KR100864032B1

KR100864032B1 - 내연기관용 연료

Info

Publication number: KR100864032B1
Application number: KR1020047018220A
Authority: KR
Inventors: 미야모토마코토
Original assignee: 가와구치 마코토
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-10-16
Also published as: AU2003236047A1; EP1505143A4; CN1271178C; KR20050000529A; JP3918172B2; US20050126514A1; JP2003327977A; EP1505143A1; WO2003097772A1; CN1653162A

Abstract

환경에 친화적인 동시에, 내연기관에의 부식을 억제할 수 있는 우수한 내연기관용 연료를 제공하는 것. 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 알콜 성분을 50∼75 중량%, 탄화수소 성분을 25∼49.9 중량% 포함하고, 인화점이 -20℃ 이하인 내연기관용 연료. 이러한 고농도의 알콜을 포함하는 연료에서는, 그 알콜 성분이 50∼60 중량%이고, 탄화수소 성분이 40∼49.9 중량% 인 것이 바람직하고, 또 알콜 성분에 대해서는 이소프로필 알콜이 15∼30 중량%이고, 이소부틸 알콜이 15∼25 중량%이고, n-부틸 알콜이 7∼20 중량%인 것이 바람직하다.

내연기관, 연료, 알콜, 탄화수소, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜, n-부틸 알콜, 부식.

Description

내연기관용 연료{FUEL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 연료, 특히 환경에 친화적이어서 저공해인 내연기관용 연료에 관한 것이다.

내연기관용 연료, 예를 들면 자동차에 탑재하는 내연기관용 연료로서 가솔린이 널리 사용되고 있다. 가솔린을 연료로서 사용하면, 그 연소시에 CO_x(탄소 산화물), NO_x(질소 산화물), SO_x(황화 산화물) 등이 발생하고, 발생한 이들 CO_x, NO_x, SO_x가 배기가스와 함께 대기중에 배출되어, 대기 오염의 원인이 되고 있다.

이러한 점으로부터, 최근, 알콜 성분을 고농도로 포함하는 내연기관용 연료가 주목받아, 알콜을 포함하는 여러 연료가 제안되고 있고, 이 종류의 연료로서, 예를 들면 일본 특개평 9-227880호 공보에 개시된 것이 알려져 있다. 이 연료는 메틸 알콜, 이소부틸 알콜 등의 알콜 성분을 48∼58 중량% 포함하고 있고, 이러한 알콜 성분을 포함하고 있으므로, 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 1로, 알콜은 분자중에 산소를 포함하고 있으므로, 연소시의 CO(일산화탄소), HC(탄화수소)의 발생량이 적고, 따라서 배기가스중에 포함되는 CO, HC의 양이 적다. 제 2로, 알콜은 유황성분이 적고, 따라서 배기가스중에 포함되는 SOx의 양도 적다. 그리고 이 것들의 특징에 의해, 환경에 친화적인 연료로 할 수 있다. 제 3으로, 연료로서의 옥탄가가 높으므로 불꽃 점화 형식의 내연기관의 연료에 적합하다.

그렇지만, 상기한 연료에서는 알콜 성분으로서 메틸 알콜을 다량 포함, 예를 들면 약 40 중량% 포함하고 있다. 자동차용의 내연기관은 최근, 경량화의 경향때문에 알루미늄으로 형성되는 경우가 많고, 알루미늄은 메틸 알콜에 대해 부식성이 있어, 이러한 고농도의 메틸 알콜을 포함하는 연료를 장기에 걸쳐 사용하면, 내연기관의 일부, 예를 들면 실린더헤드가 부식될 우려가 있다.

본 발명의 목적은 환경에 친화적인 동시에, 내연기관에의 부식을 억제할 수 있는 우수한 내연기관용 연료를 제공하는 것이다.

본 발명은, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 알콜 성분을 50∼75 중량%, 탄화수소 성분을 25∼49.9 중량% 포함하고, 인화점이 -20℃ 이하인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료이다.

본 발명의 내연기관용 연료에서는, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜을 사용할 수 있고, 이것들의 알콜 성분이 50∼75 중량% 이다. 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜은, 메틸 알콜, 에틸 알콜에 비해서 성분중의 탄소(C)의 수가 많은 알콜이며, 그때문에, 알루미늄에 대한 부식성이 작아, 내연기관의 부식을 억제할 수 있다. 이들 알콜 성분이 50 중량% 미만이 되면, 이것에 대응하여 탄화수소 성분이 많아지고, 따라서 연소시에 NO_x, CO_x가 발생하기 쉽고, 배 기가스중에 포함되는 NO_x, CO_x가 많아져 환경면에서 바람직하지 않다. 한편, 이것들의 알콜 성분이 75 중량%를 넘으면, 알콜 성분이 지나치게 많아지고, 따라서 연소시의 발열량이 작아, 내연기관의 마력이 나오지 않아 자동차의 성능이 저하되게 된다. 또, 이 연료의 인화점이 -20℃ 이하이므로, 원하는 저온 시동 특성을 얻을 수 있다.

이와 같은 고농도의 알콜을 포함하는 연료에서는, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 알콜 성분이 50∼60 중량%이고, 탄화수소 성분이 40∼49.9 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 탄화수소 성분이란 벤젠, 크실렌 등의 전방향족 성분과, 비방향족 성분을 포함하는 것이다.

또, 본 발명에서는, 상기 알콜 성분중 이소프로필 알콜이 15∼30 중량%이며, 이소부틸 알콜이 15∼25 중량%이며, n-부틸 알콜이 7∼20 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명을 따르면, 이소프로필 알콜이 15∼30 중량%이고, 이소부틸 알콜이 15∼25 중량%이고, n-부틸 알콜이 7∼20 중량%이며, 연료에 포함되는 알콜 성분을 상기한 성분으로 함으로써, 연료중에 이들 알콜 성분을 안정적으로 유지할 수 있는 동시에, 자동차용 연료로서 원하는 운전성능, 가속 성능 등을 얻을 수 있다. 이들 3종류의 알콜의 중량%의 비율, 즉 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 중량비는 (1.8∼2.2):(1.3∼1.7):1인 것이 한층더 바람직하고, 이와 같이 함으로써 자동차용의 연료로서 고성능의 것이 된다.

또, 본 발명에서는 MTBE 성분을 6.0 중량% 이하 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, MTBE(메틸터셔리부틸에테르)의 함유량이 6.0 중량% 이하이므로, 유해 물질이 적어 환경에 친화적인 연료를 제공할 수 있다. MTBE의 함유량은 적을수록 환경에 좋고, 0.3 중량% 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명에서는 탄화수소 성분중, 전방향족 성분이 0.2∼1.0 중량% 이며, 비방향족 성분이 48.9∼49.7 중량%인 것을 특징으로 하고, 탄화수소 성분을 이러한 성분으로 함으로써, 알콜 성분을 고농도로 해도 자동차용 연료로서의 특성을 유지할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명에 따르는 내연기관용 연료의 실시예에 대해 설명한다.

이 내연기관용 연료는 고농도의 알콜 성분과 탄화수소 성분을 포함하고 있고, 그 알콜 성분은 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜을 배합하여 형성된다. 알콜 성분으로서 이소프로필 알콜 등의 알콜, 바꾸어 말하면 메틸 알콜보다도 탄소수가 많은 알콜을 사용하고 있으므로, 알루미늄에 대한 부식성이 적어 내연기관의 부식을 억제할 수 있다. 이 알콜 성분은 연료에 대해 50∼75 중량% 포함된다. 알콜 성분이 50 중량% 미만이 되면, 이것에 대응하여 연료에 포함되는 탄화수소 성분이 많아지고, 따라서 연소시에 NOx, COx가 발생하기 쉽고, 배기가스중 에 포함되는 NO_x, CO_x가 많아진다. 한편, 이것들의 알콜 성분이 75 중량%를 초과하면, 알콜 성분이 지나치게 많아지고, 따라서 연소시의 발열량이 작고, 내연기관의 마력이 나지 않아 자동차의 내연기관용 연료로서 사용한 경우에 운전 성능, 특히 가속 성능이 저하되게 된다. 상기한 것으로부터, 이 알콜 성분은 연료에 대해 50∼60 중량%인 것이 바람직하다.

이들 알콜 성분에 대해, 이소프로필 알콜이 연료에 대해 15∼30 중량% 포함되고, 이소부틸 알콜이 연료에 대해 15∼25 중량% 포함되고, 또 n-부틸 알콜이 7∼20 중량% 포함된다. 3종류의 이들 알콜의 성분을 상기한 바와 같이 함으로써, 알콜 성분을 안정하게 유지하는 동시에, 자동차용 연료로서의 성능을 유지할 수 있고, 가솔린 대체연료로서 내연기관에 개량을 시행하지 않고 적용할 수 있다. 또, 이들 3종류의 알콜의 중량%의 비율, 즉 이소프로필 알콜(X), 이소부틸 알콜(Y) 및 n-부틸 알콜(Z)의 중량비는, X:Y:Z=(1.8∼2.2):(1.3∼1.7):1인 것이 한층더 바람직하다.

이 연료의 탄화수소 성분은 방향족 성분(방향족 화합물) 및 비방향족 성분(비방향족 화합물)을 포함하고 있고, 방향족 성분은 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등 이며, 그 밖의 탄소수 8의 방향족 성분 및 탄소수 9 이상의 방향족 성분도 포함된다. 이와 같은 탄화수소 성분은 연료에 대해 25∼49.9 중량% 포함되어 있고, 이와 같은 함유량을 포함함으로써, 고농도의 알콜 성분을 함유해도, 자동차용 연료로서의 특성을 유지할 수 있어 가솔린 대체연료로서 사용할 수 있다. 이 탄화수소 성분은, 알콜 성분과의 관련에서, 40∼49.9 중량%인 것이 바람직하다.

이것들의 탄화수소 성분에 대하여, 전방향족 성분이 0.2∼1.0 중량%이고, 비방향족 성분이 48.9∼49.7 중량%인 것이 바람직하고, 탄화수소 성분을 이와 같은 성분으로 함으로써, 자동차용 연료로서의 특성을 유지할 수 있다.

이 연료에는, MTBE(메틸터셔리부틸에테르)가 6.0 중량% 이하 포함된다. MTBE는 연료의 옥탄가를 높이는 작용이 있는 한편, 연소하면 SOx를 배출하여 환경면에서 바람직하지 못하고, 그 함유량을 6.0 중량% 이하로 함으로써, 환경면을 고려하면서 연료의 옥탄가를 개선할 수 있다. 또한, 연료의 각종 성분을 조정함으로써 옥탄가를 충분히 높일 수 있고, 이 경우, MTBE의 함유량을 0.1 중량% 이하로 할 수 있고, 또한 적게 하여 실질상 제로(0)로 하는 것도 가능하다.

이와 같은 고농도의 알콜을 포함하는 연료는 인화점이 -20℃ 이하로 되도록 배합되고, 이와 같은 인화점으로 함으로써, 저온에서의 인화 특성이 유지되어 내연기관의 저온 시동성을 좋게 할 수 있다. 또, 연료의 옥탄가가 94.0 이상이 되도록 배합되고, 이와 같은 옥탄가로 함으로써 고성능의 연료로 할 수 있다.

이 연료는 자동차의 내연기관용 연료로서 매우 적합하게 사용할 수 있어, 원하는 운전특성(가속성능, 저온 시동성능, 내노킹성)을 얻을 수 있고, 가솔린용 내연기관에 아무런 개선을 시행하지 않고 가솔린 대체연료로서 이용할 수 있다.

실시예 1로서 표 1에 도시하는 성분의 연료를 배합하고, 자동차의 가솔린용 내연기관(알루미늄제)에, 가솔린 대신 사용하여 자동차의 운전 성능을 평가하는 동시에 배출되는 배기가스 성분을 조사했다.

또, 실시예 2로서 표 2에 도시하는 성분의 연료를 배합하고, 실시예 1과 마찬가지로, 자동차의 가솔린용 내연기관에 사용하여 자동차의 운전성능을 평가하는 동시에, 배기 가스 성분에 대해서도 조사했다.

실시예 1 및 2의 연료를 자동차에 사용한 경우, 모두, 연료로서 가솔린을 사용한 경우와 동일한 운전성능을 얻을 수 있고, 저온 시동성이 양호하여, 충분한 가속성능이 얻어지는 동시에, 운전중에 있어서 노킹이 발생하지 않았다. 또, 배출되 는 배기가스중의 성분을 조사한 바, 연료로서 가솔린을 사용한 경우와 비교하여, CO(일산화탄소)가 약 1/10로, HC(탄화수소)가 약 1/4로 억제되어, 가솔린에 비해 환경에 친화적인 연료인 것이 실증되었다. 그리고 이 운전실험을 1년간 행했는데, 1년 경과후에도 운전성능에 변화가 발견되지 않아 원하는 운전 성능이 유지되었다.

본 발명의 내연기관용 연료에 의하면, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 탄소수가 많은 알콜을 사용하고 있으므로, 알루미늄에 대한 부식성이 적어, 내연기관의 부식을 억제할 수 있다. 또, 이들 알콜 성분이 50∼75 중량%이므로, 자동차의 운전성능을 유지하면서 배기가스중의 NO_x, CO_x를 적게 할 수 있어, 환경에 친화적인 가솔린 대체연료를 제공할 수 있다. 또한 인화점이 -20℃ 이하이므로, 원하는 저온 시동 특성도 얻을 수 있다.

Claims

이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 알콜 성분을 50∼75 중량%, 탄화수소 성분을 25∼49.9 중량% 포함하고, 인화점이 -20℃ 이하인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.
제 1 항에 있어서, 상기 알콜 성분이 50∼60 중량%이며, 상기 탄화수소 성분이 40∼49.9 중량%인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.
제 1 항에 있어서, 상기 알콜 성분 중 이소프로필 알콜이 15∼30 중량% 이고, 이소부틸 알콜이 15∼25 중량% 이고, n-부틸 알콜이 7∼20 중량%인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.
제 3 항에 있어서, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜 및 n-부틸 알콜의 중량비가 (1.8∼2.2):(1.3∼1.7):1인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.
제 1 항에 있어서, MTBE 성분을 6.0 중량% 이하 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.
제 1 항에 있어서, 탄화수소 성분중 전방향족 성분이 0.2∼1.0 중량% 이고, 비방향족 성분이 48.9∼49.7 중량%인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료.