减少颗粒排放物的方法
阅读说明：本技术 减少颗粒排放物的方法 (Method for reducing particulate emissions ) 是由 R·F·克拉克内尔 A·A·阿拉迪 V·佩利切亚里 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：一种用于减少来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物的方法,其中所述方法包括用汽油组合物给所述发动机供给燃料,其中所述汽油组合物包括烃基础燃料,所述烃基础燃料包括基于所述基础燃料不大于5％v的具有至少9个碳原子的芳烃、高达150℃的T90和不大于190℃的终沸点。(A method for reducing particulate emissions from a direct injection spark ignition engine, wherein the method comprises fuelling the engine with a gasoline composition, wherein the gasoline composition comprises a hydrocarbon base fuel comprising not more than 5% v, based on the base fuel, of aromatic hydrocarbons having at least 9 carbon atoms, a T90 of up to 150 ℃ and a final boiling point of not more than 190 ℃.)
技术领域
本发明涉及一种用于减少来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物的方法。
背景技术
人们越来越关注来自火花点火燃烧发动机、特别是直喷式火花点火发动机的颗粒排放物对环境的影响。这导致对在减少颗粒排放物的情况下可运行的机动车的需求不断增长。
当前为火花点火燃烧发动机开发的烃燃料可能未经过优化或实际上不利于直喷式火花点火发动机，特别是当谈到颗粒排放物水平时。因此，期望找到减少来自运行直喷式火花点火发动机的颗粒排放物的方式。
WO2004/113476公开了满足某些参数的汽油组合物，其用作火花点火发动机中的燃料使得发动机曲柄箱润滑剂的稳定性有所改进。然而，在此文件中没有提及使用这种燃料以供减少直喷式火花点火发动机中的颗粒排放物。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于减少来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物的方法，其中所述方法包括用汽油组合物给所述发动机供给燃料，其中所述汽油组合物包括烃基础燃料，所述烃基础燃料包括基于所述基础燃料不大于5％v的具有至少9个碳原子的芳烃、高达150℃的T90和不大于190℃的终沸点。
根据本发明，进一步提供一种汽油组合物用于减少来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物的用途，其中所述汽油组合物包括烃基础燃料，所述烃基础燃料包括基于所述基础燃料不大于5％v的具有至少9个碳原子的芳烃、低于150℃的T90和不大于190℃的终沸点。
已出人意料地发现，通过选择满足某些参数的汽油组合物，可以减少来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物。
具体实施方式
低C9+芳烃含量连同低于150℃的T90和不超过190℃的终沸点被认为是减少来自直喷式火花点火内部燃烧发动机的颗粒排放物的关键参数，所述发动机由本发明的汽油组合物供给燃料。
“不大于5％v的具有至少9个碳原子的芳烃”是指烃基础燃料含有的具有9个或更多碳原子的芳烃基于所述基础燃料的量分别在0到5％v的范围内。
本发明的用途和方法可用于实现来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物任何程度的减少，包含减少至0(即消除颗粒排放物)。其可用于实现所期望的颗粒排放物的目标水平的目的。与使用具有大于190℃的终沸点、具有150℃或超过150℃的T90以及包括大于5v％的具有9个或更多碳原子的芳烃的汽油燃料组合物相比，本文中的方法和用途优选地实现来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物5％减少或更多，更优选地，来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物10％减少或更多，甚至更优选地，来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物15％减少或更多，并且特别优选地，来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物30％减少或更多。
本文中可以使用任何合适的方法来测量来自直喷式火花点火发动机的颗粒排放物。用于测量颗粒排放物的合适方法的一个实例可见于以下《SAE论文》：发表于2010年10月25日的SAE第2010-01-2115期，其通过所述汽油组合物的PM指数的降低来衡量颗粒排放物的减少。适用于本发明的汽油组合物优选地具有根据SAE 2010-01-2115中公开的测试方法而测得的为1.0或更小的PM指数，更优选地为0.95或更小，甚至更优选地为0.9或更小。
汽油含有烃的混合物，其最优沸腾范围和蒸馏曲线根据一年的气候和季节而变化。如上文所定义的汽油中的烃可以方便地以已知的方式衍生自直馏汽油、合成生成的芳族烃混合物、热或催化裂解的烃、加氢裂解的石油馏分或催化重整的烃和这些的混合物。含氧化合物(无论是来源于化石还是生物)都可掺入汽油中，并且其包含醇(例如甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇和异丁醇)和醚，优选地是每分子含有5个或更多碳原子的醚，例如甲基叔丁基醚(MTBE)或乙基叔丁基醚(ETBE)。存在于燃料组合物中的含氧化合物的量取决于含氧化合物种类的现行燃料规范。例如，EN228规范将最大氧含量定为按质量计3.73％的氧，且因此必须调整含氧化合物的水平以符合此规范。
优选的是避免包含叔丁醇或MTBE。因此，本发明优选的汽油组合物含有按体积计0到10％的至少一种选自甲醇、乙醇、异丙醇和异丁醇的含氧化合物。
理论建模已表明，在本发明的汽油组合物中包含乙醇将进一步增强发动机润滑剂的稳定性，特别是在较凉爽的发动机运行条件下。因此，优选的是，本发明的汽油组合物含有按体积计高达10％的乙醇，优选地2到10％v，更优选地4到10％v，例如5到10％v的乙醇。
可包含在本文汽油组合物中的其他含氧化合物包含由乙醇和CO2催化制得的碳酸二乙酯(DEC)、酯(如乙酸乙酯)和酮(如甲基乙基酮)。
含氧化合物可通过化学手段帮助减少PN排放物。
根据本发明的汽油组合物有利地是无铅的(不含铅的)，并且这可能是法律所要求的。在准许的情况下，可存在无铅防爆化合物和/或阀座凹陷保护剂化合物(例如已知的钾盐、钠盐或磷化合物)。
辛烷水平可通过RON、MON或防爆指数(Aki)((RON+MON)/2)来定义。如果规定RON，则其通常会大于92。如果规定了防爆指数，则其通常会高于85。
现代汽油本质上是低硫燃料，例如含有小于200ppmw的硫，优选地不大于50ppmw的硫。
如本领域的技术人员将容易理解的，如上文所定义的烃基础燃料可以方便地以已知的方式通过掺合合适的烃(例如精炼厂)物流来制备，以满足所定义的参数。烯烃含量可以通过以任何相对比例包含富含烯烃的精炼厂物流和/或通过添加合成组分(如二异丁烯)来提高。
二异丁烯，也称为2,4,4-三甲基-1-戊烯(美国西格玛奥德里奇精细化工公司(Sigma-Aldrich Fine Chemicals))，通常是异构体(2,4,4-三甲基-1-戊烯和2,4,4-三甲基-2-戊烯)的混合物，其通过将来自丁烯异构体分离过程的异丁烯的硫酸萃取物加热至约90℃来制备。如柯克-奥斯莫(Kirk-Othmer)的《化学技术百科全书》第4版第4卷第725页中所述，产率通常为90％，其中混合了80％的二聚体和20％的三聚体。
如上文所定义的汽油组合物可以各种方式包含一种或多种添加剂，如抗氧化剂、腐蚀抑制剂、无灰清洁剂、除雾剂、染料、润滑性改良剂以及合成或矿物油载液。合适的此类添加剂实例在美国专利No.5,855,629和DE-A-19955651中有一般性描述。
添加剂组分可以单独地添加到汽油中或者也可以与一种或多种稀释剂掺合，形成添加剂浓缩物，并一起添加到基础燃料中。
用于本发明方法中的优选的汽油组合物包括一种或多种抗氧化剂，以改善汽油组合物的氧化稳定性。适用于汽油组合物中的任何抗氧化剂添加剂均可在本文中使用。用于本文中优选的抗氧化剂是受阻酚，例如丁基化羟基甲苯(BHT)。优选的是，汽油组合物包括10ppmw到100ppmw的抗氧化剂。
可来源于生物并且适合用于本文中的不含氧的高辛烷组分包含异丁烯或异辛烯、异辛烷、三甲基丁烷和异戊烯。这些不含氧的高辛烷化合物可通过点火和燃烧优化帮助减少PN排放物。
用于本发明方法中的优选汽油组合物具有以下一个或多个特征：-
(i)烃基础燃料含有至少10％v的烯烃，
(ii)烃基础燃料含有至少12％v的烯烃，
(iii)烃基础燃料含有至少13％v的烯烃，
(iv)烃基础燃料含有高达20％v的烯烃，
(v)烃基础燃料含有高达18％v的烯烃，
(vi)基础燃料具有至少为28℃的初沸点(IBP)，
(vii)基础燃料具有至少为30℃的IBP，
(viii)基础燃料具有高达42℃的IBP，
(ix)基础燃料具有高达40℃的IBP，
(x)基础燃料具有至少42℃的T10，
(xi)基础燃料具有至少45℃的T10，
(xii)基础燃料具有至少46℃的T10，
(xiii)基础燃料具有高达58℃的T10，
(xiv)基础燃料具有高达57℃的T10，
(xv)基础燃料具有高达56℃的T10，
(xvi)基础燃料具有至少80℃的T10，
(xvii)基础燃料具有至少82℃的T10，
(xviii)基础燃料具有至少83℃的T10，
(xix)基础燃料具有高达105℃的T10，
(xx)基础燃料具有高达104℃的T10，
(xxi)基础燃料具有高达103℃的T10，
(xxii)基础燃料具有至少135℃的T90，
(xxiii)基础燃料具有至少140℃的T90，
(xxiv)基础燃料具有至少142℃的T90，
(xxv)基础燃料具有高达150℃的T90，
(xxvi)基础燃料具有高达145℃的T90，
(xxvii)基础燃料具有高达143℃的T90，
(xxviii)基础燃料具有不大于190℃的FBP，
(xxix)基础燃料具有不大于185℃的FBP，
(xxx)基础燃料具有不大于180℃的FBP，
(xxxi)基础燃料具有不大于175℃的FBP，
(xxxii)基础燃料具有不大于172℃的FBP，
(xxxiii)基础燃料具有至少165℃的FBP，和
(xxxiv)基础燃料具有至少168℃的FBP。
上述特征的优选组合实例包含(i)和(iv)；(ii)和(v)；(iii)和(v)；(vi)、(viii)、(x)、(xii)、(xvi)、(xix)、(xxii)、(xxv)和(xxix)；(vii)、(ix)、(xi)，(xiv)、(xvii)、(xx)、(xxiii)、(xxv)和(xxx)；以及(vii)、(ix)、(xii)、(xv)、(xviii)、(xxi)、(xxiv)、(xxvii)、(xxxiii)和(xxxiv)。
除了减少直喷式火花点火发动机中的颗粒排放物之外，使用本文所述的汽油组合物还可以提供众多好处之一。这些好处包含降低换油的频率、减少发动机的磨损(例如发动机轴承的磨损)、减少发动机组件的磨损(例如，凸轮轴和活塞曲柄的磨损)、改善加速性能、提高最大功率输出和/或改善燃料经济性。
将根据之后的说明性实例来理解本发明，其中，除非另外指明，否则温度以摄氏度为单位并且份数、百分比和比率均按体积计。本领域的技术人员将轻易地理解，各种燃料是从已知的精炼厂物流中以已知的方式来制备，并且因此，根据给定的组合物参数的知识可轻易地再现各种燃料。
在实例中，使用以下步骤实现了对由测试燃料供给燃料的直喷式火花点火发动机中的汽油组合物的颗粒物质排放物测试。
实例
实施例1到4的燃料组合物在下表2中示出。这些燃料组合物中的每一种均由具有下表1中所列特性的汽油基础燃料来制备，并且对于每个实例，对重芳烃(具有至少10个碳原子的芳烃)的v％进行调整，使其含有按照下表2中所规定的一定量的重芳烃(C9+)。因此，实例1含有0％v的重芳烃，实例2含有4％v的重芳烃，实例3含有8％v的重芳烃，并且实例4含有12％v的重芳烃。
表1(基础燃料的特性)
IBP(℃)
31.9
T10(℃)
47.3
T50(℃)
102.0
T90(℃)
142.7
FBP(℃)
179.3
RVP(kPa)
65.1
RON
95.3
MON
82.9
Aki((RON+MON)/2)
89.1
灵敏度(RON-MON)
12.43
烷烃(％v)
49.7
烯烃(％v)
14.3
芳烃(％v)
32.7
PM指数
0.81
C9芳烃(％v)
2.65
C10芳烃(％v)
0.26
C11芳烃(％v)
0.00
C12芳烃(％v)
0
对表2中的燃料组合物进行《SAE论文》第2010-01-2115期中所述的颗粒物质排放物测试，以测量其PN指数。结果示于下表2中。
表2
实例：
1
2
3
4
％v重(C9+)芳烃
0％v
4％v
8％v
12％v
IBP(℃))
32.9
32.65
32.95
33.27
T10(℃)
49.0
48.2
49.32
50.50
T50(℃)
100.1
102.5
106.11
109.90
T90(℃)
134.7
144.1
148.52
153.88
FBP
152.9
189.6
201.90
211.72
RVP(kPa)
66.15
68.58
66.51
64.42
RON
96.7
96.0
96.51
97.12
MON
82.8
82.7
83.08
83.49
Aki
89.8
89.3
89.8
90.3
灵敏度
13.9
13.3
13.4
13.6
烷烃(％v)
44.9
44.5
42.66
40.81
烯烃(％v)
20.3
20.2
19.31
18.48
芳烃(％v)
32.50
33.07
35.86
38.63
PM指数
0.75
0.89
1.08
1.315
C9芳烃(％v)
0
3.00
5.98
8.44
C10芳烃(％v)
0
0.70
1.25
2.30
C11芳烃(％v)
0
0
C12芳烃(％v)
0
0.30
0.77
1.24
C9+芳烃(％v)
0
4.00
8.00
11.98
论述
如以上表2中的结果可见，具有如下烃基础燃料的汽油组合物可更大程度地减少颗粒排放物(如根据PM指数的降低来衡量)，所述烃基础燃料包括基于基础燃料不大于5％v的具有至少9个碳原子的芳烃、低于150℃的T90和不高于190℃的终沸点。
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