JP2000239674A - 直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴ガソリンエンジンに最適な直噴ガソリンエ
ンジン用無鉛ガソリンを提供する。 【解決手段】リサーチ法オクタン価８９〜１０１、５０
％留出温度７５〜１１０℃、１５℃密度０.７２〜０.７
８g/cm³にし、ガソリンの構成成分のうち、炭素数７〜
１２のノルマルパラフィン含有量と、炭素数９〜１１か
つリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有
量の合計量をガソリン全量基準で６〜２０容量％にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、直噴ガソリンエン
ジンの熱効率向上を実現する、直噴ガソリンエンジンに
適するガソリンに関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、地球環境保護や化石燃料枯渇など
の問題から、エンジンにはさらなる熱効率の向上、すな
わち燃料消費量の低減が求められている。その解決の一
つとして、燃料消費量の少ない直噴ガソリンエンジンを
搭載した車両が発売されている。従来のガソリンエンジ
ンは、燃焼室の外側に設置されたインジェクタもしくは
キャブレターから燃料を供給し、燃焼室内に混合気を吸
入し、その後、点火プラグにより燃焼室内に濃度的にほ
ぼ均一に分布した混合気に着火が行われ燃焼が行われ
る。それに対し、直噴ガソリンエンジンは、先端が燃焼
室内に露出するようにインジェクタを設置し、燃焼室内
に空気のみを吸入し、燃焼室内に燃料を直接噴射する。
そのため、直噴ガソリンエンジンは、エンジンの圧縮行
程後半に燃料を噴射し、点火プラグ周辺に混合気を集中
させ、全体として非常に希薄な混合気で燃焼を行うこと
ができる。この一般的に成層燃焼と呼ばれる燃焼形態で
エンジンを運転することにより、燃料消費量の低減を実
現している。この成層燃焼の燃焼形態は直噴ガソリンエ
ンジンでのみ実現可能である。

【０００３】ところで、この燃焼形態ではエンジンに供
給される燃料の絶対量が少ないため、大きな出力を発生
させることができず、高出力が要求されるときは吸気行
程に燃料を噴射し、燃焼室内に濃度的にほぼ均一の混合
気を形成させ、一般的に均一燃焼と呼ばれる燃焼形態で
エンジンが運転される。従って、直噴ガソリンエンジン
においては、均一燃焼の燃焼形態でのエンジンの運転を
できるだけ少なくし、成層燃焼の燃焼形態でのエンジン
の運転をできるだけ多くできる熱効率の優れたガソリン
が要望されている。上記のように直噴ガソリンエンジン
は燃料室内に燃料を直接噴射するため、従来のガソリン
エンジンとは異なる燃焼現象が発生する。特に、成層燃
焼は点火プラグ周辺に燃焼室内に噴射された燃料のほと
んどが集中するため、従来のガソリンエンジンで見られ
る燃焼形態とは異なる現象が起きる。そのため、その燃
料となるガソリンに対する要求性状も、従来のエンジン
で要求されるものと大きく異なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みなされたものであり、直噴ガソリンエンジン
に最適な直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンを提供す
ることを目的とする。特に、直噴ガソリンエンジンでの
み実現可能な、成層燃焼における熱効率を向上させるこ
とにより、燃料消費量のさらなる低減を実現する、直噴
ガソリンエンジンの特に成層燃焼に最適な無鉛ガソリン
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、直噴ガソリ
ンエンジンに最適なガソリンを得るよう鋭意研究を重ね
た結果、ガソリン中のある特定の物理性状を有する物質
の割合を増加させることにより、特に成層燃焼において
熱効率を向上させることができることを見出し、本発明
に至った。すなわち、本発明は、リサーチ法オクタン価
８９〜１０１、５０％留出温度７５〜１１０℃、１５℃
密度０.７２〜０.７８g/cm^３であり、ガソリンの構成成
分のうち、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量
と、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下
のイソパラフィン含有量の合計量がガソリン全量基準で
６〜２０容量％であることを特徴とする直噴ガソリンエ
ンジン用無鉛ガソリンである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の直噴ガソリンエンジン用
無鉛ガソリンのリサーチ法オクタン価は、８９〜１０１
であり、好ましくは８９〜１００、より好ましくは８９
〜９６、最も好ましくは８９〜９４である。リサーチ法
オクタン価が８９より低いと、特に均一燃焼においてエ
ンジンを損傷する可能性があるノッキングを引き起こす
可能性があり好ましくない。また、リサーチ法オクタン
価が１０１より高くても特に問題はないが、本発明によ
るガソリンはリサーチ法オクタン価が低いパラフィンの
配合割合が多いため、ガソリン全体のリサーチ法オクタ
ン価を１０１より高くすることが難しくなる。ここで、
リサーチ法オクタン価とはＪＩＳ Ｋ ２２８０「石油
製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びに
セタン指数算出方法」により規定されているリサーチ法
オクタン価のことを示す。

【０００７】本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
リンの５０％留出温度は、７５〜１１０℃であり、好ま
しくは８０〜１０５℃、さらに好ましくは８５〜１０３
℃であることが望ましい。これが、７５℃に満たない場
合は低温運転性、常温運転性に不具合を生じる可能性が
あり、１１０℃を越える場合には、加速性の悪化が生じ
る可能性がある。また、９０％留出温度については何ら
制限はないが、好ましくは１８０℃以下、より好ましく
は１７０℃以下、最も好ましくは１６０℃以下であるこ
とが望ましい。これが１８０℃を越えると排気ガスの悪
化やエンジンの潤滑油がガソリンにより希釈される可能
性がある。ここで言う５０％留出温度及び９０％留出温
度とはＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方
法」により規定されている常圧法蒸留試験方法により得
られる、ガソリン全量の５０容量％及び９０容量％が留
出する温度のことを示す。

【０００８】本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
リンの１５℃密度は、０.７２〜０.７８ｇ／ｃｍ^３であ
り、好ましくは０.７２５〜０.７６ｇ／ｃｍ^３であるこ
とが望ましい。これが０.７２ｇ／ｃｍ^３に満たない
と、燃料消費率が悪化する可能性があり、０.７８ｇ／
ｃｍ^３を越えると加速性の悪化が生じる可能性がある。
ここで言う１５℃密度とはＪＩＳ Ｋ ２２４９「原油
及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算
法」により規定されている１５℃における試料の密度の
ことを示す。

【０００９】本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
リンにおいてガソリン構成成分のうち、炭素数７〜１２
のノルマルパラフィン含有量と炭素数９〜１１かつリサ
ーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量の合
計量はガソリン全量基準で６〜２０容量％であり、好ま
しくは６.５〜１８容量％、さらに好ましくは７〜１７
容量％、最も好ましくは７.５〜１５容量％である。こ
れが６容量％より少ないと、熱効率向上の効果が少な
く、２０容量％より多いとガソリン全体のリサーチ法オ
クタン価を本発明で規定する最低８９より高くすること
が難しくなる。炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含
有量は特に規定しないが、ガソリン全量基準で２〜２０
容量％であることが望ましく、好ましくは３〜１８容量
％、さらに好ましくは４〜１６容量％、最も好ましくは
５〜１４容量％であることが望ましい。これが２容量％
より少ないと熱効率向上の効果が少なく、２０容量％よ
り多いとガソリン全体のリサーチ法オクタン価を本発明
で規定する最低８９より高くすることが難しくなる。こ
こで、炭素数７〜１２のノルマルパラフィンとはノルマ
ルヘプタン、ノルマルオクタン、ノルマルノナン、ノル
マルデカン、ノルマルウンデカン、ノルマルドデカンの
ことを示す。これらのノルマルパラフィンは、１種のみ
で用いてもよいし、２種以上の混合物で用いてもよい。
炭素数７〜１２のノルマルパラフィンのうち、特に炭素
数７〜８のノルマルパラフィンが好ましい。

【００１０】炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価
２０以下のイソパラフィン含有量は特に規定しないが、
２０容量％以下であることが望ましく、好ましくは１０
容量％以下であることが望ましい。この含有量が少なく
ても、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量との
合計量がガソリン全量基準で６容量％以上であれば、熱
効率向上の効果を実現できるが、２０容量％より多いと
ガソリン全体のリサーチ法オクタン価を本発明で規定す
る最低８９より高くすることが難しくなる。ここで、炭
素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソ
パラフィンとしては、３エチルヘプタン、４エチルヘプ
タン、２メチルオクタン、３メチルオクタン、４メチル
オクタン、２，５ジメチルオクタン、２，６ジメチルオ
クタン、２メチルノナン、３メチルノナン、４メチルノ
ナン、５メチルノナン、２メチルデカン、３メチルデカ
ン、４メチルデカン、５メチルデカンなどが挙げられ
る。これらのイソパラフィンは、１種のみで用いてもよ
いし、２種以上の混合物で用いてもよい。

【００１１】本発明のガソリンは、通常のガソリンに本
発明で規定するノルマルパラフィンやイソパラフィンを
配合させることにより製造することも可能であるが、任
意のガソリン基材を調合して製造することも可能であ
る。ここで用いられるガソリン基材としては、原油を常
圧蒸留してして得られる軽質ナフサや重質ナフサ、接触
分解法や水素化分解法などにより得られる分解ガソリ
ン、オレフィンの重合により得られる重合ガソリン、イ
ソブタンなどの炭化水素の低級オレフィンを付加（アル
キル化）することにより得られるアルキレート、軽質ナ
フサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる
異性化ガソリン、脱ノルマルパラフィン油、ブタン、芳
香族炭化水素などが挙げられる。当然ではあるが、これ
らのガソリン基材を本発明で規定する範囲内に調合する
ことが必要である。

【００１２】本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
リンの含酸素化合物の含有量は何ら制限はないが、ガソ
リン全量基準で酸素元素換算で０〜２．７重量％、好ま
しくは０〜２重量％であることが望ましい。これが２．
７重量％を越える場合、燃料消費率が悪化し、排気ガス
中のＮＯｘが増加する可能性がある。ここで言う含酸素
化合物としては、エタノール、イソブタノール等のアル
コール化合物、メチルターシャリーブチルエーテル（Ｍ
ＴＢＥ）、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢ
Ｅ）、ターシャリーアミルメチルエーテル（ＴＡＭ
Ｅ）、ジイソプロピルエーテル（ＤＩＰＥ）等のエーテ
ル化合物などが挙げられる。

【００１３】本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
リンには必要に応じて、公知の添加剤を添加することが
できる。このような添加剤としては清浄分散剤、酸化防
止剤、金属不活性剤、表面着火剤、氷結防止剤、助燃
剤、帯電防止剤、着色剤、錆止め剤、識別剤、着臭剤な
どが挙げられる。これらの添加剤を必要に応じ１種、ま
たは２種以上添加することができる。この場合、合計添
加量はガソリン全量基準で０．１重量％以下とすること
が望ましい。

【００１４】本発明による直噴ガソリンエンジン用無鉛
ガソリンは、リサーチ法オクタン価が８９以上であるた
め、ノッキングの発生しやすい均一燃焼においても問題
なく使用することが可能であり、また、直噴ガソリンエ
ンジンにおいて燃料消費量を低減する成層燃焼において
は、本発明のガソリンにより熱効率が向上する結果、燃
料消費量のさらなる低減を実現できることから、直噴ガ
ソリンエンジンの特に成層燃焼に最適なガソリンであ
る。

【００１５】また、本発明による直噴ガソリンエンジン
用無鉛ガソリンは、直噴ガソリンエンジンに最適なガソ
リンであることは言うまでもないが、現在のガソリンエ
ンジンの主流であるポート噴射式エンジンやキャブレタ
ー式エンジンに対しても全く問題なく使用することが可
能である。動力源としてエンジンの他にモーターを使用
するハイブリッド自動車においては、エンジンは熱効率
が高い条件で運転され、また、モーターによる補助動力
もあるためエンジンで発生する出力はさほど必要としな
い。そのため、このエンジンとして直噴ガソリンエンジ
ンを使用した場合、出力がそれほど大きくない成層燃焼
のみで運転することも可能である。この時、本発明のガ
ソリンを使用すればエンジン熱効率のさらなる向上を実
現する結果、燃料消費量のさらなる低減を図ることがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下に、実施例および比較例により本発明を
さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例により何
ら制限されるものではない。

【００１７】比較例 市販のプレミアムガソリンであるリサーチ法オクタン価
９９．０のガソリンＡ、及び市販のレギュラーガソリン
であるリサーチ法オクタン価９０.３のガソリンＢを用
いた。

【００１８】実施例 ガソリンＡに炭素数７のノルマルパラフィンであるノル
マルヘプタンを１０容量％配合したガソリンＣ、ガソリ
ンＡに炭素数８のノルマルパラフィンであるノルマルオ
クタンを８容量％配合したガソリンＤ、ガソリンＢにノ
ルマルヘプタンとノルマルオクタンを多く含有する直留
重質ナフサ、及び軽質分解ガソリン、改質ガソリン、メ
チルターシャリーブチルエーテルを配合したガソリンＥ
を調製した。表１に、各種ガソリン基材の性状を示し、
表２にガソリンＡ〜Ｅ中の各種ガソリン基材の配合割合
を示した。また、表３に本実施例及び比較例で使用した
ガソリンのリサーチ法オクタン価、５０％留出温度、９
０％留出温度、１５℃密度、ガソリン中の炭素数７〜８
のノルマルパラフィンの含有量、炭素数７〜１２のノル
マルパラフィン含有量、炭素数９〜１１かつリサーチ法
オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量、及びこれ
らの合計量を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】ガソリンの性能試験 実施例および比較例のガソリンの性能試験は、ボア８１
ｍｍ、ストローク８９ｍｍ、排気量４５８ｃｃ、圧縮比
１２の単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、このエン
ジンを成層燃焼で運転した時の図示熱効率を測定するこ
とにより行った。ここで、図示熱効率とは、燃焼室内で
燃焼により発生した仕事を、エンジンに供給した熱量で
除したものであり、この値が高いほど供給した燃料が効
率よく仕事に転換される、すなわち図示熱効率が高いほ
ど燃料消費量の低減が実現できることになる。そのた
め、図示熱効率が高いほどエンジンにとっては望まし
い。

【００２３】ガソリンの性能試験（１） 通常、車両に搭載されたガソリンエンジンは、車速やス
ロットル開度等の走行条件の変化により点火時期が時々
刻々変化する。点火時期が変化するとエンジンの燃焼状
態も変化し、結果として熱効率も変化する。そこで、単
気筒エンジンを吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期
を固定し、点火時期を変化させた表４の実験条件のもと
成層燃焼で運転した時の図示熱効率を測定し、燃料の違
いによる点火時期の影響を調べた。

【００２４】

【表４】

【００２５】図１に点火時期と図示熱効率の関係を示
す。ここで、図示熱効率はガソリンＡの点火時期２８Ｂ
ＴＤＣにおける図示熱効率で無次元化した相対図示熱効
率として示してある。これより、本実施例で示したガソ
リンは全ての点火時期において比較例とした通常のガソ
リンより図示熱効率が高く、燃料消費量の低減が実現で
きることが解る。

【００２６】ガソリン性能試験（２） 通常、車両に搭載されたガソリンエンジンは、出力の変
化をスロットルの開閉、言い換えれば吸入空気量を変化
させ行う。そこで、単気筒エンジンを燃料噴射時期と点
火時期を固定し、吸入空気量と燃料噴射量を変化させた
表５の実験条件のもと成層燃焼で運転した。その時の図
示熱効率を測定し、燃料の違いによる吸入空気量、すな
わちスロットル開度の影響を調べた。

【００２７】

【表５】

【００２８】図２に吸入空気量と図示熱効率の関係を示
す。ここで、図示熱効率はガソリンＡの吸入空気量１２
２Ｌ／ｍｉｎにおける図示熱効率で無次元化した相対図
示熱効率として示してある。これより、本実施例で示し
たガソリンは全ての吸入空気量において比較例とした通
常のガソリンより図示熱効率が高く、燃料消費量の低減
が実現できることが解る。このように、ガソリン中の炭
素数７〜１２のノルマルパラフィンの含有量と、炭素数
９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラ
フィンの含有量の合計をガソリン全量基準で６〜２０容
量％とすることにより、図示熱効率を向上させることが
できる。すなわち、本発明のガソリンにより、直噴ガソ
リンエンジンにおけるさらなる燃料消費量の低減を実現
することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によるガソリンの使用により直噴
ガソリンエンジンの燃焼特性、特に成層燃焼における熱
効率を向上させる結果、さらなる燃料消費量の低減を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、ガソリ
ンの点火時期と図示熱効率の関係を示した図である。

【図２】単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、吸入空
気量と図示熱効率の関係を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小森谷 晴夫 埼玉県幸手市権現堂1134−２ 株式会社コ スモ総合研究所研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4H013 CB02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リサーチ法オクタン価８９〜１０１、５
   ０％留出温度７５〜１１０℃、１５℃密度０.７２〜０.
   ７８g/cm³であり、ガソリンの構成成分のうち、炭素数
   ７〜１２のノルマルパラフィン含有量と、炭素数９〜１
   １かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン
   含有量の合計量がガソリン全量基準で６〜２０容量％で
   あることを特徴とする直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソ
   リン。