特開 2023-55488 リーンバーンエンジン用燃料組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023055488

(43)【公開日】2023-04-18

(54)【発明の名称】リーンバーンエンジン用燃料組成物

(51)【国際特許分類】

   C10L 1/06 20060101AFI20230411BHJP

【ＦＩ】

C10L1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021164913

(22)【出願日】2021-10-06

(71)【出願人】

【識別番号】000004444

【氏名又は名称】ＥＮＥＯＳ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(72)【発明者】

【氏名】内木 武虎

(72)【発明者】

【氏名】小畠 健

(72)【発明者】

【氏名】安武 優希

(57)【要約】

【課題】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であるリーンバーンエンジン用燃料組成物を提供すること。
【解決手段】炭素数７及び８の炭化水素の含有量が、燃料組成物全量を基準として、２５体積％以上である、リーンバーンエンジン用燃料組成物。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素数７及び８の炭化水素の含有量が、燃料組成物全量を基準として、２５体積％以上である、リーンバーンエンジン用燃料組成物。

【請求項2】

炭素数７及び８のイソパラフィンの含有量が、燃料組成物全量を基準として、６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。

【請求項3】

５０容量％留出温度（Ｔ５０）が５０℃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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リーンバーンエンジン用燃料組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１８２５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

リーンバーンエンジンにおいて、安定運転が可能な空燃比（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。

【0005】

そこで本発明の一側面は、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である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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面は、炭素数７及び８の炭化水素の含有量が、燃料組成物全量を基準として、２５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。

【0007】

一態様において、リーンバーンエンジン用燃料組成物に含まれる炭素数７及び８のイソパラフィンの含有量は、燃料組成物全量を基準として、６体積％以上であってよい。

【0008】

一態様において、リーンバーンエンジン用燃料油組成物の５０容量％留出温度（Ｔ５０）は５０℃以上であってよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一側面によれば、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であるリーンバーンエンジン用燃料組成物が提供される。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0011】

本実施形態の燃料組成物は、炭素数７及び８の炭化水素の含有量（炭素数７の炭化水素の含有量及び炭素数８の炭化水素の含有量の合計）が、燃料組成物全量を基準として、２５体積％以上である。

【0012】

本実施形態の燃料組成物では、炭素数７及び８の炭化水素を２５体積％以上含有することで、リーン限界の拡大が可能となる。このため、本実施形態の燃料組成物は、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以上の超希薄燃焼用として）好適に用いることができる。また、本実施形態の燃料組成物では、炭素数７及び８の炭化水素を２５体積％以上含有することで、正味熱効率が向上する。

【0013】

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。

【0014】

本実施形態の燃料組成物において、炭素数７及び８の炭化水素の含有量は、容量あたりの発熱量が向上することから、好ましくは３０体積％以上であり、３５体積％以上、４０体積％以上、４５体積％以上又は５０体積％以上であってもよい。炭素数７及び８の炭化水素の含有量は、リーン限界が一層向上することから、好ましくは８０体積％以下、７５体積％以下、７０体積％以下、６５体積％以下、６０体積％以下又は５５体積％以下であってもよい。

【0015】

炭素数７及び８の炭化水素には、例えば、パラフィン（ノルマルパラフィン及びイソパラフィン）、オレフィン、芳香族化合物等の１種又は２種以上が含まれていてよい。

【0016】

本実施形態の燃料組成物において、炭素数７及び８のイソパラフィンの含有量は、耐ノック性が向上することから、燃料組成物全量を基準として、好ましくは６体積％以上であり、８体積％以上、１０体積％以上、１２体積％以上、１５体積％以上又は２０体積％以上であってもよい。炭素数７及び８のイソパラフィンの含有量は、リーン限界が一層向上することから、好ましくは５０体積％以下、４５体積％以下、４０体積％以下、３５体積％以下、３０体積％以下又は２５体積％以下であってもよい。

【0017】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のパラフィンの割合は、例えば１０体積％以上であってよく、好ましくは１５体積％以上、より好ましくは２０体積％以上である。また、炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のパラフィンの割合は、例えば３５体積％以下であってよく、好ましくは３０体積％以下、より好ましくは２５体積％以下である。

【0018】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のノルマルパラフィンの割合は、耐ノック性を向上させる観点から、例えば３体積％以下であってよく、好ましくは２体積％以下、より好ましくは０体積％である。

【0019】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のイソパラフィンの割合は、耐ノック性が向上することから、好ましくは６体積％以上であり、８体積％以上、１０体積％以上、１２体積％以上、１５体積％以上又は２０体積％以上であってもよい。また、炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のイソパラフィンの割合は、例えば３２体積％以下であってよく、好ましくは２８体積％以下、より好ましくは２５体積％以下である。

【0020】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のオレフィンの割合は、リーン限界が向上することから、例えば８体積％以上であってよく、好ましくは１２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％以上である。また、炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のオレフィンの割合は、例えば１００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６０体積％以下、更に好ましくは４０体積％以下である。

【0021】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８のナフテンの割合は、リーン限界が一層向上する観点から、例えば１０体積％以下であってよく、好ましくは８体積％以下、より好ましくは５体積％以下、更に好ましくは１体積％以下である。

【0022】

炭素数７及び８の炭化水素に占める炭素数７及び８の芳香族化合物の割合は、リーン限界が一層向上する観点から、例えば１０体積％以下であってよく、好ましくは５体積％以下、より好ましくは２体積％以下、更に好ましくは１体積％以下である。

【0023】

本実施形態の燃料組成物は、炭素数４～６の炭化水素を更に含有していてよい。炭素数４～６の炭化水素の含有量は、燃料組成物全量を基準として、リーン限界が一層向上する観点から、例えば１００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６０体積％以下、更に好ましくは４０体積％以下である。

【0024】

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。

【0025】

本実施形態の燃料組成物は、炭素数９以上の炭化水素を更に含有していてよい。炭素数９以上の炭化水素の含有量は、燃料組成物全量を基準として、容量あたりの発熱量がより向上する観点から、例えば０．５体積％以上であってよく、好ましくは１体積％以上、より好ましくは２体積％以上、更に好ましくは３体積％以上である。また、炭素数９以上の炭化水素の含有量は、燃料組成物全量を基準として、例えば４０体積％以下であってよく、３０体積％以下、２０体積％以下又は１０体積％以下であってもよい。

【0026】

炭素数９以上の炭化水素には、例えば、炭素数９以上のパラフィン（炭素数９以上のパラフィン及び炭素数９以上のイソパラフィン）、炭素数９以上のオレフィン、炭素数９以上の芳香族化合物等が含まれていてよい。

【0027】

本実施形態の燃料組成物における芳香族分は、容量あたりの発熱量を維持する観点から、例えば０．１体積％以上であってよく、好ましくは０．５体積％以上、より好ましくは１体積％以上である。また、本実施形態の燃料組成物における芳香族分は、リーン限界を一層向上させることから、例えば１０体積％以下であってよく、好ましくは８体積％以下、より好ましくは６体積％以下である。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

含酸素化合物としては、エタノールが好ましい。

【0034】

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、燃料組成物全量を基準として、例えば５０体積％以下であってよく、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、燃料組成物全量を基準として、例えば３体積％以上であってよく、５体積％以上又は１０体積％以上であってもよい。

【0035】

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、燃料組成物全量を基準として、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。

【0036】

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。

【0037】

本実施形態の燃料組成物の初留点は、１０℃以上、１５℃以上又は２０℃以上であってよく、４５℃以下、４０℃以下、３５℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の５容量％流出温度（Ｔ５）は、２５℃以上、３０℃以上又は３５℃以上であってよく、５５℃以下、５０℃以下又は４５℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の１０容量％流出温度（Ｔ１０）は、４５℃以上、５０℃以上又は５５℃以上であってよく、５５℃以下、５０℃以下又は４５℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の２０容量％流出温度（Ｔ２０）は、４５℃以上、５０℃以上又は５５℃以上であってよく、７０℃以下、６５℃以下又は６０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の３０容量％流出温度（Ｔ３０）は、５０℃以上、５５℃以上又は６０℃以上であってよく、８０℃以下、７５℃以下又は７０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の４０容量％流出温度（Ｔ４０）は、５５℃以上、６０℃以上又は６５℃以上であってよく、９０℃以下、８０℃以下又は７０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の５０容量％流出温度（Ｔ５０）は、５０℃以上、５５℃以上、６０℃以上又は７０℃以上であってよく、１００℃以下、９０℃以下又は８０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の６０容量％流出温度（Ｔ６０）は、６０℃以上、６５℃以上又は７０℃以上であってよく、１１０℃以下、１００℃以下又は９０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の７０容量％流出温度（Ｔ７０）は、１００℃以上、１１０℃以上又は１２０℃以上であってよく、１００℃以下、９０℃以下又は８０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の８０容量％流出温度（Ｔ８０）は、９０℃以上、１００℃以上又は１１０℃以上であってよく、１５０℃以下、１４０℃以下又は１３０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の９０容量％流出温度（Ｔ９０）は、１００℃以上、１１０℃以上又は１２０℃以上であってよく、１４０℃以下、１３０℃以下又は１２０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の９５容量％流出温度（Ｔ９５）は、１１５℃以上、１２０℃以上又は１２５℃以上であってよく、１６０℃以下、１５０℃以下又は１４０℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の９７容量％流出温度（Ｔ９７）は、１２０℃以上、１２５℃以上又は１３５℃以上であってよく、１６５℃以下、１５５℃以下又は１４５℃以下であってよい。本実施形態の燃料組成物の蒸留の終点は、１３０℃以上、１３５℃以上又は１４０℃以上であってよく、１７０℃以下、１６０℃以下又は１５０℃以下であってよい。

【0038】

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。

【実施例0039】

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。

【0040】

（実施例１）
燃料組成物用原料として軽質分解ガソリン（ＬＣＣＧ）と中質分解ガソリン（ＭＣＣＧ）とを準備した。軽質分解ガソリン（ＬＣＣＧ）及び中質分解ガソリン（ＭＣＣＧ）の性状は以下のとおりである。
軽質分解ガソリン（ＬＣＣＧ）：炭素数４～６の炭化水素の含有量がＬＣＣＧ全量を基準として８４．０容量％、炭素数７～８の炭化水素の含有量がＬＣＣＧ全量を基準として１５．２容量％、初留点が３６．０℃、１０容量％流出温度（Ｔ１０）が４４．５℃、５０容量％流出温度（Ｔ５０）が５６．０、９０容量％流出温度（Ｔ９０）が８４．５℃、終点が１８６．０℃
中質分解ガソリン（ＭＣＣＧ）：炭素数４～６の炭化水素の含有量がＭＣＣＧ全量を基準として８４．０容量％、炭素数７～８の炭化水素の含有量がＭＣＣＧ全量を基準として０．３容量％、初留点が１３６℃、１０容量％流出温度（Ｔ１０）が１４３．５℃、５０容量％流出温度（Ｔ５０）が１５１．５℃、９０容量％流出温度（Ｔ９０）が１６７．０℃、終点が１８６．０℃

【0041】

軽質分解ガソリンを８７体積％、中質分解ガソリンを１３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。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0042】

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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。

【0043】

＜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７００ｋＰａ、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）
ボア×ストローク：７５ｍｍ×１２７．５ｍｍ（ボア：ストローク＝１：１．７）
圧縮比：１４
噴射圧：０．３ＭＰａ
インジェクション方式：ポート噴射（ＰＦＩ）
燃料噴射装置：マルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）
過給システム：スーパーチャージャ（最大供給圧力：８０ｋＰａＧ）
排気ガスの再循環（ＥＧＲ）：なし
バルブタイミング：変更可
タンブル流動強化システム：ポート形状及び強化アダプタ
点火装置：コイル２０連（サイクル内複数回点火可能）

【0044】

＜正味熱効率の測定＞
正味熱効率は、上記の試験エンジンを使用し、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、正味平均有効圧力０．４ＭＰａ、かつリーン限界下での燃料消費量を測定し、出力を投入熱量で除することで算出した。投入熱量は、燃料消費量と燃料組成物の持つ真発熱量から算出した。真発熱量は、ＪＩＳ Ｋ ２２７９に規定されている総発熱量、ＪＩＳ Ｋ ２２７５－１に規定されている水分、石油学会法ＪＩＳ－５Ｓ－６５－４に規定されている水素含有量を用い、ＪＩＳ Ｋ ２２７９ 附属書２ に規定されている真発熱量推定方法を用いて算出した。

【0045】

（実施例２）
軽質分解ガソリンを７９体積％、中質分解ガソリンを２１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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0046】

（実施例３）
軽質分解ガソリンを６５体積％、中質分解ガソリンを３５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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0047】

（比較例１）
軽質分解ガソリンを６６体積％、重質分解ガソリンを３４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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0048】

（比較例２）
軽質分解ガソリンを５９．４体積％、重質分解ガソリンを３０．６体積％、エタノールを１０．０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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0049】

（比較例３）
軽質分解ガソリンを５０．８体積％、重質分解ガソリンを２６．２体積％、ＥＴＢＥ（エチル－ｔｅｒｔ－ブチルエーテル）を２３．０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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0050】

（比較例４）
燃料組成物として、下記表１に示す組成のレギュラーガソリン相当燃料組成物を準備した。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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0051】

（比較例５）
燃料組成物として、下記表１に示す組成のハイオクガソリン相当燃料組成物を準備した。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及び正味熱効率の測定を行った。結果を表１に示す。また、燃料組成物の蒸留性状を下記表２に示す。

【0052】

なお、表１中、各成分の割合を示す数値の単位は体積％である。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】