JP3974281B2

JP3974281B2 - 直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリン

Info

Publication number: JP3974281B2
Application number: JP03792999A
Authority: JP
Inventors: 裕幸福井; 晴夫小森谷
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: JP2000239674A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直噴ガソリンエンジンの熱効率向上を実現する、直噴ガソリンエンジンに適するガソリンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、地球環境保護や化石燃料枯渇などの問題から、エンジンにはさらなる熱効率の向上、すなわち燃料消費量の低減が求められている。その解決の一つとして、燃料消費量の少ない直噴ガソリンエンジンを搭載した車両が発売されている。従来のガソリンエンジンは、燃焼室の外側に設置されたインジェクタもしくはキャブレターから燃料を供給し、燃焼室内に混合気を吸入し、その後、点火プラグにより燃焼室内に濃度的にほぼ均一に分布した混合気に着火が行われ燃焼が行われる。
それに対し、直噴ガソリンエンジンは、先端が燃焼室内に露出するようにインジェクタを設置し、燃焼室内に空気のみを吸入し、燃焼室内に燃料を直接噴射する。そのため、直噴ガソリンエンジンは、エンジンの圧縮行程後半に燃料を噴射し、点火プラグ周辺に混合気を集中させ、全体として非常に希薄な混合気で燃焼を行うことができる。この一般的に成層燃焼と呼ばれる燃焼形態でエンジンを運転することにより、燃料消費量の低減を実現している。この成層燃焼の燃焼形態は直噴ガソリンエンジンでのみ実現可能である。
【０００３】
ところで、この燃焼形態ではエンジンに供給される燃料の絶対量が少ないため、大きな出力を発生させることができず、高出力が要求されるときは吸気行程に燃料を噴射し、燃焼室内に濃度的にほぼ均一の混合気を形成させ、一般的に均一燃焼と呼ばれる燃焼形態でエンジンが運転される。
従って、直噴ガソリンエンジンにおいては、均一燃焼の燃焼形態でのエンジンの運転をできるだけ少なくし、成層燃焼の燃焼形態でのエンジンの運転をできるだけ多くできる熱効率の優れたガソリンが要望されている。
上記のように直噴ガソリンエンジンは燃料室内に燃料を直接噴射するため、従来のガソリンエンジンとは異なる燃焼現象が発生する。特に、成層燃焼は点火プラグ周辺に燃焼室内に噴射された燃料のほとんどが集中するため、従来のガソリンエンジンで見られる燃焼形態とは異なる現象が起きる。そのため、その燃料となるガソリンに対する要求性状も、従来のエンジンで要求されるものと大きく異なる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、直噴ガソリンエンジンに最適な直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンを提供することを目的とする。特に、直噴ガソリンエンジンでのみ実現可能な、成層燃焼における熱効率を向上させることにより、燃料消費量のさらなる低減を実現する、直噴ガソリンエンジンの特に成層燃焼に最適な無鉛ガソリンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、直噴ガソリンエンジンに最適なガソリンを得るよう鋭意研究を重ねた結果、ガソリン中のある特定の物理性状を有する物質の割合を増加させることにより、特に成層燃焼において熱効率を向上させることができることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、リサーチ法オクタン価８９〜１０１、５０％留出温度７５〜１１０℃、１５℃密度０.７２〜０.７８g/cm^３であり、ガソリンの構成成分のうち、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量と、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量の合計量がガソリン全量基準で６〜２０容量％であることを特徴とする直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンのリサーチ法オクタン価は、８９〜１０１であり、好ましくは８９〜１００、より好ましくは８９〜９６、最も好ましくは８９〜９４である。リサーチ法オクタン価が８９より低いと、特に均一燃焼においてエンジンを損傷する可能性があるノッキングを引き起こす可能性があり好ましくない。また、リサーチ法オクタン価が１０１より高くても特に問題はないが、本発明によるガソリンはリサーチ法オクタン価が低いパラフィンの配合割合が多いため、ガソリン全体のリサーチ法オクタン価を１０１より高くすることが難しくなる。ここで、リサーチ法オクタン価とはＪＩＳＫ２２８０「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」により規定されているリサーチ法オクタン価のことを示す。
【０００７】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンの５０％留出温度は、７５〜１１０℃であり、好ましくは８０〜１０５℃、さらに好ましくは８５〜１０３℃であることが望ましい。これが、７５℃に満たない場合は低温運転性、常温運転性に不具合を生じる可能性があり、１１０℃を越える場合には、加速性の悪化が生じる可能性がある。また、９０％留出温度については何ら制限はないが、好ましくは１８０℃以下、より好ましくは１７０℃以下、最も好ましくは１６０℃以下であることが望ましい。これが１８０℃を越えると排気ガスの悪化やエンジンの潤滑油がガソリンにより希釈される可能性がある。ここで言う５０％留出温度及び９０％留出温度とはＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」により規定されている常圧法蒸留試験方法により得られる、ガソリン全量の５０容量％及び９０容量％が留出する温度のことを示す。
【０００８】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンの１５℃密度は、０.７２〜０.７８ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは０.７２５〜０.７６ｇ／ｃｍ^３であることが望ましい。これが０.７２ｇ／ｃｍ^３に満たないと、燃料消費率が悪化する可能性があり、０.７８ｇ／ｃｍ^３を越えると加速性の悪化が生じる可能性がある。ここで言う１５℃密度とはＪＩＳＫ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算法」により規定されている１５℃における試料の密度のことを示す。
【０００９】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンにおいてガソリン構成成分のうち、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量と炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量の合計量はガソリン全量基準で６〜２０容量％であり、好ましくは６.５〜１８容量％、さらに好ましくは７〜１７容量％、最も好ましくは７.５〜１５容量％である。これが６容量％より少ないと、熱効率向上の効果が少なく、２０容量％より多いとガソリン全体のリサーチ法オクタン価を本発明で規定する最低８９より高くすることが難しくなる。
炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量は特に規定しないが、ガソリン全量基準で２〜２０容量％であることが望ましく、好ましくは３〜１８容量％、さらに好ましくは４〜１６容量％、最も好ましくは５〜１４容量％であることが望ましい。これが２容量％より少ないと熱効率向上の効果が少なく、２０容量％より多いとガソリン全体のリサーチ法オクタン価を本発明で規定する最低８９より高くすることが難しくなる。ここで、炭素数７〜１２のノルマルパラフィンとはノルマルヘプタン、ノルマルオクタン、ノルマルノナン、ノルマルデカン、ノルマルウンデカン、ノルマルドデカンのことを示す。これらのノルマルパラフィンは、１種のみで用いてもよいし、２種以上の混合物で用いてもよい。炭素数７〜１２のノルマルパラフィンのうち、特に炭素数７〜８のノルマルパラフィンが好ましい。
【００１０】
炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量は特に規定しないが、２０容量％以下であることが望ましく、好ましくは１０容量％以下であることが望ましい。この含有量が少なくても、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量との合計量がガソリン全量基準で６容量％以上であれば、熱効率向上の効果を実現できるが、２０容量％より多いとガソリン全体のリサーチ法オクタン価を本発明で規定する最低８９より高くすることが難しくなる。ここで、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィンとしては、３エチルヘプタン、４エチルヘプタン、２メチルオクタン、３メチルオクタン、４メチルオクタン、２，５ジメチルオクタン、２，６ジメチルオクタン、２メチルノナン、３メチルノナン、４メチルノナン、５メチルノナン、２メチルデカン、３メチルデカン、４メチルデカン、５メチルデカンなどが挙げられる。これらのイソパラフィンは、１種のみで用いてもよいし、２種以上の混合物で用いてもよい。
【００１１】
本発明のガソリンは、通常のガソリンに本発明で規定するノルマルパラフィンやイソパラフィンを配合させることにより製造することも可能であるが、任意のガソリン基材を調合して製造することも可能である。ここで用いられるガソリン基材としては、原油を常圧蒸留してして得られる軽質ナフサや重質ナフサ、接触分解法や水素化分解法などにより得られる分解ガソリン、オレフィンの重合により得られる重合ガソリン、イソブタンなどの炭化水素の低級オレフィンを付加（アルキル化）することにより得られるアルキレート、軽質ナフサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる異性化ガソリン、脱ノルマルパラフィン油、ブタン、芳香族炭化水素などが挙げられる。当然ではあるが、これらのガソリン基材を本発明で規定する範囲内に調合することが必要である。
【００１２】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンの含酸素化合物の含有量は何ら制限はないが、ガソリン全量基準で酸素元素換算で０〜２．７重量％、好ましくは０〜２重量％であることが望ましい。これが２．７重量％を越える場合、燃料消費率が悪化し、排気ガス中のＮＯｘが増加する可能性がある。ここで言う含酸素化合物としては、エタノール、イソブタノール等のアルコール化合物、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）、ターシャリーアミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、ジイソプロピルエーテル（ＤＩＰＥ）等のエーテル化合物などが挙げられる。
【００１３】
本発明の直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンには必要に応じて、公知の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては清浄分散剤、酸化防止剤、金属不活性剤、表面着火剤、氷結防止剤、助燃剤、帯電防止剤、着色剤、錆止め剤、識別剤、着臭剤などが挙げられる。これらの添加剤を必要に応じ１種、または２種以上添加することができる。この場合、合計添加量はガソリン全量基準で０．１重量％以下とすることが望ましい。
【００１４】
本発明による直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンは、リサーチ法オクタン価が８９以上であるため、ノッキングの発生しやすい均一燃焼においても問題なく使用することが可能であり、また、直噴ガソリンエンジンにおいて燃料消費量を低減する成層燃焼においては、本発明のガソリンにより熱効率が向上する結果、燃料消費量のさらなる低減を実現できることから、直噴ガソリンエンジンの特に成層燃焼に最適なガソリンである。
【００１５】
また、本発明による直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリンは、直噴ガソリンエンジンに最適なガソリンであることは言うまでもないが、現在のガソリンエンジンの主流であるポート噴射式エンジンやキャブレター式エンジンに対しても全く問題なく使用することが可能である。
動力源としてエンジンの他にモーターを使用するハイブリッド自動車においては、エンジンは熱効率が高い条件で運転され、また、モーターによる補助動力もあるためエンジンで発生する出力はさほど必要としない。そのため、このエンジンとして直噴ガソリンエンジンを使用した場合、出力がそれほど大きくない成層燃焼のみで運転することも可能である。この時、本発明のガソリンを使用すればエンジン熱効率のさらなる向上を実現する結果、燃料消費量のさらなる低減を図ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下に、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例により何ら制限されるものではない。
【００１７】
比較例
市販のプレミアムガソリンであるリサーチ法オクタン価９９．０のガソリンＡ、及び市販のレギュラーガソリンであるリサーチ法オクタン価９０.３のガソリンＢを用いた。
【００１８】
実施例
ガソリンＡに炭素数７のノルマルパラフィンであるノルマルヘプタンを１０容量％配合したガソリンＣ、ガソリンＡに炭素数８のノルマルパラフィンであるノルマルオクタンを８容量％配合したガソリンＤ、ガソリンＢにノルマルヘプタンとノルマルオクタンを多く含有する直留重質ナフサ、及び軽質分解ガソリン、改質ガソリン、メチルターシャリーブチルエーテルを配合したガソリンＥを調製した。
表１に、各種ガソリン基材の性状を示し、表２にガソリンＡ〜Ｅ中の各種ガソリン基材の配合割合を示した。
また、表３に本実施例及び比較例で使用したガソリンのリサーチ法オクタン価、５０％留出温度、９０％留出温度、１５℃密度、ガソリン中の炭素数７〜８のノルマルパラフィンの含有量、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量、及びこれらの合計量を示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
ガソリンの性能試験
実施例および比較例のガソリンの性能試験は、ボア８１ｍｍ、ストローク８９ｍｍ、排気量４５８ｃｃ、圧縮比１２の単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、このエンジンを成層燃焼で運転した時の図示熱効率を測定することにより行った。
ここで、図示熱効率とは、燃焼室内で燃焼により発生した仕事を、エンジンに供給した熱量で除したものであり、この値が高いほど供給した燃料が効率よく仕事に転換される、すなわち図示熱効率が高いほど燃料消費量の低減が実現できることになる。そのため、図示熱効率が高いほどエンジンにとっては望ましい。
【００２３】
ガソリンの性能試験（１）
通常、車両に搭載されたガソリンエンジンは、車速やスロットル開度等の走行条件の変化により点火時期が時々刻々変化する。点火時期が変化するとエンジンの燃焼状態も変化し、結果として熱効率も変化する。そこで、単気筒エンジンを吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射時期を固定し、点火時期を変化させた表４の実験条件のもと成層燃焼で運転した時の図示熱効率を測定し、燃料の違いによる点火時期の影響を調べた。
【００２４】
【表４】

【００２５】
図１に点火時期と図示熱効率の関係を示す。ここで、図示熱効率はガソリンＡの点火時期２８ＢＴＤＣにおける図示熱効率で無次元化した相対図示熱効率として示してある。これより、本実施例で示したガソリンは全ての点火時期において比較例とした通常のガソリンより図示熱効率が高く、燃料消費量の低減が実現できることが解る。
【００２６】
ガソリン性能試験（２）
通常、車両に搭載されたガソリンエンジンは、出力の変化をスロットルの開閉、言い換えれば吸入空気量を変化させ行う。そこで、単気筒エンジンを燃料噴射時期と点火時期を固定し、吸入空気量と燃料噴射量を変化させた表５の実験条件のもと成層燃焼で運転した。その時の図示熱効率を測定し、燃料の違いによる吸入空気量、すなわちスロットル開度の影響を調べた。
【００２７】
【表５】

【００２８】
図２に吸入空気量と図示熱効率の関係を示す。ここで、図示熱効率はガソリンＡの吸入空気量１２２Ｌ／ｍｉｎにおける図示熱効率で無次元化した相対図示熱効率として示してある。これより、本実施例で示したガソリンは全ての吸入空気量において比較例とした通常のガソリンより図示熱効率が高く、燃料消費量の低減が実現できることが解る。
このように、ガソリン中の炭素数７〜１２のノルマルパラフィンの含有量と、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィンの含有量の合計をガソリン全量基準で６〜２０容量％とすることにより、図示熱効率を向上させることができる。すなわち、本発明のガソリンにより、直噴ガソリンエンジンにおけるさらなる燃料消費量の低減を実現することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によるガソリンの使用により直噴ガソリンエンジンの燃焼特性、特に成層燃焼における熱効率を向上させる結果、さらなる燃料消費量の低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、点火時期と図示熱効率の関係を示した図である。
【図２】単気筒直噴ガソリンエンジンを使用し、吸入空気量と図示熱効率の関係を示した図である。

Claims

リサーチ法オクタン価８９〜１０１、５０％留出温度７５〜１１０℃、１５℃密度０.７２〜０.７８g/cm³であり、ガソリンの構成成分のうち、炭素数７〜１２のノルマルパラフィン含有量と、炭素数９〜１１かつリサーチ法オクタン価２０以下のイソパラフィン含有量の合計量がガソリン全量基準で６〜２０容量％であることを特徴とする直噴ガソリンエンジン用無鉛ガソリン。