JP5383619B2 - 過給エンジン用燃料組成物 - Google Patents

Description

本発明は、過給エンジン用燃料に関し、詳しくは、自動車の運転性悪化の原因となるプレイグニッション（早期着火）を抑制した過給エンジン用燃料組成物に関する。

近年ＣＯ_２排出量削減の観点から、省燃費エンジンの開発が求められている。代表的な省燃費エンジンとして、ターボチャージャーやルーツブロアーなどの過給機を使用して、エンジンの吸入空気量を強制的に増やし、エンジンの排気量を小さくして高出力を維持する技術、すなわち過給ダウンサイジングエンジン（過給エンジンともいう。）が開発されつつある。ただし、過給ダウンサイジングエンジンは燃焼室内の温度や圧力がＮＡエンジン（自然吸気エンジン）に比べて高くなる為に、スパークプラグによる点火よりも早く燃焼を起こしてしまうプレイグニッション（早期着火）といった異常燃焼が起こりやすくなると考えられる。プレイグニッションを抑制する方法としては、特許文献１のような燃料噴射制御装置があるが、プレイグニッションを抑制する燃料は知られておらず、過給ダウンサイジングエンジンにおいてプレイグニッションが発生しない燃料の開発が求められている。

特開平９−２３６０３５号公報

本発明は、従来のガソリンを過給エンジンに使用した場合に懸念されるプレイグニッションを抑止することができる新規な燃料組成物を提供するものである。

本発明者らは、前記課題について鋭意研究を重ねた結果、特定の性状を有する燃料組成物により、課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、発火点指標が９０．３以上、リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）が９６．０以上、１５℃における密度が０．７１０ｇ／ｃｍ^３以上０．７８３ｇ／ｃｍ^３以下、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が７０℃以下、５０容量％留出温度（Ｔ５０）が７５℃以上１１０℃以下、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１８０℃以下、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする、直鎖飽和炭化水素含有量が７．５容量％以下、芳香族分が３８容量％以上およびシクロペンタン類の含有量が２容量％以上である過給エンジン用燃料組成物に関する。

また本発明は、蒸留初留点（ＩＢＰ）が２０℃以上３７℃以下、７０容量％留出温度（Ｔ７０）が９５℃以上１３５℃以下、終点（ＥＰ）が２２０℃以下であることを特徴とする前記記載の過給エンジン用燃料組成物に関する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物は、過給エンジンを搭載した自動車用燃料として、優れたプレイグニッション抑止効果を有する。

以下、本発明について詳述する。
本発明の過給エンジン用燃料組成物は、発火点指標が９０．３以上、リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）が９６．０以上、１５℃における密度が０．７１０ｇ／ｃｍ^３以上０．７８３ｇ／ｃｍ^３以下、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が７０℃以下、５０容量％留出温度（Ｔ５０）が７５℃以上１１０℃以下、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１８０℃以下、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下のものである。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の発火点指標は９０．３以上であることが必要であり、プレイグニッション抑止の観点から９０．９以上が好ましく、９１．５以上がより好ましい。一方、上限は１００以下が好ましく、９８以下がより好ましく、９６以下がさらに好ましい。発火点指標が１００を超える場合、エンジン内での未燃炭化水素焼物が増加し、デポジットの生成に繋がる点で好ましくない。
なお、ここでいう発火点指標とは、本発明に係る過給エンジン用燃料組成物およびイソオクタン（２，２，４−トリメチルペンタン）の発火点をそれぞれ測定し、イソオクタンの発火点を１００とした場合の過給エンジン用燃料組成物の発火点の相対値を意味するものであり、発火点測定値の測定機関による差をなくすための指標である。また、ここでいう発火点は、ＡＳＴＭ Ｅ６５９“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ”に準拠して測定される発火点（Ｋ）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物のリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）はノッキングを防止し、運転性を向上させる観点から、９６．０以上であることが必要であり、特に過給エンジンを搭載したプレミアムガソリン仕様車に使用する場合は、該自動車の性能を最大限引き出すために、好ましくは９７．０以上であり、さらに好ましくは９８．０以上である。
ここでいうリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）とは、ＪＩＳ Ｋ ２２８０「オクタン価及びセタン価試験方法」により測定されるリサーチ法オクタン価を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の１５℃における密度は、０．７１０ｇ／ｃｍ^３以上０．７８３ｇ／ｃｍ^３以下であることが必要である。本発明の過給エンジン用燃料組成物の１５℃における密度が０．７１０ｇ／ｃｍ^３に満たない場合は燃費が悪化する可能性があり、一方、０．７８３ｇ／ｃｍ^３を超える場合は加速性の悪化やプラグのくすぶりを生じる可能性がある。かかる理由から、密度の下限は０．７１０ｇ／ｃｍ^３以上であることが必要であり、０．７３５ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、０．７４０ｇ／ｃｍ^３以上がより好ましい。密度の上限は０．７８３ｇ／ｃｍ^３以下であることが必要であり、０．７７０ｇ／ｃｍ^３以下が好ましく、０．７６０ｇ／ｃｍ^３以下がより好ましい。
ここでいう１５℃における密度とは、ＪＩＳ Ｋ ２２４９「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定される値（ｇ／ｃｍ^３）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の蒸留性状としては、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が７０℃以下、５０容量％留出温度（Ｔ５０）が７５℃以上１１０℃以下、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１８０℃以下を満たす必要がある。

Ｔ１０は、低温始動性が低下することを抑制するために７０℃以下であることが必要であり、好ましくは６５℃以下、より好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは５５℃以下である。一方、排出ガス中の炭化水素の増加、ベーパーロックによる高温運転性の低下を抑制するために、好ましくは３５℃以上、より好ましくは４０℃以上、さらに好ましくは４５℃以上である。

Ｔ５０は、燃費の悪化を抑制するために７５℃以上であることが必要であり、好ましくは８０℃以上、より好ましくは８５℃以上である。一方、常温運転性の悪化を防止するために１１０℃以下であることが必要であり、好ましくは１００℃以下、より好ましくは９５℃以下である。

Ｔ９０は、冷機時の低温及び常温運転性の悪化、エンジンオイルのガソリンによる希釈の増加、炭化水素排出ガスの増加、エンジンオイルの劣化及びスラッジの発生等の現象を防止できる観点から１８０℃以下であることが必要であり、好ましくは１７５℃以下、より好ましくは１６５℃以下である。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の蒸留初留点(ＩＢＰ)、７０容量％留出温度（Ｔ７０）、終点（ＥＰ）は、特に限定されるものではないが、次の性状を有することが好ましい。
ＩＢＰは、好ましくは２０℃以上、より好ましくは２３℃以上、さらに好ましくは２５℃以上である。ＩＢＰが２０℃に満たない場合は排出ガス中の炭化水素が増加する可能性がある。一方、ＩＢＰは、好ましくは３７℃以下、より好ましくは３５℃以下、さらに好ましくは３３℃以下である。ＩＢＰが３７℃を超える場合には、低温運転性が低下する可能性がある。
Ｔ７０は、好ましくは１３５℃以下、より好ましくは１３０℃以下、さらに好ましくは１２５℃以下である。Ｔ７０が１３５℃を超える場合は冷機時の中低温運転性が低下する可能性があり、また、排出ガス中の炭化水素の増加、吸気バルブデポジットの増加、燃焼室デポジットが増加する可能性がある。一方、Ｔ７０は、好ましくは９５℃以上、より好ましくは１００℃以上、さらに好ましくは１０５℃以上である。Ｔ７０が９５℃を下回る場合には、燃費が悪化する場合がある。
ＥＰは、好ましくは２２０℃以下、より好ましくは２１０℃以下、さらに好ましくは２００℃以下である。ＥＰが２２０℃を超える場合は吸気弁デポジットや燃焼室デポジットが増加する可能性があり、また、点火プラグのくすぶりが発生する可能性がある。
なお、ここでいうＩＢＰ、Ｔ１０、Ｔ５０、Ｔ７０、Ｔ９０、ＥＰとは、ＪＩＳ Ｋ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」により測定される値（℃）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の硫黄分は１０質量ｐｐｍ以下であることが必要であり、好ましくは８質量ｐｐｍ以下である。硫黄分が１０質量ｐｐｍを越える場合、排出ガス処理触媒の性能に悪影響を及ぼし、排出ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣの濃度が高くなるおそれがあり、またベンゼンの排出量も増加するおそれがあり好ましくない。
ここでいう硫黄分とは、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定される値（質量ｐｐｍ）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の直鎖飽和炭化水素（ノルマルパラフィン）含有量は７．５容量％以下であることが好ましく、より好ましくは７．２容量％以下、さらに好ましくは７．０容量％以下、特に好ましくは６．８容量％以下、最も好ましくは６．４容量％以下である。直鎖飽和炭化水素含有量が７．５容量％を超える場合、プレイグニッションが発生しやすくなるため好ましくない。
ここでいう直鎖飽和炭化水素含有量とは、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−成分試験方法−ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」により測定される各々の直鎖飽和炭化水素含有量の合計（容量％）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物の芳香族分は３８容量％以上であることが好ましく、より好ましくは４０容量％以上、さらに好ましくは４２容量％以上、最も好ましくは４４容量％以上である。一方、上限は５０容量％以下が好ましく、４９容量％以下がより好ましく、４８容量％以下がさらに好ましい。芳香族分が３８容量％未満の場合プレイグニッションが発生しやすくなる点で好ましくなく、５０容量％を超える場合燃焼室デポジットが増加する可能性がある。
ここでいう芳香族分とは、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−成分試験方法−ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」により測定される各々の芳香族炭化水素含有量の合計（容量％）を意味する。

本発明の過給エンジン用燃料組成物のシクロペンタン類は２容量％以上であることが好ましく、より好ましくは２．５容量％以上、さらに好ましくは３容量％以上、最も好ましくは４容量％以上である。一方、上限は１０容量％以下であることが好ましく、９容量％以下がより好ましく、８容量％以下がさらに好ましい。シクロペンタン類が２容量％未満の場合プレイグニッションが発生しやすくなる点で好ましくなく、１０容量％を超える場合ガソリンとしてのバランスが崩れる点で好ましくない。
ここでいうシクロペンタン類とは、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−成分試験方法−ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」により測定される５員環を有するナフテン系炭化水素含有量の合計（容量％）を意味する。なお、５員環を有するナフテン系炭化水素としては、シクロペンタンの他、メチルシクロペンタンおよびジメチルシクロペンタン等のアルキルシクロペンタン類を挙げることができる。

本発明の過給エンジン用燃料組成物は、一種又は二種以上のガソリン基材を配合し、所望により後述の清浄分散剤やその他の添加剤を添加することで調製することができる。
本発明の過給エンジン用燃料組成物に用いるガソリン基材は、従来公知の任意の方法で製造することができる。具体的には、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、重質ナフサ、重質ナフサを脱硫処理して得られる脱硫重質ナフサ、接触分解法で得られる接触分解ガソリン、水素化分解法で得られる水素化分解ガソリン、接触改質法で得られる改質ガソリン、改質ガソリンより芳香族分を抽出した残分であるラフィネート、オレフィン分の重合によって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（アルキル化）することによって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、芳香族炭化水素化合物、パラフィン炭化水素化合物、ナフテン炭化水素化合物、オレフィン炭化水素化合物、ＥＴＢＥ（エチル−tert−ブチルエーテル）、プロピレンを二量化し、続いてこれを水素化して得られるパラフィン留分、ハイオクガソリン、合成原油ナフサ（オイルサンド油を熱分解プロセス等でアップグレーディング後、蒸留により得られたナフサ留分）、天然ガス等を一酸化炭素と水素に分解した後にＦ−Ｔ（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成で得られるＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄｓ）の軽質留分等の基材を一種又は二種以上を混合することで製造することができる。

本発明の過給エンジン用燃料組成物は、含酸素化合物を含有していてもよい。
含酸素化合物としては、例えば、炭素数２〜４のアルコール類、炭素数４〜８のエーテル類などが含まれる。具体的な含酸素化合物としては、例えば、エタノール、メチル−tert−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、エチル−tert−ブチルエーテル（ＥＴＢＥ）、tert−アミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、tert−アミルエチルエーテルなどを挙げることができる。なかでもエタノール、ＭＴＢＥ、ＥＴＢＥが好ましい。特に、製造時の二酸化炭素排出量など環境への影響を考慮すると、バイオマス由来のエタノール、バイオマス由来のエタノールを原料として製造したＥＴＢＥを好ましく使用することができる。なお、メタノールは排出ガス中のアルデヒド濃度が高くなる可能性があり、腐食性もあるので、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−成分試験方法」の規定により試験したときに検出されない（０．５容量％以下）ことが好ましい。またこれらの化合物は本来原料中に含まれているもので、１種又は２種以上のガソリン基材を混合して目的の性状の燃料組成物を調製する工程でその含有量が決まる。
含酸素化合物の含有量は、過給エンジン用燃料組成物中の含酸素率でその上限が４．３質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは２．７質量％以下、更に好ましくは１．３質量％以下である。４．３質量％を超える場合は、排出ガス中のＮＯｘが増加する可能性がある。

本発明の過給エンジン用燃料組成物は、清浄分散剤を含有していてもよい。清浄分散剤としては、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどのガソリン清浄分散剤として公知の化合物を用いることができる。これらの中でも空気中３００℃で熱分解を行った場合にその残分が無いものが望ましい。好ましくはポリイソブテニルアミン及び／またはポリエーテルアミンを使用するのが良い。清浄分散剤の添加により吸気バルブデポジットを防止することができる。清浄分散剤の含有量は燃料組成物全量基準で２５〜１０００ｍｇ／Ｌであることが好ましく、吸気バルブデポジットを防止する点から、５０〜５００ｍｇ／Ｌがさらに好ましく、１００〜３００ｍｇ／Ｌが最も好ましい。
本発明の過給エンジン用燃料組成物に添加することができるその他の燃料油添加剤としては、具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジイソブチル−ｐ−フェニレンジアミン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ヒンダードフェノール類等の酸化防止剤、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパンのようなアミンカルボニル縮合化合物等の金属不活性化剤、有機リン系化合物などの表面着火防止剤、多価アルコールあるいはそのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、高級アルコール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、両性界面活性剤などの帯電防止剤、アゾ染料などの着色剤、有機カルボン酸あるいはそれらの誘導体類、アルケニルコハク酸エステル等の防錆剤、ソルビタンエステル類等の水抜き剤、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、高級カルボン酸モノグリセリドや高級カルボン酸のアミド化合物の混合物などの摩擦調整剤等が挙げられる。
これらの添加剤は、１種または２種以上を添加することができ、その合計添加量は燃料組成物全量基準で０．１質量％以下とすることが好ましい。

以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

［実施例１〜４および比較例１〜３］
表１に示すノルマルブタン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、アルキレート、トルエン、軽質分解ガソリン、中質分解ガソリン、重質分解ガソリン、軽質改質ガソリン、重質改質ガソリン、ＥＴＢＥなどの基材を表２に示す割合で配合し、実施例１〜４の試験燃料１〜４を調製した。一方、比較例１〜３は市販のハイオクガソリンを用いた。用いた基材の性状を表１に、調製した試験燃料及び比較例の諸性状を表３に示す。
次に、得られた試験燃料を用いて、以下に示すプレイグニッション試験方法試験を行い、プレイグニッションの有無を評価した。

（性状測定）
本実施例および比較例における試験燃料の性状は以下の方法により測定した。
発火点指標は、イソオクタン（２，２，４−トリメチルペンタン）の発火点を１００とした場合の相対値を意味する。また、ここでいう発火点は、ＡＳＴＭ Ｅ６５９“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ” により測定される値（Ｋ）である。
オクタン価（ＲＯＮ）は、ＪＩＳ Ｋ ２２８０「オクタン価及びセタン価試験方法」により測定されるリサーチ法オクタン価である。
密度（＠１５℃）は、ＪＩＳ Ｋ ２２４９「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定した値である。
硫黄分は、ＪＩＳ Ｋ ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定される値である。
蒸留性状（Ｔ１０、Ｔ５０、Ｔ９０）は、全てＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」によって測定される値である。
ノルマルパラフィン分、芳香族分、シクロペンタン類の含有量、は、ＪＩＳ Ｋ ２５３６「石油製品−成分試験方法」により測定されるガソリン中の直鎖飽和炭化水素の合計含有量、芳香族炭化水素の合計含有量、５員環を有するナフテン系炭化水素であるシクロペンタン類の合計含有量である。

（プレイグニッション試験方法）
（１）プレイグニッションの計測
（ａ）エンジン諸元
エンジンＡ：直列４気筒
：排気量 １７９４ｃｃ
：圧縮比 １５
：噴射方式 ポート噴射式
（ｂ）測定方法
上記緒元のエンジンＡを用いてプレイグニッション試験を行い、プレイグニッションの発生の有無を計測した。
運転条件：回転数 ４４００ｒｐｍ
負荷 ＷＯＴ

プレイグニッションを発生させるために、点火プラグを熱源として用いた。点火時期を進角させることで点火プラグの温度を高め、点火プラグの温度が８６０℃におけるプレイグニッションの有無を判定した。なお、点火以前に点火コイルにイオン電流が検出された場合、プレイグニッションが発生したと判断した。

実施例、比較例のプレイグニッション試験結果を表３に併記する。表３の試験結果から明らかなように、本発明の過給エンジン用燃料組成物（実施例１〜４）を用いた場合は、比較例１〜３の試験燃料と比べて、プレイグニッションが抑制されていることがわかる。

本発明の過給エンジン用燃料組成物は、従来のガソリン以上に優れたプレイグニッション抑制効果を有する。

Claims (2)

1. 発火点指標が９０．３以上、リサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）が９６．０以上、１５℃における密度が０．７１０ｇ／ｃｍ^３以上０．７８３ｇ／ｃｍ^３以下、１０容量％留出温度（Ｔ１０）が７０℃以下、５０容量％留出温度（Ｔ５０）が７５℃以上１１０℃以下、９０容量％留出温度（Ｔ９０）が１８０℃以下、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする、直鎖飽和炭化水素含有量が７．５容量％以下、芳香族分が３８容量％以上およびシクロペンタン類の含有量が２容量％以上である過給エンジン用燃料組成物。
2. 蒸留初留点（ＩＢＰ）が２０℃以上３７℃以下、７０容量％留出温度（Ｔ７０）が９５℃以上１３５℃以下、終点（ＥＰ）が２２０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジン用燃料組成物。