JPH06192665A - 燃料油組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 火炎伝播速度が広い範囲の燃料／空気化にお
いて改善され、火花点火機関の点火時期の最適化が行
え、運転条件によらずエンジンの出力を改善することが
でき、希薄または過濃な混合気での運転時に金属分の使
用無しに点火性を高め、さらに定常運転時にも生じる混
合気形成のばらつきに起因するサイクル毎の変動を少な
くし得て、その結果、燃料／空気比の変化に拘らず、図
示平均有効圧力や筒内最大圧力などの変動を抑え、安定
した燃焼を与える火花点火機関用の燃料油組成物を提供
する。 【構成】 火花点火機関に使用するガソリンに、化１の
一般式により表される不飽和結合を含むエーテルを配合
する。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定のガソリンと特定
の含酸素化合物とからなる火花点火機関用の燃料油組成
物に関し、特に、従来のガソリンよりも点火性がよく、
かつ火炎伝播速度の大きい上記燃料油組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】火花
点火機関に適した従来のガソリンの火炎伝播速度は、様
々な方法で測定され、従来のガソリンの様々な条件下で
の火炎伝播速度は既に知られている。

【０００３】ところで、火花点火機関において、燃料／
空気比が理論混合比近傍のとき、表面着火や自己着火な
どの異常燃焼を回避するために、燃焼時の最大圧力を本
来の最大圧力よりも低く抑えなければならず、そのため
火花点火時期を上死点よりも進角させていた。ここで、
進角とは、圧縮上死点のクランク角度を０°とし、それ
以前の点火時のクランク角度を表現したものであり、例
えば圧縮上死点前１０°の時に点火させることを点火を
１０°進角させるという。しかし、点火を進角させる
と、圧縮行程中に燃焼圧力が上昇し始めるため、出力の
損失が発生し、熱効率が低下してしまう。

【０００４】また、燃料／空気比が低すぎる場合、逆に
高すぎる場合には、火炎伝播速度が小さくなって出力は
大幅に減少し、さらに点火性も悪化してサイクル変動が
増加してしまう。したがって、従来のガソリンの火炎伝
播速度および点火性では、このような出力損失およびサ
イクル変動は、避けられなかった。

【０００５】一般に、火花点火機関の基本となるサイク
ル（オットーサイクル）においては、燃料／空気混合気
の火炎伝播速度は無限大で、圧縮行程の上死点で点火
し、瞬時に燃焼が完結することにより最大出力が得られ
るとされている。したがって、それに近づくように進角
をより少なくできる、火炎伝播速度の大きい、ガソリン
の開発が望まれていることも周知の事実である。

【０００６】燃焼速度および可燃限界は、化合物各々の
物性値であり、ＮＡＣＡ（米国航空諮問委員会）円管法
などにより、常温・常圧におけるそれらの数値が測定さ
れ、燃焼速度が大きく、かつ可燃範囲が広い含酸素有機
化合物があることも知られている。

【０００７】しかしながら、これらは、主として安全工
学の観点に基づく測定であり、これら含酸素有機化合物
について、火花点火機関内における火炎伝播速度、点火
性などについては議論されていなかった。

【０００８】ある一定の条件下における火炎伝播速度に
ついて、任意の燃料／空気比で、液体燃料の火炎伝播速
度および点火性を簡便に比較測定する実験的手法ととも
に、液体燃料油の燃焼特性評価定容燃焼装置が新たに開
発された（特願平３−１５５０９５４号）。

【０００９】この装置は、内部に密閉された燃焼室を形
成しかつ観測用窓を有する燃焼器本体と、該燃焼器本体
の外面に装着されたヒーターと、燃焼室の温度を検出す
る温度検出器と、燃焼室に所定量の液体燃料油を供給す
る液体燃料油供給器と、燃焼室に空気を供給する空気供
給器と、燃焼室で可動の攪拌部材を有する攪拌器、およ
び燃焼室内に火花を形成し得る点火栓とを備えるもので
ある。この装置によれば、火炎伝播を、観察室を通して
レーザービーム屈折法などで測定することが可能であ
り、液体燃料油の燃焼性を実験室的に評価できる。

【００１０】火花点火機関における前述のサイクル変動
については、ガソリンなど多成分系の燃料と空気との混
合気を燃焼室内で燃焼させる場合、混合気の形成におけ
るサイクル毎のばらつきや、点火性の差などが大きな要
因となることが知られている。したがって、燃料／空気
比が低すぎるとき、または高すぎるとき、もしくは定速
運転時においても起こる混合気形成のばらつきや、点火
性の差が生じるような条件においても、サイクル毎の燃
焼状態の変動を少なくし、安定燃焼を実現するような燃
料添加物および燃料配合物が使用できれば有利である。

【００１１】ところで、希薄な混合気の点火性を向上さ
せる添加物については、特開昭６２−１７８５号公報
は、例えば、コハク酸誘導体のアルカリまたはアルカリ
土類金属塩が点火性を向上させ、スパークプラグギャッ
プから１０ｍｍの距離にあるレーザービームへ火炎が移
動する時間が短縮、すなわち点火遅れが改善され、また
エンジン内を汚さないことについて記載している。しか
し、これらの化合物には金属分が含まれているため、そ
の金属分が排ガスとともに排出され、排気系内に蓄積も
しくは大気中に排出されてしまい、環境対策上問題があ
り、また排気ガス処理系統内に保持される触媒の活性維
持の点で好ましくないことが判明している。また、上記
公報では、点火性のみが評価されており、火炎伝播速度
については何ら検討されていない。

【００１２】本発明は、従来のガソリンよりも点火性が
よく、かつ火炎伝播速度の大きい火花点火機関用の燃料
油組成物を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために検討を重ねた結果、従来の火花点火
機関用のガソリンに特定の含酸素有機化合物を配合した
ものを、火花点火機関の燃料油として使用したところ、
金属分を排出することなく、安定した燃焼を可能とする
上、点火性がよく、かつ火炎伝播速度も大きく、出力向
上を可能とすることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１４】すなわち、本発明は、火花点火機関に使用
するガソリンと、化２に示す一般式により表される不飽
和結合を含むエーテルからなることを特徴とする火花点
火機関用燃料油組成物を要旨とする。

【００１５】

【化２】

【００１６】本発明で用いる含酸素化合物は、少なくと
も１つの３重結合と、少なくとも１つの２重結合と、酸
素原子とを分子内に同時に有している、特定の非環式含
酸素化合物であり（以下、これらを総称して「含酸素化
合物」という）、ガソリンに含有させることにより、点
火性を高め、火炎伝播速度をも速めることができるもの
である。

【００１７】これら本発明で用いる含酸素化合物は、通
常のガソリンの沸点範囲３０〜２３０℃に沸点をもつ含
酸素化合物であり、１分子中の直鎖もしくは分岐型のア
ルキル基などの炭素数の合計が５〜１０程度の化合物が
好適である。

【００１８】本発明に用いられる含酸素化合物の具体例
としては、２重結合に隣接する炭素原子上に酸素原子を
有するエーテルであり、例えば、１−メトキシ−１−ブ
テン−３−イン、１−エトキシ−１−ブテン−３−イ
ン、４−メトキシ−３−プロペン−１−イン、１−メト
キシ−１−ペンテン−３−インなどを挙げることができ
る。火炎伝播速度を速めるには、炭素数が小さい化合物
を使用するとより効果がある。特に、１−メトキシ−１
−ブテン−３−インがその効果が大きい。

【００１９】含酸素化合物の配合量は、後述するガソリ
ン基材によって調整されたガソリンに対して、燃焼特性
の向上には約０．０５〜５０容量％が好ましい。特に、
出力特性の顕著な向上には約５〜５０容量％が好まし
い。さらに、通常ガソリンと同等の性状に調製する場合
の調製容易性の点で、一般には約０．０５〜４０容量％
の範囲の配合量が好適に用いられる。

【００２０】含酸素化合物において、酸素置換基がガソ
リンへの溶解性を決定する大きな要因となるので、置換
基の性質は重要である。なお、ガソリンへの溶解性が好
ましくない場合、ターシャリーブチルアルコールなどを
相溶剤として少量添加しても良い。

【００２１】含酸素化合物は、単体でガソリンに含有さ
せるか、化１の式で表される化合物の中で任意の化合物
同士を組み合わせた混合物をガソリンに含有させてもよ
い。

【００２２】含酸素化合物を含有させ得るガソリンは、
火花点火機関に使用するのに適したガソリンであり、そ
の主成分は、約３０〜２３０℃に沸点を持つ炭化水素混
合物である。このガソリンは、不飽和炭化水素および芳
香族炭化水素混合物を任意に含んでいてもよく、一般走
行用、レース用ガソリンなど、その目的に応じて適宜調
製することが可能である。例えば、一般走行用の燃料と
して用いる場合においては、この含酸素化合物を含有さ
せるに当たって、火花点火機関に適した性状の燃料とな
るように、直留ガソリン、分解ガソリン、改質ガソリ
ン、アルキレートガソリン、異性化ガソリン、重合ガソ
リン、またはそれらを蒸留カットすることによって得ら
れた成分などを適宜組み合わせて配合し、リサーチ法オ
クタン価約９０以上、リード蒸気圧約０．６〜０．９ｋ
ｇ／ｃｍ^２、１５℃における密度約０．７００〜０．７
８３ｇ／ｃｍ^２の範囲とし、蒸留性状なども火花点火機
関に適したガソリンと同等の性状とすることが可能であ
る。

【００２３】なお、含酸素化合物は、３重結合および２
重結合などの不飽和結合を分子内に有しており、ガソリ
ン中へ含有させた場合の酸化安定性の低下が予想される
ような使用条件下においては、必要に応じガソリン中
に、アミン、フェノール、およびハイドロキノン類など
の酸化防止剤を添加しても良い。このときの酸化防止剤
の添加量は、約１０〜１００ｐｐｍの範囲が好ましい。

【００２４】また、ガソリン中には、必要に応じて、チ
オアミド類などの金属不活性剤、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清浄分散
剤、多価アルコールおよびそのエーテルなどの氷結防止
剤、高級アルコールの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、およびアゾ染料などの着色剤な
ど、公知の燃料油添加剤を１種または数種組み合わせて
添加してもよい。これら燃料油添加剤の添加量は、任意
であるが、通常、その合計添加量が約１０００ｐｐｍ以
下となるように添加するのが好ましい。

【００２５】

【実施例】

実施例１ 混合気の火炎伝播速度の改善を確かめるために、液体燃
料の燃焼特性評価定容燃焼装置（特願平３−１５５０９
５４号）を用いて、本発明の燃料油組成物の燃焼テスト
を実施した。本装置の容器は、内寸６０×４０×２０８
ｍｍ、内容積は４９９ｃｃであり、向かい合う２面にパ
イレックスガラス製観測用窓が設けられており、また安
定な混合気の形成や加熱および点火などを行う設備も有
している。この容器を用い、規定の条件下において、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザービーム屈折法により容器の任意の位置
における火炎面到達時間を計測し、火炎面の移動距離と
時間の関係から火炎伝播速度を求めた。市販のレギュラ
ーガソリンに、表１に示す含酸素化合物を、表１に示す
配合量で配合して調製した本発明の燃料油組成物を用い
て、上記の測定法によって得られた火炎伝播速度を、市
販のレギュラーガソリンのみの火炎伝播速度に対する改
善率で比較した結果を、表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】実施例２ 火炎伝播速度の増加が火花点火機関の発生出力向上へ及
ぼす効果を確認するために、排気量４０３ｃｃの単気筒
ガソリンエンジン（ＡＶＬ社製５３０タイプ）を圧力測
定を行えるように改造し、燃焼室内の圧力を測定して、
燃焼解析を行った。市販レギュラーガソリンと、市販レ
ギュラーガソリンに１−メトキシ−１−ブテン−３−イ
ンを２０容量％配合した本発明の燃料油組成物とを用
い、エンジン回転数：１２００ｒｐｍ、点火時期：ＭＢ
Ｔ（最大トルクを発生する最小点火進角）で、エンジン
混合気の濃度を変えて運転したときの図示平均有効圧力
を測定した結果を図１に、用いた燃料油の性状を表２に
示す。ここで、図示平均有効圧力とは、内燃機関におけ
る燃焼の遅れ、弁開閉時期の影響、熱解離、冷却などに
よる機関の損出を差し引いたシリンダ内の圧力−容積線
図の面積をもとに、１サイクルにおけるピストン表面に
与えた単位面積当たりの圧力平均値であり、一般的に機
関出力の評価に用いられる値である。図１中、曲線１が
本発明の燃料油組成物についての、曲線２が市販レギュ
ラーガソリンについての、各当量比（実際の燃空比／理
論燃空比）（φ）における図示平均有効圧力（ｋＰａ）
をそれぞれ示すグラフである。

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例３ 実施例２で用いたエンジンおよび装置を使用して、エン
ジン回転数：１２００ｒｐｍ、点火時期：ＭＢＴ、当量
比（実際の燃空比／理論燃空比）：１．０および０．７
の条件下において、市販レギュラーガソリンに１−メト
キシ−１−ブテン−３−インを図２に示す割合で配合し
た本発明の燃料油組成物と、市販レギュラーガソリンと
について図示平均有効圧力を測定し、その６００サイク
ルのサイクル変動率（図示平均有効圧力の標準偏差／図
示平均有効圧力の平均値）を比較した。その結果を図２
および図３に示す。なお、本発明の燃料油組成物の性状
は、含酸素化合物の配合量が少ないため、表２に示した
市販レギュラーガソリンとほぼ同等であった。

【００３０】図２が、当量比１．０における、本発明の
燃料油組成物（エリア１）と市販レギュラーガソリン
（エリア２）とについての、図示平均有効圧力のサイク
ル変動率をそれぞれ示すグラフである。図３が、当量比
０．７における、本発明の燃料油組成物（エリア１）と
市販レギュラーガソリン（エリア２）とについての、図
示平均有効圧力のサイクル変動率をそれぞれ示すグラフ
である。図２および図３から明らかなように、当量比
１．０および０．７のいずれのケースにおいても、本発
明の燃料油組成物は、通常の市販レギュラーガソリンよ
りも、図示平均有効圧力のサイクル変動率は小さく、燃
焼のサイクル変動が改善されていることが判る。

【００３１】実施例４ 実施例２で用いたエンジンおよび装置を使用して、実施
例２で用いた市販レギュラーガソリンと本発明の燃料油
組成物を使用して、エンジン回転数：１２００ｒｐｍ、
点火時期：ＭＢＴで、エンジン混合気の濃度を変えて運
転したときの未燃炭化水素排出量を測定した結果を図４
に示す。図４中、曲線１が本発明の燃料油組成物につい
ての、曲線２が市販レギュラーガソリンについての、各
当量比における未燃炭化水素排出量（ｐｐｍ）をそれぞ
れ示すグラフである。

【００３２】参考例 参考のために、実施例１で用いた液体燃料油の燃焼特性
評価定容燃焼装置を使用して、表３の実験条件で、各種
の含酸素化合物純品の火炎伝播速度を測定した結果を図
５に示す。一般に、３重結合をもつ不飽和の含酸素化合
物は、炭素数の増加に伴い火炎伝播速度は小さくなる
が、３重結合と２重結合を同時に持つ１−メトキシ−１
−ブテン−３−インは炭素数５のエーテルであるにもか
かわらず、炭素数４のメチルプロパルギルエーテルより
も、火炎伝播速度が大きい結果を示すことが、図５より
明らかである。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【発明の効果】本発明の燃料油組成物によれば、火炎伝
播速度が広い範囲の燃料／空気比において改善されるた
め、火花点火機関の点火時期の最適化が行え、運転条件
によらずそのエンジンの出力を改善することができる。
また、火花点火機関における希薄もしくは過濃な混合気
での運転時に金属分の使用無しに点火性を高め、さらに
定常運転時にも生じる混合気形成のばらつきに起因する
サイクル毎の変動を少なくする能力を有する。したがっ
て、本発明の燃料油組成物によれば、燃料／空気比の変
化に拘らず、図示平均有効圧力や筒内最大圧力などの変
動を抑え、安定した燃焼を与えることができる。さら
に、本発明の燃料油組成物は、安定燃焼を実現するの
で、排ガス特性をも向上させることができ、火花点火機
関の始動性改善などその作動状況を良好にすることので
きるものであり、工業的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２の結果であり、本発明の燃料油組成物
と市販レギュラーガソリンとについての各当量比におけ
る図示平均有効圧力を示すグラフである。

【図２】実施例３の結果であり、本発明の燃料油組成物
と市販レギュラーガソリンとについての当量比１．０に
おける図示平均有効圧力のサイクル変動率を示すグラフ
である。

【図３】実施例３のもう１つの結果であり、本発明の燃
料油組成物と市販レギュラーガソリンとについての当量
比０．７における図示平均有効圧力のサイクル変動率を
示すグラフである。

【図４】実施例４の結果であり、本発明の燃料油組成物
と市販レギュラーガソリンとについての各当量比におけ
る未燃炭化水素排出量を示すグラフである。

【図５】参考のために、実施例１で用いた液体燃料油の
燃焼特性評価定容燃焼装置を使用して、表３の実験条件
で、含酸素化合物純品の火炎伝播速度を測定した結果を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火花点火機関に使用するガソリンと、化
   １の一般式により表される不飽和結合を含むエーテルと
   からなることを特徴とする火花点火機関用燃料油組成
   物。 【化１】