JP2013509489A - 燃料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
1998年、Nissanは、MK燃焼と呼ばれるPPCタイプアプローチを使用するディーゼル燃料自動車を限定数製造した。けれども、PPC運転が満足して働く運転範囲はとても限られて、これらのエンジンの製造は続かなかった。
i.内燃エンジンで燃料組成物を用いる工程であって、当該燃料組成物は(a)華氏95〜440度の沸点範囲を有し、当該燃焼組成物は(b)7体積パーセント以上のn−パラフィン及びナフテンの総含量を有し、並びに(c)そのRONが約93以下である、工程;並びに、
ii.内燃エンジンを運転する工程であって、燃焼比は約16:1〜約20:1であり、及び当該内燃エンジンは部分予混合燃焼条件下で運転される、工程;
を含み、
iii.当該燃料組成物は少なくとも18バールまでのグロスIMEPの負荷で用いられ、並びにエンジン外NOx排出は0.35グラム/キロワット時(0.3グラム/キロワット時)以下であり(0.3グラム/キロワット時);並びに、
iv.排気再循環速度が60体積パーセント未満である。
RON−リサーチオクタン価(Research Octane Number)は特別に設計された単一シリンダーCFRエンジンで、600rpmのエンジンスピードで及び気圧に依存するある特定の吸気温度で測定される。
それは厳しさの少ないエンジン運転下での燃料の能力をシミュレートするものと報告されている。
本発明の一態様は、(a)NOxの有意な減少、(b)すす排出の減少及び(c)高効率、を供する燃料組成物に指向し、特に、従来のディーゼル及びプレミアムガソリン(RON>94)と比較した場合で、本発明の燃料が先進燃焼エンジンで部分予混合燃焼モードで用いられる場合である。好ましくは、燃料組成物は部分予混合燃焼条件下でディーゼルタイプエンジンで用いられるガソリンタイプ燃料組成物である。その上、本発明のある燃料組成物にとって、理にかなった最大圧力上昇速度が得られ、そのため、エンジンが先進燃焼条件下で満足に動き得る範囲を有意に広げる。
本願請求の発明で用いられる燃料は、商用の精製所から取り出された。そしてある場合にはn−ヘプタン又はエタノールが加えられた。その燃料を作製するための典型的な方法及び条件についての情報を、William Leffler(PennWell社、2000)による「Petroleum Refining」で見ることができる。
本発明の燃料は先進エンジン燃焼環境で用いられた。典型的には、そのような燃焼環境により、燃焼してごくわずかなNOx排出(例えば0.35グラム/キロワット時未満)若しくは少ないすす(例えば5未満のFSN)又は両方を生成する燃料が生じる。少ないNOx排出若しくは少ないすす又は両方を生成することに加えて、その燃料は後述するエンジン環境で用いられる。
実験で使用されたエンジンは苛酷使用単一シリンダー圧縮点火エンジン、ScaniaD12だった。そのシリンダーヘッドは平らで使用されたピストンは浅椀タイプだった。その幾何的性質を表1に見ることができる。外部空気ラインからの圧縮空気を使用してそのエンジンをブーストした。ウェイストゲートバルブを使用して内圧を調整した。内部マニホールド前に置かれたヒーター(Leisterの)を使用して、所望の内温に空気を加熱した。
Cusson気体分析システムを使用して排出を測定した。非分散型赤外分析計によりCO及びCO2を測定し、磁気分析計でO2を測定し、そして加熱型イオン化検出器で総炭化水素を測定した。化学発光分析計を使用してNOxを測定し、そしてAVL415オパシメーターで煙を測定した。測定の全セット前に適切なキャリブレーションガスを用いて、各分析をキャリブレートした。
ガソリン範囲の沸点(つまり、華氏95〜440度)を有する9種の燃料を試験した。それらの燃料の主要な性質を表2に列挙する。
エンジンの効率(つまりエンジン性能)は、内燃エンジンで用いられる燃料に依存する重要なパラメーターである。グロスの図示効率を当該9種の燃料用の負荷の関数として図5にプロットする。図5に図示するように、2〜3バールのグロスIMEPより高い負荷のため、全燃料で効率が49%超である。その最大効率は、高オクタンプレミアムガソリン及びディーゼル燃料でKalghatgiら及びManenteらが報告したものよりも有意に高い。
グロス図示NOx排出を図7に示す。全燃料で、50%のEGR及び18:1の燃焼比を用いた。本発明の燃料で、これらのエンジン運転条件は、12バールのグロスIMEPであっても、0.35g/kW時未満というとても低いNOxレベルをもたらした。負荷が低下すると、NOxが十分に低下した。すなわちこれは、燃焼エンジンでのより低い燃焼温度のためである。いくつかのケース、例えば例2で、NOxより低い負荷で増加するのは排出がパワーに比例してプロットされるためであり、これは、もし効率が低下すれば特定の排出が増加することを意味する。
高負荷での部分予混合燃焼及びHCCIなどの先進燃焼システムのキーチャレンジの一つは、最大圧力上昇速度であり、それは騒音及びエンジン損害の可能性に関する。これまでの研究の運転範囲は、受け入れがたい最大圧力上昇速度及びエンジンノイズのために、ほどほどの負荷に限られている。現在の研究での最大圧力上昇速度を負荷の関数として図11にプロットする。苛酷使用エンジンにとって、15バール/CAD以下の最大圧力上昇速度が理にかなっている。パラフィンとナフテンの総含量に対する当該速度をプロットする図12に示すように、最大圧力上昇速度が燃料の性質と明白に相関することを、我々は見出した。7体積%以上のn−パラフィンとナフテンの総含量を有する燃料が許容の圧力上昇速度(つまり、15バール/CAD未満)を供することを、我々は見出した。17バール/CAD超の圧力上昇速度での最貧性能燃料が比較例1及び2だった。これらの燃料は、7体積%未満のn−パラフィンとナフテンの総含量を有する2種の燃料である。
Claims (15)
- 華氏95〜440度の沸点範囲を有する燃料組成物であって、当該燃料組成物は(a)少なくとも7体積パーセントのn−パラフィン及びナフテンの総含量及び(b)約93以下のRON、を有し、当該燃料は先進燃焼エンジンで用いられる、燃料組成物。
- 当該先進燃焼エンジンは部分予混合燃焼モードで運転される、請求項1の燃料組成物。
- 当該燃料組成物が少なくとも15体積パーセントのn−パラフィン及びナフテンの総含量を有する、請求項1の燃料組成物。
- 当該燃料組成物が約85以下のRONを有する、請求項1の燃料組成物。
- 当該燃料組成物が約80以下のRONを有する、請求項4の燃料組成物。
- 内燃エンジンを運転する方法であって、
i.内燃エンジンで燃料組成物を用いる工程であって、当該燃料組成物は(a)華氏95〜440度の沸点範囲を有し、当該燃焼組成物は(b)7体積パーセント以上のn−パラフィン及びナフテンの総含量を有し、並びに(c)そのRONは約93以下である、工程;並びに、
ii.当該内燃エンジンを運転する工程であって、燃焼比は約16:1〜約20:1であり、及び当該内燃エンジンは部分予混合燃焼条件下で運転される、工程;
を含む方法であり、
iii.当該燃焼組成物は少なくとも12バールまでのグロスIMEPの負荷で用いられ、及びエンジン外NOx排出は0.35グラム/キロワット時以下であり;並びに、
iv.排気再循環率が60体積パーセント未満である、
方法。 - 内燃エンジンが50%超のグロス効率を有する、請求項6の方法。
- 内燃エンジンが約17バール/クランク角度未満の最大圧力上昇速度を有する、請求項6の方法。
- 約15バール/CAD未満の最大圧力上昇速度を有する、請求項8の方法。
- 約13バール/CAD未満の最大圧力上昇速度を有する、請求項9の方法。
- 内燃エンジンの運転で排気再循環が55体積パーセント未満である、請求項7の方法。
- エンジン外NOx排出が0.3グラム/キロワット時以下である、請求項7の方法。
- 当該燃焼組成物が12バールまでのグロスIMEPの負荷で用いられる、請求項7の方法。
- 内燃エンジンが約17:1〜約19:1の燃焼比で運転される、請求項7の方法。
- 内燃エンジンが18:1の燃焼比で運転される、請求項14の方法。
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