JP2015172200A - 燃料組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】先進燃焼エンジン環境で使用された場合、特に部分予混合燃焼モードで運転しながら、とても少ないすす及び少ないNOx排出しか出さず、効率が良く、シリンダーでの許容可能な幅広い負荷範囲にわたる最大圧力上昇速度を有する、燃料組成物の提供。【解決手段】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を有する燃料組成物。【選択図】なし
Description
この出願は、2009年10月30日に提出された米国仮出願番号第61/256,819号の出願日の利益を請求する。本発明は、先進燃焼エンジン環境で使用された場合、特に部分予混合燃焼(partially−premixed combustion、PPC)モードで運転しながら、とても少ないすす及び少ないNOx排出しか出さず、効率が良く、シリンダーでの許容可能な幅広い負荷範囲にわたる最大圧力上昇速度を有する、燃料組成物に関する。
排出物を減らし及び内燃エンジンの燃料経済を改善するについての、継続する世界的な強調及び政府の法律が、先進で高効率でクリーンな燃焼エンジンを開発する必要性につながった。排気後処理システム(例えば選択的触媒還元(Selective Catalyst Reduction、SCR)、リーンNOxトラップ、及びディーゼル粒子フィルター)が、排出物に出すのをより減らし排出目標及び基準に適合するために、設計され商品化されている。けれども、それらのシステムは高コストで、自動車の重量を増加させ、並びにその増加重量及び燃料を使用してシステムを再生させるため必要性のために燃料経済を最低にする。エンジン外排出を減らせば、システムのサイズが低減するのだろう及び又は前記の必要性がなくなるのだろう。世界中で大きなR&D努力が、その目的を成し遂げるためのエンジンデザイン、運転条件及び燃料組成物を見いだすために、幾多の産業的、公的、及び学問的組織で進行中である。考えられる一つの先進燃焼アプローチは均一充填圧縮点火(Homogeneous Charge Compression Ignition、HCCI)で、それは燃料がとても早くエンジンに噴射されて、圧縮点火を通じて開始される燃焼のスタートより前に得られるべき空気及び燃料の均一混合が可能となるものである。そのアプローチの大きな欠点の一つは、燃焼プロセス及び大きな圧力上昇を制御することが難しいことであり;そしてさらにまた、熱放出速度が発生して、受け入れがたい大きなノイズレベル及びエンジン損害の可能性が生じる。そのため、受け入れ可能な性能を得ることができる現在運転するスピード−負荷の範囲は、とても限られている。
その目的を成し遂げるためのエンジンデザイン、運転条件及び燃料組成物を最適化するための別のアプローチは、部分予混合燃焼(partially−premixed combustion、PPC)環境で燃料を用いることである。PPC設定では、燃料添加のタイミングは上死点に近く、空気及び燃料が燃焼の前に完全には混合されない。高速度な冷却排気再循環/リサイクル(exhaust gas recirculation/recycle、EGR)を用いる計画を適用することにより、燃焼イベントが起こりわずかなすす及びわずかなNOxしか生じない。均一充填圧縮点火(Homogeneous Charge Compression Ignition、HCCI)と比較すると、PPCエンジン環境での燃焼の制御が、熱放出の速度及び最大圧力上昇速度が減少する可能性とともに得られる。
部分予混合燃焼はディーゼルエンジンでNOx及びすすを減らす可能性があることで知られている。けれどもこの点において、ある特定の燃料組成物は、燃料混合物、部分予混合燃焼並びにNOx及びすすの減少間での最良の相乗効果を得るために開発されていなかった。
関連技術の記載
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。
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。
最近、Noehreら(SAE論文、2006−01−3412)は、PPCタイプモード下でScaniaD12ディーゼルエンジンでディーゼル燃料をを使用して、比較的少ないNOx及びすすを達成した。けれども、15バールIMEPの中〜高負荷を達成するために、実際は現実的でない高レベルのEGR(およそ70%)、4.0バールの高ブースト圧、及び12:1の比較的低い燃焼比を使用することが必要あった。その燃焼比の結果、エンジン効率が落ちた。
より最近、Kalghatgiら(SAE論文、2006−01−3385及び2007−01−0006)は、PPCタイプ運転で高オクタンガソリンを使用してすすレベルを下げることを提示した。14:1の燃焼比でScaniaD12苛酷使用CIエンジンでのこれらの研究で、彼らは94.7のRONを有するプレミアムガソリンを試験しただけだった。炭化水素及びCOレベルは比較的高く、2g/kW時超の値だった。
同様に、Manenteら(SAE論文、2009−01−0944)はScaniaD12苛酷使用CIエンジンでプレミアムガソリン(98のRON)を試験して、45%までのグロス特定効率を得た。それはディーゼル燃料のそれと等しかった。NOxレベルディーゼル燃料のときより低く、それでもやはり約0.7g/kw時のレベルだった。それはEuro VI及びUS 2010の規制限界を超え、そのためやはりNOx排気後処理システムを要するであろう。炭化水素及びCOレベルもまた高く、それぞれ約0.5及び6.0g/kW時だった。その論文の初めに、Manenteらは、本研究が「圧縮点火エンジンのための最良の燃料は高オクタン価を有していなければならないことを実証する」と述べている。
KalghatgiらやManenteらなどの研究者が、プレミアムガソリンがPPCタイプの運転でディーゼル燃料より少ないNOx及びすすを供することを実証してきたけれども、プレミアムガソリンくらい高いオクタン価を有する燃料は、フルタイム運転を可能にするスピード−負荷運転範囲の十分な広がりを許容する最適燃料ではないかもしれない。さらにまた、燃料の化学及び組成がオクタン価よりもむしろ最適性能にとって重要なパラメーターかもしれない。
約69〜約99のリサーチオクタン価を有する特定のガソリン燃料組成物が、50%を超える高いグロス効率を有し得て、広い負荷範囲(18バールまで又はそれを超えるグロスIMEP)にわたって運転可能であり、並びに圧縮点火エンジン環境でPROタイプモードで使用されたときNOx及びすすの有意な低下を供することを、我々は見出した。さらに、ガソリン沸点範囲内で、燃料性質及びある燃料組成が圧力上昇速度及びエンジン性能に有意に影響を与えることが見出され、並びに、受け入れ可能な価値へ導く燃料組成物が見出された。最良の総合性能は、7体積%超のn−パラフィンとナフテンの総含量を有する燃料で達成された。
一態様において、本発明は、燃料組成物に指向する。それは、先進燃焼エンジンで、特に、部分予混合燃焼モードで運転される圧縮点火エンジンで、よりよい性能及びより広いスピード−負荷運転範囲を可能にする。
一態様において、本発明は華氏95〜440度の沸点範囲を有する燃料組成物に指向し、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、並びに(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。
一態様において、本発明は内燃エンジンを運転する方法に指向し、当該方法は、
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。
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。
50%を超えるとても高い効率、0.3g/kW時未満のとても低いNOxレベル、15バール/CAD以下のシリンダー許容可能圧力上昇最大速度、及び許容可能なすすレベル、を可能にする燃料組成物を、我々は見出した。
本発明は、様々な改変及び代替形態を受入れ得るが、特定のその実施形態を本明細書で詳細に説明する。だけれども、特定の実施形態の本明細書における説明は、開示した特定の形態に本発明を制限する意図はなく、反対にその意図する所は、添付した特許請求の範囲が規定するような本発明の趣旨及び範囲の中に入る、全ての改変、等価物及び代替を包含することであることを理解されたい。
定義
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。
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。
MON−モーターオクタン価(Motor Octane Number)は特別に設計された単一シリンダーCFRエンジンで、900rpmのエンジンスピードで及び100Fの吸気温度で測定される。それは高スピード又は高負荷で招くかもしれないより厳しい運転をシミュレートするものと報告されている。実際には、ガソリンのオクタン価はRON及びMONの平均、つまりR+M/2としてしばしば報告される。
燃料組成物
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。
本発明の一態様において用いられる燃料組成物は、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を有する。
一態様において好ましくは燃料組成物は約93以下のRON並びに少なくとも7体積パーセントのn−パラフィン及びナフテンの総量を有する。より好ましくは、燃料組成物は約90以下のRON並びに少なくとも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。
燃料組成物を作製する方法
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。
エンジン条件
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。
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。
好ましくは、エンジン負荷は少なくとも約18バールまでのグロス図示平均有効圧力(indicated mean effective pressure、IMEP)だった。より好ましくは、エンジン負荷は約16バールまでのグロスIMEPだった。
その上、本発明の一態様において、前述の燃料組成物は内燃エンジンで用いられる。そしてエンジン負荷が少なくとも12バールまでのグロスIMEPである場合には、好ましくはエンジン外NOxレベルは0.35グラム/キロワット時以下である。より好ましくは、エンジン負荷が少なくとも約12バールまでのグロスIMEPである場合には、エンジン外NOxレベルは0.3グラム/キロワット時以下である。
その上、本発明の一態様において、前述の燃料組成物は約16:1〜約20:1の燃焼比を有する内燃エンジンで用いられる。より好ましくは、燃焼比は約17:1〜19:1である。最も好ましくは、燃焼比は18:1である。
本発明の一態様において、前述の燃料組成物は、好ましくは60体積パーセント未満である排気再循環率をを有する内燃エンジンで用いられる。より好ましくは排気再循環率は55体積パーセント未満である。
一態様において、前述の燃料組成物は好ましくは約15バール/クランク角度(crank angle degree、CAD)未満の最大圧力上昇速度を有する内燃エンジンで用いられる。より好ましくは、最大圧力上昇速度は約13バール/CAD未満である。
本発明のある特定の態様を例示するために以下の例を示すが、その例は本発明の範囲を限定するいかようにも構成されるべきでない。
エンジンパラメーター及び運転条件
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。
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。
100及び1300rpmのスピードで1〜12バールのグロスIMEPの負荷スイープを行って、エンジンを動かした。
ScaniaD12エンジンにBoschの初期世代のコモンレール噴射システムを取り付けた。市販ノズルを120°の傘角をもつものに置き換えた。ノズルは8つのオリフィスを有していた。オリフィスの直径は0.18mmだった。2桁精度の重量計を使用して燃料フローを測定した。そして、各運転ポイントを少なくとも2分間サンプリングした。
噴射計画は1つ又は2つの燃料噴射ポイントを使用することから成り、燃料又はエタノールをエンジンの燃焼室へ噴射することだった。使用時、第1の、すなわちパイロット噴射ポイントを圧縮ストロークサイクルのとても早くに置いて均一混合物を作った一方で、第2ポイントを上死点の近くに置いて燃焼ストロークサイクルイベントを作動した。パイロット噴射での燃料の量は負荷から独立しており、燃焼比、燃料反応性及びEGRレベル、の関数のみである。使用時、常に−60度の上死点(top dead center、TDC)でパイロット噴射があった。負荷を増やすと、パイロット噴射は減った。パイロット噴射で噴射された燃料の総量のパーセンテージを図1に示す。内圧を負荷で調整した。すなわち、2バール未満のグロスIMEPの負荷における1.25〜1.5バール(絶対圧)のブースト圧力値から12バールのグロスIMEP負荷における2.25バール(絶対圧)の値へ増加して、調整した。その具体的なブースト圧力値を図2にプロットする。それらのブースト圧は現在の自動車で今日使用するターボチャージャーシステムにより容易に得られる。内温を調整して、負荷スイープの間中にわたって全燃料の安定な燃焼を保った。それらの値を図3にプロットする。最大負荷(つまり、12バールのグロスIMEP)でNOxが0.40g/kW時未満であるよう保つために、図4に示すように、全燃料とともに約35%〜約50%のEGRを使用した。これらのEGR値は理にかなっており、今日の自動車で使用されている市販のシステムに実現可能なものである。この論説で使用されたEGRは、吸気及び排気の二酸化炭素の比として定義されている。吸気で導入される前に、排気は冷却された。
排出測定システム
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。
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。
燃料
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。
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。
0.5〜12.5バールのグロスIMEPの負荷スイープを通じて1000及び1300rpmのエンジンスピードで、当該9種の燃料を試験した。試験された最大負荷はエンジンハードウェアにより制限された。燃料例1、4、6及び7の高反応性のために、それらの燃料のためにただ1つの噴射ポイントを使用した。
結果
効率
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。
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。
57%もの高い効率値が得られた。概ね、最大グロス図示効率を用いた我々の研究の燃料は、最高オクタン燃料ではない例5、6及び7のものであった。
図6は、5バールより高いIMEPの負荷で燃焼効率が常に97%より高かったことを示す。これは、最大負荷でEGRレベルが50%近くであったことを考慮すると注目すべき結果であり、及び典型的に効率がこれらの条件で低下する。
排出
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。
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。
高燃焼効率のために、全燃料(それぞれ図8及び図9を参照)で得られたCO及びHCはわずかな値だった。それらの値は、プレミアムガソリン及びディーゼル燃料でKalghatgiら及びManenteらが得た値よりも有意に低かった。本発明の燃料を用いて、得られたCO及びNOxの低い値は、PPCモードで動く中〜高のオクタン価の燃料を用いて1500〜2000[K]の温度範囲で燃料−空気混合物を燃やすことが可能なことを示している。COからCO2への反応を促進するのに、1500[K]より高い燃焼温度が必要で、2000[K]未満の燃焼温度を保つことが本質的に重要である。
約6バールまでのグロスIMEPの負荷で、全燃料で、すすレベルはとても低い(<1FSN)。図10に示すように、負荷を12バールのグロスIMEPに増やすと、当該燃料ですすレベルが、1000rpmのスピードで及び0.1〜3.1のFSNのレベルに増え、1300rpmのスピードで0.2〜5のFSNの値に増えた。最適化したフローモーションで組み合わせた異なる噴射システムを用いることは、すすレベルをかなり低くできるであろう。これらのエンジン外排出量は、一般に市販されるディーゼル粒子フィルターがさらに政府環境基準に適合するために処理し得るのに十分な低さである。
12バールのグロスIMEPの最大負荷ポイントでの最低すす値が例4及び比較例1の燃料で得られた。エタノールでは、その分子構造のために、すすは0.06未満のFSNであった。
エンジンノイズ/圧力上昇の最大速度
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。
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。
そのため、先進燃焼での広い範囲の負荷条件にわたって、特に7体積%超のn−パラフィンとナフテンの総量を含有するガソリンタイプの燃料を使用する部分予混合燃焼設定で、理にかなった圧力上昇速度(高グロス効率及びとても低いNOx排出とともに)を得ることができることを、我々は見出した。
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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