Uso y método que implica una membrana para segregación y suministro de combustibles a un motor de ignición por chispa.

Uso de una membrana en un motor de combustión interna con ignición por chispa,

para segregar un primercombustible que tiene un número de octano Research (RON) mayor que 100, una tasa de combustión mayor que105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano a partir de combustibles sinplomo que hierven en el intervalo de la gasolina y formar un segundo combustible que tiene un RON menor que 90,una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% deisooctano,

definiéndose la tasa de combustión de los combustibles primero y segundo como 1/ángulos de cigüeñal para 90%de combustión completa y midiéndose en el momento del ciclo operativo del motor que corresponderespectivamente a condiciones distintas de carga baja y condiciones de carga baja,

midiéndose la velocidad de llama laminar del combustible primero y segundo a una temperatura y presiónrepresentativas de las condiciones en el motor, respectivamente en condiciones distintas de carga baja y encondiciones de carga baja,

siendo las condiciones de carga baja aquellas regiones del mapa de operación del motor a o por debajo de aquéllasen las cuales el motor puede hacerse funcionar con un avance de encendido mínimo para reglaje óptimo del par detorsión (MBT) con un combustible que tiene un RON de 90 sin la condición de detonación.

Uso y método que implica una membrana para segregación y suministro de combustibles a un motor de ignición por chispa.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general al uso de una membrana para segregar combustibles, un método para suministrar composiciones de combustible para motores y su uso en motores de combustión interna con ignición por chispa, especialmente aquéllos que tienen una relación de compresión (CR) de 11 o más. El suministro de combustible para el motor está adaptado para cumplir las condiciones de ciclo de marcha del motor, con inclusión de carga y velocidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Tanto las refinerías de petróleo como los fabricantes de motores se enfrentan constantemente al reto de mejorar continuamente sus productos para cumplir los requerimientos gubernamentales de eficiencia y emisiones cada vez más severos, y los deseos del consumidor en cuanto a eficiencia mejorada. Por ejemplo, en la producción de un combustible adecuado para uso en un motor de combustión interna, los productores de petróleo mezclan una 15 pluralidad de corrientes que contienen hidrocarburos para fabricar un producto que cumpla las regulaciones gubernamentales de emisiones de la combustión y los criterios de eficiencia del combustible de los fabricantes de motores, tales como el número de octano Research (RON) . Análogamente, los fabricantes de motores diseñan convencionalmente motores de combustión interna del tipo de ignición por chispa en torno a las propiedades del combustible. Por ejemplo, los fabricantes de motores procuran inhibir en el máximo grado posible el fenómeno de auto-ignición que típicamente da como resultado detonación y, potencialmente, deterioro del motor, cuando se quema en el motor un combustible con resistencia insuficiente a la detonación.

En las situaciones de marcha típicas, los motores operan en una extensa gama de condiciones que dependen de muchos factores que incluyen las condiciones del ambiente (temperatura del aire, humedad, etc.) , carga del vehículo, velocidad, tasa de aceleración, y análogas. Los fabricantes de motores y los mezcladores de combustibles 25 tienen que diseñar productos que se comporten de modo satisfactorio en prácticamente la totalidad de dichas diversas condiciones. Esto requiere un compromiso, dado que muchas veces las propiedades de los combustibles o los parámetros del motor que son deseables en ciertas condiciones de velocidad/carga resultan perjudiciales para la eficiencia global en otras condiciones de velocidad/carga. Convencionalmente, los combustibles para automoción se suministran en dos o tres grados, distinguidos típicamente por su RON. Generalmente, la selección del grado del 30 combustible está basada en las especificaciones del motor. Sin embargo, una vez que el combustible se encuentra “a bordo”, se convierte en un “combustible para todo momento” y tiene que estar diseñado para acomodarse a diversas condiciones de velocidad, carga y otras condiciones de marcha. EP 1.057.988 A2 da a conocer un aparato de suministro de combustible que suministra dos o más clases de combustible a un motor de acuerdo con las condiciones de operación, en el cual la gasolina se separa en dos combustibles separados por un destilador

fraccionado o un separador que utiliza gel de sílice. EP 0 466 469 da a conocer un método para separación de mixturas de aromáticos y no aromáticos en corrientes enriquecidas en aromáticos y no enriquecidas en aromáticos, por puesta en contacto de la mixtura con una membrana de polisulfona.

Un objeto de esta invención es emplear una membrana para segregar constituyentes aumentadores de octano de un tanque o depósito principal de combustible, y añadir luego el combustible segregado al suministro de combustible principal en respuesta a las condiciones del ciclo de marcha del motor.

Otro objeto de esta invención es establecer un procedimiento para proporcionar un motor con combustibles diseñados específicamente para mejorar la eficiencia del motor en condiciones de carga baja y alta del motor a partir de un solo combustible suministrado al vehículo.

Asimismo, los motores de ignición por chispa están diseñados generalmente para operar a una relación de 45 compresión (CR) de 10:1 o menor a fin de prevenir la detonación a carga alta. La Relación de compresión (CR) se define como el volumen del cilindro y la cámara de combustión cuando el pistón está en el Punto Muerto Inferior (BDC) dividido por el volumen cuando el pistón está en el Punto Muerto Superior (TDC) . Como es sabido, las CRs más altas, hasta aproximadamente 18:1, son óptimas desde el punto de vista de la maximización de la eficiencia térmica del motor a lo largo del intervalo de cargas. Una CR mayor conduce a mayor eficiencia térmica por

maximización del trabajo obtenible del ciclo teórico Otto (compresión/expansión del motor) . Las CRs mayores conducen también a tasas de combustión incrementadas, proporcionando una mejora adicional en la eficiencia térmica por creación de un enfoque más próximo a este ciclo Otto ideal. El uso de motores de ignición por chispa de alta relación de compresión, sin embargo, está limitado por el octano insuficientemente alto del combustible, como consecuencia de lo cual en la práctica es difícil suministrar solo el combustible con octano suficientemente alto 55 globalmente para permitir un aumento significativo en la relación de compresión sin sufrir detonación del motor a cargas altas.

Por consiguiente, otro objetivo de esta invención es facilitar el uso de motores de alta relación de compresión que consiguen una mayor eficiencia térmica a través del ciclo completo de marcha sin el problema de la detonación a carga alta por suministrar un combustible formulado específicamente derivado del combustible suministrado al vehículo.

En teoría, puede conseguirse una mayor eficiencia de operación del motor a ciertas cargas moderadas a altas por ajuste del reglaje del encendido más próximo al valor que proporciona el avance mínimo de la chispa para el par de 5 torsión óptimo conocido como par máximo de frenado (“MBT”) . La experiencia ha demostrado, sin embargo, que el ajuste del reglaje del encendido para permitir alcanzar el MBT no es práctico, dado que típicamente se produce detonación en condiciones de carga moderada a alta en momentos anteriores al MBT con las gasolinas disponibles comercialmente. En principio, la operación con un combustible de octano muy alto permitiría mantener en marcha el motor a MBT a lo largo de todo el ciclo de marcha. Sin embargo, un método preferido consiste en suministrar al

motor un combustible que tenga octano suficiente para aproximarse u operar en el MBT sin detonación, junto con otras propiedades de combustión adaptadas para optimizar la eficiencia. El sistema de suministro de combustible expuesto en esta memoria separa o extrae constituyentes del combustible de suministro que tienen o pueden impartir suficiente octano para aproximarse u operar en el MBT en condiciones de carga del motor variables.

Sin embargo, otro objeto adicional de la invención es proporcionar composiciones de combustible que permiten 15 ajustar el reglaje del encendido más próximo al que proporciona el MBT.

Actualmente los motores de ignición por chispa actuales son capaces de operar con combustibles conocidos a una ratio normalizada de combustible a aire (“φ”) : por debajo de 1, 0 en condiciones de carga baja a moderada. La ratio normalizada de combustible a aire es la ratio actual de combustible a aire divida por la ratio estequiométrica de combustible a aire. Adicionalmente, estos motores pueden operar con reciclo del gas de escape (EGR) , como el

diluyente “de empobrecimiento”, a una φ de 1, 0 o inferior. Debe entenderse que el EGR incluye tanto los gases de escape reciclados como los gases de combustión residuales. Un obstáculo para el funcionamiento del motor en tales condiciones pobres es la dificultad de establecer una combustión rápida y completa del combustible.

Otro objeto de esta invención es por consiguiente proporcionar un combustible de octano relativamente bajo menos resistente a la autoignición, de mayor velocidad de llama laminar, y de alta tasa de combustión para uso en 25 condiciones pobres a fin de acortar la duración de la combustión y mejorar con ello la eficiencia termodinámica. Una tasa de combustión más rápida sirve también para maximizar la conversión del combustible, aumentando con ello la economía global de combustible y reduciendo las emisiones. Como se conoce en la técnica, la autoignición del combustible a carga suficientemente alta puede plantear una... [Seguir leyendo]

1. Uso de una membrana en un motor de combustión interna con ignición por chispa, para segregar un primer combustible que tiene un número de octano Research (RON) mayor que 100, una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano a partir de combustibles sin plomo que hierven en el intervalo de la gasolina y formar un segundo combustible que tiene un RON menor que 90, una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano, definiéndose la tasa de combustión de los combustibles primero y segundo como 1/ángulos de cigüeñal para 90% de combustión completa y midiéndose en el momento del ciclo operativo del motor que corresponde respectivamente a condiciones distintas de carga baja y condiciones de carga baja, midiéndose la velocidad de llama laminar del combustible primero y segundo a una temperatura y presión representativas de las condiciones en el motor, respectivamente en condiciones distintas de carga baja y en condiciones de carga baja, siendo las condiciones de carga baja aquellas regiones del mapa de operación del motor a o por debajo de aquéllas en las cuales el motor puede hacerse funcionar con un avance de encendido mínimo para reglaje óptimo del par de torsión (MBT) con un combustible que tiene un RON de 90 sin la condición de detonación.

2. El uso de la reivindicación 1, en donde el combustible primero y segundo se mezclan en una ratio preseleccionada para obtener un tercer combustible que tiene un RON comprendido entre el del primer y el segundo combustible.

3. El uso de la reivindicación 1, en donde dicha membrana se selecciona para permear preferentemente los aromáticos.

4. El uso de la reivindicación 3, en donde dicha membrana se selecciona del grupo constituido por bisfenol-A polisulfona, membranas de polietersulfona, membranas de polisulfano reticulado, poliamida/poliadipato, poliimida/polisuccinato, poliimida/polimalonato, poliimida/polioxalato, poliimida/poliglutarato, poli (fluoruro de vinilo) y

poli (fluoruro de vinilideno) y composiciones de las mismas.

5. El uso de la reivindicación 4, en donde la membrana está soportada.

6. El uso de la reivindicación 5, en donde se mantiene un vacío comprendido en el intervalo que va desde 0, 05 bares a 0, 5 bares en el lado del producto permeado de la membrana.

7. El uso de la reivindicación 6, en donde se mantiene una presión en el intervalo de 2 bares a 200 bares en la 30 presión del grado de producto retenido de la membrana.

8. El uso de la reivindicación 7, en donde la presión se controla desde 3, 5 bares a 15 bares.

9. El uso de la reivindicación 2, en donde dicha mezcla se predetermina basándose en la operación de dicho motor a aproximadamente el par de frenado máximo (MBT) .

10. El uso de la reivindicación 3, en donde dicha membrana funciona para segregar más de 20% de 35 constituyentes aromáticos de dicho suministro de combustible.

11. Un método para suministrar una composición de combustible de motor para un motor de combustión interna con ignición por chispa, con combustibles sin plomo que hierven en el intervalo de la gasolina en donde ● se utiliza una membrana para segregar un primer combustible que tiene un RON mayor que 100, una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano con respecto a un segundo combustible que tiene un RON menor que 90, una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano, y

● dicho segundo combustible se suministra al motor en condiciones de carga baja y dicho primer combustible se suministra al motor en condiciones distintas de carga baja, definiéndose la tasa de combustión de los combustibles primero y segundo como 1/ángulos de cigüeñal para 90%

de combustión completa y midiéndose en el momento del ciclo operativo del motor correspondiente respectivamente a las condiciones distintas de carga baja y las condiciones de carga baja, midiéndose la velocidad de llama laminar del primer y el segundo combustibles a una temperatura y presión representativas de las condiciones del motor respectivamente en las condiciones distintas de carga baja y en las condiciones de carga baja, siendo las condiciones de carga baja aquellas regiones del mapa de operación del motor

a o por debajo de las cuales el motor puede hacerse funcionar con un avance de encendido mínimo para reglaje óptimo del par de torsión (MBT) con un combustible que tiene un RON de 90 sin la condición de detonación.