JP2011511125A - 環境的に改良されたモーター燃料 - Google Patents

Abstract

本発明は、水の量がエタノールの重量に基づいて１〜１０重量％であるエタノールと水との組み合わせを、内燃機関の内部及び外部の環境を、ガソリン又はエタノール−ガソリン混合物であって同じエタノール−ガソリンの比を有するものを使用するときよりきれいに保つためにガソリンをベースとするモーター燃料において使用する方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のためのモーター燃料の改良、より特に一方ではそれらのエンジンからの排出及び他方でそれらのエンジンの内部の清浄度を改良することに関する。より特に、本発明は、ガソリン及びエタノールの燃料混合物に基づくモーター燃料組成物の使用に関する環境的改良に関する。

モーター燃料としてエタノール−ガソリン混合物を使用することは、特に石油の減少するストック及び二酸化炭素の排出を減少させる必要性の観点から、現在、強く増加している。この領域において、これらの混合物の使用の効率を改善するニーズ、より特にその使用により起こされる汚染を減少させることにニーズがある。これは、一方で種々の有毒ガス及びグリーンハウスガスの排出に、他方で内燃機関の内部の状態に当てはまる。エンジンの内部の改良、より特にその清浄度、は、有毒ガス及びグリーンハウスガスの排出に有益な効果、即ちそれらの減少、をもたらす。

排出を改良する可能性の一つは、注意深いモーターの管理による。エンジン及び燃料噴射が管理される方法を採用することにより、排出のある程度の減少は得られ得る。しかし、環境面の観点において、任意の可能な追加の減少は有利である。

国際公開第９７／１８２７９号において、微視的な結晶質の水の構造は、化石燃料の燃焼を促進すると記載されている。水の効果は、特定の条件、例えば、誘起された双極子を通しての炭化水素との相互作用を起こし、改善された燃焼特性をもたらす「構造化された水」と呼ばれる特定の構造の結果である。構造化された水を製造することは、かなりの努力を必要とする。

米国特許第４３９８９２１号は、やはり水を含むガソリン、エタノール混合物における洗剤添加物の使用を記載する。この公報の実施例１に記載された試験は、堆積物への効果が、特許請求され、この効果の目的のために添加された洗剤により起こされることを示す（第５５〜６０頁、第１５欄）。

英国特許出願公開第２４２１０２８号公報は、０．５〜８％のひまし油を含む燃料に向けられている。この成分はガソリンあるいは他のいかなる鉱物油フラクションの習慣的な成分でもない。該公報は、減少されたＮＯ_ｘ排出及び減少された燃料消費がこの成分の存在に関連するのかあるいはエタノール又は水の使用に関連するのか明確にしていない。さらに結論は、ガソリンに対する車のエンジンはもっぱら４ストロークであるのに、２ストロークのエンジンに対して明示的に出されている。

独国特許出願公開第３８３５３４８号公報は、少なくとも４の成分、即ち、水、エタノール、ｎ−ヘプタン及びイソブタノールを含む燃料添加物に関する。

内燃機関の使用により起こされる環境負荷を改良することが本願発明の目的である。

本発明は、それに基づく最も広い意味において、エタノールガソリン混合物における水のさらなる使用が燃料効率を改善し、有毒ガス及びグリーンハウスガスの排出を減少させ、水の使用なしの場合よりエンジンの内部をよりきれいに保つことである。

本発明は、水の量がエタノールの重量に基づいて１〜１０重量％であるエタノールと水との組み合わせを、内燃機関の内部及び外部の環境を、ガソリン又はエタノール−ガソリン混合物であって同じエタノール−ガソリンの比を有するものを使用するときよりきれいに保つためにガソリンをベースとするモーター燃料において使用する方法に向けられる。

図１は、三つの液−液相ダイアグラムを示す。

エタノールガソリンモーター燃料の領域では、製品は一般的にＥｘとして定義される。ここでｘは該混合物におけるエタノールの体積百分率を表す。例えばＥ１５は、従って、１５体積％のエタノールを含む混合物を意味し、Ｅ８５は８５体積％を含む。重量ベースと体積ベースの相違は小さい。

本発明は、混合のすべての変形すなわち、Ｅ１〜Ｅ９５に適用可能であるが、本発明は、水の量が、該液体が「透明で明るい」特徴を維持する（燃料が分離した液体相を有しないことを意味する）ような量である領域において好ましい。そのような混合物は国際公開第２００６−１３７７２５号に記載されている。

エタノールの好ましい範囲はモーター燃料の１〜９５重量％である。この範囲で、より好ましいのは１０〜４０重量％、１０〜３０重量％、並びに６０〜９５重量％である。

本発明は、種々のガス、例えば二酸化炭素、ＮＯｘ、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、オキシ−及びニトロポリ芳香族炭化水素を含むがそれらに限定されない、の排出の減少をもたらす。さらに、本発明はよりよい燃費（ｋｍ/ｌ）及びよりよいエンジン性能、例えばエンジンの内部を、水の使用なしの場合に比べてよりきれいに保つこと、をもたらす。

本発明は、特定の水の構造、例えば結晶性の水、の使用に依存しない。単純な（構造化されていない又は非晶質の）水が本発明において使用される。また、本発明はひまし油の効果にも、より高級なアルカン、例えば上記の文献において開示されているアルカン、の使用にも基づいていない。使用の効果は、エタノールと、エタノールの重量に基づいて１〜１０重量％の量の水との組み合わせをガソリンをベースとするモーター燃料において使用することに対してのみ貢献される。

上に述べたように、本発明は、モーター燃料が一つの相にある組成物又は少なくともモーター燃料が分離した液状相を含まない組成物の領域において好ましくは適用される。

ガソリンと水は混合しないことは広く知られている。これは、水は、ガソリンに添加されたとき、実質的にすべての水及び非常に少量のガソリンを含み、一般的に「水相」と呼ばれる分離した液状相を形成することを意味する。他の相、即ち「ガソリン」相、は、非常に少量の水を含む。該水相は、ガソリン相とは完全に異なる物理的性質を有する。環境条件における水相の密度は、典型的には１０００ｋｇ／ｍ３であるのに対して、ガソリン相の密度は典型的には７００ｋｇ／ｍ３である。水相とガソリン相の間の界面張力は、典型的には０．０５５Ｎ／ｍである。これはガソリン相中の水相の滴は、凝集する（ｃｏａｌｅｓｃｅ）強い傾向を有することを意味する。さらに、密度に違いは、下の水の層及び上のガソリン層への２つの液状相の素早い分離をもたらす。分離した水層の存在は、一般的に燃料貯蔵及び販売のためのシステム、車の燃料タンク、燃料噴射システム及び関連するシステムに有害であることが一般的に知られている。

ガソリン及び無水のエタノールは任意の割合で混和可能である、即ち、それらは、分離した液状相の発生なしに混合されることができる。しかし、ある量の水が存在するとき、分離した液状相が発生する。分離した液状相を出現させない最大量の水は、本明細書において「水許容値（water tolerance）」として知られている。たとえ、ガソリン−エタノール−水混合物の相挙動は、ガソリン−水混合物とは完全に異なるとしても、ガソホールにおける分離した液状相の発生は、有害であると考えられる。

図１は、三つの液−液相ダイアグラムを示す。ガソリンは多成分混合物であるが、すべてのガソリン成分の重量百分率が組み合わされ、従って、水−エタノール−ガソリン混合物は三元混合物即ち三つの成分の混合物、と考えられる。ダイアグラム中のすべてのデーターは２０℃における相平衡を参照する。

三元ダイアグラムにおいて、２つの曲線、「曲線Ａ」及び「曲線Ｂ」と呼ばれる、が引かれる。曲線Ａは三元ダイアグラムの水の角から「プレートポイント」と呼ばれる点まで延びる。曲線Ｂは三元ダイアグラムのガソリンの角から該プレートポイントまで延びる。「曲線Ａ」及び「曲線Ｂ」より下の相ダイアグラム中の領域は、２液領域である。その領域に該当する混合組成物は２つの液相を生み出す。共存する液状相の組成は、いわゆる「タイライン」と呼ばれる交点により表わされる。そのようなタイラインの６つの例が図１に示され、ライン１〜ライン６の印を付けられている。２つの液状相のそれぞれの量は、相ダイアグラムを知っている者に公知である「てこの法則」によりタイラインから決定されることができる。「プレートポイント」として印を付けられたポイントは、タイラインの長さがゼロである組成を表わす。共存する液状相におけるガソリンフラクションの組成は、ある程度異なることに留意されたい。曲線Ａ及びＢの正確な位置及びタイラインの傾きはガソリンの組成に依存する。この組成物で、プレートポイントの位置は、以下の通りである：２９．５重量％のエタノール、０．６重量％の水、及び６９．９重量％のガソリン。

該相ダイアグラムから、エタノールは第二の液状相に留まろうとする強い傾向を有することが学ばれることができる。相ダイアグラムのガソリン−水の辺の近傍の領域により表わされる低いエタノールの濃度においては、実際にはすべての組成が二液領域に該当し、第二の液状相は水に富んでおり、結果的に「水相」として特徴づけられる。この領域において共存する相の物理的性質は非常に異なっており、容易に下の水相及び上のガソリン相に分離する。相ダイアグラムのガソリン−エタノールの辺の近傍の領域により示される低い水の濃度においては、該相の挙動は、エタノールの濃度に強く依存する。プレートポイントの近傍においては、２つの液状相の組成はむしろ類似しており、結果としてこれらの相の物理的性質は類似している。プレートポイントから三元ダイアグラムの水の角の方向へ移動すると、プレートポイントから離れれば離れるほど、共存する液状相の物理的性質の相違は大きくなる。

組成及び物理的性質の類似性は、２つの液状相システムが可視的に不均一な混合物になることを防ぐ。組成及び物理的性質の該類似性は、該システムを、「透明で明るい」特徴を有する燃料に適切なものとする。

本発明で使用される燃料は、種々の方法で製造されることができ、好ましい方法は、ガソリンを含水エタノールと単純に混合することである。他の可能性は、別の成分、ガソリン（無水）エタノール及び水又は他の組み合わせ、例えば湿ったガソリン及びエタノールを混合して、要求される組成物を製造することである。

組成物の安定性の観点において、ガソリンを水エタノールの混合物に添加することが好ましい。この製造方法は、より安定で有用な組成物をもたらすことが驚いたことに見出された。

用語「無水エタノール」は、水を含まないエタノールを意味する。工業的な実務において、無水エタノールの最大の水の含有量について、ヨーロッパの仕様は典型的には０．１〜０．３重量％である。「脱水化されたアルコール」は、無水アルコールの同義語である。

用語「含水エタノール」は、エタノールと水との混合物を意味する。工業的な実務において、含水エタノールは典型的に４〜５重量％の水を含む。「水和化されたエタノール」は含水エタノールの同義語である。

用語「ガソリン」は、４０℃〜２００℃のおよその範囲で沸騰し、かつ内燃機関のための燃料として使用されることのできる炭化水素の混合物を意味する。ガソリンは、相対的に少量、添加されて、特定の目的に貢献する種々の性質を有する物質、例えばオクタン化数を増加させるためのＭＴＢＥ又はＥＴＢＥ、又は相安定性を促進するイソブチルアルコール（ＩＢＡ）及び三級ブチルアルコール（ＴＢＡ）、を含み得る。

本発明は、今、以下の実施例に基づいて更に説明され、内燃機関による排出の減少への水の効果を示す。

１５体積％の無水エタノール即ち、０．３重量％以下の水を含むエタノールを含むガソリンによる試験において、燃料消費は５％増加した（エタノールの低いエネルギー含有率のため）

４重量％の水を含む類似の試験において、燃料消費は最大２％減少した。

従って、試験されたすべての運転条件下で、水がさらに存在する場合の燃料消費は、無水のエタノールによる燃料消費より、実質的に（３％超）少ない。

Claims (13)

1. 水の量がエタノールの重量に基づいて１〜１０重量％であるエタノールと水との組み合わせをガソリンをベースとするモーター燃料において使用して、内燃機関の内部及び外部の環境を、ガソリン又はエタノール−ガソリン混合物であって同じエタノール−ガソリンの比を有する混合物を使用するときよりきれいに保つ方法。
2. エタノールの量が、モーター燃料の１〜９５重量％である、請求項１に記載の方法。
3. エタノールの量が、１０〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％である、請求項２に記載の方法。
4. エタノールの量が、６０〜９５重量％である、請求項２に記載の方法。
5. 水とエタノールとの組み合わせが、燃費を改善する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 水とエタノールとの組み合わせが、総ＣＯ_２排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 水とエタノールとの組み合わせが、エンジンの内部をよりきれいに保つ、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. 水とエタノールとの組み合わせが、ＣＯの排気排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
9. 水とエタノールとの組み合わせが、炭化水素の排気排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
10. 水とエタノールとの組み合わせが、アルデヒドの排気排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
11. 水とエタノールとの組み合わせが、オキシ−及びニトロ−ポリ芳香族化合物の排気排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
12. 水とエタノールとの組み合わせが、燃費を改善し、総ＣＯ_２の排出を減少させ、かつエンジンの内部をよりきれいに保つ、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
13. 水とエタノールとの組み合わせが、ＣＯ、炭化水素、アルデヒド、及びオキシ−及びニトロ−ポリ芳香族化合物の排気排出を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

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