[发明专利]季铵化烷基胺作为燃料和润滑剂中的添加剂的用途

说明书

本发明涉及季铵化烷基胺氮化合物作为燃料添加剂和润滑添加剂的用途，如，特别是作为去污添加剂的用途；用于减少或防止直喷式柴油发动机的喷射系统、尤其是共轨喷射系统中的沉积物，用于减少直喷式柴油发动机、尤其是具有共轨喷射系统的柴油发动机的燃料消耗，并用于使直喷式柴油发动机、尤其是具有共轨喷射系统的柴油发动机的功率损失最小化；以及作为用于汽油燃料、尤其是用于DISI发动机的操作的添加剂。

背景技术

在直喷式柴油发动机中，燃料通过多孔射出喷嘴喷入并以超细形式分布(雾化)，其直接到达发动机的燃烧室，而不是像传统的(腔室)柴油发动机一样引入到预燃烧室或涡流室中。直喷式柴油发动机的优点在于柴油发动机的效能高、燃料消耗低。此外，这些发动机即使在低速度下也能达到非常高的扭矩。

目前，主要有三种方法用于将燃料直接喷射到柴油发动机的燃烧室中：常规的分配式喷射泵、泵-喷嘴系统(单位喷射系统或单位泵系统)，以及共轨系统。

在共轨系统中，柴油燃料通过最高达2000巴的压力经由泵输送到高压管线——共轨中。从共轨开始，支路管线进入不同的喷射器，这些喷射器将燃料直接喷射到燃烧室中。全部压力总是施加至共轨，这使多次喷射或特定喷射形式成为可能。相比之下，在其他喷射系统中，仅较小的喷射变化是可能的。共轨中的喷射主要分为三类：(1)预喷射，通过预喷射实现基本上柔和的燃烧，以使刺耳的燃烧噪音(“nailing”)降低，发动机看似安静运转；(2)主喷射，良好的扭矩分布主要归因于此；和(3)后喷射，其主要保证了低NO_x值。在后喷射中，燃料通常是不燃烧的，而是通过气缸中的残余热蒸发。所形成的废气/燃料混合物被输送到废气系统，在废气系统中，在合适的催化剂的存在下，燃料起到氮氧化物NO_x的还原剂的作用。

共轨喷射系统中的可变的、气缸单独喷射可有利影响发动机的污染物排放，例如，氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)且尤其是颗粒(烟灰)的排放。这使得例如装配有共轨喷射系统的发动机即使在没有额外颗粒过滤器的情况下也可在理论上达到Euro4标准。

在现代共轨柴油发动机中，在特定条件下，例如当使用含有含生物柴油的燃料或具有金属杂质如锌化合物、铜化合物、铅化合物以及其他金属化合物的燃料时，在喷射口上会形成沉积物，其不利地影响燃料的喷射性能，并且因此损害发动机的性能，即尤其是使功率降低，但在一些情况下也使燃烧恶化。沉积物的形成通过对喷射器结构进一步开发而进一步增强，尤其是通过喷嘴几何形状的变化(更窄、具有圆形出口的锥形口)。为了发动机和喷射器的长期的、最佳的运行，必须通过合适的燃料添加剂防止或减少喷嘴口中的这些沉积物。

在现代柴油发动机的喷射系统中，沉积物引起显著的性能问题。公知的是，喷雾通道中的这些沉积物可导致燃料流动性下降并且因此导致功率损失。相比之下，在喷射端口处的沉积物破坏燃料喷雾的最佳形成，因此，使燃烧恶化、相关的排放量更高且燃料消耗增加。与这些常规的“外部”沉积现象相比，“内部”沉积物(又统称为内部柴油喷射器沉积物(IDID))，尤其是在喷射器的特定部分如喷嘴尖端、控制活塞、阀门活塞、控制单元和这些组件的引导器中，也不断地引起性能问题。常规的添加剂对这些IDID显示出的作用不足。

US 4,248,719记载了季铵化铵盐，其通过使烯基琥珀酰亚胺与单羧酸酯反应而制备，并在用于防止沉积形成的润滑油中用作分散剂。更具体而言，记载了例如聚异丁基琥珀酸酐(PIBSA)与N,N-二甲氨基丙胺(DMAPA)的反应和用水杨酸甲酯的季铵化。然而，此处未提出在燃料、更具体而言柴油燃料中的用途。此处未记载具有<20％的低双马来酸酐化(bismaleation)水平的PIBSA的使用。

US 4,171,959记载了烃基取代的琥珀酰亚胺的季铵化铵盐，其适于用作汽油燃料组合物的去污添加剂。季铵化优选使用烷基卤化物完成。还提及了有机C₂-C₈烃基羧酸酯和C₂-C₈烃基磺酸酯。因此，根据此处教导而提供的季铵化铵盐具有卤素或C₂-C₈烃基羧酸根或C₂-C₈烃基磺酸根作为反离子。此处同样未记载具有<20％的低双马来酸酐化水平的PIBSA的使用。