高功率且经济友好的燃料组合物

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查; 撤回;
专利有效性 无效专利 当前状态 撤回
申请号 CN201980025836.8 申请日 2019-04-19
公开(公告)号 CN112004917A 公开(公告)日 2020-11-27
申请人 道达尔销售服务公司; 申请人类型 企业
发明人 R.多芬; J.欧比奥斯; T.杜波伊斯; 第一发明人 R.多芬
权利人 道达尔销售服务公司 权利人类型 企业
当前权利人 道达尔销售服务公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份: 城市 当前专利权人所在城市:
具体地址 当前专利权人所在详细地址:法国皮托 邮编 当前专利权人邮编:
主IPC国际分类 C10L10/10 所有IPC国际分类 C10L10/10C10L1/06
专利引用数量 4 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 15 专利文献类型 A
专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 专利代理人 凌志军; 宋莉;
摘要 本 发明 涉及 燃料 组合物,其包括:‑35%‑75%重量的环戊烷,‑10%‑25%重量的一种或多种芳族 烃 ,和‑最高达55%重量的选自2‑甲基 丁烷 和三甲基戊烷的一种或多种支链烷烃,其中环戊烷含量对芳族烃含量的重量比大于或等于2。本发明还涉及这样的组合物用于供应火花点燃式 发动机 ,特别是用于提高发动机功率和/或用于降低所述发动机的比燃料消耗和/或用于提高 辛烷值 (RON)的用途。
权利要求

1.燃料组合物,其包括
-35%-75%重量的环戊烷,
-10%-25%重量的一种或多种芳族,和
-最高达55%重量的选自2-甲基丁烷和三甲基戊烷的一种或多种支链烷烃,其中环戊烷量对芳族烃量的重量比大于或等于2。
2.根据权利要求1的组合物,特征在于相对于所述组合物的总重量,环戊烷量范围从36至62%重量。
3.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于所述一种或多种芳族烃选自含有苯环的C7-C10烃。
4.根据前一权利要求的组合物,特征在于所述一种或多种芳族烃选自在苯环上包括如下的那些:单个取代基;或者处于间位或对位的两个取代基;或者处于间位的三个取代基。
5.根据前一权利要求的组合物,特征在于所述一种或多种芳族烃选自甲苯、乙苯、二甲苯(和特别是1,3-二甲基苯或间-二甲苯和1,4-二甲基苯或对-二甲苯)、1-乙基-3-甲基苯、荚(1,3,5-三甲基苯)、1-乙基-3,5-二甲基苯、和这些化合物的混合物;并且更优选地选自甲苯、二甲苯和这些化合物的混合物。
6.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于相对于所述组合物的总重量,芳族烃量范围从13至24%重量。
7.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于其具有位于2至7的范围内、优选地2至
6.5的范围内、更优选地2.5至4的范围内、甚至更优选地2.8至3.2的范围内和甚至更优选地
3至3.2的范围内的其环戊烷量对其芳族烃量的重量比。
8.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于所述一种或多种支链烷烃选自三甲基戊烷,优选地选自2,2,4-三甲基戊烷(或异辛烷)、2,3,3-三甲基戊烷、2,3,4-三甲基戊烷及其混合物。
9.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于其中含有的支链烷烃为2,2,4-三甲基戊烷(异辛烷)。
10.根据前述权利要求任一项的组合物,特征在于其以相对于所述组合物的总重量的最高达50%重量、和优选地在范围15至50%重量内的量含有所述一种或多种支链烷烃。
11.如前述权利要求任一项中定义的组合物用于提高汽油燃料组合物的RON的用途。
12.如权利要求1-10任一项中定义的燃料组合物用于供应火花点燃式发动机、和优选地直接喷射发动机或间接喷射发动机的用途。
13.根据权利要求12的用途,其用于提高所述发动机的功率。
14.根据权利要求12和13任一项的用途,其用于降低所述发动机的比燃料消耗。
15.根据权利要求12-14任一项的用途,其中所述发动机为高效率和高功率火花点燃式发动机、优选地赛车车辆的发动机。

说明书全文

高功率且经济友好的燃料组合物

技术领域

[0001] 本发明涉及旨在用于包括火花点燃式发动机(也称作汽油发动机)的车辆的燃料组合物,其在发动机功率和节能方面均具有提升的性能平。
[0002] 本发明进一步涉及这样的组合物在火花点燃式发动机中用于提高功率和/或降低比燃料消耗的用途。

背景技术

[0003] 能够用于火花点燃式发动机中、特别是机动车辆的那些中的汽油型燃料必须具有足够高的辛烷值以避免爆震问题。
[0004] 众所周知,辛烷值度量火花点燃式发动机中使用的燃料的抗自燃性。
[0005] 典型地,欧洲销售的、符合标准EN 228的汽油燃料具有大于85的达法辛烷值(MON)和至少95的研究法辛烷值(RON)。这些燃料适合于绝大部分的机动车辆发动机。
[0006] 为了提高其效率,现代火花点燃式发动机倾向于使用越来越高的体积压缩比运行,即,在所述发动机中对于燃料/空气混合物在其点燃之前施加高的压缩比的情况下运行。
[0007] 然而,提高发动机中的体积压缩比提高了由在火焰前锋上游的空气/燃料混合物的局部自燃产生的爆震型异常燃烧的险。该现象产生特征噪声并且能够导致对发动机的损害。
[0008] 对于极高功率发动机、例如赛车车辆的发动机,特别寻求高体积压缩比。
[0009] 因此,必要的是,将该类型的发动机与具有高的抗早燃和爆震性、并且具有尽可能高的研究法辛烷值(RON)的燃料一起使用。如果辛烷值相对于对所述发动机施加的体积压缩比不足,则可出现燃料自燃或爆震现象,这可显著地降低所述发动机的性能水平并且对其导致显著的损害。
[0010] 此外,对于所有的车辆和特别是旨在用于一般公共应用的那些,正日益寻求具有所谓的“燃料经济”性质(也称作“FE”)的燃料组合物,即容许降低发动机的比燃料消耗的燃料,以获得节能并且减少CO2排放。然而,比燃料消耗的该减少必须不在损害发动机功率的情况下发生,发动机功率必须被保持或者甚至提高。
[0011] 因此,需要开发旨在供应火花点燃式发动机的新型燃料组合物,其满足无论是旨在用于比赛还是其它应用、特别是国内应用的现代车辆的要求。
[0012] 因此,需要如下的用于火花点燃式内燃发动机的燃料:其具有高的辛烷值、并且更特别是高的RON,并且其使以高的体积压缩比运行的机动车辆、特别是赛车车辆的发动机功率最大化。
[0013] 因此本发明的一个目的是提升汽油燃料组合物的性能水平、特别是旨在用于赛车车辆的燃料组合物的性能水平,然而不限于此。目的是在汽油燃料组合物在火花点燃式发动机中的燃烧期间提高所述发动机的功率,而无论其是自然吸气还是涡轮增压型。
[0014] 还需要降低发动机的比燃料消耗而不降低其功率的“燃料经济”型燃料。
[0015] 本领域中公知,典型地向燃料组合物添加改善辛烷值的添加剂(或辛烷值提升剂)。有机金属化合物,特别是包括、铅或锰的有机金属化合物是公知的辛烷值提升剂。
[0016] 四乙基铅(TEL)已经按此方式作为高度有效的辛烷值提升剂广泛使用。然而,在世界上的大多数地方,TEL和其它有机金属化合物现在即使可用于燃料中,也仅可被非常少量地用于燃料中,因为它们可为有毒的,导致对发动机的损害并且对环境有害。
[0017] 非金属基辛烷值提升剂包括含化合物(例如醚和醇)和芳族胺。然而,这些添加剂也存在多种缺点。例如,为了对燃料的辛烷值具有显著作用,N-甲基苯胺(NMA)(一种芳族胺)必须以相对高的处理率(以添加剂的重量/基础燃料的重量计,1.5-2%)使用。NMA也可为有毒的。含氧物使燃料中的能量密度降低,并且像NMA一样,它们必须以高的处理率添加,从而可能导致与燃料存储器、燃料管线、密封物和其它发动机部件的相容性问题。
[0018] 例如,美国专利No.US-A-4812146描述了用于赛车发动机的无铅汽油燃料组合物,其包括选自丁烷、异戊烷、甲苯、MTBE(甲基叔丁基醚)和烷基化物的至少四种组分。
[0019] 国际专利No.WO2010/014501描述了无铅汽油燃料组合物,其包括:至少45体积%的支链烷;至多34体积%的一种或多种单-和二-烷基化苯;5-6体积%的至少一种具有3-5个原子的直链烷烃(记作C3-C5);和一种或多种具有2-4个碳原子的链烷醇(记作C2-C4),其量足以提升AKI(抗爆震指数),即(RON+MON)/2为至少93。这些组合物呈现为具有高的扭矩输出和最大功率。
[0020] 因此,寻求具有良好的固有性质的燃料组合物,即,不需要添加辛烷值提升剂(例如前文中描述的那些)的燃料组合物。
[0021] 美国专利No.US 2015/0259619描述了如下燃料组合物:其具有高的辛烷值,特别是旨在用于飞机发动机,并且其包括1-60%重量的至少一种脂环族烷烃、最高60%重量的至少一种直链或支链烷烃、和最高达50%重量的芳烃。
[0022] 美国专利No.US 4,401,983描述了如下的高辛烷值燃料:其也基本上旨在用于飞机,其包括主要比例的具有范围从105至115℃的沸点的三甲基戊烷级分、和次要比例的芳族烃级分。
[0023] 国际专利No.WO 00/47697描述了如下燃料组合物:其容许发动机在稀燃极限处运行,这导致燃料节约和降低的排放;并且同时满足标准燃料规格(特别是关于辛烷值)。这些组合物含有特定化合物,特别是选自如下的特定化合物:式R1-O-R2的含氧化合物、烯烃、环烷烃或芳烃化合物。

发明内容

[0024] 继续其开发高性能燃料配方的研究,申请人现已发现如下组合物:其满足上述目的,并且其具有比现有技术的组合物的性质优越的性质。
[0025] 因此,本发明涉及燃料组合物,其包括:
[0026] -35%-75%重量的环戊烷,
[0027] -10%-25%重量的一种或多种芳族烃,和
[0028] -最高达55%重量的选自2-甲基丁烷和三甲基戊烷的一种或多种支链烷烃,[0029] 其中环戊烷的量对芳族烃的量的重量比大于或等于2。
[0030] 这些组合物旨在用于供应火花点燃式发动机(或汽油发动机)。
[0031] 根据本发明的燃料组合物具有特别高的研究法辛烷值(RON)。
[0032] 在其中燃料流速被封顶的用途中,特别是在赛车(例如一级方程式中)的情况下,根据本发明的组合物的使用容许对于恒定的燃料流速实现更高的发动机功率水平。
[0033] 特别地,已经发现将这三种类型的化合物(环戊烷、芳族烃和支链烷烃)以如前文中定义的特定比例引入到本发明的组合物中获得了关于RON和发动机功率的协同性能水平。
[0034] 根据本发明的燃料组合物还具有优异的净热值(NCV)。众所周知,汽油组合物的NCV可根据标准ASTM D 240中描述的方法测量,或者由所述组合物的色谱指纹计算。
[0035] 对于用于赛车中而言,特别寻求前述性质。
[0036] 根据本发明的组合物对于除了在赛车中之外的使用、例如所谓的一般公共使用而言也具有显著的优点,因为其容许降低所述发动机的比燃料消耗。再一次地,根据本发明的组合物获得关于降低所述发动机的燃料消耗的协同结果。因此,根据本发明的组合物具有优异的燃料经济型性质。与常规汽油组合物相比,其还减少CO2排放。
[0037] 本发明进一步涉及根据本发明的组合物用于供应火花点燃式发动机的用途。
[0038] 根据一种具体实施方式,根据本发明的组合物用作用于供应高功率和高效率火花点燃式发动机、优选赛车车辆的发动机的燃料。
[0039] 在阅读以下描述和实施例之后,本发明的其它目的、特征、方面和优点将更清楚地显现。
[0040] 在下文中的描述中,并且除非另有说明,值域的界限被包括在该域中,特别是在如下表述中:“包括在……和……之间”、“位于范围……至……内”、和“范围从……至……”。
[0041] 此外,本说明书中使用的表述“至少一种(个)”和“至少”分别等同于表述“一种(个)或多种(个)”和“大于或等于”。
[0042] 最后,众所周知,术语CN化合物表示在其化学结构中含有N个碳原子的化合物。

具体实施方式

[0043] 燃料组合物
[0044] 如前文所述,根据本发明的组合物含有相对于所述组合物的总重量的范围从35%至75%重量的量的环戊烷。
[0045] 优选地,相对于所述组合物的总重量,环戊烷的量范围从36至62%重量。
[0046] 根据本发明的组合物进一步含有相对于所述组合物的总重量的范围从10至25%重量的量的一种或多种芳族烃。
[0047] 优选地,相对于所述组合物的总重量,所述芳族烃量范围从13至24%重量。
[0048] 所述芳族烃有利地为单环的。它们优选地选自含有苯环的C7-C10烃。
[0049] 根据一种优选实施方式,所述一种或多种芳族烃选自在苯环上包括如下的那些:单个取代基;或者处于间位或对位的两个取代基;或者处于间位的三个取代基。
[0050] 所述一种或多种芳族烃更优选地选自甲苯、乙苯、二甲苯(并且特别是1,2-二甲基苯或邻-二甲苯、1,3-二甲基苯或间-二甲苯和1,4-二甲基苯或对-二甲苯,优选地间-二甲苯和对-二甲苯)、1-乙基-3-甲基苯、荚(1,3,5-三甲基苯)、1-乙基-3,5-二甲基苯、和这些化合物的混合物。
[0051] 特别优选甲苯、二甲苯和这些化合物的混合物。
[0052] 而且,根据本发明的组合物具有大于或等于2的其环戊烷量对其芳族烃量的重量比。优选地,该重量比位于范围2至7内、更优选地范围2至6.5内、和甚至更优选地范围2.5至4内。
[0053] 根据一种特别优选的实施方式,该重量比位于范围2.8至3.2内和更优选地范围3至3.2内。
[0054] 最后,根据本发明的组合物含有选自2-甲基丁烷和三甲基戊烷的一种或多种支链烷烃,相对于所述组合物的总重量,其量可达到最高达55%重量、优选地最高达50%重量。优选地,相对于所述组合物的总重量,该量位于范围15至50%重量内。
[0055] 优选地,所述一种或多种支链烷烃选自三甲基戊烷,和更优选地选自2,2,4-三甲基戊烷(或异辛烷)、2,3,3-三甲基戊烷、2,3,4-三甲基戊烷及其混合物。
[0056] 特别优选2,2,4-三甲基戊烷(异辛烷)。
[0057] 如前文中描述的组合物具有大于或等于95、优选地大于或等于100、和更优选地大于或等于101的研究法辛烷值(RON值),所述RON根据标准ASTM D 2699-86测量。
[0058] 前述值涉及所述组合物的固有辛烷值,即不添加另外的化合物、特别是例如辛烷提升用添加剂、例如以上描述的那些。
[0059] 除了前文中描述的基
[0060] .础化合物,根据本发明的燃料组合物可进一步包括选自汽油燃料中常规使用的那些的一种或多种添加剂。
[0061] 特别地,根据本发明的组合物可包括保证进气线路的清洁度的至少一种清洁剂添加剂。这样的添加剂可例如选自琥珀酰亚胺类、聚醚胺类和季铵盐,例如在专利文件US4171959和WO2006135881中描述的那些。
[0062] 所述组合物还可包括至少一种润滑性添加剂或抗磨剂,其特别地(但是以非限制性方式)选自脂肪酸以及其酯或酰胺衍生物、特别是甘油单油酸酯,以及单环和多环羧酸的衍生物。这样的添加剂的实例在以下专利文献中给出:EP680506、EP860494、WO98/04656、EP915944、FR2772783和FR2772784。
[0063] 还可在根据本发明的燃料组合物中引入其它添加剂,例如保护免受座衰退(recession)的添加剂和抗氧化剂添加剂。
[0064] 此外,对于用于赛车中而言,为了在补给燃料时保证最大安全性,所述燃料的电导率优选地大于200pS/m。为了该目的,可添加至少一种添加剂以降低电导率。
[0065] 可将前文中描述的添加剂以对于其每种而言范围从10至1,000ppm重量、优选地从100至500ppm重量的量添加至所述燃料组合物。
[0066] 根据本发明的燃料组合物具有通常小于或等于0.5g/L的铅浓度(例如以四乙基铅的形式存在),并且优选为无铅的,即它们不含有铅或者任何含铅的化合物。
[0067] 根据本发明的组合物可通过将其成分简单地混合而制备。
[0068] 制备方法的一种非限制性实例包括以下步骤:
[0069] a)制备含有75%重量的环戊烷和25%重量的一种或多种如前文中描述的芳族烃的混合物A;然后
[0070] b)将一种或多种支链烷烃添加至混合物A,至最终混合物的55%重量的最大浓度。
[0071] 该实施例提供具有3的环戊烷/芳族烃重量比的根据本发明的组合物。不用说,本领域技术人员将知晓如何修改该方法以制备在本发明的配方领域中的其它组合物。
[0072] 用途
[0073] 本发明进一步涉及如前文中描述的组合物用于供应火花点燃式发动机的用途。所述发动机可为直接喷射型或间接喷射型。
[0074] 根据第一实施方式,根据本发明的组合物用于提高所述发动机的功率。
[0075] 在该实施方式中,所述燃料组合物可有利地用于供应高效率和高功率火花点燃式发动机、优选地赛车车辆的发动机。其可特别地为赛车(赛道或拉赛车辆)中使用的自然吸气或涡轮增压发动机
[0076] 根据第二实施方式,根据本发明的组合物用于降低所述发动机的比燃料消耗。
[0077] 在该实施方式中,根据本发明的用途为“燃料经济”类型,即降低其比燃料消耗。
[0078] 该用途还容许降低排放到大气中的CO2的量。
[0079] 本发明进一步涉及如前文中描述的组合物用于降低汽油燃料组合物的RON(也称作研究法辛烷值)的用途。
[0080] 下文中的实施例仅旨在说明本发明,并且一定不能解释为限制其范围。
[0081] 实施例
[0082] 实施例1:制备根据本发明的组合物
[0083] 由以下起始化合物(配混物)A和B制备根据本发明的组合物C:
[0084] -A:75.5%重量的环戊烷与24.5%重量的由甲苯和二甲苯的混合物形成的芳族烃的混合物,其具有以下详述的组成:
[0085]混合物A的组成 %重量
环戊烷 75.5
甲苯 6.8
对二甲苯 6.3
邻二甲苯 2.8
间二甲苯 6.6
乙苯 2
[0086] -B:异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)。
[0087] 通过将50%重量的A与50%重量的B简单地混合而获得组合物C。其最终组成如下:
[0088] -37.75%重量的环戊烷,
[0089] -12.25%重量的芳族烃,
[0090] -50%重量的异辛烷,
[0091] -环戊烷量/芳族烃量重量比=3.1。
[0092] 实施例2:燃料组合物C的性质
[0093] 对于本发明的组合物C以及对于起始化合物(配混物)A和B的每一个测量以下参数:
[0094] 辛烷值RON,根据标准ASTM D 2699-86中描述的协议:
[0095] -RON(A)=102.7
[0096] -RON(B)=100
[0097] -RON(C)=104.9
[0098] 清楚的是:
[0099] RON(C)>RON(A),
[0100] RON(C)>RON(B),和
[0101] RON(C)>(RON(A)+RON(B))/2
[0102] 比功率P、和比燃料消耗SFC(后者对应于产生1kW.h的有用能量输出所需要的燃料质量):
[0103] 对于这三种组合物,在具有立方容积350cm3并且设置成直接燃料喷射的相同的单缸火花点燃式发动机上,以恒定的燃料流速,在相同的条件下进行所述测量。
[0104] 在比功率方面获得的结果:
[0105] -P(A)=13.6kW
[0106] -P(B)=12.9kW
[0107] -P(C)=13.9kW
[0108] 清楚的是:
[0109] P(C)>P(A),
[0110] P(C)>P(B),和
[0111] P(C)>(P(A)+P(B))/2
[0112] 在比燃料消耗方面获得的结果:
[0113] -SFC(A)=232.5g/kW.h
[0114] -SFC(B)=247.9g/kW.h
[0115] -SFC(C)=227.6g/kW.h
[0116] 清楚的是:
[0117] SFC(C)
[0118] SFC(C)
[0119] SFC(C)<(SFC(A)+SFC(B))/2
[0120] 这些结果显示,相对于起始组分A和B的每一个,根据本发明组合物C取得关于辛烷值RON以及比功率和比燃料消耗两者的协同结果。
[0121] 这些改善的性能水平是如下的结果:所要求化合物以本申请中定义的特定比例的特别组合,以及环戊烷量对芳族烃量的较高重量比的选择。
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