[发明专利]利用高链烷烃馏出燃料的柴油机喷射器结垢改善

说明书

发明领域

本发明总体地涉及适用于具有高压燃料喷射系统的柴油机的燃料组合物；并且更具体地涉及这些组合物中的高链烷烃(highly paraffinic)馏出组分的用途。

发明背景

近年来，消费需求和立法要求已促进柴油机技术进步，导致能量效率和性能上的改善；以及排放水平的降低。这些进步很大程度上是通过燃料在燃烧之前的细碎雾化实现的燃烧过程改善的结果。这种雾化典型地通过以下实现：使用高压燃料喷射系统和高度复杂的电子喷射器-通常相对于之前采用的那些具有喷射器孔的数目增多以及尺寸减小。

然而，关键地，在这些新的喷射器系统中，喷射器结垢或结焦的负面影响变得更显著得多。当沉积物在喷射器的内部通道或表面中出现或者甚至可能在燃料输送系统的其他部件中形成时发生结垢。这些沉积物随着燃料的降解而增多，并且典型地呈现含碳焦炭状残渣或粘胶状残渣的形式。这种阻塞或结垢导致更低的有效燃料传递和在燃烧之前与空气的较差混合。这在具有非常小的孔的喷射器中进一步恶化-其中沉积物对性能具有显著影响的阈值尺寸大大减小。此外，在喷射器本体内，活动部件之间可能存在非常小的间隙；其中沉积物形成的影响可能导致喷射器粘住，尤其是在打开位置。作为这些作用的结果，已经知晓喷射器结垢导致多种问题，如功率损耗、增高的排放水平和降低的燃料经济性。

如之前讨论的，高压燃料喷射系统也是与这种类型的发动机相关的最近性能改善的核心。在共轨系统中，例如，在被输送至喷射器之前，燃料在高压下储存在中央蓄压器轨中。然后任何未使用的受热燃料返回到燃料箱，在那里然后它将按需要被引入回到蓄压器轨中。经由这个路线返回到燃料箱的燃料经过测量具有超过100℃的温度。

在喷射器嘴处，燃料压力通常超过1000巴；并且可以超过2000巴。此外，因为燃料通过喷射器体自身循环，所以由于通过喷射器体从燃烧室传导的热导致它被进一步加热。在喷射器的喷嘴处燃料的温度可以高达250-350℃。

这些燃料输送系统内部的高压也可能导致在燃料上产生另外的压力源。因为在尖入口拐角附近的高速喷嘴流中出现的极低静压力，所以在燃料中可能形成空化气泡。拐角越尖并且速度越高，空化越可能出现。共轨柴油喷射器中空化气泡的形成被良好记载。通常，这集中于对于机械损伤或对喷射器性能的影响的潜在可能；然而，空化气泡的内爆由于在这个事件过程中产生的格外高的压力和温度导致也必定对燃料的稳定性具有影响。

因此，共轨柴油机中的柴油燃料承受：

●超过1000巴的压力；和

●在喷射事件之前高达100℃的温度并且可以被再循环回到燃料系统内，从而增加燃料暴露于这些条件的时间。在通过喷射器嘴的过程中它可能进一步经历空化，这可能潜在地引起燃料中的不稳定。

柴油机燃料越被加热，它们变得越不稳定，尤其是如果它们在压力下被加热。因此，相对于在较老技术发动机中所观察到的情况，具有高压燃料喷射系统的柴油机通常展现出增加的燃料分解并且因此增加的喷射器结垢。

虽然作为这些因素的结果的喷射器结垢在任何类型的柴油燃料情况下都可能出现，但是一些燃料可能特别易于具有此问题。例如，已发现含有生物柴油的燃料展现出增加的喷射器结垢。含有金属物种的柴油燃料也会经历增加的沉积物形成。金属物种可以是在添加剂组合物中故意加入到燃料中的，或者可以作为污染物物种存在。特别是过渡金属导致增加的沉积物，尤其是铜和锌物种。

结合有高压燃料喷射系统和通常也是更复杂的喷射器嘴设计的现代柴油机因此比利用较老柴油技术的柴油机对于喷射器结垢问题更敏感；并且首先更可能经历显著的喷射器结垢。

通常，这些问题通过在燃料组合物中使用专门的去垢添加剂解决。例如，PCT专利申请WO2009/040586公开了在柴油燃料中使用至少120ppm的含氮去垢添加剂以便通过减少喷射器结垢来改善柴油机中的高压燃料系统的性能。然而，添加剂的使用对于燃料制剂涉及增加成本，并且对燃料性能或行为的其他方面也可能具有伴生的有害作用。