JP3682784B2

JP3682784B2 - 燃料油組成物

Info

Publication number: JP3682784B2
Application number: JP14693395A
Authority: JP
Inventors: 浩昭原; 晴夫小森谷
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JPH08311463A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料油組成物に関し、特にＥＧＲ装着火花点火機関において燃焼安定性向上及び未燃の燃料排出量の低減化を達成することができる燃料油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＧＲ（排気ガス再循環）システムは、本来排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を低減する方法として開発されたが、希薄燃焼機関（リーンバーンエンジン）同様にポンプ損失及び冷却損失の低減、比熱比の増大により熱効率の増大効果があることが知られている。しかし、ＥＧＲシステムは希薄燃焼機関と比較して熱効率の増大効果が小さいこともまた知られている。
ＥＧＲ時は点火性が重要であり、燃料が完全に気化しないと、部分的に燃料希薄な燃料−空気混合気ができてしまったり、また吸入空気と再循環された排気ガスとがよく混合されないと、点火時に点火プラグの周りに部分的に排気ガスが多く酸素の少ない燃料−空気混合気ができてしまい、点火ミスや消炎の原因となる。
また、ＥＧＲ時は、燃料−空気混合気の燃焼速度が遅くなるため、点火遅れ期間や主燃焼期間の増大、サイクル変動率の増加や出力の低下、さらには、ミスファイアによる未燃燃料排出量の増加を招く。従って、ＥＧＲ時では、燃料−空気混合気の燃焼速度の低下を如何に防ぐかが鍵となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の状況に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ時における燃焼安定性の向上及び未燃の燃料排出量の低減を達成することができ、低温始動性も良好である燃料油組成物を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を多く含有させ、炭素数７以上の芳香族分及び炭素数７以上のオレフィン分の合計量を少なくし、炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分、ベンゼン、炭素数６以下のオレフィン分及び炭素数６以下のナフテン分の合計量を多く含有させ、かつベンゼン及び炭素数６以下のオレフィン分の合計量を多く含有させた燃料油組成物にすることにより、燃焼安定性がよく、かつ未燃の燃料排出量が少なく、低温始動性も良好であることを見い出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を５０〜９０容量％含有し、該酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除いた燃料油組成物全体の炭素数７以上の芳香族分及び炭素数７以上のオレフィン分の合計量が１０容量％以下であり、炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分、ベンゼン、炭素数６以下のオレフィン分及び炭素数６以下のナフテン分の合計量が２５容量％以上であり、かつベンゼン及び炭素数６以下のオレフィン分の合計量が１５容量％以上であることを特徴とする燃料油組成物を提供するものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明の燃料油組成物は、ＥＧＲ装着火花点火機関用燃料油として適するが、ＥＧＲ装着火花点火機関でも、加速時や登坂時ではＥＧＲをかけないで運転されるので、従来の燃料油と同等の性能を有することが望ましい。従って、本発明の燃料油組成物は、リサーチ法オクタン価が８５以上であり、リード蒸気圧（ＲＶＰ）が３０〜８０ＫＰａであり、１５℃における密度が０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³であり、好ましくはリサーチ法オクタン価が９０以上であり、リード蒸気圧（ＲＶＰ）が４０〜８０ＫＰａであり、１５℃における密度が０．６５〜０．８ｇ／ｃｍ³であることが望ましい。
また、本発明の燃料油組成物は、５０％留出温度が９０℃以下であり、好ましくは３０〜８５℃であり、特に好ましくは５０〜８２℃であることが望ましい。
５０％留出温度が９０℃を超えると、気化性が不十分となることがある。
【０００７】
本発明の燃料油組成物は、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を含有する。
酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）は、含酸素化合物の１分子中の酸素原子と炭素原子の原子数比であるが、この酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を含有させることにより、燃焼速度をより速くすることができる。
酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物としては、例えばメタノール、エタノール、アセトールなどのアルコール、ジメチルエーテルなどのエーテル、アセトアルデヒドなどのアルデヒド、トリオキサンなどの環状エーテルなどが挙げられ、好ましくはメタノール、エタノールであり、さらに好ましくはメタノールであり、特にメタノールとジメチルエーテルとの混合物が好ましい。メタノールとジメチルエーテルとの混合割合は、容量比で９５／５〜５０／５０が好ましく、この範囲の中でもリサーチ法オクタン価が８５以下にならない程度にジメチルエーテルを多く含むことが好ましい。これらの含酸素化合物は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
また、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を含有させると、燃焼速度を速くするだけでなく、ＥＧＲ時に燃焼安定性が向上する利点がある。ＥＧＲ時の燃焼安定性が悪いと、点火ミスが発生し、未燃燃料排出量が増大する傾向があるので好ましくない。
酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物の含有量は、５０〜９０容量％であり、好ましくは７０〜９０容量％であり、特に好ましくは８０〜９０容量％である。
酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物の配合量が５０容量％未満であると、添加効果が十分でなく、一方、９０容量％を超えると、発熱量が減少したり、可視炎性が劣り安全上問題となる。
【０００８】
本発明の燃料油組成物は、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除いた燃料油組成物全体の炭素数７以上の芳香族分及び炭素数７以上のオレフィン分の合計量が１０容量％以下であり、好ましくは５容量％以下であり、特に好ましくは３容量％以下である。
炭素数７以上の芳香族分及び炭素数７以上のオレフィン分の合計量が、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除く燃料油組成物全体の１０容量％を超えると、燃焼速度が劣る。
炭素数７以上の芳香族分としては、例えばトルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレンなどの各キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ｎ−プロピルベンゼン、１，２，３−トリメチルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、１，３，５−トリメチルベンゼンなどの各トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼンなどが挙げられる。
炭素数７以上のオレフィン分としては、ヘプテン、オクテン、デセン、ドデセンなどが挙げられる。
【０００９】
本発明の燃料油組成物は、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除く燃料油組成物全体の炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分、ベンゼン、炭素数６以下のオレフィン分及び炭素数６以下のナフテン分の合計量が２５容量％以上であり、オクタン価が保持できる範囲でできるだけ多く含有させることが好ましく、通常５０容量％以上であり、特に好ましくは７０容量％以上である。
酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除く燃料油組成物全体の炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分、ベンゼン、炭素数６以下のオレフィン分及び炭素数６以下のナフテン分の合計量が２５容量％未満であると、燃焼速度が劣る。
また、本発明の燃料油組成物は、酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除く燃料油組成物全体のベンゼン及び炭素数６以下のオレフィン分の合計量が１５容量％以上であり、２０容量％以上が好ましい。
【００１０】
炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−ブタンなどが挙げられ、特にｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタンが好ましい。
炭素数６以下のオレフィン分としては、鎖状のオレフィン、環状のオレフィンなどのモノオレフィン、ジオレフィンなどが挙げられ、好ましくは直鎖状のオレフィン、環状のオレフィンであり、特に好ましくは直鎖状及び環状のジオレフィンである。
炭素数６以下のナフテン分としては、例えば、１，１−ジメチルシクロプロパン、１，２−ジメチルシクロプロパン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロプロパン、シクロブタン、メチルシクロブタン、１，１，２−トリメチルシクロプロパン、１，２，３−トリメチルシクロプロパンなどが挙げられ、好ましくはシクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサンであり、特に好ましくはシクロヘキサンである。
上記成分のうち、一般的には、イソパラフィン、ｎ−パラフィン、ナフテン、オレフィン、ジオレフィンの順に燃焼速度が速くなる。
【００１１】
本発明の燃料油組成物は、例えば、軽質直留ナフサ、アルキレート、ブタン・ブテン留分、軽質接触分解ガソリン、異性化ガソリン、ベンゼン、炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン、炭素数６以下のオレフィン、炭素数６以下のナフテンなどの基材を使用し、適宜混合して調製することができる。
軽質直留ナフサは、石油を常圧蒸留により分留して得られる沸点範囲が約３０〜８０℃の留分である。。
【００１２】
アルキレートは、イソブタンと低級オレフィン（ブテン、プロピレン等）を原料として酸触媒（硫酸、フッ化水素、塩化アルミニウムなど）の存在下で反応させて得られるものである。本発明では、各種のアルキレートを成分として用いることができるが、２，２，４−トリメチルペンタンなどのイソオクタン留分が４０容量％以上、またリサーチ法オクタン価が約９３以上のものが好適に用いられる。
【００１３】
軽質接触分解ガソリンは、灯・軽油から常圧残油に至る広範囲の石油留分、好ましくは重質軽油や減圧軽油を、従来から広く知られている接触分解法、特に流動接触分解法（ＵＯＰ法、シェル二段式法、フレキシクラッキング法、ウルトラオルソフロー法、テキサコ法、ガルフ法、ウルトラキャットクラッキング法、ＲＣＣ法、ＨＯＣ法など）により、固体酸触媒（例えばシリカ、アルミナ、あるいはシリカ・アルミナにゼオライトを配合したもの等）で分解して得られる接触分解ガソリンのうち沸点範囲２０〜１５０℃の性状を有する軽質分である。本発明では、勿論、軽質留分と約２０〜２００℃のフルレンジの蒸留性状を有する留分の組み合わせも可能である。本発明では、リサーチ法オクタン価が約８５以上、例えば約８５〜９６．５、好ましくは約９３以上、例えば約９３〜９６．５のものが好適に使用できる。
【００１４】
異性化ガソリンは、軽質ガソリン留分のペンタン、ヘキサン中の低オクタン価成分のｎ−ヘキサンなどをオクタン価の高いイソパラフィンに異性化させて得られるガソリンである。異性化は、フリーデルクラフツ型触媒による方法と水素化活性を持つ白金、ニッケルなどをシリカ−アルミナ、ゼオライトなどの固体酸性を有する担体に担持させた触媒を用い、水素化圧下で異性化を行う水素異性化法などにより行われる。
【００１５】
また、本発明の燃料油組成物のオクタン価を向上させる目的で、メチル−ｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、ｔ−アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、エチル−ｔ−ブチルエーテル（ＥＴＢＥ）などのエーテル類やイソプロパノール、ｔ−ブタノールなどのアルコールを添加してもよい。
さらに、本発明の燃料油組成物には、必要に応じて酸化防止剤、清浄分散剤を添加することができる。
酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、７５％以上の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールと２５％以下のｔｅｒｔ−ブチルフェノールの混合物、７２％以上の２，４−ジメチル−１，６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールと２８％以上のモノメチル及びジメチル−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールなどのフェノール系酸化防止剤、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ −ブチル−ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン系酸化防止剤などが挙げられ、好ましいものとしてはＮ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ −ブチル−ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン系酸化防止剤が挙げられる。
【００１６】
清浄分散剤としては、例えばこはく酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどが挙げられる。
さらに、本発明の燃料油組成物には、必要に応じて多価アルコールやエチレングリコールモノメチルエーテルなどの多価アルコールのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属やアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステルなどの助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤などの帯電防止剤及びアゾ染料などの着色剤など、種々の燃料油添加剤を１種又は２種以上組み合わせて添加してもよい。これらの燃料油添加剤の添加量は、任意であるが、通常その合計添加量が０．１重量％以下となるように添加するのが好ましい。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら制限されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
メタノール８５容量％、１，３−ペンタジエン７．５容量％、軽質直留ナフサ５．５容量％、ブタン・ブテン留分２容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２０】
（実施例２）
メタノール７５容量％、ジメチルエーテル１０容量％、１−ヘキセン１１容量％、ブタン・ブテン留分４容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２１】
（実施例３）
エタノール８５容量％、軽質接触分解ガソリン９容量％、ブタン・ブテン留分６容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２２】
（実施例４）
エタノール８５容量％、１，３−ペンタジエン９容量％、ブタン・ブテン留分６容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２５】
（実施例５）
メタノール６０容量％、軽質接触分解ガソリン２０容量％、軽質直留ナフサ１０容量％、アルキレート１０容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
実施例１〜５の燃料油組成物の性状及び組成を表１及び表２に示した。
【００２６】
（比較例１）
純メタノール（純度９９．５容量％）を用いた。
【００２７】
（比較例２）
メタノール４０容量％、接触分解ガソリン３０容量％、軽質直留ナフサ１８容量％、改質ガソリン１２容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２８】
（比較例３）
メタノール８５容量％、接触分解ガソリン７容量％、改質ガソリン５容量％、ブタン・ブテン留分３容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００２９】
（比較例４）
エタノール８５容量％、軽質直留ナフサ６容量％、改質ガソリン１容量％、ブタン・ブテン留分８容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００３０】
（比較例５）
メタノール８５容量％、イソペンタン１０容量％、イソオクタン５容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
【００３１】
（比較例６）
メタノール４０容量％、軽質接触分解ガソリン２０容量％、軽質直留ナフサ２０容量％、イソオクタン２０容量％を混合して燃料油組成物を調製した。
比較例１〜６の燃料油組成物の性状及び組成を表３に示した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

注表１〜表３中、Ｃ７＋は炭素数が７以上を意味し、Ｃ６−は炭素数が６以下を意味する。
【００３５】
サイクル変動性
実施例１〜５及び比較例１〜６の燃料油組成物を用いて、ＥＧＲ装着火花点火機関を駆動させ、回転数１２００ｒｐｍ、吸気圧力８８ＫＰａでＥＧＲ率が２０％と３５％における図示平均有効圧力のサイクル変動率（％）を求め、下記の基準でサイクル変動性を評価した。
○：２％未満
△：２〜７％
×：７％超
その結果を表４に示した。
【００３６】
【表４】

【００３７】
未燃燃料排出濃度の測定
実施例１〜５及び比較例１〜６の燃料油組成物を用いて、ＥＧＲ装着火花点火機関を駆動させ、回転数１２００ｒｐｍ、吸気圧力８８ＫＰａでＥＧＲ率が３５％における未燃燃料排出濃度（ｐｐｍ）を求めた。その結果を表５に示した。
【００３８】
【表５】

【００３９】
低温始動性
実施例１〜５及び比較例１〜６の燃料油組成物を用いて、Ｍ８５使用車（メタノール８５％、ガソリン１５％混合燃料使用車）を用いて、冷却水温度及び潤滑油温度が共に−１０℃まで達した後、さらに１時間放置し、その後キーオンからエンジン回転数５００ｒｐｍに達するまでの時間を求めた。その結果を表６に示した。
【００４０】
【表６】

【００４１】
【発明の効果】
本発明の燃料油組成物は、特にＥＧＲ装着火花点火機関において燃焼安定性向上及び未燃の燃料排出量の低減化を図ることができ、さらに低温始動性も良好である。従って、本発明の燃料油組成物は、実用上極めて有用である。

Claims

酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を５０〜９０容量％含有し、該酸素／炭素数比（Ｏ／Ｃ数比）が０．５以上の含酸素化合物を除いた燃料油組成物全体の炭素数７以上の芳香族分及び炭素数７以上のオレフィン分の合計量が１０容量％以下であり、炭素数６以下の側鎖を含まないパラフィン分、ベンゼン、炭素数６以下のオレフィン分及び炭素数６以下のナフテン分の合計量が２５容量％以上であり、かつベンゼン及び炭素数６以下のオレフィン分の合計量が１５容量％以上であることを特徴とする燃料油組成物。