PL197965B1

PL197965B1 - Kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych

Info

Publication number: PL197965B1
Application number: PL369873A
Authority: PL
Inventors: John Nicolas Davenport; Michael John Grundy; Christopher Russell Millington; Rodney Glyn Williams
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2008-05-30
Also published as: NO20042568L; CA2467096A1; HUP0402356A2; PL369873A1; AU2002352101A1; WO2003044134A8; GB0127953D0; WO2003044134A2; US20030159337A1; BR0214326A; AR037574A1; EP1448751A2; JP2005509730A; ZA200403661B; WO2003044134A3

Abstract

1. Kompozycja paliwa do silników wysokopr eznych zawieraj aca paliwo do silników z wewn etrz- nym spalaniem o zap lonie spr ezeniowym i dodatek zawieraj acy detergent, znamienna tym, ze st eze- nie substancji czynnej detergentu w kompozycji le zy mi edzy 100 a 500 ppmw, za s kompozycja zawiera 10% obj eto sciowych lub wi ecej produktów reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek ten dotyczy kompozycji paliw do silników wysokoprężnych i ich zastosowania w silnikach wysokoprężnych oraz zastosowania dodatków w kompozycjach paliw do silników wysokoprężnych.

Pewne silniki z zapłonem sprężeniowym (silniki diesla) wykazują stratę mocy po pewnym czasie pracy. Zjawisko to jest do dziś słabo wytłumaczalne, ale wydaje się dotyczyć szczególnie silników wysokoprężnych z bezpośrednim wtryskiem (DI).

Problem może objawiać się też bardziej wyraźnie, gdy stosuje się paliwa o małej objętościowej wartości opałowej, na przykład paliwa o wyjątkowo małej zawartości siarki lub paliwa o stosunkowo małej gęstości (takie jak paliwa zawierające produkty kondensacji metanu Fischera-Tropscha). Takie paliwa są często stosowane, gdy przyznaje się pierwszeństwo małym emisjom z pojazdów lub gdzie istnieją ograniczenia środowiska naturalnego, lub ograniczenia dla niepożądanych składników paliw.

Obecnie niespodziewanie stwierdzono, że zastosowanie pewnych dodatków w paliwie do silników wysokoprężnych może zmniejszyć, a w pewnych wypadkach spowodować odzyskanie utraconej mocy. W celu pomocy w utrzymaniu i/lub polepszeniu osiągów silnika można zatem stosować paliwo z odpowiednimi dodatkami. Moż na w szczególnoś ci zastosować dodatki do zwię kszenia osią gów, z drugiej strony o stosunkowo małej wartości opałowej.

Stwierdzono ponadto, że zastosowanie takich dodatków daje inne korzyści, obejmujące zmniejszenie dymu i emisji cząsteczek.

Zgodnie z pierwszą postacią wykonania, wynalazek zapewnia zastosowanie dodatku do paliwa zawierającego detergent do kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, w celu zmniejszenia straty mocy występującej w silniku wysokoprężnym, do którego ta kompozycja paliwowa jest wprowadzana.

Zgodnie z drugą postacią wykonania, wynalazek zapewnia zastosowanie dodatku do paliwa zawierającego detergent do kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, w celu odwrócenia utraty mocy w silniku wysokoprężnym, jaka już wystąpiła, do którego ta kompozycja paliwowa jest wprowadzana.

W opisie obecnego wynalazku „zmniejszenie” obejmuje całkowite zapobież enie, a „odwrócenie” obejmuje zarówno całkowite, jak i częściowe odwrócenie. „Zastosowanie” dodatku do kompozycji paliwowej oznacza wprowadzenie dodatku do kompozycji paliwowej, dogodnie przed wprowadzaniem kompozycji do silnika.

Utrata mocy silnika może objawiać się, na przykład, zmniejszeniem siły pociągowej i/lub szybkości przyspieszania pojazdu napędzanego silnikiem. Odwrotnie, odwrócenie poprzednio występującej utraty mocy będzie oznaczać zwiększenie mocy silnika, które może przejawiać się w zwiększeniu siły pociągowej i/lub zmniejszeniu czasów przyspieszenia. Zmniejszenie postępującej utraty mocy będzie hamować zmniejszanie siły pociągowej i/lub czasu przyspieszenia, którego z innej strony należałoby oczekiwać, na przykład ekstrapolując te wielkości z poprzednich osiągów, w szczególności w porównaniu do wielkości, które powinny były wystąpić, gdyby silnik pracował na paliwie bez dodatków lub paliwo zawierało mniej lub nie zawierało detergentu. Tak więc, zgodnie z wynalazkiem dodatek zawierający detergent może być wprowadzany do kompozycji paliwowej w celu uzyskania tych pośrednich efektów.

Obecny wynalazek nadaje się szczególnie do stosowania tam, gdzie stosuje się kompozycje paliwowe lub zamierza się stosować kompozycje paliwowe w silnikach z bezpośrednim wtryskiem, na przykład typu pompy rotacyjnej, wtryskiem elektronicznym lub zwykłego typu drogowego. Może to być szczególnie cenne dla silników z pompą rotacyjną, w których utrata mocy zaznacza się wyjątkowo wyraźnie i dla innych silników wysokoprężnych, które oparte są na mechanicznych siłownikach wtryskiwaczy paliwa i/lub układach wtrysku sterowanych pod niskim ciśnieniem.

Kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych może być z drugiej strony kompozycją konwencjonalnego typu, zawierającą typowo ciekłe węglowodorowe oleje średnie. Może jednak ona obejmować w szczególności paliwo o małej lub wyjątkowo małej zawartości siarki, na przykład zawierające co najwyżej 500 ppmw (części na milion, wagowo) siarki, korzystnie mniej niż 300 ppmw, bardziej korzystnie mniej niż 250 ppmw, jeszcze bardziej korzystnie nie więcej niż 100 ppmw, a najbardziej korzystnie nie więcej niż 60 lub 50, a nawet 10 ppmw siarki. Może ono być lub zawierać udział (na przykład 10% v/v (objętościowych w jednostce objętości) lub więcej) produktów reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha, takiego jak proces znany jako Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS). Takie produkty reakcji mają odpowiednio temperatury wrzenia w zakresie typowym dla oleju Diesla (między około 150 a 370°C), gęstość między około 0,76 a 0,79 g/cm³ w temperaturze

PL 197 965 B1

15°C, liczbę cetanową większą niż 72,7 (typowo między około 75 a 82), zawartość siarki mniejszą niż 5 ppmw, lepkość mię dzy okoł o 2,9 a 3,7 centystoksów (mm²/s) w 40°C i zawartość aromatów nie większą niż 1% wagowych.

Kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych może obejmować paliwo o stosunkowo małej gęstości, takie jak paliwo o gęstości mniejszej niż 0,840 g/cm³, korzystnie mniejszej niż 0,835 g/cm³w temperaturze 15°C. W paliwach tego typu, można stosować dodatek zawierający detergent, w celu skompensowania mniejszej wewnętrznej wartości opałowej paliwa. Innymi słowy, dodatek można stosować generalnie do zwiększenia mocy dostarczanej przez kompozycję paliwową podczas dalszego użycia.

Dodatek musi zawierać detergent, przez który rozumie się środek (odpowiednio środek powierzchniowo czynny), który może działać w kierunku usuwania i/lub zapobiegania powstawaniu osadów związanych ze spalaniem w silniku, w szczególności w układzie wtryskowym silnika, takim jak dysze wtryskowe. Takie dodatki nazywane są często środkami dyspergującymi. Chociaż nie chcemy się wiązać tą teorią, uważa się, że powstawanie osadów związanych ze spalaniem jest przynajmniej częściowo odpowiedzialne za utratę mocy w silnikach wysokoprężnych z wtryskiem bezpośrednim.

Detergent jest korzystnie włączony do kompozycji paliwowej w stężeniu wystarczającym do przywrócenia, przynajmniej częściowo, utraty mocy silnika podczas okresu pracy z zastosowaniem innego paliwa (typowo bez dodatku lub zawierającego tylko niewielką zawartość detergentu, jeśli go w ogóle zawierają ). Jest to generalnie stężenie wystarczają ce do usunię cia, przynajmniej częściowo, osadów związanych ze spalaniem, które powstały w układzie wtryskowym silnika, w szczególności w dyszach wtryskowych. Będzie ona zależeć od natury detergentu, lecz korzystne wartoś ci leżą w zakresie 100 do 500 ppmw, bardziej korzystnie 150 do 300 ppmw, aktywnej substancji powierzchniowo czynnej w stosunku do całej kompozycji paliwowej z dodatkiem. W przypadku najbardziej korzystnych dodatków do paliwa do silników wysokoprężnych, zawierających detergent, dostępnych w handlu, będzie to oznaczać wprowadzenie dodatku w ilości większej niż standardowo zalecana wielkość pojedynczej dawki, na przykład wynoszącą między 1,2- a 3-krotnie więcej, korzystnie między 1,5 a 2,5-krotnie więcej, taką jak około dwukrotna wartość standardowej pojedynczej dawki.

Mniejsza zawartość detergentu (na przykład odpowiadająca wielkości 0,5- do 1,2-krotnej, korzystnie takiej samej jak standardowa pojedyncza dawka) może być stosowana do zmniejszenia, idealnie do zapobiegania dalszej utracie mocy, w przeciwieństwie do odwrócenia poprzednio występującej utraty mocy.

Korzystnie ilość stosowanego dodatku zawierającego detergent jest wystarczająca do odzyskania co najmniej 25%, bardziej korzystnie co najmniej 50% lub 75%, lub 90%, lub 95%, najbardziej korzystnie 100% utraty mocy silnika powstałej podczas poprzedniego okresu użytkowania różnych kompozycji paliwowych, gdy silnik następnie pracuje na kompozycji paliwowej zawierającej detergent przez porównywalną ilość mil i w porównywalnych warunkach prowadzenia pojazdu.

Jeszcze bardziej korzystnie, ilość zawartego detergentu jest wystarczająca do zapewnienia stwierdzonego odzysku mocy (który może być równy zmniejszeniu odpowiadającemu osadom związanym ze spalaniem), gdy silnik następnie pracuje na kompozycji paliwowej zawierającej detergent przez 75%, jeszcze bardziej korzystnie przez 50%, lub nawet 40%, czy 30% ilości mil pokonanych na poprzednim paliwie i ponownie w porównywalnych warunkach prowadzenia pojazdu. Poprzednim paliwem może być, na przykład, kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych bez dodatku lub kompozycja nie zawierająca, lub zawierająca nie więcej niż 50, lub nawet 20 ppmw w aktywnej substancji powierzchniowo czynnej.

Alternatywnie, dodatek zawierający detergent może być użyty w ilości wystarczającej do zmniejszenia o co najmniej 25%, korzystnie o co najmniej 50%, bardziej korzystnie o co najmniej 75%, a najbardziej korzystnie o co najmniej 90%, takie jak do 100% wielkoś ci poniesionej utraty mocy silnika, (która może być równa odpowiedniemu zwiększeniu osadów związanych ze spalaniem), gdy silnik pracuje na kompozycji paliwowej, w porównaniu z tą, jaka wystąpiłaby podczas pracy silnika w porównywalnych warunkach prowadzenia pojazdu na kompozycji paliwowej bez dodatku lub kompozycji nie zawierającej, lub zawierającej nie więcej niż 50 lub nawet 20 ppmw aktywnej substancji powierzchniowo czynnej.

Jak to wyjaśniono wyżej, moc silnika może być oceniana w odniesieniu do, na przykład, siły pociągowej pojazdu i/lub czasów przyspieszania.

PL 197 965 B1

Stopień odzyskiwania mocy dający się uzyskiwać przez stosowanie dodatku zawierającego detergent według wynalazku można dogodnie określić stosując sposób będący siódmą postacią wykonania wynalazku opisaną dalej.

Dodatki do paliw do silników wysokoprężnych zawierające detergent są znane i dostępne na rynku, na przykład z firmy Infineum (np. F7661 i F7685) oraz Octel (np. OMA 413OD). W przeszłości takie dodatki dodawane były do paliw do silników wysokoprężnych w stosunkowo małych ilościach (ich „standardowe wielkości dawki” dostarczały typowo mniej niż 100 ppmw aktywnej substancji powierzchniowo czynnej, w przeliczeniu na całą kompozycję paliwa z dodatkiem) i przeznaczone były głównie do zmniejszenia lub spowolnienia tworzenia się osadów w silniku. Dodatki te, według naszej wiedzy, nie były stosowane do celów zwiększenia mocy silnika, a w szczególności w stopniu wystarczającym do odwrócenia poprzednio występującej utraty mocy. To, że mają one takie własności jest szczególnie niespodziewane.

Przykłady detergentów nadających się do stosowania jako dodatki do paliwa do omawianego celu obejmują sukcynoimidy podstawione poliolefinami lub sukcynoamidy poliamin, na przykład sukcynoimidy poliizobutylenowe lub sukcynoamidy poliizobutylenoaminy, aminy alifatyczne, zasady Mannica lub aminy i poliolefiny (np. poliizobutylen) z bezwodnikiem maleinowytn. Sukcynimidowe dodatki dyspergujące zostały opisane na przykład w opisach patentowych GB-A-960493, EP-A-0147240, EP-A-0482253, EP-A-0613938, EP-A-0557561 i publikacji WO-A-98/42808. Szczególnie korzystne są sukcynimidy podstawione poliolefinami, takie jak poliizobutylenosukcynimidy.

Dodatek, obok detergentu, może zawierać inne składniki. Przykładami są środki zwiększające smarowność, środki przeciwmgielne, np., alkoksylowane polimery fenoloformaldehydowe, takie jakie dostępne są na rynku jako Nalco™ EC5462A (dawniej 7D07) (z firmy Nalco) i Tolad™ 2683 (z firmy Petrolite); środki przeciwpienne (np., polisiloksany modyfikowane polieterami, dostępne na rynku jako Tegopren™ 5851 i Q 25907 (z firmy Dow Corning), SAG™ TP-325 (z firmy OSi) lub Rhodosil™ (z firmy Rhone Poulenc); polepszacze zapłonu (polepszacze cetanowe (np. azotan 2-etyloheksylu (EHN), azotan cykloheksylu, nadtlenek di-tert-butylu i środki ujawnione w opisie patentowym USA Nr US-A-4 208 190 w kolumnach 2, wiersz 27 do kolumny 3 wiersz 21), środki przeciw rdzewieniu (np. środki sprzedawane w handlu przez Rhein Chemie, Mannheim, Niemcy jako „RC 4801”, półester propan-1,2-diolu i kwasu tetrapropenylobursztynowego, pochodne kwasu bursztynowego mające na co najmniej jednym z jego alfa-atomów węgla podstawioną lub nie podstawioną alifatyczną grupę węglowodorową zawierającą od 20 do 500 atomów węgla, np. diester pentaerytrytu z kwasem bursztynowym podstawionym poliizobutylenem), inhibitory korozji, środki zmieniające lub maskujące zapach, środki przeciwcierne, środki przeciwutleniające (np. pochodne fenoli, takie jak 2,6-di-tert-butylofenol lub fenylenodiaminy, takie jak N,N-di-sec-butylo-p-fenylenodiamina) i dezaktywatory metali.

Jest szczególnie korzystne, żeby dodatek zawierał środki zwiększające smarowność, zwłaszcza gdy kompozycja paliwowa ma małą (np. 500 ppmw lub mniejszą) zawartość siarki. W kompozycji paliwowej z dodatkiem, środek zwiększający smarowność zawarty jest korzystnie w stężeniu między 50 a 1000 ppmw, korzystnie mię dzy 100 a 1000 ppmw. Odpowiednie ś rodki zwię kszające smarowność dostępne w handlu obejmują EC 832 i Paradyne™ 655 (z firmy Infineum), Hitec™ E580 (z firmy Ethyl Corporation), Vektron™ 6010 (z firmy Infineum) oraz dodatki oparte na amidach, takie jakie dostępne są z firmy Lubrizol Chemical Company, na przykład LZ 539 C. Inne środki zwiększające smarowność zostały opisane w literaturze patentowej, w szczególności w związku z ich zastosowaniem w paliwach do silników wysokoprężnych o małej zawartości siarki, na przykład z opisów:

- dokument Danping Wei i H. A. Spikes, „The Lubricity of Diesel Fuels”, Wear, III (1986) 217-235;

- publikacja WO-A-95/33805 (Exxon) - płyną cy na zimno polepszacz do zwiększania smarowności paliw o małej zawartości siarki,

- publikacja WO-A-94/17160 (Exxon) - pewne estry kwasu karboksylowego i alkoholu, w których kwas zawiera od 2 do 50 atomów węgla, a alkohol ma 1 lub więcej atomów węgla, w szczególności monooleinian gliceryny i adypinian di-izodecylu, jako dodatki do paliw w celu zmniejszenia zużycia w ukł adzie wtryskowym silnika wysokoprężnego,

- opis patentowy USA Nr US-A-5 484 462 (Texaco) - wymienia dimeryzowany kwas linolenowy, jako środek smarowny dostępny w handlu dla paliw do silników wysokoprężnych o małej zawartości siarki (kolumna 1, wiersz 38) i sam dostarcza aminoalkilomorfolin, jako środków do zwiększania smarowności,

PL 197 965 B1

- opis patentowy USA US-A-5 490 864 (Texaco) - pewne diestry ditiofosforowe dialkoholi, jako dodatki przeciwcierne, zwiększające smarowność do paliw do silników wysokoprężnych o małej zawartości siarki oraz

- publikacja WO-A-98/01516 - pewne zwią zki alkiloaromatyczne mają ce przynajmniej jedną grupę karboksylową związaną z pierścieniem aromatycznym, dla zapewnienia przeciwciernego efektu smarnego, szczególnie do paliw do silników wysokoprężnych o małej zawartości siarki.

Korzystne jest także, żeby dodatek zawierał środek przeciwpienny, bardziej korzystnie w połączeniu ze środkiem zapobiegającym rdzewieniu i/lub inhibitorem korozji, i/lub dodatkiem smarnym.

O ile inaczej nie stwierdzono, stężenie (składnika czynnego) każdego z takich dodatkowych składników w kompozycji paliwowej z dodatkiem wynosi korzystnie do 1% wagowego, bardziej korzystnie w zakresie od 5 do 1000 ppmw, korzystnie od 75 do 300 ppmw, przykładowo od 95 do 150 ppmw.

Stężenie (składnika czynnego) dowolnego ze środków przeciwmgielnych w kompozycji paliwowej wynosi korzystnie w zakresie od 1 do 20 ppmw, bardziej korzystnie od 1 do 15 ppmw, jeszcze bardziej korzystnie od 1 do 10 ppmw, a korzystnie od 1 do 5 ppmw.

Stężenie (składnika czynnego) każdego dowolnego innego składnika (za wyjątkiem polepszacza zapłonu) w kompozycji paliwowej wynosić będzie korzystnie w zakresie od 0 do 20 ppmw, bardziej korzystnie od 0 do 10 ppmw.

Stężenie (składnika czynnego) polepszacza zapłonu w kompozycji paliwowej wynosić będzie korzystnie w zakresie od 0 do 600 ppmw, bardziej korzystnie między 0 a 500 ppmw, dogodnie między 300 a 500 ppmw.

Dodatek będzie typowo zawierał detergent, ewentualnie z innymi składnikami, jakie opisano wyżej i rozcieńczalnik zgodny z paliwem do silników wysokoprężnych, którym może być olej nośnikowy (np. olej mineralny), polieter, który może zawierać fragmenty końcowe lub nie, nie polarne rozpuszczalniki, takie jak toluen, ksylen, benzyny lakowe oraz substancje sprzedawane przez przedsiębiorstwa udziałowe Rogal Duch/Shell Group pod nazwą handlową „Shellsol” i/lub rozpuszczalnik polarny, taki jak ester, a w szczególności alkohol, np. heksanol, 2-etylo-heksanol, dekanol, izotridekanol i mieszaniny alkoholi, takie jak sprzedawane przez przedsiębiorstwa udziałowe Rogal Duch/Shell Group pod nazwą handlową „Linevol”, zwłaszcza alkohol Linevol™ 79, który jest mieszaniną pierwszorzędowych alkoholi C7-9 lub mieszanina alkoholi C12-14 dostępna na rynku z firmy Sidobre Sinnova, Francja, pod nazwa handlową „Sipol”.

Dodatek może być odpowiedni do stosowania w silnie obciążonych i/lub słabo obciążonych silnikach wysokoprężnych.

Zastosowanie dodatku zawierającego detergent zgodnie z wynalazkiem, może dawać przyczynek dla dodatkowych korzyści związanych z emisjami silnika, w szczególności mniejsze ilości dymów i mniejszą ilość cząstek substancji rozdrobnionych. Poprzednio, w paliwach do silników wysokoprężnych, zmniejszeniu emisji typowo towarzyszyło zmniejszenie mocy. Jednak obecnie niespodziewanie stwierdzono, że dodatek zawierający detergent może być stosowany zarówno do zmniejszenia dymu i/lub emisji cząstek, z równoczesnym (niezależnie od tego, że dodatek będzie generalnie obniżał gęstość kompozycji paliwowej) zwiększeniem lub co najmniej utrzymaniem poziomu mocy. To podwójne działanie jest dalszą postacią wykonania wynalazku. Może on być szczególnie wykorzystany w kompozycjach paliwowych o większej gęstości (które poprzednio były związane z większymi emisjami dymu i cząstek), w celu polepszenia ich własności związanych ze środowiskiem, lecz bez uszczuplenia mocy wyjściowej.

Obecny wynalazek zapewnia więc także, zgodnie z trzecią postacią wykonania, zastosowania dodatku do paliwa zawierającego detergent w kompozycjach paliwa do silników wysokoprężnych, w celu zmniejszenia emisji dymu i/lub emisji cząstek w silniku wysokoprężnym, do którego ta kompozycja paliwowa jest wprowadzana. Bardziej korzystnie, zastosowanie ma na celu uzyskanie równoczesnych efektów (a) zmniejszenia i/lub odwrócenia utraty mocy (jak to określono wyżej) i/lub zwiększenia mocy wyjściowej oraz (b) zmniejszenia emisji dymu i/lub cząstek. Zmniejszenie emisji może dogodnie być stwierdzane w odniesieniu do kompozycji paliwowej do silników wysokoprężnych bez dodatku.

Gdy obecny wynalazek stosuje się w ten sposób, może być wskazane, aby kompozycja paliwowa bez dodatku miała stosunkowo wysoką gęstość, na przykład większą niż 0,845 g/cm³ w 15°C.

Czwarta postać wykonania wynalazku zapewnia sposób pracy silnika wysokoprężnego i/lub pojazdu napędzanego takim silnikiem wysokoprężnym obejmujący wprowadzanie do komór spalania

PL 197 965 B1 silnika kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych zawierającej dodatek paliwowy zawierający detergent, w jednym lub więcej następujących celów:

a) zmniejszenia następującej utraty mocy w silniku,

b) odwrócenie już występującej utraty mocy w silniku lub

c) zmniejszenie emisji dymu i/lub emisji cząstek z silnika.

Typ silnika, natura kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, natura i stężenie detergentu w kompozycji paliwowej oraz innych składników w dodatku, a takż e sposoby, w jakich można oznaczyć moc i poziomy emisji mogą wszystkie wystąpić w związku z pierwszą postacią wykonania wynalazku, jak to opisano wyżej.

Zgodnie z piątą postacią wykonania, wynalazek zapewnia kompozycję paliwa do silników wysokoprężnych, która zawiera główny udział paliwa do silników z wewnętrznym spalaniem o zapłonie sprężeniowym i mały udział dodatku zawierającego detergent, w którym stężenie substancji czynnej detergentu w kompozycji wynosi między 100 a 500 ppmw.

Przez określenie „mały udział” rozumie się korzystnie mniej niż 1% wagowy kompozycji paliwowej, bardziej korzystnie mniej niż 0,5% wagowych (5000 ppmw) a najbardziej korzystnie mniej niż 0,2% wagowych (2000 ppmw), a odnośnik „główny udział” może być skonstruowany odpowiednio do tego. Korzystne stężenia i typy detergentu są takie, jak to opisano dla pierwszej postaci wykonania wynalazku i jakie występują dla innych cech paliwa i dodatku zawierającego detergent. W szczególności, kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych korzystnie zawiera między 150 a 300 ppmw aktywnej substancji detergentu.

Paliwem może być dowolne paliwo nadające się do stosowania w silniku wysokoprężnym. Będzie ono typowo wykazywało temperaturę początku destylacji około 160°C i temperaturę końca destylacji między 290 a 360°C, zależnie od typu i zastosowania. Jako paliwa do silników wysokoprężnych można stosować także oleje roślinne jako takie lub w mieszaninie z paliwami węglowodorowymi.

Paliwo może być w szczególności paliwem o małej lub wyjątkowo małej zawartości siarki lub zawierać udział (na przykład 10% objętościowych lub więcej) produktów reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha, takiego jak proces znany jako Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS), jak to opisano w związku z pierwszą postacią wykonania wynalazku.

Samo paliwo może już zawierać dodatki (paliwo zawierające dodatki) lub ich nie zawierać (bez dodatków). Jeśli jest to paliwo z dodatkami, będzie ono zawierać małe ilości jednego lub więcej dodatków wybranych na przykład spośród środków antystatycznych, środków zmniejszających opory przepływu w rurach, środków polepszających płynięcie (np. kopolimery etylen/octan winylu lub kopolimery akrylany/bezwodnik maleinowy) oraz środków przeciwdziałających osadzaniu wosku (np. środków sprzedawanych na rynku pod nazwami handlowymi „PARAFLOW” (np., PARAFLOW™ 450 z firmy Infineum), „OCTEL” (np., OCTEL™ W 5000 z firmy Octel) i „DODIFLOW” (np., DODIFLOW™ V 3958 z firmy Hoechst).

Zgodnie z szóstą postacią wykonania, wynalazek zapewnia sposób pracy silnika wysokoprężnego i/lub pojazdu napędzanego silnikiem wysokoprężnym, obejmujący wprowadzanie do komór spalania silnika kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, zgodnie z piątą postacią wykonania.

Siódma postać wykonania wynalazku, zapewnia sposób wytwarzania kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych zgodnie z piątą postacią wykonania, który obejmuje zmieszanie głównej części paliwa do silników wysokoprężnych, jakie opisano wyżej, z małą częścią dodatku zawierającego detergent, takiego jaki opisano wyżej. Wspomniana mała część jest wystarczająca dla uzyskania stężenia substancji czynnej detergentu w kompozycji paliwowej między 100 a 500 ppmw.

Zgodnie z ósmą postacią wykonania, wynalazek zapewnia sposób oceny własności proponowanej kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych obejmujący następujące etapy:

1) pomiar mocy wyjściowej dla silnika wysokoprężnego (korzystnie z bezpośrednim wtryskiem) pracującego na „standardowej” kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, która to „standardowa” kompozycja albo nie zawiera dodatków, albo, jeśli zawiera dodatki, to zawiera mniej niż 50 lub korzystnie mniej niż 20 ppmw substancji czynnej detergentu,

2) poddanie silnika pierwszemu cyklowi pracy przez jazdę w ciągu pierwszej ilości mil na standardowej kompozycji paliwowej,

3) pomiar mocy silnika po pierwszym cyklu jazdy,

4) obliczenie zmniejszenia mocy silnika podczas pierwszego cyklu jazdy,

PL 197 965 B1

5) poddanie silnika drugiemu cyklowi pracy, jeśli podczas pierwszego okresu jazdy obserwuje się znaczną utratę mocy, przez jazdę w ciągu drugiej ilości mil na proponowanej kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych,

6) pomiar mocy silnika po drugim okresie jazdy,

7) obliczenie zmniejszenia mocy silnika podczas drugiego okresu jazdy (jeśli występuje) i

8) jeśli występuje, obliczenie wielkości odzyskania mocy podczas drugiego okresu jazdy.

Test powinien być przeprowadzany tylko wtedy, gdy podczas pierwszego okresu jazdy obserwuje się znaczną utratę mocy. Przez „znaczną” utratę mocy rozumie się utratę przynajmniej 2%, korzystnie przynajmniej 4%, bardziej korzystnie przynajmniej 5% lub 7% mocy. W przypadku zaobserwowania mniejszej utraty mocy lub braku utraty mocy, może być potrzebne powtórzenie testu z zastosowaniem innego układu wtryskowego paliwa w silniku i/lub innego pojazdu, ponieważ w pewnych wypadkach stwierdzono, że straty mocy są wrażliwe na takie zmienne. Większe utraty mocy, na przykład 10% lub więcej można zaobserwować, gdy bada się silniki wysokoprężne z pośrednim wtryskiem.

„Standardową” kompozycją paliwową jest dogodnie paliwo do silników wysokoprężnych o małej lub wyjątkowo małej zawartości siarki, jak to opisano wyżej i jest ono korzystnie bez dodatków.

Cykle jazdy obejmują napędzanie mil pracy silnika, wykonywane w symulowanych warunkach (takich jak z zastosowaniem dynamometru na podwoziu), ale korzystnie obejmują regularną jazdę w trasie, bardziej korzystnie mieszaninę warunków jazdy obejmują c ą zarówno jazdę po mieś cie, jak i na autostradzie.

Pierwsza ilość mil powinna być wystarczająca do spowodowania znacznej utraty mocy w porównaniu ze zmierzoną w 1 etapie testu. Typowy pierwszy cykl jazdy może obejmować między 1000 a 4000 mil (1600 a 6400 km), korzystnie 1500 mil (2400 km) lub wię cej, bardziej korzystnie 2000 mil (3200 km) lub 3000 mil (4800 km), lub więcej.

Odpowiednia ilość mil dla drugiego cyklu jazdy wynosi typowo między 10 a 100%, korzystnie między 10 a 80%, bardziej korzystnie między 10 a 60%, przykładowo około 50% pierwszej ilości mil.

Silnik stosowany do badań jest korzystnie silnikiem typu z pompą obrotową lub zwykłego typu drogowego, bardziej korzystnie z pompą obrotową. Jest on odpowiednio silnikiem wysokoprężnym o ma ł ym obciążeniu. Szczególnie korzystny jest silnik Ford Endura™, jaki stosowany jest w poje ź dzie Ford Focus™, taki jak silnik Ford Endura™ Di C9DC o pojemności 1753 cm³, który wyposażony jest w pompę paliwową typu obrotowego Bosch™ VP-30. Korzystne są silniki mające wtryskiwacze napędzane mechanicznie.

Moc silnika można odpowiednio mierzyć w sposób opisany wyżej w związku z pierwszą postacią wykonania wynalazku. W szczególności można ją oznaczać przez mierzenie siły pociągowej pojazdu (VTE) i/lub czasów przyspieszania dla silnika. Zmniejszenie mocy odpowiada zmniejszeniu siły pociągowej VTE i/lub zwiększaniu czasów przyspieszenia; odzysk mocy odpowiada odzyskiwaniu (tj. zwiększaniu) VTE i szybkości przyspieszania, a więc zmniejszaniu czasów przyspieszania.

Takie pomiary mocy można przeprowadzać stosując standardową kompozycję paliwową. Można stosować konwencjonalne procedury pomiarowe. Idealnie, czasy przyspieszania mierzy się w dwóch lub więcej, korzystnie w trzech różnych warunkach jazdy (na przykład na trzecim, czwartym i pią tym biegu) i uś rednia się wyniki. Podobnie pomiary VTE korzystnie uś rednia się dla dwóch lub więcej, korzystnie trzech różnych szybkości jazdy, na przykład przy 50, 85 i 100 kilometrach na godzinę (kph) na czwartym biegu. Czasy przyspieszania i wyniki VTE można łączyć i uśredniać w celu otrzymania ogólnej oceny mocy.

Można także mierzyć emisje silnika (w szczególności dymy i masę cząstek) i porównywać przed i po pierwszym i drugim cyklu jazdy. Ponownie można stosować konwencjonalne procedury pomiarowe i pracować na standardowej kompozycji paliwowej. Pomiary dymów są korzystnie uśredniane dla dwóch lub więcej, korzystnie trzech szybkości silnika, na przykład, przy 50, 85 i 100 kilometrach na godzinę (kph) na czwartym biegu.

Sposób oceny wynalazku jest szczególnie odpowiedni do proponowanych kompozycji paliwowych, które zawierają dodatki zawierające detergent, bardziej szczegółowo do paliwa z dodatkiem o ma ł ej lub wyją tkowo małej zawartoś ci siarki, zawierają cego pewien udział (na przykł ad 10% obj ę tościowych lub więcej) produktów reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha, takiego jak proces znany jako Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS). Sposób może być więc stosowany do identyfikacji i/lub porównywania kompozycji paliwowych według czwartej postaci wykonania niniejszego wynalazku.

PL 197 965 B1

Sposób można stosować także do oceny osiągów silnika wysokoprężnego, w szczególności silnika wysokoprężnego z bezpośrednim wtryskiem, bardziej szczegółowo z pompą obrotową i/lub do oceny osiągów układu wtryskowego paliwa do stosowania w silniku wysokoprężnym, i/lub do oceny pojazdu napędzanego silnikiem wysokoprężnym.

Dziewiąta postać wykonania, wynalazek zapewnia kompozycję paliwa do silników wysokoprężnych, która stosowana jako proponowana kompozycja paliwowa w metodzie oceny według siódmej postaci wykonania wynalazku powoduje odzysk utraty mocy z pierwszego cyklu jazdy o przynajmniej 25%, korzystnie o 50%, 75%, 90% lub 100% odzysku, gdy druga ilość mil jest taka sama lub bardziej korzystnie wynosi 75% lub nawet 50% pierwszej ilości mil, a pierwsza ilość mil wynosi korzystnie przynajmniej 1500 (2400 km), bardziej korzystnie 3000 (4800 km) lub więcej. Taka kompozycja paliwowa idealnie zawiera, zgodnie z wynalazkiem, dodatek zawierający detergent.

Obecny wynalazek stanie się bardziej zrozumiały na podstawie następujących dalej przykładów ilustrujących, które badają wpływ zastosowania dodatków zawierających detergent w kompozycjach paliwa do silników wysokoprężnych na osiągi silników wysokoprężnych z bezpośrednim wtryskiem z pompą obrotową. Szczególną uwagę położ ono na wtryskiwacze paliwa, po stwierdzeniu, że utrata mocy powinna być związana z obrastaniem wtryskiwaczy.

Odnośniki do testów pojazdów z „narastaniem brudu” odnoszą się generalnie do pracy pojazdu z zastosowaniem typowego paliwa do silników wysokoprężnych bez dodatków, dla którego przewiduje się utratę mocy. O ile inaczej nie stwierdzono, takie testy wykorzystują mieszane cykle jazdy, tzn. jazdę drogową, obejmującą zarówno jazdę po mieście, jak i przebieg w milach po autostradzie, typowo przez 3000 mil (4800 km).

Odnośniki do testów pojazdów z „usuwaniem brudu” odnoszą się generalnie do pracy pojazdu z zastosowaniem paliwa do silników wysokoprężnych według wynalazku, dla którego przewiduje się zmniejszenie i/lub odzyskanie utraty mocy.

Wielkości mocy ocenia się na podstawie (i) siły pociągowej pojazdu (VTE), mierzonej na czwartym biegu przy 50, 85 i 100 kph i (ii) ramowych czasów przyspieszania na trzecim biegu (30-80 kph), czwartym biegu (40-100 kph) i piątym biegu (60-120 kph). Tam gdzie to wskazano, wyniki są uśredniane dla trzech szybkości jazdy.

Wszystkie pomiary przyspieszania i mocy, o ile inaczej nie wskazano, prowadzono z zastosowaniem dynamometru na podwoziu do pomiarów osiągów wbudowanego do tego celu, z zastosowaniem protokółu badań opisanego niżej. Podczas każdego pomiaru odczytywano temperaturę, ciśnienie i wilgotność. Wszystkie pomiary VTE korygowano pod kątem NTP (warunki normalne ciśnienia i temperatury) (DIN 70020), tzn. korygowano uwzglę dniają c zmiany temperatury i ciś nienia. Czynników korygujących dla czasów przyspieszania nie uwzględniano.

Gdzie zamontowano nowe wtryskiwacze, przed prowadzeniem pomiarów mocy prowadzono jazdę wstępną przez 200 mil.

W niektórych doświadczeniach mierzono także emisje dymów i czą stek za pomocą standardowej procedury, jak to podano w odpowiednich przykładach.

Silnikiem stosowanym we wszystkich testach był silnik Ford Endura™ Di C9DC o pojemności 1753 cm³, który jest silnikiem z bezpośrednim wtryskiem wyposażonym w pompę paliwową typu obrotowego Bosch™ VP-30 napędzaną z wału korbowego. Jest to silnik czterocylindrowy (w konfiguracji rzędowej) z turbodoładowaniem i dochładzaniem. Wtryskiwacze paliwa są typu wąskiego pięciootworowego (zbieżne wtryskiwacze paliwa) umieszczone centralnie nad wnęką tłoka. Wtryskiwacze napędzane są mechanicznie i pracują przy ciśnieniu paliwa około 1100 barów (110 MPa). Wtrysk paliwa kontrolowany jest elektronicznie.

Układ zawracania spalin (EGR) silnika Endura™ zawraca mierzone ilości spalin z powrotem przez silnik, gdzie mieszają się one z dopływającym wsadem powietrza i zawiera chłodnicę EGR, w celu schł odzenia zawracanych spalin, obniż ają c przez to temperaturę spalania i zmniejszają c tworzenie się tlenków azotu.

Protokół testu pomiarów mocy i przyspieszeń

Pojazd montowany jest albo na podwoziu z dynamometrem, albo jest prowadzony w warunkach jazdy testowej. Pojazd i/lub podwozie z dynamometrem początkowo są ogrzewane przez odpowiedni czas, w celu ustabilizowania temperatur oleju i czynnika chłodzącego.

Przy każdej zmianie paliwa silnik jest przepłukiwany paliwem bazowym ULSD dla upewnienia się, że nie wystąpi wymieszanie między paliwami. Także przy każdej zmianie pojazd poddawany jest kondyPL 197 965 B1 cjonowaniu przez pięć kolejnych przyspieszeń (na czwartym biegu z pełną przepustnicą z 30 mph/mil na godzinę (48 kmh) do 60 mph (96 kph)).

Następnie prowadzi się osiem dalszych kolejnych przyspieszeń dla umożliwienia układowi sterowania silnika przystosowania się do paliwa i warunków testu.

Czasy przyspieszeń pojazdu mierzy się między wybranymi prędkościami. Rejestrowanie danych zaczyna się 2 kpH poniżej wybranego punktu startu i kończy się 2 kmh powyżej punktu końcowego. Silnik prowadzi się z wyraźnym i postępującym pełnym ruchem przepustnicy, utrzymując obroty poniżej 4500 rpm (obrotów na minutę) przez cały czas i pełne otwarcie przepustnicy utrzymuje się aż do przekroczenia punktu końcowego.

Silnik poddaje się hamowaniu z tą samą szybkością, z jaką był przyspieszany, co uzyskuje się za pomocą nożnego hamulca, chociaż dopuszczalne jest hamowanie bez pomocy do końcowych 200 rpm. Dla każdych warunków testu prowadzi się trzy pomiary przyspieszenia i uśrednia wyniki.

Pomiary siły pociągowej (VTE) odczytuje się z dynamometru, który mierzy moc na napędzanych kołach, ponownie przy pełnej przepustnicy. Czasy przyspieszenia podawane są z dokładnością 0,01 sekundy, a pomiary VTE przy stałej szybkości z dokładnością 0,01 kW.

P r z y k ł a d 1

Przedstawia on zdolność dodatku zawierającego detergent do zatrzymania, a także do odwrócenia, utraty mocy w silniku wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem pracującego przy małym obciążeniu, napędzanego paliwem do silników wysokoprężnych o wyjątkowo małej zawartości siarki (ULSD).

Stosowanym pojazdem był Ford Focus™ wyposażony w silnik Endura™ opisany wyżej. Jego wtryskiwacze paliwa były nowe na początku doświadczenia i poddane zostały 3000 milom przebiegu z „narastaniem brudu” na paliwie bazowym ULSD podczas etapu 1.

Paliwo bazowe, które nie zawierało dodatków, miało następujące własności (tabela A).

T a b e l a A

Własność	Metoda badania
Gęstość @15°C (g/cm³)	IP 365/ASTM D 4052	0,8301
Destylacja: początek destylacji (°C)		169,5
10%		204,0
20%		225,0
30%		244,0
40%		260,0
50%		273,5
60%		285,0
70%		297,0
80%		310,0
90%		328,0
95%		345,0
koniec destylacji		356,0
Liczba cetanowa	ASTM D613	54,5
Siarka (ppm)	ASTM D 2622	54,5

Etap 2 doświadczenia obejmował 1500 mil przebiegu „oczyszczającego”, w którym do paliwa bazowego dodano dodatek A zawierający detergent według niniejszego wynalazku. Dodatek A jest dodatkiem detergentowym wiodącego gatunku, dostępnym z firmy Infineum (F7661), zawierającym detergent sukcynimidowy podstawiony poliizobutylenem, środek przeciwpienny, środek przeciwmgielny, EHN jako polepszacz zapłonu i środek polepszający smarność.

PL 197 965 B1

Dodaje się go w stężeniu 1870 ppmw (podwójną ilość jego standardowej dawki), co prowadzi do stężenia substancji czynnej detergentu 162 ppmw w paliwie z dodatkiem.

Czasy przyspieszeń i VTE mierzy się, z zastosowaniem paliwa bazowego, na nowych wtryskiwaczach i na końcu każdego z kolejnych etapów.

Wyniki zostały pokazane w tabeli 1.

T a b e l a 1

Warunki testu	Średnia VTE skorygowana dla NTE (kW)	Średnie czasy przyspieszeń (s)
Nowe wtryskiwacze	38,13	15,73
Po 3000 milach (4800 km) przebiegu „brudzącego” (etap 1)	36,42	17,20
Po 3000 milach (4800 km) przebiegu „czyszczącego” (etap 2)	38,74	15,68

Po pracy silnika tylko na samym paliwie bazowym zaobserwowano znaczną utratę mocy (objawiającą się przez zmniejszenie siły pociągowej VTE i odpowiednim zwiększeniem czasu przyspieszania). Jednak po 1500 milach pracy na paliwie z dodatkiem, utrata mocy została w pełni odzyskana. Przedstawia to zdolność dodatku A do odwrócenia szkodliwych efektów pracy na paliwie ULSD bez dodatków.

W doświadczeniu badano nastę pnie wpł yw stosowania dodatku A w mniejszym stężeniu (935 ppmw, przy jego „standardowej” stosowanej ilości). Stosowano innego Forda Focusa™, lecz z takim samym silnikiem, a w szczególnoś ci ukł adem wtryskowym, jak w pojeź dzie stosowanym w pierwszej części testu.

Procedura przedstawiała się następująco.

Pomiary przyspieszeń i siły VTE pobierano, stosując paliwo bazowe, po każdym etapie:

etap 3: 3000 mil (4800 km) przebiegu „brudzącego” na paliwie bazowym;

etap 4: 1500 mil (2400 km przebiegu „czyszczącego” na paliwie bazowym + dodatek A (935 ppmw));

etap 5: dalsze 1500 mil (2400 km) przebiegu „brudzącego” na paliwie bazowym.

Wyniki zostały pokazane w tabeli 2.

T a b e l a 2

Warunki testu	Średnia VTE skorygowana dla NTE (kW)	Średnie czasy przyspieszeń (s)
Po 3000 milach (4800 km) przebiegu „brudzącego” (etap 3)	36,75	16,38
Po 1500 milach (2400 km) przebiegu „czyszczącego” (etap 4)	36,81	16,26
Po 1500 milach (2400 km) przebiegu „brudzącego” (etap 5)	36,06	16,82

Ponownie, narastanie brudu z zastosowaniem paliwa bez dodatku powodowało znaczną utratę mocy. Wprowadzenie dodatku A do paliwa, nawet w tej małej dawce, zapobiegło dalszej utracie mocy. Wprowadzenie etapu 5 (dalsze narastanie brudu) weryfikowało, że ten efekt jest spowodowany raczej obecnością dodatku, a nie utrzymywanie się piku utraty mocy. Można więc zauważyć, że dalsze wyniki „brudzenia” dadzą dalszą utratę mocy.

Wszędzie wyniki doświadczenia ujawniły utratę mocy około 5% po przebiegu 3000 mil (4800 km) „brudzenia” z około 100% odzyskiem po następnych 1500 milach (2400 km) na paliwie z dodatkiem (w wyższej dawce).

Dalsze 3000 mil (4800 km) przebiegu „brudzącego” prowadziło do dalszej utraty 5% mocy, dla której nie było zmiany podczas 1500 mil (2400 km) na paliwie z dodatkiem w mniejszym stężeniu. Końcowe narastanie brudu prowadziło do około 6,9% całkowitej utraty mocy.

Tak więc, wprowadzenie dodatku A do paliwa może być postrzegane jako możliwe do stosowania zarówno w utrzymaniu mocy silnika, jak i w wyższych stężeniach, do odwrócenia poprzednio występującej utraty mocy.

P r z y k ł a d 2

Przedstawia on także utratę mocy i jej odzysk w silniku wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem.

PL 197 965 B1

Używany Ford Focus™ z silnikiem Endura™ (innym niż stosowany w przykładzie 1), o przebiegu około 11000 mil (17600 km) zatankowano paliwem bazowym ULSD bez dodatku o następujących własnościach:

T a b e l a B

Własność	Metoda badania
Gęstość @15°C (g/cm³)	IP 365/ASTM D 4052	0,834
Destylacja: początek destylacji (°C)		166,0
10%		209,5
20%		231,5
30%		253,5
40%		269,5
50%		281,5
60%		292,0
70%		302,0
80%		314,5
90%		331,5
95%		347,0
koniec destylacji		355,5
Liczba cetanowa	ASTM D613	54,6
Siarka (ppm)	ASTM D 2622	45,0

Pojazd poddano czynnościom serwisowym przed rozpoczęciem doświadczenia. Następnie zamontowano nowy zestaw wtryskiwaczy i kondycjonowano je oraz poddano pomiarom mocy (czasy przyspieszeń i VTE) stosując paliwo bazowe ULSD bez dodatku. Przeprowadzono test 1500 mil (2400 km) przebiegu brudzącego na paliwie bazowym, po czym dokonano pomiarów mocy.

Dalsza procedura przedstawiała się następująco, przy czym po każdym etapie przeprowadzano pomiary przyspieszeń i VTE na paliwie bazowym:

etap 1: dalsze 1500 mil (2400 km) brudzenia (paliwo bazowe), etap 2: montowanie i kondycjonowanie nowego zestawu wtryskiwaczy, etap 3: zastąpienie starego zestawu wtryskiwaczy, 1500 mil (2400 km) przebiegu czyszczącego na paliwie bazowym z dodatkiem 1870 ppmw dodatku A, etap 4: 1500 mil (2400 km) brudzenia (paliwo bazowe), etap 5: dalsze 1500 mil (2400 km) brudzenia (paliwo bazowe), etap 6: 1500 mil (2400 km) czyszczenia (paliwo bazowe + 1920 ppmw dodatku A).

Mile przejeżdżano w czasie normalnej jazdy wieczornej i w weekendy, żadna jazda nie odbywała się tylko na autostradzie, a przejeżdżana trasa nie była większa niż 750 mil (1200 km) na tydzień. Wyniki VTE zostały pokazane w tabeli 3, a czasy przyspieszania w tabeli 4.

T a b e l a 3

Warunki testu	VTE skorygowane przez NTP (kg) przy 50 kpH	85 kph	100 kph	Średnia utrata mocy (%) w stosunku do nowych wtryskiwaczy
1	2	3	4	5
Po początkowych 1500 milach (2400 km) brudzenia	131,835	187,571	170,960	5,34
Po dalszych 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 1)	122,609	185,956	169,609	7,69
Nowe wtryskiwacze (etap 2)	138,411	196,422	183,192	0

PL 197 965 B1 cd. tabeli 3

1	2	3	4	5
Stare wtryskiwacze po początkowych 1500 milach (2400 km) czyszczenia (etap 3)	140,824	195,533	176,283	1,04
Po 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 4)	126,500	190,800	175,500	4,87
Po dalszych 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 5)	124,767	187,817	171,359	6,58
Po 1500 milach (2400 km) czyszczenia (etap 6)	134,179	201,268	183,448	0,17

T a b e l a 4

Warunki testu	Czas przyspieszenia (s) na trzecim biegu (30-80 kph)	Czas przyspieszenia (s) na czwartym biegu (40-100 kph)	Czas przyspieszenia (s) na piątym biegu (60-120 kph)	Średnie zwiększenie czasu przyspieszenia w stosunku do nowych wtryskiwaczy
Po początkowych 1500 milach (2400 km) brudzenia	9,13	18,23	24,40	10,77
Po dalszych 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 1)	9,91	19,76	26,58	20,41
Nowe wtryskiwacze (etap 2)	8,53	16,23	21,97	0
Stare wtryskiwacze po początkowych 1500 milach (2400 km) czyszczenia (etap 3)	8,72	16,79	22,48	2,71
Po 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 4)	9,13	17,65	23,62	7,88
Po dalszych 1500 milach (2400 km) brudzenia (etap 5)	8,93	18,43	25,24	12,61
Po 1500 milach (2400 km) czyszczenia (etap 6)	9,12	17,08	23,18	5,70

Podstawowe pomiary do tych wyników pobierano jako wielkości zanotowane po zamontowaniu nowych wtryskiwaczy.

Oba zestawy wyników wskazują na znaczne zmniejszenie mocy (zmniejszenie VTE o około 5% i zwię kszenie czasów przyspieszenia o okoł o 8-10%) po 1500 milach (2400 km) na paliwie bazowym ULSD, z dalszym zwiększeniem po dalszych 1500 milach (2400 km) (około 8% łącznej utraty VTE i 11-20% łącznego zwię kszenia czasów przyspieszania). Po przebiegu 1500 mil (2400 km) czyszczenia (etap 3) z zastosowaniem paliwa z dodatkiem według wynalazku, wydaje się, że moc została odzyskana, a VTE nie różniła się zasadniczo od stwierdzonej dla czystych wtryskiwaczy. Czasy przyspieszania powróciły do poziomu uzyskiwanego dla nowych wtryskiwaczy (wyższe o około 2 do 6%).

Podczas etapów 4 i 5 wcześniejsze utraty mocy powtarzały się mniej lub więcej, strata VTE wynosiła 5% po etapie 4 i 7% po etapie 5 (nie różniła się znacznie od wyników z etapów 1 i 2). Ponownie paliwo z dodatkiem powodowało pełne odzyskanie mocy, VTE powróciło do poziomu porównywalnego z uzyskiwanym dla nowych wtryskiwaczy.

P r z y k ł a d 3

Przedstawia on zastosowanie kompozycji paliwa z alternatywnymi dodatkami według wynalazku.

Stosowano dwa dodatki B i C, zawierające detergent. Dodatek B jest dodatkiem dostępnym z firmy Infineum (F7685), przechodz ą cym wysokosprawny test detergentowy Cummins L10 i zawiera on między innymi detergent, środek przeciwpienny i inhibitor korozji. Dodatek C jest dodatkiem dostępnym z firmy Octel (OMA 413OD) do stosowania w paliwach o małej zawartości siarki i zawiera detergent, środek przeciwpienny, środek zapobiegający korozji i odemglacz.

PL 197 965 B1

Oba dodatki wprowadzano do paliwa bazowego ULSD stosowanego w przykładzie 1 w stężeniach 1042 ppmw dla dodatku B i 500 ppmw dla dodatku C. W obu wypadkach stanowi to podwójną dawkę „standardowej” dawki dla omawianego dodatku i daje stężenie substancji czynnej detergentu w paliwie z dodatkiem wyższe niż 100 ppmw.

Procedura była analogiczna jak dla etapów 1 i 2 z przykładu 1, chociaż pobierano tylko pomiary VTE. Na początku każdego testu stosowano nowe lub oczyszczone wtryskiwacze. Wszystkie testy przeprowadzono na pojazdach Ford Focus™ z silnikami Endura™, jak to opisano wyżej.

W teście z zastosowaniem dodatku B, gromadzenie przebiegu w milach odbywało się na podwoziu z dynamometrem (MACD) (ruchoma droga). Gromadzenie przebiegu brudzącego składało się z 72 godzin w cyklu testu z małym obciążeniem (reprezentującym około 3000 mil drogowych (4800 km)), gromadzenie przebiegu czyszczącego składało się z 36 godzin (reprezentującego około 1500 mil drogowych (2400 km)), w tym samym cyklu.

Każdy cykl testu obejmował 300 sekund stałej pracy ze skuteczną szybkością drogową 37 mph (59 kph) i 50 mph (80 kph) z dalszym okresem około 50 sekund stałej pracy przy 50 mph (80 kph), a nastę pnie 90 sekund biegu jał owego.

W teś cie z zastosowaniem dodatku C, mile gromadzono z zastosowaniem mieszanego cyklu jazdy jak w przykładzie 1. Tu brudzenie i czyszczenie przeprowadzano stosując dwa różne pojazdy, przy czym drugi cykl (czyszczenie) był taki jak w przykładzie 1. Tak więc, przy ocenie wyników muszą być brane pod uwagę procentowe zmiany VTE od początku każdego punktu testu, a nie wartości bezwzględne.

Wyniki zostały pokazane w tabelach 5 (dodatek B) i 6 (dodatek C).

T a b e l a 5

Warunki testu	VTE skorygowana dla NTP dla 50 kph	Dla 85 kph	Dla 100 kpH
Wstępne brudzenie	18,53	43,95	48,18
Po zabrudzeniu	15,51	41,67	45,55
Po czyszczeniu	16,73	44,07	48,11

T a b e l a 6

Warunki testu	VTE skorygowana dla NTP dla 50 kph	Dla 85 kph	Dla 100 kpH
Wstępne brudzenie (pojazd 1)	19,18	47,47	51,04
Po zabrudzeniu (pojazd 1)	16,63	44,43	47,22
Wstępne czyszczenie (pojazd 2)	14,99	42,45	46,35
Po czyszczeniu (pojazd 2)	17,19	43,48	46,85

Uśredniając dla trzech szybkości badanych, dodatek B daje około 80% odzysku mocy, a dodatek C - około 50% odzysku.

P r z y k ł a d 4

Przykład ten przedstawia, jak przebiega odzyskiwanie mocy podczas stosowania paliwa z dodatkiem według niniejszego wynalazku.

Pomiarów przyspieszeń i VTE dokonywano z zastosowaniem Forda Focusa™ stosowanego w przykł adzie 1 na począ tku, w środku (po 750 milach (1200 km)) i na koń cu (po 1500 milach (2400 km)) cyklu czyszczenia, stosując paliwo bazowe z przykładu 1, do którego dodano 1870 ppmw dodatku A. Po przejściu procedury zgodnie z przykładem 1, pojazd został już poddany przebiegowi 3000 mil (4800 km) cyklu brudzenia na paliwie bazowym, 1500 mil (2400 km) na paliwie bazowym + 935 ppmw dodatku A i dalszemu przebiegowi 1500 mil (2400 km) na samym paliwie bazowym. Wielkości mocy porównywane były z mocą dla nowych wtryskiwaczy, tzn, sprzed okresu brudzenia.

Wyniki VTE pokazane zostały w tabeli 7.

PL 197 965 B1

T a b e l a 7

Warunki testu	VTE skorygowana dla NTP dla 50 kph	Dla 85 kph	Dla 100 kpH
Początek testu	15,19	42,10	45,85
Środek testu (750 mil (1200 km)	15,66	43,69	48,12
Koniec testu (1500 mil (2400 km))	16,33	44,62	48,33

Względne procentowe wzrosty mocy, porównując wyniki początku i końca testu, wynosiły 7,5% przy 50 kph, 6,0% przy 85 kph i 5,4% przy 100 kph. Daje to średnio 6,3% odzysku mocy dla trzech warunków testu. Jednak po przebiegu tylko 750 mil (1200 km) moc nie została odzyskana całkowicie.

Wyniki czasów przyspieszenia zostały pokazane w tabeli 8.

T a b e l a 8

Warunki testu	Czas przyspieszenia (s) na trzecim biegu (30-80 kph)	Czas przyspieszenia (s) na czwartym biegu (40-100 kph)	Czas przyspieszenia (s) na piątym biegu (60-120 kph)
Początek testu	9,95	19,40	26,41
Środek testu (750 mil)	9,40	18,33	25,30
Koniec testu (1500 mil)	9,16	17,97	24,38

Zgodnie ze zwiększaniem VTE podczas czyszczenia, czasy przyspieszeń na wszystkich biegach zostały zmniejszone. W porównaniu z początkowymi i końcowymi wynikami testu, na trzecim biegu zaobserwowano ogólne zmniejszenie o 8%, na czwartym biegu 7,4% zmniejszenia i na piątym biegu 7,7% zmniejszenia. Średnia z trzech warunków testu wynosiła więc 7,7% zmniejszenia.

P r z y k ł a d 5

Przedstawia on dodatkowe korzyści stosowania paliwa z dodatkiem według wynalazku.

Na początku i na końcu testu z przykładu 4 przeprowadzono pomiary nieprzezroczystości zadymienia za pomocą dymomierza Celesco™ C107. Od początku momentu ustalenia każdej szybkości VTE po 5 sekundach stabilizacji następowało podłączenie wyjścia dymomierza na 10 sekund (pomiar uśredniany).

Pomiarów dokonywano przy 70, 85 i 100 kph, a następnie pojazd hamowano do biegu jałowego przez 5 minut z szybkością wiatraka z 50 kph. Tę procedurę powtarzano jeszcze dwa razy, dokonując trzech pomiarów przy każdej z trzech szybkości badanych. Paliwem badanym na dymy było paliwo bazowe z przykładu 1.

Wyniki zostały pokazane w tabeli 9.

T a b e l a 9

Warunki testu	Nieprzezroczystość dymów (%) przy 70 kph (90% granica ufności)	Dla 85 kph	Dla 100 kpH
Początek testu	4,292 (0,457)	5,201 (0,347)	7,976 (0,457)
Koniec testu	3,724 (0,187)	5,027(0,160)	6,659 (0,326)

Przeciętne zmniejszenie nieprzezroczystości dymów dla trzech szybkości pojazdu wynosiło 15%, co jest wielkością znaczną przy 90% poziomu ufności. Zmniejszenie objawiało się szczególnie wyraźnie przy 100 kph. Dowodzi to, że kompozycja paliwa z dodatkiem według wynalazku może dawać korzyści dla środowiska oraz poprzednio obserwowany efekt odzysku mocy.

P r z y k ł a d 6

Przedstawia on zastosowanie dodatków zawierających detergent w alternatywnych kompozycjach paliwowych według wynalazku.

Kompozycja paliwa „bazowego” dla tych doświadczeń miała następujące własności (tabela C).

PL 197 965 B1

T a b e l a C

Własność	Metoda badania
Gęstość @ 15°C (g/cm³)	IP 365/ASTM D 4052	0,8377
C (% masowy)		86,3
H (% masowy)		13,7
N (% masowy)		0,1
Wartość opałowa (ciepło spalania brutto) (cal(IT)/g)		10945
Wartość opałowa (ciepło spalania netto) (cal(IT)/g)		10251

Było ono stosowane z pojedynczą dawką (100 ppmw) dodatku smarnego PARADYNE™ 655 (z firmy Infineum) dostępnego w handlu.

Przygotowano także mieszaninę tego paliwa bazowego z 15% objętościowymi mieszaniny produktu reakcji z procesu Shell Middle Distillate Synthesis (Fischer-Tropsch) o następujących własnościach (tabela D).

T a b e l a D

Własność	Metoda badania
Gęstość @15°C (g/cm³)	IP 365/ASTM D 4052	0,776
Destylacja: początek destylacji (°C)		183,5
10%		214,1
20%		228,4
30%		243,6
40%		259,5
50%		275,4
60%		291,2
70%		306,9
80%		322,9
90%		340,0
95%		351,3
koniec destylacji		359,0
Liczba cetanowa	ASTM D613	81,0
Siarka (ppm)	ASTM D 2622	0,0

₃

To właśnie do tego mieszanego paliwa (ogólna gęstość 0,830 g/cm³) do dalszego badania dodano dodatki A i B.

Procedura doświadczalna przedstawiała się następująco:

etap 1: stosowanie samego paliwa bazowego, wykonanie pomiarów przyspieszeń, VTE i dymów na początku testu (SOT), a następnie emisji cząstek, etap 2: stosowanie mieszanki paliwa razem z 1042 ppmw dodatku B, wykonanie pomiarów przyspieszeń, VTE i dymów na początku testu, a następnie emisji cząstek, etap 3: stosowanie mieszanki paliwa razem z 11870 ppmw dodatku A, wykonanie pomiarów przyspieszeń, VTE i dymów na początku testu, a następnie emisji cząstek, etap 4: usunięcie przewodów paliwowych i wymiana na paliwo bazowe ULSD z przykładu 1, lecz zawierające 1042 ppmw dodatku B, etap 5: cykl „czyszczenia” 1500 mil (2400 km) jazdy mieszanej z zastosowaniem paliwa z etapu 4,

PL 197 965 B1 etap 6: odtworzenie pomocniczych przewodów paliwowych i wykonanie pomiarów przyspieszeń i VTE z zastosowaniem samego paliwa bazowego ULSD, etap 7: z zastosowaniem paliwa mieszanego z 1042 ppmw dodatku B, wykonanie pomiarów przyspieszeń, VTE i dymów na końcu testu (EOT), a następnie emisji cząstek, etap 8: z zastosowaniem mieszanki paliwa razem z 1870 ppmw dodatku A, wykonanie pomiarów przyspieszeń, VTE i dymów na końcu testu, a następnie emisji cząstek.

Do pomiarów dymów stosowano taki sam dynamometr na podwoziu jak do pomiarów przyspieszeń i VTE. Procedura pomiarów dymów była jak to podano w przykładzie 5.

Emisję cząstek badano stosując dynamometr na podwoziu. W badaniu stosowano normę ECE/Europejskiej Komisji Gospodarczej 1505 (m), 11 s, 221 cykli, pobierając próbki obejmujące emisję podczas rozruchu i startu. Przed pobieraniem próbek przeprowadzano 40 sekund pracy na biegu jałowym (Euro 2). Cykl obejmował cztery cykle ECE i jeden cykl EUDC, a wyniki przedstawiono w formacie trzech faz, które obejmowały połączone cykle ECE pierwszy i drugi (zimny silnik), połączone cykle ECE trzeci i czwarty (gorący silnik) i cykl EUDC. Pomiary cząstek przeprowadzono dla każdej fazy. Wyniki zacytowane ilościowo niżej odnoszą się do pełnego cyklu.

Wyniki VTE pokazano w tabeli 10.

T a b e l a 10

Kompozycja paliwa	Średnia VTE skorygowana pod kątem NTP (kW) początek testu	Koniec testu
Paliwo bazowe ULSD	33,49	36,99
Paliwo bazowe z przykładu 6	37,13	nie mierzono
Paliwo mieszane + dodatek A	36,77	37,73
Paliwo mieszane + dodatek C	36,67	37,59

Porównanie dla paliwa bazowego ULSD na początku i na końcu testów wydaje się wskazywać na całkowity odzysk mocy. Zmiana na paliwo bazowe z przykładu 6 o wyższej gęstości prowadzi do znacznego, lecz przewidywalnego zwiększenia mocy w porównaniu z paliwem bazowym ULSD (gęstość paliwa bazowego ULSD wynosi 0,8301 g/cm³, podczas gdy dla paliwa bazowego z przykładu 6 wynosi 0,8377 g/cm³).

Paliwa zawierające dodatki A i B miały mniejszą gęstość niż paliwo bazowe z przykładu 6 i dla nich przewidywano spowodowanie zmniejszenia mocy. Poprzednie testy wskazywały, że zmniejszenie gęstości o 3% prowadzi do obniżenia VTE między 5 a 8%. W przeciwieństwie do tego wprowadzenie dodatków A i B w tym doświadczeniu, chociaż powoduje zmniejszenie gęstości o 0,9% prowadzi do średniego zmniejszenia mocy tylko o około 1%.

Oba paliwa z dodatkami pokazały stałą tendencję między początkiem a końcem pomiarów mocy, że VTE zwiększa się w obu przypadkach o około 2,5% w stosunku do początku pomiarów testu.

Wyniki czasów przyspieszenia pokazały podobne ukierunkowane tendencje do tych, jakie stwierdzono dla VTE. Dodatek B dał przeciętne zmniejszenie czasów przyspieszenia o 3% po czyszczeniu, podczas gdy dodatek A dał średnie zmniejszenie o 11%.

Pomiary dymów Celesco pokazane zostały w tabeli 11.

T a b e l a 11

Kompozycja paliwa	Nieprzezroczystość dymów (%) przy 70 kph (90% granica ufności)	Dla 85 kph	Dla 100 kpH
Paliwo bazowe z przykładu 6 (SOT)	5,120 (0,194)	4,972 (0,223)	6,289 (0,726)
Mieszane paliwo + dodatek A (SOT)	3,922 (0,716)	3,774 (0,223)	5,061 (0,303)
Mieszane paliwo + dodatek A (EOT)	3,611 (0,797)	1,380 (0,621)	5,239 (0,223)
Mieszane paliwo + dodatek C (SOT)	3,330 (0,254)	3,463 (0,438)	4,780 (0,129)
Mieszane paliwo + dodatek C (EOT)	2,575 (0,084)	2,975 (0,223)	4,143 (0,702)

PL 197 965 B1

Wyniki te pokazują, że zwiększeniu mocy związanemu z wprowadzeniem dodatku A lub B towarzyszy zmniejszenie dymów. Wprowadzenie dodatku A daje znaczne zmniejszenie (> 90% ufności) dymu przez okres badania przy wszystkich trzech szybkościach pojazdu.

Paliwo mieszane o mniejszej gęstości generalnie daje znacznie niższe wielkości dymu (przeciętnie o 20% przez trzy fazy testu), w porównaniu z paliwem bazowym z przykładu 6. Wyniki pomiarów ilości cząstek zostały pokazane w tabeli 12.

T a b e l a 12

Kompozycja paliwa	Ilość stałych cząstek (g/km)
Paliwo bazowe z przykładu 7	0,0464
Paliwo mieszane + dodatek A (SOT)	0,0460
Paliwo mieszane + dodatek A (EOT)	0,0430
Paliwo mieszane + dodatek B (SOT)	0,0430
Paliwo mieszane + dodatek B (EOT)	0,0410

Po cyklu oczyszczania zaobserwowano zmniejszenie masy cząstek. Paliwo bazowe z przykładu 6, jak to oczekiwano dla paliwa o większej gęstości, daje większą ilość cząstek niż paliwa mieszane o mniejszej gęstości. Jednak oba dodatki A i B dają stałe dodatkowe zmniejszenie ilości cząstek o 6-7% po okresie czyszczenia. Te wyniki wskazują, że zmniejszenie dymów i zwiększenie mocy obserwowane podczas stosowania dodatków A i B zawierających detergent są raczej wynikiem prawdziwego czyszczenia niż pewna postacią sztucznej sytuacji wynikającej z warunków testu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych zawierająca paliwo do silników z wewnętrznym spalaniem o zapłonie sprężeniowym i dodatek zawierający detergent, znamienna tym, że stężenie substancji czynnej detergentu w kompozycji leży między 100 a 500 ppmw, zaś kompozycja zawiera 10% objętościowych lub więcej produktów reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha.
2. Kompozycja paliwa do silników wysokoprężnych według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera co najwyżej 500 ppmw siarki.
3. Zastosowanie dodatku do paliwa zawierającego detergent w kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych w celu zmniejszenia dalszej utraty mocy w silniku wysokoprężnym, do którego wprowadzana jest kompozycja paliwa.
4. Zastosowanie dodatku do paliwa zawierającego detergent w kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych w celu odwrócenia poprzednio poniesionej utraty mocy, jaka wystąpiła w silniku wysokoprężnym, do którego wprowadzana jest kompozycja paliwa.
5. Zastosowanie dodatku do paliwa zawierającego detergent w kompozycji paliwa do silników wysokoprężnych, która to kompozycja zawiera produkty reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha, w celu zmniejszenia emisji dymów i emisji cząstek w silniku wysokoprężnym, do którego wprowadzana jest kompozycja paliwa.
6. Zastosowanie według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że kompozycja paliwa zawiera produkty reakcji z procesu kondensacji metanu Fischera-Tropscha.