專利名稱::用于均質充氣壓縮點火發動機的燃料的制作方法用于均質充氣壓縮點M動機的燃料絲領域本發明涉^JU于均質充^a縮點;UL動機的燃料,更M地,本發明涉及具有優異可燃性并能夠盡可能多it^曾強發動才;^出功率和拓寬發動機轉速范圍,從而提高發動機熱效率的燃料。
背景技術:
:現今,廣泛應用的有兩類發動機,其中一種A^C花點火式汽油發動機,以及另一種是壓縮點火式柴油發動機。對于火;^點火式汽油發動4幾,燃^f皮噴入進氣口或燃燒室,并且形成空氣燃料^^物的預混合氣。然后預混合氣由火花塞點燃并燃燒。要求該燃料具有高揮發性和低自燃特性。由于火花點火式汽油發動才/1>#放氮氧化物(N0x),烴(HC)和一氧4城,三效催化劑已經被廣泛用于^議些排放物。然而,廢氣^f匕系統,例如三效催化劑艦用于一定范圍,其中空氣-燃料比在一個非常窄的化學計量空氣-燃料比范圍內,并JLi^l與壓縮點火式柴油發動才;i4目比具有低的熱效率和差的松'由率(燃料消耗)的原因。對于柴油發動機,柴油燃^MljL接噴入汽缸并在壓縮沖程過程中與空氣混合。通鋭塞壓縮來提高溫度和壓力,使空氣-燃料〉v^物自燃。要求柴油燃料具有高可搬陣性。壓縮自動點火柴油發動4;MMt油率和熱效率方面性能優異,但具有由非均質空^^料^^導致的NOx和咖排放物的^A。此外,需要對后續處理系統例如氧4膽化劑,NOx捕集,柴油孩財立it)慮器或SCR系艦行嚴格控制,從而斷氐NOx和咖絲合jtt^。因此,傳統的火花點火式汽油發動機可以將廢氣凈^J'j一定私變,但是扭油率和熱效率方面存在問題。相反,柴油發動才;^M^由率上性能優異并具有高的熱效率,i^l具有排放NOx的問題。因此,已經研究一種均質充氣壓縮點^Jl動機來實現低的NOx廢氣,優異的耗油率和高的熱效率。對于均質充氣壓縮點;^動機,燃料在20MPa以下的噴射壓力下噴Ai^氣口或燃燒室,該壓力^l低于柴油發動機的噴射壓力并iU^料噴射在上止點前60度曲柄角處完成,從而預&給的空氣-燃料^^通過自燃而不是火花點火進行燃燒。與柴油發動才M目比,均質充氣壓縮點;^動機用更長時間在汽釭中制備充分〉V給的空氣-燃沐V^^。因此,對于均質充^E縮點;^動機,不會在汽缸內局部地形成溫度高于2200K的高溫燃燒區,并JLil^不用還原催化劑而具有低的NOx排放特性(少于10質量ppm)的原因。均質充氣壓縮點;^動機的熱效率和^>'由率與柴油發動機的相當。對于均質充氣壓縮自動點M動才幾,針對各種不同的指數例如可燃性,揮發性,十六烷值和辛烷值,樹糾的燃料已被提出(例如,見下面的專利文獻l到13)。然而,AUC動機性能方面而言,需要更適宜和合適的用于均質充氣壓縮點火的燃料。專利文獻l:日本專利7^開號2004-919657專利文獻2:日本專利乂/Hf號2004-919658專利文獻3:日本專利^Hf號2004-919659專利文獻4:日本專利乂/Hf號2004-919660專利文獻5:日本專利/^Hf號2004-919661專利文獻6:日本專利〃/Hf號2004-919662專利文獻7:日本專利公開號2004-919663專利文獻8:日本專利/>開號2004-919664專利文獻9:日本專利7/Hf號2004-919665專利文獻10:日本專利乂;^開號2004-919666專利文獻11:日本專利^JiHf號2004-919667專利文獻12:日本專利公開號2004-919668專利文獻13:日本專利/>開號2004-315604
發明內容對于均質充氣壓縮點火(下文中稱作"HCCI")發動機,混合均勻的空氣-燃料';^^7通it^lii行壓縮iM^高溫度和壓力,并且引發自燃。商用汽油具有一^Nt氛,即當其用于HCCI發動機時,由于汽油的可燃性差,涉狄動才;u^4和載荷的驅動范圍無法拓寬。相反,由于商用瓦斯油具有揮發特性差的缺點,將瓦斯油和空^^f"t^^^是困難的。當目前商用的汽油或瓦斯油以其本身^C^用時,其難以進行HCCI燃燒。均質充氣壓縮點U動機(下文中稱作"HCCI發動機")需^-種燃料,其具有(i)揮發'#(ii)優異的可燃性。為了實規^it種燃料的生產,^it有^^用汽油的揮發'l"沐瓦斯油的可燃性。作為詳輛究適用于HCCI燃燒的燃料的結果,前述問題得到解決,并JL^發明揭以完成。即,本發明涉及一種滿足如下^f牛(1),(2),(3),和(4)的用于均質充氣壓縮點;^動機的燃料(1)蒸餾棒性初餾點(IBP):0'C以JiiL60。C以下;70'C以JiiL130'C以下;95。C以JiiL20(rC以下;100'C以JiiL28(rC以下150'C以JiiL33(rC以下23(TC以JiJL360'C以下30腫滿出溫度(T30)50、°/湖出溫度(T50)70>(^、°/魂出溫度(T70)90^、y溜出溫度(T90)95腫滿出溫度(T95),點(EP):250。C以JiiL38(rC以下;(2)研究法辛;^值62以JiJL85以下(3)15'C下密度0,700g/cm3以JiiL低于0.800g/cm3;以及(4)37.8。C下雷德(Reid)蒸^A:30kPa以JiiL低于65kPa。發明絲由于低沸點餾分中含有的烴,本發明的燃料可易于與空氣混合,并且由于高沸點餾分中含有的烴的可燃性,本發明的燃料育t^較高的輸出功率下實獺t、定的HCCI燃燒。盡管具有這些特性的燃料能夠^^產,例如,通過混合汽油和瓦斯油,調節為處于本發明定義的范圍內的燃^f吏得HCCI發動機顯示其固有的性能。當將前述才賦,連同下面對本發明的詳細描述與附圖結合閱讀時,^#^好,解。為了說明本發明,附圖中顯示了本發明M的實施方案。然而,應當理解為本發明并不限于所示的精確的安排和結構。圖1顯示本發明P艮定的蒸餾特性范圍。圖2顯示實施例1,比較例3和比較例4中每個的熱釋放率。M實施方式下il將^^詳細一4^發明^i《"^苗述。本發明的燃M用于均質充氣壓縮點火發動機(下文中將均質充氣壓縮點火簡稱為HCCI)。此處術語"HCCI"表示燃料在下述務降(A),(B)和(C)下通過自燃進行燃燒的燃)^莫式(A)燃料噴射壓力20MPa以下;(B)^噴射位置進氣口和/或直接噴W氣缸;和(C)燃料噴射完成的時間JiiL點前60度曲柄角。HCCI的(A)燃料噴射壓力低于傳統柴油發動機并且(C)噴射結束U到燃燒開始以用#汽缸中形成^^均勻的空^^料》'^^的時間比傳統柴油發動機的長。因此,對于HCCI發動機,不會在汽釭內局部形成溫度高于2200K的高溫燃燒區,并ilitA不用ii^催化劑而具有低的NOx排放特性(少于10質量ppm)的原因。均質充氣壓縮點^J^^莫式也可以被稱為HCCI(均質充氣壓縮點火),PCCI(預混合充氣壓縮點火),PCI(預混合壓縮點火),CAI(受控自動點火)或AR(活'f這(燃燒))。本發明的燃鞭用于HCCI發動機。然而,該燃料也可應用于下述類型的發動才幾,例如HCCI-SI汽油發動機(SI:火花點火),HCCI-CI柴油發動機(CI:壓縮點火),和帶有HCCI,HCCI-SI和HCCI-DI發動機的電動混合i^動機。本發明的燃械要具有如下蒸餾特性(1):(1)蒸餾特性初餾點(IBP):0。C以JiiL6(rC以下;30>(^、°/湖出溫度(T30):70。C以JiJL130。C以下;50^P、y魂出溫度(T50):95。C以JiJL200'C以下;70^、°/^溜出溫度(T70):100。C以JiJL280。C以下;90^、°/^溜出溫度(T90):150。C以JiJL33(rC以下;95^Mk。/^溜出溫度(T95):230'C以JiiL360。C以下;和終溜點(EP):250。C以JiiL380。C以下。圖1中陰影區域是本發明限定的蒸餾特性的范圍。具有沸點高于圖1中表示本發明上PH^餾特性的曲線之Ji的蒸餾特性范圍的蒸餾特性的燃料的揮發'魁及差并因》攤以與空氣預混合。具有沸點低于圖1中表示本發明下限蒸餾特性的曲線之下的蒸餾特性范圍的蒸餾特性的燃料的可燃性差并iL^以進行HCCI驅動。*,如果HCCI發動機的運柃t"生能渴望進一步加強,燃料具有如下蒸餾特性(1')(1,)蒸餾特性初餾點(IBP):30腫滿出溫度(T30)50腫纖出溫度(T50)70躲滿出溫度(T70)90^p、y湖出溫度(T90)95餘織出溫度(T95)0'C以JiiL50'C以下;70'C以JiiLll(rC以下;95'C以JlJL150。C以下;100。C以JiiL25(rC以下;150。C以JiJL33(rC以下;230。C以JiiL36(rC以下;和終溜點(EP):250。C以JiiL380'C以下。jt匕處所用的蒸餾特性;l指按照JISK2254"石油制品-蒸餾特性的測定"所測定的數^L。本發明的燃料需要具有滿足如下要求(2)的研究法辛;^值(2)研究法辛烷值62以JiiL85以下。燃料的研究法辛烷值必須為62以JiiL85以下。研究法辛烷值大于85的燃料可燃性差并因此不能增加HCCI發動機的發動才;i^。例如,由于在較高的負荷下HCCI發動才;L^肯^皮驅動,研究法辛烷值為92的輛汽油是不M的。由于在較高的負荷下HCCI發動才;u^青^皮驅動,研究法辛烷值低于62的燃^H^是不M的.jH^t所用的研究法辛烷^l指按照JISK2280"石油制品-辛烷值,十六烷值的測定和十六劃旨數的計算"所測定的值。本發明的燃順要具有滿足如下要求(3)的密度(3)15C下密度0.700g/cm3以jLiLf氐于0.800g/cm3。密Jl必須為0.700g/cm3以JiiU氐于0.800g/cm3,優選為0.730g/cm3以JiJL/f氐于0.780g/cm3。15。C下密J^f氐于0.700g/cm3的燃^"是不優選的,因為燃料具有較高的蒸氣壓并由此當存在來自發動機的熱量的情況下燃#^在配管中汽化,可能會導致不肯樹HCCI發動才AJi行適宜的驅動。15。C下密度高于0.800g/cm3的燃料也是不M的,因為燃料的揮發性差,因此當發動積在較高^ii下驅動時,^故出大量,燒的烴而導I^C油率和熱效率變差。此處所用的15'C下密^A指按照JISK2249"原油及石油制品-密度的測定和基于^溫度(15°C)的石油計量表"所測定的^L值。本發明的燃:^t要具有滿足如下要求(4)的雷德蒸氣壓(RVP):(4)37.8'C下雷德蒸^:30kPa以JiJL65kPa以下。燃料的雷德蒸^H必須為30kPa以JiJL65kPa以下。雷德蒸^E高于65kPa的燃料是不佑逸的,因為燃料^Jt料槽中以蒸發的氣體的形式/f皮排出并因jtbil^it化學煙霧的生成。雷德蒸^£低于30kPa的燃料也是不優選的,因為其褲發性差并由》逸動機可能無法起動。即佳發動才M^^動,這種燃料具有一個缺陷即其引起轉矩的很大的循環變動并需要時間來穩^^動機的運轉。如果需要PiUi燃^^成蒸發的氣體并提高發動機的可起動性,伊逸雷德蒸^a為45kPa以JiJL低于60kPa。此處所用的雷德蒸^a是指按照JISK2258"原油及石油制品-蒸氣壓的測定-雷德方法"所測定的數值。對于燃料的硫^i:沒有特殊的限制。然而,硫^f:艦為10質量ppm以下,并且為了維持催化劑的性育t^高的水平,更M為5質量ppm,最優選為l質量ppm以下。高于10質量ppm的硫^i:是不to的,因為敘e^發動機中的廢氣凈4,化劑會產生疏中毒,導M的廢氣凈化性能。此處所用的硫^t;l指^^照JISK2541"原油和石油制品-石克舍量的測定"所測定的數值。本發明的燃^^有烴作為主要組分,但可進一步含有含氧^^例如醚,醇,酮,酯,和二醇。含氧4W物的例子包括甲醇,乙醇,正丙醇,異丙醇,正丁醇,異丁醇,二曱M,二異丙,曱基叔丁^(MTBE),乙基叔丁M(ETBE),叔^曱M(TAME),叔皿乙M,脂肪酸甲酯,和脂肪酸乙酯。〖0033]由于前述含氧^^b的存在,本發明的燃料可以減少^燒的烴(HC)和微細^^立物質。當燃料中含有源于生物質的含氧^^時,其有助于降^fe^!U械。然而,才緣脅情況,含氧^^導致含ll/fU^的增加。因此,以燃料的總質量為基準,含氧^^;的舍量以氧計M為5質*%以下。只要能夠獲得如上所描述的燃衡性,對本發明的燃料的J^出油沒有特殊P艮制。例如,!^出油可為^^可一種或多種燃料^出原料,其選自通過原油常壓蒸餾生成的石腦油餾分(,程石腦油);石腦油的,刺輕石腦油);石腦油的重條分(重石腦油);通過4^禾呈石腦油的脫Z克作用而生成的脫》充4^程石腦油;通過輕石腦油的脫J危怍用而生成的脫/jlL^石腦油;通過重石腦油的M^克作用而生成的M/5克重石腦油;通錄異構化裝置中將^腦油轉化為將烷烴而生成的異構化汽油;通過#^^烴加成到烴例如異丁肚(;^^化)而生成的^^f匕物,通過催化重整it^呈而生成的重整汽油;通狄重整油中萃取芳香烴組分而得到的作為殘法的殘余液;作為重整油的輕餾分的輕重整油;作為重整油的中間餾分的中間重整油;作為重整油的重餾分的重重整油;通過催化裂4til加氫裂化而生成的賄汽油;賄汽油的輕餾分;確汽油的重餾分;通ii^油的常壓蒸餾裝置而生成的直餾瓦斯油和直餾煤油;在真空蒸餾單元中,通過處理由常壓蒸餾裝置所生成的直餾重油或渣油而生成的真空瓦斯油;通過催化裂化或加氫裂化真空重瓦斯油或M/e克重油而生成的催化裂^^加氬裂化瓦斯油和煤油;通it^l^fr制前述石油烴所得的加i^制瓦斯油,加氬M/5克瓦斯油或加11^制^>,由;以;SJt過FT(費-托)合成e^A^解為一IU^i^或氫氣的天然氣而生成的GTL(氣變液)的石腦油餾分,^>'由館#瓦斯油餾分。如果需要,本發明的燃料可含有已知的燃料添加劑。這些燃料添加劑的例子包括摩擦tii劑例如^^和醇胺的酰^^^;清+M劑例如琥珀Stt胺,^J^,和^M^;^^劑例如N,N,一二異丙基-對^Jl胺,N,N,-二異丁基-對^^胺,2,6-二"7k丁基-4-曱^Wa受阻斷^r屬減活劑如胺^^*例如,N,N,-二亞7jC^基-l,2-^tj^丙烷;表面著火抑制劑例如有才雄^^;防凍劑例如多元醇及其醚;燃燒^^劑例如有喊的絲>^金屬鹽和高級醇的減黢酯;抗靜電添加劑例如陰離子,陽離子,和兩性表面活性劑;著色劑例如偶氮染料;防銹劑例如有才;i^酸,它們的衍生物和烯M詢酸酯;排7K劑例如山梨糖醇酐酯;十六烷值艦劑例如硝酸酯和有才;ut^f緣;潤滑性改進劑例如基于羧酸-、酯-、醇-和^i^的潤滑性改進劑;基于硅酮的消泡劑;^^顯流動^i^劑例如乙烯醋酸乙烯酉旨共聚物和烯M詢酰亞胺;才朽己物(markers)如查札因和香豆素;以;Sj(^木劑。這些添加劑可以單獨或組合加入,并且期望,M口A^而使得這些添加劑的總量以燃料總量為基準,為0.5質*%以下,更to為0.2質堂/。以下。添加劑的總量為以它們的有^分計的量。[實施例]在下文中,本發明通過下述實施例和tb^例進行了更詳細的描述,M不應^lf釋為限制本發明的范圍。(1)實施例中所用的發動機(發動才;L^)發動才^型排量為1998CC和壓縮比為15的直列四缸HCCI發動機。發動才;i^!^在文獻"SAE2006-01-0207"(2006年4月公開)中進行了描述。HCCI發動才;L^氣管中安絲增壓器,并iL^下述糾下在實施例和比較例中進行均質充氣壓縮點燒的"^驗。(2)實施例和比較例中的實驗M在下述實驗條件A和B下進行實施例和比較例的測量。(2-1)實驗條件A和B中共同的驅動#a)進^£力130kPa(纟樹壓力)b)進氣溫度65°C(2-2)實驗A中的驅動^f牛發動才碌1500rpm的發動才7L^^和600kPa/deg的最^S力上升率下被驅動。在這些驅動務f牛下,ii行實驗A,從而測量轉矩、以^10%高溫熱#|"0%高溫熱#燒之間的期間,將其定義為"燃燒期"(單位曲柄角)。(2-3)實驗B中的驅動糾發動機在1500rpm的發動才;i^^和70Nm的發動M矩下被驅動,從而測量最;ta力上升率和氮氧^^的排放量。(3)實施例和比較例中^^)的燃料實施例和tb^例中^^]燃料的私資列于如下表1和2中。t嫩例1到3和實施例1到5的燃料是將tfc^例4的普逸汽油與2號Wf油混合而制得的,并且它們的混合比例M的下欄中列出。類似地,比較例5到7和實施例6到10的燃料是通過將比較例4的"fit汽油和3號瓦斯油混合而制得的。在實驗條降A和B下用這些燃^^行發動機l"生能測試。(4)實,果實l^^下表3中列出。(4-1)在實驗*A下測量的轉頭E^燃燒期的實,果當使用比較例4的"fif汽油時,燃燒期,并且最大轉矩僅為68Nm。然而,增加瓦斯油的〉V^比例會延長燃燒期并提高最大轉矩。然而,過多的增大瓦斯油的混合比例會^L^^料的點火,并且在600kPa/deg下測量的轉矩會很小。在實驗務降A下實施例1到10的燃料能夠提供80Nm以上的實際轉矩,并且與比較例4的燃樹目比,能^[吏轉^^加32%到100%。(4-2)在實驗條件B下,最大壓力上升率和N0x(氮氧化物)排^:量的實驗結果"fit汽油和瓦斯油的混M使得能夠在減低的最大壓力上升率下驅動。例如,在1500rpm和70Nm下"f^逸汽油的最大壓力上升率為910kPa/deg。然而含有30%的2號瓦斯油的實施例3的燃料能^^#^九醫力上升剩^_500kPa/deg。瓦斯油混合比例的進一步增大導致最九醫力上升率增大(tb^例1,2,3,5,6和7)。結果,本發明的所有實施例1到10的燃^H吏得能夠在700kPa/deg以下的最;ta力上升率下驅動。(4—3)熱#^文率的^^_圖2表明在實驗糾A下實施例3和比較例4的熱#^1率。從圖2中明顯可以看出,實施例3的燃料燃燒的熱值遠大于比較例3和4的燃料。所有務他實施例的燃料的燃燒與實施例3的類似,并且與傳統的汽油和瓦斯油相比可以J^改善發動機性能。[Q053]表l<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>權利要求1、滿足如下要求(1)、(2)、(3)和(4)的用于均質充氣壓縮點火發動機的燃料(1)蒸餾特性初餾點(IBP)0℃以上且60℃以下;30體積%餾出溫度(T30)70℃以上且130℃以下;50體積%餾出溫度(T50)95℃以上且200℃以下;70體積%餾出溫度(T70)100℃以上且280℃以下;90體積%餾出溫度(T90)150℃以上且330℃以下;95體積%餾出溫度(T95)230℃以上且360℃以下;和終餾點(EP)250℃以上且380℃以下;(2)研究法辛烷值62以上且85以下(3)15℃下的密度0.700g/cm3以上且低于0.800g/cm3;以及(4)37.8℃下的雷德蒸氣壓30kPa以上且低于65kPa。2、權利要求1所述的用于均質充氣壓縮點;^1動機的燃料,滿^J口下要求(1)、(2)、(3)和(4):(1)蒸鎦特性4刀餾點(IBP):0。C以上且50。C以下;30^、°纖出溫度(T30)50餘、繊出溫度(T50)70^F,應出溫度(T70)90^MHVtt出溫度(T90)95體積°/燕出溫度(T95):230。C以JiiL360。C以下;和,點(EP):250。C以JiiL38(rC以下(2)研究法辛烷值62以JiiL85以下(3)15。C下的密度0.730g/cm3以JiiL低于0.780g/cm3;以及(4)37.8。C下的雷德蒸氣壓45kPa以上且低于60kPa。70'C以Ji^llOX:以下;95'C以JiiL15(rC以下;100'C以JiiL25(rC以下150。C以JiiL33(rC以下230'C以JiiL360'C以下3、權矛漆求l所述的用于均質充^a縮點線動機的燃料,其中燃料的硫含量為10質量ppm以下。4、權利要求1所述的用于均質充氣壓縮點;^動機的燃料,含有含氧^^物,該含氧^^#選自曱醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二曱基醚、二異丙醚、曱基叔丁基醚(NTTBE)、乙J^叔丁基醚(ETBE)、叔戊基曱基醚(TAME)、叔g乙基醚、脂肪酸曱酯、和脂肪酸乙酯。5、權利要求1所述的用于均質充氣壓縮點;_動機的燃料,其中,所料也能應用于下述類型的發動機,這些發動機選自HCCI-SI汽油發動機(SI:火花點火)、HCCI-CI柴油發動機(CI:壓縮點火)、和帶有HCCI、HCCI-SI和HCCI-DI發動機的電動>'^^^_動機。全文摘要本發明提供一種用于均質充氣壓縮點火發動機的燃料,其在較高的輸出功率下可以實現穩定的均質充氣壓縮點火。該燃料滿足如下要求(1),(2),(3)和(4)(1)蒸餾特性初餾點(IBP)0℃以上且60℃以下;30體積%餾出溫度(T30)70℃以上且130℃以下;50體積%餾出溫度(T50)95℃以上且200℃以下;70體積%餾出溫度(T70)100℃以上且280℃以下;90體積%餾出溫度(T90)150℃以上且330℃以下;95體積%餾出溫度(T95)230℃以上且360℃以下;和終餾點(EP)250℃以上且380℃以下;(2)研究法辛烷值62以上且85以下;(3)15℃下密度0.700g/cm<sup>3</sup>以上且低于0.800g/cm<sup>3</sup>;以及(4)37.8℃下雷德蒸氣壓30kPa以上且低于65kPa。文檔編號C10L1/18GK101531933SQ20091013870公開日2009年9月16日申請日期2009年3月13日優先權日2008年3月13日發明者柴田元申請人:新日本石油株式會社