JP7502879B2 - リーンバーンエンジン用燃料組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、リーンバーンエンジン用燃料組成物に関する。
従来から、理論空燃比より薄い混合気で燃料を燃焼させるリーンバーンエンジンが知られている。このようなリーンバーンエンジン用の燃料としては、例えば、特許文献１に、アルキレートガソリン、接触改質ガソリン、軽質接触分解ガソリン及びコーカーライトガソリンよりなる群から選ばれた１種以上のガソリンを配合したことを特徴とするリーンバーンエンジン用燃料組成物が開示されている。
リーンバーンエンジンにおいて、運転可能な空燃比（空気／燃料）の上限はリーン限界と称され、このリーン限界を拡大することで、燃費の向上、燃焼の安定化等が期待される。
本発明は、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることが可能な、リーンバーンエンジン用燃料組成物を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、軽質分解ガソリンを２０体積％以上含有し、炭素数４～６の炭化水素の含有量が５０体積％以上であり、炭素数５のパラフィンに占める炭素数５のイソパラフィンの割合が、６０体積％以上である、リーンバーンエンジン用燃料組成物に関する。
一態様において、炭素数５の炭化水素の含有量は２５体積％以上であってよい。
一態様において、炭素数５のパラフィンの含有量は１０体積％以上であってよい。
一態様において、炭素数４～６の炭化水素に占める炭素数４～６のオレフィンの割合は、１０～６０体積％であってよい。
一態様において、芳香族分が５体積％以下であってよい。
一態様において、炭素数７以上の炭化水素の含有量は１０体積％以下であってよい。
一態様に係るリーンバーンエンジン用燃料組成物は、エタノールを更に含有していてよい。
本発明によれば、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることが可能なリーンバーンエンジン用燃料組成物が提供される。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の燃料組成物は、炭素数４～６の炭化水素を主成分（例えば５０体積％以上、好ましくは５５体積％以上、より好ましくは６０体積％以上）とする燃料組成物である。
本実施形態の燃料組成物は、軽質分解ガソリンが配合されたものである。軽質分解ガソリンの含有量は、２０体積％以上であり、好ましくは２５体積％以上、より好ましくは３０体積％以上、更に好ましくは３５体積％以上、一層好ましくは４０体積％以上、より一層好ましくは４５体積％以上である。軽質分解ガソリンの含有量は、例えば９５体積％以下であってよく、９０体積％以下、８５体積％以下、８０体積％以下又は７５体積％以下であってもよい。
本実施形態の燃料組成物は、炭素数５のパラフィンを含有しており、炭素数５のパラフィンとして少なくとも炭素数５のイソパラフィンを含有している。本実施形態において、炭素数５のパラフィンに占める炭素数５のイソパラフィンの割合は、６０体積％以上であり、好ましくは６３体積％以上、より好ましくは６５体積％以上である。当該割合は、例えば９５体積％以下であってよく、好ましくは９０体積％以下であり、８５体積％以下、８０体積％以下、７５体積％以下又は７０体積％以下であってもよい。
本実施形態の燃料組成物は、軽質分解ガソリンを配合し、炭素数４～６の炭化水素を主成分とし、軽質分中で特に燃焼性状に影響が大きい炭素数５のパラフィンにおいてイソパラフィン比率が高くなるように組成が調整されている。このような燃料組成物は、リーンバーンエンジンのリーン限界を拡大させることができ、リーンバーンエンジン用燃料組成物として（特に、リーン限界が２以上の超稀薄燃焼用として）好適に用いることができる。
なお、本明細書中、燃料組成物における各成分の含有量は、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」に記載の方法で測定される値を示す。
軽質分解ガソリンは、流動接触分解装置の生成物から蒸留により得られる成分であり、炭素数４～６の炭化水素を多く含む成分である。
炭素数４～６の炭化水素には、例えば、炭素数４～６のパラフィン（炭素数４～６のパラフィン及び炭素数４～６のイソパラフィン）、炭素数４～６のオレフィン、炭素数６の芳香族化合物（ベンゼン）等が含まれていてよい。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数４～６のパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば３０体積％以上であってよく、好ましくは４０体積％以上、より好ましくは５０体積％以上、更に好ましくは５５体積％以上、一層好ましくは６０体積％以上である。また、炭素数４～６のパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば９５体積％以下であってよく、９０体積％以下又は８５体積％以下であってもよい。これにより、上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数４～６のノルマルパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば１体積％以上であってよく、好ましくは３体積％以上、より好ましくは５体積％以上、更に好ましくは１０体積％以上であり、１５体積％以上であってもよく、２０体積％以上であってもよい。また、炭素数４～６のノルマルパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば５０体積％以下であってよく、好ましくは４０体積％以下、より好ましくは３５体積％以下、更に好ましくは３０体積％以下である。これにより、上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数４～６のイソパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば２０体積％以上であってよく、好ましくは２５体積％以上、より好ましくは３０体積％以上、更に好ましくは３５体積％以上、一層好ましくは４０体積％以上であり、４５体積％以上であってもよい。また、炭素数４～６のイソパラフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば９０体積％以下であってよく、好ましくは８０体積％以下、より好ましくは７０体積％以下、更に好ましくは６０体積％以下である。これにより、上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数４～６のオレフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば５体積％以上であってよく、好ましくは１０体積％以上である。また、炭素数４～６のオレフィンの含有量は、炭素数４～６の炭化水素の全量に対して、例えば６０体積％以下であってよく，好ましくは５５体積％以下、より好ましくは５０体積％以下、更に好ましくは４５体積％以下、一層好ましくは４０体積％以下、より一層好ましくは３５体積％以下であり、３０体積％以下であってもよい。これにより、上記効果がより顕著に得られる傾向がある。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数５の炭化水素の含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば２０体積％以上であり、好ましくは２５体積％以上、より好ましくは３０体積％以上、更に好ましくは３５体積％以上である。また、炭素数５の炭化水素の含有量は、燃料組成物の全量基準で、例えば７０体積％以下であり、好ましくは６５体積％以下、より好ましくは６０体積％以下である。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数５のパラフィンの含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは１５体積％以上、更に好ましくは２０体積％以上、一層好ましくは２５体積％以上、より一層好ましくは３０体積％以上である。また、炭素数５のパラフィンの含有量は、燃料組成物の全量基準で、例えば６０体積％以下であり、好ましくは５５体積％以下、より好ましくは５０体積％以下である。
本実施形態の燃料組成物における芳香族分は、好ましくは５体積％以下であり、より好ましくは３体積％以下、更に好ましくは２体積％以下である。
本実施形態の燃料組成物は、炭素数７以上の炭化水素を更に含んでいてもよい。炭素数７以上の炭化水素は、例えば炭素数７～１５の炭化水素であってよく、炭素数７～１０の炭化水素であってもよい。
本実施形態の燃料組成物において、炭素数７以上の炭化水素の含有量は、例えば５０体積％未満であってよく、好ましくは４０体積％以下、より好ましくは３０体積％以下、更に好ましくは２０体積％以下、一層好ましくは１０体積％以下、より一層好ましくは７体積％以下である。
本実施形態の燃料組成物は、含酸素化合物を更に含有していてもよい。
含酸素化合物は、構成元素として酸素を含む有機化合物である。含酸素化合物としては、例えば、含酸素複素環式化合物、含酸素芳香族化合物、含酸素脂肪族化合物等が挙げられる。含酸素化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
含酸素複素環式化合物は、含酸素複素環を有する化合物である。含酸素複素環式化合物としては、例えば、フラン環、テトラヒドロフラン環、エチレンオキシド環、プロピレンオキシド環、ピラン環、テトラヒドロピラン環、ベンゾフラン環、ベンゾピラン環等の含酸素複素環を有する化合物が挙げられる。含酸素複素環式化合物としては、上記効果がより顕著に得られる観点から、フラン環を有する化合物が好ましい。フラン環を有する化合物としては、例えば、フラン、２－メチルフラン、２，５－ジメチルフランが挙げられる。フラン環を有する化合物としては、フラン、２－メチルフランが特に好ましい。
含酸素芳香族化合物は、構成元素として酸素を含み、芳香環を有する化合物である。含酸素芳香族化合物としては、例えば、芳香環に直接結合する酸素原子を有する芳香族化合物（例えば、アルコキシベンゼン、フェノール類等）等が挙げられる。アルコキシベンゼンとしては、例えば、アニソール、フェネトール、プロピルオキシベンゼン等が挙げられる。アルコキシベンゼンとしては、沸点範囲の観点から、アニソール及びフェネトールが好ましい。
含酸素脂肪族化合物としては、例えば、アルコール類、エーテル類等（例えば、エタノール、イソブチルアルコール、ＥＴＢＥ（エチル－ｔｅｒｔ－ブチルエーテル）等が挙げられる。
含酸素化合物としては、エタノールが好ましい。
本実施形態の燃料組成物において、含酸素化合物の含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば５０体積％未満であってよく、好ましくは４５体積％以下、より好ましくは４０体積％以下、更に好ましくは３５体積％以下である。また、本実施形態の燃料組成物が含酸素化合物を含有するとき、その含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば１体積％以上であってよく、３体積％以上、５体積％以上、１０体積％以上、１５体積％以上、２０体積％以上又は２５体積％以上であってよい。
本実施形態の燃料組成物は、上記以外の他の成分を更に含有していてもよい。他の成分としては、例えば、清浄分散剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、表面着火防止剤、氷結防止剤、助燃剤、帯電防止剤、着色剤、防錆剤、水抜き剤、識別剤、着臭剤、摩擦調整剤等が挙げられる。これらの他の成分の合計含有量は、燃料組成物の全量に対して、例えば１体積％以下であってよく、０．５体積％以下が好ましく、０．１体積％以下がより好ましい。また、上記の他の成分の合計含有量は、燃料組成物の総量に対して、例えば０．００１体積％以上であってよく、０．００２体積％以上であってもよい。
清浄分散剤としては、通常使用される清浄分散剤を用いることができ、例えば、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。酸化防止剤としては、例えば、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が挙げられる。金属不活性化剤としては、例えば、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が挙げられる。表面着火防止剤としては、例えば、有機リン系化合物等が挙げられる。氷結防止剤としては、例えば、多価アルコール又はそのエーテル等が挙げられる。助燃剤としては、例えば、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコール硫酸エステル等が挙げられる。帯電防止剤としては、例えば、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。着色剤としては、例えば、アゾ染料等が挙げられる。防錆剤としては、例えば、有機カルボン酸又はその誘導体類、アルケニルコハク酸エステル等が挙げられる。水抜き剤としては、例えば、ソルビタンエステル類等が挙げられる。識別剤としては、例えば、キリザニン、クマリン等が挙げられる。着臭剤としては、例えば、天然精油合成香料等が挙げられる。摩擦調整剤としては、例えば、高級カルボン酸モノグリセリド及び高級カルボン酸のアミド化合物の混合物等が挙げられる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンを準備し、軽質分解ガソリンを７０体積％、エタノールを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。なお、燃料組成物の組成は、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」により測定された値を示す。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンを準備し、軽質分解ガソリンを７０体積％、エタノールを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。なお、燃料組成物の組成は、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」により測定された値を示す。
得られた燃料組成物を用いて、以下の方法でリーン限界の測定を行った。
＜リーン限界の測定＞
リーン限界は、下記の試験エンジンを使用し、回転数２０００ｒｐｍ、図示平均有効圧力８００ｋＰａ、トルク最大となる最小進角点火時期（ＭＢＴ）の条件下で空気過剰率を変更することで測定した。リーン限界は、図示平均有効圧力の変動率が３％を超える点における空気過剰率とした。なお、空気過剰率とは試験時の混合気の空燃比を燃料組成物の理論空燃比で除したものであり、当量比φの逆数となる。
（試験エンジン）
エンジン：単気筒
排気量：５６３ｃｃ
噴射方式：ポート噴射式
リーン限界は、下記の試験エンジンを使用し、回転数２０００ｒｐｍ、図示平均有効圧力８００ｋＰａ、トルク最大となる最小進角点火時期（ＭＢＴ）の条件下で空気過剰率を変更することで測定した。リーン限界は、図示平均有効圧力の変動率が３％を超える点における空気過剰率とした。なお、空気過剰率とは試験時の混合気の空燃比を燃料組成物の理論空燃比で除したものであり、当量比φの逆数となる。
（試験エンジン）
エンジン：単気筒
排気量：５６３ｃｃ
噴射方式：ポート噴射式
（実施例２）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを５２．５体積％、ＬＦＭＴを１７．５体積％、エタノールを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを５２．５体積％、ＬＦＭＴを１７．５体積％、エタノールを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（実施例３）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリン軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを５０体積％、ＬＦＭＴを５０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリン軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを５０体積％、ＬＦＭＴを５０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（実施例４）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質直留ナフサ（ＬＳＲ）とを準備し、軽質分解ガソリンを７０体積％、ＬＳＲを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質直留ナフサ（ＬＳＲ）とを準備し、軽質分解ガソリンを７０体積％、ＬＳＲを３０体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（実施例５）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを２５体積％、ＬＦＭＴを７５体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質改質ガソリン（ＬＦＭＴ）とを準備し、軽質分解ガソリンを２５体積％、ＬＦＭＴを７５体積％の割合で混合し、下記表１に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（比較例１）
燃料組成物として、下記表３に示す組成のハイオクガソリン相当燃料を準備した。準備した燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物として、下記表３に示す組成のハイオクガソリン相当燃料を準備した。準備した燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（比較例２）
比較例１で用いた燃料組成物にアルキレートガソリンを１：１（体積比）で配合し、下記表２に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
比較例１で用いた燃料組成物にアルキレートガソリンを１：１（体積比）で配合し、下記表２に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
（比較例３）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質直留ナフサ（ＬＳＲ）とエチル－ｔｅｒｔ－ブチルエーテル（ＥＴＢＥ）とを準備し、軽質分解ガソリンを３０体積％、ＬＳＲを３０体積％、ＥＴＢＥを４０体積％の割合で混合し、下記表２に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリンと軽質直留ナフサ（ＬＳＲ）とエチル－ｔｅｒｔ－ブチルエーテル（ＥＴＢＥ）とを準備し、軽質分解ガソリンを３０体積％、ＬＳＲを３０体積％、ＥＴＢＥを４０体積％の割合で混合し、下記表２に示す組成の燃料組成物を得た。得られた燃料組成物を用いて、実施例１と同様にリーン限界の測定を行った。
なお、表１～３中、各成分の割合を示す数値の単位は体積％である。
Claims (6)
- 軽質分解ガソリンを２０体積％以上含有するリーンバーンエンジン用燃料組成物であって、
炭素数４～６の炭化水素の含有量が、前記燃料組成物の全量基準で５０体積％以上であり、
炭素数７以上の炭化水素の含有量が、前記燃料組成物の全量基準で１０体積％以下でああり、
含酸素化合物の含有量が、前記燃料組成物の全量基準で５０体積％未満であり、
炭素数４～６の炭化水素に占める炭素数４～６のオレフィンの割合が、１０体積％以上６０体積％以下であり、
炭素数５のパラフィンに占める炭素数５のイソパラフィンの割合が、６０体積％以上である、リーンバーンエンジン用燃料組成物。 - 炭素数５の炭化水素の含有量が、前記燃料組成物の全量基準で２５体積％以上である、請求項１に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
- 炭素数５のパラフィンの含有量が、前記燃料組成物の全量基準で１０体積％以上である、請求項１又は２に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
- 芳香族分が、前記燃料組成物の全量基準で５体積％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
- 含酸素化合物の含有量が、前記燃料組成物の全量基準で１体積％以上４５体積％以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
- 前記含酸素化合物がエタノールである、請求項１～５のいずれか一項に記載のリーンバーンエンジン用燃料組成物。
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| US20030028058A1 (en) | 2001-03-27 | 2003-02-06 | Walter Weissman | Tuning fuel composition for driving cycle conditions in spark ignition engines |
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| JP2006083366A (ja) | 2004-08-19 | 2006-03-30 | Japan Energy Corp | ガソリン組成物とその製造方法 |
| JP2006233033A (ja) | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Japan Energy Corp | 二酸化炭素低排出ガソリン組成物 |
| JP2007270041A (ja) | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Idemitsu Kosan Co Ltd | ガソリン組成物 |
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