ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ВЯЗКОСТЬ КОМПОНЕНТА В ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новым областям применения определенного типа компонента дизельного топлива и к способам улучшения эксплуатационных характеристик дизельного двигателя с турбонаддувом.

Уровень техники

Многие транспортные средства с дизельным двигателем оборудованы турбонаддувом, что улучшает их выходную мощность за счет увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания. Обычно работа турбонаддува регулируется с помощью системы управления двигателем автомобиля.

Хотя часто можно улучшить характеристики менее сложных дизельных двигателей за счет оптимизации состава и/или свойств дизельного топлива, поступающего внутрь двигателя, для современных двигателей с турбонаддувом такие варианты улучшения характеристик за счет топливной композиции становятся более ограниченными, поскольку системы управления двигателем часто программируются с компенсацией изменений в потреблении топлива.

В документе WO-A-2005/054411 описано применение компонента, повышающего вязкость композиции дизельного топлива, с целью улучшения тягового усилия автомобиля (ТУА) и/или приемистости дизельного двигателя, в который подается эта композиция. В документе приведены примеры улучшения среднего времени ускорения при широко открытой дроссельной заслонке (ШОД), во всем диапазоне числа оборотов двигателя, приблизительно от 1300 об/мин и выше, и в испытании тягового усилия автомобиля в установившемся режиме, при постоянном числе оборотов двигателя 2000 об/мин и выше, для двигателей с турбонаддувом, а также без турбонаддува. Однако отсутствуют конкретные данные об улучшении приемистости при пониженном числе оборотов двигателя. К тому же именно при малых скоростях водитель мог бы наиболее вероятно заметить улучшение характеристики ускорения.

Было бы желательно иметь возможность дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик дизельного двигателя с турбонаддувом путем изменения состава и/или свойств дизельного топлива, поступающего внутрь двигателя, поскольку можно ожидать, что это обеспечит более простой, гибкий и экономически эффективный способ оптимизации эксплуатации, чем путем осуществления структурных или эксплуатационных изменений в самом двигателе.

Раскрытие изобретения

Согласно первому замыслу настоящего изобретения разработано применение компонента, повышающего вязкость, в композиции дизельного топлива для повышения, то есть улучшения приемистости, при низком числе оборотов дизельного двигателя с турбонаддувом, в который вводится (или будет введена) топливная композиция, или транспортного средства с таким двигателем.

Термин "дизельный двигатель" означает двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, который приспособлен для работы на дизельном топливе.

Термин "дизельный двигатель с турбонаддувом" означает дизельный двигатель, который эксплуатируется с турбонаддувом, обычно под контролем электронной системы управления двигателем.

Термин "приемистость" обычно включает в себя реагирование двигателя на открытие дроссельной заслонки, например, степень ускорения двигателя от любого заданного числа оборотов. Термин "малое число оборотов двигателя" обычно означает скорость до 2200 об/мин, в частности до 2000 об/мин, например, от 500 до 2200 об/мин или от 1200 до 2000 об/мин. "Малое число оборотов двигателя" может означать число оборотов двигателя ниже того уровня, при котором система управления двигателем, которая контролирует работу турбонаддува, начинает ограничивать форсированный режим, обеспечиваемый турбонаддувом, и/или регулировать давление воздуха в двигателе с наддувом.

Неожиданно было обнаружено, что даже под контролем системы управления двигателем, для топлив с повышенной вязкостью можно получить преимущества по характеристикам дизельного двигателя с турбонаддувом, и что эти преимущества существенно больше при малом числе оборотов двигателя (например, в рассмотренном выше диапазоне), чем при высоких скоростях. Это ни в коей мере нельзя было предвидеть из относящихся к более высоким скоростям данных документа WO-A-2005/054411, которые в случае данных ТУА были получены при фиксированных скоростях, а в случае времени ускорения при ШОД были усреднены по всему диапазону чисел оборотов двигателя вплоть до 3500 об/мин или выше. Преимущества этих характеристик, обеспечиваемые настоящим изобретением, могут влиять на скорость нарастания турбонаддува; наблюдается переходный режим при ускорении от пониженного диапазона скоростей, в то время как описанные в документе WO-A-2005/054411 исследования были направлены скорее на установившийся режим работы двигателя.

Кроме того, можно было бы ожидать, что топливо с повышенной вязкостью могло бы ухудшить характеристики дизельного двигателя, например, за счет отрицательного влияния на распыление введенного топлива, таким образом, снижается скорость испарения топлива, в свою очередь, это вызывает потери мощности, и/или рост потерь при нагнетании в оборудовании для инжекции топлива. Вместо этого было обнаружено, что выгоды от повышения вязкости дизельного топлива могут перекрывать любые такие потенциально отрицательные эффекты.

В ходе последующих исследований была выдвинута гипотеза, что повышенная вязкость топлива вызывает ускорение разгона двигателя с турбонаддувом, который таким образом, достигает максимума скорости при пониженном числе оборотов двигателя. В современном дизельном двигателе с турбонаддувом, увеличение скорости турбонаддува приводит к росту нагрузки и числа оборотов двигателя, пока не будет достигнут заданный максимум скорости турбонаддува. "Раннее" форсирование двигателя, с более быстрым нарастанием скорости турбонаддува при меньшем числе оборотов двигателя, в свою очередь, может вызвать отчетливое улучшение приемистости при меньшем числе оборотов двигателя, что воспринимается водителем как более быстрый "разгон" или реакция ускорения.

Кроме того, в изобретении обнаружено, что в некоторых случаях система управления двигателем (СУД) может усилить этот эффект. При ускорении с полной нагрузкой использование топлива с повышенной вязкостью приводит к увеличению количества инжектированного топлива, поэтому в выхлопных газах двигателя с турбонаддувом остается больше энергии. В свою очередь, это приводит к более высокому давлению воздуха, поступающего в двигатель, а, следовательно, к получению всасываемой смеси с повышенным содержанием воздуха. Вероятной реакцией системы управления двигателем на это будет впрыск большего количества топлива, таким образом, движение с турбонаддувом становится еще быстрее. Эта реакция положительной обратной связи прекращается, когда турбонаддув достигает максимальной скорости, и затем система управления двигателем производит регулировку, ограничивая турбонаддув и регулируя давление поступающего воздуха. Авторы полагают, что эти эффекты объясняют, почему улучшение характеристик, наблюдаемое при использовании топлива повышенной вязкости, может усиливаться при пониженном числе оборотов двигателя. Напротив, при повышенном числе оборотов двигателя, давление поступающего воздуха более тщательно регулируется системой СУД, и тогда улучшение характеристик за счет повышенной вязкости топлива может ослабляться и/или труднее поддается обнаружению.

Таким образом, настоящее изобретение может быть использовано для того, чтобы форсировать характеристики турбонаддува при малом числе оборотов двигателя, обычно в большей степени, чем можно было ожидать только на основании характеристик топливной композиции, содержащей компонент, повышающий вязкость. Настоящее изобретение целесообразно включает использование компонента, повышающего вязкость, для уменьшения числа оборотов двигателя, при котором турбонаддув достигает максимума скорости при ускорении, или для увеличения интенсивности, при которой увеличивается скорость турбонаддува (особенно при малом числе оборотов двигателя) или для уменьшения времени, необходимого для достижения максимальной скорости турбонаддува.

Осуществление изобретения

Число оборотов двигателя можно легко определить путем опроса системы управления двигателем в ходе регулируемых испытаний на разгон. В качестве альтернативы обороты можно измерять с использованием динамометра. Обычно такие испытания проводятся при широко открытой дроссельной заслонке. Они могут включать разгон двигателя при фиксированной интенсивности от малого до высокого числа оборотов двигателя, например, как описано ниже в примерах.

Скорость турбонаддува связана с давлением воздуха, поступающего в двигатель (то есть, форсированное давление из турбонаддува), которое может быть измерено или с использованием традиционных датчиков давления или в некоторых случаях путем опроса системы управления двигателем, обычно с использованием испытаний, описанных выше. В свою очередь, это позволяет определить момент, когда скорость турбонаддува достигает наибольшего значения, или определить интенсивность роста скорости турбонаддува.

Кроме того, приемистость можно оценить с помощью водителя с соответствующим опытом, который разгоняет автомобиль, приводимый в движение испытываемым двигателем, например, от 0 до 100 км/час, на шоссе. Транспортное средство должно быть оборудовано соответствующими приборами, такими как спидометр, для того чтобы зарегистрировать изменения приемистости в связи с числом оборотов двигателя.

Другим следствием этого увеличения интенсивности разгона турбонаддува является то, что может быть быстрее достигнут максимальный крутящий момент двигателя. Таким образом, компонент, повышающий вязкость, может быть использован для уменьшения времени, которое необходимо двигателю, чтобы достичь наибольшего значения крутящего момента при разгоне, или увеличения интенсивности, при которой достигается максимальный крутящий момент двигателя, или уменьшения числа оборотов, при котором достигается максимальный крутящий момент двигателя.

Более типично, компонент, повышающий вязкость, может быть использован для увеличения крутящего момента двигателя при любой заданной скорости, в диапазоне малого числа оборотов двигателя.

Крутящий момент двигателя можно рассчитать, зная силу, действующую на динамометр колесами транспортного средства с испытываемым двигателем. Этот момент может быть измерен непосредственно с колес такого автомобиля, с использованием соответствующего специального оборудования (например, Kistler™ RoaDyn™).

Еще одним следствием использования компонента, повышающего вязкость согласно настоящему изобретению, является то, что быстрее достигается наибольшее значение давления воздуха, поступающего в двигатель, (до того, как СУД начнет регулировать давление подпитки). Таким образом, компонент, повышающий вязкость, может быть использован для уменьшения времени, которое необходимо, чтобы давление поступающего воздуха достигло наибольшего значения при разгоне, или уменьшения числа оборотов двигателя, при котором достигается максимальное давление поступающего воздуха. Этот компонент может быть использован для уменьшения числа оборотов двигателя, при котором система управления двигателем начинает регулировать давление поступающего воздуха, или времени начала такого регулирования.

Давление поступающего воздуха может быть измерено с использованием промышленно доступного датчика давления, например, расположенного в канале воздухоприемника транспортного средства с испытываемым двигателем, непосредственно после турбонаддува.

Настоящее изобретение находит применение для улучшения характеристики разгона от малой скорости для дизельного двигателя с турбонаддувом или автомобиля, приводимого в движение таким двигателем. Характеристику разгона от малой скорости можно оценить при разгоне двигателя и мониторинге изменений числа оборотов двигателя, крутящего момента двигателя, давления подпитки воздуха и/или скорости турбонаддува во времени. Такая оценка может быть легко осуществлена во всем диапазоне числа оборотов двигателя, например, от 1200 до 2000 об/мин или от 1400 до 1900 об/мин.

Обычно улучшение характеристики разгона от малой скорости можно заметить по уменьшению времени ускорения, и/или по одному или нескольким эффектам, которые описаны выше, например, по ускоренному увеличению крутящего момента двигателя или скорости турбонаддува, или увеличению крутящего момента двигателя при любой заданной скорости.

В контексте настоящего изобретения "улучшение" приемистости при пониженной скорости включает в себя любую степень улучшения. Аналогично, уменьшение или увеличение измеряемого параметра, - например, времени, необходимого для достижения наибольшего значения скорости турбонаддува - включает в себя любую степень уменьшения или увеличения, в зависимости от обстоятельств. Улучшение, то есть уменьшение или увеличение - в зависимости от обстоятельств, - может быть сопоставлено с соответствующим параметром, при использовании топливной композиции до введения компонента, повышающего вязкость, или при использовании другой аналогичной топливной композиции с меньшей вязкостью. Улучшение может быть сопоставлено с соответствующим параметром, измеренным при работе такого двигателя на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в дизельных двигателях с турбонаддувом, до добавления компонента, повышающего вязкость топлива.

Например, настоящее изобретение может включать регулирование свойств, и/или характеристик, и/или эффектов композиции дизельного топлива, в частности влияния топлива на приемистость при пониженной скорости дизельного двигателя с турбонаддувом, с использованием компонента, повышающего вязкость, для достижения желательной цели. Как описано в документе WO-A-2005/054411 (смотрите в частности стр.3, строка 22 до стр.4, строка 17), улучшение приемистости при пониженной скорости также может включать смягчение, по меньшей мере частичное, уменьшения, то есть, ухудшения приемистости, вызванного другой причиной, в частности из-за другого топливного компонента или присадки, введенных в композицию дизельного топлива. В качестве примера, топливная композиция может содержать один или несколько компонентов, предназначенных для снижения общей плотности топлива с целью снижения уровня выбросов двигателя, образующихся при сгорании; уменьшение плотности может привести к потере мощности двигателя, однако этот эффект может быть преодолен или, по меньшей мере, смягчен, за счет использования компонента, повышающего вязкость в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, улучшение приемистости при пониженной скорости может включать восстановление, по меньшей мере частичное, приемистости, которая оказалась сниженной по другой причине, такой как использование топлива, содержащего кислородсодержащие соединения (например, так называемое "биотопливо"), или накопление отложений в двигателе, связанных со сгоранием (обычно в топливных инжекторах). В случае применения настоящего изобретения для уменьшения числа оборотов двигателя, при котором система управления двигателем начинает регулировать давление поступающего воздуха (которое также может быть числом оборотов двигателя, при котором достигается наибольшее значение скорости турбонаддува, и при котором достигается наибольшее значение давления поступающего воздуха), это уменьшение может составлять, например, 5 об/мин или больше, предпочтительно 10 об/мин или больше, или 15 или 20 или 25 или 50 или 75 или 80 об/мин или больше, в некоторых случаях до 100 об/мин. Благодаря контуру положительной обратной связи, рассмотренному выше, относительно небольшое уменьшение числа оборотов двигателя может привести к относительно большим изменениям мощности, крутящего момента и общей приемистости двигателя. Соответствующее число оборотов двигателя может быть снижено, по меньшей мере на 0,25%, предпочтительно, по меньшей мере на 0,50%, или по меньшей мере на 0,75 или 1 или 1,25 или 1,5 или 2 или 3 или 4%, в некоторых случаях приблизительно до 5%.

В случае использования настоящего изобретения для увеличения крутящего момента двигателя, в течение периода разгона, при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение может составлять, по меньшей мере 0,5%, предпочтительно, по меньшей мере 1 или 2 или 3%, по сравнению с увеличением, полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения компонента, повышающего вязкость, и/или при работе двигателя на другой аналогичной композиции дизельного топлива с меньшей вязкостью. Это увеличение может быть сопоставлено с крутящим моментом двигателя при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в дизельных двигателях с турбонаддувом, до добавления компонента, повышающего вязкость топлива.

В случае использования настоящего изобретения для увеличения давления, форсирующего турбонаддув, в течение периода разгона (то есть, в ходе нарастания турбонаддува), при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение может составлять, по меньшей мере 0,5%, предпочтительно, по меньшей мере 1 или 1,5 или 2%, по сравнению с полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения компонента, повышающего вязкость, и/или при работе двигателя на другой аналогичной композиции дизельного топлива с меньшей вязкостью. Это увеличение может быть сопоставлено с давлением, форсирующим турбонаддув, при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в дизельных двигателях с турбонаддувом, до добавления компонента, повышающего вязкость топлива.

В соответствии с настоящим изобретением компонент, повышающий вязкость, также может быть использован с целью улучшения развития мощности двигателя при малом числе оборотов двигателя. Другими словами, этот компонент может быть использован для увеличения средней мощности двигателя при разгоне двигателя, особенно в диапазоне малых скоростей, например, от 1200 до 1900 об/мин (или например, от 40 до 60 км/час на 4й передаче). Было установлено, что применение компонента, повышающего вязкость, приводит к более значительным преимуществам по мощности при малом числе оборотов двигателя, чем можно было бы ожидать просто в связи с изменением свойств топлива.

Как известно из уровня техники, мощность двигателя можно легко рассчитать по данным измерений крутящего момента двигателя и числа оборотов двигателя.

Кроме того, компонент, повышающий вязкость, может быть использован для увеличения мощности двигателя или крутящего момента, давления поступающего воздуха и/или объема инжектируемого топлива, при любом заданном числе оборотов двигателя, для дизельного двигателя с турбонаддувом, в частности при низком числе оборотов двигателя.

Применение топлива повышенной плотности также может улучшать приемистость двигателя при малом числе оборотов, таким же образом, как описано выше. В частности применение топлива с повышенной вязкостью наряду с повышенной плотностью может улучшать характеристики двигателя таким образом, как более подробно описано ниже.

Композиция дизельного топлива, в которой используется компонент, повышающий вязкость, в соответствии с настоящим изобретением, может быть композицией дизельного топлива любого типа, подходящего для применения в дизельном двигателе. Эта композиция может быть использована, и/или может быть подходящей, и/или приспособленной, и/или может быть предложена для применения в двигателе с воспламенением от сжатия, который оборудован турбонаддувом, независимо от типа дизельного двигателя: с непосредственным впрыском (DI), например, с ротационным насосом, встроенным насосом, насосным агрегатом, инжектором с электронным блоком или с топливной системой высокого давления, или в дизельном двигателе с косвенным впрыском (IDI). Композиция может быть подходящей, и/или приспособленной, и/или может быть предложена для применения в дизельных двигателях высокой и/или малой мощности.

В частности настоящее изобретение может быть использовано для двигателей IDI, и/или быстроходных (HSDI), для быстроходных двигателей высокого давления (НР-HSDI), с топливной системой высокого давления (CRDI) или двигателей с электронным блоком непосредственного впрыска (EUDI), например, работающих под давлением в диапазоне от 15 до 250 МПа. В варианте осуществления настоящее изобретение может быть использовано для двигателей IDI или EUDI.

Кроме компонента, повышающего вязкость, композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать один или несколько компонентов дизельного топлива традиционного типа. Такие компоненты обычно могут содержать жидкие углеводороды среднедистиллятного нефтяного топлива (топлив), например, произведенные из нефти газойли. Обычно такие топливные компоненты могут иметь органическое или синтетическое происхождение, и легко получаются путем дистилляции сырой нефти с выделением фракций желательного диапазона. Обычно эти фракции выкипают в диапазоне, типичном для дизельного топлива, т.е. от 150 до 410°C или от 170 до 370°C, в зависимости от сорта и области применения. Типичная топливная композиция будет содержать один или несколько продуктов крекинга, полученных путем расщепления тяжелых углеводородов.

Произведенный из нефти газойль, например, может быть получен путем перегонки и при необходимости (гидро)очистки исходной сырой нефти. Это может быть отдельный поток газойля, полученный в таком процессе нефтепереработки, или смесь нескольких газойлевых фракций, полученных в процессе нефтепереработки с использованием различных технологических маршрутов. Примерами таких газойлевых фракций являются: прямогонный газойль, вакуумный газойль, газойль, полученный в процессе термического крекинга, легкие и тяжелые рециркуляционные газойли, которые получаются в процессе крекинга с псевдоожиженным катализатором, и газойль, полученный в установке гидрокрекинга. Произведенный из нефти газойль при необходимости может содержать немного керосиновой фракции, произведенной из нефти.

Такие газойли могут быть обработаны в установке гидрообессеривания (ГОС) для того, чтобы снизить содержание серы до уровня, подходящего для введения в композицию дизельного топлива. В топливной композиции, полученной в соответствии с настоящим изобретением, само базовое топливо может представлять собой смесь из двух или более компонентов дизельного топлива, описанного выше типа. Топливо может представлять собой или может содержать так называемый "биодизельный" топливный компонент, такой как растительное масло или производные растительного масла (например, эфир жирной кислоты, в частности метиловый эфир жирной кислоты) или другое кислородсодержащее соединение, такое как кислота, кетон или сложный эфир. Такие компоненты могут иметь биологическое происхождение. Кроме того, они могут содержать топливо, произведенное из гидрированных растительных масел.

Базовое топливо может содержать топливо, произведенное в синтезе Фишера-Трошпа, в частности газойль, произведенный в синтезе Фишера-Тропша.

Компоненты дизельного топлива, содержащиеся в композиции, которая получена в соответствии с настоящим изобретением, обычно будут иметь плотность от 0,750 до 0,900 г/см³, предпочтительно от 0,800 до 0,860 г/см³, при 15°C (например, стандарт ASTM D-4502) и/или кинематическую вязкость при 40°C (КВ40) от 1,5 до 6,0 мм²/с (сантиСтокс) (ASTM D-445). Для дистиллятных топлив существует строгая корреляция показателей плотности и вязкости, на основании подобия их состава из ароматических и парафиновых углеводородов. Это означает, что при выборе компонента дизельного топлива с желательной повышенной или пониженной вязкостью обычно предполагается соответствующее повышение или снижение плотности.

Композиция автомобильного дизельного топлива, которая является результатом осуществления настоящего изобретения, обычно будет соответствовать спецификациям подходящего современного стандарта, например такого, как EN-590 (для Европы) или ASTM D-975 (для США). В качестве примера, суммарная топливная композиция может иметь плотность от 0,82 до 0,845 г/см³ при 15°C (ASTM D-4052); температуру выкипания 95% (Т95) композиции (ASTM D-86), равную 360°C или ниже; измеренное цетановое число (ASTM D-613) 51 или больше; КВ40 (ASTM D-445) от 2 до 4,5 мм²/с (сантиСтокс); содержание серы (ASTM D-2622) 50 мг/кг или меньше; и/или содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (IP 391 (модиф.)) меньше чем 11 масс.%. Однако соответствующие спецификации могут отличаться в различных странах и с каждым годом и могут зависеть от предполагаемого применения топливной композиции.

Композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать топливные компоненты, свойства которых находятся за пределами указанных диапазонов, поскольку характеристики суммарной смеси могут отличаться, часто значительно, от свойств отдельных компонентов.

Композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с изобретением, целесообразно содержит не больше чем 5000 вес.ч/млн (весовых частей на миллион) серы, обычно от 2000 до 5000 вес.ч/млн, или от 1000 до 2000 вес.ч/млн, или альтернативно до 1000 вес.ч/млн. Например, композиция может быть топливом с низким или очень низким содержанием серы, или свободным от серы топливом, например, содержащим не более мере 500 вес.ч/млн, предпочтительно не больше чем 350 вес.ч/млн, наиболее предпочтительно, не больше чем 100 или 50 или даже 10 вес.ч/млн серы.

Композиция может содержать присадки, как известно из уровня техники, например, как описано ниже.

Благодаря наличию компонента, повышающего вязкость, величина КВ40 композиции дизельного топлива, полученной в соответствии с настоящим изобретением, целесообразно может составлять 2,7 или 2,8 мм²/с (сантиСтокс) или больше, предпочтительно 2,9 или 3,0 или 3,1 или 3,2 или 3,3 или 3,4 мм²/с (сантиСтокс) или больше, в некоторых случаях 3,5 или 3,6 или 3,7 или 3,8 или 3,9 или даже 4 мм²/с (сантиСтокс) или больше. Величина KB40 может составлять до 4,5 или 4,4 или 4,3 мм²/с (сантиСтокс). В этом описании предполагается, что ссылки на вязкость, если не оговорено иное, означают кинематическую вязкость.

Наибольшее значение вязкости композиции дизельного топлива часто может быть ограничено существенными правовыми и/или промышленными техническими требованиями - например, в Европейской спецификации на дизельное топливо EN-590 оговаривается наибольшее значение кинематической вязкости при 40°C (KB 40), равное 4,5 мм²/с (сантиСтокс), тогда как дизельное топливо шведского класса 1 должно иметь KB 40 не больше чем 4,0 мм²/с (сантиСтокс). Однако в настоящее время типичные промышленные марки автомобильного дизельного топлива производятся с гораздо меньшей вязкостью, такой как приблизительно от 2 до 3 мм²/с (сантиСтокс). Таким образом, настоящее изобретение может включать манипулирование другими стандартными спецификациями на композицию дизельного топлива для того, чтобы увеличить вязкость топлива и улучшить приемистость при пониженной скорости двигателя с турбонаддувом, в который вводится композиция.

Композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может быть, например, такой композицией, которая описана в документе WO-A-2005/054411, полное описание которого включено в настоящее изобретение как ссылка.

Используемый в настоящем изобретении компонент, повышающий вязкость, может быть любым компонентом, который способен повысить кинематическую вязкость композиции дизельного топлива, в которую он добавлен. Следовательно, этот компонент должен иметь кинематическую вязкость больше, чем вязкость топливной композиции до введения добавки. Он может быть собственно топливным компонентом, рецептура которого разработана таким образом, чтобы иметь высокую вязкость, например, в диапазоне, описанном ниже.

Компонент, повышающий вязкость, при введении в композицию дизельного топлива, легко увеличивает значение KB 40 композиции, по меньшей мере на 0,1 мм²/с (сантиСтокс), предпочтительно, по меньшей мере на 0,2, или 0,25, или 0,3, или 0,4, или 0,5 мм²/с (сантиСтокс), более предпочтительно по меньшей мере на 0,6, или 0,7, или 0,8, или 0,9, или 1 мм²/с (сантиСтокс), в некоторых случаях, по меньшей мере на 1,2, или 1,5, или 1,8, или 2 мм²/с (сантиСтокс).

В контексте настоящего изобретения, "применение" компонента, повышающего вязкость, в композиции дизельного топлива означает введение компонента, повышающего вязкость, внутрь композиции, обычно в виде смеси (то есть физической смеси) с одним или несколькими другими компонентами дизельного топлива, и при необходимости с одной или несколькими топливными присадками. Компонент, повышающий вязкость, удобно смешивается до введения композиции внутрь двигателя внутреннего сгорания или другой системы, которая будет работать на этой композиции. Вместо этого, или кроме того, применение может включать в себя эксплуатацию системы, потребляющей топливо, такой как двигатель, причем топливная композиция содержит компонент, повышающий вязкость, обычно путем введения композиции в камеру сгорания системы.

"Применение" компонента, повышающего вязкость, в соответствии с настоящим изобретением, также может включать поставку такого компонента, вместе с инструкциями по его применению в композиции дизельного топлива, для достижения одной или нескольких целей, описанных выше, в частности, с целью улучшения приемистости при пониженной скорости дизельного двигателя с турбонаддувом, в который вводится эта композиция.

Компонент, повышающий вязкость, легко согласуется с существенными спецификациями на дизельное топливо, поэтому он эффективно смешивается и эксплуатируется как часть композиции дизельного топлива. Следовательно, нет необходимости в том, чтобы сам компонент подходил для использования в качестве дизельного топлива; достаточно, чтобы суммарная топливная композиция, содержащая этот компонент, соответствовала применению в этом качестве. Однако целесообразно, чтобы компонент, повышающий вязкость, имел пределы выкипания, соответствующие диапазону кипения дизельного топлива, например, по спецификации EN-590. Некоторые масла высокой вязкости, которые могли быть использованы для увеличения вязкости, имеют диапазон выкипания за пределами спецификации обычного дизельного топлива и поэтому являются менее подходящими для использования в настоящем изобретении.

Поэтому составные части компонента, повышающего вязкость (или их основная часть, например, 95 масс.% или больше), предпочтительно имеют температуры кипения в диапазоне выкипания типичного дизельного топлива ("газойля"), то есть, приблизительно от 150 до 490°C для топлива с повышенным диапазоном кипения, или от 170 до 415°C для топлива с пониженным диапазоном кипения. Целесообразно они имеют температуру выкипания 90 масс.% от 300 до 470°C или от 300 до 400°C. Диапазоны выкипания можно определять, например, с использованием стандартного метода испытаний ASTM D-86 или ENISO 3405.

Удобно, чтобы компонент, повышающий вязкость, включал, или более предпочтительно, в существенной степени состоял из соединений, которые содержат только углерод и водород. Кроме того, может присутствовать ограниченное количество примесей, таких как соединения, содержащие серу. Предпочтительно, 80 масс.% или больше составных частей компонента представляют собой соединения, которые содержат только углерод и водород, более предпочтительно 90 масс.% или больше.

В частности компонент, повышающий вязкость, можно выбрать из топливного компонента, произведенного в синтезе Фишера-Тропша, масла и их комбинаций.

В контексте настоящего изобретения, термин "произведенный в синтезе Фишера-Тропша" означает, что материал представляет собой продукт или произведен из продукта синтеза Фишера-Тропша (или процесса конденсации Фишера-Тропша). Термин "произведенное не в синтезе Фишера-Тропша" можно интерпретировать соответственно. Следовательно, топливо, произведенное в синтезе Фишера-Тропша, или топливный компонент, будет представлять собой углеводородный поток, в котором значительная часть, за исключением добавленного водорода, произведена непосредственно или косвенно в процессе конденсации Фишера-Тропша.

В синтезе Фишера-Тропша монооксид углерода и водород превращаются в углеводороды с длинной цепочкой, обычно парафиновые углеводороды:

n(CO+2Н₂)=(-СН₂-)_n+nH₂O + теплота,

в присутствии подходящего катализатора и обычно при повышенной температуре (например, от 125 до 300°C, предпочтительно от 175 до 250°C) и/или повышенном давлении (например, от 0,5 до 10 МПа, предпочтительно от 1,2 до 5,0 МПа). По желанию, могут быть использованы соотношения водород: монооксид углерода, отличающиеся от 2:1.

В свою очередь, монооксид углерода и водород могут быть получены из органических, неорганических, природных или синтетических источников, обычно или из природного газа или из метана органического происхождения.

Компонент, повышающий вязкость, используемый в настоящем изобретении, может быть получен непосредственно при переработке нефти или в синтезе Фишера-Тропша, или косвенно, например, путем фракционирования или гидроочистки продукта переработки нефти или синтеза для того, чтобы получить фракционированный или гидроочищенный продукт. Гидроочистка может включать гидрокрекинг для того, чтобы отрегулировать диапазон кипения (например, смотрите документы GB-B-2077289 и EP-A-0147873), и/или гидроизомеризацию, которая может улучшить характеристики текучести на холоде за счет увеличения доли разветвленных парафинов. В документе EP-A-0583836 описан двухстадийный способ гидроочистки, в котором продукт синтеза Фишера-Тропша сначала подвергают гидрогенизационному превращению в таких условиях, что продукт не подвергается существенной изомеризации или гидрокрекингу (при этом гидрируются олефиновые и кислородсодержащие компоненты), и затем, по меньшей мере, часть полученного продукта подвергают гидрогенизационному превращению в таких условиях, что происходит гидрокрекинг и изомеризация, с образованием существенно парафинового углеводородного топлива. В последующем желательная газойлевая фракция (фракции) может быть выделена, например, путем дистилляции.

Для модифицирования свойств конденсационных продуктов синтеза Фишера-Тропша могут быть использованы другие виды обработки после синтеза, такие как полимеризация, алкилирование, дистилляция, крекинг-декарбоксилирование, депарафинизапия, изомеризация и гидрориформинг, как описано, например, в патентах США №№А-4125566 и A-4478955.

Типичные катализаторы синтеза парафиновых углеводородов по Фишеру-Тропшу содержат, в качестве каталитически активного компонента, металл из группы VIII Периодической системы элементов, в особенности рутений, железо, кобальт или никель. Такие подходящие катализаторы описаны, например, в патенте EP-A-0583836.

Примером способа на основе синтеза Фишера-Тропша является технология фирмы Shell™ "Газ в жидкое топливо" или "ГЖТ", ранее известная как способ SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis) и описанная в документе "The Shell Middle Distillate Synthesis Process" («Синтез среднего дистиллята фирмы Shell», доклад van der Burgt и др., "The Shell Middle Distillate Synthesis Process", представленный на 5-м Всемирном симпозиуме по синтетическому топливу, Washington DC, ноябрь 1985; см. также публикацию под тем же названием в ноябре 1989 фирмы Shell International Petroleum Company Ltd, London, UK). В последнем случае, предпочтительные признаки процесса гидроконверсии могут быть такими, как раскрыто в изобретении. В этом процессе продукты среднедистиллятного диапазона получаются путем превращения природного газа в тяжелый углеводородный воск (парафины с длинной цепочкой), который затем может быть подвергнут гидроконверсии и фракционированию.

Для использования в настоящем изобретении топливный компонент, произведенный в синтезе Фишера-Тропша, предпочтительно является любым подходящим компонентом, произведенным в синтезе жидкого топлива из газа (в последующем компонент ГЖТ), или компонентом, произведенным в аналогичном синтезе Фишера-Тропша, например, путем превращения газа, биомассы или угля в жидкое топливо (в последующем компонент XtL). Предпочтительно компонент, произведенный в синтезе Фишера-Тропша, является ГЖТ компонентом. Обычно подходящим XtL компонентом может быть компонент среднедистиллятного топлива, например, выбранный из керосиновой, дизельной и газойлевой фракций; как известно из уровня техники, такие компоненты могут быть обобщенно классифицированы как топливо процесса синтеза или синтетические технологические масла. Предпочтительным компонентом XtL для использования в качестве компонента, повышающего вязкость, является газойль. Масло может быть минеральным или синтетическим маслом, то есть оно имеет минеральное или синтетическое происхождение или является сочетанием того и другого. Само масло может быть произведено в синтезе Фишера-Тропша, например, базовое масло, полученное в синтезе Фишера-Тропша.

Целесообразно, минеральное масло выбирают из минерального смазочного масла и минерального технологического масла.

Минеральные смазочные масла и технологические масла включают в себя жидкие нефтяные масла, и/или они получаются путем очистки растворителем, кислотной обработки или в (жестком) процессе гидроконверсии (таком как гидрокрекинг или окончательная гидроочистка) и могут быть подвергнуты депарафинизации путем обработки растворителем или в каталитическом процессе. Минеральные смазочные масла поставляет на рынок фирма Shell под обозначением "HVI" или "MVTN".

Синтетическое масло может быть выбрано из любого синтетического смазочного масла, то есть, смазочного масла синтетического происхождения. Синтетические смазочные масла являются известными или промышленно доступными и включают тип масла, произведенного путем гидроизомеризации воска, такого, что поставляет на рынок фирма Shell под обозначением Shell XHVI™; и смеси углеводородных полимеров C_10-50 и сополимеров, например, жидких полимеров и сополимеров альфа-олефинов и традиционных сложных эфиров, например, сложных эфиров полиолов. Предпочтительно, синтетические смазочные масла выбирают из олигомеров альфа-олефинов, таких как сополимер октена-1/децена-1; сложные эфиры дипсарбоновых кислот, такие как ди-2-этилгексилсебацинат; пространственно затрудненные сложноэфирные масла, такие как триметилолпропанкаприлат и эфир пентаэритрита и капроновой кислоты; и различные другие синтетические масла, такие как полигликолевые масла, силиконовые масла, полифенилэфирные масла, галоидированные углеводородные масла и алкилбензольные масла.

Компонент, повышающий вязкость, может быть стандартным компонентом дизельного топлива (произведенным или из нефти, или в синтезе Фишера-Тропша), который имеет вязкость, более высокую, чем применялась в других случаях композиции дизельного топлива.

Компонент, повышающий вязкость, может быть растительным маслом, например, талловым маслом, рапсовым маслом, пальмовым маслом или соевым маслом.

Компонент, повышающий вязкость, может быть алкиловым эфиром жирной кислоты (АЭЖК), например, метиловым эфиром жирной кислоты (МЭЖК). Такие компоненты уже известны в качестве возобновляемых дизельных топлив (так называемые "биодизельные" топлива). Они содержат молекулы карбоновых кислот с длинной цепочкой (обычная длина от 10 до 22 атомов углерода), причем к одному концу каждой кислоты присоединена молекула спирта. Масла органического происхождения, такие как растительные масла (в том числе растительные масла повторного использования) и животные жиры, могут быть подвергнуты процессу трансэтерификации со спиртом (обычно спирты C₁-C₅) для того, чтобы получить соответствующие эфиры жирных кислот, обычно моноалкилированные. В этом процессе, который обычно катализируется или кислотным или основным катализатором, таким как щелочь КОН, содержащиеся в масле триглицериды превращаются в эфиры жирных кислот и свободный глицерин, путем отделения компонентов жирных кислот масла от глицериновой основной цепи. Эфир АЭЖК может быть получен из любой алкилированной жирной кислоты или смеси жирных кислот. Предпочтительно компонент (компоненты) жирной кислоты АЭЖК произведен из биологического источника, более предпочтительно растительного источника. Они могут быть насыщенными или ненасыщенными; в последнем случае, они могут иметь одну или несколько двойных связей. Они могут быть разветвленными или неразветвленными. Обычно они могут иметь от 10 до 30, более целесообразно от 10 до 22 или от 12 до 22, атомов углерода, в дополнение к кислотной группе (группам) - CO₂H. Типичные АЭЖК могут содержать смесь различных эфиров жирных кислот с различной длиной цепи, в зависимости от источника. Например, широко доступное рапсовое масло содержит смеси пальмитиновой кислоты (C₁₆), стеариновой кислоты (C₁₈), олеиновой, линолеиновой и линоленовой кислот (C₁₈, соответственно с одной, двумя и тремя ненасыщенными углерод-углеродными связями) и иногда также эруковой кислоты (С₂₂) - из них большая часть приходится на олеиновую и линолеиновую кислоты. Соевое масло содержит смесь пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линолеиновой и линоленовой кислот. Пальмовое масло обычно содержит смесь компонентов пальмитиновой, стеариновой и линолеиновой кислот. Предпочтительно используемый в настоящем изобретении АЭЖК производится из природных жировых масел, например, растительных масел, таких как рапсовое масло, соевое масло, кокосовое масло, подсолнечное масло, пальмовое масло, арахисовое масло, льняное масло, камелиновое масло, сафлоровое масло, масло бабасу, животный жир или масло рисовых отрубей. Этот эфир в частности может быть сложным алкиловым эфиром (обычно метиловым эфиром) рапсового, соевого, кокосового или пальмового масла.

Предпочтительно АЭЖК представляет собой сложный С₁-C₅ алкиловый эфир, более предпочтительно метиловый, этиловый или пропиловый (целесообразно изопропиловый) эфир, еще более предпочтительно метиловый или этиловый эфир и в частности метиловый эфир.

Например, эфир можно выбрать из группы, состоящей из рапсового метилового эфира (РМЭ, также известен как метиловый эфир рапсового масла или рапсовый метиловый эфир), соевого метилового эфира (СМЭ, также известен как метиловый эфир соевого масла), метилового эфира пальмового масла (МЭПМ), кокосового метилового эфира (КМЭ) и соответствующих этиловых эфиров, а также их смесей. Эфир можно выбрать из группы, состоящей из рапсового метилового эфира, соевого метилового эфира, метилового эфира пальмового масла и соответствующих этиловых эфиров, а также их смесей. Обычно эфир может быть или природным или синтетическим, очищенным или неочищенным ("сырым"). В некоторых случаях, могут быть предпочтительными этиловые сложные эфиры повышенной вязкости.

В общем, может быть предпочтительно, чтобы АЭЖК соответствовал Европейской спецификации EN 14214 для метиловых эфиров жирных кислот, применяемых в качестве дизельного топлива.

Предпочтительно, компонент, повышающий вязкость, имеет вязкость KB 40 (ASTM D-445) в диапазоне от 2 до 500 мм²/с (сантиСтокс), предпочтительно от 3,5 до 500 мм²/с (сантиСтокс), более предпочтительно от 10 до 200 мм²/с (сантиСтокс), еще более предпочтительно от 8 или 10, или от 20 вплоть до 100 мм²/с (сантиСтокс). Например, компонент с умеренно высокой вязкостью может иметь KB40 от 3,5 до 45 мм²/с (сантиСтокс) или от 6 до 45 мм²/с (сантиСтокс), например, от 12 до 40 мм²/с (сантиСтокс) или от 15 до 35 мм²/с (сантиСтокс). Компонент с высокой вязкостью может иметь KB 40 от 45 до 200 мм²/с (сантиСтокс). Другие компоненты, повышающие вязкость, могут иметь KB40 от 3,5 до 6 мм²/с (сантиСтокс) или от 3,5 до 5,5 мм²/с (сантиСтокс). Особенно подходящий произведенный в синтезе Фишера-Тропша (XtL) компонент, повышающий вязкость, который может быть топливным или масляным компонентом, как показано ниже, может иметь KB 40 (ASTM D-445), например, от 3 до 200 мм²/с (сантиСтокс), и/или плотность при 15°C (ASTM D-4052) от 0,76 до 0,83 г/см³. Синтетические масла высокой вязкости, произведенные в синтезе Фишера-Тропша, могут быть особенно использованы в качестве компонента, повышающего вязкость.

Особенно подходящим минеральным технологическим или смазочным маслом, применяемым в качестве компонента, повышающего вязкость, является минеральное белое масло, или такое масло как HVI 55, например, имеющее KB 40 от 18 до 22 мм²/с (сантиСтокс), и/или плотность при 15°C от 0,845 до 0,855 г/см³. В качестве альтернативы масло может быть технологическим маслом, таким как Gravex 925™ (от фирмы Shell), которое может иметь KB 40, например, от 30 до 34 мм²/с (сантиСтокс), и/или плотность при 15°C от 0,88 до 0,91 г/см³. Альтернативно это масло может быть маслом глубокой гидроочистки, таким как Ondina™ (от фирмы Shell), выкипающим в диапазоне 315 до 400°C, которое может иметь KB40, например, от 14 до 16 мм²/с (сантиСтокс), и/или плотность при 15°C от 0,845 до 0,86 г/см³.

Особенно подходящим синтетическим смазочным маслом, применяемым в качестве компонента, повышающего вязкость, является гидроизомеризованный парафиновый гач, полученный с использованием гидроизомеризации воска, такого как поставляет фирма Shell под наименованием Shell XHVI™.

Величина плотности компонента, повышающего вязкость, при 15°C (ASTM D-4502) может составлять от 0,750 до 0,980 г/см³, как например, от 0,750 до 0,850 г/см³ или от 0,770 до 0,820 г/см³. В некоторых случаях компонент может иметь плотность при 15°C от 0,800 до 0,950 г/см³, более предпочтительно от 0,820 до 0,915 г/см³. Компонент, повышающий вязкость, может иметь спецификацию любого типа, например, по содержанию серы и цетановому числу, в зависимости от концентрации, в которой этот компонент используется в композиции дизельного топлива и характеристик, необходимых для суммарной композиции. Например, в некоторых случаях может быть целесообразно, чтобы компонент, повышающий вязкость, имел высокое содержание серы, вплоть до 10000 вес.ч/млн, но использовался в малых дозах, так чтобы увеличение содержание серы, вызываемое компонентом, для суммарной композиции дизельного топлива все же оставалось в рамках желательной спецификации, такой как EN-590.

Следовательно, компонент, повышающий вязкость, может содержать любую концентрацию серы, например, вплоть до 10000 вес.ч/млн. Этот компонент может содержать низкую или умеренно высокую концентрацию серы и может быть использован в топливной композиции в любом желательном количестве, например, более чем 25% по объему, или от 30 до 70% по объему, или это может быть компонент с высокой концентрацией серы, который может быть использован в количестве, меньше чем 35% по объему, например, от 3 до 30% по объему. Компонент может содержать от 5000 до 10000 вес.ч/млн серы, или от 2000 до 5000 вес.ч/млн, или от 1000 до 2000 вес.ч/млн. Компонент может иметь низкое или очень низкое содержание серы или вообще не содержать серы, например, содержать не более 1000 вес.ч/млн, например, не более 500 вес.ч/млн, предпочтительно не больше, чем 350 вес.ч/млн, наиболее предпочтительно, не больше, чем 100, или 50, или даже 10 вес.ч/млн серы.

Компонент, повышающий вязкость, может обладать одним или несколькими выгодными свойствами. Например, он может обладать способностью повышать цетановое число композиции дизельного топлива, и/или улучшать характеристику текучести на холоде топлива, и/или снижать уровень выбросов, образующихся при сгорании композиции. Например, он может содержать парафиновое масло, имеющее цетановое число выше, чем остальная часть композиции. Компонент, повышающий вязкость, также может содержать присадку, как известно из уровня техники, или как описано ниже, в связи с суммарной топливной композицией.

В композиции дизельного топлива, полученной в соответствии с настоящим изобретением, удобно использовать компонент, повышающий вязкость, в концентрации 2% по объему или больше, предпочтительно 3% по объему или больше, более предпочтительно, 4 или 5% или в некоторых случаях 10 или 15 или 20 или 25 или 30% по объему или больше. Компонент может быть использован в концентрации 95% по объему, предпочтительно до 90 или 80% по объему, например, от 5 или 10 до 90% по объему. Эти концентрации даны по объему всей топливной композиции. В случае использования в композиции комбинации из двух или более компонентов, повышающих вязкость, можно использовать такой же диапазон концентраций для всей комбинации.

Применяемая концентрация компонента, повышающего вязкость, будет зависеть от желательной вязкости всей топливной композиции и от разности значений вязкости между компонентом, повышающим вязкость, и остальной частью композиции. Например, компонент, повышающий вязкость, может иметь умеренно высокую вязкость и использоваться в количестве, превышающем 25% по объему, например, от 30 до 70% по объему, или в качестве альтернативы, это может быть компонент с высокой вязкостью, который может использоваться в количестве меньше, чем 35% по объему, например, от 3 до 30% по объему.

Относительные доли компонента, повышающего вязкость, другого компонента (компонентов) дизельного топлива и любых других компонентов или присадок, в композиции дизельного топлива, полученной в соответствии с настоящим изобретением, также могут зависеть от других желательных свойств, таких как плотность, характеристика выбросов и цетановое число, особенно от плотности.

В частности, композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать по объему:

a) от 90 до 95% дизельного топлива и от 5 до 10% компонента, повышающего вязкость, такого как минеральное технологическое масло глубокой очистки или минеральное смазочное масло; или

b) от 5 до 50% дизельного топлива и от 50 до 95% компонента, повышающего вязкость, например, XtL компонента; или

c) от 2 до 50% дизельного топлива и от 50 до 98% компонента, повышающего вязкость, который представляет собой смесь от 15 до 40% минерального технологического масла глубокой очистки или минерального смазочного масла, и от 40 до 85% XtL компонента.

В соответствии с настоящим изобретением, в композиции дизельного топлива могут быть использованы два или больше компонентов, повышающих вязкость, с описанной выше целью (целями).

Топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать (или не содержит) присадки, которые обычно будут вводиться вместе с компонентом (компонентами) дизельного топлива, находящимися в композиции. Таким образом, композиция может содержать небольшую долю, предпочтительно 1 масс.% или меньше, более предпочтительно 0,5 масс.% (5000 вес.ч/млн) или меньше и наиболее предпочтительно 0,2 масс.% (2000 вес.ч/млн) или меньше, одной или нескольких присадок к дизельному топливу.

Вообще говоря, в контексте настоящего изобретения, любой компонент топлива или топливной композиции может содержать присадку или может не содержать присадку (без присадки). Такие присадки могут быть добавлены на различных этапах, в ходе производства компонента топлива или композиции; те присадки, которые добавлены в базовое топливо на нефтеперерабатывающем заводе, могут быть выбраны, например, из антистатических присадок, добавок, снижающих гидродинамическое сопротивление трубопровода, присадок, улучшающих текучесть (например, сополимеры этилена с винилацетатом или сополимеры акрилата/малеинового ангидрида), присадок, улучшающих смазывающую способность, антиоксидантов и веществ, предотвращающих осаждение парафинов. Другие присадки могут быть добавлены после нефтеперерабатывающего завода, как например, компонент, повышающий вязкость.

Топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать, например, моющую присадку, что означает вещество (обычно поверхностно-активное вещество), которое может удалять и/или предотвращать образование отложений, связанных со сгоранием в двигателе, в частности в системе с инжекцией топлива, как например, в инжекторных форсунках. Иногда такие материалы называют диспергирующими присадками.

Когда топливная композиция включает в себя моющую присадку, предпочтительно концентрация моющей присадки находится в диапазоне от 20 до 500 вес.ч/млн активного вещества, в расчете на всю топливную композицию, более предпочтительно от 40 до 500 вес.ч/млн, наиболее предпочтительно, от 40 до 300 вес.ч/млн, или от 100 до 300 вес.ч/млн, или от 150 до 300 вес.ч/млн.

Примеры подходящих моющих присадок включают сукцинимиды, замещенные полиолефинами, или сукцинамиды полиаминов, например, полиизобутиленсукцинимиды или полиизобутиленаминсукцинамиды; алифатические амины; основания или амины Манниха и полиолефин- (например, полиизобутилен)-малеиновые ангидриды. Сукцинимидные диспергирующие присадки описаны, например, в документах GB-A-960493, EP-A-0147240, EP-A-0482253, EP-A-0613938, EP-A-0557516 и WO-A-98/42808. Особенно предпочтительными являются сукцинимиды, замещенные полиолефинами.

Присадки к дизельному топливу, содержащие моющую добавку, являются известными и промышленно доступными.

Прочие компоненты, которые могут быть введены в топливные присадки, например, в комбинации с моющей присадкой, включают усилители смазывающей способности, метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК) и присадки на основе амидов; агенты против помутнения, например, поликонденсаты алкоксилированных фенолов с формальдегидом; противовспенивающие присадки (например, полисилоксаны модифицированные полиэфиром); присадки, улучшающие воспламенение (повышающие цетановое число) (например, 2-этилгексилнитрат (ЭГН), циклогексилнитрат, ди-трет-бутилпероксид и присадки, раскрытые в патенте США 4208190, текст в колонке 2, строка 27 до колонки 3, строка 21); противокоррозийные присадки (например, полуэфир пропан-1,2-диола и тетрапропенилянтарной кислоты, или эфиры многоатомных спиртов и производной янтарной кислоты, производные янтарной кислоты, имеющие, по меньшей мере, один незамещенный альфа-углеродный атом или замещенный алифатической углеводородной группой, содержащей от 20 до 500 атомов углерода, например, диэфир пентаэритрита и янтарной кислоты, замещенной полиизобутиленом); ингибиторы коррозии; реодоранты; противоизносные присадки; антиоксиданты (например, фенольные, такие как 2,6-ди-трет-бутилфенол, или фенилендиамины, такие как N,N'-ди-втор-бутил-п-фенилендиамин); дезактиваторы металлов; присадки, улучшающие сгорание; присадки, рассеивающие статическое электричество; присадки, улучшающие текучесть; и вещества, предотвращающие осаждение парафинов.

Если не оговорено иное, концентрация (активного вещества) каждого такого дополнительного компонента в общей топливной композиции предпочтительно доходит до 1 масс.% (10000 вес.ч/млн), более предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 или 1 или 2 или 5 вес.ч/млн до 1000 вес.ч/млн, выгодно от 75 до 300 вес.ч/млн, например, от 95 до 150 вес.ч/млн. (все концентрации присадок, цитированные в этом изобретении, если не оговорено иное, относятся к концентрации активного вещества по массе).

Особенно предпочтительно, чтобы присадка, улучшающая смазывающую способность, была введена в топливную композицию, особенно когда композиция имеет малое содержание серы (например, 500 вес.ч/млн или меньше). Обычно концентрация присадки, улучшающей смазывающую способность, составляет до 1000 вес.ч/млн, предпочтительно до 500 или 300 или 200 вес.ч/млн, в расчете на всю топливную композицию. Обычно промышленно доступные присадки, улучшающие смазывающую способность, включают присадки на основе сложных эфиров и кислот. В случае использования в качестве присадки, улучшающей смазывающую способность, метилового эфира жирной кислоты (МЭЖК), его концентрация может быть в диапазоне от 0,5 до 2 масс.%.

Концентрация (активного вещества) любого агента против помутнения топливной композиции предпочтительно может находиться в диапазоне от 0,1 или 1 вес.ч/млн до 20 вес.ч/млн, более предпочтительно от 1 до 15 вес.ч/млн, еще более предпочтительно от 1 до 10 вес.ч/млн и выгодно от 1 до 5 вес.ч/млн. Концентрация (активного вещества) любой присадки, улучшающей воспламенение, предпочтительно может составлять 2600, 2000 или 1000 вес.ч/млн или меньше, более предпочтительно 600 вес.ч/млн или меньше, например, от 300 до 1500 вес.ч/млн или от 300 до 500 вес.ч/млн.

По желанию, один или несколько компонентов присадок, таких, которые перечислены выше, могут быть перемешаны, предпочтительно вместе с подходящим разбавителем (разбавителями) в концентрате присадки, и затем этот концентрат присадки может быть диспергирован в базовом дизельном топливе с целью получения топливной композиции.

Присадка к дизельному топливу может содержать, например, моющую присадку, при необходимости вместе с другими компонентами, как описано выше, и совместимый с дизельным топливом разбавитель, например, неполярный углеводородный растворитель, такой как толуол, ксилол, уайт-спирит и те разбавители, которые поставляет фирма Shell под торговой маркой "SHELLSOL", и/или полярный растворитель, такой как сложный эфир или в частности спирт, например, гексанол, 2-этилгексанол, деканол, изотридеканол и смеси спиртов, наиболее предпочтительно 2-этилгексанол. В соответствии с настоящим изобретением, компонент, повышающий вязкость, может быть введен в такую рецептуру присадки.

Общее содержание присадки в топливной композиции обычно может составлять от 50 до 10000 вес.ч/млн, предпочтительно менее 5000 вес.ч/млн. Как обсуждалось выше, также было обнаружено, что в некоторых случаях увеличение плотности, а также вязкости композиции дизельного топлива может привести к улучшенной приемистости дизельных двигателей с турбонаддувом, в частности при малом числе оборотов двигателя. Таким образом, в варианте осуществления настоящего изобретения, как компонент, повышающий вязкость, так и компонент, повышающий плотность, могут быть использованы в композиции дизельного топлива с целью улучшения приемистости при пониженной скорости дизельного двигателя с турбонаддувом или автомобиля, приводимого в движение таким двигателем, и/или для любой из целей, описанных выше в связи с первым замыслом настоящего изобретения.

Например, компонент, повышающий плотность, может быть выбран из компонентов дизельного топлива высокой плотности, масел, таких, что описаны выше для использования в качестве компонентов, повышающих вязкость, и нефтезаводских потоков высокой плотности. Компонент дизельного топлива "высокой плотности" обычно может иметь плотность при 15°C (ASTM D-4052) от 0,835 до 1,2 г/см³, тогда как нефтезаводской поток "высокой плотности" обычно может иметь плотность при 15°C (ASTM D-4052) от 0,83 до 0,9 г/см³. Масло, применяемое в качестве компонента, повышающего плотность, может быть растительным маслом, таким как талловое масло.

В общих чертах, компонент, повышающий плотность, может иметь плотность при 15°C (ASTM D-4052) от 0,83 г/см³ или больше, например, от 0,83 до 1,2 г/см³.

В соответствии с настоящим изобретением, компонент, повышающий плотность, может быть использован в композиции дизельного топлива в концентрации от 5 до 80% по объему.

Таким образом, топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно имеет относительно высокую плотность, например, 0,830 г/см³ или больше при 15°C (ASTM D-4052), предпочтительно 0,832 г/см³ или больше, например, от 0,832 до 0,860 г/см³. Целесообразно, чтобы плотность была не выше, чем 0,845 г/см³ 15°C, что является верхним пределом современной спецификации EN-590 на дизельное топливо.

В соответствии с настоящим изобретением, в композиции дизельного топлива могут быть использованы два или больше компонентов, повышающих плотность, с целью (целями), описанной выше.

Кроме того, целесообразно, чтобы топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, имела высокое значение теплотворной способности. Аналогично высокой плотности, это может способствовать увеличению запаса энергии в топливе и, следовательно, улучшению характеристик дизельного двигателя, работающего на этом топливе. Предпочтительно, топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, имеет теплотворную способность (ASTM D-240), равную 36 МДж/кг или больше, например, 40 или 42 или 42,5 МДж/кг или больше. Композиция может содержать один или несколько топливных компонентов, или другие подходящие ингредиенты, с целью достижения желательного значения общей теплотворной способности. Например, композиция может содержать один или несколько топливных компонентов, произведенных в синтезе Фишера-Тропша, "BtL" (биомасса - в жидкое топливо).

Следовательно, в общих чертах, топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно составляется таким образом, чтобы увеличить энергию выхлопных газов из двигателя, работающего на этой композиции. Таким образом, обычно композиция имеет высокое значение удельной энергии в единице объема (высокая плотность и/или высокая теплотворная способность), а также высокую вязкость.

В соответствии со вторым замыслом настоящего изобретения, предлагается применение композиции дизельного топлива с повышенной вязкостью с целью повышения, то есть улучшения, приемистости при малом числе оборотов дизельного двигателя с турбонаддувом, в котором топливная композиция находится или будет введена, или в автомобиле, приводимом в движение таким двигателем, и/или для любого одного или нескольких назначений, описанных выше в связи с первым замыслом настоящего изобретения.

"Повышенная вязкость" может означать сравнение с вязкостью другой аналогичной композиции дизельного топлива, до реализации, в соответствии с настоящим изобретением, того замысла, что компонент, повышающий вязкость, можно использовать для улучшения приемистости при пониженной скорости, и/или до введения в композицию компонента, повышающего вязкость. Вязкость может быть сопоставлена с вязкостью другой аналогичной композиции дизельного топлива, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в дизельном двигателе с турбонаддувом, до добавления в топливо компонента, повышающего вязкость. Вязкость может быть сопоставлена со средней вязкостью промышленно доступной композиции дизельного топлива, которая предлагается для использования на том же рынке, как например, определяется в таких обзорах, как SGS Worldwide Diesel Survey. Таким образом, второй замысел настоящего изобретения обычно будет включать сознательное составление композиции дизельного топлива, которое имеет более высокую вязкость, чем раньше, или по сравнению с традиционными композициями дизельного топлива.

Вязкость топливной композиции может находиться в диапазоне, описанном выше. Например, композиция может иметь KB 40 (ASTM D-445), равную 2,7 мм²/с (сантиСтокс) или больше, например, 3 или 3,2 или 3,5 или 3,8 или 4 мм²/с (сантиСтокс) или больше.

Кроме того, топливная композиция может иметь повышенную плотность, например, по сравнению с плотностью другой аналогичной композиции дизельного топлива, до реализации, в соответствии с настоящим изобретением, того замысла, что компонент, повышающий плотность, можно использовать для улучшения приемистости при пониженной скорости, и/или до введения в композицию компонента, повышающего плотность. Плотность может быть сопоставлена с плотностью другой аналогичной композиции дизельного топлива, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в дизельном двигателе с турбонаддувом, до добавления в топливо компонента, повышающего плотность.

Значение плотности топливной композиции может находиться в описанном выше диапазоне, например, 0,830 г/см³ или больше при 15°C (ASTM D-4052), целесообразно 0,833, или 0,840 г/см³ или больше.

В контексте второго замысла настоящего изобретения, термин "применение" композиции дизельного топлива означает введение композиции в дизельный двигатель с турбонаддувом, характеристики которого следует улучшить, и/или в топливный бак автомобиля с таким двигателем. Обычно применение будет включать введение топливной композиции в камеру сгорания двигателя. Типичное применение будет включать работу двигателя на этой топливной композиции.

В третьем замысле настоящего изобретения предложен способ получения композиции дизельного топлива, такой как композиция, в соответствии с первым замыслом, причем этот способ включает в себя смешивание компонента, повышающего вязкость, с одним или несколькими компонентами дизельного топлива, при необходимости с одной или несколькими присадками в дизельном топливе и, кроме того, при необходимости с компонентом, повышающим плотность. Это смешивание может быть осуществлено с одной или несколькими целями, которые описаны выше в связи с первым и вторым замыслами настоящего изобретения.

В соответствии с четвертым замыслом, в настоящем изобретении разработан способ эксплуатации дизельного двигателя с турбонаддувом, и/или автомобиля, приводимого в движение таким двигателем, причем этот способ включает введение в двигатель композиции дизельного топлива, содержащей компонент, повышающий вязкость, с целью, указанной в любом из замыслов (от первого до третьего) настоящего изобретения. Этот способ может быть осуществлен с целью достижения улучшенной приемистости двигателя при пониженной скорости, и/или с одной или несколькими другими целями, которые описаны выше в связи с первым замыслом настоящего изобретения.

По всему описанию и в формуле изобретения этой заявки, термины "включает в себя" и "содержит", и вариации этих терминов, например, "включающий" и "содержащий", означают "включающий, но не ограниченный указанным", и не исключает другие части, присадки, компоненты, в совокупности или по стадиям.

По всему описанию и в формуле изобретения этой заявки, выражения в единственном числе включают и множественное число, если по контексту не требуется иное. В частности, там, где используется неопределенный артикль, следует понимать, что это описание включает в себя как единственное, так и множественное число, если по контексту не требуется иное.

Предпочтительные признаки каждого аспекта настоящего изобретения могут быть такими, как описано в связи с другими замыслами.

Другие признаки настоящего изобретения станут очевидными из следующих примеров. Вообще говоря, настоящее изобретение распространяется на любую новую (или новые) комбинацию признаков, которые раскрыты в этом описании (включая любые сопровождающие притязания и чертежи). Таким образом, следует понимать, что признаки, целые части, характеристики, соединения, химические фрагменты или группы, описанные в связи с конкретным замыслом, вариантом осуществления или примером настоящего изобретения, применимы к любому другому замыслу, варианту осуществления или примеру, описанному в изобретении, если они совместимы с изобретением.

Кроме того, если не оговорено иное, любой признак, описанный в изобретении, может быть заменен альтернативным признаком, служащим той же самой или аналогичной цели.

В следующих примерах иллюстрируются свойства композиций дизельного топлива, полученных в соответствии с настоящим изобретением, и оценивается их влияние на характеристики дизельного двигателя с турбонаддувом.

Пример 1

В этих экспериментах исследовано влияние вязкости и плотности топлива на приемистость дизельного двигателя с турбонаддувом в некотором диапазоне числа оборотов двигателя, таким образом, продемонстрирована возможность применения настоящего изобретения для улучшения низкоскоростных характеристик.

Испытаны три композиции дизельного топлива. Топливо А составлено таким образом, чтобы иметь минимальную вязкость и плотность, требуемые по стандарту EN-590, т.е. соответственно 2,0 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C и 0,820 г/см³ при 15°C. Топливо В составлено таким образом, чтобы иметь минимальную плотность по EN-590, но наибольшее значение вязкости по EN-590 (4,5 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C). Топливо C имеет наибольшее значение плотности (0,845 г/см³ при 15°C) и вязкости по EN-590. Таким образом, тогда как топлива A и C представляют крайние случаи по показателям вязкости и плотности, топливо В испытано для того, чтобы разделить эффекты вязкости и плотности.

С целью соответствия этим техническим требованиям были получены три топлива следующего состава:

Топливо A: 41,2 литра дизельного базового топлива (от фирмы Shell; плотность равна 0,811 г/см³; KB 40=1,95 мм²/с (сантиСтокс)) шведского класса 1 смешивают с 25,8 литрами XHVI 5.2 (базовое масло с очень высоким индексом вязкости, от фирмы Shell; плотность=0,81 г/см³; KB 40 обычно равна 4,8 мм²/с (сантиСтокс)), 13,0 литрами ShellSol™ A (от фирмы Shell; плотность обычно равна 0,875 г/см³; KB 40=0,76 мм²/с (сантиСтокс)) и 16,4 г присадки Paradyne™ 655, улучшающей смазывающую способность (от фирмы Paramins).

Топливо В: 37,6 литра HVI 115 ((базовое масло минерального происхождения с высоким индексом вязкости, от фирмы Shell; плотность обычно равна 0,875 г/см³; KB 40 обычно равна 3,4 мм²/с (сантиСтокс)) смешивают с 29,1 литрами XHVI 5.2, 4,7 литрами Ondina™ EL (от фирмы Shell; плотность равна 0,85 г/см³; KB 40=15,5 мм²/с (сантиСтокс)), 4,4 литрами бессернистого дизельного базового топлива (от фирмы Shell; плотность равна 0,839 г/см³; KB 40=2,92 мм /с (сантиСтокс)), 4,2 литрами керосинового реактивного топлива Jet™ A1 (от фирмы Shell; плотность равна 0,797 г/см³; KB 40=1,11 мм²/с (сантиСтокс)) и 16,4 г Paradyne™ 655.

Топливо C: 63,2 литра бессернистого дизельного базового топлива, используемого в Топливе В, смешивают с 12,7 литрами Risella™ EL (минеральное масло, от фирмы Shell; плотность=0,822 г/см³; KB 40=13,6 мм²/с (сантиСтокс)), 4,1 литрами Ondina™ EL и 16,4 г Paradyne™ 655.

Характеристики трех топлив обобщены ниже в таблице 1.

В этих испытаниях использованы два транспортных средства для того, чтобы продемонстрировать применение настоящего изобретения в различных типах (дизельных) двигателей с турбонаддувом и воспламенением от сжатия и с различными системами управления двигателем (СУД). Основные характеристики этих двух транспортных средств обобщены ниже в таблице 2.

В транспортных средствах проведены следующие подготовительные операции. До тестирования все испытуемые транспортные средства прошли проверку безопасности. На транспортных средствах были смонтированы топливные линии, обеспечивающие подачу топлива из внешнего источника и обеспечивающие облегченную смену топлива.

В качестве части процесса выбора транспортного средства, была выполнена проверка обеспечения того, что все параметры - давление поступающего воздуха, объем инжекции, давление в системе инжекции топлива, регулировка впрыска и число оборотов двигателя - могут быть зарегистрированы системой управления двигателем (СУД) с использованием встроенной системы диагностики (OBD).

В автомобиле Vauxhall GM™ Vectra™, все параметры СУД были доступны с использованием инструментального средства производителя СУД (Tech II). В случае Toyota™ Avensis™, хотя все параметры были доступны, только четыре из них могли быть зарегистрированы в любой момент времени с получением достаточного разрешения регистрации, эти параметры были записаны с использованием инструментального средства производителя СУД (Toyota/Denso™ Intelligent Tester). Вследствие более ограниченной способности регистрации этой системы СУД, необходимо было выполнить определенные изменения в последовательности тестирования двигателя Toyota™; в частности, опробование мощности двигателя проводится двукратно для того, чтобы дать возможность регистрации регулировки впрыска во время второго пробега.

Для каждого транспортного средства использовалась следующая методика тестирования двигателя. Транспортное средство разгоняют до выбранной стартовой скорости и оставляют на желательной передаче. Затем используют режим широко открытой дроссельной заслонки (ШОД) и проводят стабилизацию режима в течение 8 минут. Эта стабилизация позволяет использовать портативный динамометр с целью достижения регулирования скорости вращения, так как происходит небольшое начальное отклонение кулисы рычага переключения пониженной скорости в момент применения режима ШОД, из-за внезапной нагрузки транспортного средства динамометром.

После периода стабилизации начинается измерительная часть методики. Определяют характеристику мощности, приводя в движение динамометр от заданного низкого значения скорости (40 км/ч, обычно соответствует малому числу оборотов двигателя) до заданного высокого значения скорости (140 км/ч, обычно соответствует высокому числу оборотов двигателя), за определенное время (18 секунд), при постоянной интенсивности разгона. В ходе испытания педаль автомобильного акселератора нажата до конца, и динамометр поглощает мощность, развиваемую транспортным средством при его разгоне в этом диапазоне числа оборотов двигателя. Мощность на вращающихся цилиндрах записывают с высокой скоростью накопления (частота -50 Гц) по всей характеристике мощности.

Последовательность испытаний спланирована таким образом, чтобы тестировать каждое топливо четыре раза на каждом автомобиле в течение одного дня. При этом каждые сутки получают рандомизированную матрицу из двенадцати топлив с естественным перерывом в середине периода:

График суточных испытаний=ABCBCA-CABABC.

Используя эту последовательность испытаний топлив, выполняют тестирование, следуя протоколу, приведенному ниже в таблице 3.

Результаты, полученные в ходе 18 секундного периода разгона, приведены ниже, в таблицах 4-9, в которых:

- Таблицы 4 и 5 иллюстрируют изменение выходной мощности и крутящего момента двигателя с числом оборотов соответственно для двигателей Toyota™ и Vauxhall™, в каждом случае для трех топлив A, B и C.

- Таблицы 6 и 7 демонстрируют изменение давления поступающего воздуха (форсирующее давление) с числом оборотов соответственно для двигателей Toyota™ и Vauxhall™, и в этом случае для трех топлив A, B и C.

- Таблицы 8 и 9 иллюстрируют изменение объема/количества впрыскиваемого топлива с числом оборотов соответственно для двигателей Toyota™ и Vauxhall™, в каждом случае для топлив A, B и C.

Отмечено, что данные СУД регистрируются с использованием соответствующих инструментальных средств связи встроенной системы диагностики (специальное оборудование производителя). Поэтому точность применяемых датчиков и, следовательно, надежность измерений были неизвестны. В частности, впрыскиваемые объемы были выведены из ширины импульса инжекции, расчетной скорости потока инжектора и предполагаемых характеристик топлива; следовательно, их нельзя использовать для количественного определения впрыскиваемых объемов, но они способствуют выявлению направленных тенденций в инжектируемом количестве топлива.

Кроме того, отмечено, что для инструментального средства Tech II, применяемого для детального исследования системы управления двигателем Vauxhall™, наблюдались периоды «зависания» в ходе всех тестируемых пробегов, несмотря на относительно высокую интенсивность регистрации (приблизительно 20 Гц). Следовательно, тогда как для испытаний Toyota™ из всех тестируемых пробегов, выполненных на каждом топливе, были получены усредненные данные, для Vauxhall™ представлены данные для всех выполненных тестируемых пробегов, для того чтобы дать лучшее визуальное представление о поведении СУД, поскольку усреднение неполного ряда данных могло бы оказаться некорректным.

Из данных таблиц 4-9 ясно видны различия в работе двигателя в зависимости от типа топлива. Например, в связи с измерениями мощности, на всем протяжении периода разгона, очевидно преимущество эксплуатационных характеристик для двух топлив с повышенной вязкостью B и C по сравнению с более традиционным топливом A. Это преимущество особенно заметно при пониженном числе оборотов двигателя, когда для двигателей, как можно заметить, достигаются наибольшие значения выходной мощности (и крутящего момента) при меньшем числе оборотов двигателя при работе на топливах B и C, чем при использовании топлива A.

Также очевидно преимущество по давлению поступающего воздуха при работе на топливах B и C по сравнению с топливом A меньшей вязкости. Для двигателя фирмы Toyota™ это преимущество имеется на всем протяжении характеристики мощности, тогда как для двигателя Vauxhall™, различия давления, по-видимому, исчезают, когда начинается регулирование воздуха (то есть, при повышенном числе оборотов двигателя). Однако для обоих двигателей начальный пик давления наступает при меньшем числе оборотов двигателя при использовании двух топлив с повышенной вязкостью.

Также очевидно увеличение впрыскиваемого объема при использовании топлив B и C по сравнению с топливом A, причем это увеличение наблюдается во всем диапазоне числа оборотов двигателя для двигателя Toyota™ и вплоть до начала регулирования поступающего воздуха для двигателя Vauxhall™.

В целом оказалось, что из двух топлив повышенной вязкости, топливо повышенной плотности C обеспечивает большее преимущество при эксплуатации, в частности при малых скоростях.

Такой же эффект наблюдается для обоих испытанных двигателей, несмотря на тот факт, что были использованы различные марки двигателя, и различные типы систем управления двигателем.

Для того чтобы количественно охарактеризовать эти преимущества, характеристики мощности можно расчленить на две отдельные части. Во-первых, диапазон малой скорости определяется как момент от старта характеристики мощности до момента, когда становится очевидным регулирование давления поступающего воздуха. Момент регулирования можно определить, как первую точку, при которой прекращается рост форсирующего давления. Профили форсирования, собранные по данным, генерированным в ходе указанных выше испытаний, показывают, что регулирование давления воздуха происходит позже (то есть, при более высоком числе оборотов двигателя) при использовании топлива A с малой вязкостью и низкой плотностью, чем при использовании топлив B и C. Второй диапазон высокой скорости определяется как момент от начала регулирования наддува до конца характеристики мощности.

Следовательно, используя собранные данные, были определены диапазоны малой и высокой скорости, для обоих тестируемых автомобилей и для каждого топлива, чтобы способствовать последующему анализу данных. Эти в диапазоны показаны в таблицах 10 и 11 соответственно для двигателей Toyota™ и Vauxhall™.

Используя данные, собранные, как описано выше, затем для трех тестируемых топлив определяют среднюю мощность, развиваемую каждым двигателем, в каждом случае в диапазоне двух скоростей. Результаты, показанные ниже, в таблицах 12-15, в которых таблица 12 содержит данные мощности при малой скорости для двигателя Toyota™, таблица 13 содержит данные мощности при высокой скорости для двигателя Toyota™, и в таблицах 14 и 15 приведены данные мощности при малой и высокой скорости для двигателя Vauxhall™, соответственно.

Таблицы 12 и 14 ясно демонстрируют преимущество по мощности, развиваемой в диапазоне малых скоростей, при использовании топлив B и C, несмотря на большие границы ошибок для обоих топлив A и B, которые являются результатом разброса значений, полученных при испытании в отдельных пробегах.

Как видно из таблиц 13 и 15, при использовании топлив B и C также обеспечивается преимущество по мощности, развиваемой в диапазоне высоких скоростей. При характеристике мощности пределы преимущества в области высоких скоростей были немного больше, чем в области малых скоростей.

Прочие данные, зарегистрированные в ходе указанных выше испытаний, демонстрируют: (a) явно подобные профили среднего давления в топливной системе, во всем диапазоне скоростей, для всех трех топлив и (b) отсутствие различия между тремя испытуемыми топливами при регулировании впрыска.

Следует заметить, что в указанных выше испытаниях, во всем диапазоне числа оборотов, наблюдались более значительные преимущества при эксплуатации двигателя Toyota™ по сравнению с двигателем Vauxhall™. В диапазоне малых скоростей, повышенная энергия выхлопных газов, наблюдаемая для топлив с повышенной плотностью и вязкостью, приводит к увеличению скорости турбонаддува и, таким образом, к повышению давления поступающего воздуха в обоих транспортных средствах. Система управления двигателем (СУД) распознает это преимущество, и количество впрыскиваемого топлива увеличивается. Поэтому пик крутящего момента достигается при меньшем числе оборотов двигателя. В диапазоне повышенных скоростей давление поступающего воздуха в двигателе Vauxhall™ регулируется системой Bosch™ СУД, с помощью соответствующего приспособления переменной геометрии турбины, чтобы исключить различия наддува для различных топлив. В свою очередь, при этом исключаются различия по давлению, которые наблюдаются в диапазоне малых скоростей. Аналогично, также исключаются преимущества в количестве впрыскиваемого топлива в диапазоне повышенных скоростей для двигателя Vauxhall™. Напротив, в двигателе Toyota™ поддерживается повышенное давление поступающего воздуха для топлив с повышенной плотностью и/или вязкостью в диапазоне высоких, а также малых скоростей. Следовательно, также поддерживается повышенное количество впрыскиваемого топлива во всем диапазоне скоростей, и в результате преимущество по мощности для двигателя Toyota™ будет больше, чем для Vauxhall™.

Однако с учетом уровня совершенства современных систем СУД, было неожиданно обнаружить столь значительное улучшение приемистости в ответ на изменения свойств топлива. Кроме того, удивительно, что, по меньшей мере, в диапазоне пониженного числа оборотов двигателя, это преимущество наблюдается для различных типов и моделей двигателя и в частности для различных систем управления двигателем.

Продемонстрированные в этих испытаниях эксплуатационные преимущества, вероятно, будут проявляться при использовании, как более быстрый разгон при полной нагрузке. Другими словами, водитель автомобиля почувствует преимущество так называемой "приемистости" при разгоне с полной нагрузкой. В частности, в случае топлива повышенной плотности, этот эффект может стать более заметным непосредственно во всем диапазоне числа оборотов двигателя, благодаря повышенной впрыскиваемой массе, однако вероятно, что этот эффект будет более четко выражен при меньшем числе оборотов двигателя и в частности вблизи пикового значения крутящего момента (обычно около 2000 об/мин), причем с помощью настоящего изобретения пиковое значение крутящего момента будет достигнуто быстрее и при меньшем числе оборотов двигателя.

Как рассмотрено выше, предполагается, что эффекты, лежащие в основе настоящего изобретения, могут быть вызваны следующим механизмом. Повышенная вязкость, целесообразно также повышенная плотность, топлива будет давать увеличение массы впрыскиваемого топлива, что, в свою очередь, даст увеличение энергии выхлопных газов. Эта энергия будет использоваться в устройстве турбонаддува, которое тогда будет подавать повышенное давление поступающего воздуха при меньшем числе оборотов двигателя. Увеличение давления поступающего воздуха будет распознано системой СУД, которая будет увеличивать объем инжектируемого топлива (путем увеличения ширины импульса) для того, чтобы использовать избыток поступающего воздуха, таким образом, мощность дополнительно увеличивается. В результате этого пиковое значение крутящего момента двигателя может быть достигнуто при меньшем числе оборотов двигателя, благодаря усовершенствованию характеристики турбонаддува.

Эффекты, аналогичные тем, что описаны выше, то есть, улучшение приемистости при пониженной скорости, благодаря увеличению вязкости топлива, также наблюдались в испытаниях на других дизельных двигателях с турбонаддувом, в том числе в тех, что описаны ниже, в примерах 2 и 3.

Преимущество по мощности, которое является очевидным для топлив B и C при сравнении с топливом A, может быть связано с вязкостью и плотностью топлива с использованием линейно-регрессионного анализа данных о средней мощности. Ниже приведено краткое изложение этого анализа.

Сначала обратимся к двигателю Toyota™, рассматривая только данные в области высокой скорости (так как в этой области процесс является установившимся). Данные, использованные при анализе, приведены ниже, в таблице 16.

При линейно-регрессионном анализе данных о мощности двигателя Toyota™ получены результаты, приведенные ниже в таблице 17.

В результате получен коэффициент регрессии для плотности, равной 20,05 при 87,1%-м доверительном интервале (P=0,129), а также коэффициент регрессии для вязкости 0,675 при 99,9%-м доверительном интервале (P=0,001). Из этого анализа видно, что значительный вклад в преимущество по мощности (доверительный интервал 95%) дает увеличение вязкости топлива.

Для количественной оценки коэффициентов в абсолютных единицах, увеличение вязкости топлива на 1 мм²/с (сантиСтокс) будет приводить к увеличению мощности приблизительно на 0,68 кВт для тестированного двигателя Toyota™. Увеличение плотности топлива на 10 кг/м³ (0,010 г/см³) будет давать увеличение мощности на 0,20 кВт.

Обратимся к двигателю Vauxhall™, снова рассматривая только данные в области высокой скорости. Данные, использованные при анализе, приведены ниже, в таблице 18.

При линейно-регрессионном анализе данных о мощности двигателя Vauxhall™ получены результаты, приведенные в таблице 19.

В результате получен коэффициент регрессии для плотности, равной 17,60 при 91,8%-м доверительном интервале (P=0,082), а также коэффициент регрессии для вязкости 0,505 при 99,9%-м доверительном интервале (P=0,001). Из этого анализа также видно, что значительный вклад в преимущество по мощности (доверительный интервал 95%) дает увеличение вязкости топлива.

Для количественной оценки коэффициентов в абсолютных единицах, увеличение вязкости топлива на 1 мм²/с (сантиСтокс) будет приводить к увеличению мощности приблизительно на 0,51 кВт для двигателя Vauxhall™. Увеличение плотности топлива на 10 кг/м³ (0,010 г/см³) будет давать увеличение мощности на 0,18 кВт.

В связи с подобием отклика автомобилей на изменение вязкости и плотности топлива, целесообразно осуществить комбинированный регрессионный анализ по данным для двух автомобилей. В результате получены коэффициенты регрессии для вязкости 0,60 кВт/(мм²/с) (кВт/сантиСтокс) и для плотности 19 кВт/(г/см³). Оба коэффициента являются значимыми при доверительном интервале значительно больше 95%.

Пример 2

Были проведены эксперименты, аналогичные таковым в примере 1 с автомобилем Audi™, оборудованным инжекторным дизельным двигателем с блоком турбонаддува и системой управления двигателем Bosch™.

Были испытаны две композиции дизельного топлива, топливо D, имеющее показатели вязкости и плотности на нижнем пределе спецификации EN-590 дизельного топлива (соответственно 2,0 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C (ASTM D-445) и 0,821 г/см³ при 15°C (ASTM D-4052)) и топливо E с вязкостью и плотностью на верхнем пределе этой спецификации (соответственно 4,0 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C и 0,845 г/см при 15°C). Эти композиции были составлены, как указано ниже.

Топливо D: 308,8 литров дизельного базового топлива шведского класса 1 (от фирмы Shell; плотность=0,811 г/см³; KB 40=1,95 мм²/с (сантиСтокс)) смешивают с 193,8 литрами масла XHVI 5.2, 97,4 литрами ShellSol™ A (от фирмы Shell) и 123,2 г присадки Paradyne™ 655.

Топливо E: 159,7 литров бессернистого дизельного базового топлива (от фирмы Shell; плотность=0,832 г/см³; KB40 - 2,86 мм²/с (сантиСтокс)) смешивают с 169,8 литрами XHVI 5.2, 19,6 литрами дизельного топлива, произведенного в синтезе Фишера-Тропша (ГЖТ) (от фирмы Shell; плотность=0,7846 г/см³; KB 40=3,497 мм²/с (сантиСтокс)), 225,8 литрами HVT 115, 25,0 литрами Ondina™ EL (от фирмы Shell) и 126,3 г Paradyne™ 655.

Приемистость измеряли с использованием портативного рамного динамометра, одновременно также измеряли мощность в установившемся режиме, в условиях полной нагрузки, при 2000, 2600 и 3300 об/мин. Для регистрации числа оборотов двигателя, впрыскиваемого количества, регулировки впрыска, массового потока воздуха, давления внешней среды и давления наддува использовали программное обеспечение VAGCOM™ (от фирмы Volkswagen AG) (обозначения VAGCOM™: измерительные блоки 1, 4 и 10).

Результаты приведены ниже, в таблицах 20 и 21, причем в таблице 20 показано, как количество впрыскиваемого топлива и давление турбонаддува изменяются с числом оборотов двигателя, для обоих топлив, и в таблице 21 показано, как крутящий момент и мощность двигателя изменяются с числом оборотов двигателя.

И в этом случае данные ясно демонстрируют эксплуатационные преимущества за счет применения топлива E с повышенной вязкостью и повышенной плотностью, причем различия между двумя топливами становятся особенно заметными при меньшем числе оборотов двигателя. Пиковые значения крутящего момента и давления турбонаддува достигаются при меньшем числе оборотов двигателя в случае использования топлива E. Количество впрыскиваемого топлива также значительно повышается при использовании топлива E, во всем диапазоне малых скоростей, вплоть до момента регулирования наддува (которое происходит при меньшем число оборотов двигателя при использовании топлива E (около 1800 об/мин) по сравнению с топливом D (около 1950 об/мин)).

Пример 3

Были проведены эксперименты, аналогичные таковым в примере 1, с дополнительными транспортными средствами, оборудованными турбонаддувом:

a) Volkswagen™ Passat™ 2.5 V6 TDI, впервые зарегистрированный в 2004 г., оборудованный системой инжекции с роторным распределительным насосом фирмы Bosch™;

b) GM™ Corsa™ 1.3 CDTi, впервые зарегистрированный в 2005 г., оборудованный дизельным двигателем с топливной системой высокого давления и системой управления двигателем (СУД) фирмы Bosch™; и

c) BMW™ 320D SE, впервые зарегистрированный в 2004 г., оборудованный дизельным двигателем с топливной системой высокого давления и СУД фирмы Bosch™.

Были использованы две топливные композиции. Топливо F (малой мощности) имело вязкость 1,473 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C (ASTM D-445), плотность 0,8222 г/см³ при 15°C (ASTM D-4052) и пониженную теплотворную способность (ASTM D-240) 42,73 МДж/кг. Топливо G (высокой мощности) имело вязкость 4,527 мм²/с (сантиСтокс) при 40°C, плотность 0,8413 г/см³ при 15°C и пониженную теплотворную способность 43,07 МДж/кг. Эти композиции были составлены, как показано ниже.

Топливо F: 57,9 литров ShellSol™ А смешивают с 435,8 литрами керосина (от фирмы Shell; плотность=0,799 г/см³; KB 40=1,14 мм²/с (сантиСтокс)) и 106,3 литрами минерального масла Risella™ EL (от фирмы Shell; плотность=0,822 г/см³; KB40 равна 13,6 мм²/с (сантиСтокс)).

Топливо G: 166,6 литров деодорированного керосина (от фирмы Shell; плотность равна 0,788 г/см³; KB40 - 1,1 мм²/с (сантиСтокс)) смешивают с 21,5 литрами масла XHV1 5.2, 126,8 литрами высококипящего дизельного базового топлива (от фирмы Shell; плотность равна 0,835 г/см³; KB 40=4,01 мм²/с (сантиСтокс)) и 285,8 литрами масла Risella™ EL.

Ниже в таблице 22 для каждого тестированного автомобиля показаны данные (в процентах) преимущества по мощности и увеличения давления наддува при использовании топлива G по сравнению с топливом F.

Что касается других тестированных двигателей, то было установлено, что повышенная вязкость и плотность топлива G дает значительное улучшение приемистости при пониженном числе оборотов двигателя. Что касается двигателя Vauxhall™, тестированного в примере 1, то в целом, различия в характеристиках работы на двух тестируемых видах топлива становятся менее заметными (если они имеются) при повышенном числе оборотов двигателя.

При пониженном числе оборотов двигателя повышенная вязкость и плотность тестируемого топлива приводит к повышенному давлению наддува, причем наибольшее значение давления наддува достигается раньше, чем при использовании топлива с пониженной вязкостью и плотностью.

Например, для двигателя BMW™, между числом оборотов двигателя от 1300 до 1700 об/мин, различие в мощности двигателя для двух тестированных топлив значительно увеличивается, приблизительно до 3% или больше при скорости около 1700 об/мин. Вероятно, это вызвано положительной обратной связью от турбонаддува, который, как описано выше, неконтролируемо нарастает. В этом диапазоне скоростей давление наддува также значительно повышается (почти на 6%) с увеличением вязкости и плотности топлива G. С повышением скорости эти различия исчезают, поскольку давление наддува уже строго регулируется системой СУД. Аналогичные тенденции наблюдались для всех тестированных двигателей.

При проведении аналогичных экспериментов с использованием ряда других транспортных средств, наблюдались аналогичные эффекты: повышение вязкости и плотности топлива приводило к значительному улучшению приемистости при меньшем числе оборотов двигателя, по меньшей мере, вплоть до момента, когда система СУД начинает регулировать давление поступающего воздуха. Тестированные двигатели включают дизельные двигатели с турбонаддувом EUI, двигатели с топливной системой высокого давления и роторным распределительным насосом, и с системой управления двигателем или от фирм Bosch™, Delphi™, Denso™, или от Fiat™. Тестированные автомобили включают модели Volkswagen™, Toyota™, Ford™, Renault™, GM™, Honda™, Mercedes™, BMW™, Fiat™, Peugeot™ и Audi™.