JP4938333B2

JP4938333B2 - ガソリン組成物

Info

Publication number: JP4938333B2
Application number: JP2006099699A
Authority: JP
Inventors: 考一砂田; 恭志秋元
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007270039A

Description

本発明は、ガソリン組成物に関し、より詳しくは、リーンバーン燃焼タイプの直接噴射式ガソリンエンジンにおいて、粒子状物質、特に，ＳＯＦ（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ）の排出量を低減し得るガソリン組成物に関する。

近年環境問題が注目され、特に地球温暖化防止の観点から二酸化炭素（ＣＯ₂）の低減が強く求められている。自動車から二酸化炭素の排出を低減する方法の一つとして、ストイキ燃焼であった従来のガソリンエンジン車の燃焼を、より二酸化炭素の排出量が少ないリーンバーン燃焼タイプにした直接噴射式エンジンが開発された。
しかしながら、リーンバーン燃焼タイプの直接噴射式エンジンに通常のガソリンを用いると、ガソリンと空気との混合が充分でないため排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の排出量が増大する欠点があることが知られている。

ところで、ＰＭは、一般にＤｒｙＳｏｏｔ（黒煙）、Ｓｕｌｆａｔｅ（燃料中の硫黄が酸化して生成する成分）及びＳＯＦ（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ：未燃燃料や潤滑油が主成分の有機可溶分）に区分される。そしてこれらの中でＳＯＦは人の健康に被害を与えるといわれているナノ粒子（粒子径が５０ｎｍ以下の微小粒子）の原因物質であるといわれている。
従って、ＰＭ（全ＰＭ）の排出量を低減すると同時に、ＳＯＦの排出量も低減することが必要である。

一方、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＴＨＣ）を低減するために、ガソリンに含酸素化合物を配合することが広く検討されており、特にエチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）が注目されている。このＥＴＢＥ等の含酸素化合物を配合した燃料油はＰＭを低減できることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１を含めた公知技術においては、ストイキ燃焼の直接噴射式エンジンにおけるＰＭの低減を問題にしているが、リーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンにおいてＰＭを低減する方法、特にＳＯＦを低減する方法については検討されていない。
したがって、リーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンにおいて、ＰＭ、特にＳＯＦを低減し得るガソリンの開発が望まれている。

特開２００５−５４１０３号公報

本発明は、このような状況下でなされたもので、リーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンにおいて、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）、特に、ＳＯＦ（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ）を低減することができるガソリン組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、特定の組成を有するガソリンにエチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）を配合し、かつ特定の組成のガソリン組成物とすることによってその目的を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
（１）エチルターシャリーブチルエーテルを５〜１５容量％、清浄剤を８０〜２５０質量ｐｐｍ、蒸留終点が２００℃以下の改質ガソリンを６０容量％以下、及び蒸留終点が２１０℃以下の分解ガソリンを６０容量％以下、並びにアルキレートガソリンもしくは直留ガソリンを配合し、下記（１）〜（５）の性状を有するように調製することを特徴とするリーンバーン燃焼の直接噴射式ガソリンエンジン用ガソリン組成物の製造方法、
（１）芳香族分が４５容量％以下
（２）炭素数１０以上の芳香族分が２.０容量％以下であるとともに、炭素数１０以上のパラフィン分とオレフィン分の合計が２.０容量％以下
（３）ベンゼン含有量が１．０容量％以下
（４）硫黄分が８質量ｐｐｍ以下
（５）蒸留終点が２１０℃以下
を提供するものである。

本発明のガソリン組成物は、リーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンにおいて、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）、特にＳＯＦ（ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ）を低減することができる。

本発明のガソリン組成物は、エチルターシャリーブチルエーテル（以下、「ＥＴＢＥ」と称することがある）を５容量％以上、好ましくは６容量％以上含有することを要する。ＥＴＢＥの含有量が５容量％以上であれば、排気ガス中のＰＭ、特にＳＯＦの発生を抑制するとともに、一酸化炭素及び未燃炭化水素も低減する効果がある。一方、ＥＴＢＥの含有量の上限は１５容量％以下、好ましくは１２容量％以下であることが必要である。ＥＴＢＥの含有量が１５容量％以下であれば、エンジンの空燃比の制御が困難になることがなく運転性能を良好に保つことができる。
なお、ＥＴＢＥの含有量は、ＪＩＳＫ２５３６‐２「石油製品−成分試験方法」のガスクロマトグラフによる全成分試験方法によって測定した値である。

本発明で使用するＥＴＢＥの製造方法については、特に制限はなく、いかなる製造法によって得られるＥＴＢＥであっても使用が可能である。例えば、イソブチレンとエタノールを反応させる方法が挙げられる。この場合原料であるエタノールは公知の製造法から得られるものであればよいが、いわゆるバイオエタノール（さとうきびやとうもろこしの発酵など、バイオマスから製造したエタノール）であることがカーボンニュートラルの概念から二酸化炭素（ＣＯ₂）対策上好ましい。

本発明のガソリン組成物は、清浄剤を８０〜２５０質量ｐｐｍ、好ましくは、１００〜２００質量ｐｐｍ含有することを要する。清浄剤を８０質量ｐｐｍ以上含有することにより清浄効果が発揮され、エンジン燃焼室内のノズルの清浄性が保たれる。また清浄剤が２５０質量ｐｐｍ以下であれば、ＰＭやＳＯＦの排出量が極度に増大する恐れがない。
ここでいう清浄剤としては、例えばコハク酸イミド、ポリアルキル又はポリアルケニルアミン、ポリエーテルアミンなどのガソリン清浄剤として公知の化合物を用いることができる。これらの中でも特に、ポリエーテルアミンが清浄性の効果の点で好ましい。

本発明のガソリン組成物は、芳香族分が４５容量％以下、好ましくは３５容量％以下、より好ましくは２５容量％以下である。芳香族分が４５容量％以下であれば、排気ガス中の一酸化炭素や未燃炭化水素が増大する恐れや、点火プラグがくすぶりを生ずる恐れがなく、運転性能を良好に保つことができる。一方、芳香族分の下限については特に制限はないが、燃費が悪化したり、運転性能の低下を防止する観点から、５容量％以上であることが好ましい。なお、芳香族分は、ＪＩＳＫ２５３６‐２「石油製品−成分試験方法」のガスクロマトグラフによる全成分試験方法によって測定した値である。

本発明のガソリン組成物は、ベンゼン含有量が１.０容量％以下、好ましく、０．５容量％以下であることを要する。ベンゼンが１．０容量％以下であれば、排気ガス中のベンゼン含有量が少なくなり、環境汚染が問題になる恐れがない。また、ガソリン自体が人体に悪影響を及ぼす恐れもない。
なお、ベンゼン含有量は、ＪＩＳＫ２５３６‐２「石油製品−成分試験方法」のガスクロマトグラフによる全成分試験方法によって測定した値である。

本発明のガソリン組成物は、硫黄分が８質量ｐｐｍ以下、好ましくは５質量ｐｐｍ以下、より好ましくは３質量ｐｐｍ以下ある。硫黄分が８質量ｐｐｍ以下であれば、ＰＭの発生を抑制することができ、また、触媒の耐久性が低下することもない。
なお、この硫黄分は、ＪＩＳＫ２５４１−２「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」に従って測定した値である。

本発明のガソリン組成物は、蒸留終点が２１０℃以下、好ましくは２００℃以下、さらに好ましくは１９０℃以下であることを要する。蒸留終点が２１０℃以下であれば、排気ガス中のＰＭやＳＯＦの発生量が著しく増大することを抑制することができる。なお、ここでいう蒸留終点とは、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」のガスクロマトグラフ法によって求められるものである。

本発明のガソリン組成物は、炭素数１０以上の芳香族分（以下、「Ｃ１０⁺Ａ」と称することがある）が２.０容量％以下であることが好ましく、１．５容量％以下であることがより好ましく、１．０容量％以下であることが特に好ましい。Ｃ１０⁺Ａが２.０容量％以下であれば、排気ガス中のＰＭやＳＯＦの発生量の増大を抑制することができる。
さらに本発明のガソリン組成物は、炭素数１０以上のパラフィン分（以下、「Ｃ１０⁺Ｐ」と称することがある）と炭素数１０以上のオレフィン分（以下、「Ｃ１０⁺Ｏ」と称することがある）の合計（Ｃ１０⁺Ｐ＋Ｃ１０⁺Ｏ）が２.０容量％以下であることが好ましく、１．５容量％以下であることがより好ましく、１．０容量％以下であることが特に好ましい。Ｃ１０⁺Ｐ＋Ｃ１０⁺Ｏが２.０容量％以下であれば、排気ガス中のＰＭやＳＯＦの発生量の増大を抑制することができる。
なお、このＣ１０⁺Ａ、Ｃ１０⁺Ｐ及びＣ１０⁺Ｏは、ＪＩＳＫ２５３６‐２「石油製品−成分試験方法」のガスクロマトグラフによる全成分試験方法によって測定した値である。

本発明のガソリン組成物は、オレフィン分（全オレフィン分）が３０容量％以下であることが好ましく、２５容量％以下であることがより好ましい。オレフィン分が３０容量％以下であれば、排気ガス中の窒素酸化物が増加することがなく、大気中に蒸発したガソリンがオゾンを生成する恐れもない。さらにガソリン自体の酸化安定性が悪化する恐れもない。また、オレフィン分の下限は３容量％であることが好ましい。オレフィン分の下限が３容量％以上であると、希薄燃焼状態で失火を起こす恐れがなく、直接噴射式エンジン車の運転性能を確保できる。
なお、オレフィン分は、ＪＩＳＫ２５３６‐２「石油製品−成分試験方法」のガスクロマトグラフによる全成分試験方法によって測定した値である。

さらに本発明のガソリン組成物は、１５℃における密度が０．７３０〜０．７７０ｇ／ｃｍ³であることが好ましく、０．７４０〜０．７６０ｇ／ｃｍ³であることがより好ましい。１５℃における密度が０．７３０ｇ／ｃｍ³以上であれば、エンジンの出力低下や燃費の悪化を起す恐れがなく、１５℃における密度が０．７７０ｇ／ｃｍ³以下であれば、ＰＭやＳＯＦを低減する効果が充分に得られる。
なお、ここでいう１５℃における密度は、ＪＩＳＫ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」によって測定した値である。

さらにまた本発明のガソリン組成物は、リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）が８９以上であることが好ましく、９０以上であることがより好ましい。ＲＯＮが８９以上であれば、ノッキングを生じるなど運転性能が低下する恐れがない。但し、プレミアム仕様（ＪＩＳ１号ガソリン）では９６以上が好ましい。一方、ＲＯＮの上限値については特に制限はないが、通常およそ１０５である。なお、このリサーチ法オクタン価は、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」により測定した値である。

本発明のガソリン組成物はさらに、以下の蒸留性状を有することが好ましい。なお、（）内はより好ましい範囲を示す。
５０％留出温度（Ｔ５０）：７５〜１００℃（８０〜９５℃）
７０％留出温度（Ｔ７０）：１００〜１２５℃（１０５〜１２０℃）
９０％留出温度（Ｔ９０）：１４０〜１６５℃（１４５〜１６０℃）
Ｔ５０、Ｔ７０及びＴ９０が上記の範囲にあれば、加速性など運転性能を良好に保ち、また燃費を悪化させることもない。
なお、上記Ｔ５０、Ｔ７０及びＴ９０は、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」のガスクロマトグラフ法に基づいて測定した蒸留性状から求めた値である。

本発明のガソリン組成物は、任意の方法で製造することができる。例えば、ＥＴＢＥとともに、次に示すガソリン基材を用いて調製することができる。そのガソリン基材としては、例えば、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、接触分解法や水素化分解法で得られる分解ガソリン、接触改質法で得られる改質ガソリン、特に改質ガソリン中のベンゼンを取り除いた留分（脱ベンゼン改質ガソリン）、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に低級オレフィンを付加して得られるアルキレート、直鎖の低級パラフィン系炭化水素の異性化によって得られる異性化ガソリン（アイソメレート）、脱n―パラフィン油、及びこれらの特定範囲の留分や芳香族炭化水素などが挙げられる。

本発明のガソリン組成物の好ましい配合例としては、下記のものが挙げられる。
（１）脱ベンゼン改質ガソリン０〜６０容量％（１０〜６０容量％）
（２）分解ガソリン０〜６０容量％（１０〜６０容量％）
（３）軽質分解ガソリン０〜５５容量％（０〜６０容量％）
（４）アルキレート０〜６０容量％（０〜３０容量％）
（５）脱硫軽質ナフサ０〜３０容量％（０〜２０容量％）
（６）ブタン、ＬＰＧ０〜１５容量％（０〜１０容量％）
（７）ＥＴＢＥ５〜１５容量％（６〜１２容量％）
上記（１）の脱ベンゼン改質ガソリンの蒸留性状については、ＰＭやＳＯＦの発生量抑制の点で、蒸留終点（ＥＰ）が２００℃以下であることが好ましく、１９０℃以下であることがより好ましい。
また、上記（２）の分解ガソリンの蒸留性状についても、同様の理由から、ＥＰが２１０℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましい。

本発明のガソリン組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としては、フェノール系やアミン系などの酸化防止剤、シッフ型化合物やチオアミド型化合物などの金属不活性剤、有機リン化合物などの表面着火防止剤、多価アルコール及び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、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両面界面活性剤などの帯電防止剤、アルケニルコハク酸のエステルなどのさび止め剤、キリザニン、クマリンなどの識別剤、天然精油、合成香料などの着臭剤、アゾ染料などの着色剤など、公知のガソリン添加剤が挙げられ、これらの添加剤を１種又は２種以上添加することができる。また、これら添加剤の添加量は状況に応じて適宜選定すればよいが、通常は添加剤の合計量としてガソリン組成物に対して０．１質量％以下とすることが好ましい。

次に実施例により本発明を詳しく説明するが、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。なお、ガソリン組成物の性状及び性能は次の方法に従って求めた。
〔ガソリン組成物の性状〕
・リサーチ法オクタン価、
ＪＩＳＫ２２８０に従って測定した。
・硫黄分
ＪＩＳＫ２５４１−２に従って測定した。
・芳香族分、オレフィン分、ベンゼン、炭素数１０以上の芳香族分、炭素数１０以上のパラフィン分、炭素数１０以上のオレフィン分
これらについては、ＪＩＳＫ２５３６−２に従って測定した。
・蒸留性状
ＪＩＳＫ２２５４（ガスクロマトグラフ法）に従って測定した。
・密度
ＪＩＳＫ２２４９に従って測定した。

〔ＰＭ及びＳＯＦの測定〕
「ディーゼル自動車１０・１５モード排出ガス測定の技術基準」（道路運送車両の保安基準に係る技術基準）に準拠し、以下の方法で測定した。
（１）ＰＭの発生
・使用車両：トヨタ自動車製マークII（平成１５年式直接噴射式リーンバーン車）
・運転モード：１０・１５モード
・実験温度：２５℃
・実験湿度：５０％
（２）ＰＭ捕集
車両の排気管に希釈装置を接続して、発生するＰＭを捕集フィルターで捕集した。
・希釈装置：堀場製作所製マイクロトンネル（ＭＤＬＴ−１３００Ｔ型）
・希釈率：２０倍
・捕集フィルター：東洋濾紙（株）製ＱＲ−１００（直径７００ｍｍ）
（３）ＰＭ及びＳＯＦの測定方法
・ＰＭ捕集後の捕集フィルターの質量増加量をＰＭ捕集量（ｍｇ）とした。また、ＰＭ捕集後の捕集フィルターをジクロロメタンでソックスレー抽出し、その抽出分の質量をＳＯＦ捕捉量（ｍｇ）とした。

実施例１〜５及び比較例１〜３
第１表に示したガソリン基材を用いて、第２表に示す割合で混合して、ガソリン組成物（ＪＩＳ１号ガソリン）を調製し、その性状・組成及び性能を第２表に示す。
なお、第２表中のＥＴＢＥはエチルタシャリーブチルエーテル、清浄剤は、ポリエーテルアミンである。

実施例６〜１０及び比較例４〜６
第３表に示したガソリン基材を用いて、第４表に示す割合で混合して、ガソリン組成物（ＪＩＳ２号ガソリン）を調製し、その性状・組成及び性能を第２表に示す。
なお、第４表中のＥＴＢＥ及び清浄剤は、第２表に示した化合物と同じである。

第１〜４表より、実施例１〜１０のガソリンはいずれもＰＭ及びＳＯＦの発生量が少ない。これに対し、ＥＴＢＥを含まず芳香族分が多い比較例１、ＥＴＢＥを含まない比較例４、芳香族分が多い比較例２、清浄剤の配合量が多い比較例３，６、並びに蒸留終点が高い比較例５は、いずれもＰＭ及びＳＯＦの発生量が多いことが分る。

本発明のガソリン組成物によれば、リーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンにおいても、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）、特に、ＳＯＦを低減することができるガソリン組成物を得ることができる。また本発明のガソリン組成物は、ＥＴＢＥを一定量以上含むため排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＴＨＣ）を低減でき、さらにリーンバーン燃焼の直接噴射式エンジンに使用すれば二酸化炭素（ＣＯ₂）をも低減できる。したがって、環境汚染及び地球温暖化を防止し得るガソリンとして有用である。

Claims

エチルターシャリーブチルエーテルを５〜１５容量％、清浄剤を８０〜２５０質量ｐｐｍ、蒸留終点が２００℃以下の改質ガソリンを６０容量％以下、及び蒸留終点が２１０℃以下の分解ガソリンを６０容量％以下、並びにアルキレートガソリンもしくは直留ガソリンを配合し、下記（１）〜（５）の性状を有するように調製することを特徴とするリーンバーン燃焼の直接噴射式ガソリンエンジン用ガソリン組成物の製造方法。
（１）芳香族分が４５容量％以下
（２）炭素数１０以上の芳香族分が２.０容量％以下であるとともに、炭素数１０以上のパラフィン分とオレフィン分の合計が２.０容量％以下
（３）ベンゼン含有量が１．０容量％以下
（４）硫黄分が８質量ｐｐｍ以下
（５）蒸留終点が２１０℃以下