Ⅰ．本发明领域

本发明一般涉及二甲醚和低分子量烷烃和烯烃的混合物作为火花 点火内燃机的改进燃料的应用。更具体地说，本发明涉及一种方法和改 进的燃料，该方法和改进的燃料产生的某些大气污染物比由例如丙烷燃 料产生的某些大气污染物要少。

Ⅱ．现有技术介绍

二甲醚也叫甲氧基甲烷或者甲醚，其化学式为CH3-O-CH3。与压 缩的天然气比较，其具有比较低的蒸汽压，二甲醚是很容易运输的。另 外，与例如液化天然气这样的物质比较，二甲醚可以以比较少的量很经 济的进行生产，而液化天然气需要有与大的深冷工厂有关的经济规模， 以产生竟争力。然而，纯的二甲醚用于现代的火花点火内燃机时所显示 的辛烷值太低。

已经发现二甲醚可以用作燃用汽油的发动机的起动流体。授予 Kaister的U.S.P.4,177,040报导了一种含有烷基醚、喷气燃料和 石油馏分油的气溶胶喷雾形式的起动流体。在特定的发动机中使用这样 的起动流体，通常当发动机冷的时候开始使用，发动机一旦安全操作就 停止使用。

已经提出二甲醚和醇的各种掺混物用作火花点火发动机燃料。例 如，授予Weinberger的U.S.P.4,743,272公开了一种汽油燃料的 代用品，其包括主要量的特定的含有甲醇或者乙醇的无水醇混合物和少 量的特定的酮或者醚混合物。虽然二甲醚-醇燃料在某些方面是满意 的，但是，一般来说，醇组分对人体是有毒的。

把气态燃料例如乙烷、丙烷、丁烷和其混合物不时的压缩到辅助设 备，特别是在临时性的矿物燃料不足的时候，作为火花点火发动机燃 料。目前，当排气污染物必须减少到最少时，气态燃料是选作火花点火 发动机的燃料。例如在排放的废气往往积聚的仓库中操作燃用丙烷的铲 车。但是，到目前，公众还没有始终如一的采用气态燃料例如丙烷作为 常规操作的主要的汽车燃料。

气态燃料常常用作加热燃料。转让给Idemitsu Petrochemical的日 本专利JP6086195公开了含有5-30％(重)的二甲醚和含量为选自丙烷、 丙烯、丁烷和丁烯的两种或者多种烃的燃料气组合物。该日本专利指 出，该燃料气组合物适用于工业装置和大型厨房。

授予Levine的U.S.P.4,892,561公开了含有至少50％(重)的二甲醚 的用于内燃机的燃料。例如，Levine的专利指出，大约等重量的丙烷 和甲醚的混合物适用于作为火花点火发动机的燃料。如下面要进行的更 详细的解释，Levine的专利担保的等重混合物的研究法辛烷值约为 73，马达法辛烷值约为55，因此不能用作现代火花点火发动机的燃料。

仍然存在的一种要求是，火花点火内燃机的改进的燃料具有的辛烷 值要适用于普通的汽车。合乎要求的是，该改进的燃料可以在现有的汽 车发动机中操作而不用对主要的发动机进行改造。更合乎要求的是，该 改进的燃料与丙烷和常规的矿物燃料比较，可以从广泛的可以得到的原 料制造，并且产生比较少量的大气污染物。

                        本发明概述

本发明是一种操作使用含有二甲醚(化学式为CH3-O-CH3)和丙烷 的改进燃料作为燃料的火花点火内燃机的方法。与在相同的条件下，与 用丙烷作燃料操作的发动机产生的污染物的量比较，结合本发明的发动 机产生较少量的某些大气污染物，例如一氧化碳和未燃烧的烃类。该改 进的组合物具有适用于现有的汽车发动机的辛烷值。另外，该改进的组 合物与例如丙烷比较，通常有较低的蒸汽压，因此，比较容易液化和运 输。

一方面，本发明是一种操作火花点火内燃机的方法。该方法包括汽 化由约10-30％(重)二甲醚和约90-70％(重)丙烷组成的液相混合物产生 气态燃料。把空气和该气态燃料通到发动机的汽缸中并火花点火。

另一方面，本发明是一种适用于火花点火内燃机的燃料组合物， 其包括约10-30％(重)二甲醚和约90-70％(重)丙烷。

                   附图的简单说明

图1是代表实验室测定的二甲醚(DME)和异辛烷(2,2,4-三甲基戊 烷)的各种掺混物的研究法辛烷值和马达法辛烷值的示图。图1的数据 表明，二甲醚的掺混辛烷值是：研究法辛烷值35.5和马达法辛烷值 12.8。

               本发明的优选方面的详细描述

在一个优选方面中，本发明是一种向火花点火内燃机注燃料的方 法，其包括汽化含有丙烷和二甲醚的液相混合物产生气态燃料。优选的 是，该混合物开始是液相，以便与一般的气相储存体系比较，有关的液 相储存体系可以是较紧凑和可移动的。另外，为了使液相储存体系的重 量和成本减少到最少，该混合物的蒸汽压应该在不牺牲安全的冷起动和 较冷的气侯条件发动机运行的情况下尽可能的低。纯的戊烷对于火花点 火发动机超过蒸汽压的需要，在实际的运行条件下，火花点火发动机需 要大约2个绝对压力的蒸汽压。优选的是，该混合物含有大量的二甲醚， 更优选的是至少约10％(重)，最优选至少约15％(重)的二甲醚，该混合 物的余量物质主要由丙烷组成。

另一方面，太高比例的二甲醚使得该混合物不适合火花点火发动机 的运行。普通汽油一般的研究法辛烷值约为92-95，马达法辛烷值约为 83-86。按照规定，普通汽油目前必须提供研究法辛烷值加马达法辛烷 值被2除(R+M/2)最小为87。因此，优选的是，该混合物含有不超过约 30％(重)，更优选不超过约25％(重)，最优选不超过约20％(重)的二甲醚 和主要由丙烷组成的该混合物的平衡物。

另外，该混合物可以含有少量的例如乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁 烷、丁烯、戊烷和戊烯。该混合物也可以含有微量的醇、酮、芳烃、水 和二甲醚以外的醚。

优选的是，以液相从燃料罐排出含有丙烷和二甲醚的混合物，并且 在燃料罐的下游混合物的流动方向汽化该混合物，以产生气体燃料。把 空气和该气体燃料通到火花点火内燃机的汽缸，空气和该气体燃料混 合，产生可燃的混合物。优选的是在进入汽缸之前空气和该气体燃料在 汽化器中混合。这样的汽化器现在用于丙烷作动力的车辆。气体燃料注 射系统可以用作汽化器的替换物。在汽缸中引入火花点燃该掺混燃料， 引起燃烧反应，燃烧反应释放能量驱动发动机。

燃烧产生一种含有氮气、二氧化碳和水以及少量不合乎要求的物质 包括例如一氧化氮、一氧化碳和未燃烧的燃料的排气物流。优选的是， 与在同样的条件下由等同的发动机产生的排气物流比较，该排气物流 包括少量的烃，该烃是未燃烧的燃料的表示，和少量的一氧化碳和更多 的二氧化碳。该排气物流从汽缸排放到大气中。    

特别优选的是，本发明是在设计用汽油作燃料运行而转换为用二甲 醚-丙烷混合物作燃料运行的汽车或卡车或公共汽车发动机中实施。向 二甲醚-丙烷燃料的转换一般的是直接的转换，通常不需要改变任何内 燃机部件。一般地该转换仅包括在部件上的内部螺钉，并且通过安装一 个能够耐二甲醚-丙烷混合物的蒸汽压的储存容器、一个降低该混合物 的压力和汽化该混合物的调节器和一个可以用来调节空气和该混合物 的汽化器来完成。如果橡胶或者塑料配件是在接触二甲醚-丙烷混合物 的位置，它们应该用可以更好的耐二甲醚使用的配件代替。

在另一个优选的方面中，本发明是适用于火花点火内燃机的燃料组 合物，该组合物优选含有约10-30％(重)，更优选15-约25％(重)，最优 选约20％(重)的二甲醚(按总重量计)。丙烷主要构成了该混合物的平衡 物。该混合物另外可以含有少量的组分例如乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、 丁烷、丁烯、戊烷和戊烯。该混合物也可以含有微量的分子量大于二甲 醚的醚、醇、酮、芳烃、和水。

为了更好的说明本发明，下面给出了实施例，但是这些实施例不以 任何方式限制本发明的范围。

实施例1．二甲醚-异辛烷掺混物的辛烷值

制备含有二甲醚和异辛烷的2种掺混物，使用一般的可接受的评定 方法测定每种掺混物的研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)。这 2种掺混物分别含有5.53％(重)和10.46％(重)的二甲醚和该掺混物的平 衡量的异辛烷。辛烷值测定的结果示于图1。

通过定义，异辛烷的研究法辛烷值和马达法辛烷值是100。假定掺 混的辛烷值关系适当的用线性混合的方程式描述并且使用图1的数据， 可以计算二甲醚的掺混辛烷值为研究法辛烷值35.5和马达法辛烷值 12.8。

实施例2．等量的二甲醚-丙烷掺混物的辛烷值

制备含有等量的二甲醚和丙烷的掺混物，使用一般的可接受的评 定方法测定该掺混物的研究法辛烷值(RON)和马达法辛烷值(MON)。该 掺混物的研究法辛烷值为73和马达法辛烷值为55。研究法辛烷值加马 达法辛烷值除以2的值(R+M/2)是64。由所报导的辛烷值可明显地看出 等量的掺混物不能生成火花点火发动机可接受的燃料。

实施例3．几种二甲醚-丙烷掺混物的辛烷值

制备几种二甲醚和丙烷的掺混物。通过分析测定每种掺混物的研究 法辛烷值和马达法辛烷值。也测定每种掺混物的蒸汽压。结果列于下面 的表B，这些值包括纯丙烷的值作为参考。

                              表A．几种掺混物的辛烷值 二甲醚(重量％)     10     15     20     25     30 丙烷(重量％)     100     90     85     80     75     70 RON     111.5   103.9    100.1    96.3    92.5     88.7 MON     100     91.3     86.9    82.6    78.2     73.8 R+M/2     106     97.6     93.5    89.5    85.4     81.25 蒸汽压30°F     (psig)     262     253     248    244    239     234

实施例4．3.8升发动机用丙烷作为燃料的运行

有3.8升发动机的1988Buick Century汽车初始制造是用汽油作燃 料，将其安装一个加压的燃料罐，一个减压和汽化阀和一个适用于用丙 烷作燃料的汽化系统。以液相把丙烷保存在燃料罐中直到需要，然后汽 化产生气体丙烷。作为对照试验，在按照美国环保局试验方法EPA78 的条件下驱动该汽车大约10英里的距离，在用丙烷作燃料的试验过程 中观察到的排出物的类型和量及燃料的经济性能列于下面的表B。

在表B中的数据表明，像所预期的那样，与众所周知的常规汽车 燃料例如汽油比较，丙烷是一种合乎需要的有效的并且比较清净燃烧的 汽车燃料。

实施例5．3.8升发动机用19％(重)二甲醚-丙烷混合物作为燃料的操 作

把上面的实施例4所述的汽车进行EPA78试验，驱动大约10英里 的距离，只是在该例子中该汽车用含有18.7％(重)的二甲醚和81.3％(重) 的丙烷的气体混合物作燃料。把19％(重)的混合物以液相保存在加压的 燃料罐中，并且作为液体加到燃料体系中。该燃料在进入汽化器之前在 发动机中汽化，产生气体混合物。用19％(重)的二甲醚-丙烷混合物的该 试验的结果列于下面的表B。

                     表B．排放物试验结果      排放物的量(超出时间加权的克/英里) 排放物的类型 用丙烷作燃料  用19％二甲醚-丙烷混合物作燃料 总的烃     0.532      0.461 一氧化碳     5.664      3.406 二氧化碳     354.628      367.582 氧化氮     0.783      0.886 燃料的经济性能 (英里/加仑)     15.74      14.92

由表B的数据可以看出，二甲醚-丙烷燃料混合物在超过试验方法 的周期时间产生比较少量的加权的总烃/英里。在汽车排放的物流中存在 的烃类，就像它们本身一样，一般被看作不好的大气污染物。另外，二 甲醚-丙烷燃料混合物产生较少量的毒性一氧化碳。由二甲醚-丙烷燃料 混合物产生较大量的二氧化碳是与更完全燃烧一致的。

另一方面，与丙烷燃料比较，二甲醚-丙烷燃料混合物产生稍大量 的氮化物，并且在一定程度上显示较低的燃料经济性能。在氮化物排放 物和燃料经济性能方面的该微小的变化类似于在汽油中加入含氧化合 物例如醇或醚的结果。总之，在表A中的数据表明二甲醚-丙烷燃料混 合物是一种可行的替代燃料组合物，其可以提供合乎需要的汽车动力， 同时产生比较少的大气污染物。

为了更好的说明本发明的某些侧面，本文前面给出了实施例和构 想。本发明的范围仅由所附的权利要求的范围确定。

                   本发明背景