本發(fā)明涉及燃料制劑領(lǐng)域，特別是汽油類的燃料制劑。

背景技術(shù)：

烴基燃料成本持續(xù)增長以及針對二氧化碳排放對環(huán)境影響的日益關(guān)切使得人們對于部分或全部依賴電能操作的機動車的需求日益增長。

混合動力車(HEV)可利用在充電電池中貯存的電能和通過傳統(tǒng)內(nèi)燃機(ICE)由燃料(通常為烴基)轉(zhuǎn)化的機械能。在ICE驅(qū)動操作的過程中以及在減速和剎車過程中通過回收動能使電池充電。這個過程由多個車輛初始設(shè)備制造商(OEM)針對他們的一些車輛模型提供。HEV通常提供正常的駕駛體驗，相比于傳統(tǒng)的只用ICE驅(qū)動的車輛，其主要優(yōu)勢為改進燃料消耗。插入式混合動力車(PHEV)具有與HEV類似的功能，但對這種應(yīng)用來說，也可以將電池連接到主電路系統(tǒng)，用于在停車時進行充電。PHEV通常比HEV具有更大的電池組，以承擔部分全程用電的容量。動態(tài)驅(qū)動將使用電力和ICE，但應(yīng)用內(nèi)燃機(ICE)推進的操作區(qū)域可能局限于巡航和城際間駕駛。因此車輛燃料很可能不同于常規(guī)配備有ICE或HEV的車輛目前所需要的燃料。對于只在城市環(huán)境中運行的車輛，EV模式容量和插入充電功能的增加進一步降低了ICE活動水平。相比于HEV和傳統(tǒng)ICE車輛，這可能會導致燃料貯罐內(nèi)容物的停留時間明顯延長。

傳統(tǒng)的ICE車輛對于約200kg的推進系統(tǒng)重量可以輸送約600km(400英里)里程，和需要約2分鐘的重新加油時間。與之相比較，據(jù)認為基于目前的LiON技術(shù)，提供相當里程和可用電池壽命的電池組將重約1700kg。發(fā)動機、動力電子設(shè)備和車輛底盤的附加重量將會造成所述車輛相比于傳統(tǒng)ICE等同車輛來說重得多。

在常規(guī)的ICE車輛中，發(fā)動機扭矩和發(fā)動機動力輸出必須覆蓋車輛操作動力的全部里程。但內(nèi)燃機的熱力學效率不能在寬的操作條件范圍內(nèi)完全優(yōu)化。ICE具有相對較窄的動力范圍。另一方面，可以設(shè)計電機使其具有很寬的動力范圍，例如能夠在0速度下輸送最大扭矩。這種控制靈活性在工業(yè)驅(qū)動領(lǐng)域公認為是有用性能，并在汽車應(yīng)用中提供可能性。在它們的操作范圍內(nèi)，電機可以應(yīng)用精密電子設(shè)備控制以給出非常平滑的扭矩輸出，以滿足用戶需求。但也可能提供對駕駛員來說更有吸引力的不同扭矩輸出曲線。因此，對于汽車設(shè)計者來說這可能是感興趣的一個方面。在更高速度下，電驅(qū)動系統(tǒng)可能受限于電力電子設(shè)備的排熱能力和電機本身的冷卻系統(tǒng)。對于高速度下高扭矩電機的更多關(guān)注與轉(zhuǎn)動組件的質(zhì)量相關(guān)，其中在高速下可能會產(chǎn)生非常大的離心力。這些力可能是破壞性的。因此，在HEV和PHEV中，電動機只能提供一部分動力范圍。但這可能允許ICE的效率在較窄的操作范圍內(nèi)優(yōu)化。這在發(fā)動機設(shè)計方面提供一些優(yōu)點。

因此，現(xiàn)在針對整個ICE范圍開發(fā)的烴燃料對于HEV或PHEV ICE裝置來說可能并不優(yōu)化或者不是實際有益。對于常規(guī)ICE車輛來說，燃料的配制和調(diào)整已經(jīng)進行了很多年，因此可以認為已經(jīng)穩(wěn)定，只是在熟知的配方范圍存在一些自由度。最近引入的混合動力技術(shù)提供了從全新角度考慮燃料配方范圍的機會。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及的發(fā)現(xiàn)是對于混合動力車(HEV)和特別是PHEV，低蒸汽壓燃料不損害冷啟動性能，并且在燃料消耗和動力方面有所改進。

本發(fā)明的第一個方面提供一種適用于火花點火發(fā)動機的液態(tài)燃料組合物，所述組合物包含烴混合物，和其中所述組合物表現(xiàn)出大于約25kPa和小于約50kPa的蒸汽壓。在本發(fā)明的具體實施方案中，所述燃料組合物表現(xiàn)出低于45.0kPa、合適地低于42.5kPa、或任選低于40.0kPa的蒸汽壓。按照本發(fā)明的一個實施方案，所述燃料組合物為汽油。

在第二個方面，本發(fā)明提供一種操作火花點火內(nèi)燃機的方法，包括應(yīng)用液態(tài)燃料組合物操作內(nèi)燃機，其中所述組合物包含烴混合物，和其中所述組合物表現(xiàn)出大于約25kPa和小于約50kPa的蒸汽壓。在本發(fā)明的具體實施方案中，所述火花點火內(nèi)燃機包含在混合動力車(HEV)的動力系統(tǒng)內(nèi)，任選地所述混合動力車為插入式混合動力車(PHEV)。合適地，所述燃料組合物表現(xiàn)出低于45.0kPa、合適地低于42.5kPa、或任選低于40.0kPa的蒸汽壓。

本發(fā)明的第三個方面提供蒸汽壓大于25kPa和小于50kPa的液態(tài)烴組合物作為火花點火內(nèi)燃機的燃料的用途。合適地，所述火花點火內(nèi)燃機包含在混合動力車或任選的插入式混合動力車的動力系統(tǒng)內(nèi)。

本發(fā)明的第四個方面提供蒸汽壓大于約25kPa和小于約50kPa的液態(tài)烴組合物用于改進混合動力車或任選的插入式混合動力車中燃料消耗的用途。

附圖說明

本發(fā)明的實施方案在附圖中給出，其中圖1的直方圖給出了在傳統(tǒng)的配備ICE的小汽車中兩種燃料(燃料A和B)在三種運行速度下對于燃料消耗的對比試驗結(jié)果；

圖2的直方圖給出了在配備PHEV的小汽車中兩種燃料(燃料A和B)在三種運行速度下對于燃料消耗的對比試驗結(jié)果。

具體實施方式

本發(fā)明提供用于PHEV和HEV的改進的燃料組合物，所述組合物包含更少的揮發(fā)性組分，因此比用于常規(guī)的火花點火ICE車輛目前規(guī)定的燃料表現(xiàn)出更低的蒸汽壓。正如這里所應(yīng)用，術(shù)語“包含”目的是指至少包括所述組分，但也可以包含沒有規(guī)定的其它組分。

不希望被任何理論所局限，據(jù)信本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)可能來自于如下事實：汽油燃料的更輕更易揮發(fā)組分對于HEV的冷啟動性能較不關(guān)鍵，因為可以應(yīng)用電能來輔助ICE初始啟動時燃料的氣化。確實，對于相當大比例行程預期只應(yīng)用電力來實現(xiàn)的PHEV來說，油箱中燃料的停留時間可以延長，導致一些‘輕端組分’損失。通過降低燃料的揮發(fā)性組分含量，由于用于HEV和PHEV的燃料制劑不需要更昂貴的輕端組分，本發(fā)明提供相當大的經(jīng)濟節(jié)約。這也使得可以更好地利用烴資源，其中有價值的較輕揮發(fā)性組分可以不再用于燃料用途而轉(zhuǎn)用于化學合成過程。另外，本發(fā)明提供一種組成更穩(wěn)定的燃料組合物，其烴含量基本不隨時間變化。

汽油沸程內(nèi)的合適液態(tài)烴燃料為沸程約25℃至約232℃的烴的混合物。但從降低揮發(fā)性組分含量的角度看，可以預期本發(fā)明的燃料組合物比常規(guī)配制的汽油摻混物具有更高的預期初沸點(IBP)。在本發(fā)明的一個具體的實施方案中，IBP為至少30℃，任選至少33℃，合適地為至少35℃。在本發(fā)明的一個具體的實施方案中，燃料組合物的IBP大于38℃。

本發(fā)明的燃料組合物包含飽和烴、烯屬烴和芳烴的混合物。優(yōu)選的汽油混合物的飽和烴含量為約40-80vol％，合適地超過50vol％，烯屬烴含量為0％-約30vol％，和芳烴含量為約10-60vol％?；A(chǔ)燃料衍生自直餾汽油、聚合汽油、天然汽油、二聚和三聚烯烴、合成產(chǎn)生的芳烴混合物、或來自催化裂化或熱裂化石油餾分以及它們的混合物。辛烷值水平(RON+MON)/2通常高于約85?？梢詫⒊Ｒ?guī)的發(fā)動機燃料基礎(chǔ)油應(yīng)用在本發(fā)明的實施中。例如，可以將汽油中的烴替代為通常已知用于燃料中的高達主要量的常規(guī)醇或醚?；A(chǔ)燃料理想地基本不含水，因為水會妨礙平穩(wěn)燃燒。

通常，本發(fā)明適用的烴燃料混合物基本不含鉛，但可以包含少量摻混組分如甲醇、乙醇、乙基叔丁基醚、甲基叔丁基醚、叔戊基甲基醚和類似物，其含量為基礎(chǔ)燃料的約0.1-15vol％，當然也可以應(yīng)用更大量。所述燃料也可以包含常規(guī)的添加劑，包括：抗氧化劑，如酚類例如2,6-二-叔丁基苯酚，或苯二胺例如N,N′-二-仲-丁基-對-苯二胺，染料，金屬鈍化劑，脫霧劑如聚酯類乙氧基化的烷基酚醛樹脂。也可以存在腐蝕抑制劑如在其至少一個α-碳原子上具有20-50個碳原子的未取代或取代脂族烴基的琥珀酸多元醇酯的衍生物，例如聚異丁烯聚代的琥珀酸的季戊四醇二酯，其中所述聚異丁烯基的平均分子量為約950，其含量為約1-1000ppmw(百萬分之一重量份)。

本發(fā)明的燃料組合物的特征在于相比于標準規(guī)格的燃料如滿足EN228規(guī)格的燃料，其具有更低的揮發(fā)度。換句話說，當與常規(guī)標準汽油燃料組合物相比時，本發(fā)明的燃料包含更少的可揮發(fā)組分和因而表現(xiàn)出更低的蒸汽壓。滿足EN228燃料標準的汽油的可接受的蒸汽壓(kPa)為45.0kPa-110.0kPa。按照本發(fā)明一個實施方案，燃料組合物的蒸汽壓低于約50.0kPa，合適地低于45.0kPa，更合適地低于42.5kPa，和任選地低于40.0kPa。在本發(fā)明的一個具體的實施方案中，汽油的蒸汽壓為約38kPa。通常，本發(fā)明的汽油的蒸汽壓不低于約25kPa，合適地不低于27.5kPa，更合適地為至少30kPa，任選地為至少32.5kPa，更任選地為至少35kPa。當為給定值應(yīng)用術(shù)語“約”時，應(yīng)理解其包含在合理誤差范圍內(nèi)的變化或在一定程度上也包含所述值任何一側(cè)的已證明功能高度等價的值。

本發(fā)明的優(yōu)點在于在燃料摻混物中需要應(yīng)用更少量的揮發(fā)性組分意味著其異鏈烷烴含量可以增加至高于通常與汽油組合物相關(guān)的含量。在本發(fā)明的一個具體實施方案中，異鏈烷烴的含量可以大于35vol％、合適地為大于40vol％和任選大于42vol％，其中所述體積為燃料組合物的總體積。通過相對于正鏈烷烴增加異鏈烷烴的用量，本發(fā)明的汽油組合物也將被證實具有更高的RON，從而需要添加更少量的較昂貴的辛烷值提高添加劑。

通過參考如下非限定性實施例進一步描述本發(fā)明。

實施例

相比于常規(guī)ICE車輛，本實施例測試了在PHEV中的冷啟動性能、燃料消耗、功率輸出和加速性能。實施例應(yīng)用符合標準EN 228的汽油(對比燃料A)和試驗的汽油組合物(實驗燃料B)，對后者已進行調(diào)節(jié)使其具有比標準EN 228汽油更低的揮發(fā)性。對比燃料和實驗燃料的性能在下表1中給出。

表1 燃料性能

參考燃料(燃料A)為符合現(xiàn)行EN228規(guī)格的辛烷值RON 96.5的標準無鉛汽油，和類似于常規(guī)的通用級汽油燃料。將該燃料用作比較基準。實驗燃料(燃料B)代表“貯存的”PHEV燃料。它具有足夠的辛烷值RON 96.1，但其揮發(fā)度指標E70、E100和VP均低于現(xiàn)行EN228規(guī)格。

車輛

選擇被Amberjac^TM轉(zhuǎn)化為具有插入式充電能力的2008Toyota Prius 1.5 T4 HEV作為代表性的PHEV進行測試。它與由常規(guī)火花點火、直接燃料注入、內(nèi)燃機(ICE)技術(shù)驅(qū)動的標準2004Volkswagen Golf 1.6 FSI進行比較。在兩種車輛中，ICE均應(yīng)用帶有可變氣門正時的四沖程循環(huán)進行操作。

冷啟動測試

冷啟動的測試條件在下表2中給出。

表2 冷啟動測試

與預期相反，當應(yīng)用于PHEV發(fā)動機或ICE發(fā)動機時，燃料B在5℃下沒有出現(xiàn)冷啟動問題。

性能評價

燃料制劑的重要考慮是任何燃料可能衍生的性能好處或短處。這些通常通過在加速和/或穩(wěn)態(tài)條件下在全負荷下操作車輛(或發(fā)動機)來確定。評價加速性能的條件和動力也在表3中給出。

表3 性能測試

當在ICE和PHEV中應(yīng)用時，在所有的巡航速度下，實驗燃料B均導致改進的燃料消耗(參見圖1和2)。應(yīng)該注意到的是在50kph速度下在PHEV中的燃料消耗指示為0，因為車輛在該速度下只應(yīng)用電力操作(參見圖2)。

令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，當在PHEV中應(yīng)用時，相比于標準對比燃料(燃料A)，在穩(wěn)態(tài)(120km/h)下，燃料B在燃料消耗方面表現(xiàn)出超過1％的改進。這是很顯著的，因為在該速度下，PHEV只應(yīng)用其ICE操作。甚至更令人驚奇地是在120km/h下在ICE車輛中降低的燃料消耗甚至更高，剛好為3％(參見圖1)。

下表概括了在試驗運行前基于公知常識根據(jù)概念性預測在120km/h下冷啟動新歐標驅(qū)動循環(huán)(NEDC)和熱啟動穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。

表4

結(jié)果表明對于任一車輛應(yīng)用低蒸汽壓燃料均沒有缺點，并且表明對于燃料經(jīng)濟性有一些好處。因此，本發(fā)明提供蒸氣壓比通常ICE中已建立起的國際標準(例如EN228)中指定的蒸氣壓更低的燃料的用途，和更合適地用于在混合動力車的動力系統(tǒng)中包含的ICE。

雖然這里已經(jīng)詳細公開了本發(fā)明的特定實施方案，但它們均以實施例的方式給出并只用作描述目的。前述實施方案不打算限制所附權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明人設(shè)想的是在不偏離由權(quán)利要求定義的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下，本發(fā)明可以進行各種替換、改變和調(diào)整。