КОМПОЗИЦИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям автомобильного топлива, их получению и применению и к способам улучшения рабочих характеристик двигателей внутреннего сгорания, в том числе дизельных двигателей.

Уровень техники

Многие автомобильные двигатели 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 рабочие характеристики менее сложных двигателей за счет оптимизации состава и/или свойств 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 целью компенсации изменений в подаче топлива.

В документе WO-A-2005/054411 описано применение компонента, повышающего вязкость композиции дизельного топлива, с целью улучшения тягового усилия автомобиля (ТУ А) 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 (ТУ А) в установившемся режиме, при постоянном числе оборотов двигателя 2000 об/мин и выше, для двигателей с турбонаддувом, а также без турбонаддува. Компоненты, применяемые для повышения вязкости композиции топлива, включают компоненты углеводородного дизельного топлива, такие как, в частности, компоненты дизельного топлива, произведенные в синтезе Фишера-Тропша, и масла, которые могут иметь минеральное или синтетическое происхождение, и также могут быть произведены в синтезе Фишера-Тропша.

С целью оказания существенного эффекта на вязкость топлива и, следовательно, на рабочие характеристики двигателя обычно необходимо использовать такие дополнительные компоненты в концентрации, по меньшей мере, 5% по массе, и часто выше. Однако некоторые из добавок, особенно при повышенных концентрациях, оказывают отрицательное воздействие на другие свойства топлива, например, дистилляции или свойства текучести при низких температурах, что может затруднить соответствие показателей полученной топливной композиции заданным техническим условиям.

Повышение вязкости композиции автомобильного топлива не является тривиальной задачей. Введение дополнительных топливных компонентов, как предложено в документе WO-A-2005/054411, может повлиять на эксплуатацию нефтеперерабатывающего завода и на системы подачи, хранения и распределения топлива. Это может повысить затраты на поставку топлива, и для некоторых это может быть очень трудно реализовать, если, например, изготовитель слабо контролирует само базовое топливо. Кроме того, довольно очевидно, что компоненты, повышающие вязкость, также могут иметь ограниченную доступность.

Кроме того, отмечается, что в документе WO-A-2005/054411 отсутствуют конкретные данные об улучшении характеристики приемистости при пониженном числе оборотов двигателя. К тому же, именно при малых скоростях водитель мог бы наиболее вероятно заметить улучшение приемистости двигателя.

Было бы желательно иметь возможность дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик автомобильного 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.

Краткое раскрытие изобретения

Согласно первому замыслу настоящего изобретения разработано применение присадки, улучшающей индекс вязкости (ИВ) композиции автомобильного топлива, с целью улучшения характеристики приемистости двигателя внутреннего сгорания, в который вводится (или предполагается введение) топливная композиция, или автомобиля с таким приводом. Предпочтительно, композиция топлива представляет собой композицию дизельного топлива, причем двигателем внутреннего сгорания предпочтительно является дизельный двигатель, особенно дизельный двигатель с турбонаддувом.

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 включает уровень мощности и/или крутящего момента и/или тягового усилия автомобиля (ТУА), развиваемых двигателем при любой заданной скорости. Таким образом, улучшение характеристики приемистости можно проследить по увеличению мощности, и/или крутящего момента, и/или ТУА двигателя при любой заданной скорости.

Настоящее изобретение может быть использовано для улучшения характеристики приемистости при малом числе оборотов двигателя. 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 или 1400 до 2200 об/мин, или от 1200 или 1400 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, содержащих присадки, улучшающие ИВ, можно получить преимущества по характеристикам дизельного двигателя с турбонаддувом, и что эти преимущества также могут быть реализованы при малом числе оборотов двигателя (например, в рассмотренных выше диапазонах). 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, например, могут повлиять 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 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 введения присадки, улучшающей ИВ автомобильного топлива, могут перекрывать любые такие потенциально отрицательные эффекты.

В ходе последующих исследований была выдвинута гипотеза, что повышенная вязкость топлива может вызывать ускорение разгона двигателя с турбонаддувом, который таким образом может достигать максимума скорости при пониженном числе оборотов двигателя. В современном дизельном двигателе с турбонаддувом скорость турбонаддува увеличивается, когда возрастает нагрузка и число 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 быстрая "приемистость" или реакция ускорения. Отчасти этот эффект может давать улучшение характеристики приемистости, которое наблюдается при использовании топливной композиции, полученной в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, в изобретении найдено, что в некоторых случаях система управления двигателем (СУД) может усилить этот эффект. При ускорении с полной нагрузкой использование топлива с повышенной вязкостью может привести 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 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 контроль, ограничивая турбонаддув и регулируя давление поступающего воздуха. Авторы полагают, что эти эффекты объясняют, почему улучшение характеристик, наблюдаемое при использовании топлива повышенной вязкости, иногда может усиливаться при пониженном числе оборотов двигателя.

При повышенном числе оборотов двигателя давление поступающего воздуха более тщательно регулируется системой СУД, и тогда можно ожидать, что улучшение рабочих характеристик за счет повышенной вязкости топлива будет ослабляться и/или труднее поддаваться обнаружению. Однако было установлено, что присадки, улучшающие ИВ, позволяют сохранить эффект улучшения рабочих характеристик при повышенном числе оборотов двигателя (например, 2000 об/мин или больше, или 2200, или 2500, или даже 3000, или 3200, или 3400, или 3500, или больше), так же как и при пониженном числе оборотов.

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 присадку, улучшающую ИВ.

Настоящее изобретение целесообразно включает использование присадки, улучшающей ИВ, с целью уменьшения числа оборотов двигателя, при котором турбонаддув достигает максимума скорости при ускорении, или увеличения интенсивности, при которой увеличивается скорость турбонаддува (особенно при малом числе оборотов двигателя) или уменьшения времени, необходимого для достижения максимальной скорости турбонаддува. Однако изобретение также может быть использовано для сохранения улучшенных рабочих характеристик при повышенном числе оборотов двигателя, таким образом, идеально перекрывается весь диапазон числа оборотов двигателя.

Настоящее изобретение может включать использование присадки, улучшающей ИВ компонента, с целью уменьшения числа оборотов двигателя, при котором турбонаддув достигает максимума скорости при ускорении, или увеличения интенсивности, при которой увеличивается скорость турбонаддува (особенно при малом числе оборотов двигателя) или уменьшения времени, необходимого для достижения максимальной скорости турбонаддува. Изобретение может быть использовано для увеличения давления подаваемого воздуха (давление форсированного режима) при заданном числе оборотов двигателя, особенно при малом числе оборотов двигателя.

Число оборотов двигателя можно удобно определить путем опроса системы управления двигателем в ходе регулируемых испытаний на разгон. В качестве альтернативы обороты можно измерять с использованием динамометра. Обычно испытания характеристики приемистости проводятся при широко открытой дроссельной заслонке.

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 (например, расположенных в канале воздухоприемника автомобиля с приводом от испытуемого двигателя, сразу после турбонаддува), или в некоторых случаях путем опроса системы управления двигателем. В свою очередь, это позволяет определить момент, когда скорость турбонаддува достигает наибольшего значения, или определить интенсивность роста скорости турбонаддува.

Крутящий момент двигателя можно рассчитать, зная силу, действующую на динамометр колесами автомобиля с приводом от испытываемого двигателя. Этот момент может быть измерен непосредственно с колес такого автомобиля, с использованием соответствующего специального оборудования (например, Kistler™ RoaDyn™). Мощность двигателя можно рассчитать, зная крутящий момент и число оборотов двигателя, как известно из уровня техники. Показатель ТУА можно определить, измеряя силу, действующую, например, на ролик динамометра на шасси, под действием колес автомобиля с приводом от испытуемого двигателя.

Настоящее изобретение может быть использовано для улучшения характеристик приемистости двигателя внутреннего сгорания или автомобиля с таким приводом. Характеристику приемистости можно оценить по ускорению двигателя и регистрации изменения числа оборотов двигателя, мощности, крутящего момента и/или ТУА, давления подаваемого воздуха и/или скорости турбонаддува во времени. Такая оценка может быть удобно осуществлена во всем диапазоне числа оборотов двигателя, если желательно улучшение рабочих характеристик при малой скорости, то оценку можно проводить, например, при числе оборотов от 1200 до 2000 об/мин или от 1400 до 1900 об/мин.

Кроме того, характеристику приемистости можно оценить с помощью водителя с соответствующим опытом, который разгоняет автомобиль с приводом от испытываемого двигателя, например от 0 до 100 км/час, на шоссе. Автомобиль должен быть оборудован соответствующими приборами, такими как спидометр, для того чтобы зарегистрировать изменения приемистости в связи с числом оборотов двигателя.

Обычно улучшение характеристики приемистости может проявляться по уменьшению времени ускорения и/или по одному или нескольким эффектам, которые описаны выше, например, по ускоренному увеличению скорости турбонаддува, или увеличению крутящего момента двигателя, или мощности, или ТУА при любой заданной скорости.

В контексте настоящего изобретения "улучшение" характеристики приемистости 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 присадки, улучшающей ИВ, 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 двигателях внутреннего сгорания (обычно в дизельных двигателях), до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ.

Например, настоящее изобретение может включать регулирование свойств, и/или характеристик, и/или эффектов композиции топлива, в частности влияния топлива на характеристику приемистости двигателя внутреннего сгорания путем использования присадки, улучшающей ИВ, с целью достижения желательной цели.

Как описано в документе WO-A-2005/054411 (смотрите в частности стр.3, строка 22 до стр.4, строка 17), улучшение характеристики приемистости также может включать смягчение, по меньшей мере частичное, уменьшения, то есть ухудшения характеристики приемистости, вызванного другой причиной, в частности из-за другого топливного компонента или присадки, введенных в композицию 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 присадки, улучшающей ИВ, в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, улучшение приемистости при пониженной скорости может включать восстановление, по меньшей мере частичное, характеристики 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 использования настоящего изобретения для увеличения крутящего момента двигателя, обычно в течение периода разгона, при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение может составлять по меньшей мере 0,1%, предпочтительно по меньшей мере 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5%, иногда по меньшей мере 0,6 или 0,7%, по сравнению с увеличением, полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения присадки, улучшающей ИВ, и/или при работе двигателя на другой аналогичной топливной композиции (обычно дизельного топлива) с меньшей вязкостью.

Это увеличение может быть сопоставлено с крутящим моментом двигателя, полученным при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в двигателях внутреннего сгорания (обычно дизелях), в том числе в двигателях с турбонаддувом, до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ.

В случае использования настоящего изобретения для увеличения мощности двигателя, обычно в течение периода разгона, при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение снова может составлять по меньшей мере 0,1%, предпочтительно по меньшей мере 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5%, иногда по меньшей мере 0,6 или 0,7%, по сравнению с увеличением, полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения присадки, улучшающей ИВ, и/или при работе двигателя на другой аналогичной топливной композиции (обычно дизельного топлива) с меньшей вязкостью. Это увеличение может быть сопоставлено с мощностью двигателя, полученной при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в двигателях внутреннего сгорания (обычно дизелях), в том числе в двигателях с турбонаддувом, до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ.

В случае использования настоящего изобретения для увеличения ТУА двигателя, обычно в течение периода разгона, при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение также может составлять по меньшей мере 0,1%, предпочтительно по меньшей мере 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5%, иногда по меньшей мере 0,6 или 0,7%, по сравнению с увеличением, полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения присадки, улучшающей ИВ, и/или при работе двигателя на другой аналогичной топливной композиции (обычно дизельного топлива) с меньшей вязкостью. Это увеличение может быть сопоставлено с тяговым усилием двигателя, полученным при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в двигателях внутреннего сгорания (обычно дизелях), в том числе в двигателях с турбонаддувом, до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ.

В случае использования настоящего изобретения для увеличения давления, форсирующего турбонаддув, в двигателе с турбонаддувом, обычно в течение периода разгона (то есть в ходе нарастания турбонаддува), при заданном числе оборотов двигателя, это увеличение может составлять по меньшей мере 0,3%, предпочтительно по меньшей мере 0,4 или 0,5%, по сравнению с увеличением, полученным при работе двигателя на топливной композиции до введения присадки, улучшающей ИВ, и/или при работе двигателя на другой аналогичной топливной композиции (обычно дизельного топлива) с меньшей вязкостью. Это увеличение может быть сопоставлено с давлением, форсирующим турбонаддув, полученным при соответствующей скорости, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в двигателях внутреннего сгорания (обычно дизелях), в том числе в двигателях с турбонаддувом, до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ.

В случае использования настоящего изобретения для уменьшения времени, необходимого для разгона двигателя от одного до другого заданного числа оборотов двигателя, это снижение может составлять по меньшей мере 0,1%, предпочтительно по меньшей мере 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5%, иногда по меньшей мере 0,6, или 0,7, или 0,8, или 0,9%, по сравнению с временем разгона при работе двигателя на топливной композиции до введения присадки, улучшающей ИВ, и/или при работе двигателя на другой аналогичной топливной композиции (обычно дизельного топлива) с меньшей вязкостью. Это уменьшение может быть сопоставлено с временем разгона от одного до другого заданного числа оборотов, когда тот же самый двигатель работает на другой аналогичной топливной композиции, которую предполагается использовать (например, поставлять на рынок) в двигателях внутреннего сгорания (обычно дизелях), в том числе в двигателях, до добавления в композицию присадки, улучшающей ИВ. Например, время разгона можно измерять в диапазоне возрастающего числа оборотов двигателя от 300 об/мин или больше, или 400, или 500, или 600, или 700, или 800, или 900, или 1000 об/мин, или больше, например, от 1300 до 1600 об/мин, или от 1600 до 2200 об/мин, или от 2200 до 3000 об/мин, или от 3000 до 4000 об/мин.

Предпочтительно присадка, улучшающая ИВ, используется при минимальной температуре 40°С. Более того, присадка, улучшающая ИВ, предпочтительно используется при минимальном давлении 250 бар.

В соответствии с настоящим изобретением композиция автомобильного топлива, в которой используется присадка, улучшающая ИВ, может быть, например, композицией дизельного топлива, подходящей для применения в дизельном двигателе. Композиция может быть использована, и/или может быть подходящей, и/или приспособленной, и/или предназначается для использования в любом типе двигателя с воспламенением от сжатия, например, в тех, которые описаны ниже. В частности ее можно удобно использовать в дизельном двигателе, оборудованном турбонаддувом.

Применение присадок, улучшающих индекс вязкости (также называются добавками, улучшающими ИВ), уже хорошо известно для рецептур смазочных материалов, где они используются для сохранения вязкости по возможности постоянной в желательном диапазоне температур путем увеличения вязкости при повышенных температурах. Обычно основой присадок служат полимерные молекулы с относительно высокой молекулярной массой и длинной цепью, которые могут образовывать конгломераты и/или мицеллы. Эти молекулярные системы расширяются при повышении температуры, таким образом дополнительно ограничивается их движение относительно друг друга, что в свою очередь повышает вязкость системы.

Известные присадки, улучшающие ИВ, включают полиметакрилаты (ПМА), полиизобутилены (ПИБ), стирол-бутилен/этиленовые блочные сополимеры и некоторые другие сополимеры, в том числе, например, полистирол-полиизопреновые звездообразные ("звездчатые") сополимеры. Обычно их вводят в рецептуры смазочных масел в концентрации между 1 и 20% по массе.

В документе WO-A-01/48120 предложены определенные присадки таких типов для применения в топливных композициях, в том числе в композициях дизельного топлива, с целью улучшения запуска двигателя при повышенных температурах. Однако, насколько известно авторам изобретения, не было предложено их использование для улучшения характеристики приемистости двигателя.

В настоящем изобретении установлено, что присадки, улучшающие ИВ, могут значительно повысить вязкость композиции автомобильного топлива, в частности дизельного топлива, даже при использовании относительно низких концентраций присадок, и, в свою очередь, могут улучшить рабочие характеристики двигателя, в который вводится эта композиция. Эти улучшения рабочих характеристик могут быть особенно заметны при малом числе оборотов двигателя, как более подробно описано ниже. В частности, они могут быть использованы в двигателях с турбонаддувом.

Таким образом, настоящее изобретение может обеспечить эффективный способ улучшения рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания с помощью топлива, введенного в двигатель. Однако в отличие от композиций дизельного топлива, раскрытых в документе WO-A-2005/054411, в настоящем изобретении возможна оптимизация топлива с использованием относительно малых концентраций дополнительных компонентов (то есть концентраций такого порядка, которые применяются скорее для топливных присадок, чем для топливных компонентов, таких как используемые для повышения вязкости, описанные в документе WO-A-2005/054411). В свою очередь это может снизить затраты и упростить процесс получения топлива. Например, это может позволить изменять топливную композицию с целью улучшения последующих рабочих характеристик двигателя за счет введения присадок скорее после нефтеперерабатывающего завода, чем путем изменения содержания базового топлива на месте его получения. Смешивание компонентов базового топлива может быть осуществлено не на всех местоположениях, тогда как введение топливных присадок в относительно малых концентрациях может быть легко осуществлено на топливных складах или в других заправочных пунктах, таких как автоцистерна, баржа или передвижные заправочные пункты, заправочные колонки, потребительские резервуары и автомобили. Кроме того, присадка, которая может использоваться в относительно низких концентрациях, конечно, может транспортироваться, храниться и вводиться в топливную композицию с большей экономической эффективностью, чем топливный компонент, который должен применяться в концентрациях порядка десятка процентов по массе.

Кроме того, применение относительно малых концентраций присадок, улучшающих ИВ, помогает снижать любые нежелательные побочные эффекты, например, воздействие на дистилляцию или свойства текучести при низких температурах, которые вызваны их введением в топливную композицию.

Присадки, улучшающие ИВ, главным образом, получают синтетически, и поэтому они обычно доступны, причем их состав и качество вполне определены, в отличие, например, от повышающих вязкость топливных компонентов минерального происхождения (нефтезаводские потоки), состав которых может изменяться от партии к партии. Кроме того, присадки, улучшающие ИВ, промышленно доступны для использования в смазочных маслах, что и в этом случае может сделать их привлекательной присадкой для нового применения, предложенного в настоящем изобретении. Часто они также имеют меньшую стоимость, в частности в связи с требуемой меньшей концентрацией, чем для других компонентов, повышающих вязкость, таких как минеральные базовые масла.

Дополнительное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что присадки, улучшающие ИВ, специально разработаны для повышения вязкости при повышенной температуре. Поскольку увеличение мощности двигателя, благодаря использованию топлив с повышенной вязкостью, связано с условиями системы впрыска топлива, которая обычно эксплуатируется при высокой температуре, полагают, что присадки, улучшающие ИВ, могут обеспечивать более значительные преимущества рабочих характеристик, чем другие традиционные компоненты, повышающие вязкость.

Присадки, улучшающие ИВ и применяемые в топливных композициях в соответствии с настоящим изобретением, по своей природе могут быть полимерами. Например, они могут быть выбраны из:

а) сополимеров на основе стирола, в частности блочных сополимеров, например, таких, которые доступны как присадки Kraton™ D или Kraton™ G (от фирмы Kraton) или как присадки SV™ (от фирм Infineum, Multisol или др.). Конкретные примеры включают сополимеры стирольных и этилен/бутиленовых мономеров, например, полистирол-полиизопреновых сополимеров и полистирол-полибутадиеновых сополимеров. Такие сополимеры могут быть блочными сополимерами, как например, SV™ 150 (полистирол-полиизопреновый двойной блочный сополимер), или присадками Kraton™ (стирол-бутадиен-стирольные тройные блочные сополимеры или стирол-этилен-бутиленовые блочные сополимеры). Они могут быть клиновидными сополимерами, например, стирол-бутадиеновые сополимеры. Они могут быть звездообразными сополимерами, как, например, SV™ 260 (стирол-полиизопреновый звездообразный сополимер);

b) другие блочные сополимеры на основе этилена, бутилена, бутадиена, изопрена или других олефиновых мономеров, например, этилен-пропиленовые сополимеры;

c) полиизобутилены (ПИБ);

d) полиметакрилаты (ПМА);

e) поли-альфа-олефины (ПАО); и

f) их смеси.

Присадки, улучшающие ИВ, могут содержать одно или несколько соединений неорганического происхождения, например цеолиты.

Другие примеры подходящих присадок, улучшающих индекс вязкости, раскрыты в патентах Японии №№954077, 1031507, 1468752, 1764494 и 1751082. Дополнительные примеры включают в себя присадки, улучшающие ИВ, диспергирующего типа, которые включают в себя сополимеризованные полярные мономеры, содержащие атомы азота и кислорода; улучшающие ИВ присадки алкилароматического типа; и определенные присадки, снижающие температуру потери текучести, для которых известно применение в качестве присадок, улучшающих ИВ.

Из указанных выше присадки типов (а) и (b) или их смеси могут быть предпочтительными, в особенности присадки типа (а). Присадки, улучшающие ИВ, которые содержат или в идеале состоят, главным образом, из блочных сополимеров, могут быть предпочтительными, так как обычно они в меньшей степени будут приводить к побочным эффектам, таким как образование осадка и/или пены.

Присадка, улучшающая ИВ, например, может быть блочным сополимером, который содержит один или несколько блоков олефиновых мономеров, обычно выбранных из мономеров - этилена, пропилена, бутилена, бутадиена, изопрена и стирола.

Кинематическая вязкость при 40°С (KB 40, которую измеряют по стандарту ASTM D-445 или EN ISO 3104) присадки, улучшающей ИВ, обычно составляет 40 мм²/с или больше, предпочтительно 100 мм²/с или больше, более предпочтительно 1000 мм²/с или больше. Целесообразно плотность присадки при 15°С (ASTM D-4052 или EN ISO 3675) составляет 600 кг/м³ или больше, предпочтительно 800 кг/м³ или больше. Содержание в ней серы (ASTM D-2622 или EN ISO 20846) обычно составляет 1000 мг/кг или меньше, предпочтительно 350 мг/кг или меньше, более предпочтительно 10 мг/кг или меньше.

Присадка, улучшающая ИВ, может быть заранее растворена в подходящем растворителе, например в масле, таком как минеральное масло или смесь углеводородов, произведенная в синтезе Фишера-Тропша; в топливном компоненте (который и в этом случае может быть или минеральным, или произведенным в синтезе Фишера-Тропша), совместимым с композицией топлива, в котором будет применяться присадка (например, среднедистиллятный топливный компонент, такой как газойль или керосин, когда предполагается использование присадки в композиции дизельного топлива); поли-альфа-олефине; так называемом биотопливе, таком как алкиловый эфир жирной кислоты (АЭЖК), в продукте синтеза Фишера-Тропша с превращением биомассы в синтетическую жидкость, гидрированном растительном масле, в отработанном масле, или масле водорослей, или спирте, таком как этанол; в ароматическом растворителе; любом другом углеводороде или органическом растворителе; или в их смеси. В этой связи предпочтительными растворителями для использования являются минеральные масла на основе компонентов дизельного топлива и растворители, и компоненты, произведенные в синтезе Фишера-Тропша, такие как указанные ниже компоненты "XtL". В некоторых случаях также могут быть предпочтительными растворители типа биотоплива.

Концентрация присадки, улучшающей ИВ, в композиции топлива может доходить до 1% по массе, подходяще до 0,5% по массе, иногда до 0,4, или 0,3, или 0,25% по массе. Концентрация может составлять 0,001% по массе или больше, предпочтительно 0,01% по массе или больше, целесообразно 0,02, или 0,03, или 0,04, или 0,05% по массе или больше, иногда 0,1 или 0,2% по массе или больше. Подходящая концентрация может составлять, например, от 0,001 до 1% по массе, или от 0,001 до 0,5% по массе, или от 0,05 до 0,5% по массе, или от 0,05 до 0,25% по массе, например, от 0,05 до 0,25% по массе или от 0,1 до 0,2% по массе. Неожиданно было установлено, что повышенные концентрации присадок, улучшающих ИВ (например, выше чем 0,5% по массе), не всегда приводят к улучшению рабочих характеристик двигателя и что иногда может наблюдаться оптимум концентрации для любой данной присадки, например, между 0,05 и 0,5% по массе, или между 0,05 и 0,25% по массе, или между 0,1 и 0,2% по массе.

Остальная часть композиции обычно может состоять из одного или нескольких автомобильных базовых топлив, примеры которых более подробно описаны ниже, необязательно вместе с одной или несколькими топливными присадками.

Указанные выше концентрации приведены для самой присадки, улучшающей ИВ, и не учитывают любой растворитель (растворители), которым предварительно разбавлен активный компонент. Концентрации приведены в расчете на массу всей топливной композиции. Если в композиции используется комбинация из двух или более присадок, улучшающих ИВ, такие же диапазоны концентраций могут применяться для всей комбинации, и в этом случае за вычетом любого присутствующего предварительного растворителя (растворителей).

Концентрация присадки, улучшающей ИВ, будет зависеть от желательной вязкости всей топливной композиции, вязкости композиции до введения присадки, вязкости самой присадки и вязкости любого растворителя, в котором используется присадка. Относительные доли присадки, улучшающей ИВ, топливного компонента (компонентов), повышающего вязкость, и любых других присутствующих компонентов или присадок, в композиции автомобильного 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.

Неожиданно было установлено, что, по меньшей мере, при относительно низких концентрациях, предложенных в настоящем изобретении, улучшающая ИВ присадка, может увеличивать вязкость топливной композиции, в частности композиции дизельного топлива, в большей степени, чем можно было прогнозировать теоретически, на основе значений вязкости индивидуальных компонентов.

Согласно этой теории вязкость смеси двух или более жидкостей, обладающих различной вязкостью, можно рассчитать, используя трехступенчатую методику (смотрите в книге Хиршфельдера и др., "Молекулярная теория газов и жидкостей" (Hirshfelder et al., Molecular Theory of Gases and Liquids), l-e издание, Wiley (ISBN 0-471-40065-3) и Maples (2000), "Экономика процессов переработки нефти» (Petroleum Refinery Process Economics), 2-e издание, Pennwell Books (ISBN 0-87814-779-9)). На первой ступени необходимо рассчитать индекс вязкости смешения (ИВС) для каждого компонента смеси, с использованием следующего уравнения (известного как уравнение Refutas):

где v означает вязкость соответствующего компонента в сантистоксах (мм²/с), измеренную при одной и той же температуре для каждого компонента.

На следующей ступени рассчитывают ИВС для всей смеси, используя следующее уравнение:

где смесь содержит компоненты А, В,…Х и каждая величина w означает массовую долю (то есть мас.% - 100) соответствующего компонента в смеси.

Когда индекс вязкости смешения для всей смеси рассчитан с использованием уравнения (2), последний этап заключается в определении вязкости смеси с использованием обращенного уравнения (I):

.

Однако было обнаружено, что смесь 99% по массе дизельного топлива, не содержащего серы и имеющего значение KB 40 2,75 мм²/с, с 1% по массе улучшающей ИВ присадки SV™ 261 (которая имеет KB 40 16300 мм²/с) имеет суммарную измеренную вязкость KB 40 3,19 мм²/с. Другими словами, введение присадки, улучшающей ИВ, повышает значение KB 40 дизельного топлива на 0,44 мм²/с. Однако используя приведенные выше формулы, расчетное значение KB 40 было бы 2,84 мм²/с, то есть вязкость увеличилась бы только на 0,09 мм²/с по сравнению с KB 40 одного дизельного топлива. Таким образом, на основе чистой теории нельзя было ожидать, что присадки, улучшающие ИВ, значительно повысят вязкость топливной композиции при малой концентрации присадки.

(SV™ 261 представляет собой смесь 15% по массе блочных сополимеров (например, SV™ 260, также от фирмы Infineum) с 85% по массе минерального масла).

Благодаря включению присадки, улучшающей ИВ, топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением (в частности композиция дизельного топлива) обычно будет иметь значение KB 40 2,7, или 2,8 мм²/с, или больше, предпочтительно 2,9, или 3,0, или 3,1, или 3,2, или 3,3, или 3,4 мм²/с, или больше, иногда 3,5, или 3,6, или 3,7, или 3,8, или 3,9, или даже 4 мм²/с, или больше. Значение KB 40 композиции может доходить до 4,5, или 4,4, или 4,3 мм²/с. В определенных случаях, например арктических дизельных топлив, значение KB 40 композиции может быть столь малым, как 1,5 мм²/с, хотя предпочтительно оно равно 1,7, или 2,0 мм²/с, или больше. Если не оговорено иное, подразумевается, что ссылки на вязкость означают среднюю кинематическую вязкость.

Предпочтительно композиция имеет относительно высокую плотность, например, для композиции дизельного топлива плотность при 15°С (ASTM D-4052 или EN ISO 3675) равна 830 кг/м³ или больше, предпочтительно 832 кг/м³ или больше, такую как от 832 до 860 кг/м³. Целесообразно, чтобы плотность не превышала 845 кг/м³ при 15°С, что представляет собой верхний предел плотности по современным техническим условиям EN 590 на дизельное топливо.

Топливная композиция, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может быть, например, композицией автомобильного бензина или дизельного топлива, в частности дизельным топливом.

Композиция бензинового топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, вообще может быть композицией бензинового топлива любого типа, подходящей для использования в (бензиновом) двигателе искрового зажигания. Кроме присадки, улучшающей ИВ, она может содержать другие стандартные компоненты бензинового топлива. Например, композиция может включать основную долю топлива на основе бензина, который имеет типичный диапазон выкипания (по ASTM D-86 или EN ISO 3405) от 20 до 210°С. В этом контексте термин "основная доля" обычно означает 85% по массе или больше в расчете на всю топливную композицию, более целесообразно 90 или 95% по массе или больше, наиболее предпочтительно 98, или 99, или 99,5% по массе, или больше.

Композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, вообще может быть композицией дизельного топлива любого типа, подходящей для использования в двигателе с воспламенением от сжатия (дизель). Кроме присадки, улучшающей ИВ, она может содержать другие стандартные компоненты дизельного топлива. Например, композиция может включать основную долю топлива на основе дизельного топлива, например, описанного ниже типа. И в этом случае термин "основная доля" обычно означает 85% по массе или больше в расчете на всю композицию, более целесообразно 90 или 95% по массе или больше, наиболее предпочтительно 98, или 99, или 99,5% по массе, или больше.

Таким образом, кроме присадки, улучшающей ИВ, композиция дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может содержать один или несколько компонентов дизельного топлива традиционного типа. Обычно такие компоненты могут содержать жидкие углеводороды среднедистиллятного топливного масла (масел), например газойлей нефтяного происхождения. Обычно такие топливные компоненты могут иметь органическое или синтетическое происхождение, и они удобно получаются путем дистилляции сырой нефти с отбором фракций в желательном диапазоне. Обычно они имеют диапазон выкипания в типичном диапазоне дизельного топлива от 150 до 410°С, или от 170 до 370°С, в зависимости от сорта и применения. Типичные композиции топлива могут включать один или несколько крекированных продуктов, полученных путем расщепления тяжелых углеводородов.

Например, газойль нефтяного происхождения может быть получен путем переработки нефти с необязательной (гидро)очисткой исходного нефтного сырья. Это может быть отдельный поток газойля, полученный в таком процессе переработки нефти или смесь нескольких газойлевых фракций, полученных в процессе переработки нефти по различным технологическим направлениям. Примерами таких газойлевых фракций являются прямогонный газойль, вакуумный газойль, газойль, полученный в процессе термического крекинга, легкое и тяжелое циркуляционные масла, полученные в установке флюид-каталитического крекинга, и газойль, полученный в установке гидрокрекинга. Необязательно газойль нефтяного происхождения может содержать немного керосиновой фракции, полученной из нефти.

Такие газойли можно обрабатывать в установке гидрообессеривания (ГОС), с целью снижения содержания серы в газойле до уровня, подходящего для введения в композицию дизельного топлива.

Базовое дизельное топливо может быть произведено в синтезе Фишера-Тропша или содержать компонент дизельного топлива, произведенного в синтезе Фишера-Тропша, обычно газойль. 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(СО+2Н₂)=(-CH₂-)n+nH₂O+теплота,

в присутствии подходящего катализатора и обычно при повышенной температуре (например, от 125 до 300°С, предпочтительно от 175 до 250°С) 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 органического, неорганического, природного или синтетического сырья, обычно или из природного газа, или из метана органического происхождения.

Произведенный в синтезе Фишера-Тропша компонент дизельного топлива, 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 ЕР-А-0147873), и/или гидроизомеризацию, которая может улучшить характеристики текучести на холоде за счет увеличения доли разветвленных парафинов. В документе ЕР-А-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 происходят 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, изомеризация и гидрориформинг, как описано, например, в патентах США №№А-4125566 и А-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 ЕР-А-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; и в публикации 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 ереднедистиллятного диапазона получаются путем превращения природного газа в тяжелый углеводородный воск (парафин), 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. Он может быть компонентом BtL (биомасса в жидкое топливо). Обычно подходящим XtL компонентом может быть компонент среднедистиллятного топлива, например, выбранный из керосиновой, дизельной и газойлевой фракций, которые известны 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 дизельного топлива, является газойль.

Компоненты дизельного топлива, содержащиеся в композиции, которая получена в соответствии с настоящим изобретением, обычно будут иметь плотность от 750 до 900 кг/м³, предпочтительно от 800 до 860 кг/м³, при 15°С (по стандарту ASTM D-4052 или EN ISO 3675) и/или значение KB 40 от 1,5 до 6,0 мм²/с (по ASTM D-445 или EN ISO 3104).

В композиции дизельного топлива, 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, гидрированное 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 не обязательно должны иметь биологическое происхождение.

В соответствии с настоящим изобретением присадка, улучшающая ИВ, может быть использована для повышения вязкости топливной композиции. Таким образом, в композиции, полученной в соответствии с первым замыслом настоящего изобретения, базовое топливо (топлива) может обладать относительно низкой вязкостью и затем может быть "усовершенствовано" путем введения присадки, улучшающей ИВ. Таким образом, компонент базового топлива, который сам по себе, возможно, не является полезным для улучшения рабочих характеристик двигателя, может обеспечивать форсирование характеристик двигателя. Вместо этого, или кроме того, любые вредные воздействия, которые этот компонент мог бы оказывать на рабочие характеристики двигателя, могут быть нейтрализованы, по меньшей мере частично, под действием присадки, улучшающей ИВ.

Например, в случае композиции дизельного топлива базовое топливо (топлива) может представлять собой или включать компоненты с относительно низкой вязкостью, такие как керосиновые компоненты, произведенные в синтезе Фишера-Тропша или минерального происхождения, компоненты нафты, произведенные в синтезе Фишера-Тропша или минерального происхождения, так называемые произведенные в синтезе Фишера-Тропша "зимние ГЖТ" газойли, маловязкие минеральные масла - компоненты дизельного топлива или биодизельные компоненты. Такие базовые топлива, например, могут иметь величину KB 40 (по ASTM D-445 или EN ISO 3104) ниже максимума, допускаемого техническими условиями Европейского дизельного топлива EN 590, например, ниже 4,5 мм²/с, или ниже 3,5, или 3,2, или 3 мм²/с. Иногда они могут иметь KB 40 ниже минимума, допускаемого EN 590, например, ниже 2 мм²/с или даже ниже 1,5 мм²/с. Присадка, улучшающая ИВ, может быть предварительно разбавлена в одном или нескольких из таких топливных компонентов, до ее введения в конечную композицию автомобильного топлива.

Таким образом, в первом замысле настоящее изобретение может включать применение присадки, улучшающей ИВ, в топливном компоненте, таком как базовое топливо, с целью улучшения характеристик приемистости двигателя внутреннего сгорания, в котором топливный компонент или композиция автомобильного топлива, содержащая этот компонент, находится или которая будет введена, или находится в автомобиле с приводом от такого двигателя. Это может включать применение присадки, улучшающей ИВ, в топливном компоненте с целью уменьшения отрицательного воздействия, вызванного этим компонентом, на характеристику приемистости двигателя внутреннего сгорания, в котором топливный компонент или композиция автомобильного топлива, содержащая этот компонент, находится или в который будет введена, или в автомобиле с приводом от такого двигателя.

Термин "отрицательное воздействие" на характеристику приемистости обычно означает замедление разгона.

Композиция автомобильного дизельного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, обычно будет соответствовать принятым в настоящее время стандартным техническими условиями, таким как, например, EN 590 (для Европы) или ASTM D-975 (для США). В качестве примера, суммарная топливная композиция может иметь плотность от 820 до 845 кг/м³ при 15°С (по ASTM D-4052 или EN ISO 3675); Т95 - точку выкипания 95% (по ASTM D-86 или EN ISO 3405), равную 360°С или ниже; измеренное цетановое число (ASTM D-613) 51 или больше; значение KB 40 (ASTM D-445 или EN ISO 3104) от 2 до 4,5 мм²/с; содержание серы (ASTM D-2622 или EN ISO 20846) 50 мг/кг или меньше; и/или содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (по ГР 391(модиф.)) ниже, чем 11% по массе. 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 настоящим изобретением, целесообразно содержит не больше, чем 5000 вес.ч./млн (весовых частей на миллион) серы, типично 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, по большей 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 автомобильного топлива, полученная в соответствии с настоящим изобретением, или базовое топливо, используемое в такой композиции, может содержать присадку или может не содержать присадку (без присадки). Если присадка добавлена, например, на нефтеперерабатывающем заводе, она будет содержать небольшое количество одной или нескольких присадок, которые 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. Таким образом, композиция может содержать небольшое количество (предпочтительно 1% по массе или меньше, более предпочтительно 0,5% по массе (5000 вес.ч./млн) или меньше, и наиболее предпочтительно 0,2% по массе (2000 вес.ч./млн) или меньше), одной или нескольких топливных присадок, кроме присадки, улучшающей ИВ.

Например, композиция может содержать моющую присадку. Добавки в дизельное топливо, содержащие моющую присадку, являются известными и промышленно доступными. Такие присадки могут быть добавлены в дизельное топливо в концентрации, которая обеспечивает уменьшение, удаление или замедление образования отложений в двигателе.

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

Смесь топливных присадок, которые могут применяться в топливной композици, полученной в соответствии с настоящим изобретением, может содержать другие компоненты, кроме моющей присадки. Примерами являются усилители смазывающей способности; 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, 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-n-фенилендиамин); дезактиваторы металлов; присадки, улучшающие сгорание; присадки, рассеивающие статическое электричество; присадки, улучшающие текучесть; и вещества, предотвращающие осаждение парафинов.

Такая смесь топливных присадок может содержать усилитель смазывающей способности, особенно когда композиция топлива имеет низкое содержание серы (например, 500 вес.ч./млн или меньше). В топливной композиции с присадкой концентрация присутствующего усилителя смазывающей способности обычно составляет меньше чем 1000 вес.ч./млн, предпочтительно между 50 и 1000 вес.ч./млн, более предпочтительно между 70 и 1000 вес.ч./млн. Подходящие промышленно доступные усилители смазывающей способности включают присадки на основе сложных эфиров и кислот. Другие усилители смазывающей способности описаны в патентной литературе, в частности в связи с их применением в дизельном топливе с низким содержанием серы, например, в:

- статье Danping Wei и Н.А.Spikes, "Смазывающая способность дизельного топлива". Wear, III (1986), с.217-235;

- WO-A-95/33805: агент, улучшающий текучесть на холоде для усиления смазывающей способности малосернистых топлив;

- WO-A-94/17160: некоторые сложные эфиры карбоновых кислот и спиртов, в которых кислота имеет от 2 до 50 атомов углерода и спирт содержит 1 или несколько атомов углерода, в частности моноолеат глицерина и ди-изодециловый эфир адипиновой кислоты, в качестве топливных добавок, снижающих износ инжекционной системы дизельного двигателя;

- US-A-5490864: некоторые диэфиры дитиофосфорной кислоты и диспиртов в качестве противоизносных добавок со смазывающей способностью для малосернистых дизельных топлив; и

- WO-A-98/01516: некоторые алкилароматические соединения, имеющие, по меньшей мере, одну карбоксильную группу, связанную с ароматическим ядром, с целью придания противоизносной смазывающей способности, особенно малосернистым дизельным топливам.

Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы топливная композиция содержала противовспениватель, более предпочтительно в сочетании с антикоррозионным агентом и/или ингибитором коррозии и/или смазывающей присадкой.

Если не указано другое, концентрация каждого такого дополнительного компонента (активного вещества) в топливной композиции с присадкой предпочтительно составляет до 10000 вес.ч./млн, более предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 1000 вес.ч./млн, выгодно от 0,1 до 300 вес.ч./млн, например, от 0,1 до 150 вес.ч./млн.

Концентрация любого средства от помутнения (активного вещества) в топливной композиции предпочтительно будет находиться в диапазоне от 0,1 до 20 вес.ч./млн, более предпочтительно от 1 до 15 вес.ч./млн, еще более предпочтительно от 1 до 10 вес.ч./млн, преимущественно от 1 до 5 вес.ч./млн. Концентрация любой присутствующей присадки, улучшающей воспламенение, (активного вещества) предпочтительно составляет 2600 вес.ч./млн или меньше, более предпочтительно 2000 вес.ч./млн или меньше, целесообразно от 300 до 1500 вес.ч./млн. Концентрация любой моющей присадки (активного вещества) в топливной композиции предпочтительно будет находиться в диапазоне от 5 до 1500 вес.ч./м.млн, более предпочтительно от 10 до 750 вес.ч./млн, наиболее предпочтительно от 20 до 500 вес.ч./млн.

По желанию перечисленные выше добавленные компоненты, могут быть смешаны, предпочтительно вместе с подходящим разбавителем (разбавителями), в концентрате присадки, причем концентрат присадки может быть диспергирован в базовом топливе или топливной композиции. В соответствии с настоящим изобретением присадка, улучшающая ИВ, может быть введена в такую рецептуру присадки.

Например, в случае композиции дизельного топлива обычно добавка будет содержать моющую присадку, необязательно вместе с другими компонентами, как описано выше, и совместимый с дизельным топливом разбавитель, который может быть минеральным маслом, растворитель, такой как поставляется фирмой Shell с торговой маркой "SHELLSOL"; полярный растворитель, такой как сложный эфир и, в особенности, спирт, например, гексанол, 2-этилгексанол, деканол, изотридеканол и спиртовые смеси, такие как продукты, поставляемые фирмой Shell с торговой маркой "LINEVOL", особенно спирт LINEVOL 79, который представляет собой смесь первичных спиртов С₇-С₉, или смесь C₁₂-C₁₄ спиртов, которая является промышленно доступной.

Общее содержание добавок в топливную композицию соответственно может составлять между 0 и 10000 вес.ч./млн и предпочтительно ниже 5000 вес.ч./млн.

В этом изобретении количества (концентрации, % по объему, вес.ч./млн, % по массе) компонентов относятся к активному веществу, то есть за исключением летучих растворителей/разбавляющих материалов.

Для использования в бензиновых топливных композициях могут быть подходящими другие типы и/или концентрации присадок, которые например, могут содержать в качестве моющих присадок полиизобутилен/аминные и/или полиизобутилен/амидные сополимеры.

В соответствии со вторым замыслом настоящего изобретения предлагается применение присадки, улучшающей индекс вязкости (ИВ) в композиции автомобильного топлива с целью повышения вязкости композиции.

В рамках настоящего изобретения "увеличение" вязкости включает в себя увеличение в любой степени. Это увеличение может быть сопоставлено с вязкостью композиции топлива до введения присадки, улучшающей ИВ. Вязкость может быть сопоставлена с вязкостью другой аналогичной композиции дизельного топлива, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в двигателях внутреннего сгорания, в частности в дизельных двигателях, до добавления в нее присадки, улучшающей ИВ.

Например, настоящее изобретение может включать регулирование вязкости композиции топлива с использованием присадки, улучшающей ИВ, для того чтобы достичь желательного значения вязкости.

Обычно присадка, улучшающая ИВ, может быть использована для повышения значения KB 40 композиции топлива, по меньшей мере, на 0,05 мм²/с, предпочтительно, по меньшей мере, на 0,1, или 0,2, или 0,3, или 0,4 мм²/с, иногда, по меньшей мере, на 0,5, или 0,6, или 0,7, или 0,8, или 0,9, или даже на 1, или 1,5, или 2 мм²/с.

Обычно присадка, улучшающая ИВ, и ее концентрация, используемая в композиции топлива, будут такими, чтобы вызвать снижение плотности композиции при 15°С на 5 кг/м³ или меньше, предпочтительно на 2 кг/м³ или меньше. Предпочтительно они будут такими, чтобы не вызвать снижения плотности. Иногда они могут быть такими, чтобы вызвать повышение плотности. Снижение плотности может быть сопоставлено с плотностью композиции топлива до введения присадки, улучшающей ИВ. Данные могут быть сопоставлены с плотностью другой аналогичной топливной композиции, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в двигателях внутреннего сгорания (в частности в дизельных двигателях), до добавления в нее присадки, улучшающей ИВ. Значения плотности могут быть измерены с использованием стандартного метода испытания ASTM D-4052 или EN ISO 3675.

Обычно присадка, улучшающая ИВ, и ее концентрация, используемая в композиции топлива, будут такими, чтобы вызвать повышение температуры закупоривания холодного фильтра (CFPP) для композиции на 10°С или меньше, предпочтительно на 5, или 2, или 1°С или меньше. Предпочтительно они будут такими, чтобы не вызвать повышения CFPP. Иногда они могут быть такими, чтобы вызвать снижение CFPP. Повышение температуры CFPP можно сопоставлять с точкой CFPP для композиции топлива до введения присадки, улучшающей ИВ. Данные могут быть сопоставлены с показателем CFPP другой аналогичной топливной композиции, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в двигателях внутреннего сгорания (в частности в дизельных двигателях), до добавления в нее присадки, улучшающей ИВ. Температуру CFPP можно измерять с использованием стандартного метода испытания EN 116.

Целесообразно присадка, улучшающая ИВ, и ее концентрация, используемая в композиции топлива, будут такими, чтобы вызвать повышение температуры помутнения композиции на 10°С или меньше, предпочтительно на 5, или 2, или 1°С, или меньше. Предпочтительно они будут такими, чтобы не вызвать повышения температуры помутнения. Иногда они могут быть такими, чтобы вызвать снижение температуры помутнения. Повышение температуры помутнения может быть сопоставлено с показателем для композиции топлива до введения присадки, улучшающей ИВ. Данные могут быть сопоставлены с температурой помутнения другой аналогичной топливной композиции, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в двигателях внутреннего сгорания (в частности в дизельных двигателях), до добавления в нее присадки, улучшающей ИВ. Температуру помутнения можно измерять с использованием стандартного метода испытания EN 23015.

Целесообразно присадка, улучшающая ИВ, и ее концентрация, используемая в композиции топлива, будут такими, чтобы вызвать повышение точки выкипания 95% (Т95) композиции на 5°С или меньше, предпочтительно на 2, или 1°С, или меньше. Предпочтительно они будут такими, чтобы не вызвать повышения точки выкипания Т95. Повышение точки выкипания Т95 может быть сопоставлено с показателем для композиции топлива до введения присадки, улучшающей ИВ. Данные могут быть сопоставлены с точкой выкипания Т95 другой аналогичной топливной композиции, которая предлагается (например, поставляется на рынок) для применения в двигателях внутреннего сгорания (в частности в дизельных двигателях), до добавления в нее присадки, улучшающей ИВ. Точку выкипания Т95 можно измерять с использованием стандартного метода испытания ASTM D-86 или EN ISO 3405.

Как описано выше, в связи с первым замыслом настоящего изобретения было обнаружено, что присадка, улучшающая ИВ, способна повышать вязкость композиции автомобильного топлива, в частности композиции дизельного топлива, в большей степени, чем можно предсказать по теории. Таким образом, в соответствии со вторым замыслом настоящего изобретения присадка, улучшающая ИВ, может быть использована в композиции топлива с меньшей концентрацией, чем можно предсказать по теории, с целью достижения желательного значения вязкости. Вместо этого, или кроме того, присадку можно использовать с целью достижения более высокой вязкости, чем можно предсказать по теории, при использовании такой же концентрации присадки, улучшающей ИВ.

Таким образом, в третьем замысле настоящего изобретения предложен способ повышения вязкости композиции автомобильного топлива с целью достижения заданной минимальной вязкости X, причем этот способ включает в себя добавление в композицию присадки, улучшающей ИВ, в концентрации С, которая меньше, чем минимальная концентрация С' присадки, улучшающей ИВ, которую согласно теории необходимо добавить в композицию с целью достижения вязкости композиции, равной Х или больше. Композиция топлива предпочтительно представляет собой композицию дизельного топлива.

Теоретическая минимальная концентрация С' присадки, улучшающей ИВ, и ее взаимосвязь с вязкостью полученной композиции удобно рассчитывать с использованием формул, приведенных выше в связи с первым замыслом настоящего изобретения, на основе значений вязкости индивидуальных ингредиентов композиции (то есть обычно присадки, улучшающей ИВ, и базового топлива (топлив), которые представляет собой остальную часть композиции).

В четвертом замысле настоящего изобретения предложено применение присадки, улучшающей ИВ, в концентрации С, в композиции автомобильного топлива, с целью повышения вязкости композиции в большей степени, чем можно было предсказать по теории, с использованием присадки, улучшающей ИВ, при концентрации С. И в этом случае приведенные выше формулы могут быть использованы для расчета теоретически достижимого повышения вязкости. Например, с использованием настоящего изобретения вязкость композиции может быть повышена на 150% или больше, или иногда на 200, или 300, или 400, или 450%, или больше, по сравнению с предсказанным по теории ростом вязкости с использованием такой же присадки, улучшающей ИВ, при концентрации С.

Максимальная вязкость композиции автомобильного топлива часто может быть ограничена соответствующими юридическими и/или промышленными техническими условиями - например, в европейских технических условиях на дизельное топливо EN 590 оговаривается максимум KB 40, равный 4,5 мм²/с, в то время как в Швеции дизельное топливо класса 1 должно иметь KB 40 не больше чем 4,0 мм²/с.Однако типичные промышленные сорта автомобильного дизельного топлива, получаемые в настоящее время, имеют значения вязкости гораздо меньше, чем указано выше, такие как приблизительно от 2 до 3 мм²/с.Таким образом, настоящее изобретение может включать манипулирование иным способом стандартными техническими условиями для композиции автомобильного топлива с использованием присадки, улучшающей ИВ, с целью повышения ее вязкости для того, чтобы усовершенствовать характеристику приемистости двигателя, в который вводится композиция, или ее предполагается ввести.

В рамках настоящего изобретения "применение" присадки, улучшающей ИВ, в топливной композиции означает введение присадки, улучшающей ИВ, в эту композицию, обычно в виде смеси (то есть физической смеси) с одним или несколькими топливными компонентами (обычно дизельным базовым топливом) и необязательно с одной или несколькими топливными присадками. Присадку, улучшающую ИВ, удобно добавлять до введения композиции в двигатель, который будет эксплуатироваться с этой композицией. Вместо или кроме того, применение может включать эксплуатацию двигателя с композицией топлива, содержащей присадку, улучшающую ИВ, обычно путем введения композиции в камеру сгорания двигателя.

"Применение" присадки, улучшающей ИВ, в соответствии с настоящим изобретением также может включать поставку такой присадки, вместе с инструкциями по ее применению в композиции автомобильного топлива, для достижения одной или нескольких целей, описанных выше, в частности с целью улучшения характеристики приемистости двигателя внутреннего сгорания (обычно дизельного двигателя), в который вводится композиция (или это предполагается). Сама присадка, улучшающая ИВ, может поставляться в виде компонента рецептуры, которая подходит (и/или предназначается) для использования в качестве топливной присадки, в частности присадки для дизельного топлива; в этом случае присадка, улучшающая ИВ, может быть включена в такую рецептуру с целью оказать влияние на вязкость композиции автомобильного топлива, и/или влияние на характеристику приемистости двигателя, в который вводится топливная композиция (или это предполагается).

Таким образом, присадка, улучшающая ИВ, может быть введена в рецептуру или пакет присадки вместе с одной или несколькими другими топливными присадками. Например, она может сочетаться в рецептуре присадки, с одной или несколькими топливными присадками, которые выбирают из моющих, антикоррозионных присадок, сложных эфиров, поли-альфа-олефинов, органических кислот с длинной цепью, компонентов, содержащих аминные или амидные активные центры, и их смеси. В частности, она может сочетаться с одной или несколькими так называемыми эксплуатационными присадками, которые обычно включают в себя, по меньшей мере, моющую добавку.

Присадка, улучшающая ИВ, может дозироваться непосредственно в топливный компонент или композицию, например, на нефтеперерабатывающем заводе. Ее можно предварительно разбавлять в подходящем топливном компоненте, который в последующем образует часть суммарной композиции автомобильного топлива.

В соответствии с настоящим изобретением в композиции автомобильного топлива могут быть использованы две или больше присадок, улучшающих ИВ, с описанной выше целью (целями).

В соответствии с пятым замыслом настоящего изобретения разработан способ получения композиции автомобильного топлива, причем этот способ включает в себя смешивание автомобильного базового топлива с присадкой, улучшающей ИВ. Это смешивание может быть осуществлено с одной или несколькими целями, которые описаны выше в связи с первым - четвертым замыслами настоящего изобретения, в

частности в отношении вязкости полученной топливной композиции и/или ее влияния на характеристику приемистости двигателя внутреннего сгорания, в который вводится композиция (или это предполагается). Эта композиция, в частности, может быть композицией дизельного топлива.

Присадка, улучшающая ИВ, может смешиваться, например, с другими компонентами композиции, в частности с базовым топливом, на нефтеперерабатывающем заводе. В качестве альтернативы, она может быть добавлена в композицию автомобильного топлива после нефтеперерабатывающего завода. Ее можно добавлять как часть пакета присадок, который содержит одну или несколько других топливных присадок.

В шестом замысле настоящего изобретения разработан способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и/или автомобиля, в котором имеется привод от такого двигателя, причем этот способ включает введение в камеру сгорания двигателя топливной композиции, полученной согласно первому - пятому замыслам настоящего изобретения. И в этом случае композиция топлива предпочтительно вводится с одной или несколькими целями, указанными в связи с первым - четвертым замыслами настоящего изобретения. Таким образом, двигатель предпочтительно работает на композиции топлива с целью улучшения его характеристики приемистости.

И в этом случае двигатель, в частности, может быть дизельным двигателем. Это может быть двигатель с турбонаддувом, в частности дизельным двигателем с турбонаддувом. Этот дизельный двигатель может иметь непосредственный впрыск, например, с ротационным насосом, встроенным насосом, насосным агрегатом, инжектором с электронным блоком или с топливной системой высокого давления, или с косвенным впрыском. Это может быть дизельный двигатель большой мощности или малой мощности. В частности, он может быть двигателем с электронным блоком непосредственного впрыска (EUDI).

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 любыми другими замыслами.

Другие признаки настоящего изобретения станут очевидными из следующих примеров. Вообще говоря, настоящее изобретение распространяется на любую новую, или новые комбинации 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 здесь, 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 влияние таких композиций на характеристики дизельного двигателя с турбонаддувом.

Для примеров 1-5 в композиции дизельного топлива были введены три различные присадки, улучшающие индекс вязкости. Присадки и их свойства показаны в таблице 1. Значения плотности и вязкости взяты из справочного листка технических данных изготовителя.

SV™ 206 является предварительно разбавленными в поли-альфа-олефинах ПА06 до содержания 15% по массе твердыми блочными сополимерами (SV™ 200) на основе мономеров стирола и изопрена. SV™ 261 является предварительно разбавленными (до 15% по массе) аналогичными полимерами (SV™ 260) в минеральном масле глубокой очистки. Обе присадки широко применяются в смазочных маслах.

Kraton™ G 1650 Е представляет собой стирол-этилен-бутиленовый блочный сополимер. Он является твердым при 40°С и в настоящее время применяется в гелях, например, в косметических средствах и свечах.

Все три присадки являются вполне промышленно доступными. Эти присадки вводят в стандартные, промышленно доступные дизельные топлива для испытаний (от фирмы Shell), причем оценивается их влияние на свойства полученных смесей. Три использованных топлива, F1-F3, имеют свойства, приведенные в таблице 2. Эти три топлива, произведенные из нефти, не содержат серы.

До добавления присадок, улучшающих ИВ, все три топлива смешивают с газойлем (10% по объему), произведенным в синтезе Фишера-Тропша (от фирмы Shell Bintulu) и промышленно доступным метиловым эфиром жирной кислоты (5% по объему, от фирмы ADM) согласно DIN EN 14214. Свойства полученных смесей показаны в таблице 3.

Пример 1. Воздействие присадок, улучшающих ИВ, на вязкость

Сначала испытывают способность присадок повышать вязкость композиций дизельного топлива. Каждую из присадок добавляют в топливную смесь F1 в диапазоне концентраций. Результаты в виде кинематической вязкости при 40°С, измеренной с использованием стандартного метода испытания EN ISO 3104, показаны в таблице 4.

Можно заметить, что все три присадки способны вызывать значительное повышение вязкости топлива, даже при относительно низких концентрациях. При сравнении с базовым смазочным маслом HNR 40D (нафтеновое базовое масло, от нефтеперерабатывающего завода Shell Harburg, которое в прошлом применялось для увеличения вязкости и плотности гоночных дизельных топлив и которое имеет значения KB 40 8,007 мм²/с и плотность при 15°С 879 кг/м³) установлено, что оно вызывает повышение KB 40 только на 0,14 мм²/с, при введении в смесь F1 в концентрации 6% по массе.

Кроме того, были испытаны две присадки SV™ в топливных смесях F2 и F3. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на вязкость KB 40 (EN ISO 3104) показано в таблицах 5 и 6 соответственно для смесей F2 и F3.

Следует отметить, что поскольку присадки SV™ содержат предварительно разбавленные полимеры, улучшающие ИВ, фактическая концентрация активного компонента в смесях, содержащих эти присадки, значительно меньше. Например, топливная композиция, содержащая 0,5% по массе присадки SV™, фактически содержит только 0,075% по массе активного сополимера, а композиция, содержащая 1,0% по массе присадки SV™, содержит только 0,150% по массе активного сополимера.

И в этом случае можно заметить, что две присадки, улучшающие ИВ, вызывают значительное повышение вязкости, даже при очень низких концентрациях активного компонента.

Пример 2. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на плотность

Поскольку снижение плотности топлива в общем рассмотрении отрицательно сказывается на рабочих характеристиках двигателя, также важно отметить, что присадка, используемая в композиции дизельного топлива, не снижает общую плотность в нежелательной степени. Более того, в идеале присадка не должна увеличивать плотность в значительной степени, чтобы суммарная топливная композиция соответствовала техническим условиям.

Готовят смеси, содержащие смесь F1 дизельного топлива и трех присадок, указанных в примере 1. Затем измеряют значения плотности этих смесей при 15°С с использованием стандартного метода испытания EN ISO 3675. Результаты приведены в таблице 7.

Кроме того, исследовано влияние двух присадок SV™ на плотность смесей F2 и F3 дизельного топлива; эти результаты показаны в таблицах 8 и 9 соответственно.

Из таблиц 7-9 можно видеть, что две присадки SV™ оказывают более или менее нейтральное воздействие на плотность топлива, при степени обработки 2% по массе или ниже, в то время как присадка Kraton™ дает небольшое увеличение плотности при концентрации 1% по массе.

Пример 3. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на свойства текучести при низких температурах

Влияние двух присадок SV™, улучшающих ИВ, на свойства текучести топлив при низких температурах исследовано в ряде испытаний.

Готовят образцы топлив, содержащих смесь F1 дизельного топлива и присадки SV™, указанные в примере 1. Затем для этих смесей измеряют значения температуры закупоривания холодного фильтра (CFPP) с использованием стандартного метода испытания EN 116. Результаты приведены в таблице 10.

Обнаружено, что обе присадки оказывают воздействие от слабого до умеренного на характеристику CFPP трех испытанных топлив.

В дополнительных испытаниях найдено, что ни одна присадка не оказывает значительного воздействия на температуру помутнения (EN 23015) испытанных топлив при концентрации 2% по массе.

Аналогичные результаты ожидаются от присадки Kraton™, улучшающей ИВ.

Пример 4. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на характеристики дистилляции

Часто необходимо, чтобы характеристики дистилляции композиций дизельного топлива соответствовали правовым и/или потребительским техническим условиям. Например, согласно европейским техническим условиям на дизельное топливо EN 590, автомобильное дизельное топливо должно иметь показатель Т95 (температура, при которой выкипают 95% по массе топлива) не больше чем 360°С. Кроме того, нежелательно повышенное содержание высококипящих топливных компонентов, поскольку такие компоненты могут быстрее накапливаться в моторных маслах, что приводит к повышению уровня масла и возможным проблемам переполнения. Таким образом, хотя любой компонент, повышающий вязкость, вероятно, имеет более высокий диапазон выкипания, чем композиция топлива, в которую он добавляется, желательно, чтобы этот компонент оказывал возможно меньшее воздействие на показатель выкипания Т95 суммарной композиции.

В этом эксперименте измеряют показатель выкипания Т95 для различных смесей дизельного топлива с присадкой, с использованием стандартного метода испытания EN ISO 3405. Использовались те же присадки, которые указаны в таблице 1 и которые вводились в смесь F1 в диапазоне концентраций ниже 4 мас.%. Результаты приведены в таблице 11.

Кроме того, две присадки SV™ были испытаны в топливных смесях F2 и F3. Результаты приведены в таблице 12.

Можно отметить, что при концентрациях, предложенных в соответствии с настоящим изобретением, ни одна из трех присадок не оказывает чрезмерно отрицательного воздействия на показатель выкипания Т95 суммарной топливной композиции. Хотя другие компоненты, повышающие вязкость, например минеральные базовые масла, такие как HNR 40D, могли бы вызвать меньшую степень изменения температуры выкипания с ростом концентрации, потребовалось бы введение таких компонентов в гораздо большем количестве для того, чтобы добиться подходящего для работы увеличения вязкости (например, приблизительно 10% по массе с целью достижения роста KB 40 на 0,2 мм²/с, по сравнению лишь с 0,2% по массе присадки Kraton™ G 1650 Е, приводящей к такому же эффекту), и в результате воздействие на характеристики дистилляции для присадки, улучшающей ИВ, на практике может быть меньше, чем эффект для более традиционного компонента, повышающего вязкость. Например, добавка 0,2% по массе присадки Kraton™ вызывает рост показателя выкипания Т95 меньше, чем на 1°С при испытании топливной смеси F1. Присадки SV™, при аналогичной степени внесения, вызывают рост Т95 приблизительно на 3°С, причем более значительный рост Т95 вызван относительно высокой температурой кипения минеральных масел, использованных в этих присадках в качестве разбавителей.

Таким образом, оказалось, что присадки, улучшающие ИВ, не вызывают каких-либо чрезмерно вредных побочных эффектов в композициях дизельного топлива при концентрациях, предложенных согласно настоящему изобретению. В то же время, как показано в примере 1, их воздействие на вязкость гораздо сильнее, чем от других известных компонентов, повышающих вязкость.

Пример 5. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на рабочие характеристики двигателя (I)

Композиция дизельного топлива согласно настоящему изобретению, содержащая присадки, улучшающие ИВ, использована в испытании автомобиля с дизельным приводом для того, чтобы оценить влияние композиции на характеристики приемистости автомобильного двигателя.

Для сравнения использовали базовое топливо F4, представляющее собой промышленно доступный основной сорт зимнего дизельного топлива нефтяного происхождения (от фирмы Shell, нефтеперерабатывающий завод Harburg). Топливо не содержит метиловых эфиров жирных кислот, моющих присадок и топливных компонентов, произведенных в синтезе Фишера-Тропша. Оно соответствует европейским техническим условиям на дизельное топливо EN 590 и содержит меньше чем 10 мг/кг серы.

Композиция топлива согласно настоящему изобретению, FI, представляет собой смесь F4 с 1% по массе присадки Kraton™ G 1650 Е, которая использовалась в примерах 1-4.

Характеристики базового топлива F4 приведены в таблице 13, где также показаны значения KB 40 и плотности смеси F4/Kraton™ (FI).

Как видно из таблицы 13, введение присадки, улучшающей ИВ, в применяемой концентрации 1% по массе, приводит к росту KB 40 более чем на 1,9 сантистокс (мм²/с).

В следующих экспериментах исследовано влияние повышенной вязкости топлива на характеристики приемистости дизельного двигателя с турбонаддувом в некотором диапазоне числа оборотов двигателя; таким образом, продемонстрирована возможность применения настоящего изобретения для улучшения характеристик приемистости, в частности при малом числе оборотов двигателя.

В этом испытании использован автомобиль Фольксваген Пассат (Volkswagen™ Passat™ 2,0 Tdi), зарегистрированный в 2006 и оборудованный системой насоса-форсунки Bosch™. Автомобиль имеет мощность 125 кВт при 4200 об/мин и степень сжатия 18,5.

Рабочие характеристики этого автомобиля измеряют с помощью динамометра на шасси в течение одного дня без перерыва. Давление воздуха турбонаддува измеряют с использованием датчика давления, расположенного после устройства турбонаддува, в то время как число оборотов двигателя регистрируют динамометром на шасси. Мощность при постоянной скорости измеряют при 1500, 2500 и 3500 об/мин. При каждом испытании разгон с полностью открытой дроссельной заслонкой повторяют семь раз на 4-й передаче и усредняют измерения мощности при постоянной скорости в течение 5 секунд.

Используют следующую последовательность испытаний топлив:

F4-FI-F4-FI-F4-FI-F4-FI-F4.

В таблицах 14-16 приведены результаты измерений мощности, крутящего момента и давления форсированного режима двигателя при скорости 1500, 2500 и 3500 об/мин соответственно.

Все данные мощности откорректированы с учетом условий окружающей среды.

Все переменные значения были усреднены по измерениям в течение 5 секунд.

В таблице 17 обобщены усредненные различия в мощности, крутящего момента и давления форсированного режима двигателя между двумя испытуемыми топливами, при трех скоростях испытуемого двигателя.

Эти результаты четко демонстрируют преимущество мощности в 0,79% для композиции топлива согласно настоящему изобретению, при скорости 1500 об/мин. Однако это различие не настолько очевидно при более высоких скоростях двигателя.

В таблице 18 показано изменение мощности двигателя с числом оборотов двигателя при разгоне на 4-й передаче для обоих испытуемых топлив.

Эти данные демонстрируют, что в присутствии присадки, улучшающей ИВ, топливо FI согласно настоящему изобретению дает преимущество в максимальной мощности, равное 1% приблизительно при 1900 об/мин. При очень малом числе оборотов двигателя (приблизительно ниже 1400 об/мин) отсутствует преимущество в наблюдаемой мощности, которое также отсутствует при скорости 3500 об/мин. Однако полагают, что можно приспособить природу и концентрацию присадки, улучшающей ИВ, с целью получения преимущества по мощности в более широком диапазоне числа оборотов двигателя. Например, присадки, улучшающие ИВ, разработанные для применения при повышенном давлении (таком как до 3000 бар), могут быть использованы для обеспечения улучшения рабочих характеристик даже в условиях высокого давления, характерных для повышенного числа оборотов двигателя, как, например, продемонстрировано в примере 6, особенно когда концентрация присадки близка или равна оптимальной.

Следовательно, этот эксперимент подтверждает, что присадки, улучшающие ИВ, можно вводить в композицию автомобильного топлива согласно настоящему изобретению для того, чтобы улучшить характеристику приемистости двигателя, работающего на этой композиции топлива, в частности при пониженном числе оборотов двигателя. Например, для автомобиля, использованного в этих испытаниях, очевидно увеличение мощности и крутящего момента двигателя, а также давления в форсированном режиме при числе оборотов двигателя приблизительно между 1400 и 1900 об/мин, с использованием топливной композиции согласно настоящему изобретению, по сравнению с другой идентичной топливной композицией без присадки, улучшающей ИВ.

Пример 6. Влияние присадок, улучшающих ИВ, на рабочие характеристики двигателя (II)

Повторяют пример 5, однако при испытании используют топливо, содержащее четыре различных концентрации присадки, улучшающей ИВ, согласно настоящему изобретению, т.е. Kraton™ G 1657 (от фирмы Kraton). Считается, что эта присадка лучше приспособлена для применения в условиях высокого давления.

Данные состава, плотности (DIN EN ISO 3675) и вязкости (DIN EN ISO 3104) испытуемых топлив, от F5 до F8, приведены в таблице 19. Используемым базовым дизельным топливом является стандартное промышленно доступное базовое дизельное топливо от фирмы Shell, содержащее меньше, чем 10 вес.ч./млн серы, и не содержащее моющих присадок, метиловых эфиров жирных кислот или топливных компонентов, произведенных в синтезе Фишера-Тропша.

В этом испытании использован такой же автомобиль, как в примере 5. Испытания тягового усилия автомобиля (ТУ А) проведены при трех значениях числа оборотов двигателя, которые повторяют дважды для каждого испытуемого топлива, в каждый из двух дней испытания. Эти испытания проводят в условиях широко открытой дроссельной заслонки. Кроме того, измеряют время разгона между 1200 и 4500 об/мин на четвертой передаче в дорожных условиях нагрузки.

Результаты ТУА показаны в таблицах 20 и 21, соответственно для испытаний в 1-й и 2-й день, данные измерений времени разгона даны в таблице 22, и в таблице 23 обобщены различия результатов испытаний между четырьмя исследованными топливами.

Эти данные подтверждают преимущество по мощности во всем диапазоне скоростей испытанного двигателя, для композиций топлива, содержащих присадку, улучшающую ИВ. Кроме того, для композиций с присадкой согласно настоящему изобретению уменьшается время разгона двигателя.

Можно заметить, что улучшение рабочих характеристик зависит от концентрации присадки. Однако повышенная концентрация присадки не обязательно приводит к улучшению рабочих характеристик, в частности при повышенном числе оборотов двигателя; таким образом, возможно, что для любой данной присадки, улучшающей ИВ, может быть пригодна оптимальная концентрация для эксплуатации, чтобы получить максимальное воздействие на рабочие характеристики двигателя.

Например, в настоящем эксперименте для топлив F6 (0,2% присадки по массе) и F7 (0,4% присадки по массе) наблюдаются очень хорошие рабочие характеристики во всех условиях испытаний, в то время как для топлива F8 (0,8% присадки по массе) отмечено меньшее улучшение рабочих характеристик, чем для F6 и F7, за исключением диапазона малого числа оборотов двигателя. Таким образом, для этой конкретной присадки, улучшающей ИВ, степень внесения, подходящая для достижения улучшения рабочих характеристик во всем диапазоне числа оборотов двигателя, может находиться между 0,15 и 0,5% по массе, хотя, если целевым критерием является улучшение рабочих характеристик при малом числе оборотов двигателя, могут быть использованы более высокие концентрации присадки.

Дополнительные эксперименты с использованием топливных композиций, полученных согласно настоящему изобретению, показали, что присадки, улучшающие ИВ, могут привести к большему улучшению рабочих характеристик, при каждом заданном увеличении вязкости топлива, по сравнению с эффектом, полученным с использованием более традиционных компонентов, повышающих вязкость (например, топливного компонента с высокой вязкостью), для достижения такого же роста вязкости.

Это может быть вызвано тем, что присадки, улучшающие ИВ, могут обеспечивать повышенный рост вязкости в условия впрыска. Это дополнительно поясняется в примере 7.

Пример 7. Увеличение вязкости в условиях впрыска

Способность присадок, улучшающих ИВ, повышать вязкость в условиях впрыска была исследована путем измерения вязкости топлив в условиях высокого давления и температуры, которые могут реализоваться при впрыске топлива. Состав топлив, использованных в этих испытаниях, приведен в таблице 24, где дизельное топливо получено от фирмы Shell и не содержит метилового эфира жирной кислоты, ароматическим растворителем является PLUTOsol™ от фирмы Octel Deutschland GmbH, нафтеновое базовое масло [TNR40D было описано выше, ГЖТ представляет собой газойль от фирмы Shell Bintulu, произведенный в синтезе Фишера-Тропша, и присадка 'SV200' описана выше.

Топлива смешивают таким образом, чтобы их плотности были близкими, как можно заметить в таблице 25. Из этой таблицы видно, что увеличение вязкости в стандартных условиях (40°С и 1 бар) составляет больше для топлива F10 по сравнению с топливом F9, чем для топлива F11 по сравнению с топливом F9. Другими словами, рост вязкости, вызванный добавлением 0,2 мас.% присадки, улучшающей ИВ, является меньше, чем вызванный разработкой другой рецептуры топлива с более традиционными компонентами. При 80°С и давлении 1000 бар, что отчасти может моделировать условия нагрузки, рост вязкости топлив F10 и F11 относительно F9 является почти одинаковым. При 150°С и 2000 бар, что более соответствует условиям полной нагрузки, рост вязкости топлива F11 по сравнению с F9 составляет гораздо больше, чем для топлива F10 по сравнению с топливом F9. Этот результат показывает, что вязкость дизельного топлива при впрыске в условиях полной нагрузки может увеличиваться за счет присадок, улучшающих ИВ, в гораздо большей степени, чем можно было ожидать из роста вязкости в условиях стандартных измерений. Таким образом, можно ожидать, что присадки, улучшающие ИВ, обеспечивают улучшение рабочих характеристик при таком же стандартном росте вязкости, в большей степени, чем могла бы дать разработка другой рецептуры топлива с более традиционными компонентами.

Упомянутые выше топлива были испытаны в двигателе Toyota Avensis 2,0 D-Cat в соответствии с таким же протоколом испытаний, как в примере 5. Результаты показаны в таблице 26. При двух меньших числах оборотов двигателя топливо F11 с присадкой, улучшающей ИВ, дает больше преимуществ, чем рецептура топлива с более традиционными компонентами, обеспечивающими повышение вязкости. Даже несмотря на то, что рост вязкости при стандартных условиях с использованием присадки, улучшающей ИВ, составляет только 0,41 мм²/с, тогда как рост вязкости рецептуры топлива F10 при стандартных условиях составляет 0,99 мм²/с, улучшение разгона двигателя с топливом F11 составляет 75% от улучшения разгона с F10. Это показывает, что рабочие характеристики с использованием присадок, улучшающих ИВ, усовершенствуются в большей степени, чем можно было ожидать из роста вязкости в стандартных условиях.