TWI744565B - 燃料添加劑組合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，其中該燃料添加劑組合物包含(a)異龍腦或(b)龍腦之氧化物衍生物；以及其使用方法。

Description

燃料添加劑組合物及其使用方法
本發明係關於燃料添加劑組合物及其使用方法。
詳言之，本發明係關於用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，以及其使用方法。
燃料噴射系統及發動機係設計成提供改善的汽車排放控制、燃料效能、燃料經濟性及耐用性。然而，當燃料燃燒時，在燃料輸送系統中，諸如在燃料噴射器中、進氣閥中及/或燃燒室中形成沈積物，並干擾發動機之功能，且因此引起燃料之燃燒不完全，導致發動機排放變高、功率降低及燃料經濟性變差。
燃燒室沈積物干擾(Combustion chamber deposit interference，CCDI)及燃燒室沈積物剝落(combustion chamber deposit flaking，CCDF)係在一些發動機中可能出現的發動機沈積物問題。在一些發動機設計中，CCDI本身可表現為由活塞頂部與汽缸頭上之發動機沈積物之間物理接觸引起的冷發動機撞擊雜訊。當燃燒室沈積物剝落且堆積在閥面與閥座之間時，因閥密封不良引起壓縮壓力將低而出現CCDF。
燃料噴射器、汽化器及進氣閥亦為可能形成沈積物之相關區域。在燃料噴射器之較小燃料通道中的沈積物，諸如軸針式噴射器沈積物， 會減小燃料流量並改變噴灑模式，由此可能不利地影響功率、燃料經濟性及發動機驅動性。由於汽化器亦使用較小通道及孔來計量燃料，故該等沈積物亦會在汽化式發動機中引起類似問題。另外，進氣閥中形成之沈積物將會改變燃料比空氣化學計算量，導致燃燒不完全，而燃燒不完全又可能引起發動機排放增加及發動機效率降低。
近來，已提供一些用於控制內燃發動機中沈積物形成之添加劑組合物。
目前已知之添加劑組合物之一包含乙二胺(ethylene diamine，EDA)、聚異丁烯(polyisobutylene，PIB)苯酚及福爾馬林(formalin；即一種含氮添加劑)之反應產物。當本發明之發明者藉由使乙二胺(EDA)、聚異丁烯(PIB)苯酚及福爾馬林以約1：2：2之莫耳比反應來製備此類已知之添加劑組合物時，他發現，此類已知之添加劑組合物(比較性先前技術添加劑組合物)無法解決以上論述之行業問題，因為即使在約93ppm劑量之比較性先前技術添加劑組合物存在下，如藉由「梅賽德斯(Mercedes)」測試，即M102E(CEC-05-A-93)發動機清潔度評價測試所測試，進氣閥沈積物(IVD)自空白測試中的149mg/v減少至用該比較性先前技術添加劑組合物處理之燃料的98mg/v，且燃燒室沈積物(CCD)自空白測試中的每個發動機6367mg減少至用該比較性先前技術添加劑組合物處理之燃料的每個發動機5433mg，表明相對於基礎值無改善。因此，本發明者觀察到，此類已知之先前技術添加劑組合物無法成為該行業之較佳選擇。
因此，仍需要開發用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及/或燃燒室中所形成之沈積物的改良之添加劑組合物，該添加劑組合物能夠成為該行業之較佳選擇以解決以上論述之行業問題，如本文所述。
本發明之需求：
因此，本行業需要用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中所形成之沈積物的添加劑組合物，該等添加劑組合物可以解決以上論述之行業問題中的一個或多個，如本文中所述。
擬藉由本發明解決之問題：
因此，本發明旨在藉由提供用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物來解決以上論述之現有行業問題(如本文中所述)。
本發明之目的：
因此，本發明之主要目的係提供用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，該等燃料添加劑組合物可以解決以上論述之行業問題(如本文中所述)中的一個或多個。
本發明之另一目的係提供用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物，由此控制汽車排放且改善或至少不損失燃料效能、燃料經濟性及耐用性的燃料添加劑組合物。
本發明之又一目的係提供一種使用本發明之燃料添加劑組合物控制沈積物形成及減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物，由此控制汽車排放且改善或至少不損失燃料效能、燃料經濟性及耐用性的方法。
本發明之又另一目的係提供用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物，以使得進氣閥沈積物(IVD)效能及/或燃燒室沈積物(CCD)效能相較於已知添加劑有所改善的燃料添加劑組合物。
本發明之又另一目的係提供用於控制沈積物形成及用於減 少內燃發動機之燃料輸送系統及燃燒室中所形成之沈積物的燃料添加劑組合物。
當結合實例閱讀時，本發明之其他目的及優勢將由以下描述變得更顯而易見，該等實例不意欲限制本發明之範圍。
為了克服以上論述的先前技術之行業問題並實現以上論述的本發明之目的，本發明者意外地且出乎意料地發現，當將非氮添加劑添加至燃料中時，其不僅解決燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中沈積物形成之問題，而且亦避免氮氧化物(NOX)之釋放(形成)。本發明者已發現，此類非氮添加劑包含龍腦或異龍腦。據觀察，龍腦或異龍腦係不會釋放NOX之非氮添加劑。
因此，在一個實施例中，本發明係關於一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，其中該燃料添加劑組合物包含龍腦或異龍腦。
根據本發明之一個實施例，異龍腦之國際純化學與應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC)名稱為(1R,3R,4R)-4,7,7-三甲基雙環[2.2.1]庚-3-醇。
根據本發明之一個實施例，異龍腦可以包含(a)龍腦之D-異構體、(b)龍腦之L-異構體或(c)其混合物。
本發明者還發現，當將龍腦或異龍腦與環氧乙烷化合物組合時，或較佳地，當使用龍腦或異龍腦之氧化物衍生物時，意外地且出乎意料地是，以上論述的有關燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中沈積物形成之行業問題進一步得到解決，無需在該系統中添加或形成(另外)的 氮氧化物(NOX)。本發明者亦發現，可以使用的環氧乙烷或氧化物化合物可選自包含以下之群：環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷或任何此類其他氧化物化合物。
因此，在另一個實施例中，本發明係關於一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，其中該燃料添加劑組合物至少包含龍腦或異龍腦與環氧乙烷化合物之組合。
根據本發明之一個較佳實施例，環氧乙烷化合物選自包含以下之群：環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷及任何此類其他氧化物化合物。
因此，在另一個實施例中，本發明係關於一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，其中該燃料添加劑組合物包含龍腦或異龍腦之氧化物衍生物。
根據本發明之一個較佳實施例，龍腦或異龍腦之氧化物衍生物係龍腦或異龍腦與環氧乙烷或氧化物化合物之反應產物。
根據本發明之一個較佳實施例，環氧乙烷或氧化物化合物選自包含以下之群：環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷及任何此類其他氧化物化合物。
根據本發明之一個實施例，該環氧乙烷化合物與異龍腦或龍腦反應，使得形成異龍腦或龍腦之氧化物衍生物。
根據本發明之一個實施例，龍腦或異龍腦與環氧乙烷化合物可以在約1：1至1：50間變化之莫耳比混合在一起，以獲得至少包含龍腦或異龍腦與環氧乙烷化合物之組合的本發明之燃料添加劑組合物。
根據本發明之一個較佳實施例，該環氧乙烷化合物與異龍腦或龍腦反應，使得形成異龍腦或龍腦之氧化物衍生物。
根據本發明之一個實施例，環氧乙烷化合物可以藉由此項技術中已知之任何方法與異龍腦或龍腦反應以形成異龍腦或龍腦之氧化物衍生物。
根據本發明之一個較佳實施例，龍腦或異龍腦與環氧乙烷化合物可以在約1：1至1：50間變化之莫耳比反應，以獲得包含龍腦或異龍腦之氧化物衍生物的本發明之燃料添加劑組合物。
根據本發明之一個實施例，龍腦或異龍腦之氧化物衍生物可藉由先前技術中已知之任何方法製備。其可藉由使龍腦或異龍腦與環氧乙烷或氧化物化合物反應或用環氧乙烷或氧化物化合物處理龍腦或異龍腦來製備。因此，本發明之範圍不受製備本發明之龍腦或異龍腦之氧化物衍生物的方法限制。
根據本發明之一個實施例，本發明之燃料添加劑組合物可進一步包含選自包含以下之群的另外化合物中之一種或多種：抗氧化劑、腐蝕抑制劑、泡沫抑制劑、防垢劑、氣體-水合物抑制劑、分散劑、傾點下降劑、去乳化劑、黏度調節劑、摩擦改質劑、金屬去活化劑、極壓劑、抗磨劑、密封膨脹劑、蠟控制性聚合物及其混合物。
根據本發明之一個實施例，本發明之燃料添加劑組合物可進一步包括含燃料可溶性烷醇及燃料可溶性醚之共混合劑中的一種或多種，該等燃料可溶性烷醇可選自包含以下之群：甲醇、乙醇及其高級同系物；該等燃料可溶性醚可選自包含以下之群：甲基第三丁基醚、乙基第三丁基醚、甲基第三戊基醚及類似化合物，以及其混合物。
根據本發明之一個實施例，本發明之添加劑組合物可以與包含適用於火花點火內燃機之操作中的任何及所有基礎燃料的燃料一起使用，該等燃料可選自包含以下之群：無鉛馬達及航空汽油，及重新調配之汽油，其典型地可含有具有汽油沸程之烴及燃料可溶性含氧共混合組分， 該等燃料可溶性含氧共混合組分選自包含醇、醚及其他適合的含氧有機化合物之群。
因此，在本發明之一個實施例中，其亦關於一種包含燃料及本發明之燃料添加劑組合物的組合物。
根據本發明之一個實施例，本發明之添加劑組合物可以個別地或以各種子組合形式共混合於燃料中。
因此，在本發明之一個實施例中，其亦關於一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的方法，其中該方法包含用如本文所描述的本發明之燃料添加劑組合物處理燃料。
因此，在本發明之一個實施例中，其亦關於一種使用燃料添加劑組合物控制沈積物形成及減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的方法，其中該方法包含用如本文所描述的本發明之燃料添加劑組合物處理燃料。
本發明者已發現，本發明之燃料添加劑組合物克服以上論述的行業問題且被發現適於控制(或防止)沈積物形成及減少(或移除)燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物，其方式係使得進氣閥沈積物(IVD)效能及燃燒室沈積物(CCD)效能至少相較於以上論述的已知之先前技術添加劑有所改善。
本發明之燃料添加劑組合物的效能及有效性可以藉由現有方法評估。舉例而言，其可以藉由使用一系列行業標準測試，諸如梅賽德斯奔馳(Mercedes Benz)測試M102E(CEC-F-05-93)、梅賽德斯奔馳測試M111(CEC-F-20-98)、BMW 318i或福特(Ford)2.3L測試，藉由量測添加劑控制進氣閥沈積物(IVD)及/或控制燃燒室沈積物(CCD)之效能來評估。含有該燃料添加劑組合物之燃料的發動機清潔效能及有效性可以藉 由使用一系列行業標準測試評估。舉例而言，藉由使用標緻(Peugeot)XUD9測試及標緻DW10B測試，藉由量測其控制及減少噴射器沈積物的能力進行評估。本發明之燃料添加劑組合物之效能及有效性以及含有該燃料添加劑組合物之燃料的發動機清潔效能及有效性可以藉由使用任何燃料評估。舉例而言，其可以在根據EN ISO 22854量測時，藉由使用氧含量<約2.7% m/m(w)，在根據EN ISO 12185量測時在15℃下密度在約720至約775kg/m3間變化的燃料RF-12-09(一種汽油燃料)，或在根據EN 1601量測時氧含量<約0.1% m/m(w)，在根據ISO 12185或ISO 3675量測時在15℃下密度在約748至約754kg/m3間變化的燃料RF-02-03(一種汽油燃料)評估。
應注意，本發明之範圍不侷限於所使用之測試方法及燃料。
應注意，本發明之範圍不侷限於特定燃料，而是意欲涵蓋包括但不限於以下燃料：汽油、中間餾出物、重質餾出物、鍋爐燃料、船舶燃料，其可以含有烴、含氧物、生物質及一種或多種共添加劑，該一種或多種共添加劑諸如為汽油載體流體、去乳化劑、腐蝕抑制劑、摩擦改質劑、消泡劑、燃燒促進劑、十六烷值改進劑、潤滑性改良劑、中間餾出物流動促進劑及蠟抗沈降添加劑。
本發明者藉助於以下實例展示以上論述的本發明之燃料添加劑組合物之優勢，該等實例係用於說明目的且不打算限制本發明之範圍。
實例：
如上文所描述，藉由使乙二胺(EDA)、聚異丁烯(PIB)苯酚及福爾馬林以約1：2：2之莫耳比反應，製備出比較性先前技術添加劑，其中該聚異丁烯(PIB)苯酚係藉由使苯酚與分子量為約950道爾頓的商業上已知且可利用之高反應性PIB(high reactive PIB，HRPIB)反應製備。當藉由凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography，GPC)量測時，發現所獲得的反應產物之分子量為約3574道爾頓。
藉由使用KOH作為催化劑，使異龍腦與環氧丙烷以約1：1.5之莫耳比反應，獲得本發明添加劑，其中當藉由GPC量測時，所用異龍腦之分子量為約154，且當藉由GPC量測時，環氧丙烷之分子量為約58。為獲得本發明添加劑，使約200g(1.30莫耳，12.80重量%)異龍腦與約1157g(19.94莫耳，73.98重量%)環氧丙烷反應，且當藉由凝膠滲透層析法(GPC)量測時，發現所獲得的發明添加劑之分子量為3009道爾頓。
根據「梅賽德斯」測試，即M102E(CEC-05-A-93)及梅賽德斯奔馳測試M111(CEC-F-20-98)、發動機清潔度評價測試，藉由量測添加劑控制進氣閥沈積物(IVD)及控制燃燒室沈積物(CCD)之效能來評估汽油燃料添加劑組合物之效能及有效性，並與燃料空白樣品相比較。此等實例中使用的燃料係汽油燃料(RF-02-03)。
如上文所論述，在約93ppm劑量下，比較性先前技術添加劑組合物使IVD自空白測試中的149mg/v減少至用該比較性先前技術添加劑組合物處理之燃料的98mg/v，且使CCD自空白測試中的每個發動機6367mg減少至用該比較性先前技術添加劑組合物處理之燃料的每個發動機5433mg，表明利用該比較性先前技術添加劑組合物相對於基礎值無改善。
相反，僅用約20ppm劑量，本發明添加劑組合物意外地且出乎意料地使IVD自空白測試中的149mg/v減少至用本發明添加劑組合物處理之燃料的66mg/v，且使CCD自空白測試中的每個發動機6367mg減少至用本發明添加劑組合物處理之燃料的每個發動機4126mg，表明利用本發明添加劑組合物相對於基礎值有改善。
類似地，當用M111測試方法進行測試時，僅用約20ppm劑量，本發明添加劑組合物意外地且出乎意料地使IVD自空白測試中的132mg/v減少至95mg/v，且在約60ppm劑量下，本發明添加劑組合物意外地且出乎意料地使IVD自空白測試中的132mg/v減少至83mg/v，且在約100 ppm劑量下，本發明添加劑組合物意外地且出乎意料地使IVD自空白測試中的132mg/v減少至用本發明添加劑組合物處理之燃料的66mg/v，表明利用本發明添加劑組合物相對於基礎值有改善。
因此，展示出本發明在控制沈積物形成及減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中所形成之沈積物以及促進IVD及CCD減少方面意外且出乎意料地技術優勢。

Claims (5)

  1. 一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的燃料添加劑組合物，其中該燃料添加劑組合物包含(a)異龍腦或(b)龍腦之氧化物衍生物；其中該(a)異龍腦或(b)龍腦之氧化物衍生物係環氧乙烷化合物與該異龍腦或該龍腦之反應產物；其中該環氧乙烷化合物選自包含以下之群：(i)環氧乙烷、(ii)環氧丙烷、(iii)環氧丁烷。
  2. 如請求項1所述之燃料添加劑組合物，其中該異龍腦或該龍腦與該環氧乙烷化合物以在約1：1至1：50間變化之莫耳比反應。
  3. 一種組合物，其包含燃料及如前述請求項1或2中任一項所述之燃料添加劑組合物。
  4. 一種用於控制沈積物形成及用於減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的方法，其中該方法包含用如前述請求項1或2中任一項所述之燃料添加劑組合物處理該燃料。
  5. 一種使用燃料添加劑組合物控制沈積物形成及減少燃料噴射系統及發動機中或內燃發動機中存在的所形成之沈積物的方法，其中該方法包含用如前述請求項1或2中任一項所述之燃料添加劑組合物處理該燃料。
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