专利名称：粘度增加组分在柴油燃料中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及某些类型的柴油燃料组分的新用途，和改善涡轮增压式柴油发动机的 性能的方法。
背景技术：
许多柴油动力车辆发动机安装有涡轮增压器，它们通过增加进入燃烧气缸的空气 的量改善它们的功率输出。涡轮增压器的操作通常通过车辆的发动机管理系统调节。虽然采用不太先进的柴油发动机，但是通常可以通过优化导入它们中的柴油燃料 的含量和/或性质改善性能，现代涡轮增压式发动机经由燃料配方改善性能的选项往往更 受限制，因为发动机管理系统通常经程序设计来补偿燃料吸入量的改变。W0-A-2005/054411描述了粘度增加组分在柴油燃料组合物中的应用，以便改善其 中导入了该组合物的柴油发动机的车辆牵引力(VTE)和/或加速性能。该文献举例了对于 涡轮增压式和非涡轮增压式发动机在大约1300rpm以上的发动机转速范围内的在平均油 门全开(WOT)加速时间，和在2000rpm和以上的恒定发动机转速下在稳态车辆牵引力(VTE) 试验方面的改善。然而，没有专门提及在较低发动机转速下改善加速性能。然而在该较低 速度下，驾驶员更可能注意到加速度反应方面的改善。能够通过改变导入其中的燃料的组成和/或性质进一步改善涡轮增压式柴油发 动机的性能将是合乎需要的，因为这与对发动机本身作出结构或操作改变相比可以预期提 供更简单、灵活和成本有效的性能优化路线。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供了粘度增加组分在柴油燃料组合物中的应用，以 便提高，即改善其中导入了或将导入这种燃料组合物的涡轮增压式柴油发动机或由此种发 动机驱动的车辆在低发动机转速下的加速性能。“柴油发动机"是指压缩点火内燃机，它适应于以柴油燃料运转。“涡轮增压式柴油发动机"是指经由涡轮增压器驱动的柴油发动机，通常受电子 发动机管理系统的控制。“加速性能"一般包括发动机对油门增大的响应度，例如它从任何给定发动机 转速加速的速率。“低发动机转速"是指一般最高2200rpm，特别是最高2000rpm，例如 500-2200rpm或1200-2000rpm的速度。“低发动机转速〃可以是低于如此水平的发动机转 速，即在该水平时，控制涡轮增压器的操作的发动机管理系统开始限制由涡轮增压器提供 的推进和/或调节发动机填充空气压力。令人惊奇地发现，甚至在发动机管理系统的控制下，较高粘度燃料也能在涡轮增 压式柴油发动机中产生性能利益并且这些利益在低发动机转速(例如在上面涉及的范围 中)下比在较高发动机转速下大得多。这在任何情况下都不可从W0-A-2005/054411中的总 体上更高的速度数据预测，所述总体上更高的速度数据在VTE图的情况下是在固定速度下获得的并且在WOT加速时间的情况下是在最高3500rpm或更高的发动机转速内平均化的。 本发明提供的性能优点可以影响涡轮增压器的增强(ramp-up)，即当经过较低速范围加速 时观察到的瞬态效应，而W0-A-2005/054411中描述的研究更涉及稳态发动机条件。还可能预期的是，较高粘度燃料可能损害柴油发动机性能，例如通过不利地影响 燃料喷雾(而降低燃料蒸发速率并又引起功率损失)和/或通过增大燃料注射设备中的泵 送损失。反倒发现，增大柴油燃料的粘度的利益可以超过任何这些可能不利的影响。随后的研究已经产生这样的臆测，燃料粘度越高引起涡轮增压器越快加速，该涡 轮增压器因此在更低发动机转速下达到其最高速度。在现代涡轮增压式柴油发动机中，涡 轮增压器速度随着负荷和发动机转速增大而加速，直到达到预定的最大涡轮增压器速度。 如果涡轮增压器速度在较低发动机转速下更迅速地增大，则对发动机的"早期"升压可能 引起在较低发动机转速下加速性能方面的可辨别改善，这对驾驶员来说将感受为更快的" 拉动(pick-up)“或加速度响应。现在还发现发动机管理系统(EMS)在一些情况下可以加强这种效果。在满负荷加 速下，使用较高粘度燃料导致注入的燃料的量增加，因此更多能量保留在驱动涡轮增压器 的废气中。这又导致进入发动机的较高压空气并因此导致增加的空气进气。发动机管理系 统很可能通过注入更多燃料对此作出反应，从而更快驱动涡轮增压器。当涡轮增压器达到 其最高速度时这种正反馈回路停止并且发动机管理系统然后施加控制来限制升压和调节 填充空气压力。现在认为这些效果解释为什么在较低发动机转速下可以放大使用较高粘度 燃料观察到的性能利益的原因。相对照而言，在较高发动机转速下，填充空气压力受EMS更 精密地控制并且较高粘度燃料的性能利益然后可能降低和/或不太容易地检测。因此，本发明可用来提高涡轮增压器在低发动机转速下的性能，通常提高到大于 仅基于含粘度增加组分的燃料组合物的性能可能预期的程度。本发明合适地涉及粘度增加组分的应用，以便降低当加速时涡轮增压器达到其最 高速度时的发动机转速，或提高涡轮增压器提高其速度(特别是在低发动机转速下)时的 速率或减少涡轮增压器达到其最高速度所花费的时间。发动机转速可以适宜地通过在受控加速试验期间访问发动机管理系统来测量。也 可以使用功率计测量它们。这些试验通常在油门全开下进行。它们可以包括以固定速率从 低到高发动机转速加速发动机，例如下面实施例中所述的那样。涡轮增压器速度与发动机进气压力(即从涡轮增压器的增压)有关，该发动机进 气压力可以使用常规压力传感器测量或在一些情况下通过访问发动机管理系统测量，通常 使用上述试验。这又可以允许测定涡轮增压器达到其最高速度的时间点，或测定涡轮增压 器速度的增加率。加速性能还可以由有适当经验的驾驶员在公路上在试验下加速由该发动机驱动 的车辆(例如从O到IOOkm/小时)来评价。这种车辆将应装备有合适的仪器例如发动机 转速计，以使加速性能的变化能够与发动机转速相关。涡轮增压器加速率的这种提高的另一个结果是发动机将更迅速地达到其最大扭 矩。因此，可以使用粘度增加组分以便减少当加速时发动机达到其最大扭矩所花费的时间， 或提高发动机达到其最大扭矩的速率，或降低发动机达到其最大扭矩的发动机转速。一般地说，在低发动机转速范围中，粘度增加组分可用来提高在任何给定速度下的发动机扭矩。发动机扭矩可以由在试验下由发动机驱动的车辆的轮子施加于功率计上的力获 得。使用合适地专门设备(例如Kistler RoaDyn)，可以直接地由此种车辆的轮子测量它。使用根据本发明的粘度增加组分的又一个结果是发动机填充空气压力将更迅速 地达到其最高水平(在EMS干预调节充气压力之前)。因此，可以使用粘度增加组分，以便 减少当加速时填充空气压力达到其最大值所花费的时间，或降低填充空气压力达到其最大 值的发动机转速。它可以用于降低发动机管理系统开始调节填充空气压力时的发动机转 速，或减少此种调节开始所花费的时间。可以使用商购的压力传感器测量填充空气压力，该压力传感器例如置于在试验中 被发动机驱动的车辆的进气轨道中，紧接着涡轮增压器的下游。本发明用于改善涡轮增压式柴油发动机或由此种发动机驱动的车辆的低速加速 性能。低速加速性能可以通过使发动机加速并监测随时间发动机转速、发动机扭矩、充气 压力和/或涡轮增压器速度的变化来评价。这种评价可以合适地在例如1200-2000rpm或 1400-1900rpm的发动机转速范围内进行。一般而言，低速加速性能的改善可以由减少的加速时间和/或由上述效果(例如 发动机扭矩或涡轮增压器速度的更快增加，或发动机扭矩在任何给定速度下的增加)中的 任一种或多种证明。在本发明范围中，低速加速性能的"改善"涵盖任何程度的改善。类似地，测得的 参数(例如涡轮增压器达到其最高速度所花费的时间)的减小或提高涵盖任何程度的减小 或提高，视情况而定。可以将这种改善(视情况而定，减小或提高)与当在引入粘度增加 组分之前使用燃料组合物时的，或当使用更低粘度的其它类似燃料组合物时的相关参数比 较。可以将它与当相同发动机以预计(例如市面)用于涡轮增压式柴油发动机的其它类似 燃料组合物(在向其中添加粘度增加组分之前)运转时测量的相关参数相比较。例如，本发明可以包括利用粘度增加组分调节柴油燃料组合物的性能和/或表现 和/或效果，特别是其对涡轮增压式柴油发动机的低速加速性能的效果，以达到所需目标。如W0-A-2005/054411中所述(尤其参见第3页第22行至第4页第17行)，低速 加速性能的改善还可以涵盖减轻(至少一定程度)加速性能由于另一种起因，尤其是由于 包括在柴油燃料组合物中的另一种燃料组分或添加剂引起的加速性能的降低，即恶化。例 如，燃料组合物可以含有一种或多种旨在降低它的总体密度以致降低它在燃烧时产生的排 放物的水平的组分；密度的降低可能导致发动机功率的损失，但是这种影响可以通过利用 根据本发明的粘度增加组分克服或至少减轻。低速加速性能的改善还可以涵盖出于另一种原因例如使用含氧合组分的燃料 (例如所谓的"生物燃料")，或燃烧相关的沉积物在发动机(通常燃料注射器)中的聚集 而已经降低了的加速性能的恢复(至少部分地)。当本发明用来降低发动机管理系统开始调节填充空气压力时的发动机转速(这 也可以是涡轮增压器达到其最高速度，和填充空气压力达到其最大值时的发动机转速)，降 低量可以例如是5rpm或更大，优选IOrpm或更大，或15或20或25或50或75或80rpm或 更大，有时高达大约lOOrpm。由于上述正反馈回路，这些发动机转速的较小降低也能导致发 动机功率、扭矩和一般加速性能的较大差异。相关发动机转速可以降低至少0. 25%，优选至少0. 50%，或至少0. 75或1或1. 25或1. 5或2或3或4%，有时高达大约5%。当本发明用来在给定发动机转速下在加速期间提高发动机扭矩时，与当用引入粘 度增加组分之前的燃料组合物运转发动机，和/或当用更低粘度的其它类似柴油燃料组合 物运转发动机时所获得的发动机扭矩相比，提高率可以是至少0. 5%，优选至少1或2或 3%。可以将该提高率与当相同发动机以预计(例如市面)用于涡轮增压式柴油发动机的 其它类似燃料组合物(在向其中添加粘度增加组分之前)运转时在相关速度下的发动机扭 矩相比较。当本发明用来在给定发动机转速下在加速期间(即涡轮增压器增强期间)提高涡 轮增压器增压时，与当用引入粘度增加组分之前的燃料组合物运转发动机，和/或当用更 低粘度的其它类似柴油燃料组合物运转发动机时所获得的涡轮增压器增压相比，提高率可 以是至少0.5%，优选至少1或1.5或2%。可以将该提高率与当相同发动机以预计(例如 市面)用于涡轮增压式柴油发动机的其它类似燃料组合物(在向其中添加粘度增加组分之 前)运转时在相关速度下的涡轮增压器增压相比较。根据本发明，粘度增加组分还可以用来改善在低发动机转速下发动机中的动力开 发。换言之，它可用来提高当发动机经过特定低速范围，例如1200-1900rpm(或例如在第四 档位(gear)中，从40到60km/小时)加速时的平均发动机功率。已经发现粘度增加组分的 使用导致在低发动机转速下比将仅由燃料性能方面的相关变化预期的高得多的功率利益。如本领域中已知的那样，发动机功率可以合适地由测得的发动机扭矩和发动机转 速值获得。粘度增加组分还可以用于在任何给定发动机转速下提高涡轮增压式柴油发动机 的发动机功率或扭矩，填充空气压力和/或注射燃料体积，尤其是在低发动机转速下。较高密度燃料的使用还可以按与上述类似的方式改善在低发动机转速下的加速 性能。较高粘度与较高密度的一起使用尤其可以如此改善发动机性能，如下面更详细所述。根据本发明，其中使用了粘度增加组分的柴油燃料组合物可以是适合用于柴油发 动机的任何类型的柴油燃料组合物。该组合物可以用于，和/或可以合适和/或改造和/或设计用于任何类型的安装 有涡轮增压器的压缩点火式发动机，不论是直接注射(DI)柴油发动机(例如回转泵、在线 泵、组合泵、电子组合注射器或共轨型)还是间接注射(IDI)柴油发动机。该组合物可以合 适和/或改造和/或设计用于重型和/或轻型柴油发动机。本发明可以尤其适用于IDI发动机，和/或例如在15_250MPa的压力下工作的高 速度(HSDI)、高压-高速度(HP-HSDI)、共轨(CRDI)或电子组合(EUDI)直接注射式发动机。 在一个实施方案中，本发明适用于IDI或EUDI发动机。除了粘度增加组分之外，根据本发明制备的柴油燃料组合物还可以包含一种或多 种常规类型的柴油燃料组分。这些组分通常将包含液体烃中间馏分燃料油，例如石油衍生 的瓦斯油。一般而言，这些燃料组分可以是有机或合成衍生的，并且合适地通过原油的所需 范围的馏分的蒸馏获得。根据等级和用途，它们通常将具有在150-410°C或170-370°C的常 规柴油范围内的沸点。通常，燃料组合物将包括一种或多种通过重质烃的分裂获得的裂解 产物。例如，可通过对原油源进行精炼和任选(加氢)处理获得石油衍生的瓦斯油。它可以是从此种精炼过程获得的单一瓦斯油物流或者是在精炼过程中经不同工艺路线获得 的数种瓦斯油馏分的共混物。这些瓦斯油馏分的实例包括直馏瓦斯油、真空瓦斯油、热裂化 法中获得的瓦斯油、在流化催化裂化装置中获得的轻质和重质循环油和从加氢裂化器装置 中获得的瓦斯油。任选地，石油衍生的瓦斯油可以包含一些石油衍生煤油馏分。可以在加氢脱硫(HDS)装置中处理这些瓦斯油以将它们的硫含量降低至适合包 含在柴油燃料组合物中的水平。在根据本发明制备的燃料组合物中，基础燃料可以本身包含上述类型的两种或更 多种柴油燃料组分的混合物。它可以是或含有所谓的"生物柴油"燃料组分，例如植物油 或植物油衍生物(例如脂肪酸酯，特别是脂肪酸甲酯)或另一种含氧化合物如酸、酮或酯。 这些组分不必须是生物衍生的。它还可以含有由氢化植物油获得的燃料。基础燃料可以含有费_托衍生的燃料，尤其是费_托衍生的瓦斯油。包含在根据本发明制备的组合物中的柴油燃料组分通常将具有0. 750-0. 900g/ cm3,优选 0. 800-0. 860g/cm3 的在 15°C下的密度(例如 ASTM D-4502)和 / 或 1. 5-6. Omm2/ s (厘沱)的VK 40(ASTM D-445)。密度和粘度对于馏出燃料是强烈关联的，由于它们的芳 族化合物和链烷烃含量的相似组成。这意味着通过所需提高或降低的粘度选择柴油燃料组 分将往往意味着密度方面的相应提高或降低。由进行本发明产生的汽车柴油燃料组合物将合适地遵循可适用的现行标准规格 例如EN-590 (对于欧洲)或ASTM D-975 (对于USA)。举例来说，总燃料组合物可以具有 0. 82-0. 845g/cm3 的在 15°C下的密度(ASTM D-4052) ；360°C或更低的 T95沸点(ASTM D-86)； 51或更大的测得的十六烷值(ASTM D-613) ；2-4. 5mm2/s (厘沱)的VK 40 (ASTM D-445)； 50mg/kg或更低的硫含量(ASTM D-2622)和/或小于11% m/m的多环芳烃(PAH)含量(IP 391 (mod))。然而，相关规格可以是地区与地区之间和年年不同的，并且可以取决于燃料组 合物的预计用途。根据本发明制备的柴油燃料组合物可以含有性能在这些范围外的燃料组分，因为 总体共混物的性能可以(通常显著地)不同于其个体成分的那些性能。根据本发明制备的柴油燃料组合物合适地含有至多5000ppmw(份/百万重量份) 硫，通常2000-5000ppmw，或1000-2000ppmw，或者至多lOOOppmw。这种组成可以例如是低硫 或超低硫燃料，或无硫燃料，例如含有至多500ppmw，优选至多350ppmw，最优选至多100或 50或甚至IOppmw硫。这种组合物可以如本领域中已知的那样加添加剂，例如下面所述那样。由于粘度增加组分的存在，根据本发明制备的柴油燃料组合物的VK 40可以合适 地是2. 7或2. 8mm2/s (厘沱)或更大，优选2. 9或3. 0或3. 1或3. 2或3. 3或3. 4mm2/s (厘 沱)或更大，有时3. 5或3. 6或3. 7或3. 8或3. 9或甚至4mm2/s (厘沱)或更大。其VK 40 可以至多4. 5或4. 4或4. 3mm2/s (厘沱)。除非另有说明，本说明书中涉及的粘度是指运动 粘度。柴油燃料组合物的最大粘度通常可能受相关法律和/或商业规格限制_例如，欧 洲柴油燃料规格EN-590规定4.mm2/S (厘沱)的在40°C下的最大运动粘度(VK 40)，而瑞典 1级柴油燃料必须具有至多4.0mm2/S (厘沱)的VK 40。然而，典型的商业汽车柴油燃料当 前经制造至比这些低得多的粘度，例如大约2-3mm2/S(厘沱)。因此，本发明可以包括其它标准规格柴油燃料组合物的处理，以提高其粘度以致改善其被导入的涡轮增压式发动机的 低速加速性能。根据本发明制备的柴油燃料组合物可以例如是例如W0-A-2005/054411中描述的 组合物，该文献的整个内容在本文弓I入供参考。用于本发明的粘度增加组分可以是能够增加其中包括了它的柴油燃料组合物的 运动粘度的任何组分。它因此应具有比其中引入它之前的燃料组合物大的运动粘度。它可 以本身是已经被配制而具有高粘度，例如下述范围内的粘度的燃料组分。当引入柴油燃料组合物中时，粘度增加组分合适地将该组合物的VK 40提高至少 0. lmm2/s (厘沱)，优选至少0. 2或0. 25或0. 3或0. 4或0. 5mm2/s (厘沱)，更优选至少0. 6 或0. 7或0. 8或0. 9或lmm2/s (厘沱)，有时至少1. 2或1. 5或1. 8或2mm2/s (厘沱)。在本发明范围中，粘度增加组分在柴油燃料组合物中的"应用"是指将粘度增加 组分引入该组合物中的，通常作为与一种或多种其它柴油燃料组分和任选地与一种或多种 燃料添加剂的共混物(即物理混合物)引入。适宜地在将所述组合物导入内燃发动机或将 以该组合物运转的其它系统之前引入粘度增加组分。作为替代或补充，所述应用可以包括 以含粘度增加组分的燃料组合物运转燃料消耗系统，例如发动机，通常通过将所述组合物 导入该系统的燃烧室中。根据本发明，粘度增加组分的"应用"还可以包括提供此种组分连同其在柴油燃 料组合物中用于达到上述目的中一种或多种(尤其是改善其中导入了这种组合物的涡轮 增压式柴油发动机的低速加速性能)的说明。粘度增加组分合适地与相关柴油燃料规格相适合，以便它可以有效地共混和作为 柴油燃料组合物的一部分有效地作用。因此，所述组分本身适合于用作柴油燃料是不必要 的，只要含所述组分的总体燃料组合物适于那样应用。合适地，然而，粘度增加组分将具有 满足柴油燃料规格，例如EN-590的沸程。可以用来增加粘度的一些高粘度油具有超过一般 柴油燃料规格的沸程并因此，可能不太适合用于本发明。粘度增加组分的成分(或其大多数成分，例如95% w/w或更大)因此优选具有在 典型的柴油燃料(“瓦斯油")范围内的沸点，即对于较高沸程油，在大约150-490°C内，或 对于较低沸程油，在170-415°C内。它们将合适地具有300-470°C或300-400°C的90% w/w 蒸馏温度。沸程可以例如使用标准试验方法ASTM D-86或EN ISO 3405测定。合适地，粘度增加组分包含，或更优选主要构成自仅含碳和氢的化合物。有限量的 污染物例如含硫化合物也可能存在。优选地，其成分的80% w/w或更多是仅由碳和氢组成 的化合物，更优选90 % w/w或更多。所述粘度增加组分可以尤其选自费-托衍生的燃料组分、油和它们的组合。在本发明的范围中，术语"费-托衍生"是指材料是或衍生自费-托缩合过程的 合成产物。可以相应地解释术语"非费-托衍生"。费-托衍生的燃料或燃料组分因此将 是其中相当大部分(除了添加的氢)直接或间接地衍生自费-托缩合过程的烃料流。在适合的催化剂存在下和通常在高温(例如125_300°C，优选175_250°C )和/或 高压(例如0. 5-10MPa,优选1. 2-5MPa)下，费-托反应将一氧化碳和氢转化成较长链的烃， 通常是链烷烃η (C0+2H2) = (-CH2-) η+ηΗ20+热量。
如果需要的话可以采用使用2 1之外的氢气一氧化碳比。一氧化碳和氢气本身可源自有机、无机、天然或合成来源，通常源自天然气或源自 有机衍生的甲烷。用于本发明的粘度增加组分可以直接地由精炼或费-托反应获得，或间接地例如 通过精炼或合成产物的产生分馏或加氢处理产物的分馏或加氢处理获得。加氢处理可包括 加氢裂化以调节沸程(参见例如GB-B-2077289和EP-A-0147873)和/或加氢异构化以通 过增大支链链烷烃的比例改进冷流动性能。EP-A-0583836描述了两步加氢处理法，其中首 先在基本不发生异构化或加氢裂化的条件下使费_托合成产物加氢转化(这使烯属和含氧 组分加氢)，和随后在发生加氢裂化和异构化的条件下使至少一部分所得产物加氢转化，以 产生基本上是链烷烃的燃料。随后可例如通过蒸馏分离所需的馏分，通常是瓦斯油馏分。例如US-A-4125566和US-A-4478955中所述那样，可使用其它合成后处理例如聚 合、烷基化、蒸馏、裂化_脱羧基、异构化和加氢重整以改进费-托缩合产物的性能。用于链烷烃的费-托合成的典型催化剂包括作为催化活性组分的来自元素周期 表第VIII族的金属，特别是钌、铁、钴或镍。适合的此类催化剂例如描述在EP-A-0583836 中。费-托基法的一个实例是Shell “气至液〃或〃 GtL"技术(以前称为 SMDS(Shell Middle Distillate Synthesis)并描述在 van der Burgt 等人在 1985 年 11 月于 Washington DC 举办的第 5 届 Synfuels Worldwide Symposium 上发表的文章〃 The Shell Middle Distillate Synthesis Process“中禾口Shell International Petroleum Company Ltd，London，UK于1989年11月相同题目的出版物中)。在后一种情况下，加氢转 化法的优选特征可以如其中公开的那样。这种方法通过将天然气转化成重质长链烃(链烷 烃)蜡，然后将该蜡加氢转化和分馏以生产中间馏分范围产物。对于本发明中的应用，费_托衍生的燃料组分优选是由气至液合成获得的任何适 合组分(下文中GtL组分)，或由类似费_托合成法(例如将气体、生物质或煤炭转化成液 体)获得的组分(下文中XtL组分)。费-托衍生的组分优选是GtL组分。一般而言，适合 的XtL组分可以是中间馏分燃料组分，例如选自本领域中已知的煤油、柴油和瓦斯油馏分； 此类组分可以属类上分类为合成加工燃料或合成加工油。优选地，用作粘度增加组分的XtL 组分是瓦斯油。油可以是矿物油或合成油，即矿物或合成来源的油，或它们的组合。它可以本身是 费_托衍生的，例如费_托衍生的基础油。矿物油合适地选自矿物润滑油和矿物加工油。矿物润滑油和加工油包括液体石油和/或是通过溶剂精炼、酸处理或(剧烈)加 氢处理(例如加氢裂化或加氢精制)制备的，并且可以是通过溶剂或催化过程脱蜡的。矿 物润滑油由Shell公司以品名〃 HVI 〃或〃 MVIN"销售。合成油可以选自任何合成润滑油，即合成来源的润滑油。合成润滑油是已知的或 可商购的并且包括通过蜡的加氢异构化制造的类型，例如由Shell公司以品名Shell XHVI 销售的那些；和Cich5ci烃聚合物和互聚物的混合物，例如α -烯烃和常规酯的液体聚合物和 互聚物，例如多元醇酯。优选地，合成润滑油选自α-烯烃低聚物，例如辛烯-1/癸烯-1 共聚物；二羧酸酯，例如二-2-乙基己基癸二酸酯；受阻酯油，例如三羟甲基丙烷辛酸酯和季戊四醇己酸酯；及其它各种合成油，例如聚二醇油，硅酮油，聚苯醚油，卤化烃油和烷基苯 油。粘度增加组分可以是粘度比已经用于柴油燃料组合物中时的粘度高的标准柴油 燃料组分(不论石油衍生还是费_托衍生)。粘度增加组分可以是植物油，例如牛油、菜籽油、棕榈油或大豆油。粘度增加组分可以是脂肪酸烷基酯(FAAE)，例如脂肪酸甲基酯(FAME)。此类组 分已经称为可再生柴油燃料(所谓的"生物柴油"燃料)。它们含有长链羧酸分子(一般 10-22个碳原子长)，各自具有附着到一端的醇分子。有机衍生的油例如植物油(包括再循 环植物油)和动物脂肪可以经历与醇(通常C1-Cji)的酯交换过程而形成相应的脂肪酯， 通常被单烷基化。这种过程(其合适地是酸或碱催化的例如用KOH碱催化的)通过将所述 油的脂肪酸组分与它们的甘油主链分离将包含在所述油中的三甘油酯转化成脂肪酸酯和 游离甘油。FAAE可以是任何烷基化脂肪酸或脂肪酸的混合物。其脂肪酸组分优选由生物源， 更优选植物源获得。它们可以是饱和或不饱和的；如果是后一种情况，则它们可以具有一 个或多个双键。它们可以是支化或非支化的。合适地，它们除了酸基-CO2H之外还将具有 10-30，更合适地10-22或12-22个碳原子。FAAE通常将包含不同链长度的不同脂肪酸酯 的混合物，这取决于其来源。例如，可通常获得的菜籽油含有棕榈酸(C16)、硬脂酸(C18)、油 酸、亚油酸和亚麻酸(C18，分别含一个、两个和三个不饱和碳-碳键)和有时还有芥酸(C22) 的混合物，它们中，油酸和亚油酸占主要部分。大豆油含有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和 亚麻酸的混合物。棕榈油一般含有棕榈酸、硬脂酸和亚油酸组分的混合物。用于本发明的FAAE优选由天然脂肪油获得，例如植物油例如菜籽油、大豆油、椰 子油、向日葵油、棕榈油、花生油、亚麻子油、亚麻荠油(camelina oil)、红花油、巴巴苏油、 牛油或米糠油。它可以尤其是菜籽油、大豆油、椰子油或棕榈油的烷基酯(合适地，甲基 酯)。FAAE优选是C1-C5烷基酯，更优选甲基、乙基或丙基(合适地异丙基)酯，仍更优 选甲基或乙基酯，尤其是甲基酯。例如，它可以选自菜籽甲基酯(RME，亦称菜油甲基酯或油菜甲基酯)，大豆甲基酯 (SME，亦称大豆甲基酯)，棕榈油甲基酯(POME)，椰子甲基酯(CME)和相应的乙基酯，以及它 们的混合物。它可以选自菜籽甲基酯、大豆甲基酯、棕榈油甲基酯和相应的乙基酯，以及它 们的混合物。一般而言，它可以是天然或合成、精炼或未精炼的(“原油")。在一些情况 下，更高粘度的乙基酯可能是优选的。一般而言，FAAE遵循用作柴油燃料的脂肪酸甲基酯的欧洲规格EN14214可能是优 选的。优选地，粘度增加组分具有2-500mm2/S (厘沱)，优选3. 5-500mm2/s (厘沱)，更优 选 10-200mm2/s (厘沱)，仍更优选 8 或 10 或 20 至 100mm2/s (厘沱)的 VK 40 (ASTM D-445)。中等高粘度的组分可能例如具有3. 5-45mm2/s (厘沱)或6-45mm2/S (厘沱)，例如 12-40mm2/s (厘沱)或15-35mm2/s (厘沱)的VK 40。高粘度组分可能具有45-200mm2/s (厘 沱)的VK 40。其它粘度增加组分可能具有3. 5-6mm2/s (厘沱)或3. 5-5. 5mm2/s (厘沱)的 VK 40。
尤其适合的费_托衍生的(XtL)粘度增加组分(其可以是下面所限定的燃料或油 组分)可以具有例如 3-200mm2/s (厘沱)的 VK 40 (ASTMD-445)，和 / 或 0. 76-0. 83g/cm3 的 在15°C下的密度(ASTM D-4052)。高粘度合成费-托衍生油可以尤其用作粘度增加组分。用作粘度增加组分的尤其适合的矿物加工或润滑油是矿物白油，或是具有例如 18-22mm2/s (厘沱)的VK 40和/或0. 845-0. 855g/cm3的在15 °C的密度的油例如HVI 55。或者，这种油可以是加工油例如Gravex 925 (得自Shell)，其可以具有例如30-34mm2/ s(厘沱)的VK 40，和/或0.88-0.9化/(^3的在151时的密度。或者，这种油可以是沸点 在315-400°C的范围中的剧烈加氢处理的油例如Ondina (得自Shell)，其可以具有例如， 14-16mm2/s (厘沱)的 VK 40 和 / 或 0. 845-0. 86g/cm3 的在 15°C 的密度。用作粘度增加组分的尤其适合的合成润滑油是通过蜡的加氢异构化获得的加氢 异构化松弛蜡，例如由Shell公司以品名ShellXHVI销售的加氢异构化松弛蜡。粘度增加组分在15 °C时的密度(ASTM D-4502)可以为0. 750-0· 980g/cm3，例 如 0. 750-0. 850g/cm3 或 0. 770-0. 820g/cm3。有时它可以具有 0. 800-0. 950g/cm3,更优选 0. 820-0. 915g/cm3 的在 15°C时的密度。粘度增加组分可以具有任何性质的规格例如硫含量和十六烷指数，这取决于它用 于柴油燃料组合物时的浓度和总体组合物所要求的性能。例如，在某些情况下可能的是，适 合的粘度增加组分具有高达lOOOOppmw的高硫含量，但是按低水平使用以致它引起的硫含 量增加仍使总体柴油燃料组合物在所需规格例如EN-590内。因此，粘度增加组分可以含有任何水平的硫，例如高达lOOOOppmw。它可以是可 以按任何所需量例如超过25% v/v，或30-70% ν/ν用于燃料组合物的低硫或中等高硫组 分，或它可以是可以按小于35% ν/ν，例如3-30% ν/ν的量使用的高硫组分。它可以含有 5000-10000ppmw硫，或2000_5000ppmw，或1000_2000ppmw。它可以是低硫或超低硫或无硫 组分，例如含有至多lOOOppmw，例如至多500ppmw，优选至多350ppmw，最优选至多100或50 或甚至IOppmw硫。粘度增加组分可以具有一种或多种有利的性能。例如，它能够提高柴油燃料组合 物的十六烷值，和/或改善其冷流性能，和/或降低该组合物燃烧时产生的排放物的水平。 例如，它可以包含十六烷值比该组合物的其余部分高的石蜡油。粘度增加组分可以本身是加添加剂的，如本领域中已知的那样或如下面连同总体 燃料组合物描述的那样。在根据本发明制备的柴油燃料组合物中，粘度增加组分合适地按2% ν/ν或更大， 优选3% ν/ν或更大，更优选4或5或有时10或15或20或25或30% ν/ν或更大的浓度 使用。它可以按至多95% ν/ν，优选至多90或80% ν/ν，例如5或10到90% ν/ν的浓度使 用。这些浓度基于总体燃料组合物的体积。当两种或更多种粘度增加组分的组合用在组合 物中时，相同的浓度范围可以适用于这种总体组合。所使用的粘度增加组分的浓度将取决于总体燃料组合物的所需粘度以及粘度增 加组分和组合物其余部分间的粘度差异。例如，粘度增加组分可以是中等高粘度的组分，其 可以按超过25 % ν/ν,例如30-70 % ν/ν的量使用，或者它可以是高粘度组分，其可以按小于 35% ν/ν，例如3-30% ν/ν的量使用。根据本发明制备的柴油燃料组合物中的粘度增加组分、其它柴油燃料组分和任何其它组分或添加剂的相对比例还可以取决于其它所需性能例如密度、排放性能和十六烷 值，尤其是密度。具体来说，根据本发明制备的柴油燃料组合物可以按体积含有a)90_95%柴油燃料和5-10%为高度精炼矿物加工油或矿物润滑油的粘度增加组 分；或b) 5-50%柴油燃料和50-95%为XtL组分的粘度增加组分；或c)2_50%柴油燃料和50-98%粘度增加组分，后者是15_40%高度精炼矿物加工 油或矿物润滑油和40-85% XtL组分的混合物。根据本发明，对于上述目的可以将两种或更多种粘度增加组分用于柴油燃料组合 物。根据本发明制备的燃料组合物可以含有或可以不含有添加剂，所述添加剂通常将 与包含在组合物中的柴油燃料组分一起引入。因此，组合物可以含有小比例(优选
或更少，更优选0. 5% w/w(5000ppmw)或更少，最优选0. 2% w/w (2000ppmw)或更少)的一 种或多种柴油燃料添加剂。一般而言，在本发明的范围中，任何燃料组分或燃料组合物可以是被加添加剂的 (含添加剂)或未加添加剂的(无添加剂)。这些添加剂可以在燃料组分或组合物的制备 期间的各阶段添加；在精炼厂添加到基础燃料中的那些添加剂例如可能选自抗静电剂、管 道减阻剂、流动改进剂(例如乙烯/乙酸乙烯酯共聚物或丙烯酸酯/马来酸酐共聚物)、润 滑性提高剂、抗氧化剂和蜡防沉降剂。其它添加剂可以在精炼厂的下游添加，粘度增加组分 也可以这样。根据本发明制备的燃料组合物可以例如包括清净剂，清净剂是指可以用于除去， 和/或防止发动机，尤其是燃料注射系统例如喷射嘴中的燃烧相关沉积物的积聚的试剂 (合适地，表面活性剂)。此类材料有时称为分散添加剂。当燃料组合物包括清洁剂时，优选的浓度基于总燃料组合物在20-500ppmw活性 物清净剂，更优选40-500ppmw，最优选40_300ppmw或100_300ppmw或150_300ppmw的范围内。适合的清净剂添加剂的实例包括聚烯烃取代的琥珀酰亚胺或多元胺的琥珀酰胺， 例如聚异丁烯琥珀酰亚胺或聚异丁烯胺琥珀酰胺；脂族胺；曼尼希碱或胺和聚烯烃(例如 聚异丁烯)马来酸酐。琥珀酰亚胺分散剂添加剂例如描述在GB-A-960493、EP-A-0147240、 EP-A-0482253、EP-A-0613938、EP-A-0557516 和 W0-A-98/42808 中。尤其优选的是聚烯烃 取代的琥珀酰亚胺。含清净剂的柴油燃料添加剂是已知的并且可商购。可以引入(例如与清净剂结合地引入)燃料添加剂的其它组分包括润滑性提高 剂，脂肪酸甲基酯(FAME)和酰胺基添加剂；去雾剂，例如烷氧基化苯酚甲醛聚合物；消泡剂 (例如聚醚改性聚硅氧烷)；点火改进剂(十六烷值改进剂)(例如硝酸2-乙基己酯(EHN)、 硝酸环己酯、过氧化二叔丁基和US-A-4208190第2栏第27行至第3栏第21行公开的那 些)；防锈剂(例如四丙烯基琥珀酸的丙烷-1，2-二醇半酯，或琥珀酸衍生物的多元醇酯， 所述琥珀酸衍生物在至少一个α “碳原子上具有含20-500个碳原子的未取代或取代的脂 族烃基，例如聚异丁烯取代的琥珀酸的季戊四醇二酯)；防腐剂；除臭剂；抗磨添加剂；抗氧化剂(例如酚类化合物例如2，6-二-叔丁基苯酚，或苯二胺例如N，N' -二-仲丁基-对 苯二胺)；金属钝化剂；燃烧改进剂；静电耗散剂；流动改进剂和蜡防沉降剂。除非另有说明，总体燃料组合物中的每种这样的附加组分的(活性物)浓度优选 至多 1 % w/w (1 OOOOppmw)，更优选 0. 1 或 1 或 2 或 5ppmw 至 lOOOppmw，有利地 75_300ppmw， 例如95-150ppmw。(除非另有说明，本说明书中引用的所有添加剂浓度是指按质量计的活 性物浓度)。尤其优选，将润滑性提高剂包括在燃料组合物中，特别是当它具有低(例如 500ppmw或更低)硫含量时。润滑性提高剂适宜地按至多lOOOppmw，优选至多500或300 或200ppmw的浓度存在，基于总体燃料组合物。适合的可商购润滑性提高剂包括酯和酸基 添加剂。当作为润滑性提高剂存在时，脂肪酸甲基酯(FAME)可以按0.5-2% w/w存在。燃料组合物中的任何去雾剂的(活性物)浓度优选将在0. 1或lppmw-20ppmw， 更优选l-15ppmw，更加优选Ι-lOppmw，有利地l-5ppmw的范围内。存在的任何点火改进剂 的(活性物)浓度优选将是2600，2000或lOOOppmw或更低，更优选600ppmw或更低，例如 300-1500ppmw 或 300_500ppmw。如果需要的话，可以将一种或多种添加剂组分，例如上列的那些在添加剂浓缩物 中共混合(优选与适合的稀释剂一起)，并且然后可以将这种添加剂浓缩物分散到柴油基 础燃料中以制备燃料组合物。例如，柴油燃料添加剂可以含有清净剂，任选地连同上述的其它组分，和柴油燃 料相容的稀释剂，例如非极性烃溶剂例如甲苯、二甲苯、白色溶剂油和Shell公司以商 标〃 SHELLS0L"销售的那些，和/或极性溶剂例如酯或尤其是醇，例如己醇、2-乙基己醇、 癸醇、异十三烷醇和醇混合物，最优选2-乙基己醇。根据本发明，可以将粘度增加组分引入 此种添加剂配方。燃料组合物中的总添加剂含量可以合适地为50-10000ppmw，优选小于5000ppmw。如上所讨论，还发现，有时增加柴油燃料组合物的密度以及粘度可以实现涡轮增 压式柴油发动机的改善的加速性能，尤其是在低发动机转速下。因此，在本发明的一个实施 方案中，可以同时将粘度增加组分和密度增加组分用于柴油燃料组合物以便改善涡轮增压 式柴油发动机或由这种发动机驱动的车辆的低速加速性能，和/或用于上面连同本发明第 一个方面描述的任何目的。例如，密度增加组分可以选自高密度柴油燃料组分，油例如上面描述用作粘度增 加组分的那些，和高密度精炼厂料流。"高密度"柴油燃料组分通常可能具有0.835-1. 2g/ cm3的在15°C下的密度(ASTMD-4052)，而〃高密度〃精炼厂料流通常可能具有0. 83-0. 9g/ cm3的在15°C下的密度(ASTM D-4052)。用作密度增加组分的油可以是植物油例如牛油。一般地说，密度增加组分可以具有0. 83g/cm3或更大，例如0. 83-1. 2g/cm3的在 15°C下的密度(ASTM D-4052)。根据本发明，密度增加组分可以按5-80% ν/ν的浓度用于柴油燃料组合物。根据本发明制备的燃料组合物因此优选具有较高密度，例如在15°C下0. 830g/cm3 或更大(ASTM D-4052)，优选0. 832g/cm3或更大，例如0. 832-0. 860g/cm3。合适地，其密度 在15°C下将最高是0. 845g/cm3，这是当前EN-590柴油燃料规格的上限。根据本发明，对于上述目的可以将两种或更多种密度增加组分用于柴油燃料组合物。根据本发明制备的燃料组合物合适地还具有高卡值。如同高密度，这可以帮助增 加燃料的能量含量并因此改善以这种燃料运转的柴油发动机的性能。优选，根据本发明 制备的燃料组合物具有36MJ/kg或更大，例如40或42或42. 5MJ/kg或更大的卡值(ASTM D-240)。所述组合物可以含有一种或多种燃料组分，或其它适合的成分，以达到所需的总卡 值。例如，它可以含有一种或多种费-托衍生的"BtL"(生物物质至液体)燃料组分。一般地说，因此，根据本发明制备的燃料组合物优选经配制以致增加以这种组合 物运转的发动机的排出能量。因此，所述组合物合适地具有高体积能量含量(高密度和/ 或高卡值)以及高粘度。根据本发明的第二个方面，提供了较高粘度柴油燃料组合物的用途，以便提高，即 改善其中导入了或将导入这种燃料组合物的涡轮增压式柴油发动机或由此种发动机驱动 的车辆在低发动机转速下的加速性能和/或用于上面连同本发明第一个方面描述的任一 个或多个目的。“高粘度"可以与其它方面类似的柴油燃料组合物在根据本发明实现可以用粘 度增加组分改善低速加速性能之前，和/或在将粘度增加组分导入所述组合物中之前的粘 度相比较。它可以与预计(例如市面)用于涡轮增压式柴油发动机的其它方面类似的柴油 燃料组合物(在向其中添加粘度增加组分之前)的粘度相比较。它可以与预计用于相同市 场的市售柴油燃料组合物的平均粘度(例如通过检验例如SGSWorldwide Diesel Survey 测定的平均粘度)相比较。因此，本发明的第二方面通常将包括有意地将柴油燃料组合物 配制到比之前或比常规柴油燃料组合物具有更高粘度。燃料组合物的粘度可以在上述范围中。它可以例如具有2. 7mm2/S (厘沱)或更大， 例如3或3. 2或3. 5或3. 8或4mm2/s (厘沱)或更大的VK 40 (ASTM D-445)。所述燃料组合物也可以具有高密度，例如与其它方面类似的柴油燃料组合物在根 据本发明实现可以用密度增加组分与粘度增加组分一起改善低速加速性能之前，和/或在 将密度增加组分导入所述组合物中之前的密度相比较。它可以与预计(例如市面)用于涡 轮增压式柴油发动机的其它方面类似的柴油燃料组合物(在向其中添加密度增加组分之 前)的密度相比较。燃料组合物的密度可以在上述范围中，例如在15°C下0.830g/cm3或更大(ASTM D-4052)，合适地 0. 833 或 0. 840g/cm3 或更大。在本发明的第二个方面的范围中，柴油燃料组合物的"应用"是指将该组合物导 入其性能待改善的涡轮增压式柴油发动机中，和/或导入由此种发动机驱动的车辆的燃料 箱中。该应用通常将包括将燃料组合物导入发动机的燃烧室中。它通常将包括以该燃料组 合物运转该发动机。本发明的第三个方面提供柴油燃料组合物，例如根据第一个方面的组合物的制备 方法，该方法包括将粘度增加组分与一种或多种柴油燃料组分，任选地与一种或多种柴油 添加剂和任选地还有密度增加组分共混。可以进行这种共混用于上面连同本发明的第一和 第二方面描述的一个或多个目的。根据第四个方面，本发明提供涡轮增压式柴油发动机，和/或由此种发动机驱动 的车辆的操作方法，该方法包括为了本发明的第一至第三个方面中任一个规定的目的将含粘度增加组分的柴油燃料组合物导入该发动机。可以进行这种方法以便实现该发动机的 改善的低速加速性能，和/或用于上面连同本发明第一个方面描述的任一个或多个其它目 的。在本说明书的所有描述和权利要求中，术语"包含(comprise)“和"含有 (contain)“和它们的变型，例如〃包含(comprising)“和〃包含(comprises)“均是 指"包括但不限于"，并不排除其它部分、添加剂、组分、整体或步骤。在本说明书的所有描述和权利要求中，除非另有要求，单数形式包括复数形式。特 别地，当使用不定冠词时，应理解其含义包括复数形式以及单数形式，除非文中另有要求。本发明各方面的优选特征可以如针对任意其它方面所述。根据下列实施例本发明的其它特征将显而易见。一般而言，本发明涵盖本说明书 (包括任意所附权利要求和附图
)中公开的特征的任意新特征或任意新组合。因此，应理解 除非与之不相匹配，针对本发明的具体方面、实施方案或实施例所述的特征、整体、特性、化 合物、化学部分或基团均可用于本文所述的任意其它方面、实施方案或实施例。此外，除非另有说明，本文公开的任意特征可以用实现相同或相似目的的替代特 征进行替代。
具体实施例方式下列实施例举例说明了本发明制备的柴油燃料组合物的性能，并评价了它们对涡 轮增压式柴油发动机的性能的影响。实施例1这些实验研究在发动机转速范围内燃料粘度和密度对涡轮增压式柴油发动机的 加速性能的影响，从而证实本发明可如何用来改善低速性能。试验了三种柴油燃料组合物。燃料A经配制具有EN-590标准所要求的最小粘度 和密度(分别是在40°C下2. OmmVs (厘沱)和在15°C下0. 820g/cm3)。燃料B经配制具有 最小EN-590密度，但是具有最大EN-590粘度(在40°C下4. 5mm2/s (厘沱))。燃料C具有 最大EN-590密度(在15°C下0. 845g/cm3)和粘度。因此，虽然燃料A和C代表在它们粘度 和密度方面的两个极端，但是试验燃料B以去偶合(de-couple)粘度和密度的影响。为了达到这些规格，如下配制这三种燃料燃料A 与25. 8升XHVI 5. 2 (超高粘度指数基础油，得自Shell ；密度=0. 81g/ cm3 ；VK 40 通常=4. 8mm2/s (厘沱))、13· 0 升 ShellSolA (得自 Shell ；密度通常=0. 875g/cm3 ;VK 40 = 0. 76mm2/s (厘沱))和 16. 4g Paradyne 655润滑性添加剂(得自Paramins)共混的41. 2升Swedish 1级柴油基础燃料 (得自 Shell ；密度=0. 811g/cm3 ； VK 40 = 1. 95mm2/s (厘沱))。燃料B 与 29. 1 升 XHVI 5. 2、4. 7 升 Ondina EL(得自 Shell ；密度=0. 85g/cm3 ； VK 40 = 15. 5mm2/s (厘沱))、4. 4升无硫柴油基础燃料(得自Shell ；密度=0. 839g/cm3 ；VK 40 = 2.92mm7s (厘沱))、4.2 升 Jet Al (煤油喷气燃料，得自 Shell ；密度=0. 797g/cm3 ； VK 40 = 1. llmm2/s (厘沱))和 16. 4g Paradyne 655 共混的 37. 6 升 HVI 115 (矿物衍生的 高粘度指数基础油，得自Shell ；密度通常=0. 875g/cm3 ；VK 40通常=3. 4mm2/s (厘沱))。燃料C 与 12. 7 升 Risella EL (矿物油，得自 Shell ；密度=0. 822g/cm3 ;VK 40 =13. 6mm2/s (厘沱))、4· 1 升 Ondina EL 和 16. 4gParadyne 655 共混的 63. 2 升用于燃料 B 的 无硫柴油基础燃料。这三种燃料的性能概括在下表1中。表 1 *重复测量两种车辆用于这种试验，以证实本发明在不同类型的涡轮增压压缩点火(柴油) 发动机中的应用和与不同发动机管理系统(EMS)的联用。这两种车辆的关键性能概括在下 表2中。
表2 车辆装配程序如下。在试验之前，安全检测所有试验车辆。都装备有燃料管线以 能从外部源加燃料和能实现更容易的燃料改变。作为车辆选择过程的一部分，作出检测以确保填充空气压力、注射体积、共轨压 力、注射计时和发动机转速都能使用机载诊断(OBD)工具从发动机管理系统(EMS)记录。在Vauxhal 1 Vectra 的情况下，可使用制造商的EMS工具(Tech-II)获得所有 EMS参数。在T0y0taTMAVenSiSTM的情况下，尽管所有参数是可获得的，但是在任一时刻仅能 记录四个以获得足够的记录分辨率，这些参数是使用制造商的EMS工具(Toyota/Denso 智 能试验机)记录的。由于这种更有限的EMS记录能力，必须对Toyota 发动机的试验程序 作出某些改变；具体来说，一式两份地进行功率运行以允许在第二次运行期间记录注射计 时。每种车辆的发动机试验程序如下。驱动车辆至所选的起始速度并置于所需档位 (gear)。然后应用油门全开(WOT)并运转8分钟的稳定期。这种稳定允许使用便携式功率 计获得辊子速度的控制，因为低速闸的细微初始过调在应用WOT时发生，这归因于该功率 计上的突然的车辆负荷。在该稳定期之后，开始程序的测量部分。功率曲线测量需要在恒定加速速率下在 固定时间(18秒)内从低速设定点(40km/h，匹配低的典型发动机转速)到高速度设定点 (140km/h，匹配高的典型发动机转速)驱动功率计。在该试验期间，保持车辆的加速踏板在 100%并且该功率计吸收当车辆加速经过发动机转速范围时由该车辆产生的功率。在整个 功率曲线中以高采集率( 50Hz)记录辊子处的功率。设计试验序列以在一天内在每一车辆中试验每种燃料四次。这每天产生在中间自 然中断的随机十二燃料矩阵(matrix)每天试验顺序=AB C B C A-C A B A B C。使用这种燃料试验序列，遵循下表3中的规程完成试验。
在18秒加速期间获得的结果示于下表4-9中。它们中-表4和5分别示出了Toyota 和Vauxhall 发动机的发动机功率输出和扭矩如 何随发动机转速变化，在每种情况下对于三种燃料A、B和C。-表6和7分别示出了Toyota 和Vauxhall 动机的填充空气压力(增压)如何 随发动机转速变化，同样在每种情况下对于燃料A、B和C。-表8和9分别示出了Toyota 和Vauxhall 发动机的燃料注射体积/量如何随 发动机转速变化，在每种情况下对于燃料A、B和C。表 4 表5 表6 表8 表9 应指出，使用合适的OEM(原始设备制造商)OBD通讯工具记录EMS数据。因此，所 使用的传感器的精度和因此测量的可靠性是未知的。具体来说，注射体积由注射脉冲宽度、 所计算的注射器流速和假定的燃料性能推定；因此，它们不能用来量化注射量，但是可以帮 助识别燃料注射体积的方向性趋势。还应指出，用来查询Vauxhal 1 发动机的EMS的Tech II工具在所有试验轮次期 间受困于意外停机期，尽管其有较高记录率( 20Hz)。因此，虽然对于Toyota 试验，平 均数据值是从对每种燃料完成的所有试验轮次产生的，但是对于所有完成的试验轮次提供 Vauxhall 数据以致给出EMS行为的最佳可见指示，因为将不完全数据组平均化可能证明 是误导的。表4-9中的数据示出了发动机性能的依赖于燃料类型的清晰差异。在功率测量方 面，例如，与更常规燃料A相比，两种更高粘度的燃料B和C的性能利益在整个加速期是明 显的。这种利益在较低发动机转速下是尤其显著的，其中当以燃料B和C运转时与当使用 燃料A时相比，可以看出发动机在更低发动机转速下达到它们的最大输出功率(和扭矩)。相对于较低粘度燃料A，采用燃料B和C时的填充空气压力优点也是明显的。对 于Toyota 发动机，这种优点存在于整个功率曲线期间，而对于Vauxhall ，一旦填充空气 调节开始(即在较高发动机转速下)，压力差异就似乎损失。然而，对于两种发动机，当使用 两种较高粘度燃料时，压力中的初始峰在较低发动机转速下出现。当使用燃料B和C时，与A相比，注射体积增加也是明显的，这种增加对于Toyota 发动机存在于整个发动机转速范围内和对于Vauxhall 直至填充空气调节开始。这两种较高粘度燃料中，较高密度燃料C通常似乎提供更大性能优点，尤其是在 低速时。对于试验的两种发动机，观察到相同效果，尽管发动机构造不同，并且涉及不同类型的发动机管理系统。为了量化这些性能利益，可以将功率曲线分裂成两个相异部分。首先，低速范围定 义为从功率曲线的开始的点至填充空气压力调节变得明显时的点。调节点可以定义为增压 停止增加时的第一点。从上述试验期间产生的数据组合的升压轮廓线显示当使用低粘度、 低密度燃料A时比当使用燃料B和C时空气压力调节晚出现(即在更高发动机转速下出 现)。第二高速度范围定义为升压调节的开始点至功率曲线的末端。使用这种组合数据，对于两种试验车辆和每种燃料，因此限定了低和高速度范围 以帮助后续数据分析。这些范围对于Toyota 和Vauxhall 发动机分别示于表10和11中。表10 表11 使用如上所述组合的数据，然后为这三种试验燃料测定在所述两个速度范围中的 每一个内的每种发动机的平均功率发展。结果示于下表12-15中，其中，表12含有Toyota 发动机的低速功率数据，表13含有Toyota 发动机的高速度功率数据，表14和15分别含 有Vauxhall 发动机的低和高速数据。表12
表 13 表 15 *(轮次4B没有包括在分析中，这归因于EMS在试验期间进入更新(regeneration) 事件)。表12和14示出了当使用燃料B和C时在低速范围中的功率发展方面的清晰优点， 尽管两种燃料A和B有由个体试验轮次间的分散产生的大误差线(error bar) 0如表13和15所示，在高速度范围中，燃料B和C也提供功率发展方面的优点。在 高速度区段期间的利益幅度稍微大于功率曲线的低速区域中的利益幅度。在上述试验期间记录的其它数据显示(a)对于所有三种燃料，在整个速度范围内 广泛相似的平均共轨压力分布和(b)这三种试验燃料间的注射计时没有差异。值得注意的是，上述试验中，在整个发动机转速范围内，采用Toyota 发动机时比 采用Vauxhall 发动机观察到更大性能利益。在较低速度范围中，用较高密度和粘度燃料 提供的更高排出能量导致增加的涡轮增压器速度和因此两种车辆中的更高的填充空气压力。EMS识别这种优点并且注射燃料量增力卩。因此，在更低发动机转速下达到峰值扭矩。在较 高速度范围中，通过VGT(可变几何结构涡轮)的合适调节通过Bosch EMS控制Vauxhal 1 中的填充空气压力，以消除燃料间的升压差异。这又消除较低速度范围中看出的压力差异。 类似地，对于Vauxhall 发动机，在较高速度范围中也消除了注射燃料量方面的优点。在 Toyota 发动机中，相对照而言，在整个高速度以及低速范围中用较高密度和/或粘度燃料 维持了较高填充空气压力。因此，在整个范围中也维持了较高注射燃料量，并且这种轿车的 所得的平均功率利益比Vauxhall 大。考虑到现代EMS系统的复杂水平，然而，响应于燃料性能的改变看出加速性能方 面如此重大的利益是令人意外的。还令人意外的是，至少在较低发动机转速范围中，对于不 同类型和构造的发动机，尤其是发动机管理系统，观察到该利益。这些试验中证实的性能利益使用中很可能表现为更快的满负荷加速。换言之，发 动机驾驶员应该在满负荷加速下意识到所谓的"拉动"利益。具体来说，在较高密度燃料 的情况下，这种效果由于较高的注射质量而很可能在整个发动机转速范围中是显著的，但 是这种效果很可能在较低发动机转速和尤其是在大约峰值扭矩值(通常大约2000rpm)下 强化，利用本发明更迅速地且在较低发动机转速下达到峰值扭矩。如上所讨论，据信基于本发明的效果可以归因于以下机理。较高粘度，合适地还有 较高密度的燃料将导致注射燃料质量的增加，这又导致排出能量的增加。这种能量将被涡 轮增压器利用，该涡轮增压器然后将在较低发动机转速下传递较高填充空气压力。填充空 气压力增加将被EMS识别，该EMS将增加注射燃料体积(经由脉冲宽度)以致使用额外的 填充空气，从而进一步增加功率。结果是，由于提高的涡轮增压器性能，可以在较低发动机 转速下达到峰值发动机扭矩。与上述那些相似的效果，即由于增加的燃料粘度而引起的低速加速性能方面的改 善也在基于其它涡轮增压式柴油发动机的试验中观察到，包括下面实施例2和3中描述的 那些。可以使用基于平均功率数据的线性回归分析将燃料B和C相对于A在功率方面明 显的利益与燃料密度和粘度相关联。这种分析的综述如下。首先就Toyota 发动机而言，只看高速度范围的数据(因为在这里性能不太易 变)，下表16示出了分析中使用的数据。表16 Toyota 高速度范围功率数据的线性回归分析给出下表17所示的结果。表17 这在87. 的置信水平(P = 0. 129)下给出与20. 05的密度相关的回归系数，以 及在99.9%的置信水平(P = O. 001)下给出与0. 675的粘度相关的回归系数。这种分析表 明显著的功率利益(95%置信度)来自增加燃料粘度。为了量化常数项中的系数，燃料粘度增加lmm2/s (厘沱)在试验的Toyota 发动 机中将导致大约0. 68kff的功率增加。燃料密度增加10kg/m3(0. 010g/cm3)将导致功率增加 0.20kW。至于Vauxhall 发动机，同样只看高速度范围的数据，下表18示出了分析中使用 的数据。表18 *(轮次B4取作试验B1、B2和B3的平均值，因为需要真实值以完成回归分析。对 于试验B4事实上没有记录真实值，因为EMS在试验期间进入更新事件。)Vauxhal 1 高速度功率数据的线性回归分析给出表19所示的结果。表 19 这在91. 8%的置信水平(P = 0. 082)下给出与17. 60的密度相关的回归系数，以 及在99. 9%的置信水平(P = 0.001)下给出与0.505的粘度相关的回归系数。同样，这种 分析表明显著的功率利益(95%置信度)来自粘度增加。为了量化常数项中的系数，燃料粘度增加lmm2/S(厘沱)在Vauxhal 1 发动机中将 导致大约0. 51kW的功率增加。燃料密度增加10kg/m3(0. 010g/cm3)将导致功率增加0. 18kW。由于车辆对燃料粘度和密度的响应的相似性，对两种车辆进行组合的回归分析是 适合的。这导致0.60KW/(mm2/s) (kW/厘沱)的粘度和19kW/(g/cm3)的密度回归系数。这 两种系数在远远超过95%置信度下是显著的。实施例2对装备有涡轮增压组合式注射器柴油发动机和Bosch EMS的Audi 轿车进行与实施例1的那些相似的实验。试验两种柴油燃料组合物，燃料D具有处于EN-590柴油燃料规格下限的粘度 和密度(分别是在 40°C 下 2. 0mm2/s (厘沱)(ASTM D-445)和在 15°C下 0. 821g/cm3(ASTM D-4052))，燃料E具有处于该规格上限的粘度和密度(分别是在40°C下4. 0mm2/S (厘沱) 和在15°C下0. 845g/cm3)。这些组合物经如下配制。燃料D 与 193. 8 升 XHVI 5. 2,97. 4 升 Shell Sol A(得自 Shell)和 123. 2g Paradyne 655共混的308. 8升Swedish 1级柴油基础燃料(得自Shell ；密度=0. 811g/ cm3 ； VK 40 = 1. 95mm2/s (厘沱))。燃料Ε:与169. 8升XHVI 5. 2、19. 6升费-托衍生(GtL)的柴油燃料(得自Shell ； 密度=0. 7846g/cm3 ；VK 40 = 3. 497mm2/s (厘沱))、225· 8 升 HVI 115,25. 0 升 Ondina EL(得自Shell)和126. 3gParadyne 655共混的159. 7升无硫柴油基础燃料(得自Shell ； 密度=0. 832g/cm3 ；VK 40 = 2. 86mm2/s (厘沱))。使用便携式底盘功率计测量加速性能，同时还测量在稳态满负荷条件下在2000、 2600和3300rpm下的功率。使用VAGC0M 软件(得自Volkswagen AG)记录发动机转速、 注射量、注射计时、空气质量流量、环境压力和增压(VAGC0M 品名测量块1、4和10)。结果示于下表20和21中，其中，表20示出了对于这两种燃料，注射燃料量和涡轮 增压如何随发动机转速变化，表21示出了发动机扭矩和功率如何随发动机转速变化。表 20 表21 同样，这些数据显示了从使用较高粘度、较高密度燃料E得到的清晰的性能利益， 两种燃料间的差异在较低发动机转速下尤其显著。当使用燃料E时，在较低发动机转速下 达到峰值扭矩和涡轮增压。当使用燃料E时，在低速范围内直至升压调节开始(与使用燃料 D (大约1950rpm)时相比，这在使用燃料E时在更低发动机转速(大约ISOOrpm)下出现)， 注射量也高得多。实施例3对其它涡轮增压的车辆进行与实施例1的那些相似的实验a)装备有旋转分布泵Bosch 注射系统的Volkswagen Passat 2. 5V6TDI，首先在 2004年注册；b)装备有共轨柴油发动机和Bosch EMS的GM Corsa 1. 3CDTi，首先在2005年 注册；和c)装备有共轨柴油发动机和Bosch EMS的BMW 320D SE,首先于2004年注册。使用两种试验燃料组合物。燃料F (低功率)具有1.473mm2/S (厘沱)的在40°C 下的粘度(ASTM D-445)、0. 8222g/cm3 的在 15°C 下的密度(ASTM D-4052)和 42. 73MJ/kg 的 较低发热值(ASTM D-240)。燃料G (高功率)具有4. 527mm2/S (厘沱)的在40°C下的粘度、 0. 8413g/cm3的在15°C下的密度和43. 07MJ/kg的较低发热值。这些组合物经如下配制。燃料F 与 435. 8 升煤油(得自 Shell ；密度=0. 799g/cm3 ；VK40 = 1. 14mm2/s (厘 沱))和 106. 3 升 Risella EL(矿物油，得自 Shell ；密度=0. 822g/cm3 ； VK 40 = 13. 6mm2/ s (厘沱))共混的 57. 9 升 ShellSolTMA0燃料G 与21. 5升XHVI 5. 2、126. 8升高沸点柴油基础燃料(得自Shell ；密度= 0. 835g/cm3 ；VK 40 = 4. 01mm2/s (厘沱))和 285. 8 升 Risella EL 共混的 166. 6 升无气味 煤油(得自 Shell ；密度=0. 788g/cm3 ； VK 40 1. lmm2/s (厘沱))。下表22示出了，对于每种试验的车辆，与使用燃料F相比，当使用燃料G时的百分 率功率利益和百分率增压增加。
表 22 至于试验的其它发动机，发现较高粘度和密度燃料G在较低发动机转速下赋予加 速性能方面的显著改善。至于实施例1中试验的Vauxhair发动机，两种试验燃料间的性 能差异在较高发动机转速下总体上变得不太(即使有也不)显著。在较低发动机转速下，较高粘度和密度试验燃料导致比当使用较低粘度和密度燃 料时高的增压，和早的最大增压。对于BMW 发动机，例如，在大约1300rpm和1700rpm的发动机转速之间，两种试验 燃料间的发动机功率差异迅速地增大，在大约1700rpm下，高达大约3%或更大。这很可能 归因于从涡轮增压器的正反馈，该涡轮增压器的正反馈如上所述允许不受控制的增强。在 这种速度范围中，利用较高粘度和密度燃料G，增压也显著地(高达接近6% )较高。在较 高速度下，这些差异消失，因为增压变得更牢固地被EMS控制。在试验的所有发动机中观察 到相似的趋势。当使用一些其它车辆进行类似实验时，观察到相似的效果较高粘度和密度燃料 在较低发动机转速下引起加速性能方面的显著改善，至少直到当填充空气压力的EMS调节 开始时。试验的发动机包括涡轮增压EUI、共轨和旋转分布泵柴油发动机，具有Bosch 、 DelphiT\Denso 或 Fiat 发动机管理系统。试验车辆包括 V0lkSWagenTM、T0y0taTM、F0rdTM、 Renault 、GM 、Honda 、Mercedes 、BMW 、Fiat 、Peugeot 和 Audi 制造物。
权利要求
粘度增加组分在柴油燃料组合物中的用途，以便改善其中导入了或将导入这种燃料组合物的涡轮增压式柴油发动机或由此种发动机驱动的车辆在低发动机转速下的加速性能。
2.根据权利要求1的用途，该用途是为了降低当在低发动机转速下加速时涡轮增压器 达到其最高速度时的发动机转速，或减少涡轮增压器达到其最高速度所花费的时间。
3.根据权利要求1或2的用途，其中所述低发动机转速最高是2200rpm。
4.根据上述权利要求中任一项的用途，该用途是为了至少一定程度地减轻发动机由于 另一种起因而引起的加速性能恶化。
5.根据上述权利要求中任一项的用途，其中所述柴油燃料组合物在包括其中使用的粘 度增加组分时在40°C下的运动粘度(VK 40)是2.8mm2/S (厘沱)或更大。
6.根据上述权利要求中任一项的用途，其中所述粘度增加组分选自费-托衍生的燃料 组分、油、脂肪酸烷基酯和它们的组合。
7.根据权利要求6的用途，其中所述油是费-托衍生的油。
8.根据上述权利要求中任一项的用途，其中密度增加组分与所述粘度增加组分一起用 于所述柴油燃料组合物。
9.操作涡轮增压式柴油发动机，和/或由此种发动机驱动的车辆的方法，该方法包括 将含有用于上述权利要求中任一项所规定的目的的粘度增加组分的柴油燃料组合物导入 该发动机。
全文摘要
粘度增加组分在柴油燃料组合物中的用途，以改善其中导入了这种组合物的涡轮增压式柴油发动机在低发动机转速(例如最高2200rpm)下的加速性能。这种用途可以用于降低当在低发动机转速下加速时涡轮增压器达到其最高速度时的发动机转速，或减少涡轮增压器达到其最高速度所花费的时间。它可以减轻发动机由于另一种起因所引起的加速性能恶化。所得燃料组合物的VK 40合适地是2.8mm2/s(厘沱)或更大。所述粘度增加组分可以特别是费-托衍生的燃料组分、油或脂肪酸烷基酯。密度增加组分可以与所述粘度增加组分一起用于所述燃料组合物。
文档编号C10L1/02GK101932681SQ200880125888
公开日2010年12月29日 申请日期2008年12月19日 优先权日2007年12月28日
发明者I·R·巴特里, J·J·J·路易斯, R·G·威廉姆斯 申请人:国际壳牌研究有限公司