JP2007182579A - リーンバーンエンジン用燃料組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比の高い領域で安定に燃焼し、しかもエンジン出力の低下が少ないガソリンエンジン用燃料を提供する。
【解決手段】（１）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜２０容量部、重質接触分解ガソリン及びコーカーヘビーガソリンよりなる群から選ばれる１種以上のガソリンを２０〜５０容量部配合するか、更にこの接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分を、燃料組成物全体の１５容量％以下とするか、又は（２）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜５０容量部、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれる１種以上のガソリンを５〜５０容量部配合するか、更にこの接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分を、燃料組成物全体の１５容量％以下とした燃料組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガソリン組成物に関わり、特には、リーンバーンエンジンに用いても失火し難く、エンジン出力の低下も少ないガソリンエンジン用燃料組成物に関する。

自動車には、排気ガスに含まれる有害物質が少なく、かつ燃費が良好なことが要求される。燃費を良くする方法として、（１）エンジンの圧縮比を高めて熱効率を向上させる方法や、（２）空気過剰率を高めたリーンバーン燃焼により機械損失であるポンプロスを低減させる方法等が挙げられる。しかし、（１）のような圧縮比の高いエンジンは、高い出力が得られるメリットがあるため、一般に、高出力を目的に設計されているものが多く、燃費の向上を目的としているものは少ない。また圧縮比を高めると、ノッキングが起こりやすくなるため、オクタン価の高いガソリンが必要となる。しかし、市販ガソリンでは、高オクタン価のものでもオクタン価は１００程度であり、圧縮比を向上させるには限界がある。

このような理由から、一般に燃費低減の手段として、（２）のリーンバーンエンジンを用いる方法を採用する場合が多い。しかし、エンジンがリーンバーン領域で動作している場合は、空気過剰率が高くなり、燃焼が不安定になり易い。このため、出力低下・ドライバビリティの悪化・排気ガス性能の悪化が起こりやすくなる。このため、通常の空気過剰率は１．２程度が限界となる。

失火し難い燃料を得るには、脂肪族炭化水素を主体とし、軽質な燃料を用いればよいことが知られている。しかし、このような燃料は体積あたりの発熱量が低下するため、加速時等のエンジン出力が要求される燃料過剰領域〜量論混合比において、エンジン出力が低下する問題がある。

また、ガソリンエンジンに対する燃費向上の要求は、ますます高まっており、リーンバーンエンジンに限らず、通常のエンジンについても空気過剰率を高めた運転が要求されるようになってきた。このため、空気過剰率を高めても失火し難く、しかもエンジン出力の低下が少ないガソリン燃料が求められるようになってきた。

本発明は、かかる問題を解決しようとしたものであり、本発明の課題は、リーンバーンエンジンにおいて、空気過剰率を高めた場合に失火の恐れが少なく、しかもエンジン出力の低下が少ないガソリン燃料を提供することにある。

エンジン出力の低下を防ぐためには、接触改質ガソリン基材を配合した燃料が必須となる。本発明者等は、かかる燃料について、火炎速度が早い燃料を求めるため、ガソリンのオクタン価、蒸留性状等について検討した。しかし、オクタン価、蒸留性状等のパラメータを変えても、満足な結果が得られなかった。

検討を進めていくうちに、アルキレートガソリン基材、接触改質ガソリン基材及び軽質接触分解ガソリン基材を特定の組成で混合した燃料の火炎速度が早い（失火の少ない）ことを見出した。更に検討を進めた結果、（１）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜２０容量部、重質接触分解ガソリン及びコーカーヘビーガソリンよりなる群から選ばれた１種以上のガソリンを２０〜５０容量部配合した燃料、若しくはこの燃料の接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分が、燃料全体の１５容量％以下である燃料か、又は（２）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜５０容量部、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれた１種以上のガソリンを５〜５０容量部配合した燃料、若しくはこの燃料の接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分が、燃料全体の１５容量％以下である燃料の火炎速度が早いことを突き止め、本発明を完成させた。

本発明の燃料は、リーンバーン燃焼領域での火炎速度が速く、失火し難い。したがって、かかる燃料をリーンバーンエンジンで用いることにより、低負荷時にエンジン出力が安定し、必要以上に空燃比を低下させることがなくなる。このため、大幅な燃費の向上が可能になると予想される。

本発明のガソリンの基材としては、重質油を原料とし、シリカ−アルミナ系酸化物等に活性金属を担持した微粉状の触媒と流動状態で反応させることで得られる接触分解ガソリン、若しくはその軽質留分である軽質接触分解ガソリン又はコークス製造装置で減圧残渣等の重質油を熱分解するときに得られるコーカーライトガソリン、コーカーヘビーガソリン、或いはヘビーナフサ等を原料とし、水素と混合して白金系の粒状触媒を用いて得られる接触改質ガソリンや、イソブタン等の低級炭化水素にプロピレン等の低級オレフィンを付加してアルキル化することにより得られるアルキレートガソリンを使用する。これらの基材には、通常入手し得るものが使用できるが、本発明のガソリン燃料を製造するためには、コーカーライトガソリン基材、コーカーヘビーガソリン基材及び接触分解ガソリン基材について、蒸留性状に制限がある。

接触分解ガソリン基材であるが、前記（１）の燃料組成の場合は、９５％留出温度が１３０〜２３０℃、好ましくは１８０〜２３０℃の重質接触分解ガソリンを用いる。なお、本発明では、９５％留出温度が１３０〜２３０℃の接触分解ガソリンを重質接触分解ガソリンという。接触分解ガソリン基材の９５％留出温度が２３０℃を超えるようになると、火炎速度が低下し、得られる燃料が規格（ＪＩＳ Ｋ２２０２等）から外れることがあり、好ましくない。また、９５％留出温度が１３０℃を切るようになると、軽質化が進み過ぎ、やはり最終的に得られる組成物が前記燃料規格から外れることがあり、好ましくない。

一方、９５％留出温度が７０〜１１０℃程度の軽質留分は、火炎速度に優れている。そのため、前記（２）の燃料組成の場合は、軽質留分を必須とする。この接触分解ガソリン基材の９５％留出温度は、７０〜１１０℃、好ましくは７０〜８５℃の軽質留分を用いる。なお、本発明では、９５％留出温度が７０〜１１０℃の接触分解ガソリンを軽質接触分解ガソリンという。９５％留出温度が１１０℃を超えると、最終的に得られるガソリン組成物の火炎速度が低下するため好ましくない。また、７０℃を切るようになると、軽質化が進み過ぎ、最終的に得られるガソリン組成物が前記の燃料規格から外れることがある。

コーカーヘビーガソリン基材についても、接触分解ガソリン基材と同様に、前記（１）の燃料組成の場合には、９５％留出温度が１３０〜２３０℃、好ましくは１８０〜２３０℃のものを使用する。一方、前記（２）の燃料組成に用いるコーカーライトガソリン基材は、前述したような燃料規格に合致させるために、９５％留出温度が７０〜１１０℃、好ましくは７０〜８５℃のものを使用する。

接触改質ガソリン基材については、前記（１）及び（２）の燃料組成共に、特に制限されず、通常のものを使用することができる。通常のものの一般的な性状は、初留点が７０〜１００℃、９５％留出温度が１３０〜１７５℃である。

また、接触改質ガソリン基材として、炭素数６〜８の成分を主に含有する留分を用いることもできる。しかし、炭素数が９以上の成分が多量に混入すると、火炎速度が低下する傾向がある。このため、前記（１）及び（２）の燃料組成では共に、炭素数９以上の成分を、燃料全体の１５容量％以下とする。但し、炭素数９以上の成分を１５容量％より多く含有する燃料を調製する場合には、軽質接触分解ガソリン基材又はコーカライトガソリン基材の配合量を増やして火炎速度の低下を補うこともできる。

アルキレートガソリン基材については特に制限はなく、一般的な性状として、初留点が２５〜４５℃、９５％留出温度が１３０〜１９０℃のものを使用することができる。

本発明のガソリン燃料の主成分は、アルキレートガソリン基材、接触分解ガソリン基材、コーカーライトガソリン基材、コーカーヘビーガソリン基材及び接触改質ガソリン基材である。これに、必要に応じて、蒸気圧調整成分、清浄剤等を配合して最終製品とする。本発明の燃料組成物では、（１）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜２０容量部、重質接触分解ガソリン及びコーカーヘビーガソリンよりなる群から選ばれる１種以上のガソリンを２０〜５０容量部配合するか、更にこの接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分を、燃料全体の１５容量％以下とするか、又は（２）アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜５０容量部、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれる１種以上のガソリンを５〜５０容量部配合するか、更にこの接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分を、燃料全体の１５容量％以下とする。

前記（１）の組成では、アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリン基材を５〜２０容量部、好ましくは７〜１５容量部、重質接触分解ガソリン基材及びコーカーヘビーガソリン基材よりなる群から選ばれる１種以上の基材を２０〜５０容量部、好ましくは２０〜４０容量部配合する。接触改質ガソリン基材は、５〜２０容量部の範囲内であれば、接触分解ガソリン基材、コーカーヘビーガソリン基材の性状にあまり影響されることなく、火炎速度の早い燃料を得ることができる。この範囲を外れると、火炎速度が低下する。

また、前記（２）の組成では、アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリン基材を５〜５０容量部、好ましくは７〜４０容量部、軽質接触分解ガソリン基材及びコーカーライトガソリン基材よりなる群から選ばれる１種以上の基材を５〜５０容量部、好ましくは７〜４０容量部配合する。この場合、接触改質ガソリン基材の容量部に対する、軽質接触分解ガソリン基材及びコーカーライトガソリン基材よりなる群から選ばれる１種以上の基材の容量部の割合は、２０〜１００％、好ましくは２５〜１００％の範囲がよい。この範囲内では、火炎速度の速い燃料組成物を得ることができる。したがって、アルキレートガソリン基材、接触改質ガソリン基材、及び軽質接触分解ガソリン基材とコーカーライトガソリン基材よりなる群から選ばれる１種以上の基材のどれか１つの割合が極端に少なくなると、火炎速度が低下することになる。

上記の各成分以外に、ある程度の蒸気圧を確保し、エンジンの始動性を良好に保つために、炭素数４〜５の留分を０〜８容量％加えることができる。

以上の本発明の燃料は、接触改質ガソリン基材を含有しているため、加速時のように燃料過剰領域〜量論混合比となる領域でもエンジン出力の低下は少ない。特に、前記（２）の接触改質ガソリン基材を多く配合した燃料は、エンジン出力の低下が少ないため、高出力エンジンを装備している自動車用燃料として適すると思われる。

試験燃料
基準燃料は、アルキレートガソリン基材を使用した。試験燃料は、下記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の各ガソリン基材を表５及び７に示す割合で混合したものを用いた。
（ａ）アルキレートガソリン基材
（ｂ）接触改質ガソリン基材Ａ又は接触改質ガソリン基材の炭素数９以上の留分Ｂ
（ｃ）接触分解ガソリン（Ａ又はＢの２種）、軽質接触分解ガソリン基材（Ａ又はＢの２種）又はコーカーライトガソリン基材
また、比較のため当社の製品であるハイオクタン価ガソリン燃料（ＧＰ１プラス）と、アルキレートガソリン基材：接触改質ガソリン基材Ａ＝１：１の組成物についても測定した。上記の各ガソリン基材の主な性状（測定はＪＩＳ Ｋ２５３６に従った）を表１及び表２に示す。

試験装置及び火炎速度の測定方法
表３に示す諸元のエンジンを使用して試験した。空気過剰率は、１．１、１．２及び１．３とし、火炎速度を測定した。火炎速度は、シリンダーヘッドにイオンプローブを設け、点火からの遅延時間を測定して算出した。

火炎速度の比較パラメータ
本発明では、火炎速度を比較するパラメータとして、空気過剰率１．１、１．２及び１．３における火炎速度のＰ．Ｉ．(Power Index) を測定し、そのＰ．Ｉ．の合計値を用いた。Ｐ．Ｉ．値は、下式で表される。

ある燃料の火炎速度の向上割合とは、ある燃料の火炎速度を基準燃料であるアルキレートガソリン単独の燃料の火炎速度で割った値である。また、最大の向上割合を示す燃料の向上割合とは、最大の向上割合を示す燃料の火炎速度を基準燃料であるアルキレートガソリン単独の燃料の火炎速度で割った値である。つまり、ある空気過剰率で最大の向上割合を示す燃料のＰ．Ｉ．値は１となる。試験は、空気過剰率１．１、１．２及び１．３で行っているため、特定の燃料が全ての空気過剰率で最大の燃焼速度を示すと、その合計値は３となる。本発明では、空気過剰率１．１において最大の向上割合を示す燃料は、アルキレートガソリン基材１０容量部、接触改質ガソリン基材Ａ１０容量部、軽質接触分解ガソリン基材Ａ３０容量部のものであった。空気過剰率１．２及び１．３ではアルキレートガソリン基材１０容量部、接触改質ガソリン基材Ａ１０容量部、コーカーライトガソリン基材３０容量部のものが最大の向上割合を示した。

（実施例１）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、１０容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、３０容量部の軽質接触分解ガソリン基材Ａとを混合して、燃料組成物を調製した。この燃料の蒸留性状を表４に示す。また、この燃料の混合組成とＰ．Ｉ．の合計値を表５にまとめた。この燃料は、Ｐ．Ｉ．の合計値が２．８０３と極めて高い値を示した。

（実施例２〜４）
実施例１の軽質接触分解ガソリン基材Ａに替えて、コーカーライトガソリン基材を配合するか（実施例２）、軽質接触分解ガソリン基材Ｂを配合するか（実施例３）、又は接触分解ガソリン基材Ｂを配合する（実施例４）以外は、実施例１と同様にして３種の燃料組成物を調製した。これらの燃料の蒸留性状を表４に示す。また、これらの燃料の組成とＰ．Ｉ．の合計値を表５にまとめた。これらの燃料のＰ．Ｉ．合計値は、それぞれ２．７８９、１．８９８、１．５７０であった。

（実施例５）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、７．５容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、７．５容量部の軽質接触分解ガソリン基材Ａとを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表４に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値を表５にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、２．４８３であった。

（実施例６）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、３０容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、１０容量部の軽質接触分解ガソリン基材Ａとを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表４に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表５にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、１．９８２であった。

（実施例７）
実施例６の軽質接触分解ガソリン基材Ａに替えて、コーカーライトガソリン基材を配合した以外は、実施例６と同様にして燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表４に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表５にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は１．４３４であった。

（実施例８〜１２）
実施例１〜７と同様にして、表５に示す組成の燃料を調製した。また、これらの燃料は、表５に示すＰ．Ｉ．の合計値を有していた。

（比較例１）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、３容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、３容量部の接触分解ガソリン基材Ｂとを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表６に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表７にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、０．５８５であった。

（比較例２）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、３０容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、１０容量部の接触分解ガソリン基材Ａとを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表６に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表７にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、０．９９２であった。

（比較例３）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、１０容量部の接触改質ガソリン基材Ａとを混合して、燃料組成物を調製した。この燃料の蒸留性状を表６に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表７にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、０．７４０であった。

（比較例４）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、接触改質ガソリン基材の炭素数９以上の留分（接触改質ガソリン基材Ｂ）を１０容量部と、３０容量部の軽質接触分解ガソリン基材Ａとを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表６に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表７にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、１．２２８であった。

（比較例５）
１０容量部のアルキレートガソリン基材と、３容量部の接触改質ガソリン基材Ａと、３容量部のコーカライトガソリン基材とを混合して、燃料を調製した。この燃料の蒸留性状を表６に示す。また、燃料組成とＰ．Ｉ．の合計値とを表７にまとめた。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、０．９９６であった。

（比較例６〜１９）
比較例１〜５と同様にして、表７に示す組成の燃料を調製した。また、これらの燃料は、表７に示すＰ．Ｉ．の合計値を有していた。

（参考例１）
当社のハイオクタンガソリン製品（ＧＰ１プラス）について試験した。この燃料のＰ．Ｉ．合計値は、１．２７０であった。

以上の実施例及び比較例から明らかなように、本発明を用いれば、空気過剰率が高いリーンバーン燃焼領域において火炎速度が速く、失火し難い燃料組成物を得ることができる。本発明の範囲外においても、例えば、表７に示す比較例１９のような比較的火炎速度の速い燃料が得られる場合がある。しかし、本発明の領域外では、僅かな基材の組成変化によっても、Ｐ．Ｉ．値が大きく変わることが多く、安定に火炎速度の速い燃料を供給することは難しい。

Claims (2)

1. アルキレートガソリンを１０容量部、接触改質ガソリンを５〜５０容量部、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれた１種以上のガソリンを５〜５０容量部配合したことを特徴とするリーンバーンエンジン用燃料組成物。
2. 前記接触改質ガソリン中の炭素数９以上の成分が前記燃料組成物全体の１５容量％以下であることを特徴とする、請求項１記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。