JP2000256683A - 筒内噴射式ガソリンエンジン用無鉛ガソリン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インジェクターおよびエンジンの清浄性、燃
焼性、加速性、低温運転性、及び環境汚染物質（特にす
すなど）排出量の低減に優れた筒内噴射式ガソリンエン
ジン用無鉛ガソリンの提供。 【解決手段】 ５０容量% 留出温度が１１０℃以下であ
り、９０容量% 留出温度が１６５℃以下であり、芳香族
分が４０容量% 以下であり、オレフィン分が２５容量%
以下であり、硫黄分が４８０質量ｐｐｍ以下であり、含
酸素化合物を酸素元素換算で０〜5 ．3 質量% 含有する
ことを特徴とする筒内噴射式ガソリンエンジン用無鉛ガ
ソリン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式ガソリ
ンエンジン用無鉛ガソリンに関し、詳しくはインジェク
ターおよびエンジンの清浄性、燃焼性、加速性、低温運
転性、ならびに環境汚染物質（特にすすなど）排出量の
低減に優れた筒内噴射式ガソリンエンジン用の無鉛ガソ
リンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、二酸化炭素による地球温暖化が問
題視されており、ガソリン自動車に対しては燃費を向上
させることが求められている。そこで、ガソリン自動車
の燃費を向上させる方法として希薄燃焼方式の一つであ
る筒内噴射式ガソリンエンジンが有望視されている。希
薄燃焼方式とは空燃比を理論空燃比（１４〜１５）より
大きく、すなわちガソリン混合気を希薄にすることで燃
費を向上させる方式であるが、空燃比を希薄化（例えば
空燃比２０〜２３）していくと燃焼の不安定化に伴って
トルク変動が大きくなるため、空燃比が希薄な条件下で
の燃焼を改善させることが求められている。また、従来
のガソリンエンジンでは吸気ポート内に配置されたイン
ジェクターよりガソリンを噴射するため、ガソリンの気
化遅れによる運転性の悪化が問題となっている。一方、
筒内噴射式ガソリンエンジンではシリンダー内に配置さ
れたインジェクターより直接ガソリンを燃焼室内に噴射
するため、プラグ近傍は濃い混合気を、燃焼室全体では
希薄な混合気を形成するといった成層混合気形成（例え
ば空燃比３０〜４０）が可能になり、ガソリンの気化遅
れや燃費を大幅に改善することができるが、ガソリン性
状が筒内噴射式ガソリンエンジンに与える影響について
は未知の部分が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】筒内噴射式ガソリンエ
ンジンではガソリンを燃焼室内に直接噴射し、かつ希薄
燃焼（例えば空燃比３０〜４０）を行うため、従来のガ
ソリンエンジンとは異なる問題が新たに発生する可能性
がある。例としては、従来より厳しい条件下にさらされ
る燃焼室内のインジェクター目詰まり、燃焼室壁面の潤
滑油にガソリンが溶け込むことで起きるオイル希釈、ピ
ストンの頂面に付着したガソリンの気化遅れによる運転
性悪化、希薄燃焼（例えば空燃比３０〜４０）における
燃焼性悪化などが挙げられる。

【０００４】本発明は、上記課題を解消するためになさ
れたものであり、筒内噴射式ガソリンエンジンに適した
無鉛ガソリンを提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために鋭意検討を行った結果、特定の蒸留性
状および特定の組成を有し、芳香族分、オレフィン分、
および硫黄分が特定の範囲にあり、かつ含酸素化合物を
酸素元素換算にして特定の割合で含有する無鉛ガソリン
が筒内噴射式ガソリンエンジンにおいて、清浄性、燃焼
性、加速性、低温運転性、ならびに環境汚染物質排出量
の低減に優れていることを見出し、本発明を完成させる
に至った。

【０００６】すなわち本発明は、下記の特徴を有する筒
内噴射式ガソリンエンジンに適した無鉛ガソリンを提供
するものである。 （１）５０容量% 留出温度が１１０℃以下、９０容量%
留出温度が１６５℃以下、芳香族分が４０容量% 以下、
オレフィン分が２５容量% 以下、硫黄分が４８０質量ｐ
ｐｍ以下、かつ含酸素化合物を酸素元素換算で０〜5 ．
3 質量% 含有することを特徴とする筒内噴射式ガソリン
エンジン用無鉛ガソリン。 （２）炭素数9 以上のパラフィン系炭化水素化合物、ナ
フテン系炭化水素化合物およびオレフィン系炭化水素化
合物と炭素数８以上の芳香族系炭化水素化合物の合計量
が２８容量％以下である請求項１記載の筒内噴射式ガソ
リンエンジン用無鉛ガソリン。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無鉛ガソリン
は、５０容量% 留出温度が１１０℃以下であることが必
要であり、好ましくは１００℃以下である。筒内噴射式
ガソリンエンジンにおいて５０容量% 留出温度が１１０
℃以下では、筒内におけるガソリンの気化性が良くなる
ため、ガソリンと空気の混合気形成が十分に行われ、エ
ンジンの始動性、加速性が向上する。また、希薄燃焼領
域での燃焼が安定する。

【０００８】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンは、９０容量% 留出温度が１６５℃以下であ
ることが必要であり、好ましくは１６０℃以下、更に好
ましくは１５０℃以下である。筒内噴射式ガソリンエン
ジンにおいて９０容量% 留出温度が１６５℃以下では、
エンジンオイル希釈が減少し、オイル劣化の進行が防が
れるばかりでなく、燃焼室内デポジットの減少、および
燃焼の安定化が図られる。なお、ここでいう５０および
９０% 容量% 留出温度とは、ＪＩＳＫ−２２５４「石油
製品−蒸留試験方法」により測定される値である。

【０００９】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンは、芳香族分が４０容量% 以下であることが
必要であり、好ましくは３５容量% 以下である。芳香族
分は分子内の結合力が強い、最低着火温度が高いなどの
性質を有するため、希薄燃焼性に劣ると考えられる。芳
香族分４０容量% 以下では、希薄燃焼時における燃焼が
安定し、未燃の炭化水素の減少などにより、排出ガスの
低減や出力の向上等の運転性が改善される。また、プラ
グの自己洗浄効果が持続し、着火性が改善されることか
らみても芳香族分の低下は好ましい。

【００１０】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンは、オレフィン分が２５容量% 以下であるこ
とが必要であり、好ましくは２０容量% 以下、さらに好
ましくは１０容量% 以下である。オレフィン分は分子内
に二重結合を有するため反応性に富み、熱による分解や
重合でガム質状の物質へと変質しやすい性質を持ってい
る。オレフィン分が２５容量% 以下では、このガム質状
物質のインジェクター噴孔内への堆積が抑制され、イン
ジェクターの流量低下や噴霧の悪化を防止する。なお、
ここでいう芳香族分およびオレフィン分とは、ＪＩＳＫ
−２５３６「石油製品−炭化水素タイプ試験方法」の蛍
光指示薬吸着法により測定される値である。

【００１１】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンは、硫黄分が４８０質量ｐｐｍ以下であるこ
とが必要であり、好ましくは１００質量ｐｐｍ以下、さ
らに好ましくは５０質量ｐｐｍ以下である。硫黄分４８
０質量ｐｐｍ以下では、ガソリン中のガム状物質の生成
が抑えられ、インジェクターデポジットの生成を抑制す
る。また、硫黄分含有量が高くなると、排出ガス処理触
媒（例えば三元触媒）の性能に害を及ぼし排出ガスを悪
化させる要因となる。なお、ここでいう硫黄分とは、Ｊ
ＩＳＫ−２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方
法」により測定される値である。

【００１２】本発明の筒内噴射ガソリンエンジン用無鉛
ガソリンは、含酸素化合物を酸素元素換算で０〜5 ．3
質量% 含有することが必要であり、好ましくは０〜３．
５質量% 含有することである。含酸素化合物が酸素元素
換算で５．３質量% 以下では、低温におけるエンジンの
始動性や加速性が改善され、排出ガス中の未燃の炭化水
素、ＮＯｘ（窒素酸化物），およびすすが減少する。な
お、ここでいうガソリンに配合される含酸素化合物と
は、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの
アルコール類、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）、ターシャリーアミルエチルエーテル（ＴＡＥＥ）
などのエーテル類のことを指す。なお、ここでいう含酸
素化合物とは、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−炭化
水素タイプ試験法」のガスクロ法に基づいて測定した値
である。

【００１３】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンは、炭素数9 以上のパラフィン系炭化水素化
合物、ナフテン系炭化水素化合物およびオレフィン系炭
化水素化合物と炭素数８以上の芳香族系炭化水素化合物
の合計量が２８容量％以下であることが必要である。本
発明の筒内噴射ガソリンエンジン用無鉛ガソリンにあっ
て、各指定炭化水素化合物の合計量が２８容量％以下で
は、希薄燃焼領域での燃焼が安定し、エンジンオイル希
釈、スモーク、およびデポジットなどが抑制される。な
お、ここでいう炭素数９以上のパラフィン系炭化水素化
合物とは、２，６−ジメチルヘプタン、２−メチルオク
タン、３−メチルオクタン、４−メチルオクタン、ノル
マルノナン等があり、炭素数９以上のナフテン系炭化水
素化合物とは、ジメチルシクロヘプタン（全ての置換異
性体を含む）、メチルシクロオクタン（全ての置換異性
体を含む）、ノルマルシクロノナン等があり、炭素数９
以上のオレフィン系炭化水素化合物とは、４−エチル−
３−ヘプテン、１−オクテン等がある。また、炭素数８
以上の芳香族系炭化水素としては、エチルベンゼン、キ
シレン（全ての置換異性体を含む）、ノルマルプロピル
ベンゼン、イソプロピルベンゼン、エチルメチルベンゼ
ン（全ての置換異性体を含む）等が挙げられる。なお、
ここでいう、炭素数９以上のパラフィン、ナフテン系炭
化水素化合物、８以上の芳香族炭化水素化合物とは、Ｊ
ＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−炭化水素タイプ試験
法」のガスクロ法に基づいて測定した値である。

【００１４】本発明の筒内噴射式ガソリンエンジン用無
鉛ガソリンには、インジェクターデポジット、燃焼室デ
ポジット（ＣＣＤ）を抑制する目的で、ポリエーテルア
ミン、ポリアルキルアミン、コハク酸イミドなどの清浄
分散剤を添加することが望ましい。清浄分散剤の種類、
添加量について特に制限はないが、より好ましくは、ポ
リエーテルアミン、ポリアルキルアミンをガソリン全量
に対し２００〜５００質量ｐｐｍ添加することが望まし
い。

【００１５】さらに本発明の筒内噴射式ガソリンエンジ
ン用無鉛ガソリンには必要に応じて、その他の燃料油添
加剤を1 種または2 種以上組み合わせて添加しても良
い。燃料油添加剤としては、フェノール系、アミン系等
の酸化防止剤、金属不活性化剤、氷結防止剤、アニオン
系界面活性化剤、カチオン系界面活性化剤、両性界面活
性化剤などの帯電防止剤、アゾ染料などの着色剤が挙げ
られる。これらの添加剤の添加量は任意であるが、通常
は添加剤の添加量がガソリン全量に対し、０．１質量%
以下とすることが望ましい。

【００１６】

【実施例】次に本発明を実施例および比較例によりさら
に具体的に説明する。実施例、比較例で用いたガソリン
基材（Ａ〜Ｏ）の組成、および性状を第１表−１〜第１
表−３に示す。

【００１７】（実施例1 〜６および比較例１〜７）第１
表−１〜第１表−３に示す組成、および性状を有する各
ガソリン基材を第２表〜第３表−２に示す割合で混合し
て、実施例１〜６、および比較例１〜７の無鉛ガソリン
を得た。得られた無鉛ガソリンの組成、および性状を第
2 表〜第３表−２に示す。これら実施例と比較例に示す
無鉛ガソリンを用いて、以下のエンジン試験を行った。
結果を第４表〜第７表に示す。

【００１８】（希薄燃焼限界試験）筒内噴射式ガソリン
エンジン単体を用いて、水温、吸入空気温度、湿度を常
態に保ち、燃料噴射終了時期、および点火時期を変化さ
せながらアイドル運転を行い、排ガス分析計にて炭化水
素濃度を測定する。炭化水素濃度にスパイクが所定回数
検出されると希薄燃焼が不安定になったと判断し、その
時の燃料噴射終了時期（横軸）、および点火時期（縦
軸）をグラフにプロットして希薄燃焼の限界を示す希薄
燃焼安定領域図を得、その希薄燃焼安定領域の面積を算
出した。希薄燃焼安定領域の評価は、実施例１の希薄燃
焼安定領域面積を基準とした時の相対比で行い、面積比
が大きく減少した場合を不可とした。その結果を第４表
に示す。第４表より、筒内噴射式ガソリンエンジンでは
芳香族分が増加する（例えば５０容量% ）、および５０
％留出温度が高く（例えば１２５℃）なると希薄燃焼安
定領域面積が狭くなる傾向にあるが、本実施例（例えば
芳香族分３６容量% および５０％留出温度１１０℃）で
は、希薄燃焼安定領域面積の減少が少なくなり、燃焼が
安定し、良好となることが分かる。

【００１９】（始動性および加速試験）筒内噴射式ガソ
リンエンジン単体を用いて、吸入空気の温度および湿度
を常態に保ち、水温は冷態、半冷態、常態時の３条件で
過渡時の運転性評価を行った。過渡時の運転性は、実車
のドライバビリティ評価と相関のある、所定の緩加速運
転時における空燃比の挙動変化（Δλ）で評価した。こ
こで、空燃比挙動変化（Δλ）は、 空燃比挙動変化（Δλ）＝[ （加速開始直後の空燃比リ
ーンピーク）−（加速開始直前の空燃比）] ／（各試料
油の理論空燃比） により定義した。始動性評価は、スムーズに始動：○、
不良：×とした。運転性評価は実施例３の常態時の空燃
比挙動変化（Δλ）を基準とした時の相対比で行い、良
好（○）、やや良好（△）、不良（×）とした。その結
果を第５表に示す。第５表より、筒内噴射式ガソリンエ
ンジンでは５０％留出温度が高く（例えば１２５℃）な
る、および酸素含有量が増加（例えば酸素元素換算で
５．４容量%）すると始動性、運転性が悪くなる傾向に
あるが、本実施例（例えば５０％留出温度１０９℃、酸
素含有量３．７容量% ）では、始動性、運転性は良好と
なることが分かる。

【００２０】（スモーク試験）筒内噴射式ガソリンエン
ジン単体で、油水温を冷態に保ち、無負荷にてスロット
ル開度を０% から全開へ所定時間で開ける運転を行い、
スモーク濃度を測定した。なお、スモークの評価はスモ
ーク濃度の測定結果をもとに、スモークを視認できない
レベル（良好）：「○」、スモークをかすかに視認でき
るレベル（やや良好）：「△」、スモークを確実に視認
できるレベル（不良）：「×」の三段階でおこなった。
その結果を第６表に示す。第６表より、筒内噴射式ガソ
リンエンジンでは、芳香族分が増加する（例えば５０容
量%)、５０％留出温度（例えば１２５℃）および９０％
留出温度（例えば１８０℃）が高くなるとスモークが増
す傾向にあるが、本実施例（例えば芳香族分３６容量%
、５０％留出温度１００℃、９０％留出温度１５２
℃）では、良好な結果が得られることが分かる。

【００２１】（耐久試験）筒内噴射式ガソリンエンジン
単体を、エンジン出力の最高点となるエンジン回転数で
全負荷、アイドリング、停止を１サイクルとして、所定
サイクル運転し、試験後のインジェクターの流量低下
率、燃焼室デポジット、およびエンジンオイルのガソリ
ン希釈量を測定した。評価は実施例５の値を基準とした
時の相対比で行い、その結果を第７表に示す。なお、良
否の判断は、インジェクターの流量低下率、エンジンオ
イルのガソリン希釈量、燃焼室デポジット量が所定の値
未満である場合を良好（○）とした。第７表より、筒内
噴射式ガソリンエンジンでは、９０％留出温度が高くな
る（例えば１６５℃を超える）とオイル希釈の増加およ
び燃焼室デポジットの増加傾向がみられ、オレフィン分
が増加する（例えば２５容量% を超える）および硫黄分
が増加する（例えば４８０質量ｐｐｍを超える）とイン
ジェクターの流量が低下する傾向にあるが、本実施例
（例えば９０容量%留出温度１５６．５℃、オレフィン
分８．８容量% 、硫黄分５２質量ｐｐｍ）では、インジ
ェクターの流量低下、オイル希釈および燃焼室デポジッ
トが少なくなり、良好な結果が得られることが分かる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】

【表７】

【００２９】

【表８】

【００３０】

【表９】

【００３１】

【表１０】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の筒内噴射
式ガソリンエンジン用無鉛ガソリンは、インジェクター
およびエンジンの清浄性、燃焼性、始動性、加速性、な
らびに環境汚染物質（特にすす）の低減に効果があり、
筒内噴射式エンジン搭載車の燃料として、実用上極めて
有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 健一郎 神奈川県川崎市川崎区扇町４番１号 三菱 石油株式会社開発研究所内 (72)発明者 田代 圭介 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 伊藤 繁 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 鮫島 明 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4H013 CD02 CD06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５０容量% 留出温度が１１０℃以下であ
   り、９０容量% 留出温度が１６５℃以下であり、芳香族
   分が４０容量% 以下であり、オレフィン分が２５容量%
   以下であり、硫黄分が４８０質量ｐｐｍ以下であり、含
   酸素化合物を酸素元素換算で０〜5 ．3 質量% 含有する
   ことを特徴とする筒内噴射式ガソリンエンジン用無鉛ガ
   ソリン。
2. 【請求項２】 炭素数9 以上のパラフィン系炭化水素化
   合物、ナフテン系炭化水素化合物およびオレフィン系炭
   化水素化合物と炭素数８以上の芳香族系炭化水素化合物
   の合計量が２８容量％以下である請求項１記載の筒内噴
   射式ガソリンエンジン用無鉛ガソリン。