Усовершенствованное сгорание в паровой фазе

Усовершенствованное сгорание в паровой фазе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Данное изобретение относится к топливным композициям для реактивных, турбинных, дизельных и других систем сгорания. Более конкретно, оно относится к усовершенствованному сгоранию в паровой фазе металлов, неметаллов и их соединений, включая топливные композиции с добавками органических соединений марганца, к механическим и/или химическим средствам, способствующим улучшению сгорания и/или снижению температуры горения, посредством которых улучшается термическая эффективность и снижаются случайные потери.

Уровень техники

Известно, что различные органические соединения марганца, например трикарбонил метилциклопентадиенил марганца (ММТ) и другие, вводят в углеводородные топлива в качестве антидетонаторов [1-3]. Известно также, что органические соединения марганца используют в более тяжелых видах топлива, таких как уголь, дизельное топливо и авиационные топлива; предполагают, что это помогает уменьшить выделение дыма и твердых частиц [4-7].

Несмотря на преимущества использования органических соединений марганца в качестве антидетонатора и аналогичных добавок, их присутствие в углеводородных топливах порождает ряд других экологических и практических проблем. А именно при сгорании органических соединений марганца в углеводородных топливах образуются вредные тяжелые оксиды марганца (Mn₃O₄ и Mn₂O₃), которые, в свою очередь, осаждаются на деталях двигателя, систем сгорания, турбины, поверхностях выхлопного отверстия, катализаторах эмиссии/выхлопа и т.д., вызывая, например, ранние усталостные явления, разрушения, чрезмерный износ, выделение твердых частиц или металлов, медленное снижение эмиссии углеводородов и тому подобные явления [8-12].

Например, осаждение оксидов марганца на реактивных двигателях, турбинах и др. в течение длительного времени было главным препятствием для использования марганца. Поскольку эти отложения оказывают отрицательное действие, были разработаны различные методы специально для удаления этих оксидов с реактивных двигателей [13-16]. Однако вследствие их неэффективности использование марганца в этих применениях было практически прекращено.

Известно также, что такие осадки создают диффузионный барьер на поверхности катализатора, что снижает каталитическую эффективность [17].

Компанией Ethyl Corporation были затрачены большие усилия в течение 1970-х и 1980-х годов, чтобы найти решение этой проблемы. В том числе было испробовано использование различных кислородсодержащих соединений в сочетании с органическими соединениями марганца [18-30]. Однако, несмотря на насущную необходимость, не удалось успешно перевести на коммерческую основу какое-либо из технологических решений этой фундаментальной проблемы.

Известно, что органические соединения марганца, даже при очень низком уровне, вызывают разрушение системы контроля выхлопа США, и чтоих использование в любом количестве официально запрещено в неэтилированных бензинах в США.

Ethyl Corporation не удалось добиться у Агентства по охране окружающей среды изъятия ММТ под § 221 (f) из Акта по чистому воздуху даже для очень низких концентраций марганца порядка 0,008 г/л (1/32 г/гал) (запрещено 8 января 1992).

Все их предшествующие усилия, в том числе для концентраций марганца в интервале от 0,004 (1/64) до 0,03 (1/8) г/л (г/гал) завершились неудачей. См. RE Запрет Агентства по защите окружающей среды по использованию ММТ, Федеральный перечень, т. 43, N 181, понедельник, 18 сентября 1978 г., а также: Ethyl Corporation; Запрет на применение в области топлива; аннотация решения. Федеральный перечень, т. 46, N 230, вторник, 1 декабря 1981 г. [31-32].

Недавно производители автомобилей вновь рассмотрели вопрос о склонности марганца образовывать вредные оксиды, так как даже при очень низких концентрациях порядка 0,008 г/л (1/32 г/гал) марганца новая система диагностики катализатора, известная как "Монитор эффективности катализатора OBD-11", выходит из строя из-за осаждения оксида на (чистую) поверхность катализатора [33-35].

Таким образом, компетентные источники, продолжая признавать длительный официальный и экологический запрет ММТ, в общем отказались от представления, что когда-нибудь марганец будет включен в регулируемые не этилированные бензины и в эмиссионные системы.

Даже Ethyl Corporation (единственный производитель ММТ) из-за необходимости реального решения проблемы уменьшения или регулирования образования вредных оксидов, по-видимому, отказалась бы принять разрешение, если бы оно и было когда-нибудь дано; это было бы возможно только для очень низких концентраций (например, до 0,008 г/л (1/32 г/гал) марганца; а покрытие на поверхности катализатора образуется даже при этих низких концентрациях. См. последнее заявление Ethyl Corporation § 211 (f) на отмену запрета и Заявления Агентства по охране окружающей среды США 92302679.3; 91306359.0; 91306360.8 и 92307609.5 (зарегистрированные одновременно с попыткой получения разрешения на применение).

Известно использование в качестве присадки к топливу широкого класса растворимых карбонатов (см. Патент США 2,331,386, изданный в 1939 г. до материалов по оксиду марганца [36]). Этот патент описывает широкий ряд алкил-, гомологических алкил-, арил и амидкарбонатных эфиров для использования в печах, работающих на нефти, и в двигателях внутреннего сгорания.

В дальнейшем упоминание карбонатов обнаруживается в основном в связи с топливами или составами, не содержащими металла/марганца. Например, в литературе [37-39] рассмотрены не содержащие металла алкил-карбонаты в топливах типа газойля для двигателей с компрессионным зажиганием, дизелей и реактивных двигателей.

В литературе [40] использован алкилфенилкарбонат в качестве антидетонатора. В данной публикации, наряду с вышеупомянутыми проблемами, связанными с образованием оксидов из органических соединений марганца, также отмечено, что состав не должен содержать органических соединений марганца.

Поскольку, с одной стороны, специалисты оставили надежды разрешить фундаментальные проблемы, связанные с оксидами, полученными из органических соединений марганца, и, с другой стороны, марганец разрешен только в этилированных бензинах США, на практике применение ММТ не отделялось от применения свинцовых присадок (см., например, литературу [41], в которой рассмотрен тетраэтилсвинец, тетраметилсвинец и циклопентадиенил трикарбонил марганец совместно в одном контексте, при отсутствии допущения об их использовании независимо друг от друга).

В настоящем изобретении рассмотрен новый класс высокоэнергетических низкотемпературных составов и процессов.

Сущность предложенного изобретения заключается в обнаружении причины возникновения проблемы окисления тяжелых металлов и ее решении путем использования средств, препятствующих выделению оксидов тяжелых металлов при сгорании металлов.

Заявитель обнаружил механизм, по которому при сгорании топлив, содержащих металлы, включая органические соединения марганца, образуются вредные оксиды марганца в виде частиц или осажденного слоя, причиной чего является недостаточно приближенный к идеальному процесс сгорания, в котором скорости сгорания и температуры не оптимальны.

Путем эффективного увеличения скорости сгорания топлива при одновременном идеальном понижении температуры сгорания изобретение позволяет не только регулировать или избегать образования вредных металлических оксидов, но и реализовать возможность создания на основе металлов (исключая свинец) нового чистого высокоэнергетического класса топлив/горючих и процесса сгорания.

В сущности, в изобретении предложен процесс сгорания, в котором участвуют некоторые химические структуры/подструктуры и/или механические структуры/подструктуры, что позволяют одновременно 1) увеличить скорость горения, 2) поддерживать высокую интенсивность испускания того, что может быть известно как свободная энергия, при 3) понижении температуры горения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1. Различие температур горения. Иллюстрирует разницу температур горения различных составов топлива, измеренную относительно температур выхлопных газов при различных нагрузках на двигатель.

Фиг. 2. Температуры сгорания и выделение углеводородов. Иллюстрирует разницу в температурах горения и ее соотношение с образованием выделяющихся углеводородов.

Фиг. 3. Температуры горения и выделение NO_x. Иллюстрирует разницу в температурах горения и ее соотношение с образованием выделяющихся NO_x.

Фиг. 4. Индицированные скорости горения. Иллюстрирует скорость горения различных топлив при различных нагрузках.

Фиг. 5. Скорость горения и выделение НС. Иллюстрирует скорость горения и образование выделяющихся НС.

Фиг. 6. Скорость горения и выделение NO_x. Иллюстрирует скорость горения с образованием выделяющихся NO_x.

Фиг. 7. Технические прогнозы. Иллюстрирует изменение тепловыделения и улучшение горения бензина, обусловленное поддержанием минимальной температуры испарения для топлива, содержащего кислородные соединения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Благодаря тому что заявителю удалось выяснить причину образования оксидов тяжелых металлов, была решена связанная с ними проблема, в частности, путем увеличения скорости горения и/или снижения температуры горения, что и является сущностью настоящего изобретения.

В изобретении предложены способы и составы, которые ускоряют и улучшают процесс горения, позволяя достичь более оптимальных параметров и в то же время понизить температуры горения и расширить интервал горения.

Кроме того, в изобретении показано, что при этих улучшенных условиях горения сами соединения металлов совершенно неожиданно становятся неотъемлемым и мощным фактором в процессе сгорания, улучшая термическую эффективность горения, экономичность топлива, получаемую работу, мощность, тягу и т.д., одновременно снижая уровень опасных загрязнений.

В контексте данного изобретения заявитель в основном обращается к тепловому кпд в его как химическом, так и механическом значении, например к эффективности химической реакции и количеству полезной работы, производимой в системе, в частности свободной энергии.

Заявитель обнаружил, что фактически в каждом случае термическая эффективность (тепловой кпд), в частности, измеряемая в зависимости от чистой полезной работы, производимой системой, возрастает и часто очень существенно. В то же время благодаря пониженным температурам горения системы сгорания при этом работают более продолжительно, они легче в обращении, а оксиды тяжелых металлов не образуются.

Например, в изобретении неожиданно обнаружено, что термическая эффективность, достигаемая в изобретении, повышена по сравнению с существующими видами топлива и системами сгорания примерно на 2 - 20%. И в зависимости от обстоятельств (таких как система сгорания, структура топлива) среднее улучшение может составить от 2.0% до 5.0%, 5.0% до 10.0% или выше. В самом скромном случае улучшения составляют от 0.05 до 1.0% и до 2.0%. В исключительных случаях улучшение может составить от 10%, от 25% до 40%, от 30% до 80% или более.

Кроме того, в завершение Заявитель предполагает, что можно получить дополнительное улучшение, составляющее от 5% до 25%, или даже более, благодаря модификации систем сгорания и инжекции топлива, которые выполнены таким образом, чтобы оптимизировать уникальные особенности процесса горения, заявляемого в настоящем изобретении.

Заявитель предполагает, что это приведет к значительным улучшениям процесса горения и преобразования энергии на высоте в случае авиационных реактивных систем и авиационных бензиновых двигателей. Подобное же улучшение предполагается для широкого диапазона применений, например, дизелей, турбин, работающих на бензине, топливной нефти, газойле и т.д.

Основополагающими принципами реализации данного изобретения являются предложенные Заявителем методы сгорания, химия топлива, камеры сгорания, система инжекции топлива, подачи воздуха и эмиссионная система.

Заявитель неожиданно обнаружил синергизмих действия и разнообразные преимущества, которые дает использование этого изобретения, что будет подробнее описано ниже.

В описании изобретения представлены в различных вариантах исполнения новая конструкция, способ и/или работа двигателя, камеры сгорания, систем сгорания, инжекции, подачи воздуха и/или эмиссии, которые позволяют улучшить достигаемый в изобретении технический эффект, связанный с процессом сгорания.

В практической реализации данного изобретения предполагается одновременное действие одной или более из упомянутых систем, или независимое использование единичной системы, или компонента, или подкомпонента указанной системы. Кроме того, как вариант конструкции, такие структуры можно использовать независимо от предложенных Заявителем улучшенных видов топлива, что также позволит улучшить скорость горения и/или снизить температуру горения. Однако совместное использование этих систем приводит к синергизмуих действия, который не может быть достигнут другим способом.

В сущности данное изобретение заключается в увеличении 1) скорости горения в результате а) увеличения скорости ламинарного горения благодаря введению в состав топлива улучшающей горение структуры (УГС) и/или изменения процесса испарения, b) увеличения турбулентной скорости (химическими и/или механическими способами), 2) снижения температуры горения (химическими или механическими способами) в сочетании с использованием топлива на основе металлосодержащего компонента.

Таким образом, изобретение включает в себя многочисленные взаимосвязанные химические и механические элементы, и все они существенны для реализации изобретения.

Один из аспектов реализации данного изобретения заключается в использовании любого количества не содержащих свинца соединений металлов (исходно предпочитали циклические соединения марганца) в качестве компонента предложенного Заявителем состава топлива.

Однако использование металла не обязательно, как будет показано ниже. Так, в приведенном ниже описании с определенностью показана возможность альтернативных вариантов.

Предполагается, что можно использовать соединения/компоненты и/или химические и/или механические процессы, способы и средства, включая их сочетания и подсочетания, которые увеличивают скорость горения. Предпочтительно, но не обязательно, если одновременно снижается температура горения.

В практической реализации данного изобретения должно быть использовано кислородсодержащее соединение, желательно с максимально возможным содержанием кислорода. Содержание кислорода может быть в пределах от 0,0001 до 80% по массе. Это предписывается конкретным составом топлива и типом системы сгорания. Однако, по-видимому, положительный эффект не обнаружится до тех пор, пока содержание кислорода не достигнет 1,0%, 1,5%, 2,0% или более; более предпочтительны концентрации 2,0% или более. Однако приемлемы и меньшие концентрации при использовании кислорода в качестве компонента топливной смеси. Желательный интервал составляет от 0,001 до 30,0% кислорода по массе. Дополнительные массовые концентрации кислорода включают от 0,001 до 15,0%, от 0,5 до 1,5%, от 0,3 до 2,7%, от 2,0 до 3,7%, от 0,2 до 0,9%, от 1,0 до 4,0%, от 2,0 до 8,0%, от 1,8 до 12%, от 2,0 до 10,0%, от 3,0%, 5,0 до 40%, от 2,0 до 53%.

В чистом топливе и в ракетных применениях ожидается, что концентрация кислорода будет значительной. В первых вариантах использования смешанного топлива (см. ниже) концентрации будут ниже. Однако задачей изобретения является введение значительных концентраций кислорода в предложенные Заявителем виды топлива, особенно активного кислорода, который может быстро и агрессивно реагировать с металлом.

При осуществлении данного изобретения приемлемое увеличение скорости горения топлива по сравнению со скоростью горения нерегулируемого топлива или обычной системой сгорания составляет приблизительно от 1,0% до 800% или более. Желательно возрастание скорости на величину порядка 0,2%, 0,5%, 1,0%, 2,0%, 3,5%, 5% до 10,0%, 7,0% до 15,0%, 9,0% до 25%, 5,0% до 20,0%, 12% до 30%, 15% до 40%, 20% до 50%. Более желательно возрастание в интервалах от 5% до 60%, 10% до 80%, 20% до 100%, 30% до 150%. Возможно увеличение на величину примерно от 100% до 200%, от 100% до 300%. Также предполагаются и весьма желательны увеличения от 200 до 400%, от 300 до 600%, от 400 до 800%, от 500 до 900%. Увеличение порядка 300% и более весьма желательно, особенно для топлива и систем сгорания, усовершенствованных Заявителем. Увеличение за пределами этих интервалов предполагается и желательно.

Различные химические средства также будут влиять на увеличение скорости горения и применение топлива. Одной из задач данного изобретения является оптимизация скоростей горения в светехимии топлива, систем сгорания, систем инжекции топлива и подачи воздуха, условий работы, желаемой термической эффективности и цены.

Увеличение скорости горения и/или снижение температуры горения будут изменяться в зависимости от изменения состава топлива, систем сгорания и механических систем.

В частности, предполагается, что коэффициенты сжатия, давление сжатия, давление зажигания, конструкция камеры зажигания, температура негорящей газовой смеси, эквивалентные соотношения, время зажигания, доля оставшегося газа, давление и время инжекции топлива, система подачи воздуха, входные температуры воздуха, системы выхлопа, катализаторы выхлопа, способы/системы теплообмена, системы смазки, системы охлаждения, и/или связанные с ними способы и/или устройства, включая их сочетания и/или подсочетания, могут быть видоизменены с тем, чтобы максимально извлечь их преимущества, усовершенствовать или произвести какие-либо иные улучшения в отношении скоростей горения и/или снижения температур горения.

Предполагается, что детонационно-чувствительные технологии могут использоваться в двигателях более высокого давления с искровым зажиганием, работающих на бензине, так как необходимо регулировать время искры для того, чтобы избежать детонации. Таким образом, предполагается, что предпочитаемые Заявителем двигатели с более высоким коэффициентом сжатия будут одновременно использовать детонационно-чувствительную технологию.

Предполагается, что ряд положительных эффектов данного изобретения не будет ощутим в полной мере до тех пор, пока не будет достигнут определенный порог действия. Например, как подробно показано ниже, преимущества повышенной экономичности топлива не смогут полностью проявиться до тех пор, пока двигатель не будет работать в условиях умеренной или умеренно большой нагрузки. Кроме того, в отсутствие других механических усовершенствований, например снижения МВТ искры, предложенного для бензинов, и т.д., нельзя получить все преимущества от изобретения.

Повышение парциального давления испарившейся фракции до и после зажигания особенно эффективное действие оказывает на улучшение скорости горения. Таким образом, характер испарившейся фракции до и после зажигания и их характеристики, связанные с диффузией тепла и активных реакционных центров в негорящем газе и т.п., являются определяющими и должны быть оптимизированы в качестве одной из задач данного изобретения.

Задачей данного изобретения является создание такой диффузии газов предкамерного горения до/после зажигания, которая приводит к увеличению импульса/вязкости невоспламенившегося газа до значения, по возможности максимально близкого к значению вязкости воспламенившегося газа с тем, чтобы снизить сопротивление вязкости между воспламенившимся и невоспламенившимся газом. Основной целью, которую преследует увеличение скорости горения, является именно устранение этого сопротивления.

Таким образом, желательно и предполагается испарение или инжекция или сжатие невоспламенившейся части пара топлива с тем, чтобы произошло увеличение его парциального давления (пара) в газовой смеси перед его воспламенением.

Кроме того, предпочтительны соединения/компоненты и/или механические и/или другие способы, которые увеличивают температуру и скорость газовой смеси внутри камеры сгорания после зажигания/перед сгоранием.

В том случае, когда топливо находится в парообразном состоянии, изменение его плотности не оказывает необходимого и непосредственного влияния на улучшение скорости горения. Другими словами, улучшение скорости горения в изобретении, по-видимому, не связано с видом топлива, если оно находится в испаренном и/или инжектированном в камеру сгорания состоянии, таким образом и с таким желательным размером частиц, которые предполагаются данным изобретением.

Таким образом, изменения состава во фракции пара, вызванные изменениями парциального испарения, сами по себе не дают заметного эффекта.

Скорость распространения пламени по отношению к невоспламенившемуся газу (на практике - остаточной газовой смеси топливо-воздух) является фундаментальным параметром, который непосредственно влияет на достижение цели, поставленной в данном изобретении. Так, максимизация элементарных реакций, которые протекают в пламени, и такой подбор возможностей массо- и теплопереноса различных частиц газа, входящих в состав топлива улучшенного горения (см. ниже), чтобы получить повышенную скорость горения, является специальной конструктивной задачей данного изобретения.

Как отмечено, одной из задач является увеличение скорости турбулентного горения, которая является функцией как термодинамических, так и турбулентных параметров. Турбулентность связана с конструкцией двигателя, конструкцией камеры сгорания, осуществлением инжекции топлива и рабочими параметрами двигателя, такими как эквивалентное соотношение и время существования искры.

Специальным аспектом реализации данного изобретения является увеличение турбулентной скорости горения путем увеличения ламинарной скорости горения, так как увеличение ламинарной скорости вносит свой вклад в турбулентные скорости.

Один из вариантов реализации данного изобретения заключается в увеличении ламинарной скорости горения путем изменения термодинамических факторов, включая (но не ограничиваясь ими) улучшение термической диффузии, характеристик топлива за счет усовершенствования его химического состава и структуры молекулярной цепи, модификации температуры испарения, модификации химии соединений УГС (см. ниже), модификации эквивалентных соотношений топлива, модификации подачи искры, снижения размера впрыскиваемых частиц топлива, модификации углов впрыскивания, давлений, давлений сжатия, улучшении подачи воздуха и т.д.

Другой вариант реализации заключается в увеличении турбулентности путем модификации формы и конструкции систем горения, камеры сгорания и/или также за счет скорости и/или направления газов, подаваемых в камеру сгорания, перед, во время и после сгорания, например, при использовании камеры предварительного сгорания.

Желательны также устройства, работа которых приводит к увеличению давления сгорания и/или давлению сжатия.

В случае двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием скорость пламени также пропорциональна скорости всасывания. Однако избыточные скорости всасывания могут существенно снизить количество топлива и воздуха, забираемое в цилиндр. Для того, чтобы получить высокую турбулентность без высоких скоростей всасывания, желательно иметь конструкцию камеры сгорания, которая обеспечивает турбулентность в конце компрессионного хода поршня. Предпочтительны турбулентные камеры предварительного сгорания, усовершенствованные системы смешения топлива с воздухом и другие средства.

Еще один вариант реализации данного изобретения заключается в использовании высоких скоростей всасывания для увеличения турбулентности, посколькухимия соединений УГС способна существенно возместить сокращение массы загрузки. Таким образом, турбонаддув и наддув являются специальными и предпочтительным исполнениями.

Специально предполагается использование таких систем сгорания, которые имеют пониженные требования к относительному октановому числу (ONR), или которые требуют пониженных коэффициентов сжатия, или которые позволяют использовать более высокие коэффициенты сжатия на топливах с данным октановым числом.

Желательно и предполагается использование химических и/или механических средств, включая, например, сенсорные системы на выхлоп кислорода (включая сенсоры EGO), которые регулируют эквивалентные соотношения топливо-воздух, что повышает ценность раздела данного изобретения, связанного со скоростью сгорания.

Как будет показано, существует много химических и механических средстви их вариантов, которые, будучи объединенными и использованными в соответствии с изобретением, позволяют решить поставленные в изобретении задачи.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ СНИЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ

Предложены дополнительные средства для снижения температуры горения и улучшения скоростей горения. Одним из таких средств является снижение конечной температуры кипения состава. Заявитель обнаружил, что путем уменьшения в топливе содержания углеводородов с более высокой температурой кипения, в том числе высококипящих алканов, ароматических углеводородов, цикланов, алкенов, или их исключения можно увеличить среднюю скрытую теплоту испарения топлива и исключить потери рабочего потенциала. Заявитель неожиданно обнаружил, что экономичность топлива возрастает.

Задача изобретения заключается в том, чтобы путем снижения и/или изменения температур испарения Т-90, Т-50 или Т-10 углеводородных компонентов топлив модифицировать или правильно подогнать нижележащие потоки углеводородов.

Таким образом, при снижении температур кипения, например конечной температуры кипения или Т-90, в сочетании с изобретением Заявителя, улучшаются температуры сгорания и/или скорость горения.

Преимущества топлив, кипящих в широком интервале температур, вытекают из снижения конечной температуры кипения, Т-90 и Т-50 и охватывают бензины, турбинные топлива типа газойля, топливную нефть, дизельные топлива и автомобильные бензины. В отношении топлив, кипящих в более узком интервале температур, применение изобретения ограничено.

Например, в кипящих в широком интервале температур фракциях керосина (дизельное, тяжелое дизельное топливо, газойль для турбин, реактивные топлива с широким интервалом фракций (Jet В, JP 4), топливные нефти, бензины и т.д.) снижение температур кипения при испарении топлива, особенно конечной температуры и/или Т-90, на величину от 2,8°С (5°Р) до 11,1°C(20°F), от 5,6°С (10°F) до 16,7°С (30°F), от 11, 1°С (20°F) до 27,8°С (50°F), от 13,9°С (25°F) до 33,3°С (60°F), от 22,2°С (40°F) до 38,9°С (70°F), от 27,8°C(50°F) до 44,4°С (80°F), от 33,3°С (60°F) до 50,0°С (90°F), от 38,9°С (70°F) до 55,6°С (100°F), от 44,4°С (80°F) до 66,7°С (120°F), от 22,2°С (40°F) до 83,3°С (150°F), от 41,7°С (75°F) до 97,2°С (175°F), от 33,3°С (60°F) до 111,1°С (200°F), от 38,9°С (70°F) до 125°С (225°F), от 44,4°С (80°F) до 138,9°C (250°F), от 50,0°С (90°F) до 152,8°C (275°F), от 55,6°С (100°F) до 155,6°С (280°F), от 61,1°С (110°F) до 166,7⁰C (300°F), от 66,7°С (120°F) до 177,8°C (320°F), от 77,8°С (140°F) до 194,4°С (350°F) или более дает особенно значительный эффект в увеличении присущей топливу скрытой теплоты испарения, снижая температуры горения, увеличивая скорости горения и т.д.

Таким образом, в соответствии с одним из конкретных исполнений данного изобретения происходит снижение конечной температуры кипения и Т-90 для компонентов топлив, которые используются совместно с УГС или как самостоятельные виды топлива.

Еще один вариант исполнения данного изобретения позволяет снизить температуры Т-50, Т-10 таким образом, чтобы улучшить горение.

В практическом воплощении данного изобретения снижение конечной температуры кипения/Т-90 предполагается с использованием соединений металлов при отсутствии УГС соединений, посредством чего достигается снижение образования свободного углерода в первичных зонах камеры сгорания, снижение вредных выхлопов, снижение (или возможность контроля) осаждения оксидов марганца на поверхности катализатора выхлопа и т.д. В случае автомобильных топлив такое снижение Т-90 имеет тенденцию понижать VOC, выделение углеводородов и/или NO_x.

Совершенно неожиданно было обнаружено, что при снижении температур Т-90 бензина ниже 132,2°С (270°F) в сочетании с вводом небольших количеств марганца достигается существенное улучшение сгорания. Заявитель обнаружил, что экономичность топлива и/или пробег неожиданно улучшаются, даже если при снижении Т-90 были исключены компоненты, дающие большое количество тепла.

Очевидно, этот эффект ощутим и для топлива, и для компонентов, которые были удалены, и для компонентов, которые остались после снижения Т-90.

Пример 1

Способ увеличения экономичности топлива для транспортных средств, работающих на обычном или реформированном бензине, включающий снижение температуры кипения бензина так, чтобы его температура кипения Т-90 составляла не выше 132,2°С (270°F); введение ММТ в состав бензина в количестве до 0,008 г Mn/л (1/32 г/гал); сжигание указанного состава в работающем на бензине транспортном средстве; в результате чего экономичность топлива увеличивается на 0,5% или более.

Пример 2

Способ по Примеру 1, в котором экономичность топлива улучшается как по сравнению с чистым топливом, у которого не понижена температура Т-90, так и по сравнению с тем же топливом, содержащим ММТ.

Предпочтительный способ реализации снижения температуры кипения включает устранение высококипящих алканов; предпочтительны ароматические углеводороды, циклические соединения и алкены.

Желательно также проводить аналогичное снижение и/или регулирование температур Т-50 так, чтобы не ухудшить технические характеристики или выделение тепла.

Заявитель отмечает, что регулирование температуры кипения в среднем интервале особенно важно при использовании топлива, в состав которого входят кислородсодержащие соединения, особенно в карбюраторных системах.

В практике данного изобретения указанное изменение/регулирование температуры кипения улучшает сгорание и/или характеристики топлива с позиций скорости сгорания.

Если используются кислородсодержащие соединения в количестве, превышающем 0,5% кислорода по массе в топливе, особенно в реактивных двигателях, температуры среднего интервала должны составлять примерно от 71, 1/76, 7/82,2°С (160°F/170°F/180°F) до 96,1°С (205°F). Температуры среднего интервала за пределами этого диапазона, по-видимому, будут менее эффективны.

В изобретении обнаружено также, что при использовании как фактора снижения температуры Т-90, так и фактора регулирования температуры среднего интервала, марганецсодержащее топливо (в отсутствие кислородсодержащих соединений) позволяет максимально реализовать преимущества сгорания, например улучшает экономичность топлива, сокращает образование оксида марганца и/или улучшает тепловыделение.

Кроме того, введение кислородсодержащих соединений повышает этот положительный эффект. Чем лучше УГС кислородсодержащее соединение, тем выше положительный результат.

Заявитель отмечает, что автомобильные двигатели и топлива в дальнейшем будут модифицированы так, чтобы достичь еще лучшего результата в отношении работы и выделения энергии, соответственно. Заявитель предполагает в будущих применениях даже более низкие значения Т-90 и температуры кипения среднего интервала.

Пример 3

Состав топлива, в котором снижение конечной температуры кипения и/или температуры Т-90 приводит к возрастанию средней скрытой теплоты испарения.

Пример 4

Пример 3, в котором тепловой эффект сгорания или экономичность для содержащего марганец топлива, имеющего температуры Т-90, сниженные до 132,2°С (270°F) или менее, улучшены по сравнению с тем же топливом с неотрегулированными температурами Т-90.

Пример 5

Пример 4, в котором температура Т-90 топлива ниже 137,8°С (280°F), более предпочтительно ниже 132,2°С (270°F), a MMT включен в количестве 0,008 г Mn/л (1/32 г/гал), где экономичность топлива выше, чем у такого же неотрегулированного топлива, более чем на 0,2%.

Пример 6

Состав из Примера 5, в которой снижено выделение токсических веществ и/или NO_x.

Пример 7

Состав топлива из Примера 5, в котором ММТ содержится в количестве 0,008 г Mn/л (1/32 г/гал) или менее, при этом экономичность топлива улучшена на 0,2% (предпочтительно 1,0%, 1,55% или более).

Пример 8

Состав топлива из Примера 7, в котором используется кислородсодержащее соединение УГС с избыточным содержанием 0,5% по массе, для работы в струйных автомобильных двигателях, в котором температура среднего интервала бензина составляет от 76,7°С приблизительно до 96,1°С.

Пример 9

Состав из Примера 8, в котором содержится УГС соединение в концентрации, достаточной, чтобы увеличить среднюю скорость сгорания композиции дополнительно на 5,0% или более по отношению к величине для состава без добавок, измеренной с помощью ламинарной горелки Бунзена.

Пример 10

Состав из Примера 9, в котором добавлено УГС соединение в количестве, достаточном для снижения средних температур сгорания, измеренных при нагрузке по меньшей мере 20 индикаторных лошадиных сил (ИЛС), на 13,9°С (25°F).

Заявитель отмечает, что этот аспект изобретения (добавление УГС соединений с или без соединения металла) в применении к бензинам особенно эффективен, когда температуры Т-90 равны или ниже приблизительно 148,9°С (300°F), 137,8°С (280°F), 132,2°С (270°F), 126,7°С 260°F), и желательно, чтобы температуры Т-50 были в интервале приблизительно от 71,1°С (160°F) до 96,1°С (205°F) или же от 76,7°С (170°F) до 96,1°С (205°F), от 82,2°С (180°F) до 96,1°С (205°F), или же от 71,1°С (160°F) до 87,8°С (190°F) или от 71,1°С (160°F) до 82,2°С (180°F) (особенно в более поздних применениях).

Использование регулирования температур среднего интервала вообще применимо для всех видов топлива, кипящих в широком температурном диапазоне.

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СГОРАНИЯ

В практической реализации данного изобретения предпочтительно снижение температурного интервала горения от 5,6°С (10°F) до 277,7°С (500°F). Желательно снижение от 13,9°С (25°F) до 27,8°С (50°F) и более. Желательно также снижение порядка 55,6°С (100°F) и более. Снижения от 2,8°С (5°F) до 8,3°С (15°F); от 5,6°С (10°F) до 13,9°С (25°F); от 8,3°С (15°F) до 16,7°С (30°F); от 11,1°С (20°F) до 22,2°С (40°F); от 13,9°С (25°F) до 25,0°С (45°F); от 16,7°С (30°F) до 27,8°С (59°F); от 19,4°С (35°F) до 33,3°С (60°F); от 22,2°С (40°F) до 30,6°С (50°F); от 25°С (45°F) до 33,3°С (60°F); от 27,8°С (50°F) до 36,1°С (65°F); от 30,6°С (55°F) до 41,7°С (75°F); от 36,1°С (65°F) до 41,7°С (75°F)7 от 38,9°С (70°F) до 52,8°С (95°F); от 47,2°С (85°F) до 58,3°С (105°F); от 55,5°С (100°F) до 66,7°С (120°F); от 61,1°С (110°F) до 77,8°С (140°F); от 55,5°С (100°F) до 72,2°С 130°F); от 61,1°С (110°F) до 83,3°С (150°F); от 66,7°С (120°F) до 88,9°С (160°F); от 83,3°С (150°F) до 138,9°C (250°F); от 138,9°C (250°F) до 250°С (450°F); от 111,1°С (200°F) до 277,8°C (500°F); от 166,7°C (300°F) до 333,3°C (600°F); от 111,1°С (200°F) до 444,4°C (800°F); от 222,2°C (400°F) до 555°С (1000°F); от 166,7°С (300°F) до 500°С (900°F); от 277,8°C (500°F) до 1111,1°С (2000°F); от 333,3°С (600°F) до 1388,9°C (2500°F) С или более желательны, особенно при одновременном возрастании скорости горения. Снижения за пределами вышеприведенных интервалов в полной мере допускаются, особенно с возрастанием в составе топлива объемного процента предложенных Заявителем соединений, улучшающих горение (см. ниже).

В случае бензина снижение температуры выхлопных газов приводит к увеличению мощности и/или к снижению входных температур катализатора выхлопа. В частности, одним из аспектов данного изобретения яв