JPH10121070A - ガス組成物 - Google Patents

ガス組成物

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JPH10121070A
JPH10121070A JP27908696A JP27908696A JPH10121070A JP H10121070 A JPH10121070 A JP H10121070A JP 27908696 A JP27908696 A JP 27908696A JP 27908696 A JP27908696 A JP 27908696A JP H10121070 A JPH10121070 A JP H10121070A
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JP
Japan
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gas
volume
fuel
methane
thermal efficiency
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JP27908696A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Hara
浩昭 原
Hiroyuki Fukui
裕幸 福井
Haruo Komoriya
晴夫 小森谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
COSMO SOGO KENKYUSHO KK
Cosmo Oil Co Ltd
Original Assignee
COSMO SOGO KENKYUSHO KK
Cosmo Oil Co Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱効率を向上させ、希薄燃焼時のサイクル変
動を抑制し、排気ガス中の未燃炭化水素排出量を低減で
きる、ガスエンジン用の燃料として最適なガス組成物を
提供する。 【解決手段】 本発明のガス組成物は、成分として少な
くともメタン及びエタンを含むガス組成物であって、メ
タンの含有量が5〜85容量%、エタンの含有量が15
〜90容量%、プロパンの含有量が5容量%以下であ
り、かつ、リサーチ法オクタン価が115以上、15℃
におけるガス密度が0.77〜1.29g/cm3である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス組成物に関
し、更に詳細には、ガスエンジンの燃料として最適で、
希薄燃焼時の熱効率を向上させ、サイクル変動を抑制
し、エンジンの排気ガス中の未燃炭化水素排出量を低減
できるガス組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】大気汚染状況の悪化に伴い、クリーンな
排気ガスを排出する燃料を求めて、現在の石油依存の燃
料態勢から脱却する種々の試みが成されている。例え
ば、その試みの一つとして、環境負荷の小さいガス組成
物を燃料としたコンバインド・サイクル・ガス・タービ
ン、コジェネレーション・システム、天然ガス自動車等
が、開発され、実用化の段階に入っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特に、排気ガス問題が
深刻な自動車の分野では、ガス組成がほぼ100%メタ
ンからなる圧縮天然ガス(CNG)或いは液化天然ガス
(LNG)を燃料として使用し、クリーンな排気ガスを
排出するCNG車、或いはLNG車が開発され、一部実
用化されている。ところで、CNG車、或いはLNG車
では、燃料用ガスの1充填当たりの走行距離が短いとい
うことが目下の解決を要する最大の課題となっていて、
この課題を解決するため、近年、自動車メーカーは、希
薄燃焼を行うことにより、燃費の向上、従って燃料用ガ
スの1充填当たりの走行距離を長くすることを目指し
て、研究を行っている。しかし、希薄燃焼は、燃料消費
量の低減により燃費を向上させることができるという優
位性を持つ反面、不完全燃焼によるサイクル変動率の増
加や、未燃炭化水素の排出量が増大するという欠点があ
る。そのため、圧縮天然ガスあるいは液化天然ガスを燃
料とするガスエンジンの普及には、希薄燃焼時における
サイクル変動が抑制され、未燃炭化水素の排出量が少な
いガス組成物の開発が必要不可欠である。
【0004】よって、本発明は、従来技術の上述の状況
に鑑みてなされたものであり、熱効率を向上させ、希薄
燃焼時のサイクル変動を抑制し、排気ガス中の未燃炭化
水素排出量を低減できる、ガスエンジン用の燃料として
最適なガス組成物を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究を行った結果、メタン、エタ
ン及びプロパンの含有率を特定の範囲に規定し、かつリ
サーチ法オクタン価を特定の値以上、ガス密度を特定の
範囲に規定することにより、熱効率の向上、希薄燃焼時
のサイクル変動の抑制、未燃炭化水素排出量の低減を達
成することを見い出し、この知見に基づいて本発明を完
成するに到った。上述の知見に基づいて、本発明に係る
ガス組成物は、成分として少なくともメタン及びエタン
を有するガス組成物であって、メタン及びエタンの含有
率が、それぞれ、5〜85容量%の範囲及び15〜90
容量%の範囲にあり、かつプロパンの含有率が5容量%
以下であることを特徴としている。
【0006】本発明のガス組成物は、圧縮ガスあるいは
液化ガスの形態でガスタービン等のガスエンジンの燃料
組成物として使用することができ、特に、CNGまたは
LNGを燃料とする火花点火型ガスエンジンに最適なガ
ス燃料組成物である。本発明のガス組成物を構成するメ
タン、エタン及びプロパン等の各ガス成分は、その出所
を問わず、例えば石油精製工場、石油化学工場等で副産
物として得られる各ガス成分、市販のガス等を使用する
ことができる。また、本発明のガス組成物は、メタンを
主成分とした天然ガスにエタン等を配合して、本発明の
ガス組成物を調製することもできる。ここで、天然ガス
とは、ガス田等より採取される、炭化水素ガスを主成分
とする可燃性ガスの総称であり、通常、メタンを主成分
とし、メタンの他にエタン、プロパン、ブタン等を含
む。
【0007】本発明のガス組成物は、5〜85容量%の
メタンを含有していることが必要であり、好ましくは5
〜80容量%、更に好ましくは5〜70容量%のメタン
を含有していることが望ましい。メタンの含有率が、5
容量%より少ないと、加速時や登坂時の窒素酸化物の排
出量が増加し、一方、85容量%を超えると、熱効率向
上効果が低下し、サイクル変動の抑制効果が小さくな
り、好ましくない。また、本発明のガス組成物は15〜
90容量%のエタンを含有していることが必要であり、
好ましくは20〜90容量%、更に好ましくは30〜9
0容量%のエタンを含有することが望ましい。エタンの
含有率が、15容量%より少ないと、熱効率向上効果及
び未燃炭化水素排出量の低減効果が低下し、一方、90
容量%を超えると、加速時や登坂時の窒素酸化物の排出
量が増加する傾向があり、好ましくない。本発明のガス
組成物は、プロパンの含有率が5容量%以下であること
が必要であり、好ましくは3容量%以下であることが望
ましい。プロパンの含有率が5容量%を超えると、燃料
希薄領域における熱効率向上効果及び未燃炭化水素排出
量の低減効果が低下するために、好ましくない。また、
プロピレン、ブチレン、ブタジエンの各含有率は1容量
%以下であることが望ましく、更に好ましくは0.5容
量%以下である。プロピレン、ブチレン、ブタジエン等
の各成分の含有率が1容量%を超えると、燃焼ラインが
腐食する可能性があり、車の耐久性上の点で好ましくな
い。尚、上記ガス組成物の各成分含有率は、同じ圧力下
で温度15℃で各成分が占める容量を基準にしたもので
ある。
【0008】本発明のガス組成物のリサーチ法オクタン
価は、115以上であり、好ましくは117以上であ
る。リサーチ法オクタン価が115より小さいと、燃料
希薄領域の燃焼において顕著な熱効率向上効果が発現せ
ず、また、未燃炭化水素排出量の低減効果が小さくなる
ために、好ましくない。また、本発明のガス組成物の1
5℃、1気圧におけるガス密度は、0.77〜1.29g/
cm3 であり、好ましくは0.80〜1.29g/cm3 であ
り、更に好ましくは0.86〜1.29g/cm3 である。1
5℃におけるガス密度が0.77g/cm3より小さいと、顕
著な熱効率向上効果が発現せず、またサイクル変動抑制
の効果が低下する。一方、1.29g/cm3 より大きい
と、燃料希薄領域において顕著な熱効率向上効果が発現
せず、未燃炭化水素排出量の低減効果が低下するため
に、好ましくない。硫黄分の含有率は、0.02質量%
であり、好ましくは0.015質量%以下、更に好まし
くは0.01質量%以下である。硫黄分が0.02質量%
以上であると、燃料ラインを腐食する恐れがあり、また
硫黄酸化物を排出すると共に排気ガス浄化触媒を劣化さ
せ、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の各有害物
質の排出量を増加させる恐れがあるため、好ましくな
い。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。なお、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。
【0010】実施例1 本発明に係るガス組成物を評価するために、実施例試料
を調製し、それを燃料として単気筒火花点火エンジンを
駆動して燃焼試験を行い、希薄燃焼時における熱効率向
上効果及びサイクル変動抑制効果、排気ガス中の未燃炭
化水素排出量の低減効果を評価した。尚、実施例試料を
調製するに当たっては、純度99%のメタン、純度9
9.9%のエタン、及び純度99.5%のプロパンを使用
し、所定の組成に調製した。実施例1では、15℃にお
けるガス組成が、メタン67容量%、エタン30容量
%、プロパン3容量%になるように各ガス成分を調合
し、実施例1試料とした。実施例1試料の組成百分率
(容量%)、15℃でのガス密度及びリサーチ法オクタ
ン価を表1に示した。ガス密度及びリサーチ法オクタン
価は、それぞれ、成分の組成百分率に基づき計算して得
た数値である。
【表1】
【0011】次いで、以下に説明するようにして、実施
例1試料の図示熱効率及びサイクル変動率と、実施例1
試料を燃料とした際の排気ガス中の未燃炭化水素排出量
及び窒素酸化物濃度を測定した。 1)図示熱効率の測定 実施例1試料を燃料にして単気筒火花点火機関を駆動さ
せ、回転数1200rpm、吸気圧力88kPa、圧縮
比9、当量比0.6の条件の下で、実施例1試料の図示
熱効率を測定した。メタン100容量%(後述する比較
例1に相当するガス組成)の図示熱効率を100%とし
た比で、実施例1試料の図示熱効率の測定結果を表2に
示した。ここで、図示熱効率とは、燃料の有するエネル
ギーがシリンダ内で発生するエネルギーに転換される割
合であり、具体的には、1サイクルのうちの圧縮、膨張
行程において燃焼により発生したエネルギーから、排
気、吸気行程において損失したエネルギーを引いたもの
(図示仕事)を、1サイクルについて供給した燃料の有
するエネルギーで除したものである。すなわち、図示熱
効率が高いほど、それだけ燃料の有するエネルギーを有
効に取り出せることになる。
【表2】
【0012】2)サイクル変動率の測定 実施例1試料を燃料にして単気筒火花点火機関を駆動さ
せ、回転数1200rpm、吸気圧力88kPa、圧縮
比9、当量比0.6の条件の下で、実施例1試料のサイ
クル変動率を測定した。ここで、サイクル変動率とは、
600回の測定で得られた図示平均有効圧力の標準偏差
を、その平均値で除したものである。即ち、サイクル変
動率が大きくなるほど、各サイクルで発生する出力が変
動し、運転性の悪化を招く。また、図示平均有効圧力と
は、図示仕事を行程容積で除したものである。測定した
サイクル変動率の結果は、表2に示した通りである。
【0013】3)未燃炭化水素排出量の測定 実施例1試料を燃料にして単気筒火花点火機関を駆動さ
せ、回転数1200rpm、吸気圧力88kPa、圧縮
比9、当量比0.6の条件の下で、実施例1試料の排気
ガス中の未燃炭化水素排出量を測定した。メタン100
容量%(後述する比較例1の組成)の未燃炭化水素排出
量を100%とした比で、未燃炭化水素排出量の測定結
果を表2に示した。当然の事として、未燃炭化水素排出
量が少ないほど、好ましい燃料として評価できる。
【0014】4)窒素酸化物濃度 実施例1試料を燃料にして単気筒火花点火機関を駆動さ
せ、回転数1200rpm、吸気圧力88kPa、圧縮
比9、当量比0.6の条件の下で実施例1試料の排気ガ
ス中の窒素酸化物濃度を測定した。ここで、窒素酸化物
濃度はNO及びNO2 を合計した濃度である。メタン1
00容量%の燃料(後述する比較例1の組成)の窒素酸
化物濃度を100%とした比で、窒素酸化物濃度の測定
結果を表2に示した。
【0015】実施例2 表1に示すように、実施例2では、15℃におけるガス
組成が、メタン60容量%、エタン40容量%、プロパ
ン0容量%になるように各ガス成分を調合し、実施例2
試料とした。次いで、実施例1試料と同様にして、実施
例2試料の図示熱効率及びサイクル変動率と、実施例2
試料を燃料とした際の排気ガス中の未燃炭化水素排出量
及び窒素酸化物濃度を測定し、表2にその測定結果を示
した。
【0016】比較例1〜3 本発明で特定したガス組成及び性状の範囲から逸脱す
る、表1に示すようなガス組成及び性状のガス組成物を
調製して、比較例1〜3とし、実施例1試料と同様にし
て、各比較例試料の図示熱効率及びサイクル変動率と、
各比較例試料を燃料とした際の排気ガス中の未燃炭化水
素排出量及び窒素酸化物濃度を測定し、表2にその測定
結果を示した。比較例1試料は、市販のCNG又はLN
Gに相当し、メタンの含有率が100容量%で、本発明
で特定した5〜85容量%の範囲外にある。比較例2試
料は、エタンの含有率が100%で、本発明で特定した
15〜90容量%の範囲外にある。比較例3試料は、プ
ロパンの含有率が25容量%であって、本発明で特定し
た5容量%以下ではない。
【0017】上記の試験結果より、実施例1、2では、
メタンを主成分とする従来のCNG、LNGに相当する
比較例1試料より、燃料希薄領域における熱効率が向上
し、サイクル変動率も抑制され、未燃炭化水素排出量が
低減される。一方、従来のCNG、LNGに相当する比
較例1は、エタンを含有しないので、熱効率の向上効果
が小さく、サイクル変動率の抑制効果が見られない。ま
た、エタン100容量%で、メタンを含有しない比較例
2は、熱効率が高く、サイクル変動率が低く、未燃炭化
水素排出量が低減するが、窒素酸化物濃度が極めて高
く、排気ガスによる汚染問題の解決にはならない。ま
た、プロパンを25容量%含有する比較例3は、熱効率
が比較例1、即ち従来のCNG、LNGとほぼ同じであ
り、しかもサイクル変動率が大きくなり、未燃炭化水素
排出量も多くなる。
【0018】
【発明の効果】本発明の構成によれば、ガス組成物のメ
タン、エタン及びプロパンの含有率を特定の範囲に規定
し、かつリサーチ法オクタン価及びガス密度を特定の範
囲に規定することにより、熱効率を向上させ、希薄燃焼
時のサイクル変動を抑制し、排気ガス中の未燃炭化水素
排出量を低減できる。このような特性を有するガス組成
物は、従来、CNG又はLNGを燃料としていた自動車
用ガスエンジンの燃料として最適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小森谷 晴夫 埼玉県幸手市権現堂1134−2 株式会社コ スモ総合研究所研究開発センター内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成分として少なくともメタン及びエタン
    を有するガス組成物であって、 メタン及びエタンの含有率が、それぞれ、5〜85容量
    %の範囲及び15〜90容量%の範囲にあり、かつプロ
    パンの含有率が5容量%以下であることを特徴とする燃
    焼性に優れたガス組成物。
JP27908696A 1996-10-22 1996-10-22 ガス組成物 Pending JPH10121070A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037230A (ja) * 1999-07-15 2001-02-09 Toshiba Corp 多点加圧式半導体スタック用球面座、及びボルト
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JP2014169685A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Osaka Gas Co Ltd 予混合圧縮着火式エンジン及びその運転制御方法
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