Uso de una pluralidad de combustibles que comprende al menos un primer combustible sin plomo y un segundocombustible sin plomo,

hirviendo cada uno en el intervalo de la gasolina, en un motor de combustión interna deencendido por chispa que tiene una relación de compresión, CR, de 11 o más, en el queel primer combustible, que es una mezcla de hidrocarburos con más de 45% en volumen de compuestos aromáticosy que tiene un RON mayor que 100, y en condiciones de carga elevada, en las regiones del mapa de funcionamientoen las que, en el avance de la chispa mínimo para el mejor reglaje del par (MBT), se produce detonación con unagasolina de RON 98, una tasa media de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminarmayor que 105% de isooctano, se usa en el extremo superior de la escala de carga del motor;el segundo combustible, que es una mezcla de hidrocarburos con menos de 20% en volumen de compuestosaromáticos que tiene un RON menor que 90, y en condiciones de baja carga, en las regiones del mapa defuncionamiento del motor a o por debajo de las cuales el motor se puede hacer funcionar a un reglaje MBT con uncombustible que tiene un RON de 90 sin detonación, una tasa media de combustión mayor que 105% de isooctano,una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano, se usa en el extremo inferior de la escala de cargadel motor

Ajuste de la composición de combustible para condiciones de ciclo de conducción en motores de encendido por chispa de inyección.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere generalmente al uso de composiciones de combustible para motor en motores de combustión interna, de encendido por chispa de inyección de combustible por puerto o directa, especialmente aquellos que tienen una relación de compresión (CR) de 11 o más.

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 satisfacer los requisitos gubernamentales cada vez mayores de eficiencia y de emisión, y los deseos de los consumidores de un mejor comportamiento. Por ejemplo, a la hora de producir un combustible adecuado para uso en un motor de combustión interna, los productores de petróleo mezclan una pluralidad de corrientes que contienen hidrocarburos para producir un producto que satisfará las regulaciones de emisión de combustión gubernamentales y los criterios de rendimiento del combustible de los fabricantes de motores, tales como el índice de octano de investigación (RON) . De forma similar, los fabricantes de motores diseñan convencionalmente motores de combustión interna de tipo encendido por chispa alrededor de las propiedades del combustible. Por ejemplo, los fabricantes de motores se esfuerzan en inhibir lo más posible el fenómeno de autoencendido que da típicamente como resultado detonación y potencialmente daño al motor cuando se quema en el motor un combustible con una resistencia insuficiente a la detonación.

En situaciones de conducción típicas, los motores funcionan bajo un amplio intervalo de condiciones, dependiendo de muchos factores que incluyen las condiciones ambientales (temperatura del aire, humedad, etc.) , carga del vehículo, velocidad, tasa de aceleración, y similares. Los fabricantes de motores y los mezcladores de combustibles tienen que diseñar productos que se comporten bien bajo tales condiciones diversas. Esto requiere naturalmente un compromiso, puesto que a menudo las propiedades del combustible o los parámetros del motor que son deseables en ciertas condiciones de velocidad/carga demuestran ser perjudícales para el comportamiento global en otras condiciones de velocidad/carga.

Un objeto de esta invención es proporcionar un motor con combustibles diseñados específicamente para mejorar el comportamiento del motor en condiciones de carga baja y alta del motor.

Otro objeto de la invención es proporcionar un motor con combustibles diseñados específicamente para mejorar el comportamiento del motor durante el ciclo de conducción.

También, los motores de encendido por chispa se diseñan generalmente para funcionar a una relación de compresión (CR) de 10:1 o inferior, para evitar la detonación a carga elevada. Como se sabe, mayores CRs, hasta alrededor de 18:1 son óptimas desde el punto de vista de la maximización de la eficiencia térmica del motor a lo largo del intervalo de carga. La relación de compresión (CR) se define como el volumen del cilindro y cámara de combustión cuando el pistón está en el punto muerto inferior (BDC) dividido entre el volumen cuando el pistón está en el punto muerto superior (TDC) . Una mayor CR conduce a una mayor eficiencia térmica al maximizar el trabajo obtenible del ciclo de Otto (compresión/expansión del motor) teórico. Mayores CRs también conducen a mayores tasas de combustión, dando una mejora adicional en la eficiencia térmica al crear un enfoque más parecido a este ciclo de Otto ideal. El uso de motores de encendido por chispa de relación de compresión elevada está limitado, sin embargo, por el octano del combustible insuficientemente elevado, puesto que en la práctica es difícil suministrar un único combustible con un octano suficientemente elevado global para permitir un incremento significativo en la relación de compresión sin que se produzcan detonaciones del motor a cargas elevadas.

Por lo tanto, otro objeto de esta invención es facilitar el diseño de motores de relación de compresión elevada que logren una mayor eficiencia térmica durante todo el ciclo de conducción sin el problema de la detonación a una carga elevada.

En teoría, se puede lograr una operación del motor con mayor eficiencia en ciertas cargas moderadas a elevadas ajustando el reglaje del encendido por chispa hasta el valor más cercano que proporcione un reglaje de la chispa MBT. MBT se define como el avance mínimo de la chispa para el mejor par. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que el ajuste del reglaje del encendido para permitir que se alcance el MBT no es práctico puesto que la detonación se produce típicamente en condiciones de carga moderada a elevada a puntos de tiempo mucho más anteriores que MBT con gasolinas comercialmente disponibles. En principio, el funcionamiento con un combustible de octano muy elevado permitiría hacer funcionar al motor a MBT durante el ciclo de conducción. Se mostrará más abajo que un enfoque más preferido es suministrar al motor un combustible que tiene un octano suficiente para acercarse o funcionar a MBT sin detonación, junto con otras propiedades de combustión personalizadas para optimizar el rendimiento.

Actualmente los motores de encendido por chispa son capaces de funcionar con combustibles conocidos a una relación normalizada de combustible a aire (“<”) por debajo de 1, 0 en condiciones de carga baja a moderada. La

relación normalizada de combustible a aire es la relación real de combustible a aire dividida entre la relación estequiométrica de combustible a aire. Además, estos motores se pueden hacer funcionar con recirculación de los gases de escape (EGR) como el diluyente “de empobrecimiento”, a una c de 1, 0 o menor. EGR se entiende que incluye tanto gases de escape reciclados así como gases de combustión residuales. Un reto asociado con el funcionamiento de la mezcla pobre del motor es la dificultad de establecer una combustión rápida y completa del combustible.

También, la provisión de un motor con una combustible de tasa de combustión elevada para uso en condiciones pobres acorta la duración de la combustión y mejora de ese modo la eficiencia termodinámica. Una tasa de combustión más rápida también sirve para maximizar la conversión del combustible, incrementando de ese modo la economía global del combustible y reduciendo las emisiones. Como es conocido en la técnica, el autoencendido del combustible a cargas suficientemente elevadas puede plantear una amenaza de daño mecánico al motor, es decir, detonación. Sin embargo, a ciertas condiciones de carga baja, por ejemplo operación estratificada pobre, el autoencendido del combustible puede ser beneficioso para el funcionamiento global del motor al optimizar las características de combustión, que da como resultado emisiones reducidas del motor y una mayor eficiencia.

Otras ventajas de la invención serán manifiestas a partir de la lectura de esta memoria descriptiva.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un aspecto de la invención es el uso de una pluralidad de composiciones de combustible sin plomo para uso en el funcionamiento de un motor de combustión interna de encendido por chispa que tiene una CR de 11 o más, cada una de cuyas composiciones tiene propiedades de combustión predeterminadas diferentes, adecuadas para uso en condiciones de funcionamiento del motor preseleccionadas, para mejorar uno o más de la eficiencia del combustible y emisiones de la combustión.

Según la invención, se proporciona al menos una primera y una segunda composición de combustible, teniendo el primer combustible propiedades de combustión suficientes para mejorar su combustión en condiciones de carga del motor elevada, y teniendo el segundo combustible propiedades de combustión suficientes para mejorar su combustión en condiciones de carga de motor baja.

Los combustibles para uso en condiciones de carga baja son aquellos combustibles sin plomo como menos de 20% en volumen de compuestos aromáticos que hierven en el intervalo de ebullición de la gasolina que tienen un RON menor que 90 y una tasa media de combustión en el motor, definida como 1/ángulos del cigüeñal para una terminación de la combustión del 90%, >105% de isooctano en este momento en el ciclo de funcionamiento del motor, y una velocidad de llama laminar >105% de isooctano... [Seguir leyendo]

1. Uso de una pluralidad de combustibles que comprende al menos un primer combustible sin plomo y un segundo combustible sin plomo, hirviendo cada uno en el intervalo de la gasolina, en un motor de combustión interna de encendido por chispa que tiene una relación de compresión, CR, de 11 o más, en el que

el primer combustible, que es una mezcla de hidrocarburos con más de 45% en volumen de compuestos aromáticos y que tiene un RON mayor que 100, y en condiciones de carga elevada, en las regiones del mapa de funcionamiento en las que, en el avance de la chispa mínimo para el mejor reglaje del par (MBT) , se produce detonación con una gasolina de RON 98, una tasa media de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano, se usa en el extremo superior de la escala de carga del motor;

el segundo combustible, que es una mezcla de hidrocarburos con menos de 20% en volumen de compuestos aromáticos que tiene un RON menor que 90, y en condiciones de baja carga, en las regiones del mapa de funcionamiento del motor a o por debajo de las cuales el motor se puede hacer funcionar a un reglaje MBT con un combustible que tiene un RON de 90 sin detonación, una tasa media de combustión mayor que 105% de isooctano, una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano, se usa en el extremo inferior de la escala de carga del motor.

2. El uso de la reivindicación 1, que incluye el uso de al menos un tercer combustible que tiene un RON entre aquellos del primer y segundo combustible, y en condiciones de carga media una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano.

3. El uso de la reivindicación 2, en el que el tercer combustible se mezcla del primer y segundo combustible.

4. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho primer combustible tiene más de 55% de compuestos aromáticos.

5. El uso de la reivindicación 4, en el que dicho primer combustible tiene 60% de compuestos aromáticos.

6. Un método para hacer funcionar un motor de combustión interna de encendido por chispa que tiene una CR de 11

o más, que comprende:

quemar un primer combustible sin plomo que es una mezcla de hidrocarburos con más de 45% en volumen de compuestos aromáticos y que tiene un RON mayor que 100, una tasa de combustión mayor que 105% de isooctano y una velocidad de llama la minar mayor que 105% de isooctano en condiciones de carga elevada, en las regiones del mapa de funcionamiento en las que, en el avance mínimo de la chispa para el mejor reglaje del par (MBT) , se produce detonación con una gasolina de RON 98; y

quemar en condiciones de carga baja, en las regiones del mapa de funcionamiento de motor a las cuales o por debajo de las cuales el motor se puede hacer funcionar a un reglaje de MBT con un combustible que tiene un RON de 90 sin detonación, un segundo combustible sin plomo que es una mezcla de hidrocarburos con menos de 20% en volumen de compuestos aromáticos que tiene un RON menor que 90, y en condiciones de carga baja una tasa media de combustión mayor que 105% de isooctano, una velocidad de llama laminar mayor que 105% de isooctano.

7. El método de la reivindicación 6, que incluye quemar en condiciones de carga moderada el combustible de la reivindicación 2.