JP6315647B1 - ガソリン燃料組成物 - Google Patents

Abstract

ベンゼンを１．０容量％以下、炭素数９の芳香族分を２．８〜３０．０容量％、炭素数１０の芳香族分を０．５〜３．０容量％、及びオレフィン分を含み、前記オレフィン分に含まれる、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが１．０〜２．０容量％であるガソリン燃料組成物である。

Description

本発明は、自動車等に搭載されるガソリンエンジンに使用されるガソリン燃料を構成するガソリン燃料組成物に関するものである。

ガソリンエンジンの吸気系統、特に吸気バルブにおいては、燃料であるガソリンの重質留分とオレフィン分がデポジットとなって付着し、最適な空燃比が保たれず、燃焼性能、排出ガス性能及び運転性能に悪影響を与えることが知られている。そこで、ガソリン燃料、特にレギュラーガソリンでは組成をデポジットが生成しにくいものへ調整する取り組みがなされており（例えば、特許文献１）、また、特にプレミアムガソリンにおいては、通常、清浄剤が添加されている。

清浄剤はデポジットを除去し或いはその付着を防止する機能を有するもので、例えば、石油連盟著「石油製品の品質と規格」（非特許文献１）にも述べられているように、アミン類、アミド類などを有効成分とする界面活性剤を利用できる。

そして、清浄剤を含むガソリンの清浄性能を高めるための様々な試みがなされている。例えば、特開２００６−１３７９２７号公報（特許文献２）には、摩擦調整剤および清浄分散剤を含有し、所定の性状を満たすことにより、吸気バルブデポジットの清浄性能が高く、排出ガス削減効果に優れるガソリン組成物を得ることが提案されている。

特許第４８５６９９２号 特開２００６−１３７９２７号公報

石油連盟著「石油製品の品質と規格」第４０頁 昭和５９年

一般に、清浄剤による吸気バルブデポジットの清浄効果は添加量が多い程良くなるが、その一方で、高分子化合物である清浄剤の添加量を過度に増加させることは、ガソリン燃料油中の不揮発性物質を増加させ、吸気弁軸のこう着や燃焼室内部でのデポジット（燃焼室デポジット）を増加させるなど、却ってエンジンを不調にさせる傾向が大きくなってしまうという問題がある。

この不揮発性物質は燃料油中の実在ガム試験方法のうち、蒸発残留物をヘプタンで洗浄する前の所謂「未洗実在ガム」として評価することができ、前述の問題点の観点から自動車ガソリンのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ２２０２）では実在ガムとともにこの未洗実在ガムの上限値も定められている。従って、清浄剤を添加できる量はこの未洗実在ガムにより限定され、得られる清浄効果も制限されるという問題がある。

そこで、本発明は、高い清浄効果を有するガソリン燃料組成物を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、高い清浄効果を有するガソリン燃料組成物を見出した。すなわち、本発明は、ベンゼンを１．０容量％以下、炭素数９の芳香族分を２．８〜３０．０容量％、炭素数１０の芳香族分を０．５〜３．０容量％、及びオレフィン分を含み、前記オレフィン分に含まれる、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが１．０〜２．０容量％であるガソリン燃料組成物である。

以上のように、本発明によれば、高い清浄効果を有するガソリン燃料組成物を提供することができる。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、芳香族分を含む。芳香族分は、ガソリン燃料組成物中に、好ましくは３３．０〜４６．０容量％、より好ましくは３４．０〜４６．０容量％含まれる。芳香族分が多いと、デポジット生成量が増加することがある。

芳香族分には炭素数６の芳香族分であるベンゼンが含まれる。ガソリン燃料組成物中、ベンゼンは、１．０容量％以下、好ましくは０．３〜０．８容量％である。ベンゼンが多いと大気汚染の原因となるので、排出抑制の観点からは低い方が好ましい。

芳香族分には炭素数９の芳香族分が含まれる。ガソリン燃料組成物中、炭素数９の芳香族分は、２．８〜３０．０容量％、好ましくは３．０〜２６．０容量％、より好ましくは３．０〜２３．０容量％、更に好ましくは５．０〜２０．０容量％含まれる。炭素数９の芳香族分が多い方が清浄性能は高くなる傾向にあるが、多すぎると粒子状物質が増加することがある。

炭素数９の芳香族分には、モノアルキルベンゼンであるｉ−プロピルベンゼン、及びｎ−プロピルベンゼン；ジアルキルベンゼンである１−メチル−２−エチルベンゼン、１−メチル−３−エチルベンゼン、及び１−メチル−４−エチルベンゼン；並びにトリアルキルベンゼンである１，２，３−トリメチルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、及び１，３，５−トリメチルベンゼンが含まれる。ガソリン燃料組成物中、炭素数９のジアルキルベンゼンとトリアルキルベンゼンの含有量の和を２．０容量％以上とするのが好ましい。モノアルキルベンゼンよりも複数のアルキル基を有する芳香族の方が酸化安定性に優れるため、これらはデポジットになりにくい。したがって、これらの割合を高めるのが好ましい。

芳香族分には炭素数１０の芳香族分が含まれる。ガソリン燃料組成物中、炭素数１０の芳香族分は、０．５〜３．０容量％、好ましくは０．５〜２．５容量％、より好ましくは０．５〜２．２容量％含まれる。炭素数１０の芳香族分が多いとデポジットを生成し易い。

芳香族分には、インダン類が含まれ、インダン類としては、インダン、メチルインダン、及びジメチルインダンなどが挙げられる。インダン類は、ガソリン燃料組成物中に０．４容量％以下であることが好ましく、０．２容量％以下であることがさらに好ましい。インダン類は酸化安定性が悪く、分子量に比して沸点が高いことから、バルブ周辺温度でデポジットになり易い。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、オレフィン分を含む。オレフィン分の含有量としては、１０．０〜４０．０容量％が好ましく、１５．０〜３０．０容量％がより好ましい。オレフィン分が多いと、酸化安定性が悪化することがある。

オレフィン分には、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが含まれる。ガソリン燃料組成物中、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが１．０〜２．０容量％であり、１．０〜１．５容量％であるのが好ましい。末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンは、例えば、炭素数４〜６のオレフィンである。二重結合が末端にある直鎖のオレフィンは、燃焼速度が著しく早く、燃焼室内で速やかに燃焼する。そのため、二重結合が末端にあるオレフィンが一定量存在すると、デポジット前駆体となる未燃物質を低減し、デポジットの生成を防ぐことができる。末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンの含有量は、例えば、接触分解ガソリン基材の混合量を増やしたり、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンの濃度が低いガソリン基材の混合量を変化させたりして調整することができる。

本発明に係るガソリン燃料組成物には、パラフィン分が含まれていてもよい。パラフィン分は、ガソリン燃料組成物中に、好ましくは１０．０〜９０．０容量％、より好ましくは２５．０〜５０．０容量％含まれる。ガソリン燃料組成物中に、ノルマルパラフィンが、３．８〜１０．０容量％含まれていてもよい。ノルマルパラフィンが少ないと燃焼性が悪化し排ガス性能が悪化することがある。また、ノルマルパラフィン分が多すぎるとオクタン価が低くなる場合がある。また、イソパラフィンが２２．０〜５０．０容量％含まれていてもよい。

本発明に係るガソリン燃料組成物には、ナフテンが含まれていてもよい。ナフテンは、ガソリン燃料組成物中に、好ましくは０．５〜４．５容量％、より好ましくは１．０〜１．３容量％含まれる。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、１５℃における密度が０．７０００〜０．７８００ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、０．７１００〜０．７８００ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましい。密度が大きいとエンジン燃焼室内で、プラグのくすぶりなどの不具合が生ずるおそれがあり、小さいと燃費が悪化するおそれがある。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、蒸気圧（ＶＰ）が、４４．０ｋＰａ〜９３．０ｋＰａであるのが好ましい。燃料蒸発ガスは大気汚染の原因となるので、排出抑制の観点からは低い方が好ましい。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、初留温度が、例えば、２５．０〜６０．０℃である。１０％留出温度は、３０．０〜７０．０℃であるのが好ましい。１０％留出温度が低すぎるとベーパーロックが起こりやすくなり、高すぎると低温始動性が悪化する場合がある。５０％留出温度は、４５．０〜１２０．０℃であるのが好ましい。５０％留出温度が低すぎると燃費が悪化し、高すぎると加速性が悪化する場合がある。９０％留出温度は、１３０．０〜１８５．０℃であるのが好ましい。９０％留出温度が低すぎると燃費が悪化し、高すぎるとオイル希釈が生じ、潤滑油の機能を低下させる。終点は、好ましくは１８０．０℃以下である。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、沸点が１９０．０℃以上の成分が１．７容量％以下であることが好ましく、１．０容量％以下であることがより好ましい。沸点が１９０．０℃以上の成分は、バルブ周辺の温度でも液体として安定に存在する。そのため、デポジットを生成したり、芳香族分によるデポジットの洗い流し効果を阻害したりする。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、リサーチオクタン価（ＲＯＮ）が、好ましくは８９．０以上、より好ましくは９８．０以上、さらに好ましくは１００．０以上である。モーターオクタン価（ＭＯＮ）は、好ましくは８５．０以上、より好ましくは８７．０以上である。

本発明に係るガソリン燃料は、添加剤が添加されていてもよい。添加剤としては、清浄剤、摩擦調整剤、防錆剤、水曇り防止剤、アンチノック添加剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、帯電防止剤、染料、及び腐食防止剤などが挙げられる。清浄性能を高める目的で清浄剤を用いてもよいが、清浄剤が多すぎると燃焼室デポジットが増加する。添加剤は、本発明に係るガソリン燃料組成物中、好ましくは５０〜６００質量ｐｐｍ、より好ましくは２５０〜４５０質量ｐｐｍ含まれていてもよい。

本発明に係るガソリン燃料組成物は、異性化ガソリン、軽質分解ガソリン、重質分解ガソリン、アルキレート、接触改質ガソリン、芳香族回収装置から留出する接触改質ガソリンを蒸留操作により分離した複数のガソリン基材、それらガソリン基材をスルフォランなどの溶剤抽出によりベンゼン等の芳香族分を除去した複数のガソリン基材、軽質ナフサ、及びブタン留分などから選ばれる基材の混合割合を変化させたり、各基材を得る時の運転条件、例えば蒸留装置からのカット温度や得率、反応器の反応温度、抽出装置の抽出温度や溶剤比率などを調整したりすることにより製造することができる。

《実施例１〜５，比較例１〜５》
ブタン、アイソメレート、アルキレート、ライトナフサ、スルフォラン抽出装置から留出したトルエン、芳香族回収装置から留出するトルエン分、炭素数９以上の芳香族を多く含む芳香族分、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンを多く含む軽質分解ガソリン、及び重質分解ガソリンから選ばれる基材を２つ以上混合し、実施例１〜５及び比較例１〜５に係るガソリン燃料組成物を得た。なお、添加剤として、実施例１〜４及び比較例１〜５には同量のＰＥＡ／ＰＩＢＡ系清浄剤を、また、実施例５にはＰＥＡ系清浄剤と摩擦調整剤を加えた。実施例１〜５及び比較例１〜５に係るガソリン燃料組成物について、下記のように清浄性能を測定した。結果を表３及び表４に示す。実施例１〜５及び比較例１〜５に係るガソリン燃料組成物に含まれる末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンの含有量は、表１及び２に示す。表１〜４に記載されている性状等は、下記のように測定した。

密度（１５℃）：
ＪＩＳ Ｋ ２２４９−１「原油及び石油製品−密度の求め方− 第１部振動法」に従って測定した。
蒸気圧（ＶＰ）（ｋＰａ）：
ＪＩＳ−Ｋ−２２５８−２「原油及び石油製品―蒸気圧の求め方― 第２部：３回膨張法」に従って測定した。
ＡＳＴＭ蒸留（Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）：
ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法 ４．常圧法蒸留試験方法」に従って測定した。

組成（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）：
ＪＩＳ−Ｋ−２５３６−２「石油製品−成分試験方法− 第２部：ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」に従って測定した。
沸点≧１９０．０℃：
ＪＩＳ Ｋ ２２５４「石油製品−蒸留試験方法 ４．常圧法蒸留試験方法」に従って蒸留曲線を得、１９０．０℃以上の蒸発量から算出した。

清浄性能（Ｃｌｅａｎ−ｕｐ Ｒａｔｅ）：
評価方法は以下の通りである。
試験環境温度；２５度
供試エンジン；１．５Ｌ，直列４気筒エンジン、自然吸気
試験方法；
１）新品の吸気弁の重量Ａを測定し、それを用いてエンジンを組み立てた。
２）「回転数２０００ｒ／ｍｉｎで７５秒、回転数３８００ｒ／ｍｉｎで２２５秒」を１セットとしてエンジンを稼働させ、これを繰り返して合計１００時間エンジンを運転した。その後、エンジンを分解して吸気弁と吸気弁デポジットの合計重量Ｂを計測した。この時の燃料はレギュラーガソリン相当品を用いた。
３）重量計測後の吸気弁を用いてエンジンを組み立て、実施例・比較例の燃料組成物を用い、上記２）に記載の運転プログラムで１００時間のエンジン稼働を実施した。その後、エンジンを分解して吸気弁と吸気弁デポジットの合計重量Ｃを計測した。
４）２）と３）のエンジン試験後の吸気弁デポジット重量の変化率（（（Ｂ−Ａ）−（Ｃ−Ａ））／（Ｂ−Ａ）×１００）をデポジット除去率（クリーンアップ率）とした。

末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンの含有量：
ＪＩＳ−Ｋ−２５３６−２「石油製品−成分試験方法− 第２部：ガスクロマトグラフによる全成分の求め方」に従って測定した。

−：検出されず
Ｃｎ：末端に二重結合を有する炭素数ｎの直鎖のオレフィンを示す

−：検出されず
Ｃｎ：末端に二重結合を有する炭素数ｎの直鎖のオレフィンを示す

Claims (4)

1. ベンゼンを１．０容量％以下、炭素数９の芳香族分を２．８〜３０．０容量％、炭素数１０の芳香族分を０．５〜３．０容量％、及びオレフィン分を含み、
   前記オレフィン分に含まれる、末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが１．０〜２．０容量％であることを特徴とするガソリン燃料組成物。
2. 前記オレフィン分に含まれる、前記末端に二重結合を有する直鎖のオレフィンが１．０〜１．５容量％である請求項１に記載のガソリン燃料組成物。
3. 前記オレフィン分を１０．０〜４０．０容量％含む請求項１又は２に記載のガソリン燃料組成物。
4. 沸点が１９０．０℃以上の成分が１．７容量％以下である請求項１乃至３いずれかに記載のガソリン燃料組成物。