CN103865612A - 发动机润滑剂辛烷提高以平息时而发生的预点火 - Google Patents

Abstract

一个实施例提供一种具有发动机油和溶解在发动机油中的添加剂的发动机润滑剂，该添加剂的量有效平息由于润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火或者爆震。所述添加剂具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力，并且只产生挥发性的燃烧产物。另一个实施例提供一种平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火或者爆震的方法，其基于在发动机润滑剂中加入具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力并且只产生挥发性的燃烧产物的芳香族含氮化合物。

Description

发动机润滑剂辛烷提高以平息时而发生的预点火

技术领域

本发明涉及机动车辆工程领域，并且更具体地涉及平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室的预点火或者爆震。

背景技术

汽油发动机可以在不同的速度和载荷条件下对于爆震敏感。通常在相对高的载荷条件下遭遇爆震，并且可以限制可允许的汽油发动机运行载荷。在一些实例中，可允许的载荷可以通过使用可变点火正时、可变气门正时和/或排气再循环（EGR）被扩大。然而，时而发生的预点火也可以在相对低的载荷和低的发动机转速下发生。上面记录的方法不能解决有时候称为“超级爆震”的这种形式的预点火。不加解决，时而发生的预点火可以导致不能接受的发动机噪声、功率损失和发动机损坏。

本发明人推断汽油发动机内时而发生的预点火可由于润滑油进入发动机的燃烧室内引起。润滑油的小液滴可以通过活塞环吸气（也就是反向漏气）或者通过强制曲轴箱通风（PCV）系统进入燃烧室。由于润滑油低的自动点火温度，当油滴与进气混合时可以在压缩冲程期间自发点火，其导致预点火。原则上，由润滑油的进入导致的时而发生的预点火可以通过增加发动机润滑剂的辛烷值提高剂解决。因此，Ryan等的美国专利号7,262,155公开了一种具体的辛烷值提高剂可以在火焰传播发动机中被加入润滑剂以平息该问题。然而，在该参考文件中公开的具体的辛烷值提高剂在现代的汽油发动机中是不期望的。这样的药剂包括有机金属化合物，其具有非挥发性（也就是金属氧化物）燃烧产物。通过推断，任何有机金属化合物的燃烧很可能在燃烧室和排气系统部件比如涡轮的表面上遗留永久的残渣。含金属的燃烧产物还可以污染或者堵塞排气系统中的排放控制催化器。而且，在现代的装备有EGR的发动机系统中，非挥发性的燃烧残渣可以被携带通过进气系统，其导致其他困难。在参考文件中提到的其他辛烷值提高剂是不期望的，因为它们的高挥发性，可以导致过度的润滑油压力和加快通过PCV系统的药剂损失。

发明内容

本文的发明者已经意识到前面的平息发动机预点火的方法的缺点并且因此已经提出完全不同的辛烷值提高的发动机润滑剂系列。一个实施例提供一种具有发动机油和一定量的溶解在发动机油的添加剂的发动机润滑剂，其中所述添加剂的量可以有效平息由于润滑剂进入发动机的燃烧室的预点火或者爆震。该添加剂具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力，并且只产生挥发性的燃烧产物。另一个实施例提供一种平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室的预点火的方法。该方法包括加入发动机润滑剂中一种芳香族含氮化合物，其具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力，并且只产生挥发性的燃烧产物。在本文中公开的示例中，添加剂的饱和蒸汽压力与基础发动机油相似，并且添加剂的燃烧只产生完全挥发性的产物。这样的产物将不在发动机系统部件上形成残渣，也不会退化控制排放的催化器。

上面的概述是以简化形式被提供以介绍选择性的概念，并不旨在指明关键或重要特征。要求保护的主题的范围由权利要求确定，其不局限于解决在本公开在上面或者任何部分中提到的缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出根据本公开的一个实施例的示例发动机系统的多个方面。

图2说明根据本公开的实施例的平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室的预点火或者爆震的方法。

具体实施方式

本公开的多个方面将通过示例并且参照上面列出的说明的实施例被描述。在一个或者多个实施例中可以基本上相同的部件、流程步骤和其他元件是协作地相同并且以最小的重复被描述。然而，将注意到，协作相同的元件也可以在一定程度上不同。将进一步注意到，包括在本公开的附图是示意性的并且一般不按比例绘制。而且，在附图中示出的各种绘制比例、长宽比以及部件数量可以故意扭曲以使得特定的调整或者关系更容易看出。

图1示意性地示出示例汽油发动机10的多个方面。发动机可以包括任何数量的活塞12，其在燃烧室14内往复。活塞机械地联接到在曲轴箱18内旋转的曲轴16。曲轴箱包含循环越过或者通过发动机不同的移动零件的发动机润滑剂20的容积。除了轴承和曲轴的连杆之外，这样的移动的零件还包括布置在气门盖22下面的凸轮致动的连杆。

图1示出用于降低燃料、水和其他燃烧产物在发动机润滑剂内的积聚的PCV系统的多个方面。具体地，进气歧管24通过PCV阀26联接至气门盖22下面的气室。这个气室通过发动机气缸套28与曲轴箱18连通。燃料蒸汽、水蒸气和其他的可以已经穿过活塞环30进入曲轴箱燃烧产物被通过PCV阀吸出曲轴箱，并且进入进气歧管。导致的曲轴箱内的真空通过从空气滤清器34引入新鲜空气的通风管32降低。

通过曲轴箱18被引导至进气歧管24的空气流可以夹带雾化的发动机润滑剂。因此，油分离器36可以布置在气门盖22下面并且配置为从流动的空气分离夹带的油滴。然而，油分离器可以仍然允许一些油滴被带入进入气管内，并且随后到燃烧室上。这个路径在图1中被标记为A。而且，油滴可以在被称为“反向漏气”-（也就是漏气过程的反向，通过这个过程燃烧产物进入曲轴箱）的过程中穿过活塞环30直接进入燃烧室。这个路径在图1中标记为B。由于发动机润滑剂的润滑油的低自动点火温度，润滑剂的液滴当与进气混合时可以在活塞12的压缩冲程期间自发点火，其导致增加的预点火和/或增加的爆震。

在尺寸较小的汽油涡轮增压直喷式（GTDI）发动机中，比如如图1所示的那个，润滑剂通过PCV系统的进入率可以由于显著增加整体润滑剂流动速率的活塞冷却喷嘴（PCJ，在图1中未示出）的动作增加，其导致曲轴箱内的较大浓度的润滑剂气雾。此外，当PCV流不被空气主动稀释，而是‘反向’流入新鲜空气入口时，GTDI通常在来自压缩器38的延长的增压下运行。这个模式还提供另一个用于润滑油进入燃烧室的路径-在图1中标记为C的路径。

为了解决这些问题同时仍然提供其他的优点，本公开描述平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火或者爆震的不同方法。该方法通过继续参照上面的配置被实施并且被描述。然而，将理解，在此描述的方法和其他完全在本公开的范围内的方法也可以通过其他的配置被实施。

图2说明了一种平息由于发动机润滑剂进入发动机燃烧室引起的预点火或者爆震的示例方法。在这个示例中，辛烷值提高添加剂被加入机动车辆发动机的润滑剂20。这个添加剂可以以有效平息由于润滑剂进入发动机燃烧室导致的预点火或者爆震的量被加入。在一个实施例中，有效的量可以根据经验确定-例如，通过加入等分部分的添加剂到发动机润滑剂并且随后以一种无添加剂时的明显时而发生预点火的已知方式运行带有该润滑剂的发动机。这大体是方法40中采取方法。

在方法40的42，由发动机显示的预点火或者爆震的水平在标准设置条件下被估计。这样的条件可以包括低的发动机转速和低的发动机负载，其中由于润滑剂进入导致的时而发生的预点火通常被观察到。该估计可以是定性的或者定量的。在一个实施例中，预点火或者爆震检测可以在安装有发动机的机动车辆的车载诊断系统被规定。在其他的实施例中，预点火或者爆震额可以通过压电元件机械地联接到发动机气缸体并且电动地联接到合适的滤波器和放大元件部分被检测，其中控制系统根据震动检测的强度、检测的曲柄转角窗或者二者区分预点火和爆震。在44，确定预点火或者爆震的估计的水平是否超过预定的阈值。如果预点火或者爆震的水平超过阈值，随后添加剂的等分部分在46加入发动机润滑剂中。例如，等分部分可以通过发动机油注入孔盖加入。该方法随后返回至42，其中预点火或者爆震的水平再次被估计。

这个过程可以重复直到时而发生的预点火被压制，或者降低到可接受的水平，或者直到预定的添加剂的最大量已经加入润滑剂。在一个实施例中，添加剂可以直接加入发动机的曲轴箱18；加入添加剂的润滑剂可以是已经存在于发动机的曲轴箱内的配制的发动机润滑剂。

在其他的实施例中，添加剂可以在润滑剂被引入发动机前与配制的发动机润滑剂或者与基础发动机油相结合。因此，本公开的另一个实施例提供发动机润滑剂本身。该发动机润滑剂包括发动机油和以有效平息由于润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火或者爆震的量溶解在发动机油内的添加剂。在本文设想的实施例中，发动机油可以包括石油基础的油和/或合成机油。在一个实施例中，有效平息预点火或者爆震的量可以是有效降低当发动机由没有添加剂的发动机油润滑时显示的预点火或者爆震的水平的量。这可以根据发动机的尺寸、模型、寿命和/或使用年限确定。当然，提高辛烷值的添加剂可以是多种溶解在发动机油中的添加剂的一种；例如，这样的添加剂可以包括去垢剂和粘度调节剂中的一个或者多个。

在一个实施例中，添加剂可以作为未经稀释的液体加入发动机润滑剂。在其他实施例中，添加剂可以作为在配置的发动机润滑剂、在其他的润滑剂添加剂或者在基础发动机油内的溶液加入。在本文设想的实施例中，添加剂可以是提高相对于基础发动机油的润滑剂的自动点火温度的化合物-例如，所谓的高压自动点火温度。而且，添加剂可以是具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力并且只产生挥发性的燃烧产物的化合物或者化合物的混合物。在一些实施例中，添加剂的饱和蒸汽压力可以在370K100托或更低。仍然在其他实施例中，添加剂的饱和蒸汽压力可以是50托或者更小。

为了方便，液体的饱和蒸汽压力p能够在期望的温度T通过安托万方程估算：

$p=\exp (A-\frac{B}{C-T}),$

条件是常数A、B和C是已知的或者能够被估算。可选地，饱和蒸汽压力能够通过克劳修斯-克拉珀龙（Clausius-Clapeyron）方程估算，

$\ln \frac{p}{p_1}=\frac{\mathrm{\ΔH}}{R}(\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T}),$

其中ΔH是液体蒸汽的焓，R是通用气体常数，并且p₁是在已知的温度T₁（例如，液体的沸点）处已知的饱和蒸汽压力。

在一些实施例中，提高辛烷值添加剂可以包括芳香族含氮化合物，比如苯胺（C₆H₅NH₂）或者吡咯（C₄H₄NH）。使用安托万方程，苯胺在370K的饱和蒸汽压力大约是40托。使用克劳修斯-克拉珀龙方程，吡咯的饱和蒸汽压力大约是280托。在这些和其他实施例中，添加剂可以包括N-芳香基的苯胺-例如，二苯胺、三苯胺或者代二或者三苯胺。在这些和其他实施例中，添加剂可以包括烷基化的吡咯，比如作为示例2-甲基吡咯、2，5-二甲基吡咯或者2-乙基-5-甲基吡咯。其他合适的芳香族含氮添加剂在Vilaud美国专利2,844,520中在改善汽油的反自动点火性能的内容中列出。这个参考文件在此为了所有目的通过参考被合并到本文中。

在一些实施例中，添加剂的碱度可以是低的，以便其不促进发动机和排气系统部件，比如金属表面和密封件的腐蚀。因此，添加剂的一次质子化形式可以在水溶液中具有5或者更低的pk_a，或者在一些示例中具有3或者更低的pk_a。相比之下，苯胺（C₆H₅NH₃ ⁺）的pk_a是4.6，且吡咯的pk_a是-3.8。而且添加剂可以被选择以便其挥发性的燃烧产物将不劣化联接到发动机的排气系统内的排放控制催化器。也就是说，燃烧产物将既不使催化器无效也不堵塞催化器。在一个实施例中，燃烧产物可以被限制为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和分子氮。在这些和其他实施例中，源于添加剂的燃烧的挥发性的燃烧产物可以是在760托和500K的气体，其是在汽油发动机的排气系统发现的一般条件。

在一些实施例中，本文中描述和/或说明的一些流程步骤可以被省略而不离开本公开的范围。同样，流程步骤的指示的顺序可以不总是需要以达到期望的结果，但是为了易于说明和描述被提供。取决于使用的特定的策略，说明的动作、功能或者操作可以重复执行。将理解上文中描述的项目、系统和方法是本公开的实施例-非限制的示例的许多变体和延伸也被设想。本公开还包括上面的项目、系统和方法的所有的新颖的和非显而易见的组合和子组合和其等价物。

Claims (20)

1.一种发动机润滑剂，包括：

发动机油；和

添加剂，其以有效平息由于润滑剂进入发动机的燃烧室导致的爆震或者预点火的量溶解在所述发动机油内，所述添加剂具有在307K低于300托的饱和蒸汽压力并且只产生挥发性的燃烧产物。

2.根据权利要求1所述的润滑剂，其中有效平息预点火或者爆震的量是有效降低当所述发动机由没有添加剂的发动机油润滑时由所述发动机显示的预点火或者爆震水平。

3.根据权利要求1所述的润滑剂，其中相对于所述发动机油的自动点火温度，添加剂提高所述润滑剂的自动点火温度。

4.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述添加剂包括苯胺。

5.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述添加剂包括N-芳基苯胺。

6.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述添加剂包括吡咯。

7.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述添加剂包括烷基吡咯。

8.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述添加剂的一次质子化形式具有5或者更小的pk_a。

9.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述挥发性的燃烧产物不劣化联接到发动机的排气系统的催化剂。

10.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述挥发性的燃烧产物是在760托和500K的气体。

11.根据权利要求1所述的润滑剂，其中所述发动机油是石油基的油。

12.根据权利要求1所述的润滑油，其中所述发动机油是合成机油。

13.根据权利要求1所述的润滑油，其中所述添加剂是多种溶解在发动机油中的添加剂中的一种，并且其中所述多种添加剂包括去垢剂和黏度调节剂中的一种或者多种。

14.一种发动机润滑剂，所述润滑剂包括：

发动机油；和

以有效平息由于润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火的量溶解在所述发动机油内的芳香族含氮化合物，所述化合物具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力并且只产生挥发性的燃烧产物。

15.根据权利要求14所述的润滑剂，其中所述添加剂包括苯胺。

16.根据权利要求14所述的润滑剂，其中所述添加剂包括N-芳基苯胺。

17.根据权利要求14所述的润滑剂，其中所述添加剂包括吡咯。

18.根据权利要求14所述的润滑剂，其中所述添加剂包括烷基吡咯。

19.一种平息由于发动机润滑剂进入发动机的燃烧室导致的预点火的方法，所述方法包括：

将具有在370K低于300托的饱和蒸汽压力并且只产生挥发性燃烧产物的芳香族含氮化合物加入所述发动机润滑剂。

20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述化合物加入到所述发动机润滑剂包括加入苯胺、N-芳基苯胺、吡咯和烷基吡咯中的一种或者多种。

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