專利名稱：混合燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料、它們在車輛的內(nèi)燃發(fā)動機中的應(yīng)用以及它們的制造。具體而言， 本發(fā)明涉及混合燃料，特別是化學(xué)計量空燃比與E85類似的含有甲醇的混合燃料。
背景技術(shù)：
按照各種比例混合乙醇和汽油來制造燃料是已知的。這樣的燃料可用在未經(jīng)改動的汽油內(nèi)燃發(fā)動機中，例如，用在汽車中，或者是用于僅進行過細微改動的汽油內(nèi)燃發(fā)動機中。乙醇類的燃料通常標有字母‘ ”，字母后是以百分比表示的乙醇的體積比。例如， 常見的混合物是E85 ；即85體積％乙醇和15 %汽油的混合物。這些二組分混合燃料可以含有其他的添加劑，不過這些添加劑并不是燃料組分，不具有足夠大的體積，而且不會明顯影響主要燃料組分乙醇和汽油(二者合起來可視為唯一重要的燃料組分)的比例。在以下描述中，術(shù)語組分專門指燃料組分。汽油燃料(有時稱為汽油)本身是烴類的混合物，通常是通過石油的分餾得到的、 由異辛烷或芳香烴甲苯和苯增強的脂肪烴。在本說明書中使用的術(shù)語汽油是指適用于進行火花噴射式(“Si”，spark-injection)燃燒或均質(zhì)充量點火式燃燒(“HCCI”，Homogenous Charge Ignition Combustion)的內(nèi)燃發(fā)動機的燃料，所述燃料由烴類(通常每個分子含有 4至12個碳原子)構(gòu)成，且基本上不含氧化組分，例如醇和乙醇(少于5%的氧含量)，并且具有的化學(xué)計量空燃比為14 1至15 1。所述燃料具有的研究法辛烷值(RON，Research Octane Number)優(yōu)選為86至105。術(shù)語汽油用于包括諸如那些由英國標準BS/EN2^和/ 或美國標準ASTM-D-4814所定義的燃料等燃料。在英國，如今已經(jīng)可以購買用于機動車的內(nèi)燃發(fā)動機的E5 (乙醇5%，汽油95% )。 在美國，E10(乙醇10%，汽油90% )在機動車內(nèi)燃發(fā)動機中的使用日益增多。如今，制造為使用汽油和乙醇的燃料混合物而特定構(gòu)造的內(nèi)燃發(fā)動機變得越來越普及。例如，在巴西，所有的汽油內(nèi)燃發(fā)動機(例如，采用奧托循環(huán)(Otto cycle)運行的內(nèi)燃發(fā)動機)均制造為使用E20至E25的混合燃料作為燃料。通常用于車輛的奧托循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動機的乙醇的最高比例為85體積％ (E85)，不過例外地使用100%的乙醇(E100)也是已知的。使用乙醇類混合燃料比單單使用更多的汽油更具有環(huán)境友好性，這是因為乙醇通產(chǎn)由生物質(zhì)制成。此外，使用乙醇減少了國家對外國石油進口的依賴性。不過，由生物質(zhì)提供乙醇是受限的。因此，有利的是找到能夠擴展使用燃料混合物的可再生組分的燃料混合物。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種如權(quán)利要求1所述的方法。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種如權(quán)利要求17所述的混合燃料。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種如權(quán)利要求18所述的混合燃料。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種如權(quán)利要求19所述的混合燃料。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種如權(quán)利要求20所述的方法。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種如權(quán)利要求21所述的方法?，F(xiàn)在參考附圖，僅以舉例的方式描述本發(fā)明，圖中

圖1顯示了圖示相當(dāng)于E85的混合燃料中的乙醇、汽油和甲醇的相對比例的圖；和圖2顯示了圖示相當(dāng)于M85的混合燃料中的甲醇、汽油和乙醇的相對比例的圖。根據(jù)本發(fā)明的三組分混合燃料的優(yōu)選實施方式可具有與已知的二組分混合燃料相同的性質(zhì)，由此在已經(jīng)為使用已知的二組分混合燃料而設(shè)計的機動車內(nèi)燃發(fā)動機中提供良好的性能。重要的是，所述混合燃料可以被現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)動機使用，而無須對該發(fā)動機進行結(jié)構(gòu)改動，而且優(yōu)選發(fā)動機管理系統(tǒng)無需為新型燃料而運行不同的操作狀態(tài)(即，無需為新型燃料而向發(fā)動機管理系統(tǒng)的存貯器中添加新的操作狀態(tài)圖)。為了使燃料與機動車內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計相匹配(即，基本上提供與發(fā)動機已針對其進行構(gòu)造的燃料相同的行為)，所述燃料最為優(yōu)選與發(fā)動機針對其進行設(shè)計的燃料相同的性質(zhì)是化學(xué)計量空燃比。這是理論上提供燃料的完全燃燒的空氣與燃料的比例(通常且在下文中表示為質(zhì)量比)。作為選擇，因為為使用醇類燃料而構(gòu)造的內(nèi)燃發(fā)動機包括用于確定燃料中的醇與汽油的比例的醇傳感器，因此有利的是提供一種混合燃料，在以醇傳感器進行測量時所述混合燃料提供與發(fā)動機針對其進行設(shè)計的燃料基本相同的響應(yīng)。這樣的響應(yīng)例如可以為， 通過傳感器的阻抗隨著燃料中乙醇比例的變化而變化。優(yōu)選的是，對于三組分混合燃料和發(fā)動機針對其進行設(shè)計的燃料，所述阻抗是相同的。通常，發(fā)動機管理系統(tǒng)將采用該測量結(jié)果來確定在各發(fā)動機循環(huán)所傳送的燃料的體積。作為另一種選擇，有利的是提供一種混合燃料，所述混合燃料提供與發(fā)動機針對其進行設(shè)計的燃料相同的低熱值(例如，按照體積或重量測定的低熱值)。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，提供具有與E85相等的化學(xué)計量空燃比(AFR)的混合燃料。乙醇的化學(xué)計量AFR為約8. 96 1。汽油的化學(xué)計量AFR為約14. 53 1。含 85%的乙醇和15%的汽油的混合物具有的化學(xué)計量AFR為9. 74 1。任何乙醇-汽油混合燃料具有的化學(xué)計量AFR介于分別由汽油和乙醇的化學(xué)計量 AFR所限定的上限與下限之間。如果使用較大比例的汽油，則化學(xué)計量AFR將增大。這是因為汽油的化學(xué)計量AFR 大于乙醇的。顯然，由這兩種組分能夠?qū)崿F(xiàn)的最大的化學(xué)計量AFR是14. 53 1，這是由0% 的乙醇和100%的汽油實現(xiàn)的。為了提供具有與E85相同的化學(xué)計量空燃比的燃料，并且同時降低乙醇的比例， 必須添加化學(xué)計量AFR比E85低的燃料組分。在第一實施方式中，甲醇與乙醇和汽油混合以提供含有65體積％的乙醇并且具有9. 74 1(即，與E85相同的化學(xué)計量AFR)的化學(xué)計量AFR的燃料。甲醇的化學(xué)計量AFR為約6. 44 1。能夠提供9. 74 1的化學(xué)計量AFR的65 %的乙醇與汽油和甲醇的混合物為約 65%的乙醇；21. 5%的汽油；和13. 5%的甲醇。
有利的是，因而能夠制造含乙醇較少的燃料，且不會顯著增加對化石燃料的依賴。 這是因為甲醇能夠由氫和大氣中的二氧化碳和/或一氧化碳來合成，或者由廢木材來制造 (盡管不太有利，但是甲醇能夠由煤或天然氣制得)。在低溫條件下啟動內(nèi)燃發(fā)動機時，含甲醇較多的混合燃料能夠提供比E85更好的性能。通常，在夏季條件下供應(yīng)E85混合物，而冬季混合物E70則在較冷的條件下提供。含有甲醇的混合物能夠免除在寒冷條件下提供更加富含汽油的乙醇類燃料的混合物(即，冬用級E70混合物)的需要。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，提供一種用于制造具有與E85相同的化學(xué)計量空燃比(AFR)的混合燃料的方法。對于以下描述的方法論，使用下列值
權(quán)利要求
1.一種含有至少三種燃料組分的第一多組分混合燃料的制造方法，所述方法包括 選擇比所述第一多組分混合燃料至少少一種燃料組分的第二已知的多組分混合燃料，所述第二已知的多組分混合燃料現(xiàn)用于SI和/或HCCI內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計；通過使也存在于所述已知的多組分燃料中的燃料組分與另外的燃料配置物混合在一起來制造所述第一多組分混合燃料，其中所述第一多組分混合燃料和所述已知的多組分混合燃料二者所共有的燃料組分中的至少一種燃料組分具有高于所述第二已知的多組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比；和/或具有高于所述第二已知的多組分混合燃料的低熱值的低熱值；和/或在發(fā)動機的乙醇傳感器產(chǎn)生的響應(yīng)小于由所述第二已知的多組分混合燃料所提供的響應(yīng)；和所述另外的燃料組分具有低于所述第二已知的多組分混合燃料的空燃質(zhì)量比或體積比的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比；和/或具有小于所述第二已知的多組分混合燃料的混合低熱值的低熱值；和/或在發(fā)動機的乙醇傳感器產(chǎn)生的響應(yīng)大于由所述第二已知的多組分混合燃料所產(chǎn)生的響應(yīng)；和選擇所述第一多組分混合燃料中的所述至少一種燃料組分和所述另外的燃料組分的比例以使所述第一多組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比基本上等于所述第二已知的多組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比；和/或所述第一多組分燃料的低熱值基本上等于所述第二已知的多組分混合燃料的低熱值；和/或所述第一多組分混合燃料在乙醇傳感器產(chǎn)生的響應(yīng)基本上等于所述第二已知的多組分混合燃料的響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多組分混合燃料是基本僅含有第一組分、第二組分和第三組分的三組分混合燃料；所述第二已知的多組分混合燃料是內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計使用的二組分燃料，所述二組分混合燃料基本僅含有所述第一組分和所述第二組分；而且所述第一三組分混合燃料是按如下方式制得的具有比所述第二已知的二組分混合燃料更小的所述第一組分的比例的燃料使第一體積的所述第一組分與下列物質(zhì)混合第二體積的所述第二組分，所述第二組分是具有比所述二組分混合燃料更高的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比的燃料組分；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分是具有比所述二組分混合燃料更低的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比的所述另外的燃料組分；并且計算所述第二體積和第三體積以使所述第一三組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比基本上等于所述第二已知的二組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多組分混合燃料是基本僅含有第一組分、第二組分和第三組分的三組分混合燃料；所述第二已知的多組分混合燃料是內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計使用的二組分燃料，所述二組分混合燃料基本僅含有所述第一組分和所述第二組分；而且所述第一三組分混合燃料是按如下方式制得的具有比所述二組分混合燃料更小的所述第一組分的比例的燃料使第一體積的所述第一組分與下列物質(zhì)混合第二體積的所述第二組分，所述第二組分是具有的低熱值高于所述二組分混合燃料的所述另外的燃料組分；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分是具有的低熱值低于所述二組分混合燃料的所述另外的燃料組分；并且計算所述第二體積和第三體積以使所述第一三組分混合燃料的低熱值基本上等于所述第二已知的二組分混合燃料的低熱值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多組分燃料是基本僅含有乙醇、第二組分和第三組分的三組分混合燃料； 所述第二已知的多組分燃料是內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計使用的二組分燃料，所述發(fā)動機具有用來控制該發(fā)動機的操作的乙醇傳感器，所述二組分混合燃料基本僅含有乙醇和所述第二組分，所述第一三組分混合燃料是按如下方式制得的具有比所述二組分混合燃料更小的乙醇比例的燃料使第一體積的乙醇與下列物質(zhì)混合第二體積的所述第二組分，所述第二組分是通過所述乙醇傳感器檢測時產(chǎn)生的響應(yīng)小于所述二組分混合燃料的響應(yīng)的燃料組分；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分是通過乙醇傳感器檢測時產(chǎn)生的響應(yīng)大于所述二組分混合燃料的響應(yīng)的所述另外的燃料組分；并且計算所述第二體積和第三體積以使乙醇傳感器測定的所述第一三組分混合燃料的響應(yīng)基本上等于所述第二已知的二組分混合燃料的響應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一多組分混合燃料是基本僅含有第一組分、第二組分和第三組分的三組分混合燃料；所述第二已知的多組分混合燃料是內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計使用的二組分燃料，所述二組分混合燃料基本僅含有所述第一組分和所述第二組分；所述第一三組分混合燃料是按如下方式制得的具有比所述二組分混合燃料更小的所述第一組分的比例的燃料使第一體積的所述第一組分與下列物質(zhì)混合第二體積的所述第二組分，所述第二組分是具有的化學(xué)計量空燃體積比高于所述二組分混合燃料的所述至少一種燃料組分；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分是具有的化學(xué)計量空燃體積比低于所述二組分混合燃料的所述另外的燃料組分；并且計算所述第二體積和第三體積以使所述第一三組分混合燃料的化學(xué)計量空燃體積比基本上等于所述第二已知的二組分混合燃料的化學(xué)計量空燃體積比。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述第二已知的多組分混合燃料基本僅包含乙醇和汽油。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料的制造方法，其中，所述已知的燃料基本包含40體積％ 85體積％的乙醇和60體積％ 15體積％的汽油。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料的制造方法，其中，所述已知的燃料基本包含85體積％的乙醇和15體積％的汽油。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述第一多組分燃料和所述已知的多組分燃料二者所共有的所述至少一種燃料組分是汽油。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述另外的燃料組分是
11.如權(quán)利要求10所述的燃料的制造方法，其中，所述另外的燃料組分是甲醇。
12.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述已知的多組分混合燃料基本僅包含甲醇和汽油。
13.如權(quán)利要求12所述的燃料的制造方法，其中，所述已知的燃料基本包含40體積％ 85體積％的甲醇和60體積％ 15體積％的汽油。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料的制造方法，其中，所述已知的燃料基本包含85體積％ 的甲醇和15體積％的汽油。
15.如權(quán)利要求12 14中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述第一多組分燃料和所述已知的多組分燃料二者所共有的所述至少一種燃料組分是汽油。
16.如權(quán)利要求12 15中任一項所述的燃料的制造方法，其中，所述另外的燃料組分是醇。
17.如權(quán)利要求16所述的燃料的制造方法，其中，所述另外的燃料組分是乙醇。
18.—種主要由乙醇、甲醇和汽油構(gòu)成的混合燃料，其中，選擇乙醇、甲醇和汽油各自的比例，從而提供與由85體積％的乙醇和15體積％的汽油組成的燃料相同的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比、相同的化學(xué)計量空燃體積比、相同的低熱值和/或相同的乙醇燃料傳感器的測定結(jié)果。
19.一種基本僅包含乙醇、汽油和第三組分的混合燃料，所述燃料用在為使用E85而構(gòu)造的內(nèi)燃發(fā)動機中，其中，所述混合燃料具有的乙醇的比例低于85%，而且所述混合燃料含有第一體積的乙醇和與乙醇混合的下列物質(zhì)第二體積的汽油；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分具有的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比低于E85的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比；并且其中計算所述第二體積和第三體積以使所述混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比基本上等于 E85的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比。
20.一種用于制造三組分混合燃料的方法，所述三組分混合燃料基本僅含有第一組分、 第二組分和第三組分；其中，所述三組分混合燃料具有所期望比例的所述第一組分和等于期望值的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比，所述方法包括使第一體積的所述第一組分與下列物質(zhì)混合第二體積的所述第二組分，所述第二組分具有高于所述期望值的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比；和第三體積的所述第三組分，所述第三組分具有低于所述期望值的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比，由此制造所述三組分混合燃料。
21.一種用于制造含有多種燃料組分的混合燃料的方法，所述方法包括混合選定體積的各燃料組分，由此制造所述混合燃料，其中至少一種燃料組分具有高于二組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比； 至少一種燃料組分具有低于所述二組分混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比；并且選擇各組分的體積以使所述混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比基本上等于期望值的化學(xué)計量空燃比。
22.如權(quán)利要求21所述制造混合燃料的方法，其中，所述化學(xué)計量空燃比的期望值等于在內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有設(shè)計中使用的現(xiàn)有燃料的化學(xué)計量空燃比。
23.如權(quán)利要求22所述的制造混合燃料的方法，其中，所述現(xiàn)有燃料是二組分混合燃料。
24.如權(quán)利要求23所述的制造混合燃料的方法，其中，所述現(xiàn)有燃料是基本僅有乙醇和汽油的混合物。
25.如權(quán)利要求23所述的制造混合燃料的方法，其中，所述現(xiàn)有燃料是基本僅有甲醇和汽油的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及混合多組分混合燃料的方法。所述方法包括選擇按照SI或HCCI燃燒方式運行的內(nèi)燃發(fā)動機所使用的已知的多組分混合燃料(例如，汽油與乙醇的混合物)作為初始參照物。所述方法包括混合能夠被同一發(fā)動機使用的替代性燃料，無需改動所述發(fā)動機，包括無需改動由其發(fā)動機管理系統(tǒng)所采用的操作狀態(tài)。所述替代性燃料是包含已知燃料的全部組分和另外的燃料組分(例如甲醇)的混合物。混合物的各組分按比例混合，所述比例使所述替代性燃料具有基本上等于所述已知的混合燃料的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比的化學(xué)計量空燃質(zhì)量比或體積比；和/或基本上等于所述已知的混合燃料的低熱值的低熱值(例如，按照體積或重量測定的低熱值)；和/或在乙醇傳感器產(chǎn)生的響應(yīng)基本上等于所述已知的混合燃料的響應(yīng)。
文檔編號C10L1/182GK102414299SQ201080017628
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者R·J·佩爾森, 詹姆士·威廉·格里菲思·特納 申請人:蓮花汽車有限公司