本发明涉及用于喷气发动机、涡轮发动机、柴油发动机及其它燃烧系统 的燃料组合物。更具体地说，本发明涉及能够改善燃烧和/或降低燃烧温度， 从而改善热效率及减少有害排放物的有机锰燃料组合及机械和/或化学方 法。

各种有机锰化合物(如甲基环戊二烯基三羰基锰-MMT等等)掺合到烃 类燃料中作为抗爆剂是人所共知的。见USP2,818,417；2,839,552；及 3,127,351(在此引证以供参考)。有机锰用于较重的燃料类中，如煤、柴油及 喷气燃料，也是人所周知的，而且被认为有助于减少冒烟及固体颗粒物排出。 参见USP3,927,992；4,240,802；4,207,078；4,240,801。

无论有机锰的抗爆震作用及其它好处怎样，它用于烃燃料中仍然引起了 另外一系列环境及实际问题。即在烃燃料燃烧时有机锰化合物产生了有害锰 氧化物(Mn3O4及Mn2O3)，它们复盖在引擎部件、燃烧系统、涡轮，排气管 表面及排放物/排气管催化剂等上面，从而引起诸如早期疲劳、破损、过度磨 损、金属颗粒排出物，长期烃排放物剥蚀等等问题。参阅USP3,585,012； 3,442,631；3,718,444及我的EPO专利0235280。

例如，氧化锰沉积在喷气引擎、涡轮等等上面早就成为使用锰的一个主 要障碍。由于这些沉积的严重性，曾经开发过各种方法，以便从喷气引擎上 除去这些氧化物。参阅USP3,556,846；3,442,631；3,526,545；3,506,483。不幸 的是，由于很不见效，最后锰的这种应用只得暂停。

众所周知，这些沉积物在催化剂表面上产生一种扩散障碍层，降低了催 化效率。参阅Williamson、Gandhi、Weavec“燃料添加剂MMT对污染物 滞留及催化剂性能的影响”SAE Paper821193，1982。

因此，乙基(Ethyl)公司从70年代至80年代做了大量的努力，试图寻求 解决这个问题的办法。他们的工作包括采用各种含氧化合物与有机锰组合一 起。参见实施例USP Re29,488；3,950,145；3,948,618；4,028,065；4,052,171； 4,141,693；4,191,536；4,317,657；4,175,927；4,082,517；3,958,955；3,926,581及 3,926,580。但是，解决这个基本问题的任何工艺方法都没有取得商业化的成 功，尽管这样的需求十分迫切。

因此，一段时间以来，本领域技术人员都知道，有机锰即使用量很少时， 也会导致违反美国制订的排污控制法，并且在美国国内对在无铅汽油中添加 任何数量锰，法律上都是禁止的。

虽然如些，  乙基公司上一次根据清洁空气法ζ211(f)要求获得E.P.A对 MMT的让步的失败偿试是要求一种非常适中的锰浓度1/32克(1992年1月8 日被拒绝。)。

所有的前期努力，包括浓度在1/64至1/8克的范围，都遭失败。一般参 阅美国环保局、RE、拒绝对MMT要求让步的申请、联帮登记册43卷No. 181，星期一，1978年9月18日，乙基公司；拒绝对燃料要求让步的申请， 决议总结，联帮登记册46卷230期，星期二，1981年12月1日。

近来，汽车生产者重新开始关注锰易于形成有害氧化物倾向问题，即使 在很低的锰浓度1/32克条件下也生成有害氧化物，据被称为“OBD-II催 化剂效率监视器”的车载催化剂监测新系统由于氧化物沉积在催化剂冲洗涂 层上而遭损害。参阅Hurley，Hansen，Guttridge，Gandhi，Hammerle及Matso：“燃 料添加剂甲基环戊二烯基三羰基锰对排放及排放物成分持续性的影响”， SAE，Paper 912437，1991；Hurley等“在燃料添加剂MMT影响下汽车催化剂 的特性”  SAE，Paper，890582，1989；Hubbard等“MMT对OBD-II催化 剂监视器的影响”SAE，Paper，932855，1993。

于是那些本领域技术人员继续认识到在法律上及环境方面长期禁用 MMT，使可将锰用于规定的无铅汽油及排放系统的概念被放弃。

甚至乙基公司(MMT唯一生产厂家)由于缺乏有效办法减少或控制有害 氧化物，看来似乎在这种意见一旦批准后，也不得不予以屈从，只有浓度很 适中(例如至多1/32克锰)，但是仍在催化剂上涂敷上“很低浓度”的氧化物。 参见：“乙基公司最近的关于ζ211(f)让步要求申请书及其欧州专利申请， EPO Applications 92302679.3；91306359.0；91306360.8及92307609.5(与让步 要求努力同时递交)。

在此领域中，采用多种的燃料可溶性碳酸酯类也有披露，参见USP 2,331,386(在目前对氧化锰关注之前1939年颁布)。这篇专利披露了范围很广 的烷基、同系烷基、芳基及酰胺碳酸酯类，用于燃料油炉及內燃机中。

在此技术领域后来发现的碳酸酯类的披露，一般都涉及在无金属/锰的燃 料或组合物范围之內。例如，USP4,891,049；4,904,279；和5,004,480披露了 在中间馏份燃料中添加无金属的烷基碳酸酯，用于压燃式，柴油及喷气发动 机中。

USP4,600,408(1986颁布)披露了一种烷基苯基碳酸酯作为抗爆剂。这篇 专利注意到了前述有机锰氧化物问题，同样披露组合物必须不含锰。

自从本领域技术人员放弃了长期的解决有机锰固有的氧化物不适用问 题的希望以来，就认为锰只有在美国加铅汽油中才是合法的，专业人员们已 不打算把MMT与使用铅添加剂分割开来。参见如欧州专利申请EPA 91306278.2，它涉及“非对称二烷基碳酸酯燃料添加剂”，明显地认识到这一 点而将四乙基铅、四甲基铅及环戊二烯三羰基锰连在一起进行披露，而并未 建议分别使用它们。

申请人发现一种新型的高能冷却燃烧组合物及方法。

申请人发明要点在于发现重金属氧化问题的根源，也就意味找到了预防 金属燃烧时重氧化物生成的方法。

申请人已发现引起燃料含有金属包括有机锰化合物在燃烧时产生有害 重颗粒/复盖锰氧化物的操作机理，这就是由于未达到理想燃烧过程所致，其 中燃烧速度及燃烧温度未达到最佳条件。

通过有效地增加燃料燃烧速度，同时合理地降低燃烧温度，申请人不仅 控制或避免了有害金属氧化物的生成，还释放了非铅金属的能量，得到一种 新的清洁“高能源”类型的推进剂/燃料及燃烧过程的方法。

实质上申请人已发现了一种燃烧过程，包括有某种化学结构/子结构，及 /或机械结构/子结构，它们同时1)、增加燃烧速度；2)、维持可称之为自由 能的高释放速度；处于3)降低了的燃烧温度之下。

附图的简要说明

图1，燃烧温度差异。在不同引擎负载下通过测量排气温度比较了不同 燃料组合物的燃烧温度间的差异。

图2，燃烧温度与烃排放量。比较了燃烧温度差异及其与生成烃排放量 的关系。

图3，燃烧温度与NOx排放量。比较了燃烧温度差异及其与产生NOx排放量的关系。

图4，指示燃烧速度。比较了不同负载下不同燃料的燃烧速度。

图5，燃烧速度与HC排放量。比较了燃烧速度与HC排放量生成的关 系。

图6，燃烧速度与NOx排放量。比较了燃烧速度与NOx排放量产生的 关系。

图7，技术贫油操作(Eenleanment)。说明维持含氧化合物燃料的最低馏 出温度导致热驱动能力及燃烧改善。

申请人的发明在于发现了重金属氧化物问题的根源及其解决办法，如增 加燃烧速度和/或降低燃烧温度，这是本发明之精髓。

申请人发现加速及改善燃烧，以达更优状态，同时又降低燃烧温度和延 长燃烧周期的方法及组合物。

申请人还进一步发现，在这些改进了的燃烧条件下，最没料到的是，金 属本身变成为一种燃烧过程中必要和有效的物质，未料到地改善了热效率， 燃料经济性，净有效功，功率产生及推力等等，同时又减少了有害污染物。

在本发明正文中，申请人一般均涉及热效率，包括在化学及机械范围內 的，如化学反应效率及系统内产生的有用功的量，如自由能。

申请人实际上对每种情况均已发现，热效率，特别是在作为系统产生的 净有效功的函数测量时，是增加了。通常这是非常可观的。同时，因为重金 属氧化物没有生成，由于燃烧温度的冷却性，燃烧系统将得到使用寿命延长 的好处，及易于操作的好处。

例如，申请人未预料到地发现，热效率超过现用燃料及燃烧系统的2.0 ％至20％数量级。而且，根据具体情况(如燃烧系统，燃料结构)平均改善范 围可以从2.0％至5.0％，5.0％至10.0％，或者更高，对于最普通的改善范 围，也是从0.05％至1.0％至2.0％。特别的改善范围可以从10％，25％ 至40％，30％至80％或更高。

另外，由于申请人改进了燃烧及燃料注入系统的设计使申请人发明的独 特的燃烧特征最佳化，因而最终期望得到更多一些改善，达到5％至25％或 更高。

申请人期望对于航空喷气系统及航空汽油引擎在高空情况下有明显的 燃烧及能量转换的改善，也考虑到了在广范围应用中，如在柴油、汽油、燃 料油，瓦斯涡轮机等应用中具有同样的改进。

申请人的燃烧方法、燃料化学、燃烧器、燃料注入系统、空气交换及排 放系统，对于实施本发明都是重要结构。

申请人发现未曾预料到的协同作用及多项优点，在本发明的应用这将会 变得更为明显，正如下文所详述。

因此，有关引擎、燃烧器、燃烧系统、注入、空气喷气及/或排放系统的， 以增强本发明燃烧为目的新设计、新方法及/或操作，都是本发明的实施方 案。

同时操作一台或多台所述系统，或独立应用单个系统，或所述系统的成 分或子成分，在本发明实施中都予以考虑。而且可以单独将此类结构用于申 请人的增强燃烧的燃料，亦即用它单独可完成增加燃烧速度及/或降低燃烧温 度，这也是一种实施体现。但是连接此类系统就可实现协同作用，否则就不 能达到此目的。

本发明基本上在于，与使用含金属组份的燃料结合一起达到：1)通过 a)、提高层流燃烧速度(ECS化学及/或蒸馏改进方法)，.b)、提高紊流速度(化 学的及/或机械的方法)的手段增加燃烧速度，2)、降低燃烧温度(化学的及/ 或权械的方法)。

因此，申请人的发明综合了多方面相互关连的化学及物理的因素，都是 对实施本发明至关重要的因素。

本发明的一种实施方案在于，应用任何数目的非铅金属(但是环结构 (cyclomatic)锰化合物是初期优选的)作为申请人的燃料组合物的一个成分。

但是，往下将愈来愈明显，使用金属并非必要，因而可以立即想到，披 露的金属可以理解成是另外的东西。

设想到采用能用来增加燃烧速度的化合物/成分及/或化学的及/或机械的 过程、方法及手段，包括它们的组合物及子组合物。即使是在没有要求时， 优选燃烧温度同时也降低。

实践本发明时，当采用含氧化合物时，氧含量愈大愈好。氧含量按重量 计可以在0.0001至80％的范围。个别燃料组合物及燃烧系统有所限制的。 但是，只有在氧含量达到1.0％、1.5％、2.0％或更高后，才会得到有益的 效果。更优选的浓度在2.0％或更高。但是对于应用了共燃料的情况，较低 一些的浓度也是可以接受的。理想的氧浓度(按重量计)范围是0.001至30.0 ％。氧的另外重量浓度包括有0.001至15.0％；0.5％至1.5％；0.3％至2.7 ％；2.0％至3.7％；0.2％至0.9％；1.0％至4％；2.0％至8.0％；1.8 ％至12％；2.0％至10.0％；3.0％、5.0％至40％；2.0％至53％。

预计在净燃料及火箭应用中氧浓度将会更大一些。在共燃料初期使用时 (见下述)浓度可以更适中一些。但是，在申请人的燃料中目的仍在于包含较 高的氧浓度，尤其是活性氧，以便能够迅速及强烈地与金属进行反应。

在实施本发明中，这种燃料燃烧速度超过未调节燃料或燃烧系统的增加 率的可接受的范围从1.0％到约800％，或更高。速度增加从0.2％、0.5％、 1.0％、2.0％、3.5％、5％到10.0％；从7.0％至15％；从9.0％到25 ％；从5.0％到20％；从12％到30％；从15％到40％；从20％到50％ 都是理想的。更理想的增加范围是从5％到60％，从10％到80％，从20 ％至100％，从30％到150％。其它的增加为从约100％至200％，从100 ％至300％。增加200％至400％，300％至600％，400％至800％，500 ％至900％也是考虑范围内的和理想的。增加300％或更高是特别理想的， 尤其对于申请人前述燃料及燃烧系统。超过这些范围的增加也是预计到的和 理想的。

不同的化学方法也将影响不同燃烧速度的增加和燃料应用。本发明的一 个明确目标，就是根据燃料化学、燃烧系统、燃料注入及空气喷气系统、操 作条件、所要求的热效率以及成本使燃烧速度最优化。

燃烧速度的提高及/或燃烧温度的降低都将随燃料组合物、燃烧及机械系 统的改进而变化。    

为有利于利用、增强、或造成可能的提高燃烧速度及/或降低燃烧温度的 效果，明确可考虑到压缩比、压缩压力、燃烧压力、燃烧室设计、未燃气组 合物的温度、等值比、点火时间，残余气体分数、燃料注入压力及时间、空 气喷气系统，空气入口温度、排气系统、排气催化剂，热交换方法/系统、润 滑系统、冷却剂系统、和/或相关方法及/或机构，包括它们的组合及/或子组 合等都可加以改进。

爆震传感器技术可以有望用于较高压缩点火引燃的汽油引擎，在需要时 控制火花同步时间，以避免爆震。因而，应考虑到申请人优选的较高压缩引 擎同时应用爆震传感器技术。

设想到本发明的许多应用，只有在达到某种操作界限时，才有可能得出 充分的肯定。例如，如前所述及后面还将更详细介绍的，只有在引擎操作达 到适度至中等重负载条件后，改善燃料经济性的效益才可能完全表现出来。 而且没有其它调整机械改进，如对汽油减少MBT火花提前等，本发明的全 部优点不可能得到。

增大汽化馏份的预点火或后点火分压，对于促使燃烧速度增加是特别有 效的，因而汽化馏分的预点火/后点火特性及那些与在未燃气中的热量及活性 反应中心的扩散相关的因素等等是决定性的，需要加以最优化，这也是本发 明的一个目标。

申请人发明的一个目的在于，通过预/后点燃预燃烧气体的扩散作用，增 加未燃气体的动量/粘度，使之尽可能地接近已燃气体的粘度，减小已燃气与 未燃气间的粘性阻力。消除这样的阻力，增加燃烧速度的主要目的就可达到。

因此，蒸发或注入或压缩未燃燃料蒸汽，以此方式在燃烧之前增加它在 气体混合物中的蒸汽分压是理想的和预以考虑的。

而且，化合物/成分及/或机械的及/或其它增加燃烧室內后点火/预燃烧的 气体混合物的温度及速度的方法是优选的。

在蒸汽状态下，某一给定燃料的燃料密度差未必会直接影响燃烧速度的 改善。换句话说，一旦蒸发了及/或一旦按照本发明设想的方式及理想的颗粒 大小的燃料注入到燃烧室/燃烧器内之后，申请人发明的燃烧速度的改善未 必就一定对燃料类型敏感。

因之，由于部分蒸发改变引起的蒸汽组合物的变化，未必本身就会产生 可测量的效果。

在实际的燃料-空气-残余气体的混合物中，相对而言未燃气体的火焰 传播速率是一个直接影响本发明有益目的的基本参数。因而，使发生于火焰 中的基元反应最大化，使含有增强燃烧(见下述)组合物的各种气体的质量及 热量扩散系数适应于增加燃烧速度，是本发明明确的实施方案。

正如所指，本发明目的之一是增加紊流燃烧速度，紊流燃烧速度是热力 学及紊流参数两者的函数。紊流度与引擎设计、燃烧室设计、燃料注入操作 以及引擎操作参数，如等值比及火花时间等是相关的。

本发明的一个直接实施例，是通过增加层流燃烧速度来增加紊流燃烧速 度，因为增加层流是与紊流速度复合一起的。

本发明的一种具体实施方案，在于通过改进热力学因素增加层流燃烧速 度，包括但不局限于：改进热、扩散、燃料组合物中的支链增强化学方面的 特性；改进蒸馏温度；改进ECS化学(见下述)；改进燃料等值比；改进火花 提前；减小注入燃料颗粒大小；改进注入角度、注入压力及压缩压力；以及 改进空气喷气能力等等。

本发明的一种具体实施方案，在于通过改进燃烧系统、燃烧器、燃烧室 的形状及设计，及/或改进在燃烧之前、之中及之后的，如预燃烧室之后的气 体流入燃烧室的速度及/或方向来增加紊流程度。

那些增加燃烧压力及/或压缩压力的运作方法也都是需要的。

对于火花点火内燃机的情况，火焰速度也是与进气速度成比例的。但是 过高的进气速度会大大降低吸入到气缸的燃料与充入空气的重量。要获得高 紊流度而无高进气速度，燃烧室设计成在压缩冲程接近结束时产生紊流是理 想的。紊流预燃烧室、超前燃料-空气混合系统以及其它手段都是优选的。

但是，本发明的一个具体实施方案，是采用高进气速度来增加紊流，因 为ECS化学是能够大大抵消充气重量减少的影响，因此汽轮增压(turbo- chargring)及超增压，都是明白的具体实施方案并都是优选的。

采用对辛烷值(ONR)要求相对较低的，或压缩比要求较低的，或允许使 用具有一定辛烷值的对燃料又有较高压缩比的燃烧系统，这是明显要考虑到 的。

化学的及/或机械的手段，例如包括用以调节燃料空气当量比的排出氧传 感系统(包括EGO传感器)，因而能够有利于实现本发明燃烧速度的目的，这 些都是需要和应考虑到的。

显然，有许多的化学的和机械的方法及其变化的形式，当按申请人的发 明进行组合及利用时，就会达到本发明的目的。

沸腾温度降低及改进实施

设想到另外一些降低燃烧温度，改善燃烧速度的方法。一种方法是降低 组合物的终沸点。申请人发现，减少或消除燃料中较高沸点的烃类，燃料的 平均蒸发潜热有所增加，而不损失功。申请人意外发现了燃料的经济性有所 改善。

申请人的意图是，减少及/或修改烃类的重质部分的流出，降低及/或调 整T-90、T-50、 T-10点的蒸馏温度。

因此，降低沸点温度，如终沸点及T-90温度，结合申请人的发明， 燃烧温度及/或燃烧速度得以改善。

对于宽沸程燃料，包括汽油，瓦斯油涡轮燃料、燃料油、柴油及车用汽 油等，降低其终沸点、T-90点及T-50点温度，都会得到好处。也可有 限用于窄沸程燃料。

例如，对于宽沸程石油馏分，如柴油、重柴油、瓦斯油涡轮燃料、宽切 割的喷气燃料(JetB、JP4)、燃料油、汽油等，降低燃料的蒸馏沸腾温度， 特别是降低终沸点及/或T-90点温度5°F至20°F，10°F至30°F， 20°F至50°F，25°F至60°F，40°F至70°F，50°F至80 °F，60°F至90°F，70°F至100°F，80°F至120°F，40 °F至150°F，75°F至175°F，60°F至200°F，70°F至225 °F，80°F至250°F， 90°F至275°F，100°F至280°F，110 °F至300°F，120°F至320°F，140°F至350°F或以上，对于 提高燃料固有的蒸发潜热，降低燃烧温度，增加燃烧速度等是特别有效的。

因而，本发明的一种特别的实施方案在于，降低共-燃料的终沸点及T -90沸腾温度，它与ECS燃料共用及/或为单独燃料使用降低T-50，T -10点温度，以这样一种方式改善燃烧，也是本发明的一种实施方案。

在实践本发明中，考虑到了终沸点/T-90点温度降低与金属的应用结 合在一起，而没有使用ECS化合物；从而减少了在主燃烧区的游离碳的生 成，减少了有害排放物，减少或控制了在排气管催化剂床上的锰氧化物的生 成等等。对于车用燃料，这种T-90点的降低有助于降低VOC、烃及/或 NOx排放物。

十分意外的是，申请人发现，当汽油T-90点温度降低至270°F以 下，掺混少量的Mn，表现出明显的燃烧优越性。申请人意外地发现，即使 在具有较高热值的成分由于降低T-90点温度而被除去，燃料的经济性及/ 或里程数得以提高。

显然，对燃料和对在T-90点降低时被除去的成分及保留下来的那些 成分这种效应是敏感的。

实施例1

一种增加用传统的或重新配方的汽油运作的车辆的燃料经济性的方 法，包括降低汽油沸程温度，使其T-90馏出温度不高于270°F；混合 MMT到组合物中达1/32克锰/加仑；在汽油动力装置的车辆中燃烧所述组合 物，燃料经济性因此提高0.5％或以上。

实施例2

按照实施例1的方法，此法的燃料经济性提高，超过了没有降低T-90 点温度的清洁燃料及含有MMT的同样燃料。

优选的沸点减少实施包括除去较高沸点的烷烃、芳香烃、环烷烃及烯 烃。

同样的降低及/或控制T-50点温度也是理想的，只要不影响技术贫油 的方法，或不影响热驱动能力。

申请人注意到，中间范围的沸点控制，在使用充氧的燃料时是特别重要 的，尤其是对汽化器系统。

在实践本发明中，所述沸点改进/控制，改善了燃料燃烧及/或燃烧速度 的特征。

当所用含氧化合物量使在燃料中含氧量(重量)超过0.5％，尤其在用近 代引擎运作时，中间沸程温度应当从约160°F/170°F/180°F至约205°F。 中间沸程温度偏离这些范围，看起来都不太有效。

重要的是，申请人发现，当采用降低T-90点温度及控制中间沸程温 度两种手段，含锰燃料(没有加入充氧化合物的)会获得最大燃烧好处，如改 进了燃料经济性，降低了氧化锰的形成及/或提高了热驱动能力。

而且，加入某种充氧化合物会进一步增强这种收益的效果。ECS含氧化 合物愈好，其收益效果愈大。

申请人知道，未来的汽车引擎及燃料都将会改进，以达到更好的性能及 排放效果，因此申请人考虑到了在未来采用更低一些的T-90及中间沸程 的沸点温度。

实施例3

一种降低了终沸点和/或T-90点温度的燃料组合物，其作用在于提高 平均蒸发潜热。

实施例4

按照实施例3，一种降低了T-90点温度到270°F，或更低一些的含 锰燃料，其燃烧排放物及燃料的经济性都比同样没调整T-90点温度的燃 料有所改善。

实施例5

按照实施例4，其燃料的T-90点温度低于280°F，更优选的是低于 270°F，并加入有MMT达1/32克锰/加仑，其燃料的经济性超过未加调整 的同样燃料的0.2％以上。

实施例6

按照实施例5的组合物，减少了的排放物包括有毒及/或NOx排放物。

实施例7

按照实施例5，其中MMT数量在每加仑1/32克锰或更少，其燃料经济 性提高0.2％(优选的是1.0％，1.5％或以上)

实施例8

按照实施例7，这里用了一种含氧ECS化合物，其重量超过0.5％，在 近代汽车引擎中运转，汽油的中间沸程温度从170°F到大约205°F。

实施例9

按照实施例8，其中组合物的ECS化合物有足够的浓度，以使该组合物 的平均燃烧速度在用层流本生灯测量时超过了清洁燃料5％或以上。

实施例10

按照实施例9，其中添加的ECS化合物量足以使平均燃烧温度降低25° F，测量是在至少指示马力(ihp)20的负载下进行。

申请人注意到了本发明用于汽油时(如带有/未带有金属时添加ECS化合 物)出现的情况，当T-90点温度等于或低于约300°F、280°F、270°F、 260°F及任意的当T-50点温度处在大约160°F至205°F或170°F至205 °F、180°F至205°F；或另一种情况处在160°F至190°F、或160°F 至180°F的范围內(特别是在后期应用中)时特别有好处。

中间沸程温度控制的应用一般是可以用于所有宽沸程燃料。

燃烧温度的改进

在实践本发明中，优选的燃烧温度降低范围是从10°F至500°F。 降低25°F至50°F或以上，是理想的。降低100°F或以上是理想的。降 低5°F至15°F、10°F至25°F、15°F至30°F、20°F至40 °F、25°F至45°F、30°F至50°F、35°F至60°F、40°F 至55°F、45°F至60°F、50°F至65°F、55°F至75°F、 65°F至75°F、70°F至95°F、85°F至105°F、100°F至120 °F、110°F至140°F、100°F至130°F、110°F至150°F、 120°F至160°F、150°F至250°F、250°F至450°F、200°F 至500°F、300°F至600°F、200°F至800°F、400°F至1000 °F、300°F至900°F、500°F至2000°F、600°F至2500°F， 或以上，都是优选的，特别是燃烧速度同时增高的情况。降低在上述范围之 外的是完全可以预料到的，特别是在申请人的增强燃烧的化合物(参下文)的 浓度增加为燃料组合物一个百分体积的时候。

对于汽油，降低的排气温度，变成为增加的功率及/或降低的排气管催化 剂入口温度。本发明的一种简明实施方案在于，减少排气管催化剂入口温度， 以避免催化剂阻堵。因此，一种直接的目的就是，降低催化剂入口温度至约 1400°F或以下，1350°F、1300°F、1250°F、1200°F、1150 °F、1100°F、1050°F或以下，其它温度要足以确保可接受的催化剂 活性，避免很可能的氧化锰堵塞。

这样的特点，甚至当燃料中所含金属浓度低时，也是顾及到了的。如 前所述，对于不太高的至多1/32克锰时的含量，也有无可争议的证据表明有 少量氧化锰复盖于冲洗涂层表面上。这样少量锰复盖引起氧积累，对于在下 位设置的用于监视在后催化剂排放气中缺氧状态的氧传感器产生错误信号 (此传感器称为OBD-II催化剂效率监视器)。不幸的是，锰沉积物，由于从 排气中积蓄了氧，遮掩了催化剂真实效率。换句话说，OBD传感器，在锰 的蓄氧能力还可以接受的时候，将显示出有误的催化剂效率。因此，锰的复 盖行为又另外引起了OBD监视器的失效。

因此，燃烧温度控制设想的是一种控制来自低锰浓度的冲洗涂层沉积物 的方法，而勿需借助申请人发明的任何其它方法。

实施例11

一种避免氧化锰堵塞或复盖排气管催化剂的方法，所述的方法包括：将 足够数量的一种高汽化潜热的ECS燃料与一种传统的无铅汽油或含有1/32 克Mn/加仑或以上的MMT的重配方的汽油混合在一起，这里所述的燃料的 燃烧及排气温度被充分地降低，以使催化剂的入口排气温度低于1400°F， 更优选的是低于1200°F。

实施例12

一种避免氧化锰堵塞或复盖排气管催化剂的方法，所述的方法包括：改 进T-90点汽油温度，以降低含锰量低的燃料的燃烧温度，所述燃料的燃 烧及排气温度被充分地降低，使得催化剂入口排气温度低于1400°F。

申请人发现在较高温度的系统中温度降低得更为明显。

实施例13

在某一燃料、某一燃烧系统组合中，这种组合的特征在于：所述燃烧系 统燃烧所述的含有某一燃烧改善所需数量的CMT，以及用于降低燃烧温度 和同时增加燃烧速度的化学方法，从而使燃烧温度至少降低10°F、25° F、50°F，而燃烧速度增加至少10％，以致在负载从14ihp到24ihp范 围內燃料的经济性至少提高5％(反映在图1及图4中的试验数据是对实施例 的直接支持，图中数据实际的温度降低近似72°F，而燃料经济性增加20 ％至30％)。    

实施例14

按照实施例13的组合，其中温度降低及燃烧速度增加的方法是碳酸二 甲酯及金属浓度范围为0.01至3/16克锰/加仑的MMT。

化学方法

意外发现了的是，燃烧的某些分子特征与热量及活性反应中心在未燃气 体中的快速扩散有关，包括未燃气体在火焰前沿的快速扩散，造成燃烧速度 增加。这样的分子结构有，但不局限于H、H2、O、O2、CO、F、F2、 F3、N、B、Be、BO、B2、BF、AL、ALO、CH3、NH3、CH、 C2H2、C2H5、Li、ONH、NH、NH2、OCH3(甲氧基)、OCH、OCH2、 及OH(羟基)。另外被认为能导致有益效果的化学结构包括有Cl、OCOO、 COOH、C2H5OOC、CH3CO、OCH2O、OCHCO及CONH2。

优选的是，在燃烧时这些基团不稳定，具有能参与化学成键的游离的或 未用的价电子。非常希望的是，它们在燃烧的主链反应中起着链反应活性中 心的作用，特别是在与某个金属结合一起的时候。燃烧产生解离的及不稳定 的分子和原子(如OH、CN、CH、NH等)，接着再缔合，导致连续燃烧， 增加了排气速度，这是优选的。

申请人发现他的优选自由基的生成热相当低。所述自由基的接受的生成 热一般都低于150、100、75、或50kcal/mole。其它的生成热包括有 34(CH3)、26(C2H5)、9.3(OH)、2.0(CH3O)kcal/mole。负生成热也是可以接 受的，这是考虑到了的。

对于含有所述自由基(ECS化合物)的化合物的正的或低值负生成热是优 选的。可接受的负生成热范围包括有那些大致低于-200、-180、-160、 -150、-145、-130、-120、-100kcal/mol，更为优选的是低于- 90、-80、-75、-70、-65kcal/mol以及最优选的是大致低于-60、- 55、-50、-45、-40、-35、-30、-20、-10kcal/mol或正值。 愈接近正值或愈高的正值愈是优选。

那些ECS化合物，在压缩中易于分解及/或解离产生大量的自由基，提 前及/或正常点火或燃烧，是理想的。最理想的是，解离发生在低于正常或正 常燃烧、压缩，或处于或接近于点火温度下(除非考虑到预点火)。解离起着 在火焰前沿迅速扩散未燃气体的作用，从而增加了燃烧速度，这是十分理想 的。

特别理想之处还在于，这样的结构及/或ECS化合物具有高汽化潜热(汽 化焓)，特别是汽化潜热等于或大于28JK/mol。其它的汽化焓(在沸点)是那 些等于或大于21、22、24、26、27、30、32、34、36、38、40、 42、43、45jk/mol或以上的汽化焓。一般地讲，愈高愈好。

优选的汽化潜热于60°F下是等于或大于75、100、140、150、 160、200、250、300、350、400、450、500btu/lb或以上。一般优选 的是，ECS化合物的汽化潜热至少是等于可能添加这类化合物的任何基质 或者共燃料，更优选的是高出5.0％、10％、25％、50％、75％、100 ％、150％、200％、250％、300％或更多。通常是愈高愈好。

申请人发现，愈高的相对差异，则愈多的，例如，进气量能被冷却，和 体积效率改善得愈多。

产生高汽化潜热及/或加快燃烧速度等的分子结构，亦即那些引起未燃蒸 汽迅速高动力学扩散等，及/或在燃烧过程中起到加快燃烧速度(和排气速 度)，及/或降低燃烧(或/及排气)温度的结构，从此之后都称之为“增强燃烧 结构或ECS”。含有这样结构的化合物都称之为ECS化合物。

优选的是，ECS化合物在略微或适度的高于点火温度，而又低于燃烧温 度条件下迅速分解。但是在更高或更低温度，包括低于点火温度的条件下的 分解也是考虑到了的。然而对于汽油预点火的情况分解却应当避免。最好ECS 化合物在正常处置及操作温度下，直到150°F-300°F，应当是热稳定 的，但是在大致温度接近300°F至800°F，300°F至500°F下又要 易于分解，更优选的是400°F至500°F。但是，超出这些温度和/或例如 在注入、压缩，或点火之前、点火之后及/或燃烧之时，分解或许也会发生。

优选的燃料链的特征，对于申请人的有机ECS化合物在于那些在链中含 有有限数目的碳原子的化合物，3个或更少原子是优选的，2个碳原子或单 碳原子是最优选的。

为申请人所确认了的含有ECS结构及很有可能对实现本目标会有效的 无数化合物范例包括有：氢、一氧化碳、亚甲基二甲醚(也称为甲缩醛、二甲 氧基甲烷)、碳酸二甲酯(又称为二甲基碳酸酯)、碳酸二乙酯、甲基叔丁基醚 (MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲基叔戊基醚、甲醇、乙醇、丙醇、叔丁 醇、二甲醚、其它C3至C6低分子量醇类、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙 醚、二甲醚、二乙醚、异丙醚、二异丙基、硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷、 氧化氮、二氧化四氮、一氧化二氮、臭氧、水、石油气体水化物(甲烷水合物)、 过氧化氢及类似化合物。申请人相信还有许多其它ECS化合物存在，但至今 尚未鉴别。

这样一些化合物今后统称为“ECS化合物”，因为它们含有ECS结构及 /或具有在汽化/压缩/燃烧/排气时导致产生所述ECS结构的能力。

申请人承认ECS化合物之间的行为及特征存在着很多差异，在某些净及 /或者共燃料应用中，有一些ECS化合物会比另一些不太令人满意，或都不 满意。例如，几种在非限制的飞行、超前注入应用，柴油机应用中可能是非 常有效的，但对于汽车中的应用却是不能接受的。也要承认，不同ECS化合 物在相同的燃料及/或燃烧系统中会表现出不同的效应。例如，可以预计到， 醇类在某些应用中会表现出较醚低的燃烧及排气温度，这是由于汽化潜热差 别的缘故。

ECS化合物可以是固体、液体、气体、及混合物，可以选自醇类、胺类、 酯类、双酯类、甘醇、醚、醛、酮、乙二醇类、乙二醇醚类、过氧化物、酚 类、羧酸类、硝酸酯类、二硝酸酯、碳酸酯、二碳酸酯类等等。

ECS化合物可以是含有乙氧甲酰基、甲氧甲酰基、羰基、碳酰二氧基、 羧基、乙草酰基、乙醛酰基、甲氧基、亚甲二氧基、乙醇酰基及/或羟基成分 的及/或基团的醚类、酯类、胺类及其它的化合物。

ECS化合物的另外无数的范例包括：乙烯、丙烯、叔丁基异丙苯基过氧 化物、丁烯、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯；炔烃类包括：乙炔、丙炔、丁 炔-1、戊炔-1、己炔-1；取代肼类包括：甲肼、对称二甲基肼，不对 称二甲基肼、肼；乙烷、丙烷、丁烷、二硼烷、三硼烷、戊硼烷、己硼烷、 十硼烷、氢硼化铝、氢硼化铍、氢硼化锂、硝酸铵、硝酸钾、硝酸、叠氮铵、 过氯酸铵、过氯酸锂、过氯酸钾、三氧化氮、二氧化氮、叠氮酸、氰、氢氰 酸、单乙基缩苯胺、乙炔、硼氢化铝、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、 二甲胺、二乙烯三胺、乙醇、乙胺、亚乙基二胺、环氧乙烷、乙二胺、硝酸 乙酯、甲硫醚、糠醇、庚烯、肼、氢、硝酸乙酯、异丙醇、锂、氢化锂、甲 烷、甲缩醛、甲醇、硝酸甲酯、甲胺、甲基乙炔、甲基乙烯基乙炔、单乙基 苯胺、硝基甲烷、硝基丙烷、硝化甘油、正辛烷、丙烷、环氧丙烷、硝酸正 丙基酯、邻甲苯胺、三乙胺、三甲胺、三甲基三硫代亚磷酸酯、松油酯、偏 二甲肼、二甲代苯胺、2，3-二甲代苯胺、硼氢化锂、单甲基肼、戊硼烷等 等。在其它化学方面，申请人已鉴别了的可能的选择有：OH(CH2)4CHO、 CH3CHOHCHOHCH3、(CH3)3CCHOHCH3、CH2CH2C(CH3)(OH)CH3、 (CH3)2COOH、CH3CCCOH、(CH3)3CCH2COH、HOCH2CH2OCH2CH2OH、 HOCH2CH2OH、OCH2CHCHO、(CH3)3CCHO、(CH3)3CCH(OH)CH3、 C5H4O2、HO2CCH2CH2CO2C2H5、C3H7COCO2H、C5H8O2及其它。

另外考虑到的是，某些ECS化合物将会是共-ECS化合物，它要求一 种ECS化合物的协助及/或需要有机械结构去满意地增加燃烧速度及/或降低 燃烧温度。例如，可能需要掺混某种醇、碳酸酯及/或掺混水，例如独立注入 方式，以求降低某些高速ECS化合物的燃烧温度。预料在ECS化合物间还 存在某些协同作用，很可能会增强各自的能力。

申请人的ECS化合物的另一特点是它们的较高火焰传播速度特征。作为 一种规律，当它们在空气中燃烧时(作为它们自身组成的函数及采用在层流本 生灯火焰条件下测定)，其火焰速度应当等于或大于40、43、45、48、 50、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140、150、 cm/sec。ECS化合物的火焰速度在这里可以是单独地或在有优选金属存在条 件下进行测定的。在有某种金属存在条件下测定的ECS化合物的火焰速度估 计一般都是大于没有所述金属存在下的火焰速度。

一般地，优选层流火焰传播速度应当超过55cm/sec。愈高愈好。优选 的是，任何ECS化合物在用层流本生灯火焰法测定时的火焰速度应当至少高 于共燃料的0.05％至1.5％，1.0％至3.0％，2.0％至4.0％，3.0％至6.0 ％，5％至10％，7％至20％，8.0％至30.0％，10％至40％，15％至 60％，30％至200％，50％至300％或更高。

实施例15

一种含有扩散增强数量的ECS化合物的后点火及预燃烧的组合物，在燃 烧时其燃烧速度增加。

实施例16

一种含扩散增强数量的ECS化合物的预点火蒸汽组合物，用最大火花能 量0.2mJ，优选为0.15、0.10mJ或更低点火，达到最小火焰传播速度为 60cm/sec。

实施例17

实施例15及16的蒸汽组合物，其中扩散增强ECS化合物蒸汽来自碳酸 二甲酯的分解产物。

实施例18

按照实施例15及16组合物，其中的组合物是一种燃烧组合物。

因此，那些元素，其中具有增强燃烧结构的ECS化合物/成分，以高的 相对浓度存在及/或变成为中间物和/或在初期/预燃烧及/或燃烧的结构/产 物，特别是以蒸汽充入及/或蒸汽压缩及/或燃烧，它们引起火焰前峰快速扩 散，及/或未燃蒸汽快速扩散和/或加速及/或改善燃烧，都是最优选的。

增强燃烧结构相对体积，以未燃蒸汽部分的容积百分比计，愈高愈好。

因此，本发明的一种实施方案在于，在蒸汽部分中使用了足够数量的增 强燃烧结构，以提高扩散速率。申请人发明的扩散手段另外引入了独自的层 流及/或紊流燃烧速度增加手段，是应当考虑的。

ECS化合物优选的应当是可溶于待添加的燃料组合物中的。然而，分散 剂或其它手段，包括互溶剂，都是可以采用的。另一方面，不溶或部分溶解 的ECS化合物也可采用乳化及/或其它手段预以采用，包括各自注入，及/或 混合手段。

在实践本发明中考虑到，有些ECS化合物并不需要含有ECS结构，但 在使用或组合它们时，在压缩、点火及/或燃烧过程中会产生或诱发生成ECS 结构。因而在本发明实践中，在燃烧过程中能促使形成ECS的化合物应当认 为属于ECS化合物。

较高辛烷值的含氧ECS化合物有助于改进点火质量。高汽化潜热的ECS 化合物，能降低压缩、后点火(预点火)及/或降低燃烧温度，都是特别优选的。

乳化液或其它组合，包括含ECS化合物，也都是理想的，特别是那些能 诱发蒸气部分雾滴爆炸或在喷雾外爆炸或引起蒸汽部分快速扩散的。这样的 无数ECS乳化液化合物有水、甲醇、过氧化氢、菜子油等等。

优选的ECS化合物的分子结构应当是相当简单的。对于液体燃料，不会 在环境或操作温度下有害地增加基础燃料蒸汽压或闪点的ECS化合物都是 更优选的，可接受的调合蒸汽压范围在0.5至约50.0psi。更理想的调合蒸汽 压范围为从0.5至15.0、0.5至12.0、0.5至10.0、0.5至9.0、0.5至8.0、 0.5至7.0psi，或者从0.5至6.0psi，或者0.5至5.0psi，或从0.5至3.0psi， 或更低。单个蒸汽压范围有：5.4、5.6、5.7、5.9、6.1、6.3、6.6、6.8、 6.9、7.1、7.2、7.5、7.6、7.7、8.1、8.3psi。

优选的是，直接应用于液体燃料的(与例如分别注入相反)ECS化合物不 会有害地增加基础油的闪点。ECS化合物具有的沸点超过50°F的都是可以 接受的，高于80°F的是理想的。但是沸点超过90至150°F，或甚至200° F是更为优选的。然而，如同蒸汽压一样，ECS化合物降低闪点的倾向可用 适当方法缓和，本发明也给预了考虑。因此，这种化合物引起燃烧速度增加 及/或燃烧温度降低都必须针对闪点温度降低或蒸汽压增加加以权衡。

ECS化合物，没有腐蚀性及/或不会对密封或弹性材料产生有害影响的， 是优选的。但是如有必要，可以考虑用腐蚀抑制剂。例如，一种杜邦(Du Pont) 公司的适宜抑制剂“DCl 11”可供使用。这种抑制剂应当在大约浓度20至 30ppm下使用，这是设想到了的。

用于液体燃料的优选ECS化合物应当具有低的熔点，低于32°F，优 选的是低于-0°F或更优选的低于-40°F，或-50°F以下，最优选 的是低于-80°F。较低的温度也是优选的。但是，如果需要，也可使用降 低温度添加剂，诸如，乙二醇单甲醚。此外，ECS化合物引起的燃烧速度增 加及/或燃烧温度降低必须根据所需要的熔点温度加以权衡。

尽管并不要求，但优选的仍是，ECS化合物不是有毒的，至少不是剧毒 的，或者与有害毒性相关的。这类化合物低温下可泵送，有适宜的点火质量， 及作为一种燃料添加剂应是热稳定的，尽管可以使用添加剂校正差的热稳定 性。这也是优选的。

ECS化合物未必含氧，但含氧ECS化合物是优选的，那些含氧至少(重 量)5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50 ％或以上的ECS化合物是理想的。氧重量浓度大于25％是优选的。最优选 的是大于40％的浓度。

引入到系统中的氧量达到临界，可以进行先进高速度的应用。预料得 到，较高的速度，较高氧含量的ECS化合物，特别是那些汽化潜热高的化合 物，代表在先进应用中更优选的化合物。

实施例19

一种由仅含一种或多种高汽化潜热的ECS化合物的燃料制备预燃烧组 合物的方法，其中所述的汽化潜热在60°F时超过200至250btu/lb，更优 选的是超过300btu/lb(60°F)(或如不是液体，为相当的标准)；所述的方法 包括，在适当压力下蒸发或注入一种有适宜平均颗粒尺寸(小于70微米，更 优选小于60微米)的雾化了的ECS化合物，进入到空气喷气燃烧系统中，并 加热至足够的温度以引发点火，其中在压缩、预点火、点火、后点火、预燃 烧及/或在燃烧中任一情况下，燃料能完全分解为高动能增强燃烧的能迅速地 在火焰前峰扩散的蒸汽。

实施例20

实施例19的方法，其中所述的增强燃烧的蒸汽是极高动能的后点火预 燃烧的蒸汽。

实施例21

按照实施例19-20，其中所述的高动能蒸汽汽化潜热超过26，优选 的是29至34KJ/mol或以上(在沸点温度下测定)。

实施例22

按照实施例19-21，其中所述的燃烧蒸汽具有的层流燃烧速度超过48 cm/sec(55、60、65、70、80或以上，在环境条件下测定的)。

实施例23

按照实施例19的方法，其中预燃烧的蒸汽是源于碳酸二甲酯的产物。

实施例24

按照实施例19-23的方法，其中一种燃烧改善数量的高能释放的金属 蒸汽，具有高的热值，大于4,000kcal/kg，优选的是大于5,000、7,000、 8,000、9,000、9,800、9,900、10,000、10,200、10,400、10,500、 10,600、11,000、11,500kcal/kg，及更优选的是大于12,000、12,500、 13,000、14,000、15,000kcal/kg或更多，另外地引进入所述燃烧蒸汽中。

实施例25

按照实施例19及24，其所述蒸汽另外地还包含有一种源于含碳共燃料 的蒸汽，以致所述含碳蒸汽以质量为基础是主要蒸汽，从而所得蒸汽的燃烧 速度增加至少5％，燃烧温度至少低于共-燃料蒸汽本身10°F。

实施例26

按照25的方法，其中的共燃料蒸汽是源于另外一种燃料，氢，石油气， 液化石油气，液化石油气-丙烷，液化石油气-丁烷、天然气、天然气液体、 甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、丙烷-丁烷混合物、燃料甲醇、如M80、M90、 或M85燃料、燃料乙醇、生物体燃料、植物油燃料、汽车用汽油、航空汽油 燃料、包括80号、100号、100LL号、传统车用汽油、重配方汽油、低蒸 汽压汽油、低硫汽油、煤油、宽沸程燃料、气体涡轮燃料、航空喷气涡轮燃 料包括JP-4、JP-5、JP-7、JP-8、JP-9、JP-10、TS、 JetA-1、JetA、JetB、军用航空汽油、导弹燃料、固体及液体火箭燃料、 单组分推进剂、多组分推进剂燃料、双组分火箭燃燃料、瓦斯油涡轮引擎燃 料，包括品级0-4号、成层加料引擎燃料，柴油燃料，包括：低硫No.1 -D、低硫No.-2D、No.1-D、No.2-D、No.4-D及较老的品级 C-B型、T-T型、R-R型及S-M型，重配方柴油燃料、燃料油： 包括品级1、2、4(轻)、4、5(轻)、5(重)及6，船用或铁路用重柴油，包 括那些符合ISO DIS8217及BS MA100标准的，各种馏出油，残渣型油，循 环油，轻循环油，轻循环瓦斯油，重循环油，加热油，重循环瓦斯油，真空 油，燃烧器油，燃料炉油，煤液体产物，SRC-II煤中间馏出油，煤燃料 油，近煤液体产物，粉煤，油沙燃料，页岩油燃料，肼，氨基，乙烯，及满 足ASTM规格的、EPA证书标准的，工业及/或政府规格的，目前的及将来 的燃料，包括由此得出的混合物。

实施例26a

按照实施例19、25、26，其中的共燃料蒸汽是一种燃烧取代的蒸汽， 和其中所述蒸汽的燃烧在温和或较高负载条件驱动引擎，从而燃料的经济性 及/或热效率增加超过仅仅用共燃料操作时的0.5％至20.0％或以上(2％至30 ％优选)。

实施例27

按照实施例19、25、26方法，其中所述的蒸汽另外含有至少一种蒸 汽，来自引擎，汽化器或/及引入/注入系统的清洁洗涤剂/分散剂，包括商业 供给的长链二元酸衍生物(如丁二酸酰胺如HiTec 4450)、长链脂肪多胺(如聚 异丁烯多胺)、或长链曼尼奇碱，及/或一种无灰清净剂包括多醚胺，多烯基 胺、烯基丁二酸酰胺、多醚酰胺、胺及混合物，及一种抗氧剂，破乳剂，乳 化剂，腐蚀抑制剂，芳烃溶剂，清除剂，稀释油，互溶剂，金属减活剂及混 合物的蒸汽。

实施例28

按照实施例19-27的方法，其中所述的蒸汽是在某一引擎或燃烧器中 燃烧的，这种引擎或燃烧器选自以下组合群中：火箭引擎，布雷敦(Brayton) 循环引擎，瓦斯油涡轮，航空喷气涡轮，柴油机，船用，机车用及航空引擎， 汽车引擎，燃油炉，残渣油炉，燃油炉，燃气炉，煤气炉，内压缩引擎，火 花点火式内燃机，稀混合气引擎，快燃烧系统，外燃烧斯特林(Stirling)或共 今(Ran-kine)引擎，奥托(otto)循环引擎或催化剂系统。

金属应用

燃料化学、燃烧因素及操作系统决定最大有利金属浓度。例如，高空脉 动推进系统，像火箭发动机，就很可能需要较大浓度。本发明考虑到的优选 金属浓度要求做到燃烧改善及/或污染物量减少。因此，与燃烧系统、燃烧温 度及燃烧速度、燃料注入因素、氧含量等等因素相关，金属及它们的各自浓 度可以是变化很大的。    

在实施申请人发明中，金属是一种推进剂或者共燃料。因此应当使金属 的氢含量尽可能程度地达到最大。金属氢化物或类似化合物都是理想的。

一种清楚的实施方案就是，申请人发明中金属的燃烧是采用气相燃烧的 方法，即燃烧过程不发生在金属表面上，或在复盖金属的氧化物熔融层之上 或之內。申请人的汽相燃烧的特征在于高燃烧速率及从金属表面延伸到某个 距离位置存在一个发光反应区，以及形成的氧化物颗粒在亚微细粒范围。

为达到上述目的，作为申请人发明的一种成分，申请人推荐金属氧化物 的沸点要高于金属的沸点。金属优选是以蒸汽引入到燃烧器內，但是只要上 述目标满足了，固体的或颗粒状的引入是可以接受的。在固体燃料应用中， 考虑到金属可以作为一种固体引入，和在混杂应用中作为固体或液体引入均 可。

优选的是燃烧温度要高于金属的沸腾温度。

已经发现，在燃料组合物中较高的氧重量浓度，特别是带有申请人的含 氧燃烧增强化合物的燃料组合物允许有较高的可接受的金属浓度。一般来 讲，愈高的平均燃料密度，允许的金属浓度就愈高。

申请人发现，较高的锰浓度，一般转变成有较多的热量释放。但这不意 味没有上限。燃烧热力学将规定了它的上限。

锰浓度变化范围很大，可以变化从0.001至7.50克Mn/加仑以上，0.001 至10.00克Mn/加仑以上，0.001至15.00克Mn/加仑以上，0.001至20.0克 Mn/加仑以上。0.001至30克Mn/加仑，0.001至50.00克/Mn/加仑甚至更 高。在某些应用中，浓度大于1/32、1/16、1/4、1/2、3/4、1、1.5、 2.0、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、5.0、7.5、10、15、20、25、 26、27、30、33、35、或40克可以是理想的。在火箭推进剂中，金属/Mn的浓度的大小可为100、200、200至500、600、800至1000.0克/加仑数 量级，特别是在双组份火箭发动机条件下。

然而，对于大多数传统应用中，组合物锰范围将是约0.001至约5.00克 Mn/加仑，0.001至约3.00克Mn/加仑，0.001至约2.00克Mn/加仑，0.001 至1.00克Mn/加仑，0.001至约0.5克Mn/加仑，0.001至0.375克Mn/加仑， 0.001至约0.25克Mn/加仑或甚至0.001至0.125克Mn/加仑，或甚至0.001 至0.0625克Mn/加仑。

对于汽油的情况，锰浓度大于每加仑1/32、1/16克锰都是显然考虑到 的和理想的。对于柴油燃料应用，锰浓度大于燃料重量1％，或近似25至 33克/加仑都是考虑到了的。

范围还将随着燃料重量、规格、先前应用及为了取得申请人发明的高能 性的好处而对燃烧系统所作改进的程度而改变。本发明中考虑到的其它金属 范围类似锰的范围，但随金属不同而改变。

按照本发明，申请人的燃料含有某数量的锰及/或其它非铅金属，其构成 的燃烧改善数量符合燃料组合物、它的燃烧系统、所需效率、法律及/或环境 考虑的要求。

但是，显然可以想到，申请人发明的某些应用中，申请人的燃料会没有 任何金属，即无金属。这就是说，申请人的发明的加速燃烧速度及/或降低燃 烧温度的手段，可以应用于非金属燃料中，但是由于它们的燃烧化学、及/ 或操作条件却要求有害燃烧排放物减少及/或燃料经济性提高。这样的燃料通 过申请人的发明也会得到改善。

本发明的一种具体方案在于：取代或组合各种金属(即混合它们)，包括 取代或混合不同族或同一族的不同金属粒子、或取代或混合同一族或副族彼 此之间的金属或与另一任何族或金属相互取代及混合。申请人顾及到了各种 不同和广泛的取代范围及/或混合的范围，包括混合比、混合成分等等。参见 USP 3,353,938，3,718,444，4,139,349的实施例。

因此，可以清晰想到，非铅的有机金属、非铅无机金属，及/或它们的相 关高发热的化合物，可以按各种比例混合，及/或彼此取代及/或用任何非铅 金属或非金属(有机或无机的)取代，来达到本发明之目的。

考虑到申请人的金属可以同一种或多种金属或非金属按不同的比例掺 合，以达到协同改善热释放、燃烧速度、热效率、排放物、功率产生等等。

考虑到的金属包括所有非铅金属及相关的化合物，它们的燃烧产物有高 的负生成热。考虑到的金属应当具有高的燃烧热或高的发热值，优选的是超 过3,000、4,000、5,000或6,000 kcal/kg。超过9,000至10,000 kcal/kg的热 值是优选的。更优选的是那些超过11,000至13,000、14,000kcal/kg或更高 的。

优选的负生成热，例如相关的金属氧化物，应当超过-150,000 gr·cal/mol。更优选的是-200,000，-225,000，-275,000，-300,000， -350,000，-400,000gr·cal/mol及以上。

理想的元素金属应当分子量低，如果实用的话。无数可接受的金属范例 有：铝、硼、溴、铋、铍、钙、铯、铬、钴、铜、钫、镓、锗、碘、铁、铟、 锂、镁、锰、钼、镍、铌、磷、钾、钯、铷、钠、锡、锌、镨、铑、Salane、 钒。申请人的金属可以是有机金属物或无机的金属。

过渡金属及元素周期表中1A、1B、2A、2B、3B中的金属及其环状 (cyclomatic)结构化合物，包括：环戊二烯基羰基物，都显然是理想的。它们 的制备方法列于USP2,818,416、3,127,351、2,818,417、2,839,552(在此引 证以参照)等专利中。申请人发现，甲基环戊二烯基三羰基基团是有效的。

环状结构化合物，包括有在4B、5B、6B、7B及8族中的金属也是 考虑在内的。环状结构化合物含有一种以上金属的，也在考虑之中。

元素周期表3A中的金属及其化合物，尤其是硼及铝是最明白的考虑到 的。金属可与ECS化合物一起引入燃烧，或以其它许多方式引入燃烧包括： 经过可溶化合物，互溶的分散剂/溶剂、胶体介质、悬浮介质、分别注入等。

申请人认定，这些一般燃料可溶的，其溶点及沸点范围与液态烃类的燃 烧相匹配的金属是最佳的直接选择。

由于申请人的发明也考虑到了气体及固体的ECS化合物与气体和固体 的共-燃料，气态及/或固体的金属及/或其相关化合物也都属于考虑到了 的。

申请人一般优选低分子量的元素金属及其化合物，尽管它们的热值和任 何共燃料及燃烧系统的性质支配着如何选择。优选的还有，元素及/或其化合 物的燃烧产物应当是对环境良好的，即低毒性的。

申请人认为有很多的金属可供本发明实施选择。有限数目的范例有：环 戊二烯基甲基环戊二烯铁、二茂铁、甲基二茂铁及丁二烯三羰基铁，丁二烯 三羰基铁、二环戊二烯基铁及二环戊二烯铁的化合物(参见USP2,680； 2,804,468；3,341,311)；镍，环戊二烯基亚硝酰基镍；六羰基钼、环戊二烯 基羰基钼(参见USP3,272,606，3,718,444)，锝、镁及铑的化合物(参见加拿 大专利#1073207)，二硼烷，四硼烷、六硼烷及混合物。可以考虑得到，这 些金属的有机的及非有机的物种也可应用。USP2,818,416列举了许多诸如 三甲基铝、三乙基铝、二甲基铍、硼水合物、硼烷、无水硼烷、三乙基硼 (C2H5)3B；硼与氢及锂的化合物、戊硼烷、癸硼烷、barazole、氢硼化铝、 氢硼化铍、氢硼化锂、及其混合物；轻金属化合物：(CH3)3NBH(CH3)3、 (CH3)2BI、Be(C2H5)2、C4H9B(OH)2、Al(BH4)2、Be(BH4)2、LiBH4、 B(OC2H5)3、(BO)3(OCH3)3；Zn(CH3)2。具有多金属的化合物也显然是考虑 到了的。

优选的环状结构的三羰基锰是环戊二烯基三羰基锰。更优选的环状结构 的三羰基锰是甲基环戊二烯基锰(MMT)。

无数可接受的取代基的范例有：烯基、芳烷基、芳烯基、环烷基、环烯 基、芳基及烯基团。说明性的和其它无数可接受的环状结构三羰基锰抗爆震 化合物范例有：benzyleyelopentadienyl manganese tricarbonyl；1，2-二丙基 3-环己基环戊二烯基三羰基锰；1，2-二苯基环戊二烯基三羰基锰；3- 亚丙烯基三羰基锰；2-甲苯基茚基三羰基锰；芴基三羰基锰；2，3，4，7- 丙芴基三羰基锰；3-萘基芴基三羰基锰；4，5，6，7-四氢化茚基三羰基 锰；3-3乙基-4，7-二氢化茚基三羰基锰、2-乙基3(α-苯乙基)4，5， 6，7-四氢化茚基三羰基锰；3-(α-环己烯基噻吩基)-4，7-二氢化茚基 三羰基锰；1，2，3，4，5，6，7，8-八氢化芴基三羰基锰及等等。这些化合物混 合物也可使用。上述化合物一般均能用现有已知技术方法制备。

在实施本发明中，高熔点重金属锰氧化物(Mn3O4)、铝(Al2O3)、钴、铜、 镓、锂、镁、镍、铌、锡、锌、钒等氧化物都不再会成问题的。因此，高能 释放的金属化合物意外地能够应用于本发明之中。

因此，那些具有非常高的燃烧发热值的金属，如果不是因为在引擎及其 它表面形成高熔点温度的氧化物及/或由于产生有害燃烧产物，它们是能够意 外地被采用的。而且，它们能够被采用的浓度这一点至今也未被认为是实用 或可接受的(即在汽油中锰在1/32克/加仑以上)。

申请人发现，镁及其有关的燃烧化合物是一种特别有效的金属，因此是 理想的。助剂，诸如锂及LH，如果情况需要，都是可考虑的。

所有这样的金属，它们促进实现了本发明的目的，又及/或得利于本发明 实践，是本发明的一种特别实施方案并在权利要求中加以考虑。

其它无数非铅金属的实施例已列举于此说明书中。许多另外考虑到的金 属是本行业共知的。作为本发明效果，申请人期待着设计金属的发展和它们 的应用。

ECS化合物的替换

申请人在此提到的任何ECS化合物的材料，例如碳酸二甲酯是可被任何 其它ECS化合物或组分替代的，因为这种化合物或组分达到了申请人的目 的，并且符合燃料、燃烧及/或排放物系统等的要求。因此，通常要考虑到， 用这里披露的化合物取代任何ECS化合物是可以做得到的，只要能够达到申 请人发明的目的。但申请人注意到，所有ECS化合物并不是等同的，而且可 能不具有原始或被取代化合物的效率。因此，替换不能不加以适当考虑。

换句话说，本发明的最明显的实施方案在于用氢、一氧化碳、甲醇、甲 缩醛、乙醇、正丙醇、异丙醇、亚甲基二甲醚、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚 (MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲基叔戊基醚、二异丙醚、C3至C6低分子 量醇类、二甲基醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、水、过氧化氢及任 何其它ECS化合物或混合物与碳酸二甲酯进行替换、组合或混合。

另外无数可能的对碳酸二甲酯替换的ECS化合物包括：选自C2-C12 醛类、C2-C12醚类(MTBE、ETBE、2，2，-二乙基-1，3，-丙二醇)、C4 -C15醇类(furon)、糠基(furfuryl)、1-己醇、2-己醇、3-己醇，及聚乙 氧基乙醇)、C2-C12氧化合物(2-甲基呋喃、甲基四氢呋喃)、C3-C15酮 类(丙酮、2，3-丁二酮、2，5己二酮、2，4戊二酮、环戊酮)、C3-C15酯 类(醋酸异丙酯、丙烯酸乙酯)、C3-C12双酯、C5-C12酚类((P-Cresal)、 2，4二甲酚、3-甲氧基苯酚)、C5-C20乙二醇醚类(包括二乙二醇二甲醚、 二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚，包括二乙二醇单甲醚、 二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚)、具有沸点温度90°F以上或更优选120 °F的C4-C20碳酸酯，具有沸点温度90°F以上或更优选120°F的C5 -C25二碳酸酯，有机及无机过氧化物包括：二叔丁基过氧化物，烷基过氧 化物，烷基氢化过氧化物，2，5-二甲基2，5-二(叔丁基过氧)己烷、叔丁 基异丙苯基过氧化物、二(叔戊基)过氧化物，叔丁基氢化过氧化物、叔戊基 氢化过氧化物，烷基硝酸酯添加剂，包括乙基-己基硝酸酯、硝酸异丙酯及 其混合物。较重的ECS化合物可用于代替优选的碳酸二甲酯或含氧的/ECS 的手段，及/或可另外与或不与溶剂一起使用。

本发明中考虑的替换醚类包括支链的及直链的醚类、具有两个氧和双醚 连接的二醚类及具有三个氧及多醚连接的三醚类。无数的范例包括有甲醚、 甲乙醚、乙醚、乙丙醚、甲基正丙基醚、乙基异丙基醚、甲基异丙基醚、乙 基正丙基醚、丙基醚、丙基异丙基醚、二异丙基醚、乙基叔丁基醚、乙基仲 丁基醚、甲基正丁基醚、甲基异丁基醚、甲基叔丁基醚、甲基仲丁醚、乙基 正戊基醚、甲基仲戊基醚、甲基叔戊基醚及甲基异戊基醚。另外无数可接受 的(具有两个氧及双醚连接的)二醚的示范例包括亚甲基二甲基醚、亚甲基二 乙基醚、亚甲基二丙基醚、亚甲基二丁基醚、及亚甲基二异丙基醚。

在本发明实践中，取代的较高分子量的C4醚类是特别理想的，特别在 应用于柴油燃料、燃料油及/或涡轮燃料中时。生产醚的技术也是本领域所共 知的。参阅USP4,262,145；4,175,210；4,252,541；4,270,929；3,482,952； 2,384,866；1,488,605；4,256,465；4,267,393；4,330,679；4,299,999；4,302,298； 4,310,710；4,324,924；4,329,516；4,336,407；4,320,233；2,874,033；3,912,463； 4,297,172；4,334,890等等。

取代的ECS酮类可以包括低级烯酮。代表性的低级烯酮类包括有二乙 酮、甲乙酮、环己酮、环戊酮、甲基异丁基酮、乙丁酮、丁基异丁基酮、乙 丙酮、及其它等等。其它酮类包括丙酮、二丙酮醇、二异丁基酮、异佛尔酮、 甲戊酮、甲基异戊基酮、甲丙酮、及其它等等。一种代表性的环结构酮是乙 基苯基酮。取代ECS的酯类包括苯甲醚(苯的甲酯)、醋酸异丙酯、及丙烯酸 乙酯。

取代ECS的碳酸酯，特别优选的包括对称二烷基碳酸酯，其中的烷基是 来源于低级无分支的伯醇诸如甲醇、乙醇，例如碳酸二甲酯及碳酸二乙酯。 高级对称二烷基碳酸酯诸如碳酸二正丁酯、碳酸二叔丁基酯、碳酸二异丙酯、 以及二碳酸酯类诸如二碳酸二甲基酯及二碳酸二乙酯，烷基苯基碳酸酯诸如 叔-丁基苯基碳酸酯，及环烯碳酸酯诸如丙烯基碳酸酯，乙烯碳酸酯及丁烯 碳酸酯，以及其它有机碳酸酯诸如异丙基环己基碳酸酯、甲基正丁基碳酸酯、 异丁烯碳酸酯及二异丙基碳酸酯，也都是优选的。偏二烷基碳酸酯也是可以 采用的，包括甲基-叔丁基碳酸酯、乙基叔-丁基碳酸酯。甲基叔-戊基碳 酸酯、乙基叔-戊基碳酸酯。碳酸酯的混合物也都是考虑到的。

因此，为了达到增加燃烧速度及降低燃烧温度等目的，在本发明的披露 中列举了碳酸二甲酯(DMC)，可以理解成是含有一种取代的ECS化合物及/ 或另外地看成又包括及/或含有其它任何ECS化合物的及/或ECS化合物族的 相似物或同系物成分及混合物，包括那些高分子量的化合物(或较高沸点温度 的)，只要它们能够增加燃烧速度及/或降低燃烧温度。

还考虑到的是，ECS化合物可以彼此取代或用非ECS化合物取代，或 完全不使用，只要采用适合的其它方法达到增加燃烧速度及/或降低燃烧温度 的目的。

ECS化合物可以用它们本身的一种或多种，以不同的比例掺合达到协同 改善燃烧速度及降低燃烧温度的目的。

在应用ECS化合物的情况下，引起了对闪点、挥发性、蒸汽压、腐蚀性、 弹性材料的膨胀、溶解性、水解等等的关注，采用高分子量的醇类、醚类、 酮类、碳酸酯类等的共溶剂可能是理想的。参阅我的EPO 0235280的专利对 共溶剂应用的讨论。

另外，申请人注意到他的优选的OCH3(甲氧基)燃烧增强结构是与甲 醇、亚甲基二甲基醚(甲缩醛、MDME)、及碳酸二甲基酯(二甲基碳酸酯)、 MTBE及其它等等结构共同的。申请人优选的OH燃烧增强结构是与他的醇 类、最值得注意的是甲醇相共同的。

申请人也承认，在本发明的各种类别之间存在某些重复。例如、 ECS 化学可能含有某些金属，某些金属可能又是推进剂燃料等。某些化合物可以 多处利用是要考虑到的。

机械方法

考虑到了用多种机械手段去增强燃烧速度及/或降低燃烧温度。这样的机 械方法可能是与ECS或化学方法不相关的，或可能是与之协调的。例如ECS 化合物限制了燃烧速度及/或降低了汽化潜热，却可用机械方法去增强，如小 颗粒喷雾、冷却系统、紊流压缩室及涡轮增压等等。

因此，可以预料，申请人发明的机械方法将会根据考虑的燃料及燃烧系 统而变化。例如，当用于低压缩比燃烧系统，应用净ECS化合物燃料，具有 较高的燃烧速度，而不采用例如由ECS燃料与基础燃料组合具有较低燃烧速 度，二者结合不同的机械方法。

本发明的机械方法包括：燃料注入系统、尤其是那些能够针对在增强动 力流速及压力以理想的角度使细微均一的蒸汽喷雾进入燃烧室(燃烧器，燃炉 等)的先进蒸发器内的注入系统，增强燃烧紊流的燃烧室设计，较高的燃烧室 进口压力(如较高的压缩比)，漩涡燃烧器、球形燃烧器、分隔燃烧室、增强 燃烧效率燃烧器、增强燃料、空气混合燃烧器设计、强化紊流及/或燃料空气 混合的燃烧室(燃烧器)设计、最大化压缩(入口压力)效能的引擎设计、最大化 增加动力燃烧压力(压力密度)的引擎设计、最大较低燃烧温度的引擎设计， 及/或其它的申请人的发明的优点。

另外一些机械方法能够采纳及/或接受的，包括贫气燃烧系统、催化燃烧 器/燃烧系统、预混燃烧器、扩散火焰燃烧器、贫气预混合预汽化燃烧器、预 汽化预混合燃烧器，可变压缩比引擎、直接注入分层加料引擎、涡轮增压器、 后冷却系统、重入燃烧室、预燃烧室、再分配入口处漩涡系统、减少熄火系 统、减少热传递系统、增强燃料-空气混合系统、增强喷射雾化的动能系统、 增强燃料-空气混合注射器设计、注水系统及其它等等。

在实施本发明中，贫气燃烧及/或快速燃烧系统对于强化申请人的目的， 特别是对于用先进的较高含氧量的燃料，是理想的。

应用燃烧室/燃烧器的机械系统增强紊流度是优选的。无数范例包括有回 转空气运动系统、四伐关顶燃烧室、漩涡燃烧室、间接注入燃烧室、间接注 入漩涡燃烧室、直接注入燃烧室；及起到增强紊流度作用有关几何形状、孔 眼直径、喷射角、压缩比及其它等等的燃烧室，都是优选的。

注入时间、燃料计量、注射压力、注入压力降、喷嘴设计、进口空气温 度、进口空气压力、液滴大小、注入液滴的速度、温度及压力，以及燃烧室 几何形状等都是包括在使申请人的发明获得最大效益的有影响的因素中，也 是列入本发明的一种明确的实施方案。

例如，改变喷嘴角、喷嘴喉管角、喷嘴喷雾流中心线偏心大小、在预燃 室(漩涡室)中喷雾半径(球半径)，及调整注入时间、速率、特续性等等，申请 人能使他的发明效益特性达到最大。要注意，汽油、柴油、喷气涡轮、瓦斯 油涡轮、燃料油炉的应用都是明显被考虑到了的。

因此，包括高度雾化蒸汽注入燃烧室/燃烧器等在內的应用，对于本发明 的目的，都是理想的，尤其在涡轮燃油、柴油，及燃料油中的应用。

申请人设想到一种多重注射及雾化方法。不同的燃料、燃料系统及燃烧 筒要求不同的注入、雾化系统、压力、温度及其它等。显然、汽油系统是不 同于，例如品级No4-6的燃料油，就要在实践本发明中要求配备雾化较高 粘度的机构，及将它们注进燃烧器或燃烧室中要有较高的压力。申请人发明 的汽油系统考虑到了注入集合管系统，对于柴油系统考虑到的是间接/直接注 入气缸系统等。

对于申请人的高汽化潜热燃料，在将进料引入气缸中时，会产生真空效 应。因而，改变注入压力，包括低的及非常低的压力都要考虑到。

重柴油燃料、燃料油、及相关燃烧系统，均要求比汽油系统有更高的压 力，负载传感能力及改善的雾化特征。喷气航空燃料也是同样的但仍不同的 要求，而且必须考虑到例如燃料流量范围50∶1。

例如，实践本发明中，考虑到的最佳汽油燃料注入压力是1至5、3至 15、5至20、10至30、15至45psi。最佳柴油燃料注入压力是1500psi 至30,000psi。较低的压力注入，由于注入某ECS燃料的真空效应，是显然 要考虑到的。

申请人的无数雾化系统的实例包括：单流体、多流体及/或液体/气体雾 化喷射机、双液体雾化、內混式雾化器、压力雾化器、Y型喷射雾化器、转 盘系统、空气喷雾系统、喷射雾化器、汽化系统、空气喷溅雾化器(包括平 面喷射、预成膜、平板空气喷射雾化器)、离心注射器、旋转雾化、旋转轮注 入、超声、声学雾化器及/或其它现有的及/或未来的系统。空气喷溅雾化器 在本发明优选实践中是理想的。

附带地或另一方面，对于燃料注入系统，使用的汽化元件，包括T-型、 L-型等等，都是要考虑到的。汽化器元件通常是附加在火焰管上的，燃料 注射器是固定在燃烧器上，注射器头装在汽化管内。

实施本发明的一个主要目的在于，从雾化系统喷射出来(或从汽化系统) 进入燃烧器/等中的申请人的燃料蒸汽平均颗粒大小分布，是本发明的最大化 的燃烧特性的尺寸，而且它在燃烧室內的分布也是达到最大化的燃烧速度、 汽化潜热特性、燃烧压力增加等。

因此，一种理想的、明显的本发明实施方案在于，在燃烧室內注入或汽 化的燃料颗粒(液滴)大小应当是1至70微米。优选的平均颗粒尺寸是40至 60微米或以下，更优选的是30至50微米、20至40微米、5至30微米， 或以下，包括1微米或亚微米。对于蒸汽颗粒尺寸的减小没有限制，只要燃 料蒸汽分布特性没有受到有害影响。如果蒸汽相用其它方法，如化学方法， 能产生快速扩散，及/或如果较小的颗粒分布妨碍了合适的燃料分布特性，那 么平均颗粒尺寸大于30、40、50、或为70微米的，也是可以接受的。但 是，要知道，有某些应用要求有最小的颗粒尺寸，不大于5、10、20、30、 40、50、或60微米。

这样的注入系统，使燃料-空气最充分混合，达到最大可能程度地增强 燃烧，这也是优选的。但是申请人并不希望采用太高的混合率，以免引起高 的贫气熄火极限或其它。

在喷气航空应用中，尤其在高马赫数情况下(这时自然对流及扩散均被减 弱)，对于不同燃料注入流有不同的压力是理想的。另外，结合有相互平行及 交叉的燃料注射器的燃料注入系统在高马赫数情况下已被发现是有用的。通 过组合平行及交叉注入增强混合，也已经发现是特别有效的，而且在本发明 中是明显地设想到了的。

注入压力有很多的变化，较高的注入压力一般应用于采用较重的柴油及 粘度较高的燃料油的场合。但是，对于气体涡轮，高压注入是更困难一些， 这是由于在燃烧器中高的燃料压力的需要及控制燃料分布的问题。因此，在 许多应用中都考虑较低注入压力。

因此，使燃料组合物燃烧及冷却特性最佳化的从而使燃烧速度改进的先 进燃料注入系统成为本发明的基本的及明确的实施方案。

在重质柴油燃料及副引擎的应用中，在全负载条件下滞后计时的较高注 入压力，会达到申请人发明的产生最大混合能量及增强燃烧速度的目的，因 而是最优选的。

已发现，对于较重柴油燃料在高速但低负载条件下应用时，较低的注入 压力有利于使过度混合减至最小及减少烃类排放，因而也是一种优选的实 践。

通过充分的方法，应用一个或多个注入系统(如双燃料注射器)，同时注 入相同或不相同物理状态的燃料，如气与液、固与液等等，是在本发明范围 之内和明显地被设想到了的。这样的应用，即将一种ECS化合物与一种不可 能先于燃料注入的及/或优化燃烧的基础共燃料混合一起，而最好是分别注入 的场合，明显地是要考虑到的。当燃料混合不能通过其它先于燃料注入及/ 或燃烧的方法达到时，分别注入是要考虑的。

例如，往燃烧室或燃烧器中引入一种液态烃共燃料及一种气态ECS燃 料，如氢，就应当通过分别注入，以适应燃料的特性，和采用设计有最大燃 烧速度的燃烧系统的方法来完成。

因此，考虑到了不同状态燃料的配料，可以采用单一的及/或分别的方法 同时注入燃烧系统。

申请人的ECS燃料、共燃料的各种混合及注入的组合在先进燃料注入系 统及方法下都是要考虑到的。

在喷气航空涡轮应用中，适应高空燃料流量调节速率是格外优选的，因 为在较低环境压力下燃烧效率会发生变化。

改进泵路喷嘴注入系统、装置注射器系统及/或其它与高压容量相关的系 统、注入速率控制，计时控制，及/或其它传感控制都是特别需要的。能够控 制注入压力、计时、速率计量及/或燃烧压力的注入系统是显然考虑到了的。

在实践本发明中，直接及间接的燃料注入系统是可接受的。但是，直接 注入系统更为理想，特别对于柴油应用场合。直接燃料注入系统，从使申请 人的ECS燃料较高的燃烧速度最大化的角度来看，也是更为理想的。

更进一步的实施方案，如上所述，是涡轮增压及增压，这是本发明的非 常优选的实践，特别是对于汽油及柴油应用场合。先进空气喷气、空气压力 装备及/或增压进料系统，增大了吸入空气压力，与ERG系统连接操作都是 特别理想的，因而大大地增强了本发明的目的。

提前冷却，后冷却及/或冷却剂系统也是可以应用的。例如，降低引擎中 冷却剂温度、降低进口空气温度及/或吸收多种热输入等都能使燃烧温度降 低。所有这些方法都在本发明范围之内。

实施例29

一种燃烧改进燃料，含有一种高汽化潜热的含氧的基础ECS化合物及一 种燃烧改进数量的金属，结合一种燃烧系统及一种废气循环(ERG)系统，其 中所述燃料是被燃烧的及废气是要循环回燃烧系统的，构成的组合。

实施例30

按照实施例29，其中的ERG系统属于一种封闭回路系统。

实施例31

按照实施例29-30，其中的燃料是无铅的，燃烧系统要用US规范的 汽油，这种组合另外还包括一种规范排放物控制系统。

实施例32

按照实施例29，其中燃料含有氧，浓度为2.0％(重)及一种燃烧改进数 量的环状结构的三羰基锰化合物，浓度为1/32克锰。

实施例33

按照实施例32，其中的燃料能增加燃烧速度，及系统热效率得以提高， 从而燃料经济性增加至少0.5％、1.0％、2.0％、5.0％、10％或以上。

申请人的发明也考虑到了使用排气后处理系统，有无数实施例包括陶瓷 衬里、过滤器、陷阱、陷阱-氧化剂及催化剂。采用排放物排气管催化剂的 实践，特别是在汽车上的应用，是在此领域众所周知的。

在实践本发明中考虑到，特别是对于在汽车应用一种尾气排放物催化剂 (三路催化剂，优选的是单片催化剂)及同时应用一种车载氧传感器，可一定 程度测定催化剂效率。

总之，这是一种申请人的先进燃烧改进的燃料与申请人的机械及相关系 统的结合，二者一起表现了明显的技术独到之处。

因此，本发明的实施方案之一在于改变及/或采纳上述机械方法去实现本 发明的最高程度的实用性。

一般的燃料及燃烧系统

本发明实践中考虑到的燃烧器包括有几何图形的燃烧器(管式、环状式、 管环式、球形)、空气动力燃烧器(扩散火焰、预混合、分级的、催化的)及实 用燃烧器(飞机、工业及车辆)。

在实践本发明中优选的是，应用一种扩散火焰燃烧器，其中由于采用气 体喷射扩散、提前液滴汽化、加速燃烧及/或喷雾扩散方法，使申请人的燃烧 火焰进一步传播开来。

因此，应用扩散火焰燃烧器，结合ECS燃料，是本发明的一种实施方案， 因此燃烧排放物得以改善，燃烧加速及/或燃烧温度降低。

申请人的发明特别可以应用于涡轮场合，尤其是航空燃气涡轮，工业燃 气透平，轮船用燃气透平及其它等等。

本发明中应用的燃料物理状态包括了宽的和窄的沸点范围的液体、半液 体、近似液体、半固体、固体及气态燃料以及混合物。

申请人的净燃料的实施方案(如ECS化合物及金属)具有优异的推动力和 环境特性，不限于应用内燃机、航空喷气涡轮、瓦斯油涡轮、燃烧炉、燃烧 器、空气喷气式推进系统或火箭发动机。

申请人的净燃料属于一种独一无二的燃料，有可应用于任何燃烧系统的 潜能。虽然，可能会要求改进现有燃烧器，以适应这种净应用场合的燃烧最 强化及热力学状况。

本发明的又一实施方案在于，引入先进燃烧系统，能够在较高压力下更 好地转化较多数量的自由能及/或由于使用申请人的燃料改善了热效率。可以 预期，将会对系统做出改进及提出新的设计，以最大发挥申请人发明的净的、 近似净、主要净或少量净ECS燃料的长处。

因此，本发明的一种实施方案在于引入这种具有申请人的燃料的先进燃 烧系统。

申请人发明的又一明确实施方案在于，应用一种ECS化合物或混合物， 仅仅有自身或具有或不具有某一燃烧改善数量的非铅金属。但是，优选的实 施方案在于，应用一种ECS化合物，或混合物，与至少有一种非铅金属一起 (“ECS燃料”)。申请人的ECS燃料可以含有至少一种另外的氧化剂及/或 至少一种添加推进剂或一种共燃料，也是一种实施方案。

在共燃料应用中，如ECS燃料与氢及/或含碳燃料结合一起，RVP(雷氏 蒸汽压)降低是一明显的本发明的实施方案。但考虑的最后燃料包括那些RVP 范围从0.01psi至1000.0psi，2.0psi至200.0psi，2.0psi至40.0psi，1.0psi 至20.0psi，1.0至10.0，1.0至8.0psi，1.0psi至7.5psi，1.0至7.0psi， 1.0至6.5psi，1.0至6.0psi，1.0psi至3.0psi，1.0psi至2.0si或更低。

这也是一种明确的实施方案，即对有某个特定闪点温度的燃料使其闪点 的最优化。可以预料，通过调整烃馏份(以提高闪点)、盐、皂及其它添加剂， 采用共溶剂技术都会按照要求降低RVP及/或增加闪点。这种实践是考虑到 了的。

实施例34

一种组合物包含有一种ECS化合物及燃烧改进数量的至少一种非铅金 属。

实施例35

按照实施例34的组合物，另外含有一种氧化剂及/或共燃料。

因此，申请人的发明实施方案了一种净的，基本上净的，主要净的ECS 燃料，包括含有多于50％(体积)的ECS化合物的组合物。也体现在一种基本 是主要的、一种少量的，或基本少量的应用，即大于0.5％、1.0％、1.5％、 1.8％、2.0％、2.7％、3.0％、3.5％、3.7％、4.0％、5％、10％、 15％、20％、25％、30％、40％(体积)或(重量)的ECS燃料，通常结合 一种共燃料(基础燃料或辅燃料”)。

在实践申请人的发明中，最优选的含锰净ECS燃料包括碳酸二甲酯、甲 醇、氢、甲缩醛、甲烷水合物(Methane hydrate)、肼及其混合物。

初期考虑到的申请人的ECS燃料，可能还少量掺合在市场上的共燃料 中。

但是，由于ECS燃料在最终燃料中的较大体积百分浓度，燃烧及排放物 性质显著增加。

在以下更为专门的共燃料应用中，申请人的意图是，他披露的一种共燃 料，应恰当地应用于任何其它适宜应用的共燃料(如抗氧剂或一种共燃料类型 的清洁剂可以与其它燃料类一起使用等)。

喷气航空涡轮燃料及相关的涡轮系统

本发明明确地考虑到了喷气航空涡轮燃料的应用及共燃料的应用。申请 人期望对各式各样的喷气燃料、航空涡轮引擎燃料，包括用于推进及爬升引 擎、起动器及辅助装置的燃料有广泛的应用。

本发明的实践明确地实施方案了航空涡轮，最终得到的航空涡轮燃料 (ECS燃料及共燃料)或共燃料，它们满足ASTMD1655标准，包括有Jet A，Jet A-1(煤油型较高闪点的馏份)，及Jet B-A(相对较宽沸程挥发性馏份)。对 其它喷气涡轮级别考虑到的，包括那些符合IATA指南手册规格及军用航空 涡轮规格，如MIL-T-5624、MIL-T-83 133及MIL-P-87107 等的燃料。因此申请人引证了L.Garkner及R.B.Whyte的“燃气透平燃料” 一书(1990年科学出版社)中第二章“近代涡轮燃烧器设计”第81-227页中 许多有关航空及燃气涡轮燃料的规格作为参照。

本发明的航空涡轮燃料，除这里另有规定之外，包括精炼石油烃类调合 物、天然汽油或它们与合成烃类的调合物。它们一般都是烃类的混合物(亦即 石蜡烃、环烷烃、芳香烃及烯烃，外加痕量杂原子如含硫的化合物)及由经过 某些另外方法加工处理过的直馏馏份油。

航空涡轮燃料，大部分及小部分由ECS材料组合物，这里加以披露的是 特别考虑到了的。

申请人的发明明确地考虑了燃气涡轮及空气喷气式推进系统。这样的无 数系统包括有增压式喷气发动机、增压推进发动机、函道风扇发动机、冲压 喷气发动机、急停喷气发动机、函道喷气发动机、脉冲喷气发动机系统及其 它许多变型。这些系统在航空涡轮燃料的本实践中都是考虑到的。

例如，无数燃气涡轮结构包括了基础的、单一中间冷却、双中间冷却、 等温中间冷却，一次再热、两次再热、等温再热、一次中间冷却及一次再热、 两次中间冷却及两次再热、等温中间冷却及等温再热、再生、基本燃气涡轮 再生、一次中间冷却再生、一次再热再生、一次中间冷却及一次再热的再生、 两次中间冷却及两次再热的再生、等温中间冷却及等温再热的再生。

无数“增压喷气发动机”空气喷气推进系统的实施例包括有：基本的、 中间冷却、再热、中间冷却及再热、后燃烧、中间冷却及再热。无数的“涡 轮螺旋浆”系统包括有基本的、中间冷却、再热、中间冷却及再热、再生、 带再生的中间冷却及再热、基本函道风扇、中间冷却及再热函道风扇、有后 燃烧的函道风扇、基本的冲压喷气发动机、振荡喷气发动机、液体金属循环 核涡轮喷气发动、液体金属循环核涡轮螺旋浆发动机、函道火箭发动机等。

申请人发现，冲压喷气发动机及脉冲喷气发动机操作代表了本发明的特 别优选的实施方案。因此，申请人用脉冲喷气发动机的热动力学作参照。参 见“喷气机、火箭，核、离子及电动推进器：理论与设计”W.H.T.Loh编著， 1968年，P191。

申请人的涡轮燃烧器的理想的燃烧室包括有管式的、管环式的、环式的 及球形的。

申请人的发明在上述涡轮燃烧结构及系统有专门的应用，其中意外并显 著地降低了在主燃烧区内的游离碳形成。还发现了，在主燃烧区游离碳的减 少反过来减少火焰辐射因而又降低了燃烧套衬的温度，从而降低了套衬热负 荷，延长了引擎寿命。

而且，申请人的降低燃烧温度对于高空及高马赫数的应用场合极为有 用，因为极高的引擎温度会限制燃烧系统的运作及设计。现已发现，申请人 能显著地降低引擎燃烧温度25°F至400°F或以上。

实施例36

一种控制处于高操作温度下高空、高马赫数及其它条件的喷气引擎的方 法，这里所述的方法包括：将一种ECS燃料(含一种ECS化合物及适当的金 属)与一种航空共燃料按照这样的比例进行混合，能使得在高马赫或极高空下 的燃烧处于降低了的温度下进行；在高马赫或极高下操作喷气发动机；其中 的引擎及燃烧温度下降25°F至300°F、50°F至350°F、75°F 至375°F、100°F至400°F、125°F至450°F、150°F至500 °F、175°F至550°F、200°F至600°F、225°F至750°F、 250°F至900°F或更高。

还发现了，申请人的发明提高了有用功、推动力、引擎热效率，从0.5 ％至2.0％、0.5％至5.0％、1.0％至10.0％、5.0％至20％、10％至40 ％、或更高，而且通常较多地取决于ECS燃料的浓度、共燃料的组合物及特 定的操作。

申请人的发明，在喷气涡轮的应用中也在降低有害排放物CO、NOx、 及HC的浓度方面有特别的好处，这通常是与空运转条件相关。

如上所述，未解决的涡轮上复盖锰氧化物的问题，过去妨碍着锰在涡轮 燃料中的应用，现在却十分意外地控制住了。申请人使燃烧温度的降低，也 有助于减少其它化合物复盖在涡轮表面上而且还减少了腐蚀。

在本发明的实践中，一种优选的采用ECS化合物的化学方法包括，在一 种航空喷气涡轮发动机的基础燃料中加有一种燃烧改善数量的碳酸二甲酯与 一种燃烧改善数量的环状结构的三羰基锰化合物的组合物。优选的是最后组 合的燃料要符合最低ASTM的规格，包括闪点、倾点、热稳定性、馏程、芳 烃含量、密度、冰点、粘度、净燃烧热及其它等。

涡轮燃料组合物(共燃料)组合物烃部分以其优选顺序包含有石蜡烃、环 烷烃、烯烃及芳香烃。

考虑到了的是，源于ECS化合物燃料中的氧将以不同的浓度掺混至航空 涡轮燃料中，其最佳数量取决于平均飞行高度、速度、爬升/推力要求，燃烧 系统结构、燃烧效率、基础燃料烃组合物、锰浓度及其它等。

如果以一种ECS含氧的方法改善燃烧，推荐的在最后燃料中的氧重量百 分浓度在海拔10,000英尺是从0.1％至5.0％，优选3.0％至5.0％；在20,000 英尺，推荐氧重量百分浓度为0.1％至10％，以3.0％至8.0％为优选；在 30,000英尺，推荐氧重量百分浓度从0.1％至16.0％，以5.0％至7.0％为推 荐的及5％至16.0％为优选；在40,000英尺，推荐氧重量百分浓度是从0.1 ％至30.0％，以11.0％至30.0％为优选。推荐的最后燃料中氧的平均重量 百分浓度可以大大超过上限30.0％或更高，特别对于先进燃料的应用，极高 高空，采用混合含有另外氧化剂的燃料。

对于航空涡轮组合物推荐的平均氧重量百分浓度的一般分布，也涉及其 燃料的应用，为从约0.01％至3％，1.0％至约4.0％，1.0％至约7.0％， 以最终燃料中氧重量计，2.0％的氧浓度是可接受的。但是，4.5％的重量百 分数是平均优选浓度。在共燃料应用中，专门的氧重量百分数将随着任何特 定的燃料，它的燃烧系统，闪点的考虑及操作条件而变化。

对于航空喷气涡轮燃料，锰浓度范围是从0.001克至10.0克/加仑。但是 在先进的小部分，大部分及/或净ECS燃料应用，预计浓度大大高于这个范 围。双组份火箭燃料的应用也要求较高锰浓度。

看来也是，愈高的高空运行，愈是需要较高指示的锰浓度水平。较高的 锰浓度水平，在组合物中配合以较高的氧浓度是允许的。如所述之，较高的 氧浓度也是在较高的高空下才要求的。例如在大约40,000至50,000英尺海拔 以上操作下，可接受的锰浓度可能是在约0.001至4.00克/加仑的范围。在低 空约5,000至20,000英尺海拔以上，理想的锰浓度在从约0.001至0.5克/加 仑的范围(那些范围在约0.125至0.5克锰/加仑之內的，应当是更理想的)。但 是，超出这些范围的浓度，显然是要考虑到的，尤其是对于更先进的操作。

作为本发明的另外的实践，金属及氧浓度是由在系统操作环境下组合物 的燃烧最优化所决定的。

实施例37

一种符合ASTM1655规格的航空喷气涡轮燃料，异丙醚或碳酸二甲酯 及混合物，具有0.5％至4.5％，1.0％至2.0％氧重量百分数的组合物及1/64 至1/8克锰/加仑的环戊二烯三羰基锰化合物。

实施例38

一种符合ASTM1655规格的航空喷气涡轮燃料、异丙醚及/或碳酸二甲 酯或混合物，具有0.5％至20.0％氧重量百分数的组合物及0.001至5.0克锰 /加仑的环戊二烯三羰基锰化合物。

实施例39

如同实施例38，只是燃料是燃烧在航空喷气发动机引擎中于海拔5000 英尺以上高空。

实施例40

同于实施例38，只是此种组合物在20,000英尺海拔以上的高空中航空 喷气发动机引擎中燃烧。

实施例41

同于实施例38，只是组合物中碳酸二甲酯氧重量百分数为25％，环戊 二烯三羰基锰化合物具有锰重量在1.0克/加仑以上。

实施例42

同于实施例38，只是此组合物是在航空喷气发动机引擎中，于海拔 40,000英尺以上高空下燃烧。

实施例43

同于实施例38，其中的组合物有碳酸二甲酯，氧重量约0.1％至约3.0 ％。

实施例44

按照实施例37至43，其中的组合物含乙二醇单甲醚，浓度0.1至0.15 ％(体积)

实施例45

按照实施例38，其中所述的操作是在高空海拔超过60,000英尺以上， 其所述的DMC的氧重量是3.0％至15％及金属浓度是0.5至10.0克/加仑； 从而引擎温度降低最少10°F至400°F，或更多，超过了已知传统方法。

实施例46

一种操作高空喷气发动机引擎的方法；包括用一种具有氧重量组合物 0.01至30.0％的ECS组分的组合物与具有燃烧改善数量的高能释放金属一 起同一种航空喷气发动机燃料相混合；在高空40,000英尺以上，优选的是 60,000至100,000英尺或更高操作所述引擎，排出燃烧气体至涡轮入口；从 而使气体进口温度降至1200°K以下，即与已知最好方法相比，至少低0.5 ％至25％或更多；及/或涡轮进口压力增加，超过现有方法的0.5％至40.0 ％；及/或热效率提高至少0.5％至20％，或更高。

实施例47

一种符合ASTM1655规格的航空喷气涡轮燃料，含有一种含氧ECS化 合物，其所得的燃料组合物含0.5至4.0％重量的氧，及至少一种环戊二烯三 羰基锰化合物，为1/8克锰/加仑。

实施例48

一种组合包括，一种航空喷气涡轮引擎和一种喷气涡轮燃料，此燃料符 合ASTM1655规格，内含一种含氧ECS化合物，其所得的燃料组合物含有 0.5至5.0％重量百分数的氧，及至少一种环戊二烯三羰基锰化合物为1/8克 锰/加仑，从而在主燃烧区的游离碳形成减少和进口温度大大下降。

实施例49

按照实施例48的组合物，其中的燃烧温度下降，或套衬热负荷下降及/ 或涡轮引擎寿命延长。

实施例50

按照实施例48的组合物，其中热效率提高至少2.0％。

因此，本发明的一种实施方案在于，应用了申请人的先进ECS基础燃料 与具有比传统燃烧器较低的燃烧器长度对壳体直径比例的先进燃烧器相结 合；由于较小直径的铸造降低了燃料比消耗；由于外壳直径较小，在较高燃 烧压力下只有较小的压力损失；较高燃烧压力的燃烧器，而没有增加涡轮入 口或套衬温度；减小了焰筒的尺寸而没有损失燃烧效率、升力，或燃料经济 性；减小了火焰筒尺寸的低压升力燃烧器并没有损失燃烧效率，升力，或燃 料的经济性；较大直径的燃烧外壳，有助于改善升力，由于较短火焰筒的较 大直径燃烧器外壳有助于改善燃烧效率；减少了外壳直径而没有增加压力损 失；燃烧器具有降低了的压力损失；较低压缩比引擎；较低压缩比的升力引 擎；较高压缩比的引擎，没有有害的火焰筒壁温度增加(因此减少了膜空气冷 却要求)；燃烧器其主区燃烧效率高于传统的效率；燃烧器其中主区属于贫气 或为燃料不足燃烧；及其它等等。

实施例51

一种组合包括，一种ECS基础航空喷气涡轮燃料及一种喷气发动机引 擎，其组合特征在于：所述的燃料在一个低压升力引擎中燃烧，其中所述的 引擎的火焰筒长度已被减小至少10％，而没有损害升力或燃烧效率。

实施例52

一种组合包括，一种ECS基础航空喷气涡轮燃料及一种喷气发动机引 擎，其组合的特征在于：所述的燃料在一个高压缩引擎中燃烧，其中所述的 引擎火焰筒壁温度降低，燃烧效率至少增加5％。

本发明的一种明确实施方案在于，应用申请人的燃烧改善的燃料组合物 与传统的或先进的航空喷气涡轮燃烧器结合，在高空，包括40,000英尺以上， 燃烧效率改善比在同样高空及/或同样海拔操作的共燃料高约5％或更多。

本发明的另一实施方案在于，减少了燃烧器稀释区总距离，同时降低了 出口流的温度。因此，本发明的实践中，理想的稀释区长度等于1.5至2.0 倍火焰筒宽度，尤其在引擎需要高空巡航时。其它理想的稀释区长度等于0.9 至1.5、1.2至1.6、1.3至1.7、1.4至1.6倍于火焰筒宽度。

因此，本发明的一种实施方案在于，应用稀释区长度1.4至1.6倍于总 火焰筒宽度的燃烧器，而同时又改善了高空燃烧效率。预料到的燃烧效率在 20,000英尺以上的高空提高2％。

为了防止涡轮叶局部破损，本发明的进一步实施方案在于，构造了ECS 燃料及操作喷气发动机燃烧器，使其出口流的温度(涡轮入口温度)低于1200 °K。

因此，这是一种进一步的实施方案，即在涡轮入口温度不会高于大致 1200°K、1100°K、1050°K、1000°K、950°K、900°K、 850°K或更低的条件下操作这样的系统。这也是一种实施方案，即在低于 800°K或更低的温度操作这样的系统，如果可行的话。

但是，为了使申请人发明的效果最大化，燃烧器的出口流最大温度(即最 大涡轮入口温度)不超过1100°K是理想的。平均燃气温度近似于最大涡轮 进入温度也是优选的，为的是要保持引擎的有效输出功。

实施例53

一种减少比燃料消耗的方法，包括在稀释区长度约1.5倍于火焰筒宽度 的环形、管形或管环形燃烧器内燃烧一种ECS燃料及/或一种ECS加共燃料 的组合燃料，从而燃料的比消耗降低。

实施例54

环形燃烧器实施例53，其中燃烧器长度对外壳直径比缩小，和其中升 力及/或燃料效率比已知方法有改进。

实施例55

按照实施例53及54，其中的ECS燃料包含大部分为ASTM航空喷气 发动机燃料及少部分为由碳酸二甲酯与一种燃烧改善数量的至少一种非铅金 属组合物的部分。

实施例56

按照实施例53-54，其中的燃烧器用一种烃类燃料组合物操作，此烃 类燃料组合物包含大量的燃料成分烃类和少量的含有碳酸二甲酯及燃烧改善 数量的至少一种环状结构三羰基锰的组合物，其中出口流温度低于1100° K。

实施例57

按照实施例53-54，其中的燃烧器用基本上一种净燃料组合物操作， 此净燃料组合物包含碳酸二甲酯及一种燃烧改善数量的至少一种的非铅金 属。

实施例58

按照实施例57，其中的燃料组合物另外包含一种商业喷气般空燃料的 共燃料

实施例59

按照实施例53-58，其中有用功增加和燃烧器寿命延长至少10％。

实施例60

按照实施例51-59的燃烧器，其中的燃烧效率，在高空超过30,000英 尺以上，是高于现有引擎的2％。

实施例61

按照实施例59-60中的燃烧器，其所达到的压力及/或涡轮转速超过现 有引擎的5％至20％。

应当考虑到的是，申请人得出的成果及/或航空涡轮共燃料应当是无铅的 或基本上无铅的。但是已知与ASTM，军用的或国际标准一致的添加剂可以 包含在这种组合物中。考虑到的是申请人的航空涡轮燃料将符合或基本履行 ASTM标准。现有AS/M燃料规格D1655-93(包括未来版本)，相关的从 前的规格，有关的ASTM标准、试验方法、军用及国际标准都在此引证参考。

申请人发明的抗氧化剂包括烷基酚、有空间障碍的酚及胺基团的芳香二 胺类。

申请人的抗氧剂通常使用数量不超过24mg话性组分/L(不包括溶剂重 量)。这样的抗氧剂选自N，N-二异丙基对苯基二胺，最小75％2，6-二叔 丁基酚加最多25％的叔及三叔丁基酚，最低72％2，4-二甲基-6-叔丁 基酚加最多28％的单甲基及二甲基叔丁基酚，最低55％的2，4-二甲基- 6-叔-丁基酚和最大45％混合叔及二叔丁基酚。

另外用于本发明的抗氧剂有：2，6-二叔丁基-4-甲基酚、6-叔丁 基-2，4-二甲基酚、2，6-二叔丁基酚、最少75％2，6-二叔丁基酚及最 多25％叔丁基酚及三叔丁基酚，最少72％6-叔丁基-2，4-二甲基酚及 最多28％叔丁基甲基酚及叔丁基二甲基酚、最少55％6-叔丁基-2，4- 二甲基酚及最多45％叔丁基酚与二叔丁基酚的混合物、60至80％的2，6 -二烷基酚及20至40％的2，3，6-三烷基酚与2，4，6-三烷基酚混合物、 最少35％2，6-二叔丁基-4-甲基酚及最多65％甲基-，乙基-，及二 甲基叔丁基酚混合物、最少60％2，4-二叔丁基酚及最多40％叔丁基酚混 合物、最少30％2，3，6-三甲基酚及2，4，6-三甲基酚混合物和最多70％ 二甲基酚混合物、最少55％丁基化乙基酚及最多45％丁基化甲基及二甲基 酚、  45％混合4，6-二叔丁基-2-甲基酚、最少40％6，-叔丁基-2- 甲酚混合物、最多15％其它丁基化酚混合物。还有抑制剂，其总浓度不大于 每5000加仑燃料1磅(不包括溶剂)，包括有2，4-二甲基-6-叔丁基酚、 2，6-二叔丁基-4-甲基酚、2，6-二叔丁基酚、75％2，6-二叔丁基 酚、10-15％2，4，6-三叔丁基酚、10-15％邻叔丁基酚、最小72％2， 4-二甲基-6-叔丁基酚及最大28％单甲基及二甲基叔丁基酚、最小60 ％2，4-二叔丁基酚，及最大40％混合的叔丁基酚。超过上述范围限制的添 加剂浓度也是要考虑到的，特别是在本发明的其它应用中及/或ECS化合物 的性质或浓度需要这样的用法。

此组合物可包含金属减活剂，优选数量不超过5.8mg/L(不含溶剂重 量)，诸如N，N′-二亚水杨基-1，2-丙二胺、N，N′-二亚水杨基-1，2- 乙二胺或N，N′-二亚水杨基-1，2-环己二胺。但是，超此数量的浓度是要 考虑到的。

电导添加剂，其浓度要足以在注入点处使燃料的电导性增加在每米200 至600皮西门子范围，诸如ASA-3为皇家润滑剂公司标号，Royal Lubricants Corp.，Roseland，NJ07068)，其浓度最高达1mg/L，和“Stadis” 450(为杜帮公司化学部注册商标及标号，DuPont Petroleum Chemicals Div.， Wilmington，DE19898)，其浓度最高达3mg/L，这是明确考虑到了的。

在本发明实践中，在燃料的电导性损失时，需要用电导添加剂进行处 理，应用以下浓度极限：ASA-3@最大1mg/L；Stadis_450@最大3gm/L。 当用同样电导性添加剂处理时，必须使ASA-3浓度极限限制在累积总量最 大2mg/L；对于Stadis_450限制累积总量最大5mg/L。在电导添加剂改变需 要处理或确认不清时，ASA-3可进一步添加，但最大不超过1mg/L， Stadis_可以进一步添加，但最大不超过2mg/L。

腐蚀抑制剂是考虑到了的。例如下面的抗腐蚀添加剂可以应用：

添加剂                   浓度

Nuchem PCI-105        最大每1000桶4磅

Apolio PRI-19         最大每1000桶4磅

Cooper Hiteo E-515    最大每1000桶16磅

Cooper Hiteo E-580    最大每1000桶8磅

Dupont AFA-1          最大每1000桶16磅

Petrolite Tolad 245   最大每1000桶20磅

Texaco TXA182         最大每1000桶20磅

(TRI182)

其它适用腐蚀抑制剂可以使用。在军用场合，可以遵照MIL-I- 25017，将腐蚀抑制剂调合至JP-8燃料中。

本发明实践明确考虑到使用燃料系统结冰抑制剂，尤其在需要降低结冰 温度的情况下。冰点特别重要，而且必须要足够的低，以预防主要在高空飞 行温度下阻碍燃料流穿过过滤器的筛网进入引擎。飞机燃料箱中的燃料温度 是以与飞行持续时间成比例的速度下降的，因此，对于燃料允许的最大冰点 是与飞行的类型相关。例如，续航时间长的比续航时间短的要求的燃料冰点 更低。

优选的结冰抑制剂是乙二醇单甲醚，要符合D4171规格要求。优选的 浓度范围，从约0.1至0.15％(体积)。但是浓度超出此范围亦可使用。另外 的抗结冰剂包括Phillips PFA55MB@0.15％(体积)及MIL-I-27686@最 高0.15％(体积)。

在实践本发明中，预想到的是，另外一些结冰抑制剂可以使用，包括醇 类，共溶剂及其它等，特别是对于那些ECS化合物没有足够低的熔点及/或 当最终燃料倾点或冰点温度太高时需要使用。

申请人的喷气航空涡轮燃料的规格一般要与表1中的要求相一致。

优选的是，申请人的航空涡轮共燃料一般应当是无肉眼可见的未溶解 水、沉渣及悬浮物。燃料的味道应当不是令人恶心或刺激的。在通常处置及 使用条件下，无已知有害毒物出现，除前已列出的以外。

飞机安全及经济操作要求申请人的燃料在使用前基本清洁、无水和无污 染。

因此，申请人的航空喷气涡轮共燃料应当无水。但是，为了提高燃烧速 度和/或蒸汽扩散，水可以通过，例如乳化或其它方法，采取如分别注入方式 而引入燃料中。

表1  航空涡轮燃料A代表性要求

性质                 JetA或JetA-1    JetB    ASTM试验方法

组合物

酸度总mg KOH/g         最大0.1        …       D3234

芳烃，％(体积)         最大22C      22C      D1318

硫，硫醇％(重)         最大0.003      0.003    D3227

总硫，％(重)           最大0.3        0.3    D1266或D1662或

                                             D2622或D4284

挥发性

蒸馏温度℃

10％馏出温度最大        205           …          D86

20％馏出温度最大        …                 145

50％馏出温度最大        报告          190

90％馏出温度最大        报告          245

终沸点，温度最大        300           …

蒸馏残渣％最大          1.5           1.6

蒸馏损失％ 最大       1.6       1.5

闪点℃     最小       38        …                     D56或D3828

密度kg/M3(在15℃)  775至840   761至802     D1298或D4052

蒸汽压，KPa，38℃， 最大…               21         D323

流动性

冰点℃最大          -40JetAE   -50B       D2388

                    -47JetA-1E

粘度mmG/6SL-20℃，最大8.C                 D445

燃烧性                                      D4529，D3338或

燃烧净热值，MJ/kg  最小  42.8G 42.8G      D4809

下述之一要符合

(1)发光计数或      最小  45     45          D1704

(2)烟点mm或        最小  25     25          D1322

(3)烟点mm及        最小  19F   19F        D1322

苯胺点％(体积)     最大  3      3           D1840

腐蚀性

铜条试验2h，100℃  最大  No.1    No.1       D130

稳定性

热稳定性：

过滤器压力降mmHg   最大  25K    25K      D3241H

管沉积物小于             3号     3号

无发光或反常颜色沉积物

污物

原在胶，mg/100ml   最大   7      7          D381

水反应：界面率     最大   1b     1b         D1094

添加剂

电导性pS/m              参5.2  参5.2        D2524

优选的是，申请人的航空涡轮共燃料，在300°F高的温度下应是热稳 定的。以减少在燃料加热时在引擎燃料系统中形成的沉积物数量。热稳定性 是航空喷气涡轮燃料的一个重要性质，而且会潜在地影响引擎的维护及可操 作性。沉积物会堵塞燃料喷嘴、降低热交换器效率，及引起燃料控制失灵。 因此，采用的ECS化合物应当对热稳定性没有有害影响。但是，影响热稳定 性的ECS化合物也可以应用，如果有合适的措施如添加剂(见后)及/或某些配 方技术。参见Perry W.Kirklin及Peter，David，1992著“航空燃料：热稳定性 要求”。

优选的是，对于实施例中所得到的燃料的高温稳定性应是在ASTM- C8C燃料烧焦管中于300°F(148.9℃)的预热温度，400°F(204.4℃)过滤 器温度，每小时6磅(2.70±0.05Kg/hr)燃料流率下运行五小时后再计量确 定。优选最大压力改变为12英寸汞柱高度(304.8毫米)，而预热器沉积物低 于3号(ASTM1660)。这样的燃料才会具有內在的贮存稳定性。

因此，在本发明的实践中，考虑到申请人的燃料将要采用能够脱除活性 烯烃及杂原子化合物的燃料生产方法及/或加工方法，以改善热稳定性。

也考虑到了燃料可以含有对热稳定性的添加剂，包括杜帮公司的JFA- 5，最大浓度为每1000桶30磅的浓度。其它添加剂，应符合ASTM D 1655 的要求，也都是考虑到了的。

申请人的优选燃料组合物的配方，要能有减少烟垢形成，增加燃烧效率 及避免熄火的燃烧特性。

一般来讲，石蜡烃能提供最理想的喷气燃料燃烧清洁特性。环烷烃则是 这种用途的其次最理想的烃类。

尽管一般烯烃具有好的燃烧性能，但它的胶质稳定性及热稳定性差，通 常限制了它们在飞机涡轮燃料中的使用。在本发明实践中，它们的用量应限 制在5％(体积)，或以下。但是，1％(体积)或更低，是更优选的。

没有申请人的发明时，芳烃作为航空涡轮燃料一般具有最差的燃烧特 性。在航空涡轮中，它们燃烧时火焰易于冒烟，而且释放出的化学能中非理 想的热辐射部分，要比其它烃类的大得多。萘或双环芳烃类比单环芳烃会产 生更多烟、烟垢及热辐射，因此是最不理想的航空喷气燃料的烃类。

优选的是，申请人的组合物发光计数应当有最低值45，发光计数是测 定在指定条件下火焰辐射及温升的，是与这种燃料烃类型组合物相关的。

优选的是，烟点的最低值为25mm，烟点是喷气燃料相对发烟的性质的 一种指示，也是与燃料中烃的类型相关的。一般喷气燃料芳烃含量愈高，火 焰冒烟越重。

也优选的是萘类组合物不超过3％(体积)。萘类浓度较低是更优选的。 为了本发明的目的，萘类将包括萘、二氢苊及这些烃类的烷基化衍生物，在 喷气燃料中这些化合物不超过5％的含量和具有的沸点要低于600°F(316 ℃)。萘浓度低于3％是优选的。较低的萘浓度甚至是更优选的。

优选的是，芳烃体积浓度应低于22％(体积)。在煤油燃料中最大芳烃浓 度应在20％以下。较低浓度是优选的。没有本发明应用时，高芳烃喷气燃料 燃烧时，一般会造成冒烟及碳或烟垢沉积。

燃料的氢含量也是申请人发明的一个重要因素。在实践本发明中，燃料 中总氢含量的质量百分数不应低于13.4％(质量)。优选浓度是13.8％(质量)。 更优选的超过14.0％(质量)。超出此范围的浓度是要考虑到的。燃料的密度 是大多数商业交易中计量流量及质量-体积关系的重要性质。因此，申请人 的燃料应当构造成为在正常操作环境下易于流动的。燃料的密度，在用于与 其它诸如苯胺点或馏程一起用经验方法估计燃料发热值时，特别有用。低密 度可以表示低的单位体积发热值。申请人的喷气涡轮燃料的优选的密度将在 大致从750至840kg/M3(于15℃下)范围。

同样，申请人的燃料净燃烧热是基于热能可转化为机械能的性质，对飞 机及其引擎产生影响的。如上所述，在本发明的优选的实践中，净燃烧热是 较高的。

但是，最低的净燃烧热是本发明的一种基本的实施方案。考虑到了的 是，最低净燃烧热是42.8MJ/kg。较高的净燃烧热包括那些超过了43MJ/kg 的，也都是可接受的和常常是优选的。但是，申请人发明的未能预料到的将 热能转化为机械能的能力允许使用净热值低于42.8MJ/kg的燃料，尤其是当 ECS组分的体积组合物增加时。

燃料的挥发性及在不同温度的蒸发性是受馏程决定的。10％点馏出的 馏份应当保证易于启动。90％馏份应当限制难于汽化的较重馏份。最优选的 T-90点温度应当不超过225℃，较低的温度是略更优选的。

燃料的蒸汽压应当足以避免发泡、燃料阻塞及轻馏份在高空时经飞机油 箱气孔而逸出的损失。这对于Jet B燃料是重要的，因它的挥发性较高。

流体粘度是它对流动阻力的一种尺度。在涡轮燃料中，它很重要，因为 它表征燃料是否相对易于流动或泵送，及易于通过燃料喷嘴而雾化。最低粘 度是有限制的，因为有些燃料泵，如果燃料粘度过分低于某一数值，将难以 令人满意地进行工作，特别是在低温条件下。最大粘度也是有限制的，因为 太高的粘度会引起过度的在管道系统压力损失及较差的燃料喷雾性能。因 此，申请人的燃料优选的粘度应当是足以保证在预期的温度范围內的泵送能 力及保持一致的喷嘴喷雾模式。

限制硫醇含量是需要的，以防止它对弹性材料的有害反应及减小令人不 愉快的硫醇气味。在本发明实践中，燃料优选硫醇的重量浓度为0.003％或 以下。

在本发明的实践中，限制硫含量是需要的，因为燃烧时形成的硫氧化 物，对喷气涡轮部件是有腐蚀性的。优选的硫重量百分浓度为0.3％、0.02 至0.001％(或无硫)。

在本发明的实践中，燃料的优选的铜条腐蚀数，为在100℃下2小时， 不超过No.1号。这将保证燃料不会腐蚀燃料系统各种部件中的铜或任何铜 基合金。

降低酸度，对于避免潜在的某些含氧化合物的水解，避免腐蚀及/或材料 的不匹配性，及/或避免热稳定性问题都是重要的。因此，任何残余矿物酸、 苛性的、酸性的或形成酸性的材料/试剂都应当从此过程中除去或消除掉。如 果采用的是酸性的或形成酸的ECS化合物，抗氧剂及/或中和添加剂是要考 虑到的。在本发明的实践中，优选的申请人燃料的酸度应当被降至最低，而 且不超过0.1mg KOH/g。

也优选的是，原在胶，燃料蒸发留下的不挥发残渣，应当减至最少。大 量的胶质是表示燃料被高沸点油或颗粒状的东西污染，而且一般反映出燃料 的操作性差。

申请人的优选的喷气航空燃料，在各种不同气候条件经过不同时期的贮 存之后是可用的，而且应当符合ASTM的要求。

申请人的理想闪点，是燃料装卸及贮存时不会有严重火灾危险的最大温 度的一种表征，应当在约38℃或以上。但是，较低闪点的燃料显然也是要考 虑到的。

在申请人的发明实践中，闪点的控制是重要的。如果添加ECS化合物使 闪点温度降低，显然考虑到的是，取代的ECS化合物及/或添加物应当用来 升高闪点温度。其它达到可接受的闪点温度的方法都是要考虑到的。例如， 共燃料可以在较高闪点温度分流，再与ECS化合物及基础燃料结合起来以满 足可接受的ASTM闪点温度要求。已发现，降低某些闪点较低的ECS化合 物的总浓度水平也是有效的。其它添加剂，包括盐、表面活性剂及其它等用 以增高闪点是可以考虑的。互溶剂的实用也可考虑用于闪点、蒸汽压、水溶 性、水解及其它这类问题(见EPO 0235280专利)。

一般优选的是，燃料是无表面活性剂。但是，某些情况下，例如作为产 生乳化液，或提高闪点温度的手段，表面活性剂是可以使用的。

申请人ECS涡轮航空喷气燃料的说明性实施例如下：

性质               极限     极限         试验方法

比重API度          37       57          ASTM D287

蒸馏温度

10％汽化的      最大400°F(204.4℃)

50％汽化的      190.2℃     450°F

终沸点            最大      572°F

损失％            最大      1.5

残渣％            最大      1.5

硫％(重)          最大      0.30        ASTM D1266

硫醇硫％(重)      最大      0.005       ASTM D1323或D1219

(见说明1)

净燃烧热

BTU/1b            18,400    最小        ASTM D240

J/kg              42.8×106最小        D2382

冰点°F(见说明2)

雷氏蒸汽压Lb      m         3           ASTM D323

芳烃含量％(体积)  5.0       20          ASTM D1319

(见说明3)

燃烧质量

发光计数          45        最小        ASTM D1740

(见说明4)

铜条腐蚀试验

分级             最大       40          ASTM D1300

温度100℃＝

212°F＝18°

时间2h

粘度  Cs，-30°F

    -34.4℃          最大     15    ASTM D445

水反应，体积变化(ml) 最大     1     ASTM D1094

水反应，界面率

评分                 最大     1-b   ASTM D1094

ECS燃料/化合物

(O2重％碳酸二甲酯)  2.0％    2.0％

CMT(克/加仑)         1/8      1/16

说明1：如果按ASTM D484进行了Doctor试验且得到结果是负的，可 省略硫醇硫的测定。

说明2：冰点温度将至少比最低引擎燃料入口温度低6°F。

说明3：芳烃含量可以达到25％(体积)

说明4：如果它们满足下列另外要求或组合要求之一，燃料就是可接受 的。

a、在用ASTM方法D1322测定时，烟点不低于25mm。

b、如果燃料在用ASTM D1840方法测定燃料含萘没有超过3％(体积) 时，烟点按ASTM D1322测定不低于20mm。

c、如果用ASTM D1840方法测定萘在燃料中含量不超过3.0％(体积)， 在用ASTM方法D1322测定时，由于满足B项要求遇到意外困难，在必要 时最小烟点可以放宽到18mm。

采用芳烃和其它这里提出的方法来调整蒸馏及挥发性，一般对于Jet A 及Jet A-1燃料是受到限制的，但还是有某些适用性的。但是，仍然可以 应用于某些有保证的情况。

申请人提出，尽管芳烃化合物在维持燃料稳定性及/或改进燃料挥发性方 面有特别的好处，但它们在Jet A或Jet A-1燃料中用于改进温度是要受到 限制的，因为对所述燃料的T-10及终沸点温度变化只能约100℃

在一般与使用芳烃相关的有害条件，如游离碳形成，通过本发明的实践 得以很大程度的控制时，然而另一方面，这样的芳烃又倾向于加剧火焰辐射、 冒烟及侵蚀弹性材料。因此，它们可能应用的范围，就应当加以限制或避免。 然而，在那些优选浓度之外，应用芳烃，仍然还能做到适当地降低火焰辐射 及减少排放物等，是本发明的一种明确的实施方案。

燃气涡轮燃料油及系统

申请人的发明明确地考虑到了燃气涡轮燃料油及燃气涡轮燃料油及其 他等的共燃料的应用，包括那些能满足工业、瓦斯油涡轮生产、ASTM D 2880标准及其它等适宜要求的。ASTM燃料规格D2880-92，D396及D 975(包括未来版)，与以前规格相关的，有关的ASTM标准、试验方法，军用 及国际标准都加以引用作参照。

申请人的燃气涡轮油燃料也同航空喷气涡轮一样，降低了碳生成，降低 了温度和具有较高的热效率。因此，未预料到的辐射能的降低，內套衬温度 的降低及由此瓦斯油涡轮寿命延长是本发明考虑到了的。另外，由于较高的 净燃烧热，有用功大大改善也是意外的实践。

在燃气涡轮燃料实践中，与航空喷气发动机的相比较，强调的是燃烧效 率、低压力损失、长期耐用性、在宽燃料范围内排放污物减少，包括所谓“脏 的燃料”，灰分沉积及涡轮叶桨腐蚀及其它等。

在申请人的瓦斯油涡轮中考虑到的基本涡轮燃烧系统，包括那些以前在 航空喷气涡轮系统中提出的及那些应用于各种工业、船舶产生动力场合的其 它燃烧器。

因此，燃烧器包括了扩散火焰，催化燃烧器、预混燃烧器，及其它。申 请人发现，催化燃烧器在本发明的实践中是理想的。

不同于航空涡轮，重量及紧密程度都不是重要的，因此，长期可靠性及 较大单复头燃烧器的可及性是普通的。

因此无数在这种应用中考虑到的燃烧/燃料系统包括主区处于贫气或燃 料不足燃烧的燃烧器、燃烧重质船用燃料的增压船用涡轮引擎、具有中间燃 气稀释的高温燃气涡轮，具有中间高温热交换器的高温燃气涡轮，具有中间 热交换器及燃气稀释的高温燃气涡轮，具有再加热的高温燃气涡轮及其它 等。

申请人的瓦斯油涡轮燃料及燃烧系统主要目的在于，改善热效率、减少 有害污染，减少有害灰分沉积及控制对涡轮叶桨的腐蚀。

本发明的燃气涡轮燃料油无数范例包括4个级别的符合ASTM规格D 396及D975的燃料油。其中有No.O-GT级别，它包含了低闪点石脑油。 一般与主要用于航空的燃料，尤其像煤油的应用情况，都有共同的相似性， 但是对于申请人的燃气涡轮燃料油的应用有些不同，这些将列举于后。

但是，喷气涡轮的燃烧原理及固定的瓦斯油涡轮却都是相同的。因此也 就是说前面所披露的实践及/或有关航空喷气涡轮，或列举披露的或任何其它 的燃料，只要是可能应用的，都应当在申请人的燃气涡轮燃料油的实践中加 以应用。

实施例62

一种燃气涡轮燃料油组合物，包括少部分ECS燃料，优选的包含燃烧改 进数量的碳酸二甲酯和燃烧改进数量的非铅金属或化合物，以及大部分的瓦 斯油涡轮燃料，从而得到的组合物符合可应用的ASTM D2880、D396及D 975标准，包括现在的和未来的。

实施例63

按照实施例62，其中得到的组合物中氧浓度范围从约0.1％至约20.0 ％(重)，更为优选的氧范围是从2.0％至约6.0％(重)，甚至更为优选的是4.0 ％(重)。

实施例64

按照实施例62，其中的终沸点或T-90点温度降低50°F、100°F、 150°F、200°F，以致使燃烧温度降低。

实施例65

按照实施例62，其中终沸点或T-90点温度降低50°F、100°F、 150°F、200°F，以便与存在的ECS化合物组合一起，使燃烧温度降低。

实施例66

按照实施例62，其中的环结构锰化合物在组合物中的数量从约0.001 至2.00克锰/加仑，0.001至0.5克锰/加仑是优选的，0.125至0.375克锰/加 仑为更优选的。

实施67

一种燃气涡轮燃料油组合物，包括大部分的ECS燃料，优选的包含一种 燃烧改善数量的碳酸二甲酯和一种燃烧改善数量的环戊二烯三羰基锰化合 物，以及少部分的瓦斯油涡轮燃料，从而得到的组合物符合可应用的ASTM D 2880、D396、D975标准。

实施例68

按照实施例67，其中最终组合物的氧浓度范围在约0.1至约50.0％ (重)，优选氧范围为6.0％至40％(重)。

实施例69

按照实施例67，其中环状结构的锰化合物存在于组合物中，其数量从 约0.0625至3.00克锰/加仑，优选0.25至1.50克锰/加仑，也优选0.125至0.375 克锰/加仑。

实施例70

一种ECS燃料及一种从由No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、 No.3-GT或No.4-GT组合物的燃气涡轮燃料组中选出的共燃料，其所 组合物的燃料符合ASTM D2880规格。

实施例71

一种含有燃烧改善数量的环戊二烯三羰基锰的化合物的ECS燃料，及一 种选自No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、No.3-GT，或No.4- GT的燃气涡轮燃料油的烃类共燃料，其所组合物的燃料中氧含量为4.5％重 量百分数。

实施例72

按照实施例71的组合物，其中所说的组合物符合AS/M D2880规格。

实施例73

按照实施例71的组合物，其中所述组合物的终沸点、T-90及T-50 点温度降低至少10°F至50°F，从而改善了燃烧及/或减少了排放污物。

实施例74

一种组合，包括一种选自由No.0-GT、No.1-GT、No.2-GT、 No.3-GT或No.4-GT组合物的燃气涡轮燃料组合物的燃料组合物，一 种燃气燃料油涡轮燃烧系统，所述的组合特征在于：所述燃料含有燃烧改进 数量的碳酸二甲酯及燃烧改进数量的环戊二烯三羰基锰化合物，从而在主燃 烧区内在所述组合物燃烧时减少了碳生成。

实施例75

按照实施例74的组合，其中应用了一种燃料雾化方法，使得平均燃料 液滴尺寸小于70微米。

实施例76

按照实施例74的组合，其中采用了一种燃料雾化方法，使得燃料液滴 平均尺寸小于40-60微米。

实施例77

按照实施例75-76，其中游离碳生成减少，以致内套衬温度下降，并 伴随涡轮寿命延长。

实施例78

按照实施例74，其组合进一步包括一种降低组合物终沸点、T-90、 或T-50、或T-10温度的方法，使得有害排出物减少。

实施例79

按照实施例62-78，其组合物在一种燃气涡轮火焰筒中燃烧，和涡轮 进口燃气温度低于650℃。

实施例80

按照实施例62-78，其中的组合物在一种燃气涡轮火焰筒中燃烧，和 其中的涡轮进口燃气温度低于550℃

实施例81

按照实施例62-80，其中的组合物是在稀释区长度1.4至2.0(1.4至1.6) 倍于总火焰筒宽度的一种燃气涡轮火焰筒(燃烧器)内燃烧的，其中涡轮进口 燃气温度低于650℃。

实施例82

按照实施例62-81，其中的组合物是在稀释区长度约1.5倍于总火焰 筒宽度的一种燃气涡轮火焰筒(燃烧器)內燃烧的，其涡轮进口燃气温度低于 650℃，和其中进口压力及/或涡轮转速超过了现有系统2％至10％。

实施例83

按照实施例62-82，其中的组合物是在燃气涡轮火焰筒中燃烧，使其 涡轮入口燃气温度约550℃，或以下，和其中入口压力及/或涡轮旋转速度比 现有组合物及燃烧器在同样条件下所达到的要高2％至10％。

申请人的共燃料及所构成的燃气燃料油的物理性质一般都与ASTM规 格D2880，D396及D975规定的那些相同。

例如，燃气涡轮操作经验表明，燃料在灰分含量会是有问题的。因此， 燃料油灰分的某些化学性质必须加以控制，因为在油的灰分中存在有形成熔 渣的物质，会引起必须操作在表面温度593℃以上的那些涡轮部件上的腐蚀 及沉积。低/无灰分燃料是本发明的明确实施方案。

上述各种级别的ASTM瓦斯油涡轮燃料包括从0-GT至4-GT的级 别。级别0-GT包括石脑油、Jet B及其它特征是与煤油及燃料油相比闪点 低及粘度低的轻质烃液体。级别1-GT属于轻质馏份燃料油，适宜用于几 乎所有的燃气涡轮。级别2-GT是比级别1-GT更重一些的馏份油，能 够用于不要求有级别1-GT那样的清洁燃烧特征的燃气涡轮。

对于级别2-GT，可以要求有燃料加热设备，这取决于燃料系统设计 或环境温度条件或它们两者。

另外的燃气涡轮燃料油级别包括：级别3-GT，它可以是比级别2- GT更重的馏份油，或者满足低灰分要求的残渣燃料油，或者馏份油与残渣 燃料油的调合油。对于级别3-GT，几乎每套装置都要求有燃料加热。

级别4-GT包括大部残渣及某些拔顶原油。由于级别4-GT的性质 变化范围宽和缺乏控制，可适当地使用前检验一下这种级别燃料的性质。

在本发明的实践中，配有不同规格及以不同牌号销售的各种不同的燃气 涡轮燃料都是可接受的。但是，那些满足ASTM规格D2880规定的燃料是 优选的。

本发明理想的燃气涡轮共燃料属于烃类油的均匀混合物，没有无机酸及 无过量固体或纤维等外来杂质，否则必需频繁地清扫适用的过滤器。优选的 是，所有级别的涡轮燃料油在正常贮存条件下保持均匀，而不致由于重力使 之分离为轻质及重质油成分，从而又使粘度超出级别限制范围。

申请人的涡轮燃料油应当主要是烃类。也优选的是，申请人的共燃料涡 轮燃料油是无污物的。在本专利说明书中，污物被认为是外来的致使燃料不 太适用或不能适用于所需用途的物质。

为申请人发明所考虑到的各种级别的燃气涡轮燃料油，都要符合表2所 示的限制要求。级别No1-GT及2-GT的要求大多数都与ASTM规格D 396的No.1及No.2燃料相对应，和与ASTM规格D975中的级别Nos1- D及2-D相对应。级别Nos3-GT和4-GT燃料的粘度范围同ASTM 规格D396中的级别Nos4，5及6号及ASTM规格D975中的级别No.4- D是并列的。

本发明的意图在于，要采用符合ASTM规格D396及D975要求的燃 料。无数的可接受的燃料实施例包括了符合表2要求的燃料。

表2

在监视输送给用户的时间及地点条件下对燃气涡轮燃料油的详细要求

性质                   ASTM试验方法C         级别D

                               No.    No.      No.     No.     No.

                              0-GT   1-GT     2-GT    3-GT    4-G 闪点，℃(°F)最小         D93      E    38(100)  38(100) 65(130) 66(150) 水及沉渣％(体积)最大      D1798  0.05    0.05     0.05    1.0     1.0 蒸馏温度℃(°F)           D86 90％(体积)收集的，最小             …        …              282      …          …

              最大             …       288       338      …          … 运动粘度2mm/gF           D455 在40℃(104°F)    最小             G    1.3       1.9     5.5     5.5

              最大                  2.4       41       …          … 在100℃(212°F)   最大                  …                …          50.0     50.0 拉氏残炭，馏出10％        D524   0.15   0.16     0.35      …           … 残余物计，％(质量) 灰分％(质量)，最大        D482   0.01   0.01     0.01    0.03      … 密度，15℃，Kg/m3，最大         …         850      876      …             … 倾点F℃(°F)，最大       D97    …        -18       -6       …            …

A为满足特殊操作条件，在用户、销售者及生产厂家之间取得一致可对个别极限要 求进行修改。

B具有废热回收设备的燃气涡轮可以要求燃料硫的限制，以预防冷冻及腐蚀。在美 国及其它国家选择的地区，对环境限制也可以应用于燃料硫。

C表示的试验方法是经过批准的参比方法。其它可接受方法表示于6.1中。

DNo.0-GT包括石脑油、Jet B及其它挥发烃类液体。No.1-GT，一般相当 于规格D396级别No.1燃料及D975级别1-D柴油燃料的物理性质。No2-GT一 般相当于规格D396 No.2燃料及D975级别2-D柴油燃料的物理性质。No.3-GT 及No.4-GT粘度范围与规格D396级别No.4，No.5(轻质)、No.5(重质)及No.6以 及D975级别No.4-D柴油燃料的物理性质相当。

E当闪点温度低于38 ℃(100°F)或当运动粘度在40℃(104°F)时低于1.3mm3/S 或者当两者条件同时存在，应当询问涡轮生产厂家关于安全输送及燃料系统设计方面的 问题。

F冷天操作，倾点应规定低于涡轮操作所处环境温度6℃，除非设有燃料加热设备。 当倾点低于级别No.2-GT规定的-18℃，最低粘度应当是1.7mm3/s及最低90％收 集温度应当放弃。

从涡轮共-燃料中排除非锰金属是理想的，除非考虑作为一种ECS金属 组分。尽管从腐蚀的观点来看，在燃气涡轮燃料油中使用其它较少痕量的某 些金属可能有助于延长涡轮寿命，但是，使用过分低的非ECS金属水平会限 制燃料的使用价值或在材料上增加了它的成本。因此，在本发明的实践中， 应当不包括上述痕量水平的金属(除非考虑作为一种ECS金属)。例如，在燃 料瓦斯油No.0-GT至No.3-GT中，钒(除非作为一种ECS金属应用)应 当不超过0.5mg/kg，钠加钾(除非作为一种ECS金属应用)应当不超过0.5 mg/kg，钙(除非作为一种ECS金属应用)应当不超过0.5mg/kg。也优选的是， 这些金属的极限不超过0.05至0.001mg/kg。但是申请人发现由于ECS燃料 的加入，此种危害得到大大缓和。

铅不是本发明实践优选的，而且只要可能应当预以排除。但是，由于在 上述燃料中正常的输送，它可以痕量浓度存在于燃气涡轮共燃料中，只要它 不超过0.5mg/kg，优选的是0.001mg/kg。

值得注意的是，钠和钾可以与钒结合形成低熔合金，在温度低达566℃ 即熔化，及/或能够与燃料中的硫结合，在燃气涡轮操作范围內的熔点温度下 产生硫酸盐。

这些化合物会引起严重腐蚀，而且因为燃气涡轮在燃气进入温度达650 ℃以上操作，一般这时还不使用控制这种腐蚀的添加剂。同样，钠加钾水平 必须限制，而且对每种元素都要分别测定。

对于燃气涡轮，操作在涡轮入口燃气温度低于650℃(1200°F)下，由 于钠化合物引起的腐蚀，是不太重要的，而且如果必要，采用硅基添加剂还 可以进一步减轻，因而是本发明的优选实施方案。

在某些涡轮应用中，钠可能是有益的，因为它增加了沉积物的水溶解性 能，从而使得燃气涡轮用水冲洗可以更为容易，有利于恢复操作性能。

本发明实践中考虑到的是，要采用足够的钠加钾的水平，这是由于降低 了采用含ECS的燃气涡轮燃料的燃气入口温度的缘故。

从腐蚀观点来看，钙并非有害的，实际上它起着抑制钒的腐蚀作用。但 是，钙能导致沉积物结合坚硬，乃至燃气涡轮停机时不能自己剥离，而且还 不易用水冲洗涡轮除去。由于本发明有降低燃烧温度的能力，钙沉积物还未 成为问题。但是，燃料中的钙浓度不应过高。

没有申请人的燃烧及温度的性能，钒能构成如五氧化二钒类的化合物， 其熔点691℃，并对于涡轮叶桨上的所有高温合金都会引起严重的腐蚀性的 化学反应。如果在燃料中有足够的镁，它会与钒结合，形成高熔点化合物， 从而有助于降低腐蚀速率。此外，在燃气涡轮中形成灰分沉积物也是问题。 因此，优选的实施方案是，在申请人的发明实践中降低燃烧温度至650℃以 下。

当存在的钒超过痕量，或者0.5mg/kg以上，或者超过涡轮生产厂家推 荐水平时，维持燃料中镁对钒重量比不低于3.0，以控制腐蚀，仍然是合理 的。

甚至，由于本发明的涡轮入口燃气温度在650℃以下，其高温合金腐蚀 不太重要。预防性地使用一种硅基添加剂，通过对钒化合物的吸收和稀释， 进一步降低其腐蚀速率，也是恰当的。

本发明的一个明确的目的及优选的实施方案在于，运用ECS燃料操作所 述引擎，其中的入口温度被降至650℃或600℃以下。如果情况保险的话， 所述的引擎操作在涡轮入口温度降低至550℃以下，甚至400℃，也是可以 接受的。要考虑到的是，这些降低了的涡轮入口温度是在采用了申请人的ECS 燃料及/或降低了终沸点及T-90馏份，用本发明方法实现的。

这也是一种明确考虑，即可以另外采取涡轮叶桨的膜冷却(扩散冷却)， 如果必要的话可用以减轻高温腐蚀。

在本发明的实践中，申请人瓦斯油涡轮燃料的优选最低闪点为100° F，对于3-GT及4-GT燃料是最低优选闪点为130°F。闪点低于100 °F及130°F都是可以接受的，但不太优选。

申请人的瓦斯油燃料的优选倾点是要比涡轮操作下环境温度低6℃，除 非提供有燃料加热设备。

残炭是在没有空气存在下所有挥发成分汽化之后保留在燃料中的含碳 物质的一种量度。它是一种燃料在燃气涡轮的燃烧器中形成碳沉积物趋势的 粗略近似。设计使用级别3-GT及4-GT的燃烧系统对于这个性质都是 不敏感的，但是其它燃气涡轮(包括航空喷气涡轮)通常都要求有残炭限制。 在本发明的实践中，在10％馏出残余物中发现的残炭，以灰分质量百分数计 (采用ASTM实验方法)，在No.0-GT及No.1-GT燃料中，一般不应超 过0.15。在No.2-GT燃料中不应超过0.35。但是，较低质量浓度是优选 的。

由于申请人发明的燃烧速度增加及燃烧温度较低，使碳沉积物得到了有 效的控制。因此燃料中的残余物浓度超出上述那些数值很可能是可以接受 的，因为它们有害的影响，通过申请人的发明很可能会被减轻。

在申请人发明的实践中，调整蒸馏温度，这里所涉及的，是特别要考虑 的，尤其是这样的做法结果是降低了终沸点/T-90点、控制或降低了T- 50及/或T-10蒸馏分温度，进而又改善了燃烧，减少了游离碳形成、排放 污物及/或冒烟。申请人发现挥发性/蒸馏的改进会进一步减少主燃烧区内游 离碳的生成，特别是在与ECS燃料诸如碳酸二甲酯与有机金属结合使用时。

在本发明实践中，运动粘度应近似于或超过前述ASTM D2880规格的 粘度。

硫通常燃烧为二氧化硫，能被部分氧化为三氧化硫，三氧化硫能与燃料 灰分中的钠及钾化合物结合，形成硫酸盐、焦硫酸盐，以及诸如三硫酸钠铁 或三硫酸钾铁。焦硫酸盐及三硫酸盐的熔点在燃气涡轮操作范围內。因此， 这些化合物对燃气涡轮叶桨会构成严重腐蚀。

从历史上看已发现，用限制燃料硫含量的方法防止腐蚀是不实际的，因 而这样的腐蚀要通过限制钠及钾来控制。具有废热回收装置的燃气涡轮可以 要求附加的硫控制以预防冷端腐蚀。

然而，在申请人的发明实施中，限制硫浓度到最大可能程度是理想的。 硫浓度低于0.4质量百分数是理想的。但是，较低的硫浓度，从0.1质量百分 数降至0.05质量百分数，或更低一些，是更为理想的。这些甚至低到0.01 质量百分数也是优选的。燃料无硫或基本无硫是特别优选的。

但是，在申请人发明的实施中，实现了燃烧温度降低，硫的氧化及相关 的腐蚀就不那么显著了，因而能够被有效地控制住。因此，如果实际情况有 保证的话，较高硫浓度是容许的。

柴油机燃料油及系统

如所述的，本发明考虑了广范围的柴油机燃料油及有关系统的应用。无 数柴油机共燃料及组合燃料实施例，包括符合ASTM D975(在此引证以作参 照)、工业、国际规格及/或EPA规格、鉴定标准及/或规则、目前的及将来的、 合成柴油机、生物柴油机等的燃料。见表3。申请人的发明中考虑到的有关 柴油机燃料引擎的无数实施例包括：间接注入、改进间接注入及先进点火助 推柴油引擎系统、直接注入及其它等等。

                                    表3

                           ASTM D 975柴油机燃料油详细要求A 性质                       ASTM          低硫     低硫                            试验方法B   No.1-D    2-D    1-DC   2-DC  4-DC 闪点，℃，最小             D93          38        52      38      52      55 水及沉渣，％(体)，最大     D1796        0.05      0.05    0.05   0.05    0.05 蒸馏温度℃90％，           D86 ％(体积)收集的，最小                              …            282D   …        282D…                 最大                                      288     338     288    338... 运动粘度mm2/s在40℃        D445                 最小                              1.3      1.9    1.3    1.95.5                 最大                              2.4      4.1    2.4    4.124.0 灰分，％(质量)，最大        D482        0.01      0.01     0.01   0.01    0.10 硫，％(质量)，  最大E      D2622F    0.05      0.05      …          …           …                                                         D129        …                …              0.50   0.50    2.00 铜条腐蚀评级最大(3h)50℃    D130        No.3      No.3     No.3   No.3     … 十六烷值，      最小G      D613        40H     40H     40H   40H    30H 下列性质必须满足其中之一： (1)十六烷指数，最小         D976F+     40       40        …           …            … (2)芳烃性，％(体积)，最大   D1319F     35       35        …           …            … 云点，℃，最大              D2500        I        I         I       I       I 兰氏残炭在10％馏出残余 中，％(质量)，最大          D524        0.15     0.35      0.15    0.35    … A要满足特殊操作条件，买方、卖方及生产厂方间取得一致，可修改个别极 限要求 B所示试验方法是经过批准的参比方法。其它可接受方法示于4.1中 C级别No.1-D，No.2-D及No.4-D要求含有足量的1，4二烷基氨基 蒽醌(兰色染料)，它的存在是肉眼明显可见的。 D在规定了云点低于-12℃时，最小闪点应当是38℃，40℃下最低粘度是 1.7mm2/s，而最低90％点温度就放弃了。 E其它硫限制在美国及其它国家选择的地区可以采用。 F这些试验方法是规定在CFR40第80部分中的。 G在没有测定十六烷值的试验方法D613的地方，可以用试验方法D4737 作为近似。 H低环境温度下及高空条件下操作的引擎可以要求使用较高十六烷估值的燃 料。 I在全天候条件下规定低温性质来保证满意的操作是不现实的。但是，在大 多数情况下如果云点(石蜡出现点)规定比在附录X2中所示美国地方环境温 度地区十分之一百分位数的最低环境温度高6℃，应当能够达到满意操作。 这种指导是一般性的。某装置设计或操作可以允许较高的或要求较低的云点 的燃料。适宜的低温可操作性应当在燃料供应商及购买方之间取得一致，以 便于满足使用和所期望的环境温度要求。

+编辑上的校正

本发明进一步实施方案在于，申请人的燃料包括了未来受到工业或政府 限定的重配方柴油燃料的等级。

因此，本发明的实施方案在于，组合了ECS燃料及柴油共燃料，以便组 合的燃料满足现在和未来的上述规格。

在本发明的实施中，在组合的柴油组合物中Mn的操作范围可以从0.001 至约10.00，0.001至7.0，0.001至5.0，0.001至4.0，0.001至3.5克Mn/ 加仑。看来，最佳锰水平低于5克/加仑，以那些低于3.0或甚至2.5克Mn/ 加仑的为更理想的。然而，浓度大于10、12、15、20、22、25、26、 27、28、29、30、31、32、35、40、50克Mn/加仑的也是要考虑到 的。为了改善燃烧，理想的范围包括从约0.001至约3.00克Mn/加仑，其它 浓度包括那些等于或大于0.015625、0.03125、0.0625、0.125、0.25、 0.275、0.375、0.50、0.625、0.75、0.875、1.0、1.125、1.25、1.375、 1.5、1.625、1.874、2.0、2.125、2.25、2.375、2.5、2.625、2.75、 2.875克Mn/加仑的。理想的范围包括有从约0.001至约1.50克Mn/加仑。其 它理想范围包括从约0.001至约0.50克Mn/加仑的组合物。较低的浓度范围 从0.001至约0.25克/加仑也是要考虑到的。范围大于0.0625克Mn/加仑也是 要考虑到的。

然而，如上所述，在燃料组合物中的含氧浓度愈高，尤其是对于上等的 ECS化合物，可允许的锰浓度就愈高。同样对于较重的燃料组合物锰的浓可 以增加。协同效应的产生，支持了使用ECS化合物及锰，尤其在T-90点 温度下降的时候。不同的燃料规格、操作条件、环境要求及燃烧系统决定最 终组合物的结构。

申请人注意到，他的ECS组分在柴油组合物中的理想氧重量浓度，能产 生好的结果的，通常都至少超过了1.0％(重)，并且那些等于或超过1.5％、 1.75％、2.0％的是理想的。然而，在本发明的实施中，较低的氧浓度是要 考虑到的，包括低于0.01重量百分数的。

在本发明的实施中，氧浓度范围在从0.01至0.5％(重)是可接受的。氧 浓度从0.01至1.5％(重)是理想的。氧浓度从约0.5至5.0％(重)及那些略大 于1.5％的是更优选的。可接受氧浓度的范围，从ECS燃料构成占相当少的 部分，到这种组合物中有较大的百分数，包括氧重量浓度5.0％、10％、15 ％、或20％，或更高。在较大的柴油引擎中，包括机车的、船用的及大电站 工业应用，可以预料燃料组合物将含氧浓度2％(重)或以上。在先进的应用 中预计没有最大限制。因此，在本发明的实践中，能使得申请人的发明的好 处最大化的氧浓度是要明确地考虑到的。

申请人意外发现，柴油机排放污物，特别是颗粒物HC、CO及NOx排 放物，在实施本发明中大大减少。这种减少，看来是与本发明增加了燃烧速 度和降低了燃烧温度密切相关。申请人也意外发现，由于增加了燃烧速度和 较低的燃烧温度，柴油引擎噪音能得以控制，而没有损害经济性及加剧排放 污物。

工业馏份柴油的性质取决于炼油厂所用技术及产出它们的原油的性 质。它们之间的差别可能就在于来自生产它们的区域內或外。这种燃料一般 沸腾于163至371℃(325-700°F)之间。它们的性能就是挥发性、点火质 量、粘度、硫含量、比重及其它特性的各种组合。如前所述申请人发明包括 的燃料有：

低硫组别No.1-D，它是一种专门的轻质馏份燃料，用于要求低硫燃 料及要求挥发性比低硫级别的No.2-D较高的汽车柴油机，和满足40CFR 第80部分的规则。

低硫级别No.2-D，它是一种一般目的中间馏份燃料，用于要求低硫 燃料的汽车柴油机，也适用于非汽车应用场合，特别是变速及变负荷条件。 这种级别也是与40CFR第80部分规则符合。

级别No.1-D及No.2-D，其目的是与低硫的两个级别的燃料相同， 只不过它们的硫含量没有控制那么严格。

级别No.4-D，属于重质馏份燃料，或者是馏份油与残渣油的混合物， 用于主要为定速定负荷非汽车用的低速及中速柴油发动机。

C-B型-柴油，用于城市汽车及类似的操作。

T-T型-燃料油，用于卡车，拖拉机柴油发动机及类同的设施。

R-R型-铁路柴油发动机燃料。

S-M型-重馏份及残渣燃料油，用于大电站及船舶用柴油发动机

可以预料，申请人的柴油燃料的烃族组合物要调制到能最大程度地表现 出在点火质量、热值、挥发性、比重及氧化稳定性等有利的方面，以便对申 请人的柴油发动机的功率、经济性、磨损、沉积形成、启动及冒烟等性能产 生积极的影响。

由于柴油机燃料是许多各种烃的复杂混合物，实施本发明中，构成的柴 油燃料要最大限度的达到申请人发明的增加燃烧速度及/或降低燃烧温度的 目的，也是重要的。

应当注意到，应用ECS基础柴油的实践通常都改善了点火质量，这又进 一步对冷启动，预热，燃烧不平稳性、加速、在空载及低负荷操作时沉积形 成，及排气冒烟密度等产生积极的影响。对引擎点火质量的要求取决于设计、 尺寸、机械条件、操作条件、大气温度及高度。但是，增加点火质量超过需 求水平并不会大大改善引擎性能。

在实施本发明中，十六烷值30是理想的。十六烷值40或40以上是优 选的。特别是对于低硫No.1-D及低硫No.2-D燃料。在实施本发明中 最佳十六烷值是48以上，然而，十六烷值大于60或70是优选的。

这也是一种优选方案，即在采用低硫柴油级别No.D-1及No.D-2 要具有一最小十六烷指数40(用ASTM D976法测定)，和高的芳烃成分含量 限制，芳烃含量不超过35％(体积)(用ASTM D1319法测定)。如前所述，较 低芳烃含量是更优选的。尤其是那些不超过30％(体积)的，以那些低于20 ％的更优选，那些低于10％的最优选。

但是，重要的是，十六烷值不能为了点火应用或十六烷值改善而过分增 加，因为这样会引起颗粒排放物增加而与注入定时无关。点火质量是用ASTM D613法测定，即用十六烷值方法作为测试柴油点火质量的方法。

实施例84

一种包含有燃烧改善数量的ECS燃料(优选含有二乙二醇二甲醚或二乙 二醇二甲醚)及燃烧改进数量的环戊二烯基三羰基锰化合物，和一种柴油燃料 基质的组合物。

实施例85

按照实施例84的组合物，另外地含有一种燃烧改善数量的亚甲基二甲 醚。

实施例86

按照实施例84的组合物，另外地含有一种燃烧改善数量的二甲醚。

实施例87

一种组合，包括一种满足ASTM975规格要求的柴油机燃料及柴油机燃 烧系统，所说的组合的特征在于：所述的燃料含有燃烧改善数量的碳酸二甲 酯及/或亚甲基二甲醚，及环戊二烯基三羰基锰化合物，浓度范围在约0.001 至约2.5克锰/加仑；从而组合物的燃料燃烧的热效率及/燃料经济性改善。

实施例88

No.2号柴油组合物中包含有少部分的燃烧改善数量的碳酸二甲酯及环 结构三羰基锰，及大部分的基础柴油，所组合物的燃料十六烷值42至50(优 选的实质上要较大一些)、芳烃含量少于28％(体积)(优选的是低于20％，更 优选是低于15％，最优选是低于10％)、T-90点温度560°F至600° F(更优选低于540°F、520°F、500°F或以下)。硫含量0.08至0.12 ％(质量)(更优选是0.05％或无硫)、API比重32至37(较高更优选)及最低闪 点130°F。

实施例89

No.1号柴油组合物，含有少部分燃烧改善数量的碳酸二甲酯及环结构 三羰基锰，及大部分的基础柴油，这样所组合物的燃料十六烷值48至54(更 高一些优选)、芳烃含量10％或以下(体积)，T-90点温度460°F至520 °F(低于425°F或更低更优选)，硫含量0.08至0.12％(质量)(低于0.05％ (质量)更优选)、API比重40至44(更高更优选)、及最低闪点120°F。

实施例90

按照实施例88-89，其中燃料符合ASTM D975规格。

实施例91

一种操作柴油引擎的方法，所述的方法包括，采用高压直接燃料注入系 统，注入实施例88-90的燃料(包括一种取代了的No5号重质油)，注入压 力30MPa至120MPa，其中平均蒸汽颗粒大小70微米，更优选的是40- 60微米，从而燃烧速度增加。

实施例92

实施例80-91，其中燃烧系统另外地包含有一种涡轮增压器，一种ERG 系统，和其中的的燃料注入系统应用了传感器输入方法，调节燃料注入速率 及/或计时。

实施例93

按照实施例80-92，其中得出的排放气污染物符合U.S.EPA(美国环保 局)及清洁空气法律的规定，包括42USC 7545等等。

在本发明实施中，可以使用点火助剂，单独地及/或与ECS化合物组合 使用，特别是对于要求有较高点火温度，点火期延长了的燃料。这些助剂包 括有：二叔丁基过氧化物、烷基过氧化物、烷基过氧化氢、烷基硝酸酯类添 加剂包括乙基己基硝酸酯及硝酸异丙酯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁过氧 基)己烷、叔丁基异丙苯过氧化物、二(叔戊基)过氧化物、叔丁基过氧化氢、 叔戊基过氧化氢及其混合物。

在实施本发明柴油机中，优选的是，只要可能，芳烃浓度及T-90点 温度应当降低。

在申请人发明的实施中，高混合速率与长点火延迟的组合，只要可能， 就应当与预混的、均匀的含ECS燃料结合起来，才是理想的。但是，这样做 不要走至极端，以免由于汽缸压力增加，引起结构上的问题。

本发明也考虑到了某些引擎改进，包括改进燃烧室设计，前述的燃料注 入计时及特性，鼓风或增压进气，尤其是与直接注入引擎结合起来，和使用 排气循环及排气后处理系统，包括陷阱、氧化剂陷阱、再生氧化剂陷阱及催 化剂。

实施例94

一种低排放物No.2级柴油，包括有最低十六烷值52、最大燃料硫350 ppm(低于0.05％(质量)更优选)、芳烃含量低于30％(体积)(低于15％更优 选)、燃烧改进数量的碳酸二甲酯及燃烧改进数量的环结构三羰基锰化合物。

实施例95

一种低排放污物的柴油，具有最低十六烷值52、最大燃料硫含量低于 100ppm、芳烃含量12％、T-90点温度475°F，溴值0.10，燃烧改善 数量的碳酸二甲酯，使含氧量达0.5％至4.0％(重)范围，及燃烧改善数量的 环结构三羰基锰化合物。

实施例96

按照实施例94-95的燃料组合物，其中苯胺点低于145°F。

实施例97

一种低排放污物的柴油，具有最低十六烷值62，最大燃料硫含量0.01 ％(重)以下，10％的芳烃、41％(重)的烯烃(低于10％的优选)、T-90点 温度514°F、溴值0.1、苯胺点145°F以下，燃烧改善数量的碳酸二甲 酯及/或二乙二醇二甲醚(或二乙二醇二乙醚)、及燃烧改善数量的环结构三羰 基锰化合物。

实施例98

按照实施例97的组合物，其中所述的组合物是在重负荷卡车引擎中燃 烧和HC、CO、NOx及颗粒排放物分别为1.3、15.5、4.0、0.1克/制动 马力小时。

在申请人发明的实施中，其柴油燃料中含有足够的热值，能够在改善热 效率下使柴油机有效运行。燃料的比重/密度，与它的挥发性一起，提供了关 于这种燃料组合物的有用信息，与之相关的依次为它的发热值、功率及经济 性、沉积、磨损及排气冒烟。

一般地讲，柴油引擎的功率及经济性对于挥发度并非直接地表现敏感， 尽管申请人发明的低挥发性燃料都有较高的热值，因而只是间接地影响这些 性能因素。另一方面，启动及升温将会直接受益于前馏份的高挥发性，而且 在某些发动机中、沉积、磨损及排气冒烟将会由于高的90％点及终沸点而加 剧的。

因此，在申请人发明的实施中，明确地考虑到，调整柴油挥发性，降低 终沸点、T-90、T-50、T-10点温度等，以提高燃烧效率及/或减少 有害物排放。降低终沸点及T-90点温度应是最优选的。

本发明的一种实施方案在于，申请人的燃料包括柴油燃料的排放物符合 ASTM、CAA的要求及/或其它政府的规定，包括现在的和未来的在内。

柴油的粘度能够影响燃料系统的性能。低粘度会造成某些注入泵的过度 磨损和由于泵及注射器泄漏造成功率损失。高粘度会导致过高泵阻力或过滤 器损坏。燃料的喷雾特性也会受到粘度的影响。因此，在本发明实施中，动 力粘度在40℃下测定应具有最小值(mm2/s)，对于低硫No1-D，低硫No. 2-D、No.1-D、No.2-D、及No.4-D级别的柴油分别为1.3、 1.9、1.3、1.9、5.5mm2/s。对于低硫No.1-D、低硫No.2-D、No. 1-D、No.2-D及No.4-D的柴油级别最大值分别不应当超过2.4、 4.1、2.4、4.1、24.0。但是，应当明确考虑到的是，超出这些范围的粘度， 在本发明实施中是可以接受的，特别是在与本发明披露的ECS化合物/燃料 及/或机械方法结合一起使用时，是可接受的。

在本发明实施的燃料中，不含倾点抑制剂，倾点通常是低于云点3℃(5 °F)至15℃(25°F)。

在本发明实施中，最低闪点，对于No.1-D级为38℃，而对No.2- D级及No.4-D级，52℃即是优选的。但是在本发明实施中要考虑在这些 温度之外的闪点。

在本发明实施中，500ppm的硫含量是可以接受的，但是较低浓度是更 为优选的。最优选的浓度是50ppm或以下。硫重量百分数在0.05％或以下 也是优选的。在低硫级别1-D及2-D柴油中要求硫的浓度0.05％(质量) 或以下。

在本发明实施中，10％馏出残余物中的残炭，以质量百分数计，在No. 1-D燃料中不应超过0.15，在No2-D燃料中不超过0.35。但是，较低 的质量浓度是更优选的。在本发明的实施中，最大灰分质量百分数，以ASTM D 482标准，为0.01％，除No.4-D燃料要求0.10％外。较低的灰百分数 是优选的。但是，申请人发明的较低燃烧温度有倾向缓解与灰分相关的问题。

在本发明实施中，ASTM铜条试验应当是最大评估值No.3。

本发明的实施方案在于，柴油是无水的，或基本无水的，但单独的燃料 /ECS/水注入或乳化液情况除外。

另一优选的是，本发明的申请人的柴油燃料应当减少来自贮存中的氧化 产物，这些氧化产物会依次导致沉积物生成、过滤器堵塞以及燃料泵和注射 器部件的漆膜生成。

在本发明的实施中，要考虑的添加剂包括有：点火质量改进剂、氧化抑 制剂、杀虫剂、防锈剂、金属减活剂、倾点抑制剂、破乳剂、冒烟抑制剂、 清洁分散剂、电导改进剂、染料、脱冰剂及减少及/或控制燃料注射器沉积物 的添加剂。

例如，高分子量的聚异丁烯取代胺衍生物TFA-4681，德克萨斯清洁/ 分散剂是可考虑的。另外的清洁/分散剂，包括：燃料可溶盐类、酰胺类、酰 亚胺类、噁唑啉及长链脂肪烃取代二羧酸或它们的羧酸酐的酯类、长链脂肪 烃(具有一个多胺直接连接其上的)、  由长链脂肪烃取代的酚与醛，优选的是 甲醛，形成的曼尼奇缩合产物，或类似的添加剂是在保持燃料注射器及伐门 吸入物清洁的实施中要考虑到的。

冒烟抑制剂，包括钡有机化合物，特别是碳酸钡、高碱性磺酸钡、  N- 亚磺酰基苯胺，以及其它，都是可考虑的。

另外沉积物控制添加剂包括：一种奥隆耐特化学公司(Oronite Chemical) 销售的称之为OGA-480的聚醚胺、乙基公司销售和称之为HITEC4450的 多烯基丁二酰亚胺，及由奥隆耐特化学公司销售称之为OGA-472的聚异 丁烯胺及其它等。

有关柴油燃料添加剂实施例按类别及功能列于表4中。对于任何可使用 各式各样添加剂的系统，要当心和避免添加剂间互不匹配性及未料到的相互 作用，以免产生对燃料的不利影响的问题。    

         表4 商业柴油添加剂-功能及类型

     功能或类型                   常用添加剂类型

1、点火质量改进剂-提高        烷基硝酸酯

十六烷值，促进快速启动

及较少冒白烟

2、氧化抑制剂-使氧化、        烷基胺及含胺类络合物

胶质及沉淀生成最少，延

长贮存寿命

3、杀虫剂-抑制嗜食烃          硼化合物，乙二醇醚类，季胺

类细菌及真菌生长，有助        盐化合物类

于防止这些微生物引起的

过滤器堵塞

4、防锈剂-使燃料系统          有机酸及胺盐类、广泛使用

及贮存设备中锈生成最少        的类型是基于亚油酸二聚物

的

5、金属减活剂-使有强氧        N，N’-二亚水杨基-1，2

化催化剂作用的铜离子失      -丙烷二胺

去活性

6、倾点抑制剂-通过调整      一般由聚烯类、  乙烯-醋酸

石蜡结晶生长、结构及/或     乙烯共聚物及乙烯-氯乙烯

聚集，使倾点降低，改善低    共聚物

温度流动性。

7、破乳剂及防混浊剂-        表面活性材料，能增加油/

防止水与馏份燃料分离，防    水分离速率，通常是十分

止混浊。复杂混合物

8、冒烟抑制剂-使排气冒烟    催化剂类型一般属于高碱

最少，起着催化含碳物质更    性钡化合物。采用清洁剂

完全燃烧或帮助维持喷雾的    有助于维持喷雾方式

方式。

9、清洁/分散剂-促进引擎     这些一般都是表面活性

燃料系统清洁，有助防止喷    剂。通常是含胺及其它功

嘴沉积物形成和注射器发粘，  能团的聚合物

干扰沉淀物聚集，从而维持

最佳过滤特性。

10、电导改进剂：改进静      胺盐、金属盐、及聚合化

电负荷逸散性。              合物

11、染料-各种识别的目的     油溶性固体或液体染料

包括纳税状态。

12、除冰剂-降低少量水结     低分子量醇类(乙醇、异丙

冰点温度，防止燃料管线堵    醇及/或甲醇)及乙二醇单

塞。                        甲醚或二乙二醇单甲醚

注：某些物质也可以在市场上以多功能或多用途添加剂，起着一种以上 功能的添加剂销售。

本发明实施中，推荐在环境温度-7℃(+20°F)以上时使用No.2- D或与它的低硫相当的燃料。在非常低的温度时，推荐使用No1-D或与 它的低硫相应的燃料，它们通常形成较少的石蜡结晶，因而有非常低的云点 及倾点。

在本发明的实施中，也推荐适用冬季的或全天候的No.2-D燃料。这 类燃料可以通过用No.1-D或煤油稀释No.2-D，降低云点及倾点达到 要求的方法配制。优选的是，其云点(或石蜡出现点)应当是在使用地区节十 百分位数制的最低环境温度以上6℃(10°F)。

在本发明实施中，倾点抑制剂、流动改进剂或石蜡改进剂，都可用于改 变石蜡结晶的大小及/或形状，因而最大限度地减小了冬季气候的麻烦。添加 剂的类型及浓度对于某一具体的燃料必须要最佳，而且必须在云点温度以上 使添加剂在燃料中充分地混合。因此，这样的添加剂由燃料供应商混合比由 设备用户混合更为有效。这些添加剂不会降低云点，但能够降低由于石蜡结 晶生成堵塞燃料过滤器的温度。

通常与影响排气污染物最相关的燃料性质是芳烃含量、挥发性、比重、 粘度、十六烷值及特种元素(如氢及硫)的存在。增加芳烃含量，则产生增加(特 别是可溶有机颗粒)了的颗粒的排放物及烃排放物。

但是，应用申请人的发明，用CMT去增大燃烧速度及/或降低燃烧温度， 从而使与令人厌恶的排放污物，包括与柴油芳烃相关的大部分燃料性质的麻 烦得以大大缓解，这是在申请人的意见中可能说得最多的了。参例如“燃料 性质对柴油引擎排放污物的影响-供EEC-MVEG集团的信息综述”SAE paper910608，3/1/91。

在本发明实施中，缓和柴油烃类排放物是一个具体的目的，因为申请人 并不相信，在此技术领域的人员对柴油HC排放物的光化学反应活性都是充 分了解的。

较低蒸汽压的成分的较高馏出温度(例如T-50、T-90点)一般都导 致较多颗粒排放物，尽管对芳烃含量及挥发性有各种典型的改变，挥发性的 影响通常是小的。燃料的比重、粘度、十六烷值及氢含量通常是与挥发性及 芳烃含量相关连的。

在申请人发明实施中，发现了采取保持局部碳/氧比低于0.5，作为另外 地控制颗粒排放物的方法是理想的。

在本发明的实施中，要考虑先进润滑油及工艺作为另外一种降低颗粒排 放物的方法。

工艺上认为，对燃料性质进行调整，是不会使NOx及CO排放物受影响 的。但是，正如申请人发明披露的那样，由于它提高了燃烧速度和降低了燃 烧温度，意外地减少了NOx及CO两种排放污染物。这是另外一条实质性的 不同于现有技术之处。

实施例试验

为了说明本发明的特性及目的，申请人进行了一系列汽油燃料试验。(申 请人提示，这些实施例试验在火花点火内燃机中进行，但是，本发明主要之 点，即那些导致燃烧速度增加及燃烧温度降低的要点，都是可以转移应用到 申请人考虑到的所有的燃烧系统中去的，如下所述。)

实施例试验燃料

A.甲醇燃料 每立升0.033025克MMT的锰的组合物，5％(体积)甲醇 及5％(体积)乙醇及无铅基础汽油。

B.异丙醇/己醇燃料 每立升含MMT的0.033025克锰，10％异丙醇及 10％己醇(体积)，及无铅基础汽油。

C.MTBE燃料每立升含MMT的锰0.033025克，4.6％(体积)碳酸二甲 酯(DMC)及无铅基础汽油。

D.DMC燃料每立升含MMT的锰0.033025克，4.6％(体积)的碳酸二 甲酯(DMC)及无铅基础汽油。

E.甲缩醛燃料(此后称METHYLAL燃料)每立升含MMT的锰0.033025 克，7.2％(体积)的甲缩醛，及无铅基础汽油。

F.THF燃料，每立升含MMT中的锰0.033025克，1.6％(体积)四氢呋 喃，及无铅基础汽油。

G.高锰(Mn)燃料，每升含MMT中的锰0.5284克，5％(体积)甲醇，及 无铅基础汽油。

H.锰燃料 每升含MMT中的锰0.033025克，和无铅基础汽油。

I.基础燃料 无铅基础汽油，清洁燃料。

试验方法

在有350CID V-8引擎的1988 Chevrolet C1500pickup卡车中进行上 述实施例燃料试验，此系统还具有喉体燃料注入系统及氧闭路传感器燃料控 制。引入这种氧传感系统，提供了调整化学计量、补偿各种试验燃料所需氧 量变化的方法。这种特点消除了由于氧含量差异易于生成HC及NOx排放物 的倾向。换句话说，由于高氧含量的燃料试验，倾向于贫燃料燃烧，不一定 会表面出此燃料含氧少或无氧时有好或差的污染物排放。

每次燃料试验前，引擎头及伐门都经过清扫，还装上一组新的氧传感器 及新的火花塞。

每种燃料都用做两组(2)主要试验。第一试验(称“试验一”)间隔40小时， 稳定状态、1000r.p.m及无负载下测定HC及NOx排放物。无负载、稳定状 态试验的目的在于诱导恶劣情况下烃类(HC)排放物随时间的排放情况，如产 生氧化锰状况。众所周知，低载、空运转条件是最重的加剧氧化物形成的条 件，但是它转化为HC排放物增量中，并随时间而改变。因而，这样就加速 了试验Mn氧化物形成和因此使HC排放物量减少。

每次引入新燃料之前，用基础燃料(“清洁燃料”)处理运转此清洁引擎， 直到排气污物稳定。一般需要大约3至6小时的稳定态操作。利用贝克曼 (Beckman)排气污物分析器定期测定烃类及NOx排放污染物。表5列出了试 验结果总结。

第二试验(“试验二”)，用同样的燃料，在同一引擎上趁热在第一试验 之后立即进行。第二试验采用静底盘拉力计上的车辆进行。在50mph(80.5 公里/小时，“kph”)、变化负载条件下如从15至24指示小时马力(ihp)，进 行试验测定。此试验测定了燃烧温度、燃料经济性、HC及NOx排放的变化。 试验被设计成为能表现热效率改善情况，然后再将其转化为燃料经济性及排 放物改善。参见图1-图6中有关试验结果总结。

表5分析

表5列出了试验一关于HC排放结果。表5表明清洁燃料HC有中等程 度的增加。这是由于低载空转的试验一条件下汽缸壁等上烃类正常沉积的表 现。基础燃料结果提供了与其他燃料比较的标准。HC排放物增加超过这个 标准就是由于在锰燃料复盖有氧化锰的原因。

表5表明，除申请人的ECS燃料以外，所有的锰燃料都有比清洁基础燃 料较高的HC增加及/或较高的后期总HC量。最高增加的是高锰燃料。

相反，异丙醇/己醇、甲醇、甲基叔丁基醚、甲缩醛及DMC燃料，都没 有表现出锰燃料(3390ppmc)(D栏)的高HC排放水平。它们的HC排放水平对 于甲醇及异丙醇/己醇分别地大大低于从2953至2024ppmc(D栏)。令人惊讶 的是，异丙醇/己醇、甲醇、甲基叔丁基醚、甲缩醛及DMC的烃类排放(D栏) 也完全低于基础(清洁)燃料(3076ppmc)。

因而，表5表明，对于ECS燃料的HC排放物的增量是被大大地降低了。 换句话说，ECS燃料的HC排放污物情况比基础燃料好。这是由于它们改善 了热效率及燃烧效率的缘故。

申请人提出，他的ECS燃料乙缩醛及DMC实际上在整个试验中都表明 HC排放物减少。意味着随着时间，HC排放物实际上改善了。这是任何已知 情况下不寻常的结果。

申请人注意到，试验的后20小时，HC排放物的变化(B栏)是明显的预 期锰燃料氧化物沉积的标志。锰、高锰及THF燃料都表现出后期HC排放物 (D栏)(分别为3390、6554、4130ppmc)明显地高于基础燃料(3067ppmc)。

总之，锰、THF、高锰试验燃料表明氧化物沉积和明显地表现出随时间 HC排放物有较高的增加。相比之下，申请人的ECS燃料却没有表现出这样 的增加，表现没有锰氧化物的沉积。

                        表5

                   试验一结果总结

                    锰沉积现象

          在锰存在下随时间烃排放物增加情况

A          B           C         D

燃料    HC变化       总HC     后期平均

阶段    后20小时(1)  变化(2)  HCppm(3)

基础油    38％        45％    3076(15小时)

锰        41％        31％    3390(16小时)

THF       41％        55％    4130(14小时)

高/Mn     31％        1310％  6554(12.5小时)

ISO/HEX   15％        10％    2024(16小时)

MEOH      15％        24％    2953(16小时)

MTBE      4％         17％    2400(16小时)

甲缩醛    (9％)       (15％)  2600(16小时)

DMC       (25％)      (16％)  2417(16小时)

注：(1)此栏代表试验一后一半HC排放物变化％。

(2)此栏表示在整个试验期间HC排放物总变化％。

(3)表示更为稳定的后期HC排放物的平均值。平均值按试验最后的 小时数计，如所标记。

试验二图1至图6的描述

图1

燃烧温度差异。此图比较锰、基础油、甲醇、甲基叔丁基醚、甲缩醛及 DMC燃料的引擎排气温度“EGT”与引擎负载函数关系。试验二将引擎置 于负载50mph的条件下，以得出按引擎排气温度“EGT”测定的燃料燃烧 温度差。

在15ihp下，基础燃料及锰燃料都一样为707°F(375℃)，而DMC、 甲醇及甲缩醛燃料分别为717°F(381℃)、722°F(383℃)及724°F(384 ℃)，均很靠近。甲基叔丁基醚燃料，是在16(ihp)下测定为749°F(398℃)。 因而，基础燃料及锰燃料在15ihp下排放气温度低于DMC10°F，低于甲 缩醛17°F，低于甲基叔丁基醚(外延的)34°F。在15ihp负载下，甲醇、 DMC、甲缩醛比基础燃料及锰燃料有较低的温度。在负载大于约16.5ihp下， 甲基叔丁基醚料有较低的温度。因而在适度低的负载下基础燃料及锰燃料均 明显地具有较低的温度。

由于负载增加到15ihp以上，对于锰及基础燃料，温度增加很快。锰燃 料的温度增加得最高。例如在20ihp下，基础燃温度在828°F(442℃)和锰 燃料的延伸温度在同样ihp下为860°F(460℃)。

对比之下，MEOH、MTBE、METHYAL及DMC燃料具有较低EGT 增加速率。例如，在24ihp下，MEOH、METHYLAL及DMC燃料EGT 分别为785°F(418℃)、795°F(424℃)及798°F(426℃)，紧紧地靠近一 起。同样地，MTBE表现出甚至更低的增加速率，在22ihp下778°F(414 ℃)。

图1最重要的方面在于强烈地表现出MEOH、MTBE、METHYLAL 及DMC燃料比基础燃料或锰燃料在达到临界负载15.5至16.5ihp之后，具 有显著的较低温升。例如图1表明在20ihp下锰燃料的EGT高于MEOH燃 料EGT104°F(40℃)。另外，图1表明含有锰及一种含氧化合物(即MEOH、 MTBE、METHYLAL及DMC燃料)两者的燃料也具有比基础燃料明显地低 的燃烧温度。例如MEOH燃料比基础燃料的温度低72°F(22℃)

图1表明越高的负载，两类燃料间的EGT差异越大。图1表示在负载 条件下，含氧ECS基础燃料意外地使燃烧温度降低。

图2

燃烧温度与烃排放量

此图表示试验二的烃排放物与引擎燃气温度(EGT)的函数关系，表现了 HC排放物与引擎燃气温度是直接相关的。对于MEOH、MTBE、 METHYLAL及DMC燃料这种关系最为明显。图2表明，对于各种含氧化物 的燃料，其HC/EGT变化速率要高于无含氧化合物燃料的HC/EGT的变化速 率。图2表明某一给定含氧化合物的燃烧温度越低，HC排放物越少。

图2是值得注意的，因为它表现了所有燃料对于改变燃烧温度对烃排放 物变化的敏感性。值得注意的是，基础燃料及锰燃料并不十分像含有氧化合 物ECS基础燃料那样的敏感。

图3

燃烧温度及NOx排放量。此图表明NOx排放物与EGT有函数关系。图 3，同图2一样，表现了对于MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料 的NOx与EGT之间有直接及明显的关系。此图清楚表明在较低的EGT，特 别是对MEOH、MTBE、METHYLAL及DMC燃料，NOx排放物比基础 燃料及锰燃料的要低很多。

图3也值得注意，因为它表现了含氧化合物基础的ECS燃料对于NOx排放物随燃烧温度改变而变化的敏感性。应当注意的是，基础燃料及锰燃料， 也同HC的情况一样，是不敏感的。但是，含氧化合物ECS基础燃料在表现 出燃烧温度降低的时候，未曾料到地还表现出NOx排放量减少。

图4

指示燃烧速度。此图是间接地通过燃料经济性的测定来量度燃烧速度 的。在此行业之中，众所周知，燃料经济性增加，在没有热值BTU提高时， 是一种火焰速度可能变化的间接象征。图4表明，燃料经济性，以每加仑英 里路程计(“mpg”)(或每立升0.42566公里计，“KPL”)，是随负载(ihp)而 变的。图4表明，在变负载条件下基础燃料与含氧化合物燃料间燃料经济性 (“FE”)的差异是显著的。在中等负载的条件下，对于MTBE大致低于， 12.5ihp，对DMC为14.5ihp及对MEOH/METHYLAL为16.0ihp，基础燃 料表现有优异燃料经济性；但是，在负载大致高于13.0至16.0ihp时， MTBE、DMC、METHYLAL及MEOH的燃料经济性却意外地增加了。

同在图1中观察到的排出燃气温度差异的情况一样，一旦超过了临界负 载，对ECS燃料燃料经济性会大大增加。可以看出，基础燃料在20ihp时的 燃料经济性为13.2mpg(5.619KPL)，相比之下，对于METHYLAL、MEOH、 DMC及MTBE的燃料经济性则分别为15.7mpg(6.683 KPL)、15.9mpg(6.768 KPL)、16.5mpg(7.0234KPL)及17.2mpg(7.321KPL)。

这些材料比基础燃料的燃料经济性，在中等至适当高负载条件下，要改 善约19％的30％之多。因此，含有METHYLAL、MEOH、DMC及MTBE 的含氧化合物ECS基础的燃料，在负载高于约15ihp条件下，表现出显著的 及未能预料到的燃料经济性的提高。

图5

燃烧速率与HC排放量。此图表明HC排放量随燃料经济性改变，亦即 随指示燃烧速度而变化。图4表明在提高燃烧速度与改善HC排放物间有强 相关性。图5清楚表明，对于METHYLAL、MEOH、DMC及MTBE，燃 烧速度的增加都促进了HC排放物改善。这种关系对甲醇燃料是最为明显。

图5值得注意，因为它表明了含氧化合物的ECS基础燃料的烃类排放物 随燃烧速度改变而变化的敏感性。应当注意，所有的燃料都显示出HC排放 量随燃烧速度增加而改变的有利关系。但是，基础燃料却对HC改善不太敏 感。甲醇看来敏感性最高。因而，由于ECS基础的燃料而使燃烧速度增加的 关系又促进了HC排放物的改善。

图6 

燃烧速度与NOx排放量。此图表现NOx排放量随燃料经济性的变化。 此图表明了在增加指示燃烧速度与改善NOx排放量之间非常强的相关性。这 种相关性对于含氧化合物燃料存在，但对基础燃料却并不显著。

图6特别值得注意的是因为它表现了含氧化合物ECS燃料的NOx排放 量随燃烧速度改变的敏感性。应当看到，除了基础燃料似乎不随之变化之外， 所有的燃料都显示出NOx的改善随燃烧速度增加而变化的有利关系。这种 ECS含氧化合物燃料看来敏感性非常高，甲醇的敏感程度也是比其它几种要 略高一些。

图1-6的总结

这些图清楚表明，燃烧温度降低会导致排放污物减少。燃烧温度降低与 燃烧速度增加结合起来，控制住了有害排放物。这些图表明，在负载达到一 个临界负载15ihp之后，申请人发明的好处才最明显。

图7

图7表示了由于为改善MTBE/Mn燃料的燃烧加入MTBE/含氧化物及调 整中间馏程及终沸点馏份而得出的不同蒸馏曲线。图7表明损害了热驱动能 力的MBTE/氧燃料的中间蒸馏区间(称之为技术贫油区)。它表示了校正了的 中间馏程以避免损害驱动能力，及含MMT至1/32克锰的，其中T-90点 温度降低了的燃料终沸程区。

图7表示了对于含氧1.5％至2.7％(重)的DMC及含1/32克锰/加仑MMT 而未使催化剂监视器OBDII失灵的MTBE燃料的最佳T-10、T-90及T -50点蒸馏温度。图7表明，DMC一般具有很宽的T-10、T-50及T -90温度。例如DMC′的T-90上限是410°F，而MTBE的T-90上 限温度一般在275°F以下。

T-50点温度对于DMC与MTBE相比，同样也是宽的，DMC的T- 50温度范围从250°F至150°F，而MTBT的范围为200°F至180°F。 T-10点对DMC没有下限，但MTBE却为80°F。

汽油组合物

在申请人发明中考虑的车用汽油包括有：传统的无铅的、重配方无铅的 汽油、低雷氏蒸汽压燃料及其它等。无数有关汽油引擎/燃料系统实施例包 括：汽化器、改善汽油、多管进料/注入、直接注入、直接注入分层进油、提 前分层进油及其它等。应当考虑到，申请人的车用汽油是要用于有排气管催 化剂、严格排放物控制系统及其它等的燃烧系统(包括三通系统)。

申请人发明的特别目的之一是采用排放物催化剂、OBDII型催化剂效 率监视器及相关排放物控制系统方法，这些东西在有锰存在的燃烧排气中操 作，不应受到损害。

另外的目的是要让汽油引擎运转在最低限界负载下操作，这样有助于申 请人发明的优点见效。例如，申请人发现，在应用ECS化合物及少量金属， 即锰时，在负载达到至少12.5ihp至16.0ihp之后，最佳燃料经济性及温度降 低才会开始出现。

申请人的共燃料汽油应当构成为最大可能地使有害污物减少。因此，硫 浓度应趋于无硫水平，只要可能，有害重质芳烃(在本发明实施中它们的影响 都大大地被缓减轻了)应尽实际可能地减少。共燃料应当尽可能地配方做到减 少挥发性有机物(VOC)、NOx、苯、丁二稀、甲醛、乙醛及多环有机物。在 复杂模式下配制的重配方汽油是要明确考虑的。

申请人发明的一个重要实施方案，是由于它燃烧的性质，它有超洁净燃 烧排放物的水平。因此，除减少大部分有害排放物外，避免目前需用洗涤剂 保持吸气管伐清洁引起的燃烧沉积物，是本发明的一种实施方案。

本发明的另一种实施方案在于减少了颗粒物PM10，这种颗粒物被认为 是由于重质芳烃引起。申请人发明对于减少这种颗粒物是有效的，这也是由 于进行了独有的燃烧。

实施例98a

一种运作汽油内燃机的方法，所述的方法包括：用一种燃烧改进数量的 ECS化合物及一种燃烧改进数量的MMT或其它金属与常规的、非常规的、 或重配方的汽油混合；在所述引擎中燃烧所述燃料，引擎负载至少12.5 ihp(16.0ihp更优选)，从而燃料经济性增高。

实施例98b

按照实施例98a，其中的负载达约20ihp，燃料经济性提高5％至30 ％及/或燃烧温度降低50°F至100°F。

实施例98c

按照实施例98a，其中所述燃料含氧(重量)0.05％至3.7％，由MTBE、 ETBE、DMC、甲醇、乙醇、或甲缩醛，或混合物提供氧，和含有1/64至 1/4克锰/加仑的MMT；和其中的引擎是操作在负载16ihp以上；从而燃料 经济性得以提高和/或燃烧温度下降。

本发明的另一目的是，通过调整T-90点及/或终沸点馏份来提高燃烧 速度、降低燃烧温度，增强燃烧、改进行程数、改善驱动能力及/减少有害 燃烧排放物。

控制中间沸程蒸馏温度，改善燃烧也是本发明的另一目的。T-10的 调整以增强本发明的特点仍然也是本发明的另一目的。

RVP(雷氏蒸汽压)降低是要考虑的，优选的是，申请人的汽油一般都是 有较低的PVP值燃料，4.0至12.0psi，更优选是4.0至9.0psi，4.0至8.0 psi，4.0至7.5psi，6.0至7.0psi，6.0至6.5psi，1.0至6.0psi，1.0至 3.0psi，1.0至2.0psi，或更低。考虑到的RVP包括6.4、6.9、7.0、7.1、 7.2(最大)、7.3(最大)、7.4(最大)、8.3(最大)、7.8、7.9、8.0、8.1(最大)、 8.2(最大)、8.3(最大)。

如前所述，本发明的主要目的是降低燃烧温度。据报告，汽油的燃烧温 度是2102℃(J.B.Fenn“第四届燃烧会议论文集”BaltimoreP231(1953)。因 此，很明确地考虑到的在这里指的是，通过一种或多种手段使燃烧温度降低 至少25°F、50°F、100°F、125°F、150°F、200°F、250 °F、300°F、350°F、400°F或更多。

在本发明T-10、T-50、T-90温度降低或控制的实施中，消除 汽油中低蒸发潜热及/或低燃烧速度的组分是明确考虑到的。

汽化潜热150btu/lb或860btu/gal及低一些的高沸组分应当从汽油组合 物中减少或除去是理想的，只要能实际做到。

优选的是，汽油组合物中最后烃类部分应具有平均汽化潜热高于150 btu/lb或860btu/gal，更优选的是，160、170、180btu/lb，如果实际能做 到的话。

申请人发现，调整导致较高汽化潜热的做法通常能够做到不损失燃料的 发热值。通常发热值会上升。

优选实施的是先除去较高沸点的物质(具有低的汽化潜热及/或低的燃烧 速度)直到所述的无氧/金属的烃类组合物平均汽化潜热等于或高于880、 890、900、905、910、915、920、925、930、940、950、970、 990、1000、1050、1100、1200btu/gal。理想的是，它高于900-910 btu/gal 或更高。920btu/gal甚至更优选。然而对于所述基础(共燃料)组合物的汽化 潜热没有上限，只是由经济成本及其实际考虑来控制。

另一方面，可以接受的是，降低终沸点及/或T-90点温度，要降低到 使调节后的燃料平均汽化潜热高于未调节的基础燃料的0.5％至10％或更 高。增高1％至20％、40％、或更高也是理想的。

在传统的燃料中，一般优选的是，由于降低终/T-90温度及/或控制T -50、T-10温度(而不采用ECS化合物或恒沸共溶剂)使得平均汽化潜热 最小增加，而在这样情况下，添加1/32克锰/加仑的MMT就改善了同样含 MMT而未调整T-90温度的燃料的燃料经济性。在这样情况下T-90点 温度降低通常要求在调与未调燃料之间要差异最少50°F。

申请人发现可接受的T-90温度范围为240°F、250°F、255°F、 260°F、265°F、270°F、275°F、278°F、280°F、285°F、 290°F、295°F、300°F、305°F、310°F、315°F、320°F、 325°F、330°F、335°F、340°F、345°F。在此范围之外的温 度也是可考虑的。但温度280°F以下通常是优选的。

最终温度是改善汽化潜热及/或改善燃烧速度的函数，是通过降低的方法 得出的，但它又取决于基础燃油。改进各种不同的燃料(及烃类油流)将引出 不同的反响。因此，降低T-90点温度的实际数值各不相同，这是可以预 计到的。

实施例99

一种常规的或重配方的汽油组合物，其中切去较高沸点燃料馏分，而使 汽油终沸点及/或T-90点温度降低；从而切得的清洁燃料的平均汽化潜热 比未切割的清洁燃料的高至少0.5％和更优选1.5％，或更高。

实施例100

按照实施例中99的方法，其中加入有1/32克锰/加仑的MMT，表明切 割组合物的燃料经济性比没有经过切割的燃料(包含金属)的有所提高。

实施例101

按照实施例方法99，其中含金属经切割的燃料在燃烧后，其排气通过 装有0BDII型催化剂监视器的排气管催化剂而排出，从而使沉积在催化剂冲 洗涂层上的锰氧化物完全得以控制，而催化剂监视器还未失效。

实施例102

按照实施例99-101方法，其中含氧ECS化合物添加至基础燃料中使 氧含量达0.5％至2.7％、3.0％、3.5％，其中得出的T-50温度超过155 °F、170°F(175°F是理想的)，但低于220°F和因此T-90温度在 不存在含氧化合物时不超过300°F，和更优选的是低于280°F、275° 270°F。在燃烧后，排出物穿过装有OBDII型催化剂监视器的排气管催化 剂，在催化剂冲洗涂层上氧化锰沉积受到充分控制(或实际上不存在)，而所 指的监视器并未失效。

实施例103

按照实施例102，其中所述调整及未调整的汽油都含有MTBE的氧1.0 ％至2.0％(重)和具有锰浓度0.001至0.03125克锰/加仑的环结构三羰基锰， 从而使降低了沸点温度的燃料经济性改善，超过了没有调整的燃料。

实施例104

按照实施例99，其中调节过的重配方汽油的T-90温度大约为260° F至280°F或以下。

实施例105

按照实施例103-104，其中的MTBE全部或部分用碳酸二甲酯取代。

限制稀烃是理想的，可以减少冒烟。而且，限制雷氏蒸汽压(PVP)例如 低于8.0、7.5、7.0、6.8、6.5、6.2、6.0、5.8、5.6PSi或更低和硫浓 度低于0.002(重)％(包括无硫组合物)，和环烷烃低于7％(体积)(或低于0.5 ％，如可能)都是要考虑到的。

在本发明实施中，应当考虑到，汽油燃料包括那些一般符合ASTM D 4814及相关规格、EPA的简单及复杂模式的重配方汽油(“RFG”)、满足 清洁空气法律42USC 7545§211(K)的规格、RFG许可标准(在此结合参 考)、EPA许可规格满足42USC 7525§206、任何现在的及未来的其它法 律或工业标准的燃料。

因此，申请人的组合物满足现在的和所有将来的CAA及/或EPA环境/ 排放物标准，包括组合物和性能指标，这是本发明的一种实施方案。

在本行业中关注的有些排放物是挥发性有机化合物(VOC)，它们导致低 空臭氧形成。VOC主要是通过蒸发排放物发散出来的。排气VOC主要归因 于非常少量的VOC排放物。

主要关注的排放污物还包括毒性的及NOx排放物。在本发明范围内， 所述的VOC、毒物、NOx、及其它受控制的排放物都是按照EPA的定义加 以限定的。

但是，最为关注的排放物是有毒排放物，本发明却使之意外地减少了， 以质量计，减少了大约为5％或以上，超过传统汽油或其它重配方汽油。这 是最为没有预料到的发展。例如，据发现，当烯烃减少及T-90点温度降 低时，在MTBE存在情况下，1，3丁二烯水平(一种受管制的毒物)增加了。 此外，还发现，随着芳烃含量降低及/或添加MTBE时，甲醛排放污物实际 上增加了。另外，已发现，芳烃减少时，乙醛也增加了。

例如，据发现，MTBE体积百分含量从0％增加至15％(体积)，甲醛 排放物增加26％。降低芳烃从45％至20％，1，3丁二烯增加11％，而甲 醛增加23％，乙醛增加19％。

最不幸的是，由于为了满足复杂模式要求，炼油者必须引入含氧化合 物、MTBE是炼油者最优选的选择。而且他们还另外要求减少芳烃类排放 物，因此，很有必要，在MTBE存在时，减少芳烃及/或烯烃时，而不伴随 毒性排放物增加。

不幸的是，在现有MTBE存在的要求规格下，燃料经济性有损失。申请 人发现，引入MMT同时又降低终沸点及/或T-90点温度，按照这里描述 的方法，申请人能够意料不到地改善燃料的经济性。

申请人还发现，在MTBE浓度使氧重量含量大于2.0％(重)(如2.7％(重)) 时，应用MMT至1/32克锰/加仑以上，燃料经济性得以改善。

但是，看来在MTBE存在下氧浓度低于2％(重)(如1％)，甚至使用1/32 克锰/加仑的MMT，燃料经济性仍然有所损失。申请人发现这种现象与T- 90点温度相关。

申请人发现，如果T-90点温度不充分降低(以便提高燃料的平均汽化 潜热)及/或没有采用诸如DMC之类的另外增强ECS化学的方法，1.0％至 2.0％(重)氧含量的MTBE与1/32克锰/加仑MMT(或更低)组合的重配方燃 料，其燃料经济性也遭受损失，而不及没有含氧化合物(有或无MMT)的基础 汽油。

因此，本发明的一种优选的实施方案在于采用MTBE使氧浓度超过2.0 ％(重)。如果MMT浓度在1/32克锰/加仑或以下，很明确要优选的是T-90 温度应当降低至低于320°F、300°F，以280°F优选。

十分意外的是，在应用申请人的发明时，也就是在有燃烧改进/温度降低 的ECS化合物存在下加入燃烧改进数量的锰及/或降低T-90温度，预期的 燃料经济性的下降却没有遇到过。相反燃料经济性可能实际上增加了。预期 的毒性污染增加也是减少的。

申请人还进一步发现，用DMC取代MTBE及/或用DMC与MTBE组合， 特别在氧重量浓度2.0％(重)或更高时，替代的结果却意外地进一步增加了里 程及改善了排放污物。

因此，本发明的一种实施方案在于采用降低了芳烃含量的汽油，如芳烃 范围从5％至35％(体积)。但是，浓度接近于20％、15％或更低，是更为 优选。也优选的是降低烯烃浓度(如5％至10％，低于8％、6％、5％是 优选的)，和特别是用降低了T-90温度的馏份(优选范围是300°F至260 °F或以下。)。

应当考虑到，往这种烃馏份中加入燃烧改进数量的锰，含氧ECS化合 物，特别是MTBE、ETBE、TAME、二异丙醚、乙醇及DMC，包括混合 物，从而使燃料的平均汽化潜热超过880、900、910Btu/lb(于60°F)，以 及由此导致燃料燃烧经济性改善和毒性污染物减少，包括NOx、HC类、1， 3丁二烯、甲醛及/或乙醛。

申请人发现，减少MBT火花提前，以保证平稳操作是理想的，尤其是 在对于恒压缩比引擎中，采用其较高燃烧速度的汽油时。燃烧速度增加愈高， 愈大的火花提前减小是优选的。火花超前减小的可接受范围从1.0％、1.5 ％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0 ％、6.5％、7.0％、7.5％、8％、8.5％、9.0％、9.5％、10.0％、10.5 ％、11.0％、11.5％、12.0％、12.5％、13.0％、13.5％至40.0％。减 小在0.5％、2.0％、5.0％至10％是更理想的。

申请人也发现，在采用实施例中2％(重)氧量的DMC及1/16克锰/加仑 MMT的汽油组合物时，由于燃烧速度增加及延迟燃烧，最佳压缩比在8.5∶1 至大约13.0∶1。采用这样的组合时，更优选的是压缩比为9.5∶1至12.5∶1，以 11.5∶1至12.5∶1为更优选一些。压缩比10.5∶1是非常满意的了，而且被认为 是优选的。较高的由DMC组合物的ECS燃料的浓度及适宜的金属的浓度本 身就倾向于要求较高的压缩比。

实施例106

一种新的运转引擎的方法，包括：混合一种无铅汽油，内含MTBE以氧 重量达到2％表示和MMT添加至1/32克锰/加仑；在MBT火花超前已被延 迟了1.0％至2.5％(1.5％优选)的引擎中燃烧所述燃料；从而使这种引擎的 操作改善了热效率及/或排放污物。

实施例107

一种新方法，动转引擎包括，混合一种无铅汽油，內含DMC以氧重量 表示为2.0％(重)及MMT(1/32克锰/加仑)；在MBT火花提前减少大致2.0％ 至10％(8.5％优选)的引擎中燃烧所述燃料；从而运转所述引擎，改善了热 效率及/或排放污物。

实施例108

一种无铅、无磷的重配方汽油，最大雷氏蒸汽压7.0PSi RVP，最大烯 烃含量5.0％(体积)，最大芳烃含量20％(体积)(优选的是15％、10％或以 下)、最大苯含量0.8％(优选的是0.6％或以下，或无苯)，最大含硫量100 ppm(优选为50ppm或以下，或无硫)、氧浓度范围以碳酸二甲酯、MTBE、 ETBE、TAME、乙基叔戊基醚、二异丙醚或乙醇、或混合物加入至氧为1.8 ％至2.2％，2.0％至2.7％，或3.5％，环结构三羰基锰化合物至锰为1/64 至3/16克锰/加仑(1/32克锰/加仑为优选)，最大T-90温度260°F至280 °F或以下，T-50温度约160°F至230°F(170°F至205°F)，溴 值20或以下，平均汽化潜热910至930btu/gal或以上。

实施例109

按照实施例106-108，其中的燃料含有一种无灰分散剂，引入控制/ 沉积控制添加剂(符合清洁空气法律§211(1)及相适应的规定)；和任选的含 有少量共溶剂，以增强水溶解度，如乙醇。

实施例110

按照实施例106-108，其中燃料T-90温度不高于300°F，优选 是280°F或以下，T-50温度在引入MTBE为2.0％至2.7之后高于170 °F，但低于大致200°F；从而热天驱动能力不受损失；和其中的燃料汽 化潜热高于900btu/gal，更优选为905btu/gal，和锰浓度为1/32加仑；从而 所述的燃料所述的燃烧不会引起OBDII催化剂氧传感器失效。

实施例111

一种方法，避免OBD-II排放燃气氧传感器失效；所述目标汽油T- 90温度降低，进而导致燃料平均汽化潜热增加的数量，足以降低燃烧温度至 少15°F，或更多，及/或使得用层流本生灯测定的平均燃烧速度有可测到 的增加；用MTBE1.2％至2.7％(重)与所述燃料进行组合；从而使组合物的 T-50温度至少为170°F(大于175°F及低于210°F、200°F优选)； 所述燃料在一种引擎中燃烧，和散放出的排气经过延长时期穿过装有OBD -II催化剂效率监视器的三通排放管催化剂系统；从而在催化剂冲洗复盖涂 层上锰沉积并不足以引起所述传感器失效。

实施例112

按照实施例111的方法，所述燃料T-90温度大约为300°F，而大 约280°F或以下为更优选，及/或燃烧速度可测得出的增加，至少为1.0 ％，或更高，超过未经过调节的燃料。

实施例113

按照实施例111-112的方法，其中的燃料没有含氧化合物。

实施例114

按照实施例113的方法，其中的引擎运作5,000；20,000；50,000；75,000； 或100,000英里下的一段时间。

实施例115

按照实施例106、107、108、110、111，其中组合物的平均燃烧速 度在环境温度下以层流本生灯测定是大于46、48cm/sec，更优选为50 cm/sec或更高(是以甲醇燃烧速度57.2cm/sec作为尺度)

实施例116

按照实施例106-107，其中燃料注入燃烧室的颗粒大小小于70微米， 更优选的是小于50微米。

实施例117

按照实施例106-107，其中注入的燃料颗粒具有近似注入压力为约15 至45psi

实施例118

按照实施例106、107、111，其中的燃烧温度经充分降低，在例如负 载20指示马力下，排放的燃气温度至少下降10°F至50°F(或更多)，从 而进入排气管燃气入口的平均排放烟气温度低于1400°F(或其它温度，仍 致复盖在催化剂洗涤涂层上的氧化锰并没明显发生)。

实施例119

按照实施例106、107，其中降低了温度的引擎排放燃气经过一种排气 污物催化剂而被排出，和排放系统车载催化剂监视作用并没因为不正确的催 化剂贮氧能力读数而失效。

实施例120

按照实施例106、107、108及110，其中这样的方法，按照清洁空气 法§211(K)节EPA弃权条款中的规定，是合格的。

实施例121

一种低毒燃料经济性改善组合物，属于无铅燃料，含无磷烃类的组合 物，具有最大RVP8.0、7.0、6.5、或6.0PSi；最大烯烃含量6.0％、5.0 ％(体积)；最大芳烃含量25％、20％(体积)(15％、10％或以下优选)；最 大苯含量0.8％(更低或无苯)；最大含硫量40ppm(更低或无硫)；碳酸二甲酯、 MTBE、ETBE、TAME、或乙醇的总的氧浓度范围1.0％至2.7％(重)或 3.5％O2(重)；含有一种环结构三羰基锰化合物，锰量为1/64至3/16克锰/ 加仑(1/32克锰优选)；最大T-90温度300°F、280°F(优选)；T-50 温度大约170°F至230°F；最小(R+M)/2辛烷值87；溴价20或以下； 平均汽化潜热在60℃下900、910、920英热单位/加仑，或更高；60°F 下发热值高于106,000英热单位/加仑(大于108,000，114,000英热单位/加仑 (60°F下)更优选)；从而减少了有毒排放物1，3-丁二烯、甲醛、或乙醛的 排放及/或提高了燃料经济性。

实施例122

按照实施例121，其中含氧化合物为2.0％(重)的MTBE，60°F下燃 料平均汽化潜热超过900英热单位/加仑，高于(60°F下)905英热单位/加仑 是优选的；MMT浓度为1/32克锰/加仑；组合物平均发热值60°F下超过 106,000英热单位/加仑；环境条件下平均层流燃烧速度大于48cm/sec。

实施例123    

按照实施例122的MTBE组合物，其中的MMT浓度超过1/32克锰/加 仑

实施例124

上述实施例，其中的含氧化合物为DMC和MMT浓度为大于1/32克锰 /加仑。

实施例125

按照实施例108、121组合物，其中的RVP为6.8、6.5、6.0、5.5psi 或更低。

在本发明实施中，为了降低被管制的排放物，优选的汽油组合物包括 了，但不局限于列于以下的规格：

                 表6  无铅燃料

                     A      B          C

雷氏蒸汽压(最大psi) 8.7    7.0       3.0-6.0

烯烃(最大体积％)    9.2    8.0       0.0-8.0

芳烃(最大体积％)    32.0   20.0-25.0 0.0-10.0

苯(最大体积％)      1.5    1.0       0.0-0.5

硫(最大ppm)         339    100       0.0-10

氧(重％)            0.0    2.0-2.7   2.0-5.0

T-90(最大温度°F)    330.0    320.0    300-330

(R+M)/2(最小)        87.0     87.0     87.0-95.0

实施例126

前述表6中B和C燃料，其中1)、所述燃料包含了申请人的加含氧化合 物的方法及2)、燃烧改进数量的锰，和3)、其中由所述的燃料贮存及输送至 燃烧室的组合蒸发排放污染物，及发散至大气燃烧排放物，都是4)、按照1995 年度所述燃料的挥发有机化合物排放及毒化空气的污物，以质量基准计，低 于清洁空气法§211(K)条款限定的基线汽油的15％，和5)按2000年度所述 燃料的挥发有机化合物的排放及毒化空气的污物，以质量基准计，低于所述 基线汽油25％。

实施例127

一种无铅、无磷、重配方汽油组合物燃料，具有最大雷氏蒸汽压(RVP) 8.0、7.2、7.0、6.5PSi；最大烯烃含量8.0％、6.0％(体积)；最大芳烃含 量20-25％(体积)、最大苯含量1％、0.8％(更低优选)；最大硫含量300 -40 ppm(优选的是较低或无硫)；氧浓度范围为2.0％至2.7％，或3.5％O2， 以碳酸二甲酯重量计的；环结构三羰基锰化合物或混合物，1/64至3/16克 锰/加仑(大于1/32克/加仑优选)；最大T-90温度300°F至320°F(280 °F或以下优选)，优选T-50温度大约170°F至220°F；最小汽化潜 热900、905英热单位/加仑(60°F下)(高于920BTU/gal优选)；组合物最低 发热值，假设在O2 2.0％(重)条件下，为106,000 BTU/gal(60°F下)；环境 条件下最低平均层流燃烧速度48cm/sec，(50至52cm/sec或以上优选)。

实施例128

按照上述实施例，其中的组合物另外含有沉积控制添加剂，符合清洁空 气法§211(1)条款及相关章节/规定。

实施例129

按照实施例127，其中的组合物有任选的含有至少一种C4至C6的醇或 其它添加剂，以保证吸水稳定性(水溶解度)。

实施例130

按照实施例106、107、及111，其中的燃料注入系统在可接受压力下 注射燃料蒸汽进入燃烧室，其中的平均蒸汽颗粒大小在60微米以下，其中应 用了EGR系统、装载其上的氧传感器及注射传感器；从而燃料经济性改善至 少2％。

实施例131

按照实施例106、107及111，其中的燃料注入系统在最佳压力下注射 燃料蒸汽进入燃烧室，其中平均蒸汽颗粒大小为10、20、30、或40，其 中还同时采用了涡轮增压器、EGR系统、装载其上氧传感器及注入传感器； 从而燃料经济性改善至少2％。

实施例132

按照实施例106、107及111，其中的燃烧室按照要增加紊流燃烧速度 进行设计的。

实施例133

按照实施例106、107、111及127，其中的燃烧室按照要增加紊流燃 烧速度进行设计的，而其中的压缩比为2.0∶1至6.5∶1；7.5∶1、8.0∶1、8.5∶1、 9.0∶1、9.5∶1、10∶1、10.5∶1、11.0∶1、和更为优选的是11.5∶1。

实施例133a

按照实施例107、127，其中应用了碳酸二甲酯和压缩比范围为9.5∶1 至12.5∶1。

实施例134

按照实施例106、107及111，其中燃烧室按照要增加紊流燃烧速度设 计，其中压缩比超过17∶1。

实施例135

按照实施例106、107及111，其中燃烧系统与采用了排放物催化剂及 车载氧传感器的受控制的排气/污物控制系统连接一起进行运转。

实施例136

一种操作方法，其中至少30％的美国车队用所述燃料操作，从而由这 样操作中放散出来的空气载锰总参比浓度没有超过0.05ug/m3或EPA标准， 甚至总是较低。

申请人的汽油组合物明确地考虑到降低排放污染物及如下表7及表8所 述的组合物特征。

表7  RFG复杂模型标准

性质    时期1    时期2

        1995    2000及以后 VOC降低(％)/加仑(1) B类                   35.1         27.5 C类                   15.6         25.9 NOx降低(％)(1) 夏季                  0-1.5        5.5-6.8 冬季                  0-1.5        0-1.5 毒物减少(1)           15.0-16.5    20.0-21.5 氧％(重)              2.0-2.1      2.0-2.1 苯％(体积)            0.0-1.0      0.0-1.0 注1：减少是从ζ211(K)(10)(B)条款限定的基线汽油算起。

表8

按照RFG规则C类要求做的实施例燃料 性质               时期1       时期2

             1995-2000    2000及以后 降低(1) VOC                 17.3       27.6 Nox                 1.6        6.9 毒物                25.4       27.6 性质      RVP(psi)            8.0        6.6 氧％(重)(2)         2.1        2.1 芳烃％(体积)        25.0       24.0 苯％(体积)          0.95       0.95 烯烃％(体积)        9.2        9.2 硫(ppm)             339        185 E200                41.0       45.0 E300                83.0       87.0 锰(克锰/加仑)(3)    1/32       1/32 注1：减少是从条款ζ211(K)(10)(B)限定的基线汽油算起 注2：以碳酸二甲酯形式 注3：锰浓度范围可从1/64至1/4克锰/加仑

在本发明实施中，在配制汽油组合物要求满足RFG标准时，可要求进 行调整。据发现，对于降低目标排放污物效应最大的各个组分，就可以调整：

VOC：RVP、芳烃含量、硫含量；

NOx：硫含量、芳烃含量、烯烃含量；

毒物：苯、芳烃、氧。

在实施本发明中，具有甲基的含氧化合物类，如甲醇、碳酸二甲酯、 MTBE及TAME及其它等，似乎比含乙基的含氧化合物如乙醇、ETBE等， 在降低有毒排放物方面有较好一点的能力。

在配制传统或重配方汽油(REG)燃料时，降低雷氏蒸汽压(RVP)对减少 VOC排放物效果明显。本发明实施中，最后燃料组合物中雷氏蒸汽压降低至 7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、psi或更低，都是优选的。

RVP是蒸发VOC排放物最强的预示，RVP的降低是减少蒸发的VOC 排放物的最好手段(以质量基准计，按EPA所限定的)。例如RVP从8.7psi 降至6.5psi，VOC污物降低约23％，毒性排放物降低约4％，而NOx排 放物降低约0.5％。

燃料中氧增加，会显著减少毒性排放物。在氧含量增加与毒性排放物减 少之间，看来有一种线性关系(以重量计)。看来，氧含量增加是减少有毒排 放物最强的预示。例如氧增加从0％至3.5％(重)，降低毒性排放物约11％。

重配方燃料规定认为，氧浓度在2.7％(重)以上，特别是MTBE，直接 增加了NOx排放物。在本发明的实施中，申请人完全意外地发现，O2重量 浓度在2.7％(重)以上完全能够控制住预期的NOx增加。图6说明了这一点， 氧含量高达4.2％的含氧化合物的燃料(甲醇/乙醇-甲醇燃料)的燃烧速度增 加时，却大大地降低了NOx排放物。似乎这种现象也是随燃烧温度而变。例 如，图3表明，在低燃烧温度下，NOx排放物下降，而与氧浓度无关。如果 说有联系的话，就是较高的氧浓度，产生较大的燃烧温度下降，看来是申请 人发明减少NOx排放物的主要试剂。因此，申请人的优选实施例，在于应用 至少1.5％或以上的氧，并允许用锰量在1/32克/加仑或更多的最佳燃烧。氧 浓度低于1.5％至2.0％未使申请人发明最佳化。

因此，在本发明的实施中有可能包括在RFG燃料中有适当较高的氧浓 度(超出现有规定允许值)，以减少NOx及有毒排放物，而不会出现预计的燃 料经济性降低及NOx排放物增加等等。

因而，本发明的一种实施方案在于，应用氧浓度高于2.0％、2.1％、 2.7％、3.5％、4.0％、甚至5.0％、6.0％或更高(以重量计)。

减少芳烃含量会强烈地产生对减少毒性物；VOC及NOx排放物的影 响。减少看来是线性的，以毒性排放物受到了最显著的影响，毒物减少类似 于苯在减少及/或氧含量增加时所见到的毒物变化的情况。例如，芳烃从33 ％降至约10％(体积)，毒性物、NOx及VOC排放物分别减少约17％、7 ％、及6％。

在本发明实施中，理想的RFG的芳烃含量低于25％，20％优选，  以 18％至10％特别优选。

但是，如上所述，在低的或较低的燃烧温度下，要达到较高的燃烧速度， 如本发明实施中考虑到的那样，RFG燃料芳烃浓度高于那些被认为是可以 接受的数值，或者高于规则允许的数值，仍然可以达到使与芳烃相关的毒性 及其它排放物有明显的降低。

这些减少是显著的，没有意料到的，而且是超过了标准RFG燃料配方 可达到的水平的。

同样，芳烃浓度高于按RFG排放物标准要求，而被认为不能接受的， 最终可能还要被采用，而且仍然能够达到法律要求的性能及/或排放物标准。

苯浓度降低被认为是直接地及线性地影响毒性排放物减少。例如苯从 1.5％(体积)下降至0.5％(体积)，毒性排放物减少17％之多。因而苯的减少， 就像氧浓度增加一样，是减少毒性排放物最强烈的预示之一。优选苯浓度是 1.0％(体积)以下，最优选的浓度为接近0％。

但是，同芳烃浓度一样，苯浓度高于现行规则允许的数值，在本发明的 实施中，也可以采用，而且仍然使得毒性及其它排放物明显降低，并超出RFG 燃料目前规定配方所能达到的水平。这也是最没有预料到的。同样，苯浓度 高于现有RFG排放物标准而目前被认为不可接受的燃料，最终也可以使用， 并满足性能及/或排放物标准。

硫含量降低使NOx、毒性物及VOC的排放呈线性下降(以它们相对排放 百分数顺序下降)。例如，硫含量从340ppm降至约50ppm，引起NOx、毒 性物及VOC排放物减少分别为11.0％、8.5％及3.5％。似乎硫含量下降对 NOx的减少最为明显。在本发明实施中，硫浓度低于40ppm是特别优选的。 硫含量在30ppm或更低(或无硫)是更为优选。再说明一次，本发明实施将产 生环境可接受的NOx、有毒物及VOC，甚至在硫浓度高于现行规则允许的 硫浓度情况下。

但是，硫浓度大小在200ppm或以上，看来也是可以接受的，这是由于 本发明的燃烧速度增加及燃烧温度降低，从而抑制了硫的有害NOx及毒性排 放物特性。

降低烯烃浓度大约在9.5％以下，引起了NOx及毒性排放物的适度减 小，但却增加了VOC的排放物。烯烃增加至9.2至9.5％以上，表明VOC 适度下降，但也使毒性物及NOx有所增加。因此，看来最佳烯烃浓度约为 9.2％至9.5％(体积)。但是，与例如芳烃浓度降低造成同样排放物的减少相 比较，烯烃浓度低于或高于9.2％-9.5％引起的排放污物的增加是不明显 的。

因此，烯烃浓度低至9.2％(体积)以下是可以接受的和理想的，特别是 在芳烃浓度如果同时降低时。换句话说，烯烃减少至9.2％以下是理想的， 只要雷氏蒸汽压或芳烃浓度的降低补偿了VOC的增加。再说一遍，申请人 发明的加快燃烧温度降低的操作明显地抵消了这样的增加。因此，烯烃含量 超出规定的组合物标准，也可以使用，同时也能满足性能及对排放污染物的 要求。

降低E200温度，或对应的馏份，即在200°F沸腾的馏份，会有利地 减少VOC及有毒物排放。换句话说，在E200温度降低时，或者在燃料蒸馏 的该馏份增加至约41％时，VOC及毒性排放物降低是会出现的。然而NOx增加也会出现。当E200馏份增加，即从42％至60％，VOC及毒性排放物 都减少约3.0％-4.0％，但是，NOx却增加约2.0％。但是这些排放污染 物的显著减少仍然会发生，而与这样的调整无关。

申请人认为过高的E200馏份(变成了过低的T-50温度)有它的缺点， 热天驱动能力会由于T-50馏份低于170°F而受到损害，特别是在氧含 量为1.0％、2.0％或更高时。这样损害的驱动能力，由于发动机启动困难等， 也许会产生比适度降低所达到的更为有害的排放物。因此本发明的一种实施 方案在于，申请人的T-50温度设为170°F、175°F、180°F、185 °F、190°F，只要实际能办到的。

当E300馏份从84％增加至95％的馏份，VOC及NOx排放物都会适 度降低分别约为2.0％及0.5％。毒性排出物增加约1.5％。这点收益看来难 说合算。

但是，由于申请人的燃烧改善温度降低方法的实施，这样毒性物增加得 以减轻，而且燃料较高平均汽化潜热的好处增强了MMT的作用。

在申请人发明的实施中，明确考虑到了，基础RPG汽油组合物有许多 方面可作调整。例如完全除去所有多核芳烃，所有C10+的芳烃，如萘、芘、 蒽及其它等，用以调整组合物。消除已知有毒组分，如1，3丁二烯及其它等， 可用以调整组合物。减少低燃烧速度物质，低汽化潜热及/或低比热的组分， 也可用以调整组合物。对于申请人发明的其它燃料，包括实施例，喷气航空 燃料No.2及No.6号燃料油，也都可以采用这种方法。

申请人的最优选的锰浓度范围，对于无铅汽油包括航空汽油、重配方汽 油为1/32克以上，1/16克至大约3/8克锰/加仑。锰浓度1/32克锰/加仑是特 别优选的，从每克锰成本来看，也是最好抗爆价值的一个。但是，如果采用 了含氧化合物的ECS化合物，特别是在氧浓度超过2％的条件下，就要使之 处于环境浓度可接受的低限。

不用ECS含氧化合物，而采用实施例的机械方法，如改善雾化及/或低 燃烧温度汽油，及其它等，例如，降低T-90温度(及/或减少芳烃)、1/32 克锰/加仑，在控制HC排放物中是可以接受的。

然而，目前申请人发明的实践中考虑到了少量使用ECS燃料并结合使用 汽油共燃料。应当考虑，先进的应用场合将会有大量使用ECS及/或在汽油 应用中完全采用ECS的情况。因此，本发明的一种实施方案在于，应用含有 大量碳酸二甲酯的组合物、燃烧改善数量的CMT及少量的汽油共燃料。

申请人的汽油及其它共燃料，在环境容许的情况下，也可以进一步或可 另外地，含有抗爆数量的其它试剂，如环戊二烯基亚硝酰镍、N-甲基苯胺、 N-甲基苯胺及其它等。已知抗爆助剂也可应用。2，4戊二酮也可包括在 內。

这种燃料应当含有分散剂、清净剂、乳化剂、金属减活剂、芳香胺、补 充伐及伐密封凹槽保护剂。无数这类添加剂的实施例包括：硼氧化物、铋氧 化物、CaF2键结合陶瓷、磷酸铁、磷酸三甲酚(tricresylphosphate)及钠基添加 剂等等。

燃料也可以含抗氧剂，无数实施例包括：2，6-二叔丁基酚；2，4，6- 三叔丁基酚；4-甲基-2，6-二叔丁基酚；2-叔丁基酚及其混合物；2，6 -二叔丁基-邻-甲酚；及苯二胺类如N，N′-二仲丁基邻苯二胺；N-异 丙基苯二胺；及N，N′-二亚水杨基-1，2-丙二胺；及叔丁基化酚的混合物 及/或芳香胺抗氧剂及其混合物。

应当考虑到，燃料还会含有沉积控制添加剂，无数实施例包括：聚醚胺、 多烯丁二酸酰胺，或多烯丁二酸酰胺，烃基碳酸酯，诸如聚丁烯醇、聚丁烯 氯甲酸酯、聚丁烯胺类配方于矿物或其它载体中，聚异丁烯胺配方在聚醚载 体中，及单组分聚醚胺类等等。几种其它的沉积控制添加剂已另外列在说明 书中，而且在汽油及其它共燃料中考虑到的。同样，这些和这里指的其它添 加剂在汽油中也是考虑到了的。应当考虑到，燃料可含一种或多种无灰清净 剂，无数实施例包括有：聚醚胺类，多烯胺类，烯基丁二酰亚胺类，多醚酰 胺类等等。燃料还可含有诸如F310、聚丁烯胺类、胺化或聚合清净剂等等。

这类燃料也可含有驱静电添加剂。在申请人发明的实施中，可以考虑其 ECS燃料有助于一定程度减轻对静电的关注。这类燃料可含腐蚀抑制剂等 等。

燃料基质可以含有沸点超出正常汽油燃料范围的烃类，用它来调节汽油 到可接受的范围内。

航空汽油

本发明也考虑到了航空汽油共燃料的应用和得到的燃料符合ASTM D 910规格(见表9)，尤其是那些无铅燃料。但是，不同于申请人发明的其它实 施方案，尽管不优选的航空汽油可以含铅，但申请人的优选实施方案是无铅 的。

申请人的发明考虑了航空汽油广泛应用于民用及军用，包括那些并不实 行ASTM标准的场合。因此，表9意在限定航空汽油适用大多数火花点火的 航空引擎，但是某些所用的设备或条件可能要求燃料具有其它特性。

申请人发明的主要优点在于，它从根本上改善了热效率，或提高了在给 定数量燃料下的有用功。增加2.0％、5.0％、7.5％、10.0％或更多都是很 平常的。因此，应用申请人发明的航空汽油发动的飞机巡航范围应当延展2 ％至30％，或更多，这取决应用场合。

本发明考虑到航空汽油三种主要的品级，它们满足ASTM标准，包括品 级80、品级100、及品级100LL。

品级100及100LL代表两种抗爆质量同样的航空汽油，但不同的在于 最大铅含量及颜色。颜色标明具有对铅低耐受性引擎的差异。

虽然品级标志仅仅表明对各种品级的单一辛烷值评分，每种品级的燃料 均必须符合最低贫油混合物航空评分及最低富油混合物增压评分。

                     表9 ASTM D910

                     航空汽油N详细要求/A

                    品级80  品级100  品级100 LL  ASTM试验方法B   爆震值，最小，   辛烷值，贫油评分         80     100    100            D2700C   爆震值，最小，   富油评分：   最小辛烷值               87                            D909   最小功效比值O，P               130    130             D909   颜色D                  红E   绿     兰              D2392   染料含量(mg/gal)   许可兰色染料F，最大    0.5    4.7    5.7   许可黄色染料G，最大    无     5.9    无   许可红色染料H，最大    8.65    无    无   四乙基铅I，最大mL/gal  0.5E  4.0    2.0             D2559或3341

                              对所有品级的要求   蒸馏温度°F(℃)   10％汽化、最大温度                 167(75)               D86   40％汽化，最低温度                 167(75)   50％汽化，最大温度                 221(105)   90％汽化，最大温度                 275(135)   终沸点 最大°F(℃)                 338(170)   10％及50％汽化温度总和*，最小°F(℃)307(135)*   蒸馏收率，最小，％                    97   蒸馏残渣，最大，％                    1.5   蒸馏损失，最大，％                    1.5   净燃烧热J，最小，Btu/Lb(英热单位/磅)18720            D1450/D3388 蒸汽压   最小psi(KPa)                          5.5(38)    D323/D2551   最大psi(KPa)                          7.0(49)    D323/D255 1 铜条腐蚀，最大                          No.1       D130 潜在胶质(5h老化胶质)K，最大mg/100 ml    6         D873 可见铅沉淀L，最大，mg/100ml             3         D873 硫，％(重)，最大，                      0.05       D1266/D2622 冰点，最大，°F(℃)                     -72(-58)   D2386 水反应                         体积变化不超过±2ml D1094 允许抗氧剂M，最大，lb/1000bbL(42gal)    4.2

注： A.这里包含的要求是绝对的，不得因迁就试验方法加以修改。如做了多次测 定，应当取平均结果。 B.表中所列方法属于第九节中 C.表1所列数值代表航空方法评分，马达辛烷值评分是根据试验方法D 2700 得到的，应当用转换表2将其换算为航空评分。 D.这些颜色已经得到美国卫生、教育及福利部、职业卫生分部、首席医学指 导批准。 E.如果买方与供方相互一致，Gr80号可以要求是无四乙基铅的。这时燃料 不含任何染料，按试验方法D-156测定的颜色不会暗于+20。 F.在最终汽油中存在的唯一兰色染料主要是1，4-二烷基氨基蒽醌。 G.在最终汽油中存在的唯一黄色染料主要是对二乙氨基偶氮苯(颜色指示剂 No.11021)或2，2′-[3.3′-二甲基)][1，1′-联苯基]-4，4′-双炔]双(偶氮)双[4 -壬基]酚[颜色指示剂溶剂黄No.107]，或2，4-双[(烷基苯)偶氮]-1，3- 苯二酚。 H.在最终汽油中存在的唯一红色染料主要是偶氮苯-4-偶氮-2-萘酚的 甲基衍生物(甲基衍生物颜色指示剂No 26105)或偶氮苯-4-偶氮-2-萘 酚烷基衍生物。 I.添加的四乙基铅是含四乙基铅不低于61％及足够量的二溴乙烯达到每个 铅原子有两个溴原子的混合物，其余为与煤油无差异的添加组合物，批准用 的抑制剂及如上所规定的兰色染料。 J.采用按试验方法D1405在表1中计算出的数值。试验方法D2382可以用 作为另外一种方法。有争执时，必须使用试验方法D2382。后者最小净燃烧 热，对于Gr80、100、及100LL号为18700英热单位/磅。 *注意，温度转换总合为C1+C2＝5/9(F1-32+F2-32) K.如果买卖双方一致，可以要求航空汽油符合16小时老化胶质试验(试验方 法D873)，而不用5小时老化胶质试验。这时，胶质含量不超过10mg/100mL 及可见铅沉淀不超过4mg/100ml。此种燃料中，允许抗氧剂不超过8.41b/1000 lb(42加仑)。 L可见铅沉淀只应用于加铅燃料 M.允许的抗氧剂有：

N，N′-二异丙基对苯二胺

N，N′-二仲丁基对苯二胺

2，4-二甲基-6-叔丁基酚

2，6-二叔丁基-4-甲酚

2，6-二叔丁基酚

最低75％的2，6-二叔丁基酚加最多25％叔丁基及三叔丁基酚，

最低75％二及三异丙基酚加最多25％的二及三叔丁基酚。

这些抑制剂可以单独地或组合一起地添加到汽油中，其总浓度不超过 4.2lb抑制剂/1000桶(bbL)(42加仑)

除本说明书另外的要求之外，航空汽油将是由来自石油原油精炼烃类、 天然汽油、或由此与合成烃类或芳香烃类，或两者一起的调合油。

除四乙基铅外的添加剂、染料及表9中特指的抗氧剂外都是ASTM规格 D910第5.1及7段中所允许的。这些还包括燃料系统结冰抑制剂及特殊用途 添加剂。

乙二醇单甲醚，(EGME)符合ASTM规格D4171(注一)要求，浓度可用 到0.10％至0.15％(体积)，1-乙二醇单甲醚及异丙醇，及二乙二醇单甲醚， 质量适于ASTM D4171的也可以采用。

在本发明实施中考虑的航空汽油实施例及其要求均列于表9中。

应考虑的是，本发明航空汽油应是无水、无沉渣及悬浮物的。燃料的臭 味应不引起恶心或刺激。

同汽车应用场合相同，在本发明方面，爆震是要避免的。因此，在火花 式引燃的发动机汽缸中，在某些条件下，燃料-空气混合物在局部地区自发 着火，而不是从火花塞传播开来。这可能会引起爆燃或爆震，通常在飞机发 动机中听不到的。这种爆震，如果让其持续超过短时期，就会造成功率严重 损失和飞机发动机的损坏，甚至报废。在航空汽油用于其它类型的航空发动 机上，例如用于发动机生产厂家特别允许的涡轮式发动机上，对爆震或爆燃 特性就不会要求那么严格。因而申请人的航空汽油对抗爆性的评分是敏感 的，必须给予适当的关注。

申请人的发明是应用一横(-)或某些时候用斜杠(/)分隔开的两个数字来 标记航空汽油的品级。第一个数字为“贫油混合物评分”，第二个数字为“富 油混合物评分”。这种规格说明三种品级的航空汽油：80-87、100-130 及100-133LL。低于100的数字是辛烷值，高于100的是功率(performance) 比值，在100时功率比值与辛烷值是相等的。后标LL表示含有四乙基铅低 于同一贫油及富油评分的第二品级。贫油混合物评分与富油混合物评分一 起，可用作为在满度引擎巡航(贫油)及起飞(富油)条件下能得到的爆震极限功 率大小的指南。

据观察，在添加异丙醇(IPA)作为Gr100号航空汽油燃料系统防冰剂时， 燃料的抗爆评分会显著下降。由于异丙醇通常是在使用点区添加的，操作人 员被告诫的是，醇燃料调合油功率比值可能会不符合规格最低值。由于添加 1％(体积)的异丙醇功率比值一般降低，对贫油评分的功率比值大约0.5个， 对富油评分的功率比值3～3.5个。因此Gr100号的航空汽油，在生产点爆 震试验引擎中评分功率比值为100/130，添加1％的醇，功率比值可以变成 99.5/127。添加3％(体积)时，贫油及富油评分的功率比值分别降低约1.5及 7.5个单位。异丙醇添加剂的这种应用可能增加了辛烷评分。

在申请人的发明实施中，在可能范围內应当减少使用铅，甚至不使用 铅。

申请人发明的航空汽油将具有最低净发热值18,720(最低)英热单位/磅。 申请人发现，发热值在18000英热单位/磅以上特别有利于增加产生功率的目 的，但是在给定的申请人发明的特性及严格的ASTM标准下，更低一点的发 热值也是可以接受的，甚至在某些应用场合下是更为理想的。

在许多火花点火航空发动机中，汽油以液体形式计量穿过汽化器与空气 混合的，并在进入增压器前汽化，燃料空气混合物经增压器进入引擎汽缸。 在其它类型的发动机中，燃料可直接计量进入增压器或汽缸或燃烧器。挥发 性，即汽化趋势或由液态变为气态的趋势，是航空燃料极为重要的特性。优 选的是在这里要采用前述的雾化原理。

申请人发明的航空汽油优选的最大蒸汽压应当不高于7psi(仟帕)。

申请人的航空汽油蒸馏百分数一般要符合ASTM标准。蒸发10％点温 度最大值设在167°F，以确保启动容易及加热期的合理灵活度。为防止过 高挥发性导致汽化器结冰及蒸汽阻塞，或二者一起出现，要求10％及50％ 汽化点温度之和最低值为307°F。

T-90的最低值167℃是考虑到要间接控制比重和与之相关的汽化器计 量特性。

但是在这样要求范围内要考虑沸点调整，T-90点温度降低是明确要 考虑到，用以改善燃烧特征及/或增加燃烧速度。

实施例137

一种航空汽油包含一种烃类基础油，最低辛烷值或功率比值为87或 130，蒸馏馏份的T-10加上T-50馏份温度之和为307°F，T-40 温度167°F及T-90温度在250°F以下，燃料硫含量最大值0.05％ (重)(0.05％以下优选)，及燃烧改善数量的碳酸二甲酯。

实施例138

按照实施例137，其中航空汽油是无铅的，和含有一种烃类调合油，燃 烧改善数量的CMT，范围在0.001至1.00克锰/加仑，0.001至5.0克锰/加 仑，0.001至0.25克锰/加仑，0.001至0.125克锰/加仑(及数量大于0.25克 锰/加仑)，一种燃烧改善数量的DMC，范围在0.01％至20.0％O2(重)，从 而按ASTM D2700法测定的辛烷值数为100，其余的燃料规格严格符合 ASTM标准。

实施例139

按照实施例137的无铅组合物，其中CMT是大于1/16、1/8、1/4、 1/2或5/8克锰/加仑，和燃烧改善数量的DMC，高于1.0％的O2(重)，优选 的是高于1.5％，最小净燃烧热值大约18,500英热单位/磅，18,720，18,800 英热单位/磅，或者高于19,000英热单位/磅则更优选。

实施例140

按照实施例137的无铅组合物，其中的CMT大于1/16、1/8、1/4、 1/2、或5/8克锰/加仑，和燃烧改善数量的DMC大于1.0％(重)的O2，大于 1.5％优选，和净燃烧热大约16,500至18,500英热单位/磅，其中巡航里程至 少比清洁燃料高5％。

实施例141

一种操作航空汽油动力飞机的方法；所述方法的特征在于，通过混合一 种实施例137的燃料，将所述燃料供给一种注入或汽化系统，其中所述燃料 是被注入至引擎集合管或燃烧室内，其中平均燃料颗粒大小在60微米以下； 从而所述燃料燃烧使得功率提高、热或燃烧效率提高2.0％或以上。

实施例142

按照实施例141的方法，其中的燃料是由能使燃烧温度至少降低25°F 的DMC构成，从而热效率提高5％至10％及/或航空汽油引擎操作寿命延 长至少5.0％。

实施例143

按照实施例137至140，其中燃料另外地具有终沸点温度低于300°F(或 另外地T-90点温度低于250°F)及/或基础燃料的平均汽化潜热增加至少 2.0％，优选的是5.0％或以上。

实施例144

按照实施例144，其中另外使燃料含燃烧改善数量的CMT，表示为 1/64、1/32、1/16、1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4及1克锰/加仑(以 浓度大于1/4克锰/加仑优选)的燃料组合物。

实施例145

按照实施例137-145，其中的燃料是无铅的。

实施例146

按照实施例137至146，其中燃料芳烃含量低于20％(体积)，而其中的 苯低于1.0％(体积)。

实施例147

按照实施例141-142，其燃料在火花点燃内燃机中燃烧，内燃机内装 备有燃料注入、集合管及/或其它手段，其中燃料颗粒平均70微米，或以下， 并被传送/注入至燃烧室中；而且，其中所述燃烧是在高空5,000至10,000英 尺海拔或更高的空中进行；和其燃烧效率提高至少5％。

在本发明的实施中，铜条腐蚀试验数为No.1号或以下是优选的，以避 免燃料系统金属部件腐蚀。

最高冰点不应超过-72°F，以预防任何烃组分在极低温度下固化， 从而妨碍燃料流向引擎。应当考虑，可以采用添加剂，包括前述所及的那些， 以利达到这种要求。

申请人的发明汽油燃料在经过不同气候条件下不同贮存时期后必须仍 是能够适用的。潜胶质试验，是一种加速氧化法，用于评价燃料贮存稳定性 及抗氧剂的有效性。如果燃料在较温和条件下短期贮存，用5小时的氧化时 期采用ASTM D873方法，胶质不超过6mg/100ml是优选的和可以考虑的。

而在16小时的时期内，得到同样的或更好的结果，对于长期及苛刻条 件诸如热带气候下的贮存提供了稳定性的保障，是理想的。

前述所列抗氧剂类型可以用于本发明实施，以预防贮存期内胶质形成。 用表观的燃料氧化稳定性方法测定的某给定抑制剂的功效并不能完全确定它 在汽油飞机引擎中是适用的。现已发现氧化抑制剂是导致进料系统过量沉积. 物的原因，因此它们能否适用还必须最后通过满度飞机引擎试验加以确定。

无数抑制剂及最大允许用量已在ASTM D910规格中列举出来。

低沸芳烃，是航空汽油通常的组分，在航空汽油中比其它组分对弹性材 料有更大程度的影响。因此同对于其它燃料一样，限制芳烃含量是优选的。 幸运的是，苯由于要求最高冰点-72°F(-58℃)最终已被排除，然而其它 芳烃却又受到最低热值及最高终沸点的限制。因而发热值限制甲苯至约24 ％。二甲苯具有稍高的发热值，因而容许有较高的芳烃浓度；但是它们的沸 点(在280°F或138℃以上)又限制了它们的含量不超过10％的水平。然而， 限制芳烃含量低于25％(体积)的水平仍然是优选的实施，20％或以下是更 为优选的。

实施例148

上述满足ASTM D910规格要求的实施例的航空汽油和一种燃烧改善数 量的碳酸二甲酯及CMT，其浓度约0.001克至约0.125克/加仑。

实施例149

一种组合包括：符合ASTM D910规格的航空汽油及火花点火航空汽油 引擎，所述的组合特征在于：所述燃料含有燃烧改善数量的碳酸二甲酯及至 少一种CMT化合物，其浓度在约0.001克至约1.00克锰/加仑范围，其中所 述燃料的燃烧导致引擎热效率提高2.0％或更多。

燃料油

本发明考虑到了使用宽谱燃料油作为共燃料或作为终燃料，包括燃烧器 燃料、燃料油、炉用燃料油、石油及石油燃料油，以及满足ASTM D396标 准的燃料油，及/或打算用于各类燃料油燃烧设备的燃料，它们在各种气候及 操作条件下使用。无数实施例，包括ASTM品级1至5号油。

预料可采用申请人燃料油的燃烧系统包括直接的及间接的热传递系 统，其中有加热器、过热器、锅炉、蒸发器、重整器、干燥器、烘干炉、焙 烧炉、焚化炉及热传递装置等。

由于在它们生产中所用方法不同，燃料油分为两大类：馏份油及残渣 油。馏份油有塔顶馏出物或蒸馏出来的馏份。残渣油是蒸馏后保留底物或这 些底物与馏分油的调合油。在此说明书中，品级No.1及No.2号属于馏份油， 而品级4号至6号通常属于残渣油，然而有些重质馏份油可以当品级No.4 号油卖。

品级No.1号油属于轻馏份油，用于通过与热表面接触或热辐射使油变 成蒸汽的汽化型燃烧器。高挥发性是必须的，以保证汽化过程进行而残渣最 少。

品级No.2号油属于比品级No1号更重一些的燃料，用于喷雾型燃烧 器，将燃料油喷成雾状悬浮微细滴粒进入燃烧室燃烧。这种品级油用于多数 民用型燃烧器及许多中等规模工商业燃烧器，其操作容易，供应方便，价格 高于残渣燃料。

品级No.4(轻质)属于重质馏份燃料或者馏份油与残渣油的调合燃料，符 合规格粒度范围。它可用于压力雾化工商业用燃烧器(不要求有较高成本的馏 份油)和装备有雾化粘度较高油的燃烧器两种。它的允许粘度范围要能在相当 低的贮存温度下泵送及雾化。

品级No.4号油通常为重质馏份油/残渣燃料的调合油，但也可以是粘度 范围符合规格要求的重质馏份燃料。预期用于装有雾化比民用燃烧器用油粘 度高的燃料的设备的燃烧器。允许粘度范围要能使燃料在相当低的贮存温度 易于泵送及雾化。因而，要求在所有冷天气候，但不是极端冷的天气下勿需 预热即可使用。

品级No.5号(轻质)油属于用于燃烧器的中等粘度燃料油，可以在比品 级No.4号更粘的燃料条件下输送而勿须加热。对有些装置类型在燃烧或冷 气候下使用可能会要求预热。

品级No.5号(重质)油是比No.5(轻质)油更粘的残渣燃料，试图用于同 样场合。对于某些燃烧装置在燃烧或冷天气候使用时可能需要预热。

品级No.6号油，有时指船用燃料油C型，是一种高粘度燃料油，最通 常地用于工商业的加热。它要求在贮缸内预热，以便泵送，在燃烧器处另外 预加热，以利雾化。使用这种燃料要求额外的设备及维护，通常不用于小型 装置。

本发明考虑到了广范围的具有不同硫含量的残渣油。应当考虑到，申请 人的燃料油要符合法定硫最低的规定。任何情况下，低硫燃料都是更优选的， 特别是含硫0.5％(质量)或更低的燃料。ASTM试验方法D1266可以用于品 级No.1号，但仅仅能用于硫含量0.4％(质量)及以下(低至0.01％)的样品。 申请人估计他的优选低硫含量常常是不实际的，但都是优选的。显然较高的 硫浓度是可以接受的，特别是由于硫的腐蚀及其它有害影响，通过申请人发 明的加快燃烧速度及降低燃烧溫度的办法，使之大大减轻。

申请人燃料的粘度也可变化。优选的是，对于品级No.1、No.2、No. 4(轻质)及No.4在40℃测得的最小动力粘度分别为1.3、1.9、1.9及 5.5(mm2/s)以下。它们优选最大粘度分别是2.1、3.4、5.5及24.0。对于品 级No.1及No.2燃料的粘度限制的规定，是要保持燃料在重力流动应用场合 下均匀流动和在它穿过家用燃烧器的细小喷嘴时具有良好雾化性能及恒定的 流速。

同样优选的是，对于品级No.5(轻质)、No.5(重质)及No.6燃料在100 ℃下测定的最低动力粘度分别为5.0、9.0及15.0(mm2/s)。它们优选的最大 动力粘度分别为8.9、14.9及50.0。对于较重品级的工业用及船舶用燃料油， 粘度是相当重要的，以便使之通过适当预热设备，就能够容许泵送它们到燃 烧器及提供良好的雾化结果。但是，同样重要的是，在已有条件的最大粘度 下，也应当能将油满意地从贮缸泵送到预热器。

在申请人发明实施中，他的燃料油应当是均质烃类油，没有无机酸，没 有过量固体或纤维外来物。

上述各种品级的组合燃料油一般应当与表10一致。但是，能改善燃烧 的调整也是要明确地考虑到的。

在申请人发明实施中，优选的是，品级No.1、No.2、No.4(轻质)、 No.4、No.5(轻质)、No.5(重质)及No.6燃料最低闪点分别为38℃、38 ℃、38℃、55℃、55℃、55℃、60℃。但是较低闪点也是要明确考虑的。

申请人对于燃料油倾点的实施是与他的其他较重质燃料相同。优选的 是，对于品级No.1、No.2、No.4(轻质)及No.4燃料倾点温度分别为不高 于-18℃、-6℃、-6℃及-6℃。

申请人的燃料油优选的是，尽可能程度地做到无水、无沉渣，以避免燃 烧器机械故障、流动阻塞及腐蚀。只要需要，申请人燃气涡轮燃料的实施应 考虑到类似燃料油贮存及/或运送等问题。

申请人关于残碳优选的是，采用ASTM D524方法测定残炭，对于NO. 1燃料油不超过0.15％(质量)，或No.2燃料油不超过0.35％(质量)，以避免 引起燃料在蒸发燃烧器诸如缸式(pot)及套筒式(sleere)燃烧器内由于空气不足 气氛下汽化时形成沉积物。

优选的是，按ASTM D482方法测定的灰分，对于品级No.4(轻质)、 No.4、No.5(轻质)及No.5(重质)分别不高于0.05、0.10、0.15％(最大)， 以减轻燃烧器泵、伐门的高磨损及锅炉加热表面的沉积物。申请人发明的较 低燃烧温度有助于在一定程度上减少形成灰分。

燃料油沸点调整是本发明的一种明确的实施方案。明确考虑到的是，T -90点温度应按实际降低，但不低于最小规格要求温度。例如T-90温度 可以低于ASTM规格最高温度20℃。降低50℃也是优选的，只要如No.2 燃料油那样，T-90点温度不要降到282℃以下。对于T-10或T-50 点温度降低一般无限制，包括T-90点温度(除No.2燃料外)也没限制，只 要燃料能够易于汽化及有效操作即可，尤其是对于汽化型燃烧器。

对品级No.2加热油的最低T-90温度的限制目的在于要保持与喷雾型 家用加热燃烧器的使用相匹配。否则，就不必规定对燃料油No.4、  5、  6 的蒸馏限制，和T-90点温度可按实际可能降低，以改善燃烧及/或减少排 放污染物。

实施例150

No.2燃料油，动力粘度不低于1.9，也不高于3.4(mm2/s)(40℃下测定 值)，最低T-90温度282℃，最高T-90温度338℃，最大硫含量0.05 ％(质量)，最大铜条腐蚀评分No.3，及某一燃烧改善数量的ECS化合物。

                                       表10    ASTM D 396

                                         燃料油详细要求A 性质             ASTM试验方法B   No.1、  No.2、    No.4(轻质)、  No.4、  No.5(轻质)、  No.5(重质)、    No.6 闪点℃，最低        D93            38       38       38            55       55             55            60 水份及沉， ％(体积)，最大      D1796         0.05      0.05    (0.50)c      (0.50)c  (1.00)c         (1.00)c     (2.00)c 蒸馏温度℃          D86 10％(体积) 收集的，最大                      215       …              …                       …                  …                       …                       … 90％(体积) 收集的，最小                      …                282      …                       …                  …                       …                       … 最大                              288       338      …                       …                  …                       …                       … 动力粘度， 40℃，mm2/s         D445

最小                          1.3       1.9     1.9           ＞5.5       …                     …                       …

最大                          2.1       3.4     55             24.0D 动力粘度100℃， mm2/s

最小                          …                 …             …                        …               5.0           9.0         15.0

最大                          …                 …             …                        …               8.9D         14.9D      50.0D 10％蒸馏残余物 兰氏残碳％(质量)， 最大                 D524         0.15      0.35     …                       …                   …                        …                     … 灰分，％(质量)最大   D482         …                 …         0.05            0.10      0.15          0.15         … 硫，％(质量)最大E   D129         0.50      0.50    …                        …                  …                         …                    … 铜条腐蚀评分， 在50℃下，3小时，    D130         No.3      No3     …                         …                 …                         …                    … 最大， 密度，15℃下，kg/m3 D1298

   最小                       …                …        ＞876F         …                 …                        …                    … 

   最大                       850       876     …                        …                 …                         …                    … 倾点℃ 最大G        D97          -18       -6     -6             -6        …                         …                     H 注： A.这些分类的目的在于，当某一品级的规格任一要求未达到，不得自动地放到下一品级的燃料中去， 除非符合下一品级燃料油规格的全部要求。但是，在要求满足特殊操作条件时，根据买方、卖方及厂 方之间的意见可以同意调整修改个别限制要求。 B.所指试验方法是经过批准了的仲裁方法。其它可接受方法表示在第2段及5.1中。 C.通过试验方法D95蒸馏确定的水分量加用试验方法D473萃取确定的沉渣量之和不超过表中所列 数值。对No.6号燃料油，萃取沉渣量不超过0.50％(质量)。对水份及沉渣的总推算量超过1.0％(质 量)。 D.在要求低硫燃料油的地方，燃料油粘度范围降至较低品级号，  包括降低到No.4号油的范围时， 要在买方与供方取得一致前提下才能供应。初次船运需要鉴别粘度范围，而要从一粘度变至另一粘度 时要求提前通知。这种通知要提前足够的时间，以便让用户做出必要的调整。 E.其它硫限制可应用于美国或其它国家经过选择的地区。 F.此限制确保了最低发热值，并防止了错误表示或误用这种产品为品级No.2号油。 G.只要贮存或使用条件需要，可以规定较高或较低的倾点。在规定了倾点低于-18℃时，品级No. 2号油40℃下的最低粘度为1.7mm2/s而90％最低收集温度要放弃。 H.在要求使用低硫燃料油的地方，品级No.6号油分为低倾点(+15℃最大)或高倾点(无最大)。低 倾点燃料油应当用于无贮缸加热及无管线加热的场合。

实施例151

No.6号燃料油，动力粘度不低于15.0，不高于50.0(mm2/s)(100℃下 ASTM D445法测定值)和燃烧改善数量的ECS化合物。

实施例152

按照实施例150-151，采用沸点调节，其中终沸点及/或T-90馏份 温度至少降低30℃。

实施例153

按照实施例150-152，其中ECS化合物，碳酸二甲酯优选，添加浓度 为氧在燃料的重量百分数在0.01至30％O2范围内。

实施例154

按照实施例150-151，其中的燃料含一种燃烧改善数量的CMT。

实施例155

按照实施例151-153，其中的燃料平均汽化潜热比沸点调整前及/ECS 化合物加入前至少要高0.5％至1.5％。

申请人注意到，对某些燃烧设备已经实施一氧化氮排放限制规定，一氧 化氮排放随燃料中氮含量而变化。为此规定，馏分燃料、低氮残渣燃料及高 氮残渣燃料都受到它们氮含量的限制。装置要求符合按照所用燃料分类的不 同排放标准。在规则要求做出区别时，燃料氮含量的规格需要通过买方与供 方间的一致协议。

在申请人发明实施中，如前所述理由，NOx排放能被大大降低1.0％、 2.0％、5.0％、8.0％10.0％(通常甚至更高)，而勿须对燃料进行明显的调 整。在燃料油的实施中，这是一种重大成就。

在申请人燃料油的实施中，燃烧效率，按燃料燃烧碳为二氧化碳的百分 数计，明显高于未调整的燃料油。例如预计的燃烧效率增加将会在1.0％至 15％范围，通常是2.0％至10％的范围。

由于申请人燃料油化学性质，优选的是，所用燃烧炉，例如，应具有适 宜的停留时间或热释放速率。优选的燃烧器包括具有完整火焰外缘的高性能 燃烧器，其释热速率10,000,000英热单位/立方英尺·小时。

应当考虑，燃烧器将会有可接受的漩涡数，它是紊流的定量表示。另外， 空气通过风箱至燃烧炉，进入燃烧器的适当压力降是量度紊流性等的一种可 接受方法。

因此，在本发明实施中，优选的是，燃烧器具有的压力降在10至30英 寸水柱范围内。较高的压力降也是可以接受的。

如前所述，雾化是本发明的一种优选实施。

实施例156

一种高性能燃烧器，负荷比为3∶1或更高；一种燃料雾化方法，可以为 机械、蒸汽或压缩空气法，其中所说的雾化发生在压力900psi下，(更低一 些的压力也可考虑)

实施例157

按照实施例156的较高性能燃烧器，具有完整火焰外缘、释放热速率达 10,000,000英热单位/立方英尺·小时。

实施例158

按照实施例156-157，其中的燃烧器为高漩涡燃烧器，设计过剩空气 不超过50％。

实施例159

按照实施例156-157，其中燃烧器为低漩涡高过剩空气燃烧器。

实施例160

按照实施例156-159，其中所述燃烧器压力降在10至30英寸水柱或 更高。

实施例161

按照实施例156-159，其中的燃烧是在二次空气与燃烧完全后的燃烧 产物混合的气氛中发生的。

实施例162

含有ECS基础No.6燃料的燃烧炉的操作，包括上述156-159实施例， 其中产生的未燃碳的燃烧颗粒为0.1磅/106英热单位，或更低。

实施例163

按实施例159-162燃烧炉中的燃烧器操作，采用一种ASTM品级燃料 油，含有燃烧改善数量的碳酸二甲酯及一种燃烧改进金属，其预计燃烧炉燃 烧效率增加范围至少1.0％至20％。

申请人注意到他的发明也考虑到了煤的流化燃烧。例如，采用一种小于 10目的煤粉燃烧器会出现同样的污染减小及燃烧效率提高的效果。

同样，在重质柴油，机车及船舶应用场合下，本发明特别有意义。例如， 应当考虑到，机车及船舶用燃料要满足相应的ISO DIS8217及BS MA100 标准。而且，由于机车及船舶燃料的硫含量通常都高于大多数燃料。申请人 的发明，由于它燃烧温度的目标，有助于缓解硫腐蚀及其它污染物，是特别 引人注意的。

实施例164

一种操作重质柴油、机车或船舶用燃料组合物的方法，其方法包括混合 一种符合ISO DIS 8217及BS MA100标准的燃料和其中所述燃料含硫浓度 0.01至3.0％(质量)(低于0.05％是可以接受的)，50℃下应用粘度为10至500 厘沲；另外还含有一种ECS燃料，从而所得燃料在所述重柴油机、机车或船 舶引擎中燃烧，结果降低了腐蚀，改善了燃料消耗至少1.0％以上。

实施例164a

按照实施例164方法，其中所述重柴油机、机车或船舶引擎在中等至高 负载条件下操作，从而燃料消耗改善至少0.5％至5.0％或更高，超过了没有 ECS燃料的燃料油。

实施例165

按照实施例164的燃料组合物，另外含有一种无灰分散剂，它可以从烯 基丁二酸酯、胺的烯基丁二酰亚胺、甲胺、2-乙基己胺、正十二胺等等中 挑选。(见USP 3,172,892；3,202,678；3,219,666；4,234,435。)

实施例166

上述燃料组合物，其中燃料含有抗氧剂。

实施例167

按照实施例164-165的燃料组合物，其中ECS燃料含碳酸二甲酯从 0.01至约30.0％(体积)及一种燃烧改善数量的CMT。

实施例168

一种在操作机车或船舶引擎运行中改善热效率的方法，其中所述方法包 括：把以ECS为基础的重燃料组合物注入燃烧室，其中燃烧在加速和更有效 的速率下进行，而且燃烧温度降低；从而热效率提高至少5％。

火箭燃料应用

火箭引擎推进是本发明特别理想的目标。

申请人的火箭引擎应用，把燃料能量转化适用的形式，喷射贮存的物 质，经过引擎产生动量，使申请人的发明特别理想，特别是由于它降低了燃 烧温度及超音速膨胀的能力。

申请人的火箭燃料应用的一个目标是在降低了的燃烧温度下产出高脉 冲、高推力/功率，这是重要的及十分明显不同于以往技术之处。这种目标又 进一步导致引擎寿命延长，燃烧室尺寸较小，结构重量较轻(避免了某些冷却 零件)等等。

因此，申请人的液体火箭能够保持同样的主要脉冲及推力特性，且又使 重量减至最轻而不使可靠性受损害。是本发明的一个特殊的实施方案。

本发明的一个特别理想的目标是，有能力达到接近以前只有用压缩液体 即氢及氧达到的推力/功率性能。申请人的发明是能够达到应用液体燃料或混 杂燃料同样结果，而无需特殊贮存、深度冷冻、液化及运输等等。

要考虑到宽范围火箭系统。气态、液体及固体推进剂系统及混合物、双 组分及非双组分都是要考虑的。

无数固体火箭推进剂包括双基的或胶态的，柯达炸药或挤条双基的，复 合的，模压的、塑性的，具有聚合粘结剂的推进剂，复合改进式双基的，分 子的等等推进剂。

申请人发明考虑到了一种聚合粘结剂系统，把推进剂都固定一起，大部 分是晶体氧化剂及有选择的一种金属燃料添加物，以增加比推力及密度。  申 请人的双基复合组合物，其中用硝基甘油-硝化纤维作为与无机粘结剂及金 属添加剂的粘结剂。普通聚合物型，非金属固体推进剂及金属固体推进剂是 众所周知的。

在固体燃料实施中，申请人的固体ECS化合物要被采用，及/或可以使 用混杂液/固系统。

申请人发明的火箭引擎推进系统包括火箭及冲压式火箭推进发动机。冲 压喷气及空气加力式火箭也是要考虑的。

考虑到的液体推进剂包括有双组分推进剂(燃料及氧化剂)、单推进剂、 气体推进剂及混杂推进剂。申请人发明的液体火箭推进剂引擎实施例出现于 NASA的有人操纵及无人操纵土星、阿特拉斯及大力神计划。本发明考虑的 火箭包括那些为空间飞船推进，助推器推进，空中发射导弹、弹道导弹、防 空导弹、喷气助推起飞、弹射加速、飞机动力装置、高空控制、星际运载推 进，潜艇发射导弹及反弹道装置等。

申请人发明的火箭引擎推进系统，包括火箭和冲压式火箭推进。冲压喷 气机、超音速冲压喷气机及空气加力火箭发动机都也是可考虑的。

实施例169

一种液体双推进剂及单推进剂火箭引擎，具有压力进料系统，用于低推 力或高推力飞行器高空控制及/或演习场合，采用有效脉冲运行引擎及火箭燃 料。

实施例170

按照实施例169，其中所述脉冲性能是在非常短的时间0.020秒或以下 极为有效。

实施例171

按照实施例169-170，其中所述脉冲运行系统必须至少在每次飞行中 再起动1,000次以上。

实施例172

按照实施例169，其脉冲控制引擎推力为20.0磅，采用一种烧蚀推进燃 烧室，其中系统经历至少2,000次再启动，总累计持续时间至少600秒脉冲 运行，和最小一周飞行时期。

实施例173

按照实施例169，其中引擎属于空气脉冲(aerospike)引擎。

申请人发明的吸引人的目标之一，就是降低燃烧温度，在液体推进剂引 擎中正常应用时能达到4000°F至7000°F范围。

适当降低燃烧温度，有利于改善设计及增加推力，和采用能使推力改善 的金属，如硼、锂、锰、铝、铍、三甲基铝、二甲基铍等等。

本发明实施中可接受的氧化剂有：液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、氟、三 氟化氯、全氯氟化物、亚硝基氟化物、硝基氟化物、三氟化氮、一氧化二氟、 氟酸盐、氧化氯、四氧化氮、过氧化氢、过氯酸钾、全氯氟化物、五氟化溴、 三氟化氯，ON7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不同浓度)、WFNA，四硝 基甲烷等。

在本发明实施中，ECS化合物它们自身可组合为混合物及/或与推进剂 燃料组合。无数考虑的推进剂或共推进剂燃料实施例包括有乙炔、氢硼化铝、 氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二甲胺、二乙烯三胺、氰、乙烷、乙醇、 乙胺、乙二胺、环氧乙烷、亚乙二胺、硝酸乙酯、硫化二甲酯、糠醇、汽油、 庚烯、肼(包括取代基肼类)、氢、硝酸乙酯、异丙醇、JP-3、JP-4、煤 油、锂、氢化锂、甲烷、甲缩醛、甲醇、硝酸甲酯、甲胺、甲基乙炔、甲基 乙烯基乙炔、单乙基苯胺、硝基甲烷、硝基丙烷、硝化甘油、正辛烷、丙烷、 环氧丙烯、硝酸正丙酯、邻甲苯胺、三乙胺、三甲胺、三甲基三硫代亚磷酸 盐、松节油、偏二甲肼、二甲代苯胺、2，3-二甲代苯胺、氢硼化锂、单 甲基肼、戊硼烷及其它等。也考虑到的金属推进剂包括三甲基铝及二甲基铍。

实施例173a

一种操作火箭的方法，其中采用一种ECS燃料(如ECS化合物及金属 物)，和任选至少一种氧化剂及/或火箭共燃料；在所述引擎中燃烧所述燃料， 从而引擎温度降低100°F至1000°F，于是推力增加及/或引擎重量可以 减轻。

实施例173b

按照实施例173a方法，其中燃烧壁温度得以控制并不超过1300°F至 2000°F。

实施例174

一种火箭推进剂，包含有DMC及任选的一种氧化剂(包括前述那些，理 想的是硝酸(HNO3)及/或过氧化氢)和一种金属。

实施例175

按照实施例174，其中推进剂含有从前述许多组合成分中挑出来的一种 共燃料。

实施例176

按照实施例174，其中氧化剂为N2O4。

实施例177

一种应用按照实施例169-172中的火箭燃料的方法，其中比推力加 大，而没有使燃烧温度上升。

因此使用申请人的单推进剂燃料的一个实施方案在于，特别是基于过氧 化氢或肼，与前述金属一起，构成的燃烧壁温分别不超过1300°F及2000 °F。单推进剂采用碳酸二甲酯及/或另外的多燃料推进剂(其中之一为 DMC)，及/或一氧化剂及/或多氧化剂，预计也可得到相同的壁温。

因此，也是本发明的进一步实施方案，在于作为申请人的方法，控制燃 烧温度的效果，改善了火箭发动机设计，减轻其总重量，因此可以采用增大 了的高热释放的金属数量及/或其它的推进剂。未曾预料到地可以增加比推力 而不另外加大重量成本的方法。

实施例178    

一种增加火箭引擎的比脉冲功率而不伴随增加燃烧温度的方法，所述方 法包括：提供一种具有实施例173a-177性质的燃料组合物，进入火箭燃烧 室系统，其中发生爆燃，这样通过维持燃烧室压力500PSi，所述燃烧的比 脉冲超过200Isp Sec(大于250Isp Sec更优选)。

实施例179

按照实施例178方法，其中采用一种注射器将燃料注入火箭燃烧室，注 射器选自撞击式燃料-氧化剂注射器，预混注射器，“嵌入”可变伐注射器， 其中的注射器孔是圆周注入短管、锥形注入短管、锐边缘锥及锐边缘孔等的 一种。

推力或比脉冲的改善明显表现比现有系统增加3.0％至15％。最小改善 也比现有系统及同样燃料高1.0％至3.0％。大部分改善为10％至50％的数 量级。

降低燃烧温度可以改善再生冷却推力室，它利用液体推进剂的一种循环 通过冷却夹套，吸收燃烧壁的热量。

其它冷却燃烧室壁系统，由于重量附带减轻而有所改善，包括有辐射冷 却室，其中推力室是由耐热材料构成，烧蚀推力室，其室壁是由专门的复合 材料制作，它可以较慢速率消耗而基本上构成了防护边界层。还有其它一些， 包括涡轮排气冷却、散热片冷却、绝缘冷却、堆卸冷却、烧蚀冷却、再生冷 却、薄膜冷却、穿透冷却及组合方法等。

申请人发明的另外好处是能改善推进剂的可贮存性。因而应当考虑到可 靠而成本低的液体可贮推进剂的预包装应用。

另一个重要优点是，生产申请人的火箭燃料成本比现有燃料低。申请人 预计能够使火箭燃料成本比现有火箭燃料低50％之多。

申请人注意到，采用碳酸二甲酯的优选ECS实施方案表明DMC的贮氧 能力，表现为一种优良的氧化剂及燃料。

如果采用锰，锰浓度是重要的，其范围从0.5克至1000克/加仑，或更 高，视环境情况需要而定。双组分火箭燃料中的浓度通常在燃料重量6％以 上。最大浓度是由可接受的燃烧极限决定。CMT在与过氧化氢结合使用时， 看来也具有令人注意的点火催化剂特性，尤其在双组分火箭燃料中。

在申请人的火箭应用中，当采用外源点火的氧化剂系统时，点水平稳 且延迟时间缩短。

在本发明的实施中，伯芳胺，如苯胺，二甲代苯胺及混合物，都可考虑 用于缩短点火延迟，特别是在使用硝酸的时候。

申请人发明的一种理想实施在于，应用一种ECS化合物(优选的是碳酸 二甲酯)作为推进剂与一种氧化剂及/或一种金属组合一起。另外的共燃料也 是要考虑的。

申请人知道，DMC具有单组分推进剂性质，特别是结合空气喷气增压 的场合。应当想到，DMC可以采用做为唯一要求添加氧化剂的燃料，或者 另外作为氧化剂与一种燃料一起使用。对于后一种情况，可能需要另外的氧 化剂或空气喷气增压。

DMC与某一金属一起用作火箭推进过程的主要组分，仍然是本发明的 一个实施方案。

实施例180

一种火箭燃料推进剂，含有ECS化合物，其选自下述化合物：碳酸二甲 酯、乙炔、氢硼化铝、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼烷、二乙烯三胺、乙 烷、乙醇、乙胺、乙烯、乙二胺、环氧乙烷、硝酸乙酯、糠醇、汽油、庚烷、 肼(包括取代基肼类)、氢、异丙醇、锂、氢化锂、甲烷、甲缩醛、甲醇、甲 胺、硝基甲烷、硝基丙烷、正辛烷、丙烷、硝酸正丙酯、邻甲苯胺、三乙胺、 三甲基三硫代亚磷酸盐、松节油、偏二甲肼、2，3-二甲苯胺、氢硼化锂、 单甲基肼、戊硼烷及混合物，和一种推进改善数量的金属。

实施例181

按照实施例180，其中的组合物另外含有一种已知氧化剂，选自以下组 合物系列：液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、氟、四氧化氮、过氧化氢、高氯酸 钾、氟化全氯、五氟化溴、三氟化氯、ON7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不 同强度)WFNA、四硝基甲烷、氟、三氟化氯、氟化全氯、亚硝酰基氟化物、 硝基氟化物、三氟化氮、一氧化二氟、氟酸盐、氧化氯等等。

实施例182

一种火箭燃料组合物，包含有过氧化氢及一种金属，如环戊二烯三羰基 锰化合物，或任选的DMC。

实施例183

一种火箭燃料组合物，含有过氧化氢，一种氧化剂及一种金属，和任选 的DMC。

实施例184

按照实施例183组合物的火箭燃料，其中的金属选自由下列组合物的系 列：环戊二烯三羰基锰、锝、铼、铝、铍或硼化合物，包括戊硼烷、癸硼烷、 barazole、氢硼化铝、三甲基铝、氢硼化铍、二甲基铍、氢硼化锂和它们的 同系物及混合物。

实施例185

按照实施例183，其中的氧化剂选自以下：液氧、硝酸、混合硝酸硫酸、 氟、四氧化氮、过氧化氢、高氯酸钾、全氯化氟、五氟化溴、三氟化氯、NO 7030、臭氧、二氟化氧、RFNA(不同强度)、WFNA、四硝基甲烷及混合物 等。

实施例186

一种火箭燃料组合物，含有碳酸二甲酯、肼及环戊二烯三羰基锰化合 物。

实施例187

一种火箭燃料组合物，含有碳酸二甲酯及一种氧化剂，选自硝酸或硫 酸，加有或没加有金属。

实施例188

一种火箭燃料组合物，含有碳酸二甲酯、肼或取代基肼，及/或过氧化氢 和/或一种金属。

实施例189

一种火箭燃料，含有碳酸二甲酯、肼及煤油，和任选一种金属。

实施例190

一种火箭燃料，含有碳酸二甲酯、氢、一种金属及任选的一种氧化剂。

实施例191

一种火箭燃料，含有碳酸二甲酯、水杨醛及一种金属。

实施例192

一种火箭燃料，适用于空气喷气系统，含有碳酸二甲酯、金属及任选的 火箭共燃料，及任选的氧化剂。

实施例193

按照实施例5，其中无数火箭共燃料的实施例包括氢、肼及煤油。

实施例194

一种火箭燃料组合物，含有过氧化氢、CMT及一种共推进剂，选自以 下系列物：碳酸二甲酯、  乙炔、氢硼化铝、氨、苯胺、苯、丁基硫醇、乙硼 烷、二乙烯三胺、乙烷、乙醇、乙胺、乙烯、乙二胺、环氧乙烷、硝酸乙酯、 糠醇、汽油、庚烷、肼(包括取代肼类)、氢、异丙醇、锂、氢化锂、甲烷、 甲缩醛、甲醇、  甲胺、硝基甲烷、硝基丙烷、正辛烷、丙烷、硝酸正丙酯、 邻甲苯胺、三乙胺、三甲基三硫代亚磷酸盐、松节油、偏二甲肼、  2，3-二 甲苯胺、氢硼化锂、单甲肼、戊硼烷及混合物；及一种推进改善数量的环结 构三羰基锰化合物。

熟悉此领域的人们都会明白，对这里披露的发明，可以做出许多变化及 修改，而会由此偏离本发明的精髓及范围。