[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。本发明特别涉及柴油燃料组合物的添加剂，尤其是适用在带有高压燃料系统的柴油发动机中的那些。

由于市场需求和立法，柴油发动机近年来变得能量有效得多，表现出改进的性能并具有降低的排放。

已通过燃烧过程的改进实现性能和排放的这些改进。为实现这种改进的燃烧所必需的燃料雾化，已经开发出使用更高喷射压力和降低的燃料喷射器喷嘴孔径的燃料喷射设备。喷射喷嘴处的燃料压力如今一般超过1500巴(1.5×10⁸Pa)。为实现这些压力，必须在燃料上作的功也提高燃料的温度。这些高压和高温会造成燃料降解。

具有高压燃料系统的柴油发动机可以包括但不限于，重型柴油发动机和较小的客车型柴油发动机。重型柴油发动机可以包括非常有力的发动机，如功率输出高达4300kW的具有20种气缸变体的MTU系4000柴油发动机，或如具有6个气缸且功率输出为大约240kW的Renault dXi7之类的发动机。典型的客车柴油发动机是具有4个气缸且功率输出视该变体情况为100kW或更低的Peugeot DW10。

在与本发明相关的所有柴油发动机中，共同特征是高压燃料系统。通常使用超过1350巴(1.35×10⁸Pa)的压力，但可能经常存在高达2000巴(2×10⁸Pa)或更大的压力。

这类高压燃料系统的两个非限制性实例是：共轨喷射系统，其中利用高压泵压缩燃料，该泵经由共轨将燃料供应至燃料喷射阀；和单元式(unit)喷射系统，其将高压泵与燃料喷射阀集成在一个组装件中，从而实现超过2000巴(2×10⁸Pa)的可能的最高喷射压力。在这两种系统中，在加压燃料时，燃料变热，通常达到大约100℃或更高的温度。

在共轨系统中，燃料在输往喷射器之前高压储存在中心蓄积轨(central accumulator rail)或单独的蓄积器中。常常将一些加热的燃料送回燃料系统的低压侧或送回燃料罐。在单元式喷射系统中，燃料在喷射器内压缩以产生高喷射压力。这又提高燃料的温度。

在这两种系统中，燃料在喷射之前存在于喷射器体内，在此由于来自燃烧室的热，其被进一步加热。喷射器末梢的燃料温度可以高达250-350℃。因此，燃料在喷射之前承受1350巴(1.35×10⁸Pa)至超过2000巴(2×10⁸Pa)的压力和大约100℃至350℃的温度，有时再循环回燃料系统内，由此增加该燃料承受这些条件的时间。

柴油发动机的共有问题是喷射器，特别是喷射器体和喷射器喷嘴的结垢。在燃料过滤器中也可能发生结垢。当喷嘴被来自柴油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能与燃料再循环回燃料罐相关。随燃料降解，沉积物增加。沉积物可能呈碳质焦炭状残渣或粘性或胶态残渣的形式。在一些情况下，极高的添加剂处理率可能造成沉积物增加。柴油燃料越加热，就越来越不稳定，特别是如果在压力下加热。因此，具有高压燃料系统的柴油发动机可能造成提高的燃料降解。

在使用任何类型的柴油燃料时，都可能发生喷射器结垢问题。但是，一些燃料可能特别容易造成结垢，或在使用这些燃料时可能更快发生结垢。例如，含生物柴油的燃料已被发现更容易发生注射器结垢。含金属物类的柴油燃料也可能造成增加的沉积物。金属物类可能在添加剂组合物中有意添加到燃料中或可能作为污染物存在。如果来自燃料分配系统、车辆分配销售系统、车辆燃料系统、其它金属组分和润滑油的金属物类溶解或分散在燃料中，会发生污染。

过渡金属特别造成增加的沉积物，尤其是铜和锌物类。这些可通常以几ppb(每十亿份之份数)至50ppm的含量存在，但可能造成问题的含量被认为是0.1至50ppm，例如0.1至10ppm。

当喷射器被堵塞或部分堵塞时，燃料输送较低效且燃料与空气的混合差。随时间经过，这造成发动机功率的损失、提高的废气排放和差的燃料经济性。

当喷射器喷嘴孔的尺寸降低时，积聚的沉积物的相对影响变得更明显。通过简单算术，500微米孔内的5微米沉积层将流动面积降低4％，而200微米孔中相同的5微米沉积层将流动面积降低9.8％。

目前，可以向柴油燃料中加入含氮洗涤剂以降低焦化。典型的含氮洗涤剂是通过聚异丁烯-取代的琥珀酸衍生物与聚亚烷基多胺的反应形成的那些。但是，包括更细喷射器喷嘴的更新发动机更敏感，现有柴油燃料可能不适用于包含这些较小喷嘴孔的新型发动机。