会发生污染。

过渡金属特别地导致增加的沉积物，特别是铜和锌物类。这些可通常以从几ppb(十亿分之几)高至50ppm的水平存在，但是相信可能会导致问题的水平为0.1-50ppm，例如0.1-10ppm。

当喷射器变得阻塞或部分阻塞时，燃料的输送较低效，且燃料与空气不良混合。这随时间导致发动机功率的损失、增加的废气排放和不良的燃料经济性。

当喷射器喷嘴孔的尺寸减少时，沉积物积聚的相对影响变得更加显著。通过简单的运算，沉积在500μm孔内的5μm层减少了4%的流通面积，然而沉积在200μm孔内的相同的5μm层减少了9.8%的流通面积。

目前，含氮去垢剂可加入到柴油机燃料中以减少焦化。典型的含氮去垢剂为通过聚异丁烯取代的琥珀酸衍生物与聚亚烷基多胺反应形成的那些。然而，包括更细喷射器喷嘴的更新的发动机更敏感，且现有柴油机燃料可能不适合连同结合了这些较小喷嘴孔的新式发动机使用。