[发明专利]燃料组合物及其用途

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月21日提交的美国临时专利申请No.61/613,517的优先权。

技术领域

本发明的实施方案涉及汽油组合物及其应用，特别是在燃烧发动机中的应用。

背景技术

本部分意在介绍现有技术的各个方面，这些方面可能关系到本发明的示例性实施方案。相信本讨论会有助于提供一个框架，以有利于更好地理解本发明的特定方面。因此，应当理解本部分应当在这样的语境中阅读，而不必然视为对任何现有技术的认可。

火花点火内燃汽油发动机需要的燃料的最低辛烷值取决于发动机的设计。炼油厂一直面临着不断改进其产品的挑战，以满足政府日益严格的效能和排放要求以及消费者对于更好性能的需求。例如，在生产适用于内燃发动机的燃料时，石油生产商将多种含烃物流共混来生产满足政府燃烧排放规定和发动机制造商的性能燃料标准例如研究法辛烷值(RON)、马达法辛烷值(MON)和/或室外磨耗指数(或辛烷值)的产品，所述室外磨耗指数(或辛烷值)是RON和MON的平均值。

通常用来测量汽油无爆震燃烧性能的标准是它的辛烷值。辛烷值将汽油的爆震倾向与庚烷和异辛烷共混物的爆震倾向进行比较。对于与87%异辛烷和13%庚烷的共混物相符的汽油，确定其辛烷值为87。有三种记录辛烷值的方法。在高速和高温下用不同的点火定时向燃料的抗爆震性能施压的测量方式记为马达法辛烷值。在相对温和的发动机条件下用不同压缩比的测量方式被称为研究法辛烷值。汽油泵上记录的室外磨耗指数辛烷值是这二者的平均值。

类似地，发动机制造商通常针对燃料性质设计火花点火型内燃发动机。例如，当抗爆震性能不足的燃料在发动机内燃烧时，发动机制造商会努力尽最大可能抑制通常会导致爆震和可能的发动机损伤的自动点火现象。

在正常驾驶的情况下，取决于包括环境条件(空气温度、湿度等)、车辆荷载、速度、加速度等许多因素，发动机在较宽范围的条件下运转。燃料共混商不得不设计出可以在如此多样的条件下仍能表现良好的产品。这自然需要折中，因为通常在某些速度/荷载条件下希望的燃料性质或发动机参数被证明在其它速度/荷载条件下对整体性能是有害的。希望在现代汽油发动机中表现良好。

较高的辛烷值关系到较高的活化能(启动燃烧所需施加的能量)。由于辛烷越高的燃料需要越高的活化能，所以给定的压缩不太可能引起不可控的点火(自动点火或爆震)。辛烷值较高的燃料可以在具有高压缩比的发动机内燃烧而不会引起爆震。压缩直接关系到功率和热力学效率，因此需要辛烷值较高燃料的发动机通常具有更强的动力并因此相对于消耗的燃料热值(BTU)做更多的功。功率输出是消耗燃料性质和发动机自身设计的函数，并且涉及到燃料的辛烷值。功率受到可被送入燃烧室的燃料空气混合物的最大量的限制。当节流阀半开时，只产生总可用功率的一小部分，因为集管在远低于外部大气的压力下(低压)操作。在这种情况下，辛烷值要求远低于当节流阀全开和集管压力增大到与外部大气差不多时，或者高于增压发动机的情况(参考增压式发动机或涡轮增压发动机)。

许多高性能发动机被设计用来在高的最大压缩下操作，因此需要辛烷值更高的燃料。通常的误解是通过燃烧辛烷高于发动机制造商指定值的燃料可以提高功率输出或燃料效率。发动机的功率输出一部分取决于燃烧燃料的能量密度。不同辛烷值的燃料可以具有相似的密度，但是因为换为辛烷值更高的燃料没有增加更多的烃含量或氧气，所以发动机不能产生更多的功率。

然而，燃烧辛烷值低于发动机设计值的燃料通常导致功率输出和效率降低。许多现代发动机配有爆震检测器，所述检测器向发动机控制单元发送信号，当检测到爆震时所述控制单元相应延迟点火定时。延迟点火定时减少了燃料空气混合物爆震的倾向，但也降低了功率输出和燃料效率。因此，在高荷载和高温条件下，使用辛烷值更高的燃料，给定的发动机会有更恒定的功率输出，这是由于该燃料爆震倾向低。

定义燃料辛烷质量的另一种方法是利用式1定义的辛烷指数(OI)。

OI=(1-K)RON+KMON=RON-KS      (式1)

其中S=RON-MON