(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炭化水素ベース、
（ｂ）メタノール、エタノール、メチラール、ジメチルカーボネート、メチルターシャリーブチルエーテル（MTBE）及びエチルターシャリーブチルエーテル（ETBE）からなる群から選択される酸素化化合物、及び
（ｃ）1/64〜1/4gのMn/galメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル（MMT）、を含む、熱効率のよい自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物であって、前記燃料組成物は、174℃（345゜F）を超えない最大Ｔ−90温度、最小積層ブンゼンバーナーフレーム速度（BV）46cm/秒（ベンチマークでメタノールを使用して57.2cm/秒）、５〜35容量％の芳香族含有量及び300ppmを超えない硫黄含有量を有することを特徴とする前記燃料組成物。
【請求項２】
166℃（330゜F）の最大Ｔ−90温度を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項３】
149℃（300゜F）の最大Ｔ−90温度を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項４】
143℃（290゜F）の最大Ｔ−90温度を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項５】
138℃（280゜F）の最大Ｔ−90温度を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項６】
132℃（270゜F）の最大Ｔ−90温度を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項７】
硫黄含量が100ppmを超えない請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項８】
硫黄含量が50ppmを超えない請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項９】
硫黄含量が10ppmを超えない請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１０】
15.6℃（60゜F）において、900BTU/galの最小蒸発潜熱を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１１】
15.6℃（60゜F）において、905BTU/galの最小蒸発潜熱を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１２】
15.6℃（60゜F）において、910BTU/galの最小蒸発潜熱を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１３】
15.6℃（60゜F）において、930BTU/galの最小蒸発潜熱を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１４】
最小積層ブンゼンバーナーフレーム速度が48cm/秒（ベンチマークでメタノールを使用して57.2cm/秒）である請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１５】
最小積層ブンゼンバーナーフレーム速度が50cm/秒（ベンチマークでメタノールを使用して57.2cm/秒）である請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【請求項１６】
1/32g/galのMMT含量を有する請求項１記載の自動車用無鉛ガソリン炭化水素燃料組成物。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明はジェット、タービン、ディーゼル、および他の燃焼システム用の燃料組成物に関する。より特に、それは燃焼を改良しおよび／または燃焼温度を低下させることができ、それにより熱効率および危険な放出が改良される、機械的および／または化学的手段である有機マンガン燃料組成物を含む、金属及び非金属の金属蒸気相燃焼の改良に関する。
先行技術の記述
炭化水素燃料中へのアンチノック剤としての種々の有機−マンガン化合物（例えば、メチルシクロペンジエニルマンガントリカルボニル−MMT、など）の加入は知られている。米国特許第2,818,417号、第2,839,552号、および第3,127,351号（引用をもって本発明の内容となる）を参照のこと。例えば石炭、ディーゼルおよびジェット航空機燃料の如き比較的重い燃料中でのマンガンの使用も知られており、そして煙および固体粒子の放出を減少させるのを助けると信じられている。米国特許第3,927,992号、第4,240,802号、第4,207,078号、第4,240,801号を参照のこと。
有機−マンガンアンチノック性および他の利点にもかかわらず、炭化水素燃料中でのその使用は他の環境上および実用上んの問題の組み合わせを生ずる。すなわち、有機−マンガン化合物は炭化水素燃料と共に燃焼される時には有害な重いマンガン酸化物（Mn304およびMn203）を発生し、それがエンジン部品、燃焼システム、タービン、排気装置表面、放出／排気触媒などを覆って、例えば、早期疲労、損傷、過度の摩耗、金属の粒子放出、長期間にわたる炭化水素放出分解などをもたらす。例えば、米国特許3,585,012号、第3,442,631号、第3,718,444号、および私のEPO特許第0235280号を参照のこと。
例えば、ジェットエンジン、タービンなどの上のマンガン酸化物の沈着は以前からマンガンの使用に対する大きな障害であった。これらの沈着のひどさのために、ジェットエンジンから酸化物を除去するだけのために種々の方法が開発された。米国特許第3,556,846号、第3,442,631号、第3,526,545号、第3,506,488号を参照のこと。残念なことに、このひどい欠陥のために、マンガンの使用はそのような用途においては事実上停止されている。
そのような沈着物が触媒表面上で拡散障壁を生じ、それが触媒効率を下げる。Williamson,Gandhi,Weaver,″Effects of Fuel Additive MMT on Contaminant Retention and Catalyst Performance,″SAE Paper 821193,1982を参照のこと。
それ故、1970年代および1980年代にわたりエチル・コーポレーションによりこの問題を解決するための多くの研究がなされた。それらの研究は、有機マンガンと組合わされた種々の酸素化された化合物の使用を含んでいた。例えば、米国特許再発行第29,488号、第3,950,145号、第3,948,618号、第4,028,065号、第4,052,171号、第4,141,693号、第4,191,536号、第4,317,657号、第4,175,927号、第4,082,517号、第3,958,955号、第3,926,581号、および第3,926,580号を参照のこと。しかしながら、圧倒的な要望にもかかわらずこの基本的問題を解決する技術の商業化は成功を収めていない。
それ故、当技術の専門家は有機−マンガンが非常に低い水準でも米国の規制に合った排気放出抑制システムの欠陥を引き起こすこと並びにいずれの水準でも無鉛ガソリン中でのその使用は米国内では法的に禁止されていることをしばらく前から知っていた。
たとえそうでも、エチル・コーポレーションは最近E.P.A.を得るための研究に失敗した。清浄空気条令の§211（ｆ）の下のMMTに関するウェイバー方法は1/32グラムの非常に控え目なマンガン濃度であった（1992年１月８日に拒絶された）。
1/64−1/8グラムの範囲内のマンガン濃度を含む全てのそのこれまでの研究は失敗に終わった。一般的にはEnvironmental Protection Agency RE Denial of Applications for MMT Waiver,Federal Register,Vol 43,No.181,Monday September 18,1978,およびEthyl Corporation;Denial of Applications for Fuel Waiver;Summary of Decision,Federal Register,Vol.46,No.230,Tuesday,Dec.1,1981を参照のこと。
最近、1/32グラムのマンガンという非常に低い濃度でも「OBD−11触媒効率監視器」としても知られる新規な内蔵触媒診断システムが触媒洗浄コート表面上への酸化物沈着により損なわれるため、自動車製造業者は有害な酸化物を生成するマンガンの傾向に関して新たな関心をもつようになってきている。Hurley,Hansen,Guttridge,Gandhi,Hammerle,and Matso,″The Effect on Emissions and Emission Component Durability by the Fuel Additive Metyhlcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl（MMT），″SAE Paper 912437,1991;Hurley et al,″Characterization of Automotive Catalysts Exposed to the Fuel Additive MMT,″SAE Paper 890582,1989;Hubbard et al,″Effect of MMT on the OBD−II Catalyst Monitor,″SAE Paper 932855,1993。
それ故、当技術の専門家はMMTの長い法的および環境的な禁止を認識し続けており、一般的にはマンガンを調整無鉛ガソリンおよび放出システム中に含もうとする概念を断念している。
酸化物を減少させるかまたは不利に調節するための真の解決法の要望のためにエチル・コーポレーション（MMTの独占的製造業）は非常に控え目な濃度（例えば1/32グラムのmnまで）に関してだけになるであろう許可が認められる場合には受けるのをやめるようであり、そしてこれらの「低濃度」でも触媒コーテイングは依然として既知の事実である。Ethyl's last § 211（ｆ）Waiver Application and her EPO APPLICATIONS 92302679.3;91306359.0;91306360.8;および91307609.5（Waiverの研究と同時に出願された）を参照のこと。
広い種類の燃料可溶性炭酸エステル類の使用は当技術で開示されている。米国特許第2,331,386号（当該マンガン酸化物が関与する前の1939年に発行された）を参照のこと。この特許は石油炉および内燃エンジン中での使用のための広範囲のアルキル、同族アルキル、アリール、およびアミド炭酸エステル類を開示している。
その後の炭酸エステルの開示はが当技術で見られそして一般的には金属／マンガンを含まない燃料または組成物の概念中にある。例えば、米国特許第4,891,049号、第4,904,279号および第5,004,480号は圧縮発火、ディーゼル、およびジェットエンジン用の中間蒸留物燃料中の金属を含まないアルキル炭酸エステル類を開示している。
米国特許第4,600,408号（1986年に発行）はアンチノック剤としてのアルキルフェニル炭酸エステルを開示している。この参考文献は、上記の有機−マンガン酸化物問題に注目しており、組成物が有機−マンガンを含んではならないことも同様に開示している。
当技術の専門家は有機−マンガンの基本的な酸化物欠陥を解決する希望を長いこと断念してきておりそしてマンガンだけが米国の鉛入りガソリン中で法的であるため、従事者はMMTを鉛添加剤の使用法から分離することをいやがってきた。例えば、同じ背景でテトラエチル鉛、テトラメチル鉛およびシクロペンタジエニルトリカルボニルマンガンを一緒に開示することによりこの実現性を明らかに認識している「非対称性ジアルキル炭酸エステル燃料添加剤」に関しているが、それらを互いに独立して使用するという示唆はないヨーッパ特許出願91306278.2を参照のこと。
発明の要旨
出願人は新種の高エネルギー冷燃焼組成物および方法を発見した。
出願人の発明の本質は、重金属酸化問題の解決、すなわち金属燃焼中の重金属酸化物発生を防止する手段、の発見にある。
出願人は燃焼中に不利な重い粒子／コーテイングMn酸化物を発生させるための有機マンガン化合物を含む金属を含有する燃料が引き起こす操作機構を発見し、すなわちそれは理想的燃焼方法より劣ることにより引き起こされ、そこでは燃焼速度および温度が最適でない。
燃焼温度を理想的に低下させながら燃料の燃焼速度を効果的に高めることにより、出願人は不利な金属酸化物発生を調節または回避するだけでなく、新しいきれいな「高エネルギー源」種の推進剤／燃料および燃焼方法における原則となる無鉛金属の能力も解放させる。
本質的に、出願人は３）低められた燃焼温度において同時に１）燃焼速度を高め、２）自由エネルギーとして知られているものの高い放出割合を制限する、ある種の化学的構造／副構造および／または機械的構造／副構造を含む燃焼方法を発見した。
【図面の簡単な説明】
図１。燃焼温度の差は、異なるエンジン負荷下における排気ガス温度により測定された異なる燃料組成物の燃焼温度における差を比べている。
図２。燃焼温度および炭化水素放出は、燃焼温度の差および炭化水素放出の発生に対するそれらの関係を比べている。
図３。燃焼温度およびNOx放出は、燃焼温度の差およびNOx放出発生に対するそれらの関係を比べている。
図４。指示された燃焼速度は、異なる負荷下の異なる燃料の燃焼速度を比べている。
図５。燃焼速度およびHC放出は、HC放出発生に対する燃焼速度を比べている。
図６。燃焼速度およびNOx放出は、NOx放出発生に対する燃焼速度を比べている。
図７。技術的寄与は、酸素化された化合物を含有する燃料に関する最低蒸留温度の維持による暖時駆動可能性およびガソリンの燃焼改良を示す。
発明の詳細な記述
出願人の発見は、重金属酸化物問題の原因並びにそれに付随する解決法、例えば燃焼速度の増加および／または燃焼温度の低下、の発見であり、それが本質的に本発明である。
出願人は、同時に燃焼温度を下げ且つ燃焼間隔を延長しながら燃焼をさらに最適な状態に促進させそして改良する方法および組成物を発見した。
出願人はさらに、これらの改良された条件下で、金属自身が最も予期せぬことに燃焼方法における一体性のそして強力な試剤となり、予期せぬことに同時に有害汚染物質を減少させながら燃焼熱効率、燃料経済性、正味の利用可能な作業性、動力発生、スラストなどを改良することも発見した。
本発明の概念では、出願人は一般的には以下でその化学的および機械的概念の両方の熱効率、例えば化学反応の効率、並びにシステム中で発生する有用な作業、例えば自由エネルギー、の量に言及する。
出願人は事実上全ての場合に、特にシステムにより生ずる正味の有用な作業の関数として測定される熱効率が増加することを見いだした。それらは非常にしばしばかなりのものである。同時に、燃焼温度の冷却性質により、重い酸化物が生成しないため、燃焼システムは使用寿命の延長および操作の容易さを享受する。
例えば、出願人は予期せぬことに現存の燃料および燃焼システムに対する熱効率が2.0％−20％の程度であることを発見した。そして、環境（例えば燃焼システム、燃料構成）によるが、平均改良は2.0％−5.0％、5.0％−10.0％またはそれ以上の範囲であり得て、最適な改良は0.05％−1.0％−2.0％の範囲である。異例の改良は10％、25％−40％、30％−80％、またはそれ以上の範囲であろう。
さらに、出願人の発明の独特な燃焼特徴を最適化するように設定された燃焼の変更および燃料噴射システムによるが、出願人は究極的には５％−25％またはそれ以上の大きさの追加改良を予測する。
出願人は航空機ジェットシステム、航空機ガソリンエンジンの場合のような高度における意義ある燃焼およびエネルギー転化の改良を予期する。同様な改良は広範囲の用途、例えばディーゼル、ガソリン、燃料油、軽油タービンなどのためにも考えられる。
出願人の燃焼方法、燃料化学、燃焼器、燃料噴射システム、空気吸入および放出システムが本発明の実施にとって重要な構成である。
出願人は、以下により完全に記載されているように、本発明の使用において証明されるであろう予期せぬ相乗効果および多重利点を発見した。
従って、出願人の発明の燃焼目的を強化するエンジン、燃焼器、燃焼システム、噴射、空気吸入および／または放出システムの新規な設定、方法、および／または操作が強調される態様である。
１つもしくはそれ以上の該システムの同時操作、または単独システムの独立使用、または該システムの成分もしくは副−成分が本発明の実施において考えられる。さらに、１つの態様はそのような構造が燃焼速度の増加および／または燃焼温度の低下を独立して得ることができる出願人の強化燃焼燃料とは独立して使用できることである。しかしながら、システムの統合によりそうでないと得られないような相乗効果が得られる。
本発明は基本的には、金属成分を基にした燃料と組み合わされた、ａ）層燃焼速度を高め（ECS化学的および／または蒸留変更手段）、ｂ）渦速度を高める（化学的および／または機械的手段）ことによる、１）燃焼速度の増加、２）燃焼温度の低下（化学的または機械的手段）にある。
それ故、出願人の発明は複数の相互関連性のある化学的および機械的要素を組み込んでおり、それらの全てが本発明の実施にとって必須である。
出願人の燃料組成物の成分として、ある種の非鉛金属（しかしながら、シクロマチックマンガン化合物がまず好ましい）を使用することが本発明の１つの態様である。
しかしながら、以下で明らかになるように金属の使用は必要ない。それ故、以下の開示では特に考えられる金属の開示は別の方法で解釈することができる。
燃焼速度を高める化合物／成分並びに／または化学的および／もしくは機械的な工程、方法および手段を使用することが考えられる。燃焼温度を同時に下げることが好ましいが、それは必要ではない。
本発明の実施では、酸素化された化合物を使用すべきであり、最大の酸素が望ましい。酸素含有量は0.0001−80.0重量％の範囲であってよい。個別の燃料組成物および燃焼システムが指示される。しかしながら、1.0％、1.5％、2.0％またはそれ以上の酸素が含まれるまで有利な結果が生ずる傾向はない。より好適な濃度は2.0％またはそれ以上である。しかしながら、それより低い濃度も補助燃料用途で許容可能である。望ましい範囲は0.001−30.0重量％の酸素である。酸素の他の重量濃度は0.001−15.0％、0.5％−1.5％、0.3％−2.7％、2.0％−3.7％、0.2％−0.9％、1.0％−４％、2.0％−8.0％、1.8％−12％、2.0％−10.0％、3.0％、5.0％−40％、2.0％−53％を含む。
未希釈燃料およびロケット用途では、酸素濃度が意味をもつであろうことが認識されている。初期補助燃料適用（以下参照）では濃度がさらに控え目であろう。しかしながら、出願人の燃料中に意義ある濃度の酸素、特に急速に且つ激しく金属と反応する反応性酸素、を含むことが１つの目的である。
本発明の実施においては、未調整燃料または燃焼システムに対する燃料燃焼速度における許容できる増加は1.0％−約800％またはそれ以上の範囲であろう。0.2％、0.5％、1.0％、2.0％、3.5％、５％−10.0％、7.0％−15.％、9.0％−25％、5.0％−20％、12％−30％、15％−40％、20％−50％の速度増加が好ましい。さらに望ましい増加は５％−60％、10％−80％、20％−100％、30％−150％の範囲である。他の増加は約100％−200％、100％−300％である。200％−400％、300％−600％、400％−800％、500％−900％の増加も考えられそして望ましい。特に出願人の推進燃料および燃焼システムにおいては、300％またはそれ以上の増加が非常に望ましい。これらの範囲外の増加も考えられそして望ましい。
異なる化学的手段は異なる燃焼速度の増加および燃料用途に影響を与えるであろう。本発明の強調される目的は、燃料化学、燃焼システム、燃料噴射および空気吸入システム、操作条件、望まれる熱効率、並びに価格に照らして燃焼速度を最適化することである。
燃焼速度の増加および／または燃料温度の低下は、燃料組成物、燃焼および機械的システムに対する変更に依存して変わるであろう。
圧縮比、圧縮圧力、燃焼圧力、燃焼室デザイン、未燃焼気体組成物の温度、等価比、発火タイミング、残留気体画分、燃料噴射圧力およびタイミング、空気吸入システム、空気入り口温度、排気システム、排気触媒、熱交換方法／システム、潤滑システム、冷却剤システム、並びに／または関連方法および／または装置を、それらの組み合わせおよび／または副組み合わせを含んで、変更して燃焼速度における改良および／または燃焼温度における低下を強化するかまたは他の方法で可能にするという利点を有利に得るであろう。
ガソリンで操作される比較的高い圧縮スパーク発火エンジン中で、必要に応じてノックを避けるためにスパークタイミングを調節して、ノックセンサー技術を使用できることは認識されている。それ故、出願人の好適な比較的高い圧縮比のエンジンは同時にノックセンサー技術を使用するであろうことが考えられる。
本発明の多くの用途はある操作のしきい値が得られるまでは完全に認識されないことが考えられる。例えば、そして以下にさらに詳細に示されているように、改良された燃料経済性の利点はエンジンが中程度ないし中程度に重い負荷条件下で操作されるまで完全には現れないであろう。さらに、機械的な変更、例えばガソリン用のMBTスパーク推進における減少などの他の調整なしでは、本発明の完全な利点を享受することができない。
気化された画分の発火前または発火後の分圧における増加は燃焼速度における影響する改良にとって特に有効である。それ故、発火前／発火後の気化した画分の特性並びに未燃焼気体における熱および活性反応中心の拡散に関する特徴などが重要であり、そして本発明の目的として最適化することが意図される。
出願人の発明の１つの目的は、燃焼および未燃焼気体間の粘着性抵抗を減じるために発火前／後の燃焼前気体の拡散が起きて未燃焼気体のモーメント／速度をできるだけ燃焼気体の速度近くまで増加させることである。これはこの抵抗を無くすことであり、それにより燃焼速度における増加という主な目的が得られる。
それ故、その燃焼前に気体状混合物としてのその分圧（蒸気圧）を増加させるような方法での未燃焼燃料蒸気画分の蒸発または噴射または圧縮が望ましくそして考えられている。
さらに、化合物／成分並びに／または機械的および／もしくは燃焼室内での発火後／発火前の気体状混合物の温度、速度を高めるための他の手段が好ましい。
蒸気状態では、与えられた燃料の燃料密度の差は必ずしも直接的に燃焼速度の改良に影響を与えない。換言すると、出願人の発明の燃焼速度の改良は必ずしも本発明により考えられる方法および望ましい粒子寸法での気化されおよび／または室／燃焼器中に噴射された時の燃料タイプに対して敏感ではないようである。
それ故、部分的気化における変化による気化画分中の組成変化はそれ自身必ずしも測定可能な影響を与えない。
実用的な燃料−空気−残留気体混合物中の未燃焼気体に関する炎伝搬速度は、発明の有利な目的に直接影響する基本的なパラメーターである。それ故、炎中で起きる主要反応を最大にしそして強化された燃焼組成（以下参照）を含む種々の気体状の種の質量および熱拡散を利用して燃焼速度の増加を生ずることが、本発明の強調される態様である。
上記の如く、１つの目的は熱力学および渦パラメーターの両者の関数である渦燃焼速度を高めることである。渦はエンジンデザイン、燃焼室デザイン、燃料噴射操作並びに例えば等価比およびスパークタイミングの如きエンジン操作パラメーターと関連する。
本発明の強調される態様は、層燃焼速度を高めることにより、層中の増加が渦速度と組み合わされて渦燃焼速度を高めることである。
１つの態様は、燃料の組成強化化合物の熱、拡散、燃料連鎖特性の改良、蒸留温度の変更、ECS化合物（以下参照）の変更、燃料等価比の変更、スパーク推進の変更、噴射される燃料粒子寸法の減少、噴射角度、圧力、圧縮圧力の変更、並びに空気−吸入能力の改良などを含むがそれらに限定されない熱力学的要素を変えることにより層燃焼速度を高めることである。
１つの態様は、燃焼システム、燃焼器、燃焼室の形状およびデザイン、並びに／または、燃焼前、最中、および後の燃焼室、例えば予備燃焼室、中に流入する気体の速度および拡散性の変更により渦を増加させることである。
燃料圧力および／または圧縮圧力を増加させるように作動する手段も望ましい。
スパーク発火内燃エンジンの場合には、炎速度は取り入れ速度にも比例する。しかしながら、過度の取り入れ速度は実際にはシリンダー中に入る燃料および空気の重量を減少させる。大きい取り入れ速度なしでたくさんの渦を得るためには、圧縮ストロークの端部近くに渦を発生する燃焼室デザインが望ましい。渦予備燃焼室、推進燃料−空気混合システムおよび他の手段が好ましい。
しかしながら、本発明の１つの態様は、ECS化合物が充填重量における減少を実際的に相殺することができるため、高い取り入れ速度を用いて渦を増加させることである。それ故、ターボ−装薬およびスーパー−装薬が強調される態様でありそして好ましい。
比較的低い相対的オクタン価条件（ONR）を有するか、比較的低い圧縮比を必要とするか、または与えられたオクタン価の燃料に対する比較的高い燃焼比を可能にするような燃焼システムを使用することが特に考えられる。
本発明の燃焼速度目的を強化する燃料−空気等価比を調節するための排気酸素感知システム（EGOセンサーを含む）を例えば含んでいる化学的および／または機械的手段が望ましくそして考えられる。
出願人の発明と組み合わされそしてそれに従って利用される時には、多くの化学的および機械的手段が本発明の目的を達成することは明らかになるであろう。
沸騰温度低下および変更の実施法
燃焼温度を低下させそして燃焼速度を改良する他の手段が考えられる。１つのそのような手段は組成物の沸騰終点を低下させることによるものである。出願人は、高沸点アルカン類、芳香族炭化水素類、シクラン類及びアルケン類を含む燃料から比較的高い沸点の炭化水素類を減少または除去することにより、作業能力の損失なしにそれらの燃料の平均的気化潜熱が増加することを発見した。出願人は予期せぬことに燃料経済性の改良を発見した。
出願人の意図は、炭化水素補助燃料であるＴ−90、Ｔ−50、またはＴ−10蒸留の減少および／または変更がその下にある炭化水素流を変更または適合させることである。
それ故、出願人の発明と組み合わせて沸騰温度、例えば沸騰終点およびＴ−90温度を低下させることにより、燃焼温度および／または燃焼速度が改良される。
ガソリン、ガス油タービン燃料、燃料油、ディーゼル燃料、および自動車ガソリンを含む広い沸騰範囲の燃料が、沸騰終点、Ｔ−90沸騰およびＴ−50の低下に利点を与える。限定された適用がそれより低沸点燃料に対してなされる。
例えば、ディーゼル、重質ディーゼル、軽油タービン燃料、広い画分のジェット燃料（ジェットＢ、JP4）、燃料油、ガソリンなどの如き広い沸騰範囲の石油画分では、燃料の蒸留沸騰温度、特に終点および／またはT90温度の５゜F−20゜F、10゜F−30゜F、20゜F−50゜F、25゜F−60゜F、40゜F−70゜F、50゜F−80゜F、60゜F−90゜F、70゜F−100゜F、80゜F−120゜F、40゜F−150゜F、75゜F−175゜F、60゜F−200゜F、70゜F−225゜F、80゜F−250゜F、90゜F−275゜F、100゜F−280゜F、110゜F−300゜F、120゜F−320゜F、140゜F−350゜F、またはそれ以上の低下が、燃料に固有の気化潜熱の増加、燃焼温度の低下、および燃焼速度の増加などにおいて特に有効である。
それ故、本発明の特別な態様はECS燃料と一緒に使用されるかまたは単独燃料のままである補助燃料の終点およびＴ−90沸騰温度を低下させることである。
１つの態様はＴ−50、Ｔ−10温度を燃焼を改良するような方法で低下させることである。
本発明の実施においては、終点/T−90の低下がECS化合物なしで金属を使用して考えられ、それにより主要燃焼器区域中での遊離炭素生成の減少、有害な排気放出の減少、排気触媒床上のマンガン酸化物の減少または抑制などが生ずる。自動車燃料の場合には、このＴ−90の低下はVOC、炭化水素および／またはNOx放出を減少させる傾向がある。
全く予期せぬことに、出願人はガソリンｔ−90温度が270゜F以下に低下する時に少量のMnと組み合わされて物質燃焼利点が生ずることを発見した。比較的高い加熱値成分がＴ−90低下で除去されたにもかかわらず、出願人は燃料経済性および／または燃費が予期せぬほど改良されたことを発見した。
明らかに、この効果は燃料および除去される成分およびＴ−90低下後に残るものに対して影響がある。
実施例１
ガソリンの沸騰温度をＴ−90画分におけるその沸騰温度が270゜Fより高くないように下げ、MMTを組成物中に1/32グラムのmn/galまで混合し、該組成物をガソリン動力車両中で燃焼させることを含み、それにより燃料経済性が0.5％またはそれ以上改良されるような、対流または再調合ガソリンで操作される車両の燃料経済性を高める方法。
実施例２
下げられたＴ−90温度を有していないきれいな燃料およびMMTを含有する同じ燃料に対して燃料経済性が改良される、実施例１の方法。
好ましい実際の沸点の低下は比較的高沸点のアルカン類、芳香族炭化水素類、シクラン類、アルケン類を含む。
技術的な寄与または暖時駆動性が損なわれない限り、T50温度の同様な低下および／または調節も望ましい。
出願人は、酸素化物が使用される燃料用途においては、特に気化器システム中では、中範囲の沸点の調節が特に重要であることに気付いている。
本発明の実施では、該沸点変更／調節が燃料の燃焼および／または燃焼および／または焼け速度特徴を強める。
酸素化された化合物が、特に最近のエンジン中での操作のために、燃料中で0.5重量％以上の酸素含有量で使用される時には、中間範囲の温度は約160゜F/170゜F/180゜F−約205゜Fでなければならない。これらの範囲外の中間範囲の温度は効果が少ないようである。
重要なことに、出願人はＴ−90温度低下および中間範囲の温度調節の両者を使用する時にMn燃料（酸素化物を含まない）により最大の燃焼利点、例えば燃料経済性、酸化マンガン生成の減少、および／または暖時駆動性の改良、が得られることを発見した。
さらに、酸素化物を含むことがこの有利な効果を強める。ECS酸素化された化合物が良好であればあるほど、有利な結果が良くなる。
出願人は自動車エンジンおよび燃料は将来変更されてさらに良好な性能および放出結果を得ることを認識しているため、従って、出願人は将来の用途における比較的低いＴ−90および中間範囲の沸騰温度も考えている。
実施例３
沸騰終点および／またはＴ−90温度の低下が平均気化潜熱を増加させるように作用する燃料組成物。
実施例４
270゜Fまたはそれ以下の低下したＴ−90温度燃焼放出または燃料経済性がＴ−90温度に関して未調整の同じ燃料と比べて改良される、実施例３。
実施例５
燃料Ｔ−90温度が280゜Fより低く、より好適には270゜Fより低く、そしてMMTが1/32グラムのMn/galの量で含まれ、同じ未調整燃料に対する燃料経済性が0.2％より大きい、実施例４。
実施例６
減少した放出物が有毒なおよび／またはNOxの放出物を含む、実施例５の組成物。
実施例７
MMTが１ガロン当たり1/32グラムのmnまたはそれ以下の量で含有され、そして燃料経済性が0.2％（1.0％、1.5％またはそれ以上が好ましい）改良される、実施例５。
実施例８
酸素化されたECS化合物が最近の自動車エンジン中での操作のために0.5重量％以上で使用され、そしてガソリンの中間範囲の温度が約170゜F−約205゜Fである、実施例７。
実施例９
組成物がECS化合物を、組成物の平均燃焼速度を層ブンゼンバーナーにより測定して、清浄組成物よりさらに5.0％またはそれ以上増加させるのに十分な濃度で含む、実施例８。
実施例10
ECS化合物の添加が、少なくとも20の指定馬力（ihp）の負荷下で測定して、平均燃焼温度を25゜F低下させるのに十分なものである、実施例９。
出願人は、ガソリンに適用される際の彼の発明のこの特徴（例えば金属を用いて／または用いないECS化合物の添加）が、Ｔ−90温度が約300゜F、280゜F、270゜F、260゜Fと等しいかまたはそれより低い時並びにＴ−50温度が約160゜F−205゜Fまたは170゜F−205、180゜F−205゜F、或いは160゜F−190゜Fまたは160゜F−180゜Fの範囲である時に、（特に後日適用では）特に有利であることに気付いている。
中間範囲の温度調節の適用は一般的に全ての広い沸点範囲の燃料に適用できる。
燃焼温度変更
本発明の実施においては、燃焼温度における好ましい低下は10゜F−50゜Fの範囲である。25゜F−50゜Fまたはそれ以上の低下が望ましい。特に同時の燃焼速度増加と一緒になった、100゜Fまたはそれ以上の低下が望ましい。５゜F−15゜F、10゜F−25゜F、15゜F−30゜F、20゜F−40゜F、25゜F−45゜F、30゜F−50゜F、35゜F−60゜F、40゜F−55゜F、45゜F−60゜F、50゜F−65゜F、55゜F−75゜F、65゜F−75゜F、70゜F−95゜F、85゜F−105゜F、100゜F−120゜F、110゜F−140゜F、100゜F−130゜F、110゜F−150゜F、120゜F−160゜F、150゜F−250゜F、250゜F−450゜F、200゜F−500゜F、300゜F−600゜F、200゜F−800゜F、400゜F−1000゜F、300゜F−900゜F、500゜F−2000゜F、600゜F−2500゜F、またはそれ以上の低下が好ましい。上記の範囲外の低下も、特に出願人の強化燃焼化合物（以下参照）の濃度が燃料組成物の百分率容量として増加するため、完全に予測される。
ガソリンの場合、低下した排気温度は馬力の増加および／または排気触媒入り口温度の低下と解釈される。本発明の強調される１つの態様は、排気触媒入り口温度が低下して触媒詰まりを回避することである。従って、１つの強調される目的は触媒入り口温度を約1400゜Fまたはそれ以下、1350゜F、1300゜F1250゜F、1200゜F、1150゜F、1100゜F、1050゜Fまたはそれ以下、酸化マンガンの詰まりの見込みを回避しながら許容可能な触媒活性を確保するのに十分な他の温度まで下げることである。
この特徴は低濃度の金属が燃料中に含まれている時でも考えられる。上記の如く、1/32グラムのMnまでの控え目な水準では、洗浄コート表面が少量のマンガン酸化物で覆われているという確実な証拠がある。この少量のMn被覆が酸素を貯蔵するように作用しそして触媒後の排気ガス中の酸素の欠如を求めるように設計された下流酸素感知器（OBD−II触媒効率監視器としても知られる）への偽の印象を生ずる。残念なことに、マンガン沈着物は、排気ガスからの酸素を貯蔵することにより、触媒の真の効率を遮蔽するように作用する。換言すると、OBDは欠陥のある触媒効率をマンガンの酸素貯蔵能力により許容できるとして示すであろう。それ故、マンガン被覆作用はOBD監視器の損傷も引き起こす。
それ故、出願人の発明の他の特徴なしでも、燃焼温度調節は低いmn濃度からの洗浄コート沈着物の調節手段として考えられる。
実施例11
十分量の高い気化潜熱のECS燃料を1/32グラムまたはそれ以上のMn/galのMMTを含有する従来の無鉛または再調合されたガソリンと混合することを含み、ここで該燃料の燃焼および排気温度が十分下げられて触媒の入り口排気ガス温度が1400゜f以下、より好適には1200゜F以下になる、マンガン酸化物による排気触媒の詰まりまたは被覆を回避する方法。
実施例12
Ｔ−90ガソリン温度を低いmn含有燃料の燃焼温度を低下させるように変更することを含む、ここで該燃料の燃焼および排気温度が十分が下げられて触媒の入り口排気ガス温度が1400゜f以下になるの、マンガン酸化物による排気触媒の詰まりまたは被覆を回避する方法。
出願人は、温度低下が比較的高い温度のシステム中ではさらに意義あることを見いだした。
実施例13
燃焼改良量のCMTを含有する燃料を燃焼させる燃焼システム、並びに燃焼温度を低下させそして同時に燃焼速度を高めるための化学的手段により特徴づけられており、それにより燃焼温度が少なくとも10゜F、25゜F、50゜F低下し、そして燃焼速度が少なくとも10％増加するため、14ihp−24ihpに変動する負荷下での燃料経済性が少なくとも5.0％増加する、燃料と燃焼システムとの組み合わせ。（実施例は図１および４に示されている試験データにより直接支持されており、そこでは温度における実際の低下が72゜Fに達しそして燃料経済性は20％−30％増加する）
実施例14
温度低下および燃焼速度手段が炭酸ジメチルでありそして金属濃度が0.01−3/16グラムのMn/galのMMTの範囲である、実施例13の組み合わせ。
化学的手段
燃焼のある種の分子特徴が熱の急速拡散に寄与しそして活性反応が炎前部の前の未燃焼気体の急速拡散を含む未燃焼気体中に集中して燃焼速度の増加をもたらすことが予期せぬことに発見された。そのような分子構造はＨ、H2、Ｏ、O2、CO、Ｆ、F2、F3、Ｎ、Ｂ、Be、BO、B2、BF、AL、ALO、CH3、NH3、CH、C2H2、C2H5、Li、ONH（ニトロシル基）、NH（イミド）、NH2（アミド）、OCH3（メトキシ基）、OC2H5（エトキシ基）、OCH、OCH2、およびOH（ヒドロキシル基）を含むが、それらに限定されない。有利な結果を得ることができると信じられている他の化学的構造は、Cl、OCOO、COOH（アセテート）、C2H5OOC、CH3CO、OCH2O、OCHCO、およびCONH2を含む。
燃焼中のこれらの基は不安定であり化学的に結合できる遊離のまたは使用されていない原子価電子を有することが好ましい。それらが燃焼の主要連鎖反応において、特に金属との燃焼において、連鎖担体として作用することが非常に望ましい。会合された不安定な分子および原子（例えばOH、CN、CH、NH、など）をその後の再会合と共に生じ、連続的な燃焼をもたらし、排気速度を高める燃焼が好ましい。
出願人は、彼の好適なフリーラジカルの生成熱が相対的に低いことを見いだした。該フリーラジカル用の許容できる生成熱は150、100、75、または50Kcal mole−１以下である。他の生成熱は34（CH3）、26（C2H5）、9.3（OH）、2.0（CH3O）Kcal mole−１を含む。負の生成熱も許容できることも考えられる。
該フリーラジカルを含有する化学的化合物（ECS化合物）に関する正または低い負の生成熱が好ましい。許容できる負の範囲は約−200、−180、−160、−150、−145、−130、−120、−100Kcal/mol以下のものを含み、−90、−80、−75、−70、−65Kcal/mol以下がより好ましく、そして約−60、−55、−50、−45、−40、−35、−30、−20、−10Kcal/mol以下、または正の値が最も好ましい。正に近ければ近いほどまたは正が大きければ大きいほど好ましい。
圧縮、早期および／もしくは通常の発火または燃焼中に容易に分解および／または会合して意義あるフリーラジカルを生成するECS化合物が望ましい。（前−発火が関与しない限り）会合が正常以下または正常の燃焼、圧縮、または発火温度もしくはその近くで起きることが望ましい。会合が未燃焼蒸気を炎前部の前に急速に拡散させるように作用し、それにより燃焼速度が高まることが望ましい。
この構造、例えば、調整された補助燃料を含む意図した組成物の成分、および／またはECS化合物が高い気化潜熱（気化エンタルピー）、特に28.0jk mole−１と等しいかまたはそれより大きい値を有することも特に望ましい。他の気化エンタルピー（沸点における）は21、22、24、26、27、30、32、34、36、38、40、42、43、45jk mole−１と等しいかもしくはそれより大きいもの、またはそれ以上である。一般的には大きければ大きいほど良い。
60゜Fにおける好適な気化潜熱は75、100、140、150、160、200、250、300、350、400、450、500btu/lbに等しいかもしくはそれより大きいもの、またはそれ以上である。ECS化合物の気化潜熱がこの化合物を加えようとするベースまたは補助燃料と少なくとも同じであること、より好適には5.0％、10％、25％、50％、75％、100％、150％、200％、250％、300％、またはそれ以上大きいことが一般的に好ましい。通常は、大きければ大きいほど良い。
出願人は、相対的な差が大きければ大きいほど、例えば取り込み装薬がたくさん冷却されそして容量効率における改良が大きくなることを発見した。
高い潜熱および／または燃焼速度の増加を生ずる分子構造、すなわち未燃焼の燃焼蒸気の即座の高い動的拡散などを引き起こしおよび／または燃焼速度（および排気速度）を高めおよび／または燃焼（および／もしくは排気）温度を下げるための燃焼方法において他のやり方で作用する構造を以下で「強化された燃焼構造またはECS」と称する。そのような構造を含有する化合物をECS化合物と称する。このように、調整された補助燃料は、沸騰温度調整、成分調節等のいずれかによってLHV又は燃焼速度が大きくなるように構成され、燃料構造が強化されるということもまた知られている。
ECS化合物が発火温度よりわずかないし中程度高いが燃焼温度より低い温度において急速に分解することが好ましい。しかし、発火温度より低いものも含む比較的高いまたは比較的低い温度における分解も考えれる。しかしながら、ガソリンの場合には前発火を回避すべきである。ECSは約150゜F−300゜Fまでの通常の取り扱いおよび操作温度において熱的に安定性であるが300゜F−800゜F、300゜F−500゜F近くの概略温度において、より好適には400゜F−500゜Fにおいて、容易に分解することが好ましい。しかしながら、これら以外の温度における分解が例えば噴射、圧縮、または発火前、発火後、および／または燃焼中に起きることがある。
出願人の有機ECS化合物の好適な燃料連鎖特性は鎖中に限定された数の炭素原子を含有するものであり、３個またはそれより少ない原子が好ましい。２個の炭素原子または１個の炭素が非常に好ましい。
ECS構造を含有しそしてこの目的の達成において有効であることを出願人が同定した非限定的な化合物例は、水素、一酸化炭素、メチレンジメチルエーテル（メタリル、ジメトキシメタンとしても知られる）、炭酸ジメチルエステル（炭酸ジメチルとしても知られる）、炭酸ジエチル、メチルターシャリーブチルエーテル（MTBE）、エチルターシャリーブチルエーテル（ETBE）、メチルターシャリーアミルエーテル、メタノール、エタノール、プロパノール、ターシャリーブチルアルコール、ジメチルエーテル、他のC3−C6低分子量アルコール類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジメチルエーテルジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジイソプロピル、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロプロパン、亜酸化窒素、亜酸化二窒素、酸化窒素、オゾン、水、気体水和物（メタン水和物）、過酸化水素、および同様な化合物である。出願人はまだ同定されていない多くの他のECS化合物が存在することを信じている。
そのような化合物はECS構造を含有しおよび／または気化／圧縮／燃焼／排気工程中に該ECS構造の生成を引き起こす能力を有するため、それらを以下で「ECS化合物」と称する。
出願人は、ECS化合物間の性能および特性において大きな変動性があること並びにある種の未希釈および／または補助燃料用途ではある種のECSが他のものより少ししか満足がいかないかまたは一緒になると不満足であることを認識している。例えば数種は未調整航空機、推進ジェット用途、ディーゼル用途において非常に有効であっても、自動車目的用には許容できない。異なるECS化合物が同じ燃料および／または燃焼システムにおいて異なる応答を誘発することも認識されている。例えば、ある種の用途では気化潜熱における差のためにアルコールがエーテルより低い燃焼および排気温度を誘発することが予測される。
ECS化合物は固体、液体、気体、および混合物であってよく、そしてアルコール類、アミン類、エステル類、ジ−エステル類、グリコール類、エーテル類、ジエーテル類、アルデヒド類、ケトン類、グリコールエーテル類、過酸化物類、フェノール類、カルボン酸類、硝酸塩類、二硝酸塩類、炭酸塩類、二炭酸塩類、などから選択できる。
ECS化合物はエーテル類、エステル類、アミン類、並びに／カルベトキシ、カルボメトキシ、カルボニル、カルボニルオキシ、カルボキシ、エトキサリル、グリオキシリル、メトキシ、メチレンジオキシ、グリコリル、および／またはヒドロキシル成分および／または基を含有する他の化合物であってよい。
ECS化合物の他の非限定的な例はエチレン、プロピレン、過酸化ターシャリーブチルクミル、ブチレン、1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエン；アセチレン、アリレン、ブチン−１、ペンチン−１、ヘキシン−１を含むアセチレン炭化水素類、；メチルヒドラジン、対称性ジメチルヒドラジン、非対称性ジメチルヒドラジンを含む置換されたヒドラジン類、ヒドラジン；エタン、プロパン、ブタン、ジボラン、テトラボラン、ペンタボルナン、ヘキサボラン、デカボラン、ホウ水素化アルミニウム、ホウ水素化ベリリウム、ホウ水素化リチウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸、アンモニウムアジド、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カリウム、三酸化窒素、二酸化窒素、ヒドラゾン酸、ジシアン、シアン化水素酸、モネチラニル、アセチレン、ホウ水素化アルミニウム、アンモニア、アニリン、ベンゼン、ブチルメルカプタン、ジボラン、ジメチルアミン、ジエチレントリアミン、エタノール、エチルアミン、エチレンジアミン、酸化エチレン、エチレンジアミン、硝酸エチル、硫化ジメチル、フルフリールアルコール、ヘプテン、ヒドラジン、水素、硝酸イソエチル、イソプロピルアルコール、リチウム、水素化リチウム、メタン、メチラル、メタノール、硝酸メチル、メチルアミン、メチルアセチレン、メチルビニルアセチレン、モノエチルアニリン、ニトロメタン、ニトロプロパン、ニトログリセリン、ｎ−オクタン、プロパン、酸化プロピレン、硝酸ｎ−プロピル、ｏ−トルイジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、三チオ燐酸トリメチル、ターペンチン、非対称性ジメチルヒドラジン、キシリジン、2,3−キシリジン、ホウ水素化リチウム、モノメチルヒドラジン、ペンタボラン、などを含む。出願人が同様に候補として同定した他の化学物質は、OHC（CH2）4CHO、CH3CHOHCHOHCH3、（CH3）3CCHOHCH3、CH2CH2C（CH3）（OH）CH3、（CH3）2COOH、CH3CCCOH、（CH3）3CCH2COH、HOCH2CH2OCH2CH2OH、HOCH2CH2OH、OCH2CHCHO、（CH3）2CCHO、（CH3）3CCH（OH）CH3、C5H4O2、HO2CCH2CH2CO2C2H5,C3H7COCO2H、C5H8O2、などを含む。
燃焼速度を満足のいくほど高めおよび／または燃焼温度を低下させるためにはある種のECS化合物は補助ECS化合物を含みそして１種もしくはそれ以上のECS化合物の補助を必要としおよび／または機械的構造を必要とすることも考えられる。例えば、アルコール、炭酸エステルを混合しおよび／または例えば別個の噴射により水を混合することによりある種の高速ECS化合物の燃焼温度を低下させることが必要となるかもしれない。各々の能力を強化するようなある種の相乗作用がECS化合物間に存在することが予測される。
出願人のECS化合物の他の特徴はそれらの優れた炎の伝搬速度特徴である。原則として、空気中で燃焼される時には、（それら自身の構成の関数としてそして層ブンゼン炎中で測定して）炎速度は40、43、45、48、50、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140、150cm/秒と等しいかまたはそれ以上でなくてはならない。ECS化合物の炎速度はここでは独立してまたは好適な金属の存在下で測定できる。金属の存在下でのECS化合物の炎速度は一般的に該金属の不存在下より高いと予測される。上記のとおり、これらの指示された火炎速度を達成するために、結果として得られる燃料組成物を配合することが、目的である。
一般的には、好適な層炎伝搬速度は55cm/秒を越えるべきである。高ければ高いほど良い。層ブンゼンバーナー中で測定したECS化合物の炎速度が補助燃料より少なくとも.05％−1.5％、1.0％−3.0％、2.0％−4.0％、3.0％−6.0％、５％−10％、７％−20％、8.0％−30.0％、10％−40％、15％−60％、30％−200％、50％−300％、またはそれ以上高いことが好ましい。
実施例15
拡散増加量のECSを含有しておりそれにより燃焼速度が高まる、後−発火性の前−燃焼組成物。
実施例16
拡散増加量のECSを含有しておりそれにより0.2mJ、好適には0.15、0.10mJまたはそれ以下の最小スパークエネルギーにより60cm/秒の最少炎伝搬が得られる、前−発火蒸気組成物。
実施例17
拡散増加ECS蒸気が炭酸ジメチルの分解生成物から誘導される、実施例15および16の蒸気組成物。
実施例18
組成物が燃焼組成物である、実施例15および16の組成物。
それ故、上記の強化燃焼構造が相対的に高い濃度で中に存在しておりおよび／または特に上記装薬中および／または圧縮および／もしくは燃焼蒸気中で中間的および／または初期／前−燃焼および／または燃焼構造／生成物となり、そして炎前部の急速拡散および／または未燃焼蒸気の急速拡散を引き起こしおよび／または他の方法で促進させおよび／または燃焼を改良するこれらの要素、すなわちECS化合物／成分が最も好ましい。
未燃焼蒸気部分の容量の百分率としての強化燃焼構造の相対的な容量が高くなればなるほど良い。
それ故、本発明の１つの態様は拡散速度を増加させるのに十分な量の強化燃焼構造を蒸気部分中で使用することである。出願人の発明の拡散手段がさらに別個の層および／または渦燃焼速度増加手段を取り込むことも考えられる。
ECS化合物は好適にはそれを加える燃料組成物中に可溶性であるべきである。しかしながら、相互溶媒を含む分散剤または他の手段を使用してもよい。或いは、不溶性または部分的に可溶性のECS化合物を乳化液中でおよび／または別個の噴射によるおよび／または混成手段によるものを含む他の手段により使用することもできる。
ECS化合物の使用または組み合わせが他の方法で圧縮、発火および／または燃焼工程中でECS構造を生成するかまたは生成せしめるなら、本発明の実施においてはECS化合物がECS構造を含有する必要がないことが考えられる。それ故、本発明の実施においては燃焼工程中にECSの生成を促進させる化合物はECS化合物と思われている。
比較的高いオクタン酸素化ECS化合物が発火性質を改良する傾向がある。圧縮、後発火（前発火）を減少させおよび／または燃焼温度を低下させる比較的高い気化潜熱を有するECS化合物が特に好ましい。
ECSを含有するものを含む乳化液または他の組み合わせ、特に蒸気部分小滴を生じて爆発させまたはスプレー外で爆発させまたは他の方法で蒸気部分の急速拡散を引き起こすことができるもの、も特に望ましい。そのような非限定的なECS乳化化合物は水、メタノール、過酸化水素、レープシード油などを含む。
好適なECS化合物は分子構造が相対的に簡単であるべきである。液体燃料の場合には、室温または操作温度におけるベース燃料の蒸気圧または発火点を不利に高めないECS化合物がさらに好ましい。許容できる配合蒸気圧は0.5−約50.0psiの範囲である。さらに望ましい配合蒸気圧は0.5−15.0、0.5−12.0、0.5−10.0、0.5−9.0、0.5−8.0、0.5−7.0psi、または0.5−6.0psi、または0.5−5.0psi、または0.5−3.0psi、またはそれ以下の範囲である。個々の蒸気圧範囲は5.4、5.6、5.7、5.9、6.1、6.3、6.6、6.8、6.9、7.1、7.2、7.5、7.6、7.7、8.1、8.3psiを含む。
液体燃料中で（例えば別個の噴射とは反対に）直接使用されるECS化合物がベース燃料の発火点を不利に高めないことが好ましい。50゜Fより上の沸点を有するECS化合物が許容できる。80゜Fより上のものが望ましい。しかしながら、90゜F−150゜Fまたは200゜Fよりも上の沸点がさらに好ましい。しかしながら、蒸気圧のように、発火点を下げるためのECS化合物の傾向は適当な手段により緩和することができそして本発明において考えられる。それ故、化合物が引き起こす燃焼速度における増加および／または燃焼温度の低下は発火点温度低下または蒸気圧増加より重みをかけるべきである。
非腐食性でありおよび／またはシールもしくはエラストマーに不利な影響を与えないECS化合物が好ましい。しかしながら、必要なら腐蝕抑制剤も考えられる。例えば、適当な抑制剤はデュポン社から入手できる「DCl 11」である。この抑制剤は20−30ppmの概略濃度で使用すべきであると考えられる。
液体燃料中で使用される好適なECS化合物は32゜Fより下のそして好適には−０゜Fより下の、またはより好適には−40゜Fより下のもしくは−50゜Fより下の、そして最も好適には−80゜Fより下の低い融点を有していなければならない。それより低い温度も好ましい。しかしながら、必要なら例えばエチレングリコールモノメチルエーテルの如き温度低下用添加剤を使用してもよい。また、ECS化合物が引き起こす燃焼速度における増加および／または燃焼温度の低下はあまり望ましくない融点より重みをかけるべきである。
ECS化合物が有毒でないことまたは少なくとも非常に有毒でないことまたは不利な毒性を伴わないことが好ましいが、必要ではない。この化合物が低温においてポンプ処理可能であり、適当な発火性質を有し、そして燃料添加剤として熱的に安定であることも好ましいが、劣った熱安定性を補正するための添加剤を使用してもよい。
ECS化合物は酸素を含有する必要はない。しかしながら、酸素を含有するECS化合物が好ましい。重量により少なくとも５％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、もしくは50％またはそれ以上の酸素を含有するものが望ましい。25重量％より大きい酸素濃度が好ましい。40％より大きい濃度が最も好ましい。
進歩した高速用途における臨界的に重要なシステム中に加えられる酸素の量。比較的高い速度、比較的高い酸素を含有するECS化合物、特に高い気化潜熱を有するものが進歩した用途におけるより好適な化合物を代表すると考えられる。
実施例19
噴霧化された適当な平均粒子寸法（70ミクロン以下、より好適には60ミクロン以下）を有するECS化合物を適当な圧力下で空気吸入燃焼システムの中で気化させまたはその中に噴射し、そして発火を生ずるのに十分な温度を与えることを含み、そこで圧縮、前−発火、発火、後発火、前−燃焼および／または燃焼時に、炎の前部に急速に拡散可能な高い動的エネルギー強化燃焼蒸気中への燃料の分解が完了する、200−250btu/lb＠60゜Fを越える、より好適には300btu/lb＠60゜Fを越える（または液体でないなら同等な標準）高い気化潜熱を有する１種もしくはそれ以上のECS化合物だけを含有する燃料から誘導される前−燃焼組成物の製造方法。
実施例20
該強化燃焼蒸気が極端に高い動的エネルギーの後−発火性の前−燃焼蒸気である、実施例19の方法。
実施例21
該高い動的蒸気が（沸騰温度で測定して）26、好適には29−34kJ mol−１、またはそれ以上を越える高い気化潜熱を有する、実施例19−21の方法。
実施例22
該燃焼蒸気が48cm/秒（周囲条件で測定して、55、60、65、70、80またはそれ以上）を越える層燃焼速度を有する、実施例19−21の方法。
実施例23
前−燃焼蒸気が炭酸ジメチルから誘導される生成物である、19の方法。
実施例24
4,000Kcal/kgより大きい、好適には5,000、7,000、8,000、9,000、9,800、9,900、10,000、10,200、10,400、10,500、10,600、11,000、11,500Kcal/kgより大きい、そしてより好適には12,000、12,500、13,000、14,000、15,000Kcal/kgより大きい高い加熱値を有する高燃焼改良量のエネルギー放出金属蒸気が該燃焼蒸気中にさらに加えられる、19−23の方法。
実施例25
該蒸気がさらに炭素質補助燃料、例えば質量基準での該炭素質蒸気が主要蒸気であるようなもの、から誘導される蒸気を含み、それにより生成する蒸気の燃焼速度が補助燃料だけの蒸気より少なくとも５％増加しそして燃焼温度が少なくとも10゜F低下する、方法19、24。
実施例26
補助燃料蒸気が代用燃料、水素、石油ガス、液化石油ガス、LPG−プロパン、LPG−ブタン、天然ガス、天然ガス液体、メタン、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、プロパン−ブタン混合物、燃料メタノール、例えばM80、M90、もしくはM85燃料、燃料エタノール、バイオマス燃料、植物油燃料、自動車ガソリン；等級80、等級100、等級10011を含む航空機ガソリン燃料；一般的な自動車ガソリン、再調合ガソリン、低蒸気圧ガソリン、低硫黄ガソリン、ケロシン、広範囲沸点燃料、ガスタービン燃料;JP−４、JP−５、JP−７、JP−８、JP−９、JP−10、TS、Jet A−１、Jet A、Jet Bを含む航空機ジェットタービン燃料、軍事用航空機ガソリン、ミサイル燃料、固体および液体ロケット燃料、単独推進剤、多成分推進剤燃料、自然性燃料；等級０−４を含む軽油タービン−エンジン燃料；層状装薬されるエンジン燃料；低硫黄等級No.1−Ｄ、低硫黄等級No.2−Ｄ、等級No.1−Ｄ、等級No.2−Ｄ、および等級No.4−Ｄ、並びにそれより古い等級であるタイプＣ−Ｂ、タイプＴ−Ｔ、タイプＲ−Ｒ、タイプＳ−Ｍを含むディーゼル燃料；再調合ディーゼル燃料；等級１、等級２、等級４（軽質）、等級４、等級５（軽質）、等級５（重質）、等級６を含む燃料油;ISO DIS 8217およびBS MA100基準に合致するものを含む船舶または鉄道用の重質ディーゼル燃料、種々の蒸留油、残留タイプの油、循環油、軽質循環油、軽質循環ガス油、重質循環油、加熱用油、重質循環軽油、真空油、バーナー油、ファーナス油、石炭液体、SRC−11中間蒸留石炭燃料、近似石炭液体、粉末状石炭、タールサンド燃料、シェール油燃料、ヒドラジン、アンモニアアセチレン、並びに現在および将来のASTM規定、EPA認定基準、工業および／または政府の規定に合致する燃料、並びにそれらの混合物から誘導される、25の方法。
実施例26a
補助燃料蒸気が代用燃焼蒸気であり、そして該蒸気の燃焼がエンジンを中程度またはそれより大きい負荷条件下で駆動させ、それにより燃料経済性および／または熱効率が補助燃料操作より0.5％−20.0％、またはそれ以上（２％−30％が好ましい）だけ増加する、19、24、26の方法。
実施例27
該蒸気がさらに市販の長鎖二塩基性酸誘導体（例えば、HiTec 4450の如きスクシンイミド類）、長鎖脂肪族ポリアミン類（例えば、ポリイソブテニルポリアミン）、または長鎖マンニッヒ塩基を含むエンジン、気化器および／または導入／噴射システムクリーニング洗剤／分散剤、並びに／或いはポリエーテルアミン、ポリアルケニルアミン、アルケニルスクシンイミド、ポリエーテルアミドアミン、および混合物を含む無灰洗剤、並びに酸化防止剤、解乳化剤、乳化剤、腐食抑制剤、芳香族溶媒、スカベンジャー、希釈剤油、相互溶媒、相互不活性化剤、および混合物からの少なくとも１種の蒸気を含有する、19、25、26の方法。
実施例28
該蒸気がロケットエンジン、ブライトンサイクルエンジン、軽油タービン、航空機ジェットタービン、ディーゼル、船舶、汽車、航空機ガスエンジン、自動車エンジン、油バーナー、残留バーナー、油炉、ガスバーナー、ガス炉、内部圧縮エンジン、スパーク−発火内燃エンジン、微弱燃焼、迅速燃焼、外部燃焼スターリングまたはランキンエンジン、オットーサイクルエンジン、または触媒系よりなり郡から選択されるエンジンまたは気化器中で燃焼する、実施例19−27の方法。
金属の作用
燃料化学、燃料要素、および操作システムが最も有利な金属濃度を決めるであろう。例えば、ロケットのような高い高度でのパルス推進システムはかなりの濃度を必要とするようである。本発明により考えられる好適な金属の量は燃焼が改良されおよび／または汚染物が減少することを要求するものである。それ故、燃焼システム、燃焼温度および燃焼速度、燃料噴射要素、酸素含有量などにより、金属およびそれらの各々の濃度を大きく変動させることができる。
出願人の発明の実施においては、金属は推進剤または補助推進剤である。それ故、金属の水素含有量はできるだけ最大にすべきである。金属ヒドリル類または同様な化合物が望ましい。
出願人の発明における金属の燃焼が蒸気相燃焼によるものであり、例えば燃焼工程が金属の表面上および金属を覆っている酸化物の溶融層内で起きないことが強調される態様である。出願人の蒸気相燃焼は高い燃焼速度および金属表面からある距離だけ伸びる発光反応区域の存在、並びにミクロン以下の範囲の酸化物粒子の生成により特徴づけられる。
出願人の発明の成分として、上記の目的を達成するために、出願人は金属酸化物の沸点が金属の沸点より高いことを好む。金属を燃焼器中に蒸気状で加えることも好ましいが、上記の目的に合う限り、固体または粒子の添加も許容できる。固体燃料用途では、金属は固体状でそして混成用途では固体または液体のいずれかで加えてもよいことが考えられる。
燃焼の温度が金属の沸騰温度より高いことが好ましい。
特に出願人の酸素化された燃焼強化化合物を用いる燃料組成物中の比較的高い重量酸素濃度により比較的高い許容金属濃度が可能になることが見いだされた。一般的には、平均燃料密度が高くなればなるほど許容金属濃度は高くなる。
出願人は、比較的高いMn濃度は一般的に高い熱放出と解釈されることを見いだした。しかし、上限がないとは言われていない。燃焼熱力学が上限を決めるであろう。
マンガン濃度は実質的に変動するであろうし、そしてそれらは0.001−7.50グラムMn/gal、0.001−10.00グラムMn/gal、0.001−15.00グラムMn/gal、0.001−20.00グラムMn/gal、0.001−30.00グラムMn/gal、0.001−50.00グラムMn/gal、またはそれ以上に変動できる。ある種の用途では、1/32、1/16、1/4、1/2、3/4、１、1.5、2.0、2.5、2.6、2.7、２、８、２、９、3.0、5.0、7.5、10、15、20、25、26、27、30、33、35、または40グラムより大きい濃度が望ましいかもしれない。ロケット推進剤では、特に自然性ロケット条件下では、金属/Mn濃度は100、200、200−500、600、800−1000.0グラム/galの程度であってよい。
しかしながら、最も伝統的な用途のためのマンガン範囲は約0.001−約5.00グラムのMn/gal、0.001−約3.00グラムのMn/gal、0.001−約2.00グラムのMn/gal、0.001−1.00グラムのMn/gal、0.001−約0.50グラムのMn/gal、0.001−0.375グラムのMn/gal、0.001−約0.25グラムのMn/gal、または0.001−0.125グラムのMn/gal、または0.001−0.0625グラムのMn/galの組成物であろう。
ガソリンの場合には、１ガロン当たり1/32、1/16グラムより高いマンガン濃度が特に考えられそして望ましい。ディーゼル燃料用途の場合には、1.0重量％の燃料すなわち約25−33グラム/galより高いマンガン濃度が考えられる。
これらの範囲は燃料重量、規則、開発用途、および出願人の発明の高エネルギー性質の利点を得るための燃焼システムが変更される程度により変動するであろう。本発明で考えられる他の金属の範囲はマンガンと同様な範囲をとるであろうが、金属ごとに変動するであろう。
本発明に従うと、出願人の燃料は燃料組成、その燃焼システム、望まれる効率、法的および／または環境考慮点と調和した燃焼改良量を構成する量のMnおよび／または他の非鉛金属を含有するであろう。
しかしながら、出願人の発明のある種の用途では出願人の燃料は金属なし例えば無金属であることが特に考えられる。すなわち、出願人の発明は燃焼速度を高めおよび／または燃焼温度を低下させることにより、非金属燃料（例えば、水素、窒素、リン、臭素、ヨウ素、硫黄、フッ素、塩素）中で使用できるが、それらはそれらの燃焼化学および／または操作条件により有害な燃焼放出減少および／または燃料経済性改良を必要とする。そのような燃料は出願人の発明により改良される。
本発明の１つの態様は、種々の金属を種々の異なる群もしくは同じ群の金属で置換するかまたはそれらと混合することを含む種々の金属を置換しまたは組み合わせ（例えば、それらを混合し）、或いは同じ群または副群の金属で置換するかまたは互いにもしくは他の群もしくは金属と混合することである。出願人は、混合比、混合成分などを含むたくさんの変動性並びに広範囲の置換および／または混合を考えている。例えば、米国特許第3,353,938号、第3,718,444号、第4,139,349号を参照のこと。
それ故、無鉛有機−金属、無鉛無機金属、および／またはそれらの関連する高い熱放出性化合物を種々の割合で混合し、および／または互いに置換し、および／または無鉛金属もしくは非金属（有機もしくは無縁）により置換して本発明の目的を達成できることが特に考えられる。
出願人の金属を１種もしくはそれ以上の金属または非金属と種々の割合で配合して熱放出、燃焼速度、熱効率、放射、馬力発生などにおける改良を得ることが考えられる。
考えられる金属は、燃焼生成物が負の高い生成熱を有する、全ての無鉛金属、非金属（ここでは、金属／金属質という）を含む一定の元素およびそれらの関連化合物を含む。考えられる金属は、好適には3,000、4,000、5,000、6,000Kcal/kg以上の高い燃焼熱または加熱値を有していなければならない。9,000−10,000Kcal/kg以上の値が好ましい。11,000−13,000、14,000Kcal/kg、またはそれ以上のものがより好ましい。
例えば関連する金属酸化物の好適な負の生成熱は−150,000grカロリー／モルを越えるべきである。−200,000、−225,000、−275,000、−300,000、−350,000、−400,000grカロリー／モル、およびそれ以上がより好ましい。
元素状金属が実現するなら低分子量のものであることが望ましい。許容できる金属の非限定的例は、アルミニウム、ホウ素、臭素、ビスマス、ベリリウム、カルシウム、セシウム、クロム、コバルト、銅、フランシウム、ガリウム、ゲルマニウム、ヨウ素、鉄、インジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、燐、カルシウム、パラジウム、ルビジウム、ナトリウム、錫、亜鉛、プラセオジミウム、レニウム、シリコン、バナジウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、アクチニウム、Unq、Unp、Unh、Uns、セリウム、トリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、プロトアクチニウム、タンタル、ネオジム、ウラニウム、タングステン、プロメチウム、ネプツニウム、テクネチウム、サマリウム、プルトニウム、ルテニウム、オスミウム、ユーロピウム、アメリシウム、ロジウム、イリジウム、ガドリニウム、キュリウム、白金、テルビウム、バークリウム、銀、金、ジスプロシウム、カリホルニウム、カドミウム、水銀、ホルミウム、アインスタイニウム、チタン、エルビウム、フェルミウム、ツリウム、メンデレビウム、窒素、水素、アンチモン、イッテルビウム、ノーベリウム、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、ルテチウム、ローレンシウム、フッ素、塩素、ヨウ素及びアスタチンを含む。出願人の金属は有機−金属または無機であってよい。
元素の周期律表の1A、1B、2A、2B、3Bに見られる遷移金属、元素およびその元素の化合物並びにシクロペンタジエニルカルボニル類を含むそれらのシクロマチック化合物が特に望ましい。それらの製造は米国特許第2,828,416号、第3,127,351号、第2,818,417号、第2,839,552号（引用をもって本明細書の内容となる）に示されている。出願人はメチルシクロペンタジエニルトリカルボニル基が有効であることを見いだした。
4B、5B、6B、7B、８族に見られる金属を含むシクロマチック化合物も考えられる。１種より多い金属を含有するシクロマチック化合物が考えられる。
元素の周期律表の3Aで見られる金属およびそれらの化合物、特にホウ素およびアルミニウムが特に考えられる。金属をECS化合物を用いる燃焼に、または可溶性化合物、相互分散剤／溶媒、コロイド状媒体、懸濁媒体、別個の噴射によるものを含む多くの他の方法に加えることができる。
出願人は、一般的に燃料可溶性であり、液体炭化水素燃焼と相容性がある溶融および沸騰範囲を有する金属が最良のその場での選択であると信じている。
出願人の発明は気体状および固体のECS化合物並びに気体状および固体の補助燃料を考えているため、気体状および／または固体の金属および／またはそれらの関連化合物も考えられる。
出願人は一般的に低分子量の元素状金属およびそれらの化合物を好むが、それらの加熱値および補助燃料の性質および燃料システムも選択肢である。塩素および／またはその化合物の燃焼生成物が環境的に優しい、例えば低毒性であることも好ましい。
出願人は、本発明の実施において利用できる広範囲の多数の金属があることを認識している。限定された数の例は、シクロペンタジエニルメチルシクロペンタジエニル鉄、フェロセン、メチルフェロセン、並びにブタジエン鉄トリカルボニル、ブタジエン鉄トリカルボニル、ジシクロペンタジエニル鉄およびおよびペンタジエニル鉄化合物（米国特許第2,680,号、第2,804,468号、第3,341,311号参照）、ニッケル、シクロペンタジエニルニッケルニトロシル、モリブデンヘキサカルボニル、シクロペンタジエニルモリブデンカルボニル類（米国特許第3,272,606号、第3,718,444号参照）；テクネチウム、マグネシウム、レニウムの化合物（カナダ特許第1073207号参照）；ジボラン、テトラボラン、ヘキサボラン、並びに混合物を含む。有機および無機種のこれらの金属が使用されることが考えられる。米国特許第2,818,416号は多くのそのようなトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチリルベリリウム、ホウ素水和物、水素化ホウ素、無水ホウ素、トリエチルホウ素（C2H5）3B;ホウ素と水素およびリチウムとの化合物、ペンタボラン、デカボラン、ボラゾール、ホウ水素化アルミニウム、ホウ水素化ベリリウム、ホウ水素化リチウム、およびそれらの混合物；軽金属化合物である（CH3）3NBH（CH3）３、（CH3）2BI、Be（C2H5）２、C4H9B（OH）２、Al（BH4）３若しくはAlH（BH3）２、Be（BH4）２、LiBH4、Ｂ（OC2H5）３、（BO）３（OCH3）3;Zn（CH3）２を示している。複数の金属との化合物が特に考えられる。
好適なシクロマチックマンガントリカルボニルはシクロペンタジエニルマンガントリカルボニルである。より好適なシクロマチックマンガントリカルボニルはメチルシクロペンタジエニルマンガン（MMT）である。
許容できる置換基の非限定的な例は、アルケニル、アラルキル、アルアルケニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、アリールおよびアルケニル基を含む。許容できるシクロマチックマンガントリカルボニルアンチノック化合物の説明用の他の非限定的な例は、ベンジルアイロペンタジエニルマンガントリカルボニル、1.2−ジプロピル３−シクロヘキシルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル、1.2−ジフェニルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル、３−プロペニリエニルマンガントリカルボニル、２−トリインデニルマンガントリカルボニル、フルオレニルマンガントリカルボニル、2.3.4.7−プロピフルオレンチルマンガントリカルボニル、３−ナフチルフルオレニルマンガントリカルボニル、4.5.6.7−テトラヒドロインデニルマンガントリカルボニル、３−３エテニル−4,7−ジヒドロインデニルマンガントリカルボニル、２−エチル３（ａ−フェニルエテニル）4,5,6,7テトラヒドロインデニルマンガントリカルボニル、３−（ａ−シクロヘキシルエテニル）−4.7−ジヒドロインデニルマンガントリカルボニル、1,2,3,4,5,6,7,8−オクタヒドロフルオレニルマンガントリカルボニルなどを含む。そのような化合物の混合物も使用することができる。上記の化合物は当技術で既知の方法により一般的に製造することができる。
出願人の発明の実施においては、マンガン（Mn3O4）、アルミニウム（Al2O3）、コバルト、銅、ガリウム、リチウム、マグネシウム、ニッケル、ニビウム、錫、亜鉛、バナジウムなどの重い高沸点金属酸化物はもはや問題がなくなる。それ故、高エネルギー放出性金属化合物を予期せぬことに本発明で使用することができる。
それ故、燃焼における非常に高い加熱値を有する金属は、エンジンおよび他の表面上の高い溶融温度の酸化物の生成および／または発生する有害な燃焼生成物によらないため、予期せぬことにここで使用することができる。さらに、それらはこれまでは実用的／許容可能と思われなかった濃度で使用することができる（例えば、ガソリン中の1/32グラム/gal以上のMn）。
出願人は、マグネシウムおよびその関連燃焼化合物が特に有効な金属であり従って望ましいことを見いだした。例えばLiおよびLHの如き促進剤も、状況が要求するなら、考えられる。
本発明の目的を推進しおよび／または本発明の実施から利益を受ける全てのそのような金属が特定態様でありそしてここでは請求の範囲に考えられている。
無鉛金属の他の非限定的な明細書中に示されている。多くの他の考えられる金属が当技術で既知である。出願人は本発明の結果として金属設計の開発を認識しており、そしてそれらの使用も考えている。
ECS化合物置換
例えば炭酸ジメチルの如き特定のECS化合物に関する出願人の教示は他のECS化合物または成分を置換することができ、それが出願人の目的を達成し、そして燃料、燃焼および／または放射システムなどの条件と一致する。それ故、出願人の発明の目的が維持される限り、ECS化合物の代わりにここで開示されている化合物の置換を行えることが考えられる。しかしながら、出願人は全てのECS化合物が等しくはなくそして元のまたは置換された化合物の効率を有していないかもしれないことは気付いている。それ故、置換は適切な考慮なしに行うことはできない。
換言すると、本発明の強調される態様は炭酸ジメチルを水素、一酸化炭素、メタノール、メチラル、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、メチレンジメチルエーテル、炭酸ジメチル、メチルターシャリーブチルエーテル（MTBE）、エチルターシャリーブチルエーテル（ETBE）、メチルターシャリーアミルエーテル、ジイソプロピルエーテル、C3−C6低分子量アルコール類、ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエチレン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、水、過酸化水素および他のECS化合物、または混合物を置換し、組み合わせ、混合することである。
炭酸ジメチル用の他の非限定的な可能な置換は、C2−C12アルデヒド類、C2−C12エーテル類（MTBE、ETBE、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール）、C4−C15アルコール類（フロン、フルフリール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、およびポリエトキシエタノール類）、C2−C12酸化物（２−メチルフラン、メチルテトラヒドロフラン）、C3−C15ケトン類（アセトン、2,3ブタンジオン、2,5ヘキサンジオン、2,4ペンタンジオン、シクロペンタノン）、C3−C15エステル類（酢酸イソプロピル、アクリル酸エチル）、C3−C12ジエステル類、C5−C12フェノール類（Ｐ−クレサル、2,4キシレナル、３−メトキシフェナル）、C5−C20グリコールエーテル類（ジエチレンジメチルエチレン、ジエチレンジエチルエーテル、ジエチレンジプロピルエーテル、ジエチレンジブチルエーテル、ジエチレンモノメチルエーテル、ジエチレンモノエチルエーテル、ジエチレンモノブチルエーテルを含む）、90゜F以上またはより好適には120゜F以上の沸騰温度を有するC4−C20炭酸エステル類、90゜F以上またはより好適には120゜F以上の沸騰温度を有するC5−C25二炭酸エステル類、過酸化ジ−ターシャリーブチル、過酸化アルキル、ヒドロ過酸化アルキル、2.5ジメチル2.5ジ（ターシャリーブチルペルオキシ）ヘキサン、過酸化ターシャリーブチルクミル、過酸化ジ（ターシャリーアミル）、ヒドロ過酸化ターシャリーブチル、ヒドロ過酸化ターシャリーアミルを含む有機および無機過酸化物、硝酸エチル−ヘキシルおよび硝酸イソプロピルを含む硝酸アルキル添加剤、並びにそれらの混合物から選択されるECS化合物を含む。比較的重いECS化合物を好適な炭酸ジメチルまたは酸素化された/ECS手段の代わりに使用することができ、および／またはさらに溶媒を用いてもしくは用いずに使用することができる。
本発明で考えられる置換されたエーテル類は分枝鎖状および直鎖状のエーテル類、２つの酸素および二重エーテル結合を有するジエーテル類、および３つの酸素および複数のエーテル結合を有するトリエーテル類を含む。非限定的な例は、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルプロピルエーテル、メチルノルマルプロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、エチルノルマルプロピルエーテル、プロピルエーテル、プロピルイソプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、エチルターシャリーブチルエーテル、エチルセカンダリーブチルエーテル、メチルノルマルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテル、メチルセカンダリーブチルエーテル、メチルノルマルアミルエーテル、メチルセカンダリーアミルエーテル、メチルターシャリーアミルエーテル、およびメチルイソアミルエーテルを含む。許容できるジエーテル類（２つの酸素および二重エーテル結合を有する）の他の非限定的な例は、メチレンジメチルエーテル、メチレンジエチルエーテル、メチレンジプロピルエーテル、メチレンジブチルエーテル、およびメチレンジイソプロピルエーテルを含む。
本発明の実施においては、置換された高分子量C4エーテル類は、特にディーゼル燃料、燃料油、および／またはタービン燃料中で使用される時に、特に望ましい。エーテル類の製造も当技術で既知である。例えば、米国特許第4,262,145号、第4,175,210号、第4,252,541号、第4,270,929号、第3,482,952号、第2,384,866号、第1,488,605号、第4,256,465号、第4,267,393号、第4,330,679号、第4,299,999号、第4,302,298号、第4,310,710号、第4,324,924号、第4,329,516号、第4,336,407号、第4,320,233号、第2,874,033号、第3,912,463号、第4,297,172号、第4,334,890号、などを参照のこと。
置換されたECSケトン類は低級アルケニルケトン類を含む。代表的な低級アルケニルケトン類は、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、ブチルイソブチルケトン、エチルプロピルケトン、などを含む。他のケトン類は、アセトン、ジアセトンアルコール、ジイソブチルケトン、イソフォロン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルプロピルケトン、などを含む。代表的な環式ケトンはエチルフェニルケトンであろう。置換されたECSエステル類はアニソール（ベンゼンのメチルエステル）、酢酸イソプロピル、およびアクリル酸エチルを含む。
特に好ましい置換されたECS炭酸エステル類は、アルキル基が低級分枝鎖状第１級アルコール類、例えばメタノールおよびエタノールから誘導される対称性ジアルキル炭酸エステル類、例えば炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチルを含む。高級対称性炭酸ジアルキル類、例えば炭酸ジ−ｎ−ブチル、炭酸ジ−ｔ−ブチル、炭酸ジプロピル、並びに二炭酸エステル類、例えば二炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチル、炭酸アルキルフェニル類、例えば炭酸ｔ−ブチルフェニル、および炭酸環式アルキレン類、例えば炭酸プロピレン、炭酸エチレン、および炭酸ブチレン、並びに他の有機炭酸エステル類、例えば炭酸イソプロピルシクロヘキシル、炭酸メチルｎ−ブチル、炭酸イソブチレンおよび炭酸ジイソプロピルも好ましい。炭酸メチルｔ−ブチル、炭酸エチルｔ−ブチル、炭酸メチルｔ−アミル、炭酸エチルｔ−アミル、を含む非対称性炭酸ジアルキル類も使用できる。炭酸エステル類の混合物も考えられる。
それ故、炭酸ジメチル（DMC）を指定する本発明の開示における燃焼速度の増加および燃焼温度の低下という目的を達成するためには、この開示は置換されたECS化合物を含有すると解釈してもよく、および／または、燃焼速度を高めそして／または燃焼温度を低下させることができる限り、高分子量（または高沸騰温度）のものを含む他の員であるECS化合物および／またはECS化合物族の同族体並びに混合物をさらに含むと解釈してもよいことが考えられる。
燃焼速度の増加および／または燃焼温度の低下の目的が他の適当な手段により起きる限り、ECS化合物を互いにまたは非−ECS化合物と置換してもよく、または全く使用されなくてもよい。
ECS化合物を１種もしくはそれ以上のそれら自身と種々の割合で配合して燃焼速度および温度低下における相乗的な改良を得ることができる。
ECS化合物の使用が発火点、揮発性、蒸気圧、腐食性、エラストマー膨潤性、溶解度、加水分解などを上昇させるような状況では、高分子量アルコール類、エーテル類、ケトン類、炭酸エステル類、などを使用する補助溶媒実施法が望ましい。補助溶媒実施法に関する議論については私のEPO特許第0235280号を参照のこと。
さらに、出願人は彼の好適なOCH3（メトキシ基）燃焼強化構造がメタノール、メチレンジメチルエーテル（メチラル、MDME）、および炭酸ジメチルエステル（炭酸ジメチル）、MTBEなどに共通する構造であることに気付いている。出願人の好むOH燃焼強化構造は彼のアルコール類、最も特にメタノール、と共通である。
出願人は本発明においてはいろいろな種類間にある種の重複が存在することも認識している。例えば、ECS化合物はある種の金属を含有していてもよく、ある種の金属は推進剤燃料などであってもよい。ある種の化合物が複数の用途を有することが考えられる。
機械的手段
複数の機械的手段を使用して燃焼速度を高めおよび／または燃焼温度を低下させることが考えられる。そのような機械的手段はECSまたは化学的手段と独立していてもよく、および／またはそれらと関連していてもよい。例えば、限定された燃焼速度および／または減じられた気化潜熱を有するECS化合物を機械的手段により、例えば小粒子噴霧化、冷却システム、渦圧縮室、ターボ−充填などにより、強化することができる。
それ故、出願人の発明の機械的手段は考えられる燃料および燃焼システムにより変動することが認識されている。例えば、比較的高い燃焼速度を有する未希釈のECS燃料の適用は例えば低い圧縮比の燃焼システム中で使用される比較的低い燃焼速度を有するECS燃料およびベース燃料の組み合わせとは異なる機械的手段を加えるであろう。
本発明の機械的手段は、燃料噴射システム、特に微細な均一に噴霧される蒸気のスプレーを高められた動的流速および圧力で望ましい角度で燃焼室（気化器、バーナーなど）の中に向けることができるもの、推進蒸発器、燃焼渦を高めるような燃焼器デザイン、比較的高い燃焼器室入り口圧力（例えば、比較的高い圧縮比）、渦燃焼器、球状燃焼器、分割室、燃焼効率を高める燃焼器、燃料−空気混合を促進させる燃焼器デザイン、渦および／または燃料−空気混合を促進させる燃焼室（燃焼器）デザイン、動的燃焼圧力（圧力密度）の増加を最大にするエンジンデザイン、比較的低い燃焼温度、および／または出願人の発明の他の利点を最大にするエンジンデザインである。
使用および／または応用できる他の機械的手段は、微弱燃焼システム、触媒燃焼器／燃焼システム、予備−混合された燃焼器、拡散炎燃焼器、微弱な予備混合された予備−気化燃焼器、予備−気化予備混合燃焼器、種々の圧縮比のエンジン、直接噴射式の層状装薬エンジン、ターボ−装薬、後冷却システム、再流入燃焼室、予備−燃焼室、再調整入り口渦システム、減じられた急冷システム、減じられた熱移動システム、強化された燃料−空気混合システム、強化されたスプレー噴霧器動的エネルギーシステム、燃料−空気混合を速める噴射器デザイン、水噴射システムなどを含む。
本発明の実施においては、微弱燃焼および／または迅速な燃焼システムが、特に進歩した比較的高い酸素を含有する燃料を用いる出願人の目的を達成する目的のために望ましい。
渦を強化する燃焼室／燃焼器を使用する機械的手段が好ましい。非限定的な例は、撹拌空気作動システム、４弁ペントルーフ燃焼室、渦燃焼室、間接的噴射燃焼室、間接的噴射渦燃焼室、直接的噴射燃焼室、並びに幾何学的形状、穴の直径、噴霧角度、圧縮比などが渦を強化するような燃焼室が好ましい。
噴霧タイミング、燃料計量、噴霧圧力、噴霧圧力低下、ノズルデザイン、入り口空気温度、入り口空気圧力、小滴寸法；噴射される小滴の速度、圧力および温度、並びに燃焼室の幾何学的形状が出願人の発明の利点を最大にする際に特に影響のある要素であり、そして本発明の強調される態様として加えられる。
例えば、ノズル角度、ノズル喉角度、ノズルジェットスプレー中心線同心円性、予備−燃焼（渦室）中の噴霧半径（球半径）を変えることにより、並びに噴射タイミング、速度、期間などを変更することにより、出願人は彼の発明の有利な寄与を最大にすることができる。ガソリン、ディーゼル燃料、ジェットタービン、軽油タービン、燃料油バーナー用途が特に考えられることに気付いている。
それ故、特にタービン、ディーゼル、および燃料油において、高度に噴霧化された蒸気の燃焼室／燃焼器などの中への噴射を含む用途が本発明の特に望ましい目的である。
出願人は複数の噴射および噴霧手段を考えている。異なる燃料、燃料システム、燃焼軸が異なる噴射、噴霧システム、圧力、温度などを要求する。明らかに、ガソリンシステムは例えば等級No.4−６の燃料油と異なっており、それらは本発明の実施においては比較的高い粘度を噴霧化しそしてそれらをバーナーまたは燃焼室の中に比較的高い圧力で噴射する装置を必要とする。出願人の発明のガソリンシステムは噴射マニホルドシステムを考えているが、ディーゼルシステムは直接的／間接的な噴射シリンダーシステムなどを考えている。
出願人の高い気化潜熱燃料を用いると、充填物をシリンダー中に加える時に真空効果が起きる。従って、低圧および非常な低圧を含む燃料噴射圧力が考えられる。
重いディーゼル燃料、燃料油、および関連燃焼システムは、ガソリンシステムと比べた時に、比較的大きい量の圧力、負荷感知能力、および改良された噴霧特徴を要求する。ジェット航空機燃料も同様であるが異なった条件を有しておりそして例えば50:1の燃料流範囲を考えるべきである。
例えば、本発明の実施において考えられる最適なガソリン燃料噴射圧力は１−５、３−15、５−20、10−30、15−45psiの程度である。最適なディーゼル燃料噴射圧力は1500psi−30,000psiの程度である。ある種のECS燃料を噴射する真空効果による比較的低い圧力の噴射が特に考えられる。
出願人の非限定的な噴霧システムの例は、単独流体および多成分流体および／または流体／気体噴霧器ジェット、ツイン−流体噴霧、内部−混合噴霧器、圧力噴霧器、Ｙ−ジェット噴霧器、回転ディスクシステム、空気スプレーシステム、スプレー噴霧器、気化システム、航空機−ジェットを含む空気送風噴霧器、予備薄層化、平らな空気送風噴霧器、遠心噴霧器、回転噴霧器、回転輪噴射、超音波、音波噴霧器および他の現在および／または将来のシステムを含む。空気送風噴霧器が本発明の好適な実施において望ましい。
燃料噴射システムと共にまたはそれとは別に、Ｔ−形、Ｌ−形などを含む気化要素の使用が考えられる。気化器要素は通常は炎管と固定されているが、燃料噴霧器は燃焼器ケーシングと固定されて噴射器ヘッドが気化器管内部に置かれる。
本発明の実施において、噴霧システム（または気化システム）から燃焼器などに放出される出願人の燃料蒸気の平均粒子寸法分布が本発明の燃焼寄与を最大にする寸法であること並びに燃焼室中のその分布が燃焼速度、気化潜熱の寄与、燃焼圧力の増加などを最大にすることが主な目的である。
それ故、本発明の望ましい特別の態様は燃焼室中に噴射されるかまたは気化される燃料の粒子（滴寸法）が１−70ミクロンであることである。好適な平均粒子寸法は40−60ミクロンまたはそれ以下、より好適には30−50ミクロン、20−40ミクロン、５−30ミクロン以下であり、１ミクロンまたは１ミクロン以下も含む。燃料蒸気分布特性が不利に影響しない限り、蒸気粒子の減少に関する制限はない。蒸気画分の急速拡散が例えば化学的手段の如き他の手段により起きるなら、および／または比較的小さい粒子寸法が適切な燃料分布特性を妨げるなら、30、40、50、または70ミクロンより大きい平均粒子寸法も許容できる。しかしながら、ある種の用途は５、10、20、30、40、50、または60ミクロン以下の最小粒子寸法を要求するであろうと信じられている。
そのような噴射システムが燃焼を促進させられる最大程度まで空気−燃料混合を最大にすることも好ましい。しかしながら、出願人は高い微弱吹き出し限度などを引き起こすほど高い混合比を使用することは望まないであろう。
ジェット航空機用途では、特に高マッハ状況（自然な対流および拡散が減じられている）では、別個の燃料噴射流とは異なる圧力が望ましい。さらに、相互作用する平行および交差する燃料噴射器を含む燃料噴射システムが高マッハ状況において有用であることが見いだされている。組み合わされた平行および交差噴射による混合強化が特に有効でありそして本発明で特に考えられることも見いだされた。
噴射圧力は実質的に変動し、比較的高い圧力が比較的重いディーゼルおよび比較的高速の燃料の燃料油用途において典型的に使用されている。しかしながら、必要とする高い燃料圧力および燃焼室中の燃料分布の調節問題のために、ガスタービン中の高圧噴射はさらに困難となる。それ故、多くの用途では比較的低い噴射圧力が考えられる。
それ故、燃料組成物の燃焼および冷却特性を最適にして燃焼速度を改良する推進燃料噴射システムが本発明の必須の強調される態様である。
重いディーゼル燃料および付随するエンジンの実施においては、燃料負荷条件下で遅くされたタイミングを有する比較的高い噴射圧力が最大の混合エネルギーを生成しそして出願人の発明の燃焼速度目的を速めるため、好ましい。
高速下であるが軽い負荷条件下で重いディーゼル燃料用途のための噴射圧力を低下させることは過剰混合を最少にしそして炭化水素放射を減少させる傾向があり、そしてこれも好適な実施法であることが見いだされた。
例えば気体と液体、固体と液体などのように同様または同様でない物理的状態の燃料の１つもしくはそれ以上の噴射システム（例えば二重燃料噴射器）を使用する適当な手段による同時燃料噴射は本発明の範囲内にありそして特に考えられている。ECS化合物とベース補助燃料との混合が燃料噴射前に可能でなく、および／または別の噴射により最も良く起きるように燃焼を最適にするそのような用途が考えられる。燃料噴射および／または燃焼前に他の手段により燃料の混合がなされなかった時には、別の噴射が考えられる。
例えば、液体炭化水素補助燃料および例えば水素の如き気体状ECS燃料の燃焼室または燃焼器中への加入は、燃料の個々の特性および燃焼速度を最大にするように設計された燃焼システムに合わせた別個の噴射により行われるであろう。
それ故、異なる状態の燃料成分を燃焼システム中に単一のおよび／または別個の手段により噴射できることが考えられる。
出願人のECS燃料、補助燃料の種々の混合および噴射組み合わせが推進燃料噴射システムおよび方法の概念で考えられる。
ジェット航空機タービン用途の場合には、燃焼効率における変動が比較的低い周囲圧力により起きるため、高度における燃料流調節に合わせた速度が特に好ましい。
改良されたポンプラインノズル噴射システム、単位噴射器システム、および／または高圧能力を有する他のシステム、噴射速度調節、タイミング調節、および／または他の感知調節が特に望ましい。噴射圧力、タイミング、速度計測、および／または燃焼圧力を調節できる噴射システムが特に考えられる。
本発明の実施においては、直接的および間接的な燃料噴射システムが許容できる。しかしながら、特にディーゼル用途には直接的噴射システムが望ましい。間接的燃料噴射システムは出願人のECS燃料の比較的高い燃焼速度を最大にするという点でさらに望ましい。
上記の如き他の態様は、特にガソリンおよびディーゼル用途における本発明の非常に好適な実施法であるターボ装薬およびスーパー装薬である。推進空気吸入、空気圧装置、および／またはターボ充填システム、取り入れ空気圧の上昇、ERGシステムとの合同操作が特に望ましく、そして実質的に本発明の目的を強化する。
冷却推進、冷却後、および／または冷却剤システムも使用できる。例えば、燃焼温度はエンジン冷却剤温度の低下、入り口空気温度の低下、および／または入り口マニホルド熱流入により下げることができる。全てのそのような手段は本発明の範囲内である。
実施例29
該燃料が燃焼されそして排気ガスが燃焼システムに再循環される、高い気化潜熱の酸素化されたベースのECS化合物を含有する燃焼改良燃料並びに燃焼改良量の金属、燃焼システム、および排気ガス再循環（ERG）システムの組み合わせ。
実施例30
ERGシステムが閉鎖ループシステムである、29の実施例。
実施例30
燃料が無鉛化されており、燃焼システムが米国の規制を受けたガソリン用であり、組み合わせがさらに規制された放出調節システムも含む、29−30の実施例。
実施例32
燃料が酸素を2.0重量％の濃度で含有しておりそして燃焼改良量のシクロマチックマンガントリカルボニル化合物を1/32グラムのmnの濃度で含有する、29の実施例。
実施例33
燃料が燃焼速度の増加を享受し、そしてシステムの熱効率が改良され、それにより燃料経済性が少なくとも0.5％、1.0％、2.0％、5.0％、10％またはそれ以上増加する、32の実施例。
出願人の発明は処理システム後の排気の使用も考えており、非限定的な例はセラミックライナー、フィルター、トラップ、トラップ−酸化器、および触媒を含む。特に自動車用途における、放出排気触媒を使用する実施法は当技術で既知である。
本発明の実施においては、特に自動車用途において排気放出触媒（三方式触媒、好適には一枚岩触媒）を使用することおよび触媒の効率を部分的に測定する内蔵酸素感知器を同時に使用することが考えられる。
まとめると、それは出願人の推進燃焼改良燃料と出願人の機械的および関連システムとの組み合わせであり、それは一緒になって当技術の現状からの意義ある逸脱である。
それ故、本発明の１つの態様は上記の機械的手段を変更および／または応用して本発明の最高の有用性を得ることである。
一般的な燃料および燃焼システム
本発明の実施において考えられる燃焼器は幾何学的気化器（管状、環状、ターボ−環状、球状）、空気動的燃焼器（拡散炎、予備混合、段階的、触媒および適用燃焼器（航空機、工業用、車両用）を含む。
本発明の実施においては拡散炎燃焼器を使用することが好ましく、そこでは出願人の燃焼炎が気体状ジェット拡散、推進小滴蒸発、燃焼促進、および／またはスプレー拡散によりさらに伝搬される。
それ故、１つの態様は拡散燃焼器をECS燃料と組み合わせて使用することであり、それにより燃焼放出性が改良され、燃焼が促進されおよび／または燃焼温度の低下がある。
出願人の発明は特にタービン用途に、特に航空機ガスタービン、工業用ガスタービン、船舶ガスタービンなどに適用できる。
本発明で使用される燃料の物理的状態は広いおよび狭い沸騰範囲の液体、半液体、液体近いもの、半固体、固体、および気体状燃料、並びに混合物を含む。
出願人の未希釈の燃料態様（例えばECS化合物および金属）は異例の推進および環境寄与を有しており、それらは内燃エンジン、航空機ジェットタービン、ガス油タービン、炉、バーナー、空気吸入推進システム、またはロケットエンジンに限定されるものではない。
出願人の未希釈の燃料は単独燃料であり、それはいずれの燃焼システム中でも潜在的に使用できる。しかし、最大燃焼およびそのような未希釈適用の熱力学的特徴を調節するためには現存する燃焼器の変更が必要となるかもしれない。
本発明の１つの態様はまた、比較的大量の自由エネルギーを比較的高圧において比較的良好に転化することができる推進燃焼システムおよび／または出願人の燃料の使用から生ずる改良された熱効率を加えることである。システム変更および新しいデザインを行って未希釈の、未希釈近くの、大部分が未希釈の、または少量が未希釈の出願人の発明のECS燃料の利点を最大にするであろうことは認識されている。
従って、本発明の１つの態様はそのような推進燃焼システムを出願人の燃料と共に加えることである。
出願人の発明の強調される態様は、ECS化合物または混合物をそれ自身単独で燃焼改良量の無鉛金属を用いてまたは用いずに使用することである。しかしながら、好適な態様は、ECS化合物または混合物を少なくとも１種の無鉛金属と一緒に使用することである（「ECS燃料」）。出願人のECS燃料が少なくとも１種の追加酸化剤および／または少なくとも１種の追加推進剤もしくは補助燃料を含有するかもしれないことも１つの態様である。
例えばECS燃料が水素および／または炭素質燃料と組み合わされている補助燃料実施法では、RVP減少が強調される態様である。しかしながら、考えられる完成燃料はRVPが0.01psi−1000.0psi、2.0psi−200.0psi、2.0psi−40.0psi、1.0psi−20.0psi、1.0−10.0、1.0−8.0psi、1.0psi−7.5psi、1.0−7.0psi、1.0−6.5psi、1.0−6.0psi、1.0−3.0psi、1.0−2.0psi、またはそれ以下の範囲にあるものを含む。
ある種の発火点温度を特定する燃料中の発火点を最適にすることも強調される態様である。補助溶媒実施法、炭化水素画分の調節（発火点を高めるため）、塩類、石鹸類、および他の添加剤を必要に応じて使用してRVPを減少させおよび／または発火点を高めることが認識されている。そのような実施法が考えられている。
実施例34
ECS化合物及び燃焼改良量の少なくとも１種の非鉛金属からなる組成物。
実施例35
更に酸化剤及び／又は共燃料を含有する実施例34の組成物。
かくして、本出願人の発明は、体積で50％より多いECS化合物（群）を含有する組成物を含む、生の、本質的に生の、大部分生のECS燃料を具体化する。これはまた、実質的に大部分の、小部分の又は実質的に小部分の適用、例えば、通常共燃料を伴う、体積（又は重量）で0.5％、1.0％、1.5％、1.8％、2.0％、2.7％、3.0％、3.5％、3.7％、4.0％、５％、10％、15％、20％、25％、30％、40％より多いECS燃料（「ベース燃料又は共燃料」）を具体化する。
本出願人の発明の実施に於いて、Mnを含有する最も好ましい生のECS燃料には、炭酸ジメチル、メタノール、水素、メチラール、メタン水和物、ヒドラジン及びこれらの混合物が含まれている。
最初は、本出願人のECS燃料は多分市場で同時に共燃料の中に小体積で含有されるであろうことが意図される。
しかしながら、最終燃料の体積パーセントとしてECS燃料の濃度が大きくなるにつれて、燃焼及び放出性が劇的に増加する。
下記の更に特別の共燃料適用に於いて、本出願人は自分の一つの共燃料の開示が、適用が適している何れか他の共燃料に適当に適用されることを意図している（例えば、一つの共燃料種類の酸化防止剤又は洗剤を、他の共燃料種類等と共に使用することができる）。
ジェット機タービン燃料及び関連タービンシステム
本発明は明白にジェット機タービン燃料適用及び共燃料適用を意図している。本出願人は、推進機関及びリフトエンジン、スタータ及び補助装置のための燃料を含む、ジェット燃料、航空機タービンエンジン燃料の広範囲で広い適用を予想している。
本発明の実施は明白に、ジェットＡ、ジェットＡ−１（ケロシンタイプの比較的高い引火点留出物）及びジェットＡ−Ｂ（比較的広い沸点範囲の揮発性留出物）を含む、ASTM D1655規格に適合する航空機タービン、得られた航空機タービン燃料（ECS燃料及び共燃料）を具体化する。MIL−Ｔ−5624、MIL−Ｔ−83133及びMIL−Ｐ−87107のようなIATAガイダンスマニュアル仕様及び軍用航空機タービン仕様に適合するものを含むその他のジェットタービングレードが意図される。かくして、本出願人は、参照することによって、L.Gardner及びR.B.Whyte、近代タービン燃焼器の設計、Academic  Press、1990年の第２章「ガスタービン燃料（Gas Turbine Fuels）」、（81〜227頁）の航空機及びガスタービン燃料の多数の仕様を含める。
本発明の航空機タービン燃料は、明細書で他に特定した以外は、原油から誘導される精製炭化水素のブレンド物、天然ガソリン又はこれらと合成炭化水素とのブレンド物からなる。これらは一般に、炭化水素の混合物（即ち、パラフィン、シクロパラフィン、芳香族及びオレフィンプラス微量レベルの硫黄化合物のようなヘテロ原子）であり、或る形態の追加の処理に付された直留留出物画分からブレンドされる。
本明細書に記載したような、小部分又は大部分のECS物質からなる航空機タービン燃料が特に意図される。
本出願人の発明は明白にガスタービン及び吸気式推進システムを意図している。このような非限定システムには、ターボジェット、ターボプロップ、ダクテッドファン、ラムジェット、スクラムジェット、ダクテッドジェット、パルスジェットシステム及びこれらの多くの変形が含まれる。これらのシステムは航空機タービン燃料の即時の実施で意図される。
例えば、非限定ガスタービン配置には、基本、１個の中間冷却、２個の中間冷却、等温中間冷却、１個の再加熱、２個の再加熱、等温再加熱、１個の中間冷却及び１個の再加熱、２個の中間冷却及び２個の再加熱、等温中間冷却及び等温再加熱、再生、基本ガスタービン付き再生、１個の中間冷却付き再生、１個の再加熱付き再生、１個の中間冷却及び１個の中間加熱付き再生、２個の中間冷却及び２個の再加熱付き再生並びに等温冷却及び等温再加熱付き再生が含まれる。
「ターボジェット」吸気式推進システムの非限定例には、基本、中間冷却、再加熱、中間冷却及び再加熱、再燃焼、中間冷却及び再加熱が含まれる。「ターボプロップ」システムの非限定例には、基本、中間冷却、再加熱、中間冷却及び再加熱、再生、再生付き中間冷却及び再加熱、基本ダクテッドファン、中間冷却及び再加熱ダクテッドファン、再燃焼付きダクテッドファン、基本ラムジェット、スクリームジェット、液体金属循環核ターボジェット、液体金属循環核ターボプロップ、ダクテッドロケット等々が含まれる。
本出願人は、ラムジェット及びパルスジェット運転が、本発明の特に好ましい態様を表すことを見出した。かくして、本出願人はパルスジェットの熱力学を参照して含める。W.H.T.LOH編著「ジェット、ロケット、核、イオン及び電気推進：理論と設計（Jet,Rocket,Nuclear,Ion and Electric Propulsion:Theory and Design）」1968年、191頁参照。
本出願人のタービン燃焼器の望ましい燃焼室には、管形、管−環形、環形及び球形が含まれる。
本出願人の発明は上記のタービン燃焼配置及びシステムで特別の適用を有し、その場合、それは一次燃焼帯域で遊離炭素の生成を予想外に著しく減少させる。一次燃焼帯域に於ける遊離炭素の減少は、次いで火炎輻射を減少させ、次いで燃焼ライナ温度を低下させることも見出された。かくして、ライナ熱負荷が減少し、エンジン寿命が延びる。
更に、本出願人の低下した燃焼温度は、極端なエンジン温度が燃焼システムの運転及び設計を制限する、高い高度及び高マッハ適用のために極めて有用である。本出願人はエンジンの燃焼温度を25゜F〜400゜F又はそれ以上のオーダーで低下させることができることが見出された。
実施例36
高い運転温度に曝露される高い高度、高いマッハ又はその他のジェットエンジンの運転方法であって、この方法は、ECS燃料（ECS化合物及び適当な金属を含有する）を、高いマッハで又は極端な高度での燃焼が低下した温度であるような比率で航空機共燃料と混合し、高いマッハ又は極端な高度でジェットエンジンを運転することからなり、その場合エンジン及び燃焼温度は、25゜f〜300゜F、50゜f〜350゜F、75゜f〜375゜F、100゜f〜400゜F、125゜f〜450゜F、150゜f〜500゜F、175゜f〜550゜F、200゜f〜600゜F、225゜f〜750゜F、250゜f〜900゜F又はそれ以上低下する。
本出願人の発明は、有用な仕事、推力、エンジン熱効率を0.5％から2.0％へ、0.5％から5.0％へ、1.0％から10.0％へ、5.0％から20％へ、10％から40％又はそれ以上へ上昇させ、そしてしばしばESC燃料の濃度、共燃料の組成及び特定の運転に依存してビット（bit）をそれ以上静める。
本出願人の発明は、ジェットタービンの適用に於いて、また典型的にアイドリング状態で伴われるCO、NOx及びHC放出の危険な排気ガス濃度を減少させる上で特に有利である。
前記のように、以前タービン燃料へのマンガンの使用に災いした、問題のあるタービン被覆酸化マンガンは、今や全く予想外に調節される。本出願人の燃焼温度の低下はまた、タービン表面への他の被覆を有利に減少させ、そして腐食を減少させる。
本発明の実施に於いて、ECS化合物を使用する好ましい化学的手段は、ベース航空機ジェットタービン燃料中の燃焼改良量の環状マンガントリカルボニル化合物と組み合わせた燃焼改良量の炭酸ジメチルからなる。最終の組合せ燃料は、引火点、流動点、熱安定性、蒸留、芳香性、密度、凝固点、粘度、正味燃焼熱等々を含むASTM仕様に最低適合するように構成することが好ましい。
タービン燃料組成物（共燃料）の炭化水素部分は、好みに応じてパラフィン類、ナフテン類、オレフィン類及び芳香族類からなる。
ECS化合物燃料から誘導される酸素は、平均飛行高度、速度、揚力／推力必要条件、燃焼システム配置、燃焼効率、ベース燃料炭化水素組成物、マンガン濃度等々に依存する最適量で、変化する濃度で航空機タービン燃料中に含有されることが意図される。
燃焼を改良するECS酸素化手段を想定すると、海抜10,000フィートで得られた燃料の推奨されるO2重量パーセント濃度は、0.1％〜5.0％、好ましくは3.0％〜5.0％であり、20,000フィートで推奨されるO2重量パーセント濃度は0.1％〜10.0％、好ましくは3.0％〜8.0％であり、30,000フィートで推奨されるO2重量パーセント濃度は0.1％〜16.0％であり、5.0％〜7.0％が推奨され、５％〜16.0％が好ましく、40,000フィートで推奨されるO2重量パーセント濃度は0.1％〜30.0％であり、11.0％〜30.0％が好ましい。得られる燃料の推奨される平均O2重量パーセント濃度は、特に進歩した燃料適用、極めて高い高度で、代替酸化剤を含有する燃料混合物に於いて、30.0％以上の上限を大きく越えてもよい。
共燃料適用を含む一般的な分配のための航空機タービン組成物の推奨される平均O2重量パーセント濃度は、得られる燃料の重量基準の酸素で約0.01％〜約３％、1.0％〜約4.0％、1.0〜約7.0％である。2.0重量％が受容できる濃度である。しかしながら、4.5重量％が平均の好ましい濃度である。共燃料適用中のO2の特定の重量パーセントは、特別の燃料、その燃焼システム、引火点考慮及び運転条件で変化するであろう。
マンガン濃度は、航空機ジェットタービン燃料について１ガロン当たり0.001グラム〜10.0グラムの範囲であろう。しかしながら、この範囲より実質的に高い濃度が、進歩した小部分、大部分及び／又は生ECS燃料適用で予測される。自発点火性適用もより高濃度のMnを指令する。
運転の高度が高くなるほどMnの指示される濃度レベルが大きくなることも明らかである。マンガンのより高い濃度レベルが、組成物中のより高い酸素の濃度と共に許容される。前記のように、酸素のより高い濃度もより高い高度で示される。例えば、海抜約40,000〜50,000フィートで運転する際、受容できるMn濃度は約0.001〜4.00グラム／ガロンの範囲であってよい。海抜約5,000〜20,000フィートのより低い高度で、望ましいMn濃度は約0.001〜0.50グラム／ガロンの範囲である（約0.125〜0.50グラムMn/ガロンの範囲のものが更に望ましい）。しかしながら、これらの範囲外の濃度が、特に更に進歩した運転で明白に意図される。
どこか他での本発明の実施に於いて、金属及び酸素濃度は、システムの運転環境下で、組成物の燃焼を最適化することによって決定される。
実施例37
ASTM 1655仕様に適合する航空機ジェットタービン燃料、ジイソプロピルエーテル又は炭酸ジメチル及び混合物、組成物の0.5％〜4.5％、1.0％〜2.0％の酸素重量パーセント及び1/64〜1/8g/ガロンのシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物のMnを表わす。
実施例38
ASTM 1655使用に適合する航空機ジェットタービン燃料、ジイソプロピルエーテル及び／又は炭酸ジメチル又は混合物、組成物の0.5％〜20.0％の酸素重量パーセント及び0.001〜5.0g/ガロンのシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物のMnを表わす。
実施例39
燃料を海抜5,000フィートの高度で運転する航空機ジェットエンジンで燃焼する以外は、実施例38と同じ。
実施例40
組成物を海抜20,000フィートの高度で運転する航空機ジェットエンジンで燃焼する以外は、実施例38と同じ。
実施例41
炭酸ジメチルが組成物中に25％酸素重量パーセントで存在し、シクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物が1.0g/ガロンの過剰でMn重量を有する以外は、実施例38と同じ。
実施例42
組成物を海抜40,000フィートの高度で運転する航空機ジェットエンジンで燃焼する以外は、実施例38と同じ。
実施例43
炭酸ジメチルが組成物中に約0.1〜約3.0パーセントの酸素重量で存在する、38の実施例。
実施例44
組成物に0.1〜0.15体積％の濃度でエチレングリコールモノメチルエーテルを含有する、37〜43の実施例。
実施例45
該運転が海抜60,000フィートを越える高度であり、DMCのO2重量が3.0％〜15.0％であり、金属が0.5〜10.0グラム／ガロンの濃度であり、それによってエンジン温度が公知の従来の方法よりも最低10゜F〜400゜F又はそれ以上低下する、38の実施例。
実施例46
航空機ジェット燃料を、燃料改良量の高エネルギー放出金属と一緒の組成物の重量で0.01〜30.0％の酸素を表わすECS成分と混合すること、エンジンを40,000フィートを越える、好ましくは60,000〜100,000フィート又はそれ以上の高度で運転すること、燃焼器ガスをタービンの入口の中に排気することからなり、それによりガス入口温度を1200゜K以下に又は最良の公知の方法よりも少なくとも0.5％〜25.0％低下させ、及び／又はタービン入口圧力を現存する方法よりも0.5％〜40.0％上昇させ、及び／又は熱効率を現存する方法よりも少なくとも0.5％〜20％又はそれ以上に改良する、高い高度ジェットエンジンの運転方法。
実施例47
得られた燃料組成物が0.5〜4.0％酸素重量パーセント及び1/8グラムMn/ガロンでの少なくとも１種のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物を含有する、酸素化ECS化合物を含有するASTM1655仕様に適合する航空機ジェットタービン燃料。
実施例48
組合せで、得られた燃料組成物が0.5〜5.0％酸素重量パーセント及び1/8グラムMn/ガロンでの少なくとも１種のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物を含有し、それによって一次燃焼帯域中の遊離炭素の生成が減少し、そして入口温度が実質的に低下する、酸素化ECS化合物を含有するASTM1655仕様に適合する航空機ジェットタービンエンジン及びジェットタービン燃料。
実施例49
燃焼温度が低下する、又はライナ熱負荷が減少する、及び／又はタービンエンジン寿命が延長される、実施例48の組合せ。
実施例50
熱効率が少なくとも2.0％上昇する、実施例48の組合せ。
かくして、本出願人の進歩したECSベースの燃料を、従来の燃焼器よりも短い燃焼器長さ対ケーシング直径比、より小さい直径のケーシングで減少した比燃料消費、より高い燃焼圧力でより低い圧力損失を有するより小さいケーシング直径、上昇したタービン入口又はライナ温度無しのより高い燃焼圧力燃焼器、燃焼効率、揚力又は燃料経済を犠牲にしない減少した内筒サイズ、燃焼効率、揚力又は燃料経済を犠牲にしない減少した内筒サイズの低圧揚力燃焼器、改良された揚力を享受するより大きい直径の燃焼器ケーシング、改良された燃焼効率を享受する短い内筒を有するより大きい直径の燃焼器ケーシング、増加した圧力損失無しに減少したケーシング直径、減少した圧力損失を有する燃焼器、より低い圧縮比エンジン、より低い圧縮比リフトエンジン、より高い圧縮比エンジン、逆無し内筒壁温度上昇（それで、膜空冷必要量を低下させる）、一次帯域燃焼効率が従来の効率より高い燃焼器、一次帯域が可燃成分の少ない又は燃料弱燃焼用である燃焼器等々を有する進歩した燃焼器と組み合わせて使用することが、本発明の態様である。
実施例51
組合せで、ECSベースの航空機ジェットタービン燃料及びジェットエンジン、この組合せは、エンジンの内筒長さが、揚力又は燃焼効率を損なうことなく、少なくとも10％短くなっている、低圧リフトエンジン内での該燃料の燃焼を特徴とする。
実施例52
組合せで、ECSベースの航空機ジェットタービン燃料及びジェットエンジン、この組合せは、エンジンのタービン内筒壁温度が低下し、熱効率が少なくとも５％上昇している、高圧縮エンジン内での該燃料の燃焼を特徴とする。
40,000フィートを越えるものを含む高い高度で、同じ高度及び／又は海抜で運転する共燃料よりも５％又はそれ以上改良された燃焼効率を享受する、在来の又は進歩した航空機ジェットタービン燃焼器と組み合わせて、本出願人の燃焼改良燃料組成物を使用することが、本発明の明白な態様である。
同時に出口流の温度を低下させながら、燃焼器の希釈帯域の全体距離を短縮することが本発明の追加の態様である。かくして、本発明の実施に於いて、望ましい希釈帯域長さは、特に高い高度巡航用に意図されているエンジンに於いて、内筒幅の1.5〜2.0倍に等しい。他の望ましい希釈帯域長さは、内筒幅の0.9〜1.5、1.2〜1.6、1.3〜1.7、1.4〜1.6倍に等しい。
かくして、同時に高い高度での燃焼効率を改良しながら、希釈帯域長さが内筒の全体幅の1.4〜1.6倍である燃焼器を使用することが、本発明の態様である。意図される燃焼効率は、20,000フィートを越える高度で２％より大きい。
タービン羽根に対する局部損傷を防ぐために、出口流温度（タービン入口温度）が1200゜Kよりも低くなるように、ECS燃料を構成し、ジェット燃焼器を運転することが、本発明の別の態様である。
かくして、約1200゜K、1100゜K、1050゜K、1000゜K、950゜K、900゜K、850゜K又はそれより低い温度以下のタービン入口温度でこのようなシステムを運転することが、別の態様である。実際の場合に、800゜Kより低い温度でこのシステムを運転することも態様である。
しかしながら、本出願人の発明の利点を最大にするために、燃焼器の最高出口流温度（例えば、最高タービン入口温度）が1100゜Kを越えないことが望ましい。また、エンジンの有効出力を維持するために、平均／中間ガス温度が最高タービン入口温度に近づくことが好ましい。
実施例53
ECS燃料及び／又はECS燃料プラス共燃料組合せ物を、希釈帯域長さが内筒幅の約1.5倍である環形、管形又は管−環形燃焼器内で燃焼させ、それによって比燃料消費を減少させることからなる、比燃料消費を減少させる方法。
実施例54
ケーシング直径に対する燃焼器長さを短縮させ、公知の方法の揚力及び／又は燃料効率を改良する、53の環状燃焼器実施例。
実施例55
ECS燃料が、大部分のASTM航空機ジェット燃料と、燃焼改良量の少なくとも１種の非鉛金属と一緒の炭酸ジメチルからなる小部分とからなる、53及び54の実施例。
実施例56
燃焼器を、大部分の燃料成分炭化水素と、炭酸ジメチル及び燃焼改良量の少なくとも１種の環状マンガントリカルボニルからなる小部分とを含有する炭化水素燃料組成物で運転し、出口流温度が1100゜Kより低い、53〜54の実施例。
実施例57
燃焼器を、本質的に、炭酸ジメチル及び燃焼改良量の少なくとも１種の非鉛金属又はからなる生燃料組成物で運転する、53〜54の実施例。
実施例58
燃料組成物が更に市販のジェット航空機燃料共燃料からなる、57の実施例。
実施例59
有用な仕事が増加され、燃焼器寿命が少なくとも10％延長される、53〜58の実施例。
実施例60
30,000フィートを越える高度での燃焼効率が、現在のエンジンよりも２％大きい、実施例51〜59の燃焼器。
実施例61
実現される圧力及び／又は得られるタービン回転速度が、現存するエンジンよりも５％〜20％大きい、実施例59〜60の燃焼器。
本出願人の得られた及び／又は共航空機タービン燃料は、鉛を含まないか又は本質的に鉛を含まないであろうことが意図される。しかしながら、ASTM、軍用又は国際規格に一致する公知の添加剤がこの組成物中に含まれていてもよい。本出願人の航空機タービン燃料がASTM規格に適合するか又は実質的に従うことが意図される。現在のASTM燃料仕様D1655−93（将来の版も含む）、関連する以前の仕様、関連するASTM規格、試験方法、軍用及び国際規格を、参照して含める。
本出願人の発明の酸化防止剤には、アルキルフェノール並びに立体障害フェノール基及びアミン基を有する芳香族ジアミンが含まれる。
本出願人の酸化防止剤は通常、24.0mg/Lの活性成分（溶媒の重量を含まない）を越えない量で使用される。このような酸化防止剤は、N,N−ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、最小75パーセントの2,6−ジ−第三級−ブチルフェノールと最大25パーセントの第三級及びトリ第三級ブチルフェノール、最小72パーセントの2,4−ジメチル−６−第三級−ブチルフェノールと最大28パーセントのモノメチル及びジメチル−第三級−ブチルフェノール、最小55パーセントの2,4−ジメチル−６−第三級−ブチルフェノールと最大45パーセントの混合第三級及びジ第三級ブチルフェノールから選択される。
本発明で使用することができる追加の酸化防止剤には、2,6−ジ−tert−ブチル−４−メチルフェノール、６−tert−ブチル−2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、最小75パーセントの2,6−ジ−tert−ブチルフェノールと最大25パーセントのtert−ブチルフェノール及びトリ−tert−ブチルフェノール、最小72パーセントの６−tert−ブチル−2,4−ジメチルフェノールと最大28パーセントのtert−ブチル−メチルフェノール及びtert−ブチル−ジメチルフェノール、最小55パーセントの６−tert−ブチル−2,4−ジメチルフェノールと最大45パーセントのtert−ブチルフェノール及びジ−tert−ブチルフェノールの混合物、60〜80パーセントの2,6−ジアルキルフェノールと20〜40パーセントの2,3,6−トリアルキルフェノール及び2,4,6−トリアルキルフェノールの混合物、最小35パーセントの2,6−ジ−tert−ブチル−４−メチルフェノールと65パーセントのメチル−、エチル−及びジメチル−tert−ブチルフェノールの混合物、最小60パーセントの2,4−ジ−tert−ブチルフェノールと最大40パーセントのtert−ブチルフェノールの混合物、最小30パーセントの2,3,6−トリメチルフェノール及び2,4,6−トリメチルフェノールの混合物と最大70パーセントのジメチルフェノール、最小55パーセントのブチル化エチルフェノールと最大45パーセントのブチル化メチル−及びジメチルフェノール、最小45パーセントの4,6−ジ−tert−ブチル−２−メチルフェノールと最小40パーセントの６−tert−ブチル−２−メチルフェノールと最大15パーセントの他のブチル化フェノールの混合物が含まれる。またその全濃度が燃料の5000ガロン当たり、溶媒の重量を含まないで1.0ポンド以下である、2,4−ジメチル−６−tert−ブチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−４−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、75％の2,6−ジ−tert−ブチルフェノールと10〜15％の2,4,6−トリ−tert−ブチルフェノールと10〜15％のオルト−tert−ブチルフェノール、最小72％の2,4−ジメチル−６−tert−ブチルフェノールと最大28％のモノメチル及びジメチル−tert−ブチルフェノール、最小60％の2,4−ジ−tert−ブチルフェノールと最大40％の混合tert−ブチルフェノールの防止剤。特に本発明の他の適用に於いて及び／又はECS化合物の性質及び濃度がこのような使用を是認する場合に、これらの限定外の添加剤濃度が意図される。
この組成物には約5.8mg/L（溶媒の重量を含まず）を越えない好ましい量で、N,N′−ジサリチリデン−1,2−プロパンジアミン、N,N′−ジサリチリデン−1,2−エタンジアミン又はN,N′−ジサリチリデン−1,2−シクロヘキサンジアミンのような金属失活剤が含まれていてよい。しかしながら、この量の範囲外の濃度が意図される。
噴射の点で燃料の導電率を200〜600ピコジーメンス／メートルの範囲内まで増加させるために十分な量で、1mg/L以下の濃度でASA−３（Royal  Lubricants  Corp.,Roseland,NJ  07068により上市されている）及び3mg/L以下の濃度で「Stadis」450（登録商標、DuPont  Petroleum  Chemicals  Div.,Wilmington,DE  19898により上市されている）のような導電性添加剤が、明白に意図される。
本発明の実施に於いて、燃料導電性の損失により導電性添加剤での再処理が必要なとき、下記の濃度限界、即ち最大1mg/LでASA−３、最大3mg/LでStadis（登録商標）450が適用される。同じ導電性添加剤を使用する再処理が必要なとき、ASA−３についての濃度限界は最大2mg/Lの蓄積合計量に制限され、Stadis（登録商標）450について最大5mg/Lの蓄積合計量に制限される。導電性添加剤の変更のために再処理を望むとき又は同一であることが知られていないとき、ASA−３を更に添加することができるが最大1mg/Lを越えてはならず、Stadis（登録商標）450を更に添加することができるが最大2mg/Lを越えてはならない。
腐食防止剤が意図される。例えば、下記の腐食防止添加剤を使用することができる。
0003660357.tif 000002
その他の適当な腐食防止剤を使用することができる。軍用の場合には、MIL−Ｉ−25017に適合する腐食防止剤をJP−８グレード燃料の中にブレンドすることができる。
本発明の実施は明白に、特に凝固温度を低下させる必要がある環境下で、燃料システム凍結防止剤の使用を意図している。凝固点は特に重要であり、高い高度で優勢な温度でフィルター網を通ってエンジンへの燃料の流れとの干渉を防ぐために十分に低くなくてはならない。飛行機タンク内の燃料の温度は、航続時間に比例する速度で低下する。それで、燃料について許容される最高凝固点は、飛行の種類に関係している。例えば、長い航続時間では、短い航続時間よりも低い凝固点の燃料が必要である。
好ましい凍結防止剤は仕様D4171の必要条件に適合するエチレングリコールモノメチルエーテルである。好ましい濃度は約0.1〜0.15体積％の範囲である。しかしながら、この範囲外の濃度を使用することができる。追加の凍結防止添加剤には、最大0.15体積％でPhillips  PFA  55  MB及び最大0.15体積％でMIL−Ｉ−27686が含まれる。
本発明の実施に於いて、特にECS化合物が十分に低い融点を有しない場合及び／又は完成燃料の流動点又は凝固温度が高すぎるとき、アルコール、共溶媒等々を含む追加の凍結防止剤を使用することができる。
本出願人のジェット航空機タービン燃料の燃料仕様は一般的に、表１の必要条件に適合するであろう。
本出願人の航空機タービン共燃料には一般的に、未溶解の水、沈降物及び懸濁物質が目視的に含有されていないことが好ましい。燃料の臭いはいやなものか又は刺激性ではないであろう。取り扱い及び使用の普通の条件下で公知の危険な毒性の物質は、本明細書に記載した以外は存在しないであろう。
飛行機の安全で経済的な運航には、本出願人の燃料がそれを使用する前に本質的にきれいで、乾燥しており、どのような不純物も含有しないことが必要である。
かくして、本出願人の航空機ジェットタービン共燃料は、水が無い及び／又は他の方法で無水でなくてはならない。しかしながら、ある種の状況下では、燃焼速度及び／又は蒸気拡散を増加させるために、例えば、エマルジョン又は他の手段を介して、例えば、別の注入により、燃料の中に水を含有させてもよい。
0003660357.tif 000003
0003660357.tif 000004
本出願人の航空機タービン共燃料は、燃料を加熱するときエンジン燃料システム内に形成される沈着物の量を減少させるために、300゜Fのように高い温度で熱的に安定であることが好ましい。熱安定性は航空機ジェットタービン燃料の重要な性質であり、エンジンの保全及び運転性の両方に潜在的に影響を与える。沈着物は燃料ノズルを閉塞して、熱交換器の効率を低下させ、燃料制御の機能不全を起こし得る。かくして、使用するECS化合物は熱安定性に悪い影響を与えてはならない。しかしながら、適当な添加剤（下記参照）及び／又はある種の配合方法のような適当な対抗手段をとる場合、熱安定性に影響を与えるECS化合物を使用することができる。Perry  W.Kirklin及びPeter  David、航空機燃料：熱安定性必要条件、1992年を参照されたい。
例えば、得られる燃料の高温安定性を、300゜F（148.9℃）の予熱器温度、400゜F（204.4℃）のフィルタ温度及び６ポンド／時間（2.70±0.05kg/時間）の燃料流速で５時間運転した後、ASTM−C8C燃料コーカー（Fuel Coker）により測定することが好ましい。好ましい最大圧力変化は最大12インチ（304.8mm）Hgであり、予熱器沈着物はコード３（ASTM1660）未満である。このような燃料は同様に固有の貯蔵安定性を有する。
かくして、本発明の実施に於いて、本出願人の燃料は、熱安定性を改良するために、反応性オレフィン及びヘテロ原子化合物を可能な程度まで除去する燃料生産方法及び／又はプロセスを使用することが意図される。
燃料に、1000バレル当たり30ポンドの濃度でDuPontのJFA−５を含む熱安定性用の添加剤を含有させてよいことも意図される。ASTM D1655に適合する追加の添加剤も意図される。
本出願人の好ましい燃料組成物は、すすの生成を減少させ、燃焼効率を上昇させそしてフレームアウトを避ける燃焼特性を引き出すように配合される。
一般的に、パラフィン炭化水素類はジェット燃料のための最も望ましい燃焼清潔特性を提供する。ナフテン類はこの用途のために次に最も望ましい炭化水素類である。
オレフィン類は一般的に良好な燃焼特性を有しているけれども、その劣ったゴム安定性及び熱安定性は普通、航空機タービン燃料でのその使用を限定する。本発明の実施に於いて、その使用は５体積％以下に限定されるべきである。しかしながら、１％以下の体積が更に好ましい。
本出願人の発明が存在しない場合、芳香族は一般的に航空機タービン燃料のために最も望ましくない燃焼特性を有している。航空機タービンに於いて、これらは煙の多い炎で燃焼し、他の炭化水素よりも大きい比率の、望ましくない熱放射のようなその化学エネルギーを放出する傾向がある。ナフタレン類又は二環芳香族は、単環芳香族よりも多いすす、煙及び熱放射を生成し、それで航空機ジェット燃料用途のための最も望ましくない炭化水素種類である。
規定された条件下で火炎からの放射及び火炎中の温度上昇を測定し、燃料の炭化水素形組成物に関連付ける、本出願人の組成物のルミノメーター数は最低45であることが好ましい。
ジェット燃料の相対的煙生成特性の指標であり、燃料の炭化水素形組成物に関連付けられる煙点が最低25mmであることが好ましい。一般的に、ジェット燃料がより高く芳香性になるほど、火炎は煙がより多くなる。
ナフタレン類が組成物の3.0体積パーセント以下を表わすことも好ましい。ナフタレン濃度が下がるほどより好ましい。本発明の目的のために、ナフタレン類には、ナフタレン、アセナフテン及び５％以下のこのような化合物を含有し、600゜F（316℃）より低い沸点を有するジェット燃料中のこれらの炭化水素のアルキル化誘導体が含まれるであろう。３％より低いナフタレン濃度が好ましい。ナフタレン濃度が低くなるほどより好ましい。
芳香族体積濃度は22体積％より小さいことが好ましい。ケロセン燃料中の最高芳香族濃度は20％以下にすべきである。より低い濃度が好ましい。本発明を適用しないと、高芳香族ジェット燃料の燃焼は一般的に煙及び炭素又はすすの沈着になる。
燃料の水素含有量も本出願人の発明の重要な要件である。本出願人の実施に於いて、燃料の本体のパーセントとしての全水素は13.4％質量以上であることが望ましい。好ましい濃度は13.8％質量である。14.0％質量を越えることが更に好ましい。これらの範囲外の水素濃度が意図される。燃料の密度は流量を計量する際に及び殆どの商取引のための質量−体積関係に於いて重要な性質である。かくして、本出願人の燃料は通常の運転状況下で容易に流れるように構成すべきである。燃料の密度はアニリン点又は蒸留のような他のパラメーターと共に使用するとき、加熱値の経験的な評価に於いて特に有用である。低密度は低い単位体積当たりの加熱値を示すであろう。本出願人のジェット航空機燃料の好ましい密度は15℃で約750〜840kg/mの範囲であろう。
同様に、飛行機及びそのエンジンに影響を及ぼす本出願人の燃料の正味燃焼熱は、機械的エネルギーへの熱の転換性に基づいている。前記のように、本発明の好ましい実施に於いて正味燃焼熱は高い。
しかしながら、最低の正味熱は本発明の本質的な態様である。最低の正味燃焼熱は42.8MJ/kgであることが意図される。43.0MJ/kgを越えるものを含むより高い正味燃焼熱も受容でき、しばしば好ましい。しかしながら、熱を機械的エネルギーに転換するための本出願人の発明の予想外の能力は、特にESC成分が組成物中で体積的に増加するとき、42.8MJ/kgより低い正味熱の使用を可能にすることである。
異なった温度での燃料の揮発性及び揮発の容易性は、蒸留によって決定される。10％蒸留画分は容易な開始を確保するであろう。90％画分は蒸発を困難にするより重い画分を制限するであろう。好ましいＴ−90温度は250℃を越えてはならないが、より低い温度が僅かに更に好ましい。
燃料の蒸気圧は、発泡、燃料スラッジ形成及び高い高度で飛行機タンクベントからの軽い端部の損失を避けるように十分にすべきである。これは、その高い揮発性のためにジェットＢ燃料に関して重要なものである。
液体の粘度はその流れに対する抵抗の尺度である。タービン燃料に於いて、これは燃料が流れるか又はポンプ送液できる相対容易性及び燃料ノズルによる霧化の容易性の両方を示すので、これは非常に重要である。特に冷温条件下で粘度が低すぎる値に達すると幾つかの燃料ポンプは満足のいくように性能を発揮しないので、最低粘度は限定される。粘度が高すぎると配管システム内で過剰の圧力損失を起こし、燃料の霧化が劣るので、最高粘度は限定される。かくして、本出願人の燃料の好ましい粘度は、予想される運転温度範囲に亘ってポンプ送液性を確保するために十分であり、ノズル噴霧パターンと一致するようにすべきである。
メルカプタン含有量に於ける限定は、エラストマーとの逆反応を防ぎ、不快なメルカプタン臭を最小にするために望ましい。本発明の実施に於いて、燃料の好ましいメルカプタン硫黄重量％は0.003以下である。
本発明の実施に於いて、燃焼の間に生成される酸化硫黄はジェットタービン金属部品に対して腐食性であるので、硫黄含有量を限定することが望ましい。硫黄重量％は0.3、0.2〜0.001（又は、硫黄無し）であることが好ましい。
本発明の実施に於いて、燃料の好ましい銅片腐食番号（100℃で２時間）は、No.1を越えないであろう。これにより、燃料が燃料システムの種々の部品の銅又は全ての銅ベースの合金を腐食しないことが確保される。
酸度の低下は、ある種の酸化剤の潜在的な加水分解を避け、腐食及び／又は材料非親和性を避け、及び／又は熱安定性問題を避けるために重要である。かくして、全ての残留する鉱酸、苛性、酸又は酸性形成物質／剤を工程から除去又は排除すべきである。酸性又は酸形成ECS化合物が使用される場合は、酸化防止剤及び／又は中和添加物が意図される。本発明の実施に於いて、本出願人の燃料の酸度は最低であり、0.1mg  KOH/gを越えないことが好ましい。
存在するゴム、燃料を蒸発させたとき残る非揮発性残渣を最小にすることも好ましい。多量のゴムは、高沸点油又は微粒子状物質による燃料の汚染の指標であり、一般的に劣った燃料取り扱い手順を反映している。
本出願人の好ましいジェット航空機燃料は、種々の気候条件下で変化する期間貯蔵した後に使用可能であり、適用できるASTM必要条件に適合する。
本出願人の望ましい引火点、即ち重大な火災危険無しに燃料を取り扱い、貯蔵するための最高温度の指標は、約38℃以上でなくてはならない。しかしながら、より低い引火点を有する燃料が明白に意図される。
引火点の管理は本出願人の発明の実施で重要である。ECS化合物の添加によって引火点温度を低下させる場合、引火点を上昇させるために置換ECS化合物及び／又は補足を使用することが明白に意図される。受容できる引火点温度を得るための他の手段が意図される。例えば、共燃料はより高い引火点温度でカットされ、そうして一緒にしたECS化合物及びベース燃料は受容できるASTM引火点温度に適合するようになる。減少した全濃度レベルのある種のより低い引火点ECS化合物も有効であることが見出された。引火点を上昇させる、塩、界面活性剤等々を含む他の添加剤が意図される。共溶媒手段も、引火点、蒸気圧、水溶解度、加水分解及びその他のこのような問題のために意図される（EPO特許第0235280号参照）。
一般的に、燃料には界面活性剤が含有されないことが好ましい。しかしながら、ある場合には、例えば、エマルジョンを作るか又は引火点を上昇させる手段として、界面活性剤を使用することができる。
本出願人のECSタービン航空機ジェット燃料の例示的例は下記の通りである。
0003660357.tif 000005
0003660357.tif 000006
注1.  ASTM D484によるドクター試験を行い結果が陰性であれば、メルカプタン硫黄測定を省略することができる。
注2.  凝固点は、最低エンジン燃料入口温度より少なくとも６゜F低いであろう。
注3.  25体積％以下の芳香族を含んでいるかもしれない。
注4.  燃料が下記の代替必要条件又は必要条件の組合せの一つに適合すれば、燃料は受け入れられるであろう。
a.  ASTM方法D1322により測定したとき25mm以上の煙点。
b.  燃料が、ASTM D1840により測定したとき3.0体積パーセントより多くのナフタレンを含有していなければ、ASTM方法D1322により測定したとき200mm以上の煙点。
c.  燃料が、ASTM D1840により測定したとき3.0体積パーセントより多くのナフタレンを含有していなければ、項目ｂの必要条件に適合することが時々困難であるために、必要に応じて、最低煙点は、ASTM方法D1322によって測定したとき18mmに下方に緩和される。
一定の適用性を有しながら、蒸留性及び揮発性を変えるために、ここに示された芳香族及び他の手段の使用は、一般的にジェットＡ及びジェットＡ−１燃料の場合に限定される。しかし、含有しない乃至少ないものが保証された状況下で使用できる。
本出願人は、芳香族化合物は燃料安定性を維持する際に及び／又は燃料揮発性を変える際に特に利点を有するけれども、温度を変える目的のためのジェットＡ又はジェットＡ−１燃料でのこれらの適用は、該燃料のＴ−10及び終端沸騰温度が約100℃だけ変化するので限定されることを指摘する。
一般的に芳香族の使用に伴う不利な条件、例えば、遊離炭素生成は、本発明の実施により大きく調節されるけれども、このような芳香族は他の場合に火炎輻射を加重し、煙を出し、エラストマーを腐食する傾向がある。従って、可能な限度までのその使用は制限又は回避するべきである。しかしながら、火炎輻射、放出等に於ける測定可能な減少を得ながら、好ましいものの範囲外の濃度で芳香族を使用することは、明白な態様である。
ガスタービン燃料油及びシステム
本出願人の発明は、工業、軽油タービン製造、ASTM D2880規格等々の必要条件に適当に適合するものを含む、ガスタービン燃料油及びガスタービン燃料油の共燃料適用等々を明白に意図している。ASTM燃料仕様D2880−92、D396及びD975（将来の版を含む）、関連する先行使用、関連するASTM規格、試験方法、軍用及び国際規格を参照して含める。
本出願人のガスタービン油燃料はまた、航空機ジェットタービンと同じ、減少した炭素生成、低下した温度及びより高い熱効率属性を享受する。かくして、放射エネルギーの予想外の減少、内部ライナ温度の低下及びその結果として生じる軽油タービン寿命の延長が本発明により意図される。更に、より高い正味熱のために、使用できる出力の実質的な改良も予想外に経験される。
ガスタービン燃料の実施に於いて、航空機ジェット適用に比較して、重点は、燃焼効率、低い圧力損失、長期の耐久性、いわゆる「汚れた燃料」を含む広範囲の燃料に亘る放出の減少、灰沈着及びタービン羽根への腐食等々にある。
本出願人の軽油タービンで意図される基本的タービン燃焼システムには、航空機ジェットタービンシステムで前記したもの及び広範囲の工業用及び船舶用動力生産適用で使用される他の燃焼器が含まれる。
かくして、燃焼器には拡散炎、触媒燃焼器、予備混合燃焼器その他が含まれる。本出願人は本発明の実施で触媒燃焼器が望ましいことを見出した。
航空機タービンとは違って、重量及びコンパクトさは重要ではない。かくして、より大きい単一多重ヘッド燃焼器の長期間信頼性及び入手性が普通である。
かくして、本願に於いて意図される燃焼／燃料システムの非限定例には、一次帯域が可燃成分の少ない又は燃料弱燃焼用である燃焼器、重質のバンカー燃料油を燃焼するターボ−チャージ船舶用タービンエンジン、中間ガス希釈を有する高温ガスタービン、中間高温熱交換器を有する高温ガスタービン、中間熱交換器及びガス希釈を有する高温ガスタービン、再加熱を有する高温ガスタービン等々が含まれる。
本出願人の軽油タービン燃料及び燃焼システムの基本的な目的は、熱効率の改良、有害な汚染の減少、有害な灰沈着物の減少及びタービン羽根の腐食の制御である。
本発明のガスタービン燃料油の非限定例には、ASTM仕様D396及びD975により包含される４グレードの燃料油が含まれる。低引火ナフサをカバーするNo.0−GTグレードが含まれる。主として飛行機使用のために意図される燃料、特にケロセン使用との一般的な類似性が存在するけれども、本出願人のガスタービン燃料油適用のための燃料は、以下に述べる幾らかの差異を有している。
しかしながら、ジェットタービンと静止している軽油タービンとの燃焼原理は類似している。かくして、適用することができる上記の実施及び／若しくは関連航空機ジェットタービン開示又は記載した開示若しくは全ての他の燃料が、本出願人のガスタービン燃料油の実施で使用されることが意図される。
実施例62
好ましくは燃焼改良量の非鉛金属又は化合物と共に燃焼改良量の炭酸ジメチルからなるECS燃料の小部分と、軽油タービン燃料の大部分からなり、それによって得られた組成物が現在又は将来の適用可能なASTM D2880、D396及びD975規格に適合するガスタービン燃料油組成物。
実施例63
得られた組成物の酸素濃度が約0.1重量％〜約20.0重量％の範囲であり、更に好ましい酸素範囲が2.0重量％〜約6.0重量％であり、更に一層好ましい酸素範囲が4.0重量％である、62の実施例。
実施例64
燃焼温度が低下するように、終点又はＴ−90温度が50゜F、100゜F、150゜F、200゜Fほど低下する、62の実施例。
実施例65
ESC化合物の存在との組合せで燃焼温度が低下するように、終点又はＴ−90温度が50゜F、100゜F、150゜F、200゜Fほど低下する、62の実施例。
実施例66
環状マンガン化合物が約0.001〜2.00グラムMn/ガロン、好ましくは0.001〜0.50g  Mn/ガロン、更に好ましくは0.125〜0.375g  Mn/ガロンの量で組成物中に存在する、62の実施例。
実施例67
好ましくは燃焼改良量のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物と共に燃焼改良量の炭酸ジメチルからなるECS燃料の大部分と、軽油タービン燃料の小部分からなり、それによって得られた組成物が適用可能なASTM D2880、D396及びD975規格に適合するガスタービン燃料油組成物。
実施例68
得られた組成物の酸素濃度が約0.1重量％〜約50.0重量％の範囲である、67の実施例。好ましい酸素範囲は、組成物の6.0重量％〜40重量％である。
実施例69
環状マンガン化合物が約0.0625〜3.00グラムMn/ガロン、好ましくは0.25〜1.50g  Mn/ガロン、また好ましくは0.125〜0.375g  Mn/ガロンの量で組成物中に存在する、67の実施例。
実施例70
ECS燃料及びNo.0−GT、No.1−GT、No.2−GT、No.3−GT又はNo.4−GTガスタービン燃料からなる群から選択された共燃料（但し、得られた燃料はASTM D2880仕様に適合する）。
実施例71
燃焼改良量のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物及びNo.0−GT、No.1−GT、No.2−GT、No.3−GT又はNo.4−GTガスタービン燃料油から選択された炭化水素共燃料を含有するECS燃料（但し、得られた燃料の酸素含有量は4.5酸素重量パーセントである）。
実施例72
該組成物がASTM D2880仕様に適合する、実施例71の組成物。
実施例73
該組成物の終端沸点、Ｔ  90及びＴ−150温度が少なくとも10゜F〜50゜F低下し、それによって燃焼が改良されるか及び／又は放出が減少する、実施例71の組成物。
実施例74
組合せで、No.0−GT、No.1−GT、No.2−GT、No.3−GT又はNo.4−GTガスタービン燃料からなる群から選択された燃料組成物、ガス燃料油タービン燃焼システム、該組合せは、該燃料が、燃焼改良量の炭酸ジメチル及び燃焼改良量のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物を含有し、それによって該組成物の燃焼中に一次燃焼帯域中で炭素の生成が減少することを特徴とする。
実施例75
燃料霧化手段を使用し、それによって平均燃料液滴サイズが70ミクロンより小さい、実施例74の組合せ。
実施例76
燃料霧化手段を使用し、それによって平均燃料液滴サイズが40〜60ミクロンより小さい、実施例74の組合せ。
実施例77
内部ライナ温度が低下し、タービン寿命が付随して増加するように遊離炭素生成が減少する、75〜76の実施例。
実施例78
組合せが更に、組成物の終端沸点、Ｔ  90又はＴ−50又はＴ−10温度を低下させる手段を含み、それによって危険放出が減少する、74の実施例。
実施例79
組成物がガスタービン内筒内で燃焼し、タービン入口ガス温度が650℃より低い、62〜78の実施例。
実施例80
組成物がガスタービン内筒内で燃焼し、タービン入口ガス温度が550℃より低い、62〜78の実施例。
実施例81
組成物を、希釈帯域長さが全内筒幅の1.4〜2.0（1.4〜1.6）倍であるガスタービン内筒（燃焼器）内で燃焼させ、タービン入口ガス温度が650℃より低い、62〜80の実施例。
実施例82
組成物を、希釈帯域長さが全内筒幅の約1.5倍であるガスタービン内筒（燃焼器）内で燃焼させ、タービン入口ガス温度が650℃より低く、入口圧力及び／又はタービン回転速度が現存するシステムよりも２％〜10％増加する、62〜81の実施例。
実施例83
組成物を、タービン入口ガス温度が約550℃以下であるようにしてガスタービン内筒内で燃焼させ、実現される入口圧力及び／又はタービン回転速度が、現在の組成物及び燃焼器を使用して、同じ条件下で得られるものよりも２％〜10％大きい、62〜82の実施例。
本出願人の共燃料及び得られるガス燃料油の物質的性質は一般的に、ASTM規格D2880、D396及びD975によって特定されるものと同じである。
例えば、ガスタービン運転の経験により、燃料の灰含有量が問題であることが示された。かくして、油灰中に存在するスラグ生成物質は、593゜以上の表面温度で運転しなくてはならないタービン部品の腐食及びその上への沈着を起こし得るので、燃料油灰のある種の化学的性質を制御しなくてはならない。灰の少ない／無い燃料は本発明の明白な態様である。
上記のASTM軽油タービン燃料の種々のグレードには、グレード０−GT〜４−GTが含まれる。グレード０−GTには、ナフサ、ジェットＢ及びケロシン及び燃料油と比較したとき低い引火点及び低い粘度を特徴的に有するその他の軽い炭化水素液体が含まれる。グレード１−GTは、殆ど全てのガスタービンに使用するために適した軽い留出油燃料油である。グレード１−GTよりも重い留出油であるグレード２−GTを、グレード１−GTのきれいな燃焼特性を必要とすることなくガスタービンにより使用することができる。
グレード２−GTについて、燃料加熱必要条件が、燃料システム設計又は環境温度条件又はその両方に依存して必要であるかもしれない。
追加のガスタービン燃料油グレードには、グレード２−GTよりも重い留出油であるグレード３−GT又は低灰必要条件に適合する残燃料油又は留出油と残燃料油とのブレンド物が含まれる。グレード３−GTの場合に、殆ど全ての設備で燃料加熱が必要であろう。
グレード４−GTには殆どの残油と幾らかのトップドクルードが含まれる。グレード４−GT性質の広い変動及び制御の欠落のために、使用する前にこのようなグレードの性質を受け入れられることが適切である。
本発明の実施に於いて、異なった仕様に調製され、異なった名称で販売されている異なったガスタービン燃料を受け入れることができる。しかしながら、ASTM仕様D2880に特定されている必要条件に適合するものが好ましい。
本発明の望ましいガスタービン共燃料は、無機酸を含有せず、他の方法で適当なストレーナの頻繁な清浄を必要とする過剰量の固体又は繊維状異物質を含有しない、炭化水素油の均一な混合物である。タービン燃料油の全てのグレードは正常な貯蔵で均一なままであり、重力によりグレードについての粘度限界を外れた軽い油成分と重い油成分とに分離しないことが好ましい。
本出願人のタービン燃料油は主として炭化水素でなくてはならない。本出願人の共燃料タービン燃料油には汚染物質が含有されていないことも好ましい。この関係で、汚染物質は、燃料を適し難くする又は意図される用途によっては不適当にさえする異物質であると考えられる。
本出願人の発明に於いて意図されるガスタービン燃料油の種々のグレードは、表２に示す限定必要条件に適合するであろう。グレードNo.1−GT及び２−GTについての必要条件は、大部分の点で、ASTM仕様D396の相当するグレードNo.1及び２並びにASTM仕様D975のグレードNo.1−Ｄ及び２−Ｄに適合する。グレードNo.3−GT及び４−GT燃料の粘度範囲は、ASTM仕様D396のグレードNo.4、５及び６並びにASTM仕様D975のグレードNo.4−Ｄを無視する。
ASTM仕様D396及びD975の必要条件に適合する燃料を使用することが本発明の意向である。受容できる燃料の非限定例には、表２の必要条件に適合する燃料が含まれる。
0003660357.tif 000007
Ａ  特別の運転条件に適合させるために、個々の限定必要条件の修正を、購入者、販売者及びメーカーの間で合意してもよい。
Ｂ  廃熱回収装置を取り付けたガスタービンでは、冷気及び腐食を防ぐために燃料硫黄限界が必要である。環境限界を、米国及びその他の国の選定された地域で燃料硫黄に適用してもよい。
Ｃ  記載した試験方法は承認された審査人方法である。他の受容できる方法は6.1に示されている。
Ｄ  No.0−GTにはナフサ、ジェットＢ燃料及びその他の揮発性炭化水素液体が含まれる。No.1−GTは一般に、物理的性質に於いて仕様D396グレードNo.1燃料及びＤ−975グレード１−Ｄディーゼル燃料に相当する。No.2−GTは一般に、物理的性質に於いて仕様D396グレードNo.2燃料及びＤ−975グレード２−Ｄディーゼル燃料に相当する。No.3−GT及びNo.4−GT粘度範囲は、物理的性質に於いて仕様D396グレードNo.4、No.5（軽）、No.5（重）及びNo.6並びにD975グレード４−Ｄディーゼル燃料を無視する。
Ｅ  引火点が38℃（100゜F）より低いとき又は動粘度が40℃（104゜F）で1.3mm3/sより低いとき又は両方の条件が存在するとき、タービンメーカーは安全取り扱い及び燃料システム設計に関して助言を受けるべきである。
Ｆ  寒い気候運転のために、流動点を、燃料加熱設備が設けられている場所を除いて、タービンが運転される環境温度より６℃低く特定すべきである。グレードNo.2−GTについて−18℃より低い流動点が特定されているとき、最低粘度は1.7mm3/sであり、最低90％回収温度は無視されるであろう。
ECS金属成分として意図されるのでなければ、タービン共燃料から非マンガン金属を除去することが好ましい。けれどもガスタービン燃料油中の他のより少ない微量のある種の金属は、腐食の観点からより長いタービン作動を促進するであろう。しかしながら、極めて低い非ECS金属レベルの賦課は燃料の利用性を制限するか又はそのコストを著しく増加させるであろう。かくして、本発明の実施に於いて、（ECS金属として意図されないならば）金属は微量レベルより多く含有されるべきではない。例えば、燃料軽油No.0−GT〜No.3−GTに於いて、（ECS金属として使用する場合以外の）バナジウムは0.5mg/kgを越えてはならず、（ECS金属として使用する場合以外の）ナトリウム−プラス−カリウムは0.5mg/kgを越えてはならず、（ECS金属として使用する場合以外の）カルシウムは0.5mg/kgを越えてはならない。これらの金属の限界が0.05〜0.001mg/kgを越えないことも好まし。しかしながら、本出願人はECS燃料と一緒の危険又はそれらの含有は実質的に緩和されることを見出した。
鉛は本発明の実施で好ましくなく、可能な場合に除去されるべきである。しかしながら、それが0.5mg/kg、好ましくは0.001mg/kgを越えない限り、上記の燃料に於ける正常な取り扱いのためにガスタービン共燃料中に微量濃度で存在してもよい。
ナトリウム及びカリウムはバナジウムと組合わさって、566℃のように低い温度で溶融する共融物を形成することができ、及び／又は燃料中の硫黄と組合わさって、ガスタービンの運転範囲内の融点を有する硫化物を生成することができることが注目される。
これらの化合物は酷い腐食を生じ、650℃より高いガス入口温度で運転するタービンについて、このような腐食を制御する添加剤は未だ一般的に使用されていない。従って、ナトリウム−プラス−カリウムのレベルは制限されなくてはならないが、各元素は別々に測定される。
650℃（1200゜F）より低いタービン入口温度で運転するガスタービンについて、ナトリウム化合物のための腐食は重大性の低いものであり、必要であれば、シリコンベースの添加剤によって更に減少させることができ、本発明の好ましい態様である。
ナトリウムは沈着物の水溶解性を増加させ、それによって運転性能の回復を得るためにガスタービンを水洗することができるので、ある種のタービン適用では有利であるかもしれない。
ECS含有ガスタービン燃料から入口ガス温度を低下させて、十分なナトリウムプラスカリウムレベルを使用することが、本発明の実施で意図される。
カルシウムは腐食の観点から有害ではなく、実際、これはバナジウムの腐食作用を抑制する機能を果たす。しかしながら、カルシウムは、ガスタービンが停止したとき自己破砕性ではない堅く結合した沈着物になり得、これはタービンの水洗によって容易に除去されない。燃焼温度を低下させる本発明の能力のために、カルシウム沈着物は問題のあるものではない。しかしながら、燃料中のカルシウム濃度は過剰にならないようにすべきである。
本出願人の燃焼及び温度能力がないと、バナジウムは691℃で溶融する五酸化バナジウムのような化合物を形成することができ、ガスタービン羽根用に使用される全ての高温合金に酷い腐食攻撃を起こす。燃料中に十分なマグネシウムが存在すると、それはバナジウムと組合わさってより高い融点を有する化合物を生成し、そうして腐食速度を低下させる助けとなる。更に、灰沈着物がタービン内で生成し、問題になり得る。かくして、本出願人の発明の実施に於ける燃焼温度を650℃より低く低下させることが好ましい態様である。
バナジウムが0.5mg/kgを越えて又はタービンメーカにより推奨されるレベルを越える微量より多い量で存在するとき、腐食を制御するために燃料中のマグネシウム対バナジウムの重量比を3.0以上に維持することが更に得策である。
650℃より低い本発明のタービン入口ガス温度で、高温合金の腐食が重大性の低いものであっても、バナジウム化合物を吸収及び希釈することによって腐食速度を更に低下させるために、シリコンベースの添加剤を予防的に使用することが得策である。
かくして、入口温度を650℃又は600℃より下に低下させて、該エンジンをECS燃料を使用して運転することが、本発明の明白な目的及び好ましい態様である。状況が保証される場合に、タービン入口温度を550℃又は400℃よりも下に低下させて該エンジンを運転することが受け入れられる。本明細書に記載した方法で、本出願人のECS燃料を使用する及び／又は終端沸騰及びＴ−90画分を減少させるとき、これらの低下したタービン入口温度が得られることが意図される。
必要ならば、高温腐食を減少させるために、タービン羽根のフィルム冷却（吹き出し冷却）を更に使用できることも明白に意図される。
本発明の実施に於いて、本出願人の軽油タービン燃料の好ましい最低引火点は100゜Fである。３−GT及び４−GT燃料に於いて、好ましい最低引火点は130゜Fである。100゜F及び130゜Fより低い引火点が受け入れられるが、もっと低いことが好ましい。
本出願人の軽油燃料の好ましい流動点は、燃料加熱設備が設けられている場合を除いて、タービンが運転される環境温度より６℃下である。
炭素残渣は、全ての揮発性成分が空気の不存在下で蒸発した後、燃料中に残る炭素質物質の尺度である。これは、ガスタービンの燃焼器内に炭素沈着物を形成する燃料の傾向の大体の近似である。グレード３−GT及び４−GTを使用するために設計された燃焼システムは、この性質の影響を受けないが、他のガスタービン（航空機ジェットタービンを含む）は通常炭素残渣への限定を必要とする。本発明の実施に於いて、10％蒸留残留物中に存在する炭素残渣は、（ASTM手順を使用する）灰質量のパーセントとして、一般に、No.0−GT及びNo.1−GT燃料に於いて0.15を、並びにNo.2−GT燃料に於いて0.35を越えてはならない。しかしながら、より低い質量濃度が好ましい。
燃焼速度を上昇させ、本出願人の発明のより低い燃焼温度で、炭素沈着物は有効に制御される。かくして、上記の範囲外の燃料中の残渣質量濃度は、その悪影響が本出願人の発明によって多分緩和されるので、多分受け入れられる。
本出願人の発明の実施に於いて、蒸留温度の修正は、本明細書で教示されるように、特にこのような実施の結果が、次いで燃焼を改良し、遊離炭素生成、放出及び／又は煙を減少させる終点/T−90の低下、Ｔ−50及び／又はＴ−10蒸留画分温度の制御又は低下である場合に、特に意図される。本出願人は、特に炭酸ジメチル及び有機金属のようなECS燃料を組み合わせたとき、揮発性／蒸留修正が更に一次燃焼帯域に於ける遊離炭素の生成を減少させることを見出した。
本発明の実施に於いて、動粘度はASTM D2880仕様に規定された粘度に近似するか又はこれを越えるべきである。
通常燃焼して二酸化硫黄になる硫黄は、部分的に三酸化硫黄まで酸化され、燃料中の灰からのナトリウム化合物及びカリウム化合物と組合わさって、硫酸塩、ピロ硫酸塩、及び三硫酸鉄ナトリウム又は三硫酸鉄カリウムのような化合物を生成し得る。ピロ硫酸塩及び三硫酸塩はガスタービンの運転範囲内の融点を有する。こうして、これらの化合物はタービン羽根の重大な腐食を生じる。
歴史的に、燃料中の硫黄含有量を制限することによって腐食を防止することは実際的ではないことが見出されており、それでこの種の腐食はナトリウム及びカリウムを制限することによって制御される。廃熱回収設備を有するガスタービンには、コールドエンド腐食を防ぐための追加の硫黄制御が必要であるかもしれない。
しかしながら、本出願人の発明の実施に於いて、可能な最大範囲にまで硫黄濃度を制限することが望ましい。0.4質量パーセント未満の硫黄濃度が望ましい。しかしながら、0.1質量パーセント〜0.05質量パーセント又はそれより小さい低硫黄濃度が更に望ましい。0.01質量パーセントのように低いものさえも好ましい。硫黄が存在しない又は本質的に存在しない燃料が特に好ましい。
しかしながら、低下した燃焼温度を達成した本出願人の発明の実施に於いて、硫黄酸化及び関連する腐食問題は顕著ではなく、有効に制御することができる。それで、実際の状況が是認されれば硫黄のより高い濃度が許される。
ディーゼル燃料油及びシステム
前記のように、本発明は広範囲のディーゼル燃料油及び関連するシステム適用を意図している。ディーゼル共燃料及び得られる燃料の非限定例には、ASTM D975（参照して含める）、工業、国際仕様及び／又はEPA仕様、検定規格及び／又は規則、現在及び将来、合成ディーゼル、バイオディーゼルに適合する燃料が含まれる。表３参照。本出願人の発明で意図されるディーゼル燃料エンジンの非限定例には、間接噴射、改良間接噴射及びアドバンスド点火補助ディーゼルエンジンシステム、直接噴射等々が含まれる。
0003660357.tif 000008
0003660357.tif 000009
0003660357.tif 000010
Ａ  特別の運転条件に適合させるために、個々の限定必要条件の修正を、購入者、販売者及びメーカーの間で合意してもよい。
Ｂ  記載した試験方法は承認された審査人方法である。他の受容できる方法は4.1に示されている。
Ｃ  グレードNo.1−Ｄ、No.2−Ｄ及びNo.4−Ｄは、十分な量の1,4−ジアルキルアミノアントラキノン（青染料）を含有し、そうしてその存在が目に見えるように明らかであることが必要である。
Ｄ  −12℃より低い曇り点が特定されるとき、最低引火点は38℃であり、40℃での最低粘度は1.7mm2/sであり、最低90％回収温度は無視される。
Ｅ  他の硫黄限界を、米国及びその他の国の選定された地域で適用することができる。
Ｆ  これらの試験方法は、CFR40  Part80に特定されている。
Ｇ  試験方法D613によるセタン価が利用できない場合、近似値として試験方法D4737を使用することができる。
Ｈ  高い高度でのエンジン運転のように低い環境温度では、より高いセタン等級を有する燃料を使用することが必要である。
Ｉ  全ての環境条件で満足できる運転を確保する低温性質を特定することは現実的ではない。しかしながら、米国の場所についての環境温度が付属書X2に示されている地域について10百分位数最低環境温度より６℃上で曇り点（又はワックス出現点）が特定されるならば、殆どの場合に満足できる運転が達成されるべきである。この手引きは一般的である。幾つかの装置設計又は運転がより高い曇り点燃料を可能にするか又はより低い曇り点燃料を必要とするであろう。適当な低温運転性は、意図される用途のための燃料供給者と購入者との間で及び期待される環境温度で合意されなくてはならない。
・編集上訂正
本出願人の燃料に、産業又は政府により規定される口径の将来再配合されるディーゼル燃料が含まれることは、本発明の別の態様である。
かくして、得られた燃料が現在及び将来にわたって上記の規格に適合するようにECS燃料及びディーゼル共燃料を含有させることが態様である。
本発明の実施に於いて、得られるディーゼル組成物中のMn運転範囲は、0.001〜約10.00、0.001〜7.0、0.001〜5.0、0.001〜4.0、0.001〜3.5グラムMn/ガロンの範囲であってよい。最適のMnレベルは5g/ガロン未満であり、3.0又は2.5g  Mn/ガロン未満が更に望ましいと思われる。しかしながら、10、12、15、20、22、25、26、27、28、29、30、31、32、35、40、50g  Mn/ガロンより大きい濃度も意図される。燃焼を改良する目的のために、望ましい範囲には、約0.001〜約3.00グラムMn/ガロンが含まれる。他の濃度には、0.015625、0.03125、0.0625、0.125、0.25、0.275、0.375、0.50、0.625、0.75、0.875、1.0、1.125、1.25、1.375、1.5、1.625、1.874、2.0、2.125、2.25、2.375、2.5、2.625、2.75、2.875グラムMn/ガロンに等しいか又はそれより大きいものが含まれる。望ましい範囲には、約0.001〜約1.50グラムMn/ガロンが含まれる。他の望ましい範囲には、約0.001〜約0.50グラムMn/組成物ガロンが含まれる。0.001〜約0.25グラム／ガロンのより小さい濃度範囲も意図される。0.0625g  Mn/ガロンより大きい範囲も意図される。
しかしながら、前記のように、特に上質のECS化合物と共に、燃料組成物中に含有されるO2濃度が大きくなるほど、許容されるMn濃度が大きくなる。またより重い燃料組成物と共にマンガン濃度を増加させることができる。特にＴ−90温度が低下したとき、ECS化合物とMnとの使用が引き立てあって共働作用が生じる。燃料仕様、運転条件、環境必要条件及び燃焼システムを修正することが最終組成物構成を指令する。
本出願人はディーゼル組成物中の重量による自分のECS成分中の望ましい酸素に注目し、これは良好な結果をもたらし、通常少なくとも1.0重量％を越え、1.5％、1.75％、2.0％に等しいか又はこれらを越えるものが望ましい。しかしながら、本発明の実施に於いて、0.01重量パーセントのように低いものを含むより低いO2濃度が意図される。
本発明の実施に於いて、0.01〜0.5重量％の範囲の酸素濃度が受け入れられる。0.01〜1.5重量％の酸素濃度が望ましい。約0.5〜5.0％のO2濃度及び1.5％より大きいものが僅かに一層好ましい。ECS燃料が組成物の顕著な少量又はより大きいパーセントを構成するとき、受け入れられる酸素範囲には、5.0％、10％、15％又は20％又はそれ以上の酸素重量濃度が含まれる。機関車、船舶及び大きな固定工業用応用を含むより大きなディーゼル燃料エンジンに於いて、燃料組成物には２重量％以上のO2濃度が含まれることが予想される。進んだ応用に於いて予想される最大限界は存在しない。それで、本発明の実施に於いて、本出願人の発明の利点を最大にするO2濃度が明白に意図される。
本出願人は予想外に、微粒子、HC、CO及びNOx放出を含むディーゼル放出が、本出願人の発明の実施で非常に減少することを見出した。このような減少は、燃焼速度に於ける本発明の増加及び燃焼温度に於ける低下に密接に結び付けられると思われる。本出願人はまた、燃焼速度に於ける増加及び低い燃焼温度のために、経済及び放出を犠牲にすることなくディーゼルエンジン騒音を制御できることを予想外に見出した。
商業的留出油ディーゼル燃料の性質は、使用される精製実施及びそれが誘導される原油の性質に依存している。かくして、これらはそれが製造される領域と共に及びその中で異なるであろう。このような燃料は一般的に163〜371℃（325〜700゜F）の範囲に亘って沸騰する。それらの性質は、揮発性、点火特性、粘度、硫黄レベル、比重及びその他の特性の種々の組合せを表わすことができる。前記のように、本出願人の発明に含まれる燃料には下記のものが含まれる。
グレード低硫黄No.1−Ｄ、これは低硫黄燃料を必要とし、グレード低硫黄No.2−Ｄについて規定されたものよりも高い揮発性を必要とする自動車ディーゼルエンジン用の特殊目的の軽留出油燃料であり、40CFR  Part80規則に適合する。
グレード低硫黄No.2−Ｄ、これは低硫黄燃料を必要とする自動車ディーゼルエンジン用の一般目的の中留出油燃料である。これはまた、特に速度及び荷重が変化する条件に於いて、非自動車適用に使用するために適している。このグレードはまた、40CFR  Part80規則に従うように適合している。
グレードNo.1−Ｄ及びNo.2−Ｄ、これらは、その硫黄含有量が厳格に調節されていない以外は、それらの低硫黄等価物に対する目的に於いて同様である。
グレードNo.4−Ｄ、これは、主として一定速度及び荷重を含む非自動車適用に於ける低速及び中速ディーゼルエンジン用の、重留出油燃料又は留出油と残油とのブレンド物である。
タイプＣ−Ｂ  −都市バス及び同様の運転用のディーゼル燃料油。
タイプＴ−Ｔ  −トラック、トラクタ及び同様の機能に於けるディーゼルエンジン用燃料。
タイプＲ−Ｒ  −鉄道ディーゼルエンジン用燃料。
タイプＳ−Ｍ  −大きな固定及び船舶用ディーゼルエンジン用の重留出油及び残油燃料。
本出願人のディーゼル燃料の炭化水素組成物は、点火特性、加熱値、揮発性、比重、酸化安定性等々の有利な面を最大にし、本出願人のディーゼルエンジンの出力、経済、耐久性、沈着物生成、始動及び発煙性能にプラスに影響を与えるように誂えられるであろうことが予想される。
ディーゼル燃料は多数の個々の炭化水素の複雑な混合物であるので、本出願人の発明の増加した燃焼速度及び／又は低下した燃焼温度目的を最大にするようにディーゼル燃料を構成することも、本発明の実施に於いて重要である。
ECSベースのディーゼル燃料を使用する実施は点火特性を改良し、次いで常温始動、ウォーミングアップ、燃焼粗さ（combustion roughness）、加速、アイドリング及び軽負荷運転中の沈着物生成並びに排気煙濃度にプラスの影響を及ぼす。エンジンの点火特性必要条件は、設計、サイズ、機械的条件、運転条件、大気温度及び高度に依存する。しかしながら、必要なレベルを越えた増加した点火特性はエンジン性能を著しく改良はしない。
本発明の実施に於いて、30のセタン価が望ましい。特に低硫黄No.1−Ｄ及び低硫黄No.2−Ｄ燃料に於いては、40以上のセタン価が好ましい。本発明の実施に於ける最適セタン価は48より大きい。しかしながら、60〜70より大きいセタン価も好ましい。
低硫黄ディーゼル燃料グレードNo.D−１及びNo.D−２を使用するとき、最低セタン指数、（ASTM D976により測定したとき）40の高い芳香族成分の量の限界又は（ASTM D1319により測定したとき）35体積％を越えない芳香族含有量を有することも好ましい実施である。前記のように、芳香族含有量が低くなるほど好ましい。特に、30体積％を越えないものが好ましく、20体積％を越えないものが更に好ましく、10％を越えないものが最も好ましい。
しかしながら、噴射タイミングに独立に微粒子放出を増加させるように作用するかもしれない点火又はセタン改良剤を使用して、セタンが過剰に増加しないことが重要である。点火特性は、ASTM D613、セタン法によるディーゼル燃料の点火特性の試験方法により測定される。
実施例84
燃焼促進量のECS燃料（ジエチレングリコールジメチルエーテル、またはジエチレングリコールジメチルエーテルを含むのが好ましい）、および燃焼促進量のシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物、およびディーゼル燃料基質から成る組成物。
実施例85
燃焼促進量のメチレンジメチルエーテルを代わりに含む実施例84の組成物。
実施例86
燃焼促進量のジメチルエーテルを代わりに含む実施例84の組成物。
実施例87
ASTM 975の規定を満たすディーゼル燃料とディーゼル燃焼システムとの組み合わせにおいて、前記組み合わせが次の事項を特徴とする：即ち、前記燃料は燃焼促進量の炭酸ジメチルおよび／またはメチレンジメチルエーテル、およびガロン当たり約0.001から約2.5grの範囲のマンガン濃度を含むシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物を含むこと；それによって生成する燃料の燃焼が熱効率および／または燃料経済性が改良されること。
実施例88
少量の燃焼促進量の炭酸ジメチルおよびシクロマチックマンガントリカルボニル、並びに多量のディーゼル燃料基質から成る第２ディーゼル燃料組成物であり、それによって生成する燃料は、42ないし50（実質的に更に大きいのが好ましい）のセタン価;28容量％未満（20％未満が好ましく、15％未満が更に好ましく、10％未満が最も好ましい）の芳香族含量;560■ないし600■（540■、520■未満、500■以下が更に好ましい）のＴ−90温度;0.08ないし0.12質量％（0.05％または硫黄を含まないのが更に好ましい）の硫黄含量;32ないし37（更に大きいのが好ましい）のAPI比重、130■の最低引火点を持つ。
実施例89
少量の燃焼促進量の炭酸ジメチルおよびシクロマチックマンガントリカルボニル、並びに多量のディーゼル燃料基質を含む第１ディーゼル燃料組成物であり、それによって生成する燃料は、48ないし54（実質的に更に大きいのが好ましい）のセタン価、10容量％以下の芳香族、460■ないし520■（425■以下が更に好ましい）のＴ−90温度、0.08ないし0.12質量％（0.05質量％未満が更に好ましい）の硫黄含量、40ないし44（更に大きいのが好ましい）のAPI比重、および120■の最低引火点を持つ。
実施例90
実施例89ないし89において、前記燃料がASTM D975の規定を満たす。
実施例91
ディーゼルエンジンを操作する方法であり、前記方法が高圧直接燃料噴射システムによって（置換されたNo.5重質を含めて）実施例88ないし90の燃料を噴射すること、30MPaから120MPaの範囲の圧力を用いることから成り、その場合の平均蒸気粒径が70ミクロン未満で、40ないし60ミクロンが更に好ましい；それによって燃焼速度が向上する。
実施例92
実施例80ないし91において、燃焼システムが更にターボチャージャー、ERGシステムからも成り、かつ燃料噴射システムが噴射速度および／またはタイミングを調節するためのセンサー付きインプット手段を採用する。
実施例93
実施例80ないし92において、生成した排出ガスが、米国法典第42の7545条以下参照を含めて、米国EPAおよび清浄空気法の規制を満たす。
本発明の実施に当たっては、個別におよび／または、特に点火するためにより高温を必要とし、点火の期間を延ばす燃料においては、ECS化合物と組み合わせて、点火促進剤を使用してよい。前記促進剤には、ジーターシャリブチルペルオキシド、アルキルペルオキシド、アルキルヒドロペルオキシド、硝酸エチル−ヘキシルおよび硝酸イソプロピルを含む硝酸アルキル添加剤、2,5−ジメチル2,5ジ（ターシャリブチルペルオキ）ヘキサン、ターシャリブチルクミルペルオキシド、ジ（ターシャリアリールアミル）ペルオキシド、ターシャリブチルヒドロペルオキシド、ターシャリアミルヒドロペルオキシド、およびこれらの混合物が挙げられる。
本発明のディーゼルの実施に当たって、芳香族濃度およびＴ−90温度を可能な限り下げることが好ましい。
本出願人の発明の実施に当たっては、混合高速度および噴射の長い点火遅れの組み合わせを、事前混合した均一なECSを含む燃料に可能な限り組み入れることが望ましい。けれども、このような実施に当たっては、シリンダー圧力を高めることによる構造上の問題を引き起こすような極端なことはすべきでない。本発明は、幾つかの燃焼室の改良設計、前述の燃料噴射のタイミングおよび特性、直接噴射式エンジンと特に組み合わせたブローまたはターボチャージャー、並びにトラップ、トラップ酸化器、再生式トラップ酸化器および触媒を含めて、排出ガス再循環および排出ガス後処理装置の使用も考慮する。
実施例94
52の最小セタン価、350ppm（0.05質量％未満が更に好ましい）の最大燃料硫黄、30容量％未満（15％未満が更に好ましい）の芳香族、燃焼促進量の炭酸ジメチル、および燃焼促進量のシクロマチックマンガントリカルボニル化合物から成る第２グレードの低排出ガスディーゼル燃料。
実施例95
52の最小セタン価、100ppm未満の最大燃料硫黄、12％の芳香族含量、475■のＴ−90温度、0.1の臭素価、酸素が0.5から4.0重量％の燃焼促進量の炭酸ジメチル、および燃焼促進量のシクロマチックマンガントリカルボニル化合物から成る低排出ガスディーゼル燃料。
実施例96
実施例94ないし95の燃料組成物において、145■未満のアニリン点。
実施例97
62の最小セタン価、0.01重量％未満の最大燃料硫黄、10％の芳香族含量、41重量％（10％未満が好ましい）のオレフィン、514■のＴ−90温度、0.1の臭素価、145■未満のアニリン点、燃焼促進量の炭酸ジメチルおよび／またはジエチレングリコールジメチルエーテル（またはジエチレングリコールジエチルエーテル）、および燃焼促進量のシクロマチックマンガントリカルボニル化合物から成る低排出ガスディーゼル燃料。
実施例98
実施例97の組成物において、前記組成物が、重荷重トラックエンジンの中で燃焼して、HC、CO、NOXおよび微粒子排出物が各々、1.3、15.5、4.0、0.10gm/bhp−hrである。
本出願人の発明の実施に当たって、本ディーゼル燃料は、改良された熱効率でディーゼルエンジンを効率よく稼動する程の充分な発熱量を持つ。この燃料の揮発度と共に比重／密度から燃料の組成に関する有益な情報が得られ、更にこの情報は燃料の発熱量、パワーと経済性、堆積物、摩耗および排煙にも関係するものである。
一般的に、ディーゼルエンジンのパワーと経済性は、揮発度に直接影響を受けないけれども、本出願人の発明の比較的揮発度が低い燃料は通常、比較的高い発熱量を持つので燃料の作業率に間接的な影響を及ぼす。他方、始動および暖機性は、前端の高揮発度によるのが好ましく、堆積物、摩耗および排煙は90％以上が増加する。
本出願人の発明の実施に当たっては、終点、Ｔ−90、Ｔ−50、Ｔ−10温度等を下げるエンジン燃料の揮発度の改良は、燃焼効率を上げることおよび／または有害な排出物を抑えるために特に考慮する。終点およびＴ−90温度を下げることが極めて好ましい。
ディーゼル燃料を含めて、本出願人の燃料の排出物は、現行および将来のASTM、CAAの要件および／または他の政府の規制を満たす。
ディーゼル燃料の粘度は燃料システムの機能に影響を及ぼすことがある。低粘度が原因で噴射ポンプの過度の摩耗が起こり、そしてインジェクターの漏れによってパワー損失となることがある。高粘度が原因で過度のポンプ抵抗が起こり、そしてフィルターの損傷になることがある。燃料スプレー特性も粘度によって影響を受ける。従って、本発明の実施に当たっては、40℃において、mm2/Sで測定された動粘度は、ディーゼルグレードの低硫黄NO.1−Ｄ、低硫黄NO.2−Ｄ、NO.1−Ｄ、NO.2−ＤおよびNO.4−Ｄに対して各々、1.3、1.9、1.3、1.9、5.5の最小値を持たなければならない。最大値は、ディーゼルグレードの低硫黄NO.1−Ｄ、低硫黄NO.2−Ｄ、NO.1−Ｄ、NO.2−ＤおよびNO.4−Ｄに対して各々、2.4、4.1、2.4、4.1、24.0を超えてはならない。けれども、これらの範囲外の粘度は、本発明の開示されたECS化合物／燃料および／または機械的手段と関連して、本発明の実施に当たって受け入れられることが特に考慮される。
本発明の実施に当たって、流動点降下添加剤を含まない燃料では、通常、曇り点より３℃（５■）から15℃（25■）低い。
本発明の実施に当たって、グレードNO.1−Ｄでは38℃、およびグレード２−Ｄと４−Ｄでは50℃の最低引火点が好ましい。けれども、本発明の実施に当たって、これらの温度を外れる引火点が考慮される。
本発明の実施に当たって、100万部当たり500部の硫黄含量が認められるけれども、更に低い濃度が好ましい。最も好ましい濃度は、100万部当たり50部以下の濃度である。0.05重量％以下の硫黄でも好ましい。低硫黄グレード１−Ｄおよび２−Ｄでは、0.05質量％以下の硫黄濃度が求められる。
本発明の実施に当たって、10％蒸留残油の中の炭素残量は、質量％としてNO.1−Ｄ燃料では0.15、そしてNO.2−ｄ燃料では0.35を概ね超えてはならない。けれども、より低い質量％が好ましい。本発明の実施に当たって、ASTM D482を用いた灰の最大質量％は0.10％であるグレードNO.4−Ｄを除いて、0.01％である。けれども、本出願人の発明の比較的低い燃焼温度によって灰関連の問題は少なくなる傾向にある。
本発明の実施に当たって、ASTMの銅板変色試験ではNO.3の最高等級を持たなければならない。
ディーゼル燃料は、個別の燃料/ECS/水噴射またはエマルジョン状態以外は無水または実質的に無水であることが本発明の１つの実施態様である。
本出願人のディーゼル燃料が、貯蔵が原因で更に堆積物の形成、更にフィルターの目詰まり、および燃料ポンプやインジェクター部分のラッカー度の悪化を引き起こすことがある。酸化生成物を少なくしてきたこともまた好ましい。
本発明の実施に当たって、添加剤は、点火性改良剤、抗酸化剤、殺生物剤、防錆剤、金属失活剤、流動点降下剤、抗乳化剤、ばい煙抑制剤、清浄剤・分散剤、導電性改良剤、染料、氷結防止剤、および燃料インジェクターの堆積物を減少および／または制御する添加剤である。
例えば、Texaco社の清浄剤／分散剤である、高分子量ポリイソブチレン置換型アミン誘導体TFA−4681が考慮される。更に別の清浄剤／分散剤には、燃料可溶の塩、アミド、イミド、オキサゾリン、長鎖脂肪族炭化水素置換型ジカルボン酸のエステルまたはこれらの無水物、脂肪族炭化水素に直接付加したポリアミンを含む直鎖脂肪族炭化水素、長鎖脂肪族炭化水素置換型フェノールと、アルデヒド、好ましくはホルムアルデヒドとの縮合によって生成するマンニッヒ（Mannich）縮合生成物（等）が挙げられ、或いは同様な添加剤が燃料インジェクターおよびバルブ吸入口を清浄に保つ作業において考慮される。
バリウムの有機化合物、特に炭酸バリウムを主成分とするスルホン酸バリウム、Ｎ−スルフィニルアニリンを含むばい煙抑制剤も、同様に考慮される。
別の堆積物抑制剤には、OGA−480としてOronite Chemical社によって販売されているポリエーテルアミン、HITEC 4450としてEthyl社によって販売されているポリアルケニルコハク酸イミドOGA−472としてOronite Chemical社によって販売されているポリイソブテニルアミン等が挙げられる。
実施例のディーゼル燃料用添加剤を表４においてクラスおよび機能を示している。いろいろな添加剤の使用ができるどのシステムであっても、添加剤の間で相性がなく、しかも望ましくない燃料作用を生じる場合がある、予想しない相互作用が発生しないように注意を払わなければならない。
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注記：或る物質は、多機能型または多目的型の添加剤として市販されていて複数の機能を果たしている場合もある。
本発明の実施に当たって、−７℃（＋20■）より高い周囲温度においてはグレードNO.2−Ｄまたはそれと同等の低硫黄物を使用することが推奨される。極めて低温度では通常は殆ど結晶ろうを生成しなくて、はるかに低い曇り点および流動点を持つNO.1−Ｄ燃料またはそれと同等の低硫黄物が推奨される。
本発明の実施に当たって、寒地向け、または気候に合った仕様のNO.2−Ｄ燃料も推奨される。そのような燃料は、NO.2−ＤをNO.1−Ｄまたはケロシンを用いて要求通りの低曇り点および流動点まで希釈することによって作ることができる。
曇り点は、燃料の使用雰囲気温度のセ氏スケールで10℃よりも６℃高い（10■）であることが望ましい。
本発明の実施に当たって、流動点降下剤、流動性改良剤またはろう改質剤を使用してろう結晶の寸法および／または形状を変えることにより寒冷気候問題を最小に抑えことができる。添加剤のタイプおよび濃度は特定の燃料に対して最適にしなければならない、そして曇り点より充分高い温度においてこの添加剤を燃料の中へ充分にブレンドさせなければならない。従って、前記添加剤は、設備の使用よりもむしろ燃料の供給者によってブレンドされる時が最も効果が上がる。これらの添加剤は曇り点を下げるのではなくて、結晶ろうによる燃料フィルター目詰まりの発生温度を下げることができる。
排出ガスに及ぼす影響と極めてよく関連がある燃料特性は、芳香族含量、揮発度、比重、粘度、セタン価および特定の元素（例えば、水素および硫黄）が存在することである。芳香族含量が増えると、微粒子（特に、可溶性有機微粒子）および炭化水素排出が増える。
けれども、CMTを用いて燃焼速度を増すことおよび／または燃焼温度を下げることによる、本出願人の発明を適用すると、本出願人の意見の中で誇張があるかも知れない、ディーゼル中のの芳香族を含めて、悩みの排出物と関連する燃料特性の大半の複雑な問題が極めて少なくなる。例えば、“ディーゼルエンジンの排出に及ぼす燃料特性の影響−EEC−MVEGグループに役立つ情報の概説"SAE報告書第910608号1991年３月１日を参照されたい。
本発明の実施に当たって、当業者がディーゼル炭化水素排出の光化学的反応性を充分に認識しているとは本出願人は思っていないので、ディーゼル炭化水素排出を少なくることは格別の問題対策である。
比較的高い蒸留温度を持つ比較的低い蒸気圧の成分（例えば、Ｔ−50およびＴ−90の留分）は、概ね、微粒子の排出が多くなるけれども、芳香族および揮発度の典型的な変動に対しては揮発度効果は小さいことが多い。燃料の比重、粘度、セタン価、および水素含量は、揮発度および芳香族含量と通常、関連がある。
本出願人の発明の実施に当たっては、微粒子排出を更に制御する有効な手段として部分的に炭素／酸素比を0.5より低く保つことが望ましいことが発見された。
本発明の実施に当たって、微粒子排出を減少するための別の手段として潤滑用油および技術を進歩させることが考慮される。
NOXおよびCO排出は燃料特性に対する改質によって影響されないことは当業界の見解である。けれども、開示された前記の本出願人の発明のように、その発明によると、燃焼速度が改良されかつ燃焼温度が下がり、NOX排出もCO排出も意外に減少した。このことは従来の技術からのもう１つの実質的な決別である。
実施例試験
本発明の特徴および目的を説明するために、本出願人は一連のガソリン燃料試験を実施した。（これらの実施例試験は、火花点火型内燃機関で実施したが、本発明の主要な要素、即ち燃焼速度の向上および燃焼温度の低下につながる要素は、下記で判るように本出願人が考慮する全ての燃焼システムに移行できることを本出願人は強調しておく。）
実施例試験燃料
A.  MEOH燃料  メタノール５容量％とエタノール５容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
B.  ISO/HEX燃料  イソプロパノール10容量％とヘキサノール10容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
C.  MTBE燃料  MTBE14.6容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
D.  DMC燃料  炭酸ジメチル（DMC）4.6容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
E.  METYLAL燃料  メチラール7.2容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
F.  THF燃料  テトラヒドロフラン1.6容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.033025グラムのマンガンのMMT。
G.  高マンガン（Mn）燃料  メタノール５容量％、および無鉛ガソリン基質の組成物、およびこの組成物リッター当たり0.5284グラムのマンガンのMMT。
H.  マンガン燃料  無鉛ガソリン基質リッター当たり0.033025グラムのマンガンおよび無鉛ガソリン基質。
I.  基質  無鉛ガソリン基質（無鉛燃料）。
試験方法論
前記実施例燃料を、350CID V−８エンジンを搭載した、スロットル式燃料噴射システムおよび酸素センサー密閉型ループ式燃料制御装置付きの1988年型シボレー（Chevrolet）C1500ピックアップトラックで試験した。この酸素センサーシステムの内蔵により、理論空燃比を調節する手段を用いて種々の試験燃料の酸素含量の変化を補償できた。このような特徴があると酸素含量の差異によるHCおよびNOX排出のバイアスが消去される。換言すると、燃焼をリーン化しやすい、高酸素含量の試験燃料は、酸素を殆ど含まないか全く含まない燃料よりも必ずしも良とか悪いとかの排出を示すとは限らないだろう。
エンジンヘッドとバルブは、各燃料の試験前に清浄にした。新品の酸素センサーおよび新品のスパークプラグも取り付けた。
各燃料について主要な２つの試験を実施した。第１試験（“試験1"）は、40時間にわたって定常状態、1000rpm、無負荷回転のエンジンからのHCおよびNOX排出ガスを測定した。このような無負荷、定常状態試験の目的は全時間の炭化水素（HC）の悪い排気、例えば、マンガン酸化物の発生を導き出すことである。低負荷、即ちアイドリング条件は、酸化物の生成を激しくするのに格好の条件であるが、そのことは時間の関数としてHC排出の増加に言い換えられることは業界では知られている。従って、これはMn−酸化物の生成および従って、HC排出の性能低下の促進試験であった。
各々の新しい試験燃料を装入する前に、排出ガスが安定するまで清浄なエンジンは基質燃料（“無鉛燃料”）で養生処理した。これには概ね約３ないし６時間の定常状態の運転が必要であった。炭化水素およびNOX排出は、ベックマン（Beckman）排出ガス分析計を用いて定期的に測定した。表５に試験結果の要約を示す。
第２試験（“試験2"）は、同じエンジンが尚、暖機の状態で同じ燃料を用いて第１試験の直後に実施した。この第２試験は、車両を固定式シャシーダイナモメーターに載せて実施した。試験値測定は、負荷条件を変えて、例えば指示馬力（“ihp"）15から24まで、50mph（１時間当たり80.5キロメートル（“kph"））で実施した。この試験により、燃焼温度、燃料経済性、HCおよびNOX排出の差異を測定した。この試験は熱効率の改良を表すように設計したので、これは、改良された燃料経済性および排出に言い換えられるだろう。これらの結果の要約に関する図１から６を参照されたい。
表５の解析
表５は試験１のHC排出の結果を説明している。表５は無鉛燃料中のHCの或る程度の増加を示す。この表は試験１の低負荷アイドリング条件によってシリンダー壁に炭化水素が普通に堆積したことをを示す。基質燃料の結果から他の燃料と比較できる或る規準が得られる。規準を超えてHC排出が増加することはマンガン燃料のマンガン酸化物コーティングに起因するのだろう。
表５は、本出願人のECS燃料を除いて、全てのマンガン燃料が無鉛基質燃料よりもHC増加が大きくおよび／またはより遅い段階で更にHC量が多くなることを示す。HIGHMN燃料の増加が最大であった。
対照的に、ISO/HEX、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料は、マンガン燃料（3390ppmc）（Ｄ欄）の高HC排出レベルを示さなかった。むしろ、これらのHC排出レベルは、MEOHおよびISO/HEXに対しては、各々、2953から2024ppmcのかなり低い範囲であった（Ｄ欄）。驚いたことは、ISO/HEX、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMCのHC排出（Ｄ欄）もまた基質（無鉛）燃料（3076ppmc）よりも全て小さい。
従って、表５はECS燃料の場合のHC排出の増加（そして事実２個は減少している）は著しく低いことを示す。換言すると、ECS燃料は基質燃料よりも良好なHC排出であった。このことによってECS燃料の熱効率および燃焼効率が改良されたことが説明される。
本発明出願人のECS燃料ETYLAL、およびDMCが、全試験を通じてHC排出低下を実際に示したことを本出願人は強調しておく。全時間にわたってHC排出が本当に改良されたことを意味する。このことは、いかなる状態であろうとも全く異例の結果である。
この試験の後半20時間のHC排出の変化量（Ｂ欄）はMn燃料の場合の予想された酸化物の堆積を明瞭に示していることを本出願人は強調しておく。マンガン、高MnおよびTHF燃料の全ては基質燃料（3067ppmc）よりも後期（Ｄ欄）ではかなり高いHC排出（各々、3390、6554および4130ppmc）を示した。
要約すると、マンガン、THF、高マンガンの試験燃料は酸化物の堆積を実証し、しかも全時間にわたって、HC排出が著しく増加することを示す。対照的に、本出願人のECS燃料はそのような増加を示さなくてマンガン酸化物の堆積も示さない。
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注記：
（１）この欄は、試験１の後半のHC排出の％変化量を表す。
（２）この欄は、試験の全時間のHC排出の％変化量を表す。
（３）これは比較的安定した、後期のHC排出の平均値を表す。示されているような、試験の最終時間に対して算出された平均値。
試験２“図１ないし6"の説明。
図１
燃焼温度の差異。  この図はマンガン、基質、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料のエンジン排出ガス温度（“EGT"）をエンジン負荷の関数として比較している。試験２はエンジン排出ガス温度（“EGT"）によって測定される燃料の燃焼温度の差異を導き出すためにエンジンを50mphの負荷条件のもとに置いた。
15ihpでは基質およびマンガン燃料は707■（375C）では同じであるのに対して、DMC、MEOHおよびMETYLAL燃料は各々が717■（381C）、722■（383C）および724■（384C）の範囲でまとまっている。16ihpで試験したMTBE燃料は749■（398C）と測定された。従って、基質およびマンガン燃料は15ihpではDMCに対する10■からMETYLALに対する17■、MTBEに対する34■までの範囲で、より低い排出ガス温度を示す（投影による）。15.5ihpを超える負荷では、MEOH、DMC、METYLALは基質およびマンガン燃料より低い温度を示す。約16.5ihpを超える負荷ではMTBE燃料はより低い温度を示す。従って、中程度から比較的低い負荷では基質およびマンガン燃料は明らかに、より比較的温度を示す。
負荷を、15.0ihpより大きくするにつれて、マンガンおよび基質燃料の場合には温度が急速に上昇した。マンガン燃料の増加が最大であった。例えば、20ihpでは基質燃料温度は828■（442C）であり、同じihpでのマンガンの投影温度は860■（460C）であった。
対照的に、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料はEGTの増加率は比較的小さかった。例えば、24ihpではMEOH、METYLALおよびDMC燃料は各々、785■（418C）、795■（424C）および798■（426C）でまとまってグループ化された。同様にMTBEは22ihpでは778■（414C）の増加率はかなり小さかった。
図１の最も目立つ局面は、15.5ないし16.5ihpのしきい負荷に到達した後、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料は基質またはマンガン燃料と比較して著しく温度上昇が遅い経過を辿ることを明確に示している。例えば、図１は、20ihpにおいてマンガン燃料の場合のEGTがMEOH燃料より104■（40C）高いことを示す。更に、図１ではマンガンも酸素化剤（oxygennate）（即ち、MEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料）も含む燃料もまた、基質燃料と比較して著しく低い燃焼温度であったことを示す。例えば、MEOH燃料は基質燃料より72■（22C）低かった。
図１は負荷が大きくなればなるほど、この２つのクラスの燃料の間のEGTの差異がそれだけ大きくなることを示す。図１は、負荷条件のもとでは酸素処理型ECS基質燃料は燃焼温度を意外に下げることを示す。
図２
燃焼温度および炭化水素排出。  この図は試験２の炭化水素排出をエンジンガス温度（“EGT"）の関数として表す。この図はHC排出とエンジンガス温度との間で直接的な相関関係があることを示す。この相関関係はMEOH、MTBE、METYLALおよびDMC燃料では極めて目立つ。図２では種々の酸素化剤の場合のHC/EGTの変化率が非酸素処理型燃料の場合のHC/EGTの変化率より大きいことを示す。図２は与えられた酸素化剤の燃焼温度が低ければ低いほどHC排出はそれだけ小さくなることを示す。
図２は、全ての燃料について燃焼温度の変化に対する炭化水素排出の変化の感度を示すので注目に値する。基質およびマンガンが酸素処理型ECS基質燃料と必ずしも同じ様な感度であるわけではないことは注目されよう。
図３
燃焼温度およびNOX排出。  この図はNOX排出をEGTの関数として表している。図２と同様に、図３は、MEOH、MTBE、METYLAL、およびDMC燃料に関して、NOX排出とEGTとの間で直接的なかつ著しい相関関係を示す。この図は比較的低いEGTでは特にMEOH、MTBE、METYLAL、およびDMC燃料の場合は、NOX排出が基質およびマンガン燃料と比較して極めて小さいこを示すことは明かである。
図３は、酸素処理型ECS基質燃料について、燃料温度の変化に対する、関数としてNOX排出の変化の感度を示すので注目に値する。基質およびマンガン燃料はまた、HCの場合のような感度を示さないことも注目に値する。しかし、燃焼温度の低下を示す酸素処理型ECS基質燃料はNOX排出を減らすことを意外に示している。
図４
指示燃焼速度。  この図は燃料経済性の測定によって燃焼速度を間接的に測定する。BTUブースターがない場合、燃料経済性の増加は予想される火炎速度変化の間接的な指標であることは業界では知られている。図４はガロン当たりのマイル数（“mpg"）（即ちリッター当たり0.42566キロメートル“kpl"）の燃料経済性を負荷（ihp）の関数として表す。図４は負荷条件の変化のもとで基質と酸素処理型燃料との間に燃料経済性（“FE"）の著しい差異があることを表す。MTBEの約12.5ihp（投影して）、DMCの14.5ihp、そしてMEOH/METYLALの16.0ihpより小さい適度の負荷の時に基質燃料がこれら４個より優れた燃料経済性を示す。けれども、約13.0ないし16.0ihpより大きい負荷の時はMTBE、DMC、METYLAL、MEOH燃料の燃料経済性が意外に増加する。
一旦、しきい負荷を過ぎると、図１にある排出ガス温度と同様に、ECS燃料の場合は、燃料経済性が著しく向上する。20ihpにおいてMETYLAL、MEOH、DMCおよびMTBEの各々に対する燃料経済性15.7mpg（6.683kpl、5.9mpg（6.768kpl）、16.5mpg（7.0234kpl）および17.2mpg（7.321kpl）と比較される基質燃料の燃料経済性は13.2mph（5.619kpl）であることは注目されたい。
これらのかなりの差異は、適度な負荷ないし或る程度の大きな負荷のもとで燃料経済性において基質燃料より19％ないし30％の向上と計算される。従って、METYLAL、MEOH、DMCおよびMTBEを含む酸素処理型ECS基質燃料は、約15ihpより大きい負荷のもとで実質的なかつ予想外の燃料経済性の向上を示す。
図５
燃焼速度およびHC排出。  この図は、HC排出を燃料経済性、即ち指示燃焼速度の関数として表す。図４は、燃焼速度の増加とHC排出の改良の間の強い相関関係を示す。図５は、METYLAL、MEOH、DMCおよびMTBEの燃焼速度の増加がHC排出の改良に言い換えられることを明瞭に示す。この相関関数はMEOH燃料の場合に極めて明白である。
図５は、酸素処理型ECS基質燃料について、燃焼速度の変化に対する関数として炭化水素排出の変化の感度を示しているので注目に値する。燃料全てが、増加型燃焼速度の関数としてHCの改良と正の相関関係を示すことは注目される。けれども、基質燃料はHCの改良には殆ど感度を示さない。メタノールは最高感度を持つようである。従って、ECS基質燃料を用いた増加型燃焼速度の相関関係も、またHC排出の改良に言い換えられる。
図６
燃焼速度およびNOX排出。この図はNOX排出を燃料経済性の関数として示す。この図は、NOX排出の改良と増加型指示燃焼速度との極めて強い相関関係を示す。この相関関係は酸素化剤燃料には存在するが、基質燃料では目立たない。
図６は、酸素処理型ECS基質燃料について燃焼速度の変化に対する関数としてNOX排出の変化の感度を示しているので注目に値する。変化を示しそうにない基質燃料を除いて、燃料全てが増加型燃焼速度の関数としてNOXの改良と正の相関関係を示すことは注目される。メタノールも、また他よりも少し鋭い感度を持つと共にECS酸素処理型燃料の感度は極めて鋭いようである。
図１ないし６の要約
これらの図は、燃焼温度が下がると排出が減少することを特に示している。これらの図は燃焼温度の降下と燃焼速度の増加とが組合わさって、排出が減少するのを制御することを示す。これらの図は約15ihpのしきい負荷に達した後では、本出願人の発明の効果が最も大きいことを示す。
図７
図７は、MTBE/酸素化剤の調合、並びにMTBE/マンガン燃料の燃焼を改良するための、中間留分および終点留分の改質によるいろいろな蒸留曲線を示す。図７は、暖機運転性を損なうMTBE/酸素燃料の中間留分（“技術的混合気希薄範囲”として知られる）を示す。図７は運転性を損なわないようにするための修正中間範囲を示し、そしてＴ−90温度が低下するが、1/32grのMnのMMTを含む燃料に対する終点範囲を示す。
図７は、OBD II触媒モニターを損なわない、MMTのガロン当たり1/32grのマンガンを含む、DMCおよびMTBE燃料の1.5重量％ないし2.7重量％のO2の場合の最適Ｔ−10、Ｔ−90およびＴ−50の蒸留温度を示す。図７は、概ねDMCが、かなり広範囲のＴ−10、Ｔ−50、およびＴ−90温度を持つことを示す。例えば、DMCのＴ−90の高沸点範囲は410■であるのに対してMTBEのＴ−90の高沸点範囲は概ね275■未満である。
Ｔ−50の範囲はMTBEと比較したDMCについては同じ広さであり、DMCのＴ−50の範囲は250■から100■であるのに対してMTBEの範囲は200■から180■までである。Ｔ−10の範囲はDMCに関しては下限は示されていないが、MTBEに関しては80■である。
ガソリン組成物
本出願人の発明において考慮される自動車用ガソリンには、従来からの無鉛型、再調合無鉛型、低RVP燃料等が挙げられる。ガソリンエンジン／燃料システムの広範囲な例には、気化器、改質ガソリン、マニホルド供給／噴霧式、直接噴射、直接噴射型層状給気、先進型層状給気等が挙げられる。本出願人の自動車用ガソリンは、排出ガス用触媒（３元系を含む）、調整型排出ガス制御システム等を採用している燃焼システムの中にあることが考慮される。
本出願人の発明の特定の目的の１つは、排出ガス用触媒、OBD II触媒効率用モニター、関連する排出制御システムを体系づけた組み入れものであり、それは燃焼排出ガスを含むマンガンの存在で操作する時に損なわれないことである。
もう１つの目的は、本出願人の発明の長所が効果を発揮する最低しきい負荷のもとで運転するガソリンエンジンの操作性である。例えば、ECS化合物と、少量の金属例えば、マンガンを使用する時、負荷が少なくとも12.5ihpないし16.0ihpになるまで最適の燃料経済性および温度降下は起こらないことを本出願人は発見した。
本出願人の共燃料ガソリンが構成されると、有害な汚染物質は可能な限り最小に抑えられるはずである。従って、硫黄濃度は硫黄を含まないレベルまで達するはずであり、もし可能ならば、有害な重質芳香族（一方、このような影響は本発明の実施に当たって、実質的に薄らぐ）は実現可能な量にまで減少するはずである。可能な限り、共燃料が調合されると、揮発性有機化合物（VOC類）、NOX、ベンゼン、ブタジエン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、多環式有機物質が減少するはずである。複雑な基準に照らして構成される再調合ガソリンが特に考慮される。
本出願人の発明の重要な実施態様は、その燃焼の特性によって超クリーンな燃焼排出物に関する性能である。従って、極めて有害な排出物の低減に加えて、吸入弁を清浄に保つために使用する清浄剤によって現在引き起こされる、燃焼室の堆積物を発生させないことが１つの実施態様である。
別の実施態様は、重質芳香族によって引き起こされると思われるPM10を低減することである。本出願人の発明は、発生が続いている特異な燃焼によることもある微粒子物質を減少するのに効果的である。
実施例98a
内燃ガソリン燃焼エンジンを操作する方法であって、前記方法は次の事項から成る：即ち、従来型、非従来型または再調合型ガソリンを、燃焼促進量のECS化合物および燃焼促進量のMMTおよび／または他の金属と混合すること；前記燃料を前記エンジンの中で燃焼する場合にエンジンを少なくとも12.5ihp（更に好ましくは16.0ihp）の負荷のもとで燃料経済性を高めること。
実施例98b
98aの方法において、負荷が約20ihpであり、燃料経済性が５％ないし30％改善されおよび／または燃焼温度が50■ないし100■下がることである。
実施例98c
98aの方法において、前記燃料がMTBE、ETBE、DMC、メタノール、エタノールもしくはメチラールまたは混合物、およびMMTガロン当たり1/64ないし1/4グラムのマンガンによって供給される0.05ないし3.7重量％の酸素を含み；およびその場合、エンジンが16ihpを超える負荷で操作され；それによって燃料経済性が改善されおよび／または燃焼温度が低下する。
本発明の別の目的は、Ｔ−90および／または高沸点蒸留留分を改質して燃焼を増進することによって燃焼速度／燃焼温度を改善すること、マイレージ、運転性を改善することおよび／または有害な燃焼排出を低減することである。
尚、もう１つの目的は、中間留分の蒸留温度を制御することによって燃焼を改良することである。尚、別の目的はＴ−10を調整して本発明の特性を高めることである。
RVPの低減が考慮されて、そして本出願人のガソリンは、概ね4.0ないし12.0psiの低RVP燃料であることが好ましい、更に好ましのは、4.0ないし9.0psi、4.0ないし8.0psi、4.0ないし7.5psi、6.0ないし7.0psi、6.0ないし6.5psi、1.0ないし6.0psi、1.0ないし3.0psi、1.0ないし2.0psiまたはそれより低いことである。考慮されるRVPには、6.4、6.9、7.0、7.1、7.2（最高）、7.3（最高）、7.4（最高）、8.3（最高）、7.8、7.9、8.0、8.1（最高）、8.2（最高）、8.3（最高）が挙げられる。
注目したように、本発明の主な目的は、燃焼温度を下げることである。ガソリンの燃焼温度は2102℃であると報告されている（フェン（J.B.Fenn）“第４回燃焼に関するシンポジウム（Fourth Symposium on Combustion）、バルチモア市（Baltimore）"231頁、1953年）。従って、この場合、１つ以上の手段によって、燃焼温度が、少なくとも25■、50■、100■、125■、150■、200■、250■、300■、350■、400■またはそれ以上に下がることが特に考慮される。
Ｔ−10、T50、Ｔ−90の温度降下または本発明の実施を制御するに当たっては、低蒸発潜熱および／または低燃焼速度を持つガソリン成分を除去することが特に考慮される。
150btu/lb、即ち860btu/galおよびこれより小さい蒸発潜熱を持つ高沸点成分は、実施に当たってはガソリン組成物から減らすかまたは除去することが望ましい。
ガソリン組成物の最終炭化水素部分（例えば、酸素化剤および金属等を含まない）は150btu/lb、即ち860btu/galより大きい平均蒸発潜熱を持つことが好ましい。できれば、その潜熱は、160、170、180btu/lbであることが更に好ましい。
より大きい蒸発潜熱につながる改質を、燃料の加熱に当たって損失を出すことなく普通に達成できることを本出願人は発見した。発熱量が増えることが多い。
前記酸素／金属を含まない炭化水素組成物が、880、890、900、905、910、915、920、925、930、940、950、970、990、1000、1050、1100、1200btu/gal以上の平均蒸発潜熱を持つまで、好ましい実施では高沸点物質（低蒸発潜熱および／または低燃焼速度を持つ）を除去する。900−910btu/galより大きいことが望ましく、或いは更には920btu/galが尚、更に好ましい。前記基質（共−燃料類）組成物の蒸発潜熱の上限はないけれども、経済的コストおよび他の実施上で考慮すべき事柄から規制される。
代わりとして、終点および／またはＴ−90温度を下げることは、調整済み燃料（例えば、釜残油燃料）の平均蒸発潜熱分の量であり、その潜熱が未調整基質燃料より0.5％ないし10.0％またはそれ以上であることは受け入れられる。1.0％ないし20％、40％またはそれ以上の増加も望ましい。
終点/T−90温度の降下によることおよび／またはＴ−50、Ｔ−10温度の制御（ECS化合物或るは共沸用共溶媒等を使用ない）によって平均蒸発潜熱を僅かでも増加することは、MMTガロン当たり1/32グラムのマンガンを添加してＴ−90の未調整の燃料を含む同じMMTの燃料経済性を改善することであるとするのは従来型の燃料では概ね好ましい。このような状況において、Ｔ−90を降下するには、調整済みと未調整の燃料の間で通常、最低50■の差が必要である。
受け入れ可能なＴ−90温度は、240■、250■、255■、260■、265■、270■、275■、278■、280■、285■、290■、295■、300■、305■、310■、315■、320■、325■、330■、335■、340■、345■の範囲であることを本出願人は発見した。これらの範囲を外れる温度もまた考慮される。けれども、普通、280■より低い温度が好ましい。
最終温度は、低減によって導き出される改善済みの蒸発潜熱および／または改善済みの燃焼速度、更には基質燃料によって決まる関数である。いろいろな燃料（および炭化水素ストリーム）を改質することはいろいろな応答を導き出す。従って、Ｔ−90の真の降下量の変動量が予知される。
実施例99
ガソリンの終留点および／またはＴ−90沸騰温度が低下するように高沸点燃料留分がカットされ、カットされた透明な燃料の平均の蒸発潜熱が透明なカットされない燃料より少なくとも0.5％、さらに好ましくは1.5％以上高くなることを特徴とする、従来のまたは改質されたガソリン組成物。
実施例100
カットされない燃料（金属を含む）に比べて、１ガロン当たり1/32gのMnを含有するMMT（メチルシクロペンタジエニル・マンガン・トリカルボニル）を添加すると、カットされた組成物の燃料経済は増加を示す、99の方法。
実施例101
金属を含有するカット燃料が燃焼され、排気触媒を経て排出されるが、その場合にOBD−II触媒モニターが使用され、それによって触媒洗浄被覆上の酸化マンガン析出が充分に抑制されて、前記触媒モニターは失敗しない、99の方法。
実施例102
酸素化されたECS化合物が基礎燃料に0.5％−2.7％,3.0％,3.5％の酸素濃度で添加され、得られたＴ−50の温度は155゜F、170゜Fを越える（望ましくは、175゜F）が、220゜Fを越えない；そしてそれによって酸素化物の存在しないＴ−90の温度は300゜Fを越えず、さらに好ましくは280゜F、275゜F、270゜Fを越えない；燃焼後に放出物が排気触媒を経て排出され、そこでOBD−II触媒モニターが使用される；触媒洗浄被膜上の酸化マンガンの析出が充分に抑制され（または実質的には存在しない）ので、前記モニターは失敗しない、99−101の方法。
実施例103
前記調整されたガソリンと調整されないガソリンは両方ともMTBE（メチル第三ブチルエーテル）の重量当たり1.0％−2.0％の酸素と0.001−0.03125g mn/galのMn濃度を有する環式マンガントリカルボニルから成り、その結果、低下した沸騰温度燃料の燃料経済は未調整の燃料より改善された、102の実施例。
実施例104
調整された改質燃料のＴ−90の温度は約260゜F−280゜Fまでの範囲、それはそれ以下である、99の実施例。
実施例105
MTBEが全部または一部を炭酸ジメチルと取り替えた、103−104の実施例。
オレフィンの限度はスモッグを減らす程度が望ましい。さらに、リード蒸気圧の限度は、例えば8.0,7.5,7.0,6.8,6.5,6.2,6.0,5.8,5.6psi以下であり、硫黄濃度は0.002wt％未満であり（硫黄を含まない組成物を含む）、ナフテンは７容量％未満（実施可能ならば、0.5％未満）が考えられる。
本発明を実施する場合に、ガソリン燃料としては大体ASTM D 4814および関連明細書、きれいな空気条例42 USC 7545 §211（ｋ）に基づくEPA（米国環境保護局）の単一および複合型改質ガソリン（RFG）明細書、42 USC 7525 §206に基づくEPA証明明細書、その他既存および将来規定される法律基準および産業基準に合致するものが挙げられる。
従って、出願人の組成物が現在および将来の全てのCAAおよび／またはEPA環境／放出基準、および組成および性能基準に合致する。
当該技術分野の者にとって関心のある放出物は揮発性有機化合物（VOC'S）であり、これは低い標高のオゾン形成に関与する。揮発性有機化合物は大抵蒸発性放出物から放出される。排出される揮発性有機化合物は揮発性有機化合物全体からみたら極めて僅かな割合を占める。
主要な放出物は毒性および窒素酸化物（NOx）放出物である。本発明の明細書においては、前記揮発性有機化合物、毒性、NOxおよび他の規定の放出物はEPAの定義に従って定義される。
しかし、最も重要な放出物は毒性放出物であり、これを本発明が従来の他の改質ガソリンより大量に大体５％以上も減らせることは思いがけないことである。これは予期せぬ開発である。例えば、1,3−ブタジエン（規定毒性）の濃度はオレフィンを減少させＴ−90の温度を低下させるとMTBEの存在下で増加することが判明した。さらに、ホルムアルデヒド排出物は芳香族が減らされおよび／またはMTBEが添加されると、実際に増加することが判明した。さらに、アセトアルデヒド放出物も芳香族が減らされると増加することが判明した。
例えば、MTBEの割合を０％から15容量％まで増加させると、ホルムアルデヒド放出物は26％増加した。芳香族を45％から20％に減らすと、1,3−ブタジエンは11％増加し、ホルムアルデヒドは23％増加し、アセトアルデヒドは19％増加した。
これは非常に残念である。なせならば、複合型の要件に合致するために精油業者は酸素化物を添加しなければ成らず、MTBEは精油業者に最も好まれるものであり、さらに彼らは芳香族放出物を減らすことが要求されている。従って、MTBEの存在下で芳香族およびまたはオレフィンを減らし、毒性放出物中の付随物の増加をなくす実質的な必要性がある。
残念ながら、MTBEの存在を必要とする現在の明細書では、燃料経済は苦しい。出願人は、ここに述べる方法でMMTを導入し、同時に終沸点および／またはＴ−90の温度を低下させると、思いがけず燃料経済が改善されることを発見した。
出願人はまたMMTの１ガロン当たり1/32g以上のMnを含むMMTを使用すると、MTBE濃度が2.0重量％以上のO2（例えば、2.7重量％のO2）の場合に、燃料経済は改善されることを発見した。
しかし、MTBEの重量当たりのO2の濃度が2.0％未満（例えば,1.0％）の場合に、１ガロン当たり1/32gのMnを含有しても、燃料経済は苦しいようである。出願人はこの現象はＴ−90温度に相関関係があることを発見した。
もしＴ−90温度が充分に低下されず（燃料の蒸発潜熱の平均が増加し）、および／または例えばDMCなどの別の強化ECS化学品が存在しないと、改質燃料中に1.0％−2.0重量％O2のMTBEおよびガロン当たり１−32gのMnを含むMMTの組み合わせは酸素化物を含まない基礎ガソリン（MMTを含むまたは含まない場合）に比べて燃料経済の損失に苦しむことになる。
従って、2.0重量％以上のO2濃度でMTBEを使用することは好ましい実施態様である。もしMMTが1/32g Mn/gal以下の使用量である場合は、Ｔ−90温度は320゜F未満に低下されるのが明らかに好ましく、300゜F、280゜Fが好ましい。
極めて思いがけないことに、出願人の発明を使用する場合、すなわち燃焼を改善し／温度を低下させるECS化合物の存在下で燃焼を改善するMnの量を使用しおよびまたはＴ−90の温度を低下させると、予期された燃料経済の低下は観察されない。これに反して、燃料経済は実際は増加する。毒性汚染物質の予想する増加も見られない。
出願人はさらに、MTBEの代わりにDMCを使用することおよび／またはDMCとMTBEとを組み合わせることにより、特に2.0重量％のO2濃度以上の場合、置換は思いがけない作用をしてさらに走行距離を伸ばし放出物を改善する。
従って、本発明の実施態様は芳香族含有量を減らしたガソリン、例えば５−35容量％の範囲の量に減らしたガソリンを使うことである。しかし、20％、15％以下の濃度がさらに好ましい。また、オレフィンの濃度を減らすと好ましく（例えば、５−10％の範囲、８％、６％、５％未満が好ましい）、このことはＴ−90の温度を低下させた（好ましくは、300゜Fから260゜F以下の範囲の）燃料留分の場合に言える。
このような炭化水素留分には燃焼改善量のMn、酸化処理済みのECS化合物、特にMTBE、ETBE、TAME、ジイソプロピルエーテル、エタノール、DMCおよび混合物を添加することが考えられ、これによって燃料の蒸発潜熱平均が880,900,910BTU/1b＠60゜Fを越え；燃焼の結果として燃料経済が改善され、NOx、炭化水素,1,3−ブタジエン、ホルムアルデヒド、および／またはアセトアルデヒドを含む毒性放出物を減らした。
出願人は、特に出願人の燃焼速度の速いガソリンが一定の圧縮比のエンジンに使用されるので、滑らかな操作をするためにMBTの点火早めを低下させるのが望ましいことを発見した。燃焼速度をさらに高めるために、点火早めをさらに低下させるのが好ましい。認められるMBTの点火早めの減少範囲は1.0％,1.5％,2.0％,2.5％,3.0％,3.5％,4.0％,4.5％,5.0％,5.5％,6.0％,6.5％,7.0％,7.5％,8％,8.5％,9％,9.5％,10％,10.5％,11.0％,11.5％,12.0％,12.5％,13％,13.5％から40.0％までである。0.5％2.0％,5.0％から10％までの減少はさらに望ましい。
出願人はまた、例えば、２重量％のO2濃度のDMCとMMTの１ガロン当たり1/16gのMnガソリン組成物を使用する場合に、燃焼速度を高め燃焼を延長したことによる最適圧縮比は8.5:1から約13.0:1までの範囲であることを発見した。この組み合わせに関して、さらに好ましい比は9.5:1から12.5:1までの範囲であり、11.5:1から12.5:1までの範囲はまあまあ好ましい程度である。圧縮比10.5:1は非常に満足のいくものであり、好ましいと見なされる。DMCと適当な濃度の金属からなるさらに高濃度のECS燃料は圧縮比が高くなる。
実施例106
2.0重量％の酸素を示すMTBEと１ガロン当たり1/32gのMnを含有するMMTから成る鉛の含まれないガソリンを混合し;MBT点火早めが約1.0％から2.5％まで遅らせられた（1.5％が好ましい）エンジンで前記燃料を燃焼させ；それによって前記エンジンの操作により熱効率および／または放出物が改善されることからなる新規なエンジン操作方法。
実施例107
2.0重量％の酸素を示すDCMと１ガロン当たり1/32gのMnを含有するMMTから成る鉛の含まれないガソリンを混合し;MBT点火早めが約2.0％から10％まで遅らせられた（8.5％が好ましい）エンジンで前記燃料を燃焼させ；それによって前記エンジンの操作により熱効率および／または放出物が改善されることからなる新規なエンジン操作方法。
実施例108
最大リード蒸気圧7.0psi;最大容量5.0％のオレフィン；最大容量20％の芳香族（好ましくは15％,10％以下）；最大0.8％のベンゼン（好ましくは、0.6％以下または含有せず）；最大100ppmの硫黄（好ましくは、50ppm以下または含有せず）;1.8％−2.2％、2.0％−2.7％の範囲のO2濃度または3.5重量％のO2濃度の炭酸ジメチル、MTBE、ETBE、エチル３級アミルエーテル、ジシプロピルエーテルまたはエタノール、または混合物;1ガロン当たり1/64−3/16gのMn（1/32gのMn/ガロンが好ましい）の環式マンガントリカルボニル化合物；最大Ｔ−90温度260゜F−280゜F以下；最大Ｔ−50温度約160゜F−230゜F（170゜F−205゜F）；ブロミン数20以下；蒸発潜熱平均910−930BTU/ガロン以上である、鉛を含まず、硫黄を含まない改質ガソリン組成物。
実施例109
燃料がきれいな空気条例の§211（１）および適当な条項に従う、灰分を含まない分散性、誘導抑制／沈澱抑制添加物を含有し；任意に例えばエキサノールなどの水溶性を増すための助溶剤を少量含有する、106−108の実施例。
実施例110
燃料のＴ−90温度が300゜F以下、好ましくは280゜F以下であり、Ｔ−50温度が2.0％−2.7％のMTBEを点火した後で170゜F以上で約200゜F未満であり、それによって気温の高い天候のドライブも支障がなく、燃料の蒸発潜熱が900btu/ガロン以上、さらに好ましくは905btu/ガロンであり、Mnの濃度が1/32g/ガロンであり、それによって前記燃料が燃焼してもOBD−II触媒酸素センサーは失敗しない、106−108の実施例。
実施例111
OBD−II排気ガス酸素センサーの失敗を避ける方法であって、目標ガソリンのＴ−90を低下させることにより、燃料の平均蒸発潜熱が充分に上昇し、燃焼温度を少なくとも15゜F以上低下させ、およびまたは平均燃焼速度を薄層ブンゼンバーナーで測定可能なほど速める；前記燃料を1.2％−2.7％重量のMTBEと混合することにより、組成物のＴ−50温度が少なくとも170゜F（好ましくは175゜F以上で210゜F未満、200゜F）である；エンジン中の前記燃料を燃焼させ、得られた排気物を期間を延長してODB−II触媒効率モニターを備えた三方排気触媒系を経て放出することにより、触媒洗浄被覆上のマンガンの析出が少なく、前記センサーを失敗させない程であるような、前記方法。
実施例112
前記燃料のＴ−90温度が約300゜Fであり、さらに好ましくは約280゜F以下であり、および／または燃焼速度の測定可能な上昇率が未調整燃料より少なくとも1.0％以上高い、111の方法。
実施例113
燃料が酸素化化合物を含まない、111−112の方法。
実施例114
エンジン・オペレーションが5,000マイル;20,000マイル;50,000マイル;75,000マイル；または100,000マイルの周期である、実施例113の方法。
実施例115
組成物の平均燃焼速度を室内で薄層ブンゼンバーナーで測定したとき46cm/秒より速く、48cm/秒、さらに好ましくは50cm/秒以上（ベンチマークとして57.2cm/秒でメタノール使用）である、106,107,108,110,111の実施例。
実施例116
燃焼室に注入された燃料の粒径が70μ未満、さらに好ましくは50μ未満である、106−107の実施例。
実施例117
注入された燃料粒子が約15−45psiの注入圧を有する、106−107の実施例。
実施例118
燃焼温度が、例えば、20指示馬力の負荷では、排気ガス温度は少なくとも10゜F−50゜F（またはそれ以上）低下し、それによって排気ガス入り口を入る平均排気ガス温度は1400゜F未満（または、触媒洗浄被膜の酸化マンガン被覆が認められるほどに発生しないような他の温度）となるように充分に低下する、106、107、111の実施例。
実施例119
温度の低下したエンジン排気ガスが排気放出物触媒を経て排出され、放出系に取り付けられた触媒のモニターが触媒酸素貯蔵容量の読み取りを誤って失敗しない、106、107の実施例。
実施例120
このような方法がきれいな空気条例の§211（ｋ）に基づくEPA放棄の資格を取る、106、107、108、110の実施例。
実施例121
最大リード蒸気圧8.0,7.0,6.5,または6.0psi;最大容量6.0％,5.0％のオレフィン；最大容量25％,20％の芳香族（好ましくは15％,10％以下）；最大0.8％のベンゼン（以下または含有せず）；最大40ppmの硫黄（それ以下または含有せず）;1.0−2.7重量％または3.5重量％の範囲の合計O2濃度の炭酸ジメチル、MTBE、ETBE、TAME、またはエタノール;1ガロン当たり1/64から3/16gのMn（1/32gのMn/ガロンが好ましい）の環式マンガン・トリカルボニル化合物；最大Ｔ−90温度300゜F,280゜F（好ましい）；最大Ｔ−50温度約170゜F−230゜F；最小（Ｒ＋Ｍ）/2オクタン87;ブロミン数20以下；蒸発潜熱平均60゜Fで900,910,920BTU/ガロン以上；加熱値は60゜Fで106,000btu/gal以上（さらに好ましくは、108,000,114,000btu/gal）であり；それによって1,3−ブタジエン、ホルムアルデヒドまたはアセトアルデヒド放出物の毒性放出物が減らされ、および／または燃料経済が改善される、硫黄を含まない炭化水素から成る、鉛を含まない燃料組成物から成る、低毒性燃料経済改良組成物。
実施例122
酸素化物が2.0重量％のMTBEであり、燃料の蒸発の平均潜熱が60゜Fで900BTU/gal＠以上であり、好ましくは950BTU/gal＠以上であり;MMT濃度が1/32g/galであり；組成物の平均熱値が60゜Fで106,000BTU/gal以上であり；室内条件での平均的な薄層燃焼速度が48cm/秒以上である、121の実施例。
実施例123
MMT濃度がガロン当たり1/32g以上のMnである、実施例122のMTBE組成物。
実施例124
酸素化物がDMCであり、MMTがガロン当たり1/32g以上のMnを含有する、上記実施例。
実施例125
リード蒸気圧が6.8,6.5,6.0,5.5psi以下である実施例108、121の組成物。
本発明を実施する場合に、規定の放出物を減らすという観点から、好ましいガソリン組成物として下記の仕様を有するものが挙げられるが、これに限定されるものではない：
0003660357.tif 000014
実施例126
上記表６の燃料ＢとＣについて、１）前記燃料は出願人の酸素化手段および２）燃焼改良量のマンガンを含有しており、３）前記燃料の貯蔵と燃焼室への分配の混合された蒸発性放出物および放出された大気中の燃焼放出物は、４）1995年には、前記燃料の揮発性有機化合物放出物と毒性空気汚染物質がきれいな空気条例の§211（ｋ）に定義されているような基準ガソリンより質量を基準にして15％も低いものであり、そして（５）2000年には前記燃料の揮発性有機化合物放出物と毒性空気汚染物質は質量を基準として前記基準ガソリンより25％も低いものとなる、前記燃料。
実施例127
燃料の最大リード蒸気圧8.0,7.0,6.5psi;最大容量8.0％,6.0％のオレフィン；最大容量20％−25％の芳香族；最大１％,0.8％のベンゼン（好ましくは、それ以下）；最大300−40ppmの硫黄（好ましくは、それ以下または含有せず）;2.0−2.7重量％の範囲または3.5重量％のO2濃度の炭酸ジメチル、１ガロン当たり1/64から3/16gのMn（1/32gのMn/ガロンが好ましい）の環式マンガン／トリカルボニル化合物または混合物；最大Ｔ−90温度300゜F−320゜F（好ましくは、280゜F以下）；好ましいＴ−50温度約170゜F−220゜F；最小蒸発潜熱900,905BTU/ガロン＠60゜F（好ましくは、920BTU/ガロン以上＠60゜F）;2.0重量％のO2を含む組成物の最小加熱値は60゜Fで106,000btu/gal;そして最小平均薄層燃焼速度は室内条件下で48cm/秒（50−52cm/秒以上が好ましい）である、鉛を含まず、硫黄を含有しない改質ガソリン組成物。
実施例128
組成物がさらにきれいな空気条例の§211（１）および関連の項／条例に従う析出抑制添加物を含有している、上記実施例。
実施例129
組成物が任意に水中安定性（水溶性）を確実にする少なくとも１つのC4−C6のアルコールまたは他の添加物を含有する、実施例127。
実施例130
燃料注入系が認められる圧力下で燃焼室へ燃料蒸気を注入し、平均蒸気粒径が60ミクロン未満であり、EGR系、搭載酸素センサーおよび注入センサーが使用され、燃料経済が少なくとも２％改善される、106、107、111の実施例。
実施例131
燃料注入系が最適圧力下で燃焼室へ燃料蒸気を注入し、平均蒸気粒径が10,20,30,または40であり、過給機、EGR系、搭載酸素センサーおよび注入センサーが同時に使用され、燃料経済が少なくとも２％改善される、106、107、111の実施例。
実施例132
燃焼室が乱流燃焼速度を高めるように設計されている、106、107、111の実施例。
実施例133
燃焼室が乱流燃焼速度を高めるように設計され、圧縮比が2.0:1−6.5:1;7.5:1,8.0:1,8.5:1,9.0:1,9.5:1;10.1,10.5:1,11.0:1であり、さらに好ましくは11.5:1である、106、107、111、127の実施例。
実施例133a
炭酸ジメチルが使用され、圧縮比が9.5:1から12.5:1までの範囲である、107、127の実施例。
実施例134
燃焼室が乱流燃焼速度を高めるように設計され、圧縮比が17:1以上である、106、107、111の実施例。
実施例135
燃焼系が放出物触媒を使用する規定の排気／放出抑制系と連結して作動する、106、107、111の実施例。
実施例136
少なくとも30％の米国自動車フリートが前記燃料で走行し、このような走行から放出された空気に含まれるマンガンの合計参照濃度は0.05μg/m3またはEPA基準を越えず、どちらでも低い方である、走行操作方法。
出願人のガソリン組成物は放出物の減少および以下の表７と８に示されるような組成物の特徴を明確に意図している。
0003660357.tif 000015
注１  §211（ｋ）（10）（Ｂ）で定義されている基準ガソリンからの減少である。
0003660357.tif 000016
注１  §211（ｋ）（10）（Ｂ）で定義されている基準ガソリンからの減少である。
注２  炭酸ジメチルの形で
注３  マンガン濃度は1/64から1/4g.Mn/gal
本発明を実施する場合に、改質ガス基準に合致するガソリン組成物を生成するとき、調合が必要となるかもしれない。特定の目標放出物を減らすのに最も大きな効果を持つさまざまな成分が調合できることが判明した：
揮発性有機化合物：リード蒸気圧、芳香族、硫黄
NOx:硫黄、芳香族、オレフィン；および
毒物：ベンゼン、芳香族、酸素。
本発明を実施する場合に、メチル基を有するECS酸素化物、例えばメタノール、炭酸ジメチル、MTBEおよびTAMEなどが、エチル基を有するもので例えばエタノール、ETBEなどより、特性放出物を減らす能力は僅かに優れているようである。
従来のまたは改質ガソリン燃料の生成において、リード蒸気圧を低下させることは揮発性有機化合物の放出物を減らすのに有意に効果がある。本発明を実施する場合に、得られた燃料組成物のリード蒸気圧を7.0,6.5,6.0,5.5,5.0,4.5psiまたはそれ以下に減少させるのが好ましい。
リード蒸気圧は蒸発性の揮発性有機化合物放出物の最も強力な予言者であり、リード蒸気圧の減少はEPA（米国環境保護局）により定義されるように、質量を基準として、蒸発性の揮発性有機化合物放出物を減少させる最上の手段であることを示している。例えば、リード蒸気圧が8.7psiから6.5psiへ低下すると、揮発性有機化合物放出物を約23％減少させ（質量を基準として）、毒性放出物を約４％減少させ、NOx放出物を約0.5％減少させる。
燃料中の酸素が増加すると毒性の放出が大幅に減る。酸素含有量の質量増加と毒性放出物の減少には直線的な関係があるようである。O2含有量の増加は毒性放出物を減少させる最も強力な予言者の一人であるようだ。例えば、O2が０％から3.5重量％へ増加すると、毒性放出物が約11％減少する。
改質燃料条例は、O2の濃度が2.7重量％以上の場合、特にMTBEは直接NOx放出物を増加させることを認めた。出願人は本発明を実施するに当たって、2.7重量％以上のO2濃度が予想されるNOxの増加を抑制できることをおもいがけずも発見した。これは図６に示されており、4.2％程のO2含有量を含む酸素化燃料（メタノール／エタノール−MEOH燃料）の燃焼速度を増加すると、燃焼速度が上昇するにつれてNOxの放出が実質的に減少したことを示している。この減少はまた燃焼温度の関数でもあるようである。例えば、図３は低い燃焼温度では,O2の濃度とは関係なくNOxの放出物は下降したことを示している。どちらかといえば、O2濃度が増すにつれて燃焼温度は益々低下するので、NOx放出物を減らす場合の出願人の発明の主要な成分であるようである。従って、少なくとも1.5重量％以上の酸素を使用して、1/31g/gal以上のMnを使って最適燃焼をさせることは、出願人の好ましい実施態様である。酸素濃度が1.5％−2.0％以下の場合は出願人の発明を最適化しない。
従って、本発明を実施する場合に、改質ガソリン（RFG）燃料に（現在の規定で許可されている濃度以上に）相当高い濃度のO2を含有させるとNOx、毒性放出物を減少させ、燃料経済の予想どおりの軽減をもたらし,NOx放出物の増加を抑えることなどが可能となる。
従って、本発明の実施態様は、2.0重量％、2.1％、2.7％、3.5％、4.0、または５％、６％以上のO2濃度を使用することである。
芳香族を減少させると、毒性放出物、VOC、NOx放出物の減少に大きな影響を与える。減少は直線状のようであり、毒性放出物は最も有意な影響を与えられ、毒物の減少はベンゼンの減少および／またはO2含有量の増加について経験した場合に類似している。例えば、芳香族は33容量％から約10％減少させると、毒性、NOx、VOCの放出物はそれぞれ約17％、７％、６％の減少を示す。
本発明の実施に当たり、望ましいRFG芳香族含有量は25％未満、20％が好ましく,18％から10％が特に好ましい。
しかし、既に述べたように、本発明の実施の場合に考えられるように低温の燃焼温度または燃焼温度を低下させて燃焼速度を高めると、芳香族の濃度が認められると思われる濃度以上に高いまたは規定で認められている濃度以上に高い場合の改質ガソリン燃料がなお芳香族に関連する毒性放出物および他の放出物を減少させている。
これらの減少は重要なことであり、予期しないことであり、標準的な改質ガソリン燃料の組成で他の方法で達成される減少より優れている。
従って、改質ガソリン燃料放出物基準に合致する場合に現在認められないと思われている濃度以上に高い濃度の芳香族がついに使用され、同時になお法律により課せられた性能および／または放出物基準を満たしている。
ベンゼンの濃度の減少は毒性放出物の減少に直接的に直線的に影響を与えると思われる。例えば、ベンゼンを1.5容量％から0.5容量％へ減少させると、毒性放出物を約17％減少させる。従って、ベンゼンの減少は、O2の増加の場合と同様、毒性放出物の減少を最も強力に予言するものであることを示す。好ましいベンゼン濃度は1.0容量％であり、最も好ましい濃度は０％に近づく。
しかし、芳香族と同様に現在の条例により許可されているより高いベンゼン濃度は本発明を実施する際に使用されるが、それでも改質ガソリン（RFG）の現在の組成明細書に基づいて他の方法で達成できる場合よりも、燃料毒性放出物および他の放出物をかなり減少させることができる。これはまたも思いがけないことであった。従って、RFG放出物基準に合致する場合に認められると現在思われる場合より高いベンゼン濃度がついに使用され、性能および／または放出基準に合致する。硫黄含有量の減少はNOx、毒性、およびVOC放出物の減少に直線的に影響を与える（それぞれの相対的％放出物減少である）。例えば、硫黄が340ppmから約50ppmへ減少すると、NOx放出物、毒性放出物、VOC放出物はそれぞれ約11.0％、8.5％、3.5％ずつ減少する。NOx放出物の減少は硫黄含有物の減少に大きな影響を受けるようである。本発明の実施において、40ppm未満の硫黄濃度が特に好ましい。硫黄含有量は30ppm以下（または硫黄を含有しない場合）がはるかに好ましい。また、本発明の操作は条例で現在許可されている以上の高い硫黄濃度でも環境に受け入れられるNOx、毒物、VOCを可能にする。
しかし、おおよそ200ppm以上の硫黄濃度は、本発明の燃焼速度を上昇させ、燃焼温度を低下させるので容認されるようであるが、これらの事態が硫黄のNOxおよび毒性放出物の悪い特徴を抑えると思われる。
オレフィン濃度が約9.5％以下に減少すると、NOxおよび毒性放出物が過度ではなく減少するが、揮発性有機化合物放出物は過度ではなく増加する。オレフィンが9.2％以上で9.5％まで増加すると揮発性有機化合物は過度ではなく減少するが、毒性放出物およびNOx放出物は過度ではなく増加する。従って、オレフィンの最適濃度は約9.2容量％−9.5容量％であると思われる。しかしながら、例えば、芳香族の濃度の減少による同じ放出物の減少と比べて、オレフィン濃度が9.2％−9.5％未満であるまたはそれ以上であることにより放出物が増加することは認められない。
従って、オレフィンの含有量が9.2容積％以下に減少することは、特に芳香族濃度が同時に減少する場合には、認められかつ望ましいことである。つまり、リード蒸気圧（RVP）または芳香族含有量の減少が揮発性有機化合物の増加を相殺する場合には、オレフィンの減少は9.2容積％以下が望ましい。その上、本発明の操作を軽減する燃焼温度の上昇はかなりこのような増加を相殺する。従って、規定の組成基準外であるが、同時に性能および放出要件に合致するオレフィン含有量が使用できる。
200゜Fで沸騰するE200温度またはその蒸留の留分を低下させると、確かに揮発性有機化合物および毒性放出物を減少させる。つまり、E200温度が低下するにつれて、または燃料の蒸留留分の分別が約41％以上に増加するにつれて、揮発性有機化合物および毒性放出物の減少が見られた。しかしながら、NOx放出物の増加も観察された。E200留分が例えば、42％から60％へ増加すると、揮発性有機化合物および毒性放出物は約3.0％−4.0％減少するが、NOx放出物は約2.0％増加する。しかし、このような放出物の有意な減少はそれでもやはりこのような変更とは関係なく発生する。
出願者は、余りに高温過ぎるE200留分（低すぎるＴ−50温度に言い換えられる）は、Ｔ−50留分が170゜Fより低い場合で、特にO2の含有量が1.0％、2.0％以上の場合に暖かい気候での運動能力が損なわれるので、欠点があると考えている。このように運転能力が損なわれるのは、例えば、エンジンの再始動などに難点があるので、他の方法では達成された少々の減少よりもさらに有害な放出物を生成することになる。従って、本発明の実施態様は、実施の際に出願人のＴ−50温度を170゜F,175゜F,180゜F,185゜F,190゜F以上に構成することである。
E300留分が留分の84％から95％に増加すると、揮発性有機化合物およびNOx放出物はそれぞれわずか約2.0％および0.5％減少する。毒性の放出物は約1.5％増加する。少量の増加はほとんど費用に影響を与えないと思われる。
しかし、出願人の燃焼改善温度低下手段の操作で、このような毒物の増加は軽減され、蒸発燃料の平均潜熱を上昇させる利点はMMTを増加させることである。
本発明の実施において、主成分のRFG改質ガソリン組成物はいくつかの事項を勘案して調合されるべきであることは明確に考えられている。例えば、実質的に全ての多核芳香族、全てのC10＋芳香族、例えばナフタリン、ピレン、およびアントラセンなどを除去するように調合される。1,3−ブタジエンなどのよく知られている成分の毒素を除去するように調合される。この組成物はまた低燃焼速度物質、低蒸発潜熱、および／または低比熱成分を減少するように調合される。この実施例は、出願人の発明の他の燃料にも実施できるが、例えば、Jet Aviation、NO.2およびNO.6燃料油が挙げられる。
飛行機のガソリン、改質ガソリンを含む鉛のないガソリンについて、出願人のの最も好ましいマンガン濃度の範囲は、ガロン当たり約1/32g以上、1/16gから約3/8g Mn/galまでである。マンガン濃度の1/32grMn/galが、マンガンの１グラム当たりのコストに対する最高の耐ノック値の一つを表すものとしては特に好ましい。しかし、このマンガンの濃度は、酸素化処理されたECS化合物が特に２重量％を越える酸素濃度で使用される場合には、環境に認められる濃度の下限である。
ECS酸素化化合物を使わないが、改良された噴霧化などの機械的手段および／またはＴ−90温度を低下（および／または芳香族を減少）させた燃焼温度低下ガソリンを使用すると、ガロン当たり1/32gのマンガンは炭化水素放出物を抑制する場合に容認される。
本発明の現在の実施例では、ECS燃料をガソリン助燃料と組み合わせて少量使用することを考えているが、進歩した応用例では、ガソリンの大部分にECSを使用することおよび／または適度に使用することが考えられている。従って、実施態様は大部分を占める量の炭酸ジメチル、燃焼改良量のCMT、および少量のガソリン助燃料を含有する組成物を使用する。
出願人のガソリンおよび他の助燃料は、環境上の可能な程度まで、例えばシクロペンタジエニル・ニッケル・ニトロシル、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ−メチルアニリンなどの他の薬剤の抗ノック量を追加または選択的に含有することができる。周知の抗ノック促進剤が使用できる。2.4ペンタンジオンも添加できる。
燃料は分散剤、洗剤、乳化剤、金属不活性化剤、芳香族アミン、補足的なバルブおよびバルブシール用くぼみ保護剤を含有すべきである。このような添加剤の非限定的な例としては、酸化ほう素、酸化ビスマス、セラミック結合CaF2、燐酸鉄、燐酸トリクジル、ナトリウムを主成分とした添加剤などが挙げられる。
燃料には抗酸化剤も含まれるが、発明の範囲を限定しない例として、2,6ジ−第三−ブチルフェノール;2,4,6−トリ−第三−ブチルフェノール;4−メチル−2,6ジ−第三−ブチルフェノール;2−第三−ブチルフェノールおよびその混合物;2,6−ジ−第三−ブチル−ｐ−クレゾール；および例えば、Ｎ−N'−ジ−第二−ブチル−ｐ−フェニレンジアミンなどのフェニレンジアミン;N−イソプロピルフェニレンジアミン；およびN,N'−ジサリチリデン−１、２−プロパンジアミン；および第三ブチル化フェノールの混合物、および／または芳香族アミン抗酸化剤、およびその混合物が挙げられる。
燃料には析出抑制添加物が含まれるが、発明の範囲を限定しない実施例としては、ポリエーテルアミン、ポリアルケニル琥珀酸イミド、またはポリアルケニル琥珀酸イミド、例えばポリブテン・アルコールなどの炭酸ハイドロカルビル、ポリブテン・クロロフォルメート、ミネラルまたは他の担体で生成されたポリブテンアミン、ポリエーテル担体で改質されたポリイソブチレンアミン、および１成分ポリエーテルアミンなどが挙げられる。他にもいくつかが明細書の他の箇所に記載されているが、ガソリンおよび他の助燃料に使用することも考えられる。上記薬剤および他の添加物はガソリンにも使用されることが考えられる。燃料は１種類以上の灰分のない洗剤も含有できるが、発明の範囲を限定しない例として、ポリエーテルアミン、ポリアルケニルアミン、アルケニル琥珀酸イミド、ポリエーテルアミドアミンなどが挙げられる。燃料は、例えばF310、ポリブテンアミン、アミン化または重合化洗剤などの添加物も含有できる。
燃料はまた散逸静電気添加剤も含有できる。出願人の発明を実施する場合に、そのECS燃料は静電気の心配をある程度減少させる傾向があると考えられる。燃料は腐食防止剤なども含有できる。
燃料の基剤は正常なガソリン燃料の範囲以外で沸騰する炭化水素を含有できるが、これは容認できるガソリン範囲に修正される。
航空ガソリン
本発明は、また、航空ガソリン補助燃料用途も考えられ、得られる燃料は、ASTM D910規格に見合い（表９参照）、特に、鉛を含まないものに見合う。しかし、より好ましくはない航空ガソリンは鉛を含有してもよいものの、本出願人の発明のその他の実施態様とは異なり、本出願人の好ましい実施態様は、鉛を含まない。
本出願人の発明は、ASTM標準に従わない用途も含め、民事および軍事用途の航空ガソリンにおいて、広範な用途が考えられる。かくして、表９は、大部分のタイプの火花点火航空エンジンに適当な航空ガソリンに限ることを意図するものであるが、しかし、使用される装置または条件によっては、その他の特性を有する燃料を必要とするかも知れない。
本出願人の発明の主要な利点は、それが所定量の燃料から利用可能な熱効率または有効量の仕事を根本的に改良することである。2.0％、5.0％、7.5％、10.0％以上の増大もまれではない。かくして、本出願人の発明を使用する航空ガソリン原動航空機の飛行範囲は、用途に応じて、２％〜30％以上も拡大されるはずである。
本発明によって考えられる航空ガソリンの３つの主要な等級は、ASTM標準に合致し、等級80、等級100および等級100LLが挙げられる。
等級100および等級100LLは、アンチノック性が同一であるが、最高鉛含量および色の異なる２つの航空ガソリンを表す。この色は、鉛に対する許容度の低いエンジンについての識別を与える。
等級の表示は、単に、各等級についてのオクタン等級を示すものであるが、各等級は、最小燃費混合物の航空等級および最大リッチな混合物の過給等級に合致する必要がある。
0003660357.tif 000017
0003660357.tif 000018
0003660357.tif 000019
0003660357.tif 000020
これらの抑制剤は、総濃度が（溶剤の重量を含めず）抑制剤4.2lb/1000bbl（42gal）を上回らない合計濃度で、別個にまたは組み合わせて、ガソリンに添加することができる。
航空ガソリンは、この規格書に記載したもの以外に、粗製の石油から誘導される精製炭化水素、天然ガソリン、または、それらの合成炭化炭化水素類もしくは芳香族炭化水素類またはこの双方とのブレンドからなる。
表９に記載した四エチル鉛、染料および抗酸化剤以外の添加物も、ASTM規格D910の5.1章第７節の下に許容される。これらとしては、燃料システム着氷防止剤および特殊目的の添加剤が挙げられる。
ASTM規格D4171（Note1）の要件に適合するエチレングリコールモノメチルエーテル（ETME）は、濃度0.10〜0.15体積％で使用することができる。１−エチレングリコールモノメチルエーテルおよびイソプロピルアルコールならびにASTM規格D4171に記載された適当な品質のジエチレングリコールモノメチルエーテルも、また、使用することができる。
本発明の実施で考えられる航空ガソリンの例およびそれらの要件は、表９に記載されている。
本発明の航空ガソリンは、水、沈降物および懸濁物質を含まないと考えられる。燃料の臭いは、吐き気を催したり、刺激性であってはならない。
自動車用途と同様に、ノック（Knock）は、本出願人の発明のこの態様においては、回避される必要がある。火花点火エンジンのシリンダー内の燃料空気混合物は、ある種の条件下で、火花によらず局所領域で自然に発火する。これは、通常、航空機エンジン内で聞き取れない異常爆発またはノックを生ずる。このノックは、少しでも長い時間継続する場合には、出力の大きな損失または航空機エンジンの損傷または破壊を招く。航空ガソリンが他のタイプの航空エンジン、例えば、エンジン製造者によって特に許容されているある種のタービンエンジンに使用される時には、ノックまたは異常爆発特性は、重要な要件ではないかも知れない。このように、本出願人の航空ガソリンは、アンチノック等級に鋭敏であり、十分な注意を払う必要がある。
本出願人の発明は、ハイフン（−）または場合によってはスラッシュ（／）により分離した２つの数によって特定される等級を航空ガソリンに適用する。第１の数は、“希薄な混合物等級（Lean mixture rating）”と称し、第２の数は、“リッチな混合物等級（rich mixture rating）”と称する。この規格は、以下のように、80−87、100−130、および、100−130LLの３つの等級の航空ガソリンを記載する。100未満の数は、オクタン価であり、他方、100より高い数は、出力価である。100では、オクタン価も出力価も等しい。末尾のLLは、希薄なおよびリッチな混合物等級が同一の第２の等級より少ない四エチル鉛を含有する等級を記載する。希薄な混合物等級は、リッチな混合物等級と合わさって、経済速度（希薄な）および離陸（リッチな）条件下でのフルスケールのエンジンで得られるノック限界出力の量に対するガイドとして使用することができる。
イソプロピルアルコール（IPA）が燃料システム着氷防止剤として等級100航空ガソリンに添加される時、燃料のアンチノック等級は、有意に低くなることが観測された。イソプロピルアルコールは、通常、使用の時点で領域内に添加されるので、オペレータは、アルコール−燃料ブレンドについての出力価が規格の最低値に合致しないように注意する必要がある。１体積％のIPAの添加に伴う典型的な出力価の低下は、希薄等級について約0.5出力価であり、リッチな等級について３−3.5出力価であった。かくして、等級100航空ガソリンは、製造時点でのノック試験エンジンにおける等級が100/130出力価であっても、1.0％のアルコールを添加すると、99.5/127出力価となる。３体積％では、希薄およびリッチ等級については、低下は、それぞれ、約1.5および7.5出力価である。このようなIPA添加剤の適用は、オクタン等級を増大させることができる。
鉛の使用は、本出願人の発明の実施においては、可能な限り少なくし、使用しないことである。
本出願人の発明の航空ガソリンは、最低燃焼総熱量18,720最低BTU/lbを含む。本出願人は、出力発生を高める目的においては、18,000BTU/lbより大きい熱が特に有利であり、本出願人の発明の性質および厳格なASTM標準をあたえるが、より低い熱量も許容可能であり、用途によっては、より望ましいことを発見した。
多くの火花引火航空エンジンにおいて、ガソリンは、キャブレターを介して、液体の形で計量され、キャブレター内で、空気と混合され、過給器に入る前に気化され、それより、燃料−空気混合物は、エンジンのシリンダー内に入る。他のタイプのエンジンにおいては、燃料は、過給器もしくはシリンダーまたは燃焼器に直接計量される。揮発性、液体よりガス状の状態に蒸発または変化しやすいことは、航空燃料の極めて重要な特性である。上記した噴霧原理をここで適用することが好ましい。
本出願人の航空ガソリンの好ましい最高蒸気圧は、7psi（kPa）より高くてはならない。
本出願人の航空ガソリンの蒸留比は、一般にASTM標準に適合する。最高値は、始動の容易さおよびウオームアップの間の妥当な柔軟性を確保するために、10％蒸発点に対して、167゜Fに設定される。キャブレターの着氷またはペーパーロックあるいはその両方を生ずる高揮発性となり過ぎないように、10および50％蒸発点の合計に対して、最低値307゜Fが必要とされる。
Ｔ−90に対する最低値167゜Fは、間接的に、比重を、したがって、キャブレター計量特性を制御すると考えられる。
しかし、この要件内での沸点の改良が考えられ、Ｔ−90の温度低下は、燃焼特性を改良し、および／または、燃焼速度を速めること特に考慮するものである。
実施例  137
最低オクタン価または出力価87または130の炭化水素基体、Ｔ−10＋Ｔ−50画分の合計が307゜Fであり、Ｔ−40の温度が167゜Fであり、Ｔ−90の温度が250゜F未満であり、燃料硫黄含量が最高0.05重量％（好ましくは、未満）である蒸留画分、および、燃焼改良量のジメチルカーボネートを含む航空ガソリン。
実施例138
実施例137の例であり、航空ガソリン組成物が鉛を含まず、炭化水素類、範囲0.001〜1.00gr.Mn/gal,0.001〜5.0gr.Mn/gal、0.001〜0.25gr.mn/gal、0.001〜0.125gr mn/gal（および0.25gr mn/galより多い量）の燃焼改良量のCMT、範囲0.01重量％〜20.0重量％O2の燃焼改良量のDMCのブレンドを含み、それにより、ASTM D2700によって決定されるオクタン等級数が100であり、燃料の規格の残りが厳密なASTM標準に適合する例。
実施例  139
実施例137の鉛を含まない組成物であり、CMTが、1/16、1/8、1/4、1/2または5/8グラムMn/galより大であり、燃焼改良量のDMCが、1.0重量％O2より大、好ましくは、1.5重量％より大であり、組成物の最低総燃焼熱がほぼ18,500BTU/lb、18,720、18,800BTU/lbであるか、または、さらに好ましくは、19,000BTU/lbより大である組成物。
実施例  140
実施例137の鉛を含まない組成物であり、CMTが、1/16、1/8/、1/4、1/2または5/8グラムMn/galより大であり、燃焼改良量のDMCが、1.0重量％O2より大であり、好ましくは、1.5重量％より大であり、総燃焼熱が、ほぼ16,500〜18,500BTU/lbであり、飛行範囲が、生の燃料よりも少なくとも５％増大する組成物。
実施例  141
航空ガソリン動力航空機を運転する方法であって、該方法が、実施例137の燃料を混合し、前記燃料を注入または気化システムに供給し、前記燃料がエンジンマニフォールドまたは燃焼室に注入され、平均燃料液滴粒子が、60ミクロン未満であり、それによって、前記燃料の燃焼が、出力において熱または燃焼効率2.0％以上増大することを特徴とする方法。
実施例  142
実施例141の方法であり、燃料が、燃焼温度が少なくとも25゜F低下するようなDMCを使用して構成され、それによって、熱効率が５％〜10％改良され、および／または、航空ガソリンエンジンの運転寿命が少なくとも5.0％伸びる方法。
実施例  143
実施例147−140の例であり、燃料が、追加的に、最終沸点300゜F未満を有し、または、これとは別に、Ｔ−90温度が250゜F未満であり、および／または、平均潜在気化熱が、基体燃料よりも少なくとも2.0％、好ましくは、5.0％以上増大する例。
実施例  144
実施例144の例であり、燃料が、追加的に、1/64、1/32、1/16、1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、1gr.Mn/gal（好ましい濃度は1/4グラムMnより大である）の燃料組成物で表される燃焼改良量のCMTを含有する例。
実施例  145
実施例137−145の例であり、燃料が鉛を含まない例。
実施例  146
実施例137−146の例であり、燃料の芳香族含量が、20体積％未満であり、ベンゼンが、1.0体積％未満である例。
実施例  147
実施例141−142の例であり、燃料が燃料注入またはマニフォールド、および／または、その他の手段を備えた火花引火内燃エンジンで燃焼され、平均で70ミクロン以下の燃料粒子が、燃焼室に送られ／注入され、前記燃焼が、海抜5,000〜10,000フィートレベル以上で発生し、燃焼効率が、少なくとも5.0％増大する例。
本発明の実施において、銅ストリップ腐蝕試験ナンバーNo.1以下は、燃料システムの金属部分の腐蝕を避けるために好ましい。
最高凍結点は、極低温での炭化水素成分の凝固を防止し、したがって、エンジンへの燃料流を妨害しないように、−72゜Fを上回ってはならない。上記記載したものを含め、添加剤は、この要件に合致するのを補助するために使用することができる。
本出願人の航空ガソリン燃料は、種々の気候条件の下、様々な期間貯蔵した後でも使用可能である必要がある。潜在ガム試験は、加速された酸化法であり、貯蔵中の燃料安定性と酸化防止剤の有効度を評価するために使用される。燃料が比較的温和な条件下短期間貯蔵される場合には、ASTM D873を使用して酸化時間５時間で、6.0mg/100ml以下の結果が好ましいと考えられる。
他方、16時間では、同様またはより良好な結果が得られ、長期間および苛酷な条件、例えば、熱帯気候での貯蔵に対して、安定性を保証するのに望ましい。
上記したタイプの抗酸化剤は、本発明の実施において、貯蔵の間、燃料中にガムが形成するのを防止するために使用される。燃料の見かけの酸化安定性によって決定される所定の防止剤の有効性は、ガソリン航空エンジンにおける使用に対してその適合性を完全には確立されていない。酸化防止剤は、過剰の誘導システム付着物を生ずることが判明した。したがって、それらの使用に対する許容性は、最終的には、フルスケールの航空機エンジンにおいて決定される必要がある。
ASTM D910規格には、無数の防止剤および許容される最高量が示されている。
低沸点の芳香族類は、航空ガソリンの一般的な成分であり、航空ガソリンの他の成分よりもエラストマーに悪影響を及ぼす度合いが大きいことが知られている。かくして、その他の燃料の場合のように、芳香族含量を制限することが好ましい。好ましいことに、ベンゼンは、最高凍結点−72゜F（−58℃）によって実質上除外され、他方、他の芳香族類は、最低発熱量および最高蒸留終点によって制限される。かくして、発熱量は、トルエンを約24％に制限する。キシレンは、幾分高い発熱量を有し、したがって、幾分高い芳香族濃度が許容される。しかし、それらの沸点（280゜Fまたは138℃より高い）は、それらの含量を10％以下のレベルに制限する。しかし、実際には、芳香族レベルを25体積％未満に制限することがなお好ましく、20％以下がさらに好ましい。
実施例  148
ASTM  D910規格に見合う上記実施例と、燃焼改良量のジメチルカーボネートと、濃度約0.001グラム〜約0.125gr/galのCMTとを有する航空ガソリン。
実施例  149
ASTM D910規格に見合う航空ガソリンと火花点火航空ガソリンとの組み合わせにおいて、前記組み合わせが、前記燃料が燃焼改良量のジメチルカーボネートと濃度約0.001グラム〜約1.00grs Mn/perガロンの濃度の少なくとも１つのCMT化合物とを含有し、前記燃料の燃焼が、改良エンジン熱効率2.0％以上を生ずることを特徴とする組み合わせ。
燃料油
本発明は、補助燃料および生成燃料としての広範な範囲の燃料油の使用を考えており、例えば、バーナー用の燃料、燃料油（fuel oils）、ファーネスオイル（furnece oils）、石油（petrroleum）および石油（petroleum oils）、ならびに、ASTM D396標準に見合う燃料油、および／または、種々の気候および運転条件下の種々のタイプの燃料油燃焼装置に使用することを意図した燃料が挙げられる。例としては、ASTM等級１〜５が挙げられるが、これらに限定するものではない。
本出願人の燃料油を使用する燃焼システムの意図する用途としては、直接および間接の熱伝達システム類、例えば、ヒータ、超加熱ヒータ（super heaters）、ボイラー、気化器、リホーマー、ドライヤー、キルン、ロースター（roasters）、焼却炉、および、熱伝達器が挙げられる。
これらの製造に使用される方法により、燃料油は、２つの広範な分類：蒸留物および残留物に入る。蒸留物は、オバーヘッド（overhead）または蒸留画分からなる。残留物は、蒸留の残りの残油、または、これら残油の蒸留物とのブレンドである。この規格において、等級No.1およびNo.2は、蒸留物であり、等級No.4〜No.6は、通常、残留物であるが、若干の重質蒸留物は、等級No.4として販売することもできる。
等級No.1は、油が加熱された表面との接触または放射線によって蒸気に変換される気化タイプのバーナー類に使用することを意図した軽質の蒸留物である。蒸発が最小量の残渣を残して進行することを保証するには、高揮発性が要求される。
等級No.2は、等級No.1よりも重質の蒸留物である。それは、油を燃焼室に噴霧して、そこで、微細な液滴が懸濁したまま燃焼する噴霧タイプのバーナーに使用することを意図したものである。この等級の油は、大部分の家庭用バーナーおよび多くの中程度の容量の商業用−工業用バーナーで使用され、その取り扱いの容易さおよび容易な使用性は、残留物燃料に較べて高コストであっても容認されることもある。
等級No.4（軽質）は、規格粘度範囲に見合う重質蒸留物燃料または蒸留物／残留物燃料のブレンドである。それは、より高コストの蒸留物を必要としない加圧噴霧商業−工業用バーナーおよびより高粘度の油を噴霧するための装置を備えたバーナーの双方に使用することを意図したものである。その許容可能な粘度範囲は、比較的低い貯蔵温度でそれをポンプ輸送および噴霧することを可能とする。等級No.4は、通常は、重質の蒸留物／残留物燃料ブレンドであるが、規格粘度範囲に見合う重質の蒸留物燃料であってもよい。それは、家庭用バーナーが取り扱うよりもより高粘度の油を噴霧する装置を備えたバーナーで使用することを意図したものである。その許容可能な粘度範囲は、比較的低い貯蔵温度でそれをポンプ輸送および噴霧可能とする。かくして、極めて寒冷な気候を除いて、全て、それは、取り扱いのための予熱を必要としない。
等級No.5（軽質）は、等級No.4よりもより粘稠な予熱なしでも取り扱うことのできるバーナー用の中程度の粘度の残留物燃料である。燃焼用の装置のタイプおよび取り扱いのためのより寒冷な気候によっては、予熱することが必要とされる。
等級No.5（重質）は、等級No.5（軽質）よりもより粘稠な残留物燃料であり、同様の施設に使用することを意図したものである。燃焼用の装置のタイプおよび取り扱いのためのより寒冷な気候によっては、予熱を必要とするかも知れない。等級No.6は、バンカーＣ（Bunker C）と称されることもあり、大部分商業および工業用加熱に使用される高粘度の油である。それは、ポンプ輸送可能とするために貯蔵タンク内での予熱の必要があり、噴霧可能とするためにバーナーで追加の予熱を必要とする。この燃料を取り扱うためには、特別の装置およびメインテナンスが必要とされ、通常、小さな装置では行いえない。
本発明は、種々の硫黄含量を有する広範は範囲の残留物燃料油を考慮するものである。本出願人の燃料油は、最低限の法的硫黄規制に見合うと考えられる。とにかく、低硫黄燃料がより好ましく、特に、0.50％質量（mass）またはそれより低いものが特に好ましい。等級１に対しては、ASTM試験法D1266が使用できるが、硫黄含量0.4質量％以下（0.01％までダウンする）を有する試料でのみ使用できる。本出願人は、好ましい低硫黄含量が実用的でない場合が多いことを承知しているが、にもかかわらず、好ましい。特に、硫黄の腐蝕およびその他の有害な寄与は、実質的に、本出願人の発明の加速された燃焼速度および低下された燃焼温度において和らげられるので、より高い硫黄濃度も許容可能である。
本出願人の燃料は、また、粘度が変動する。最小動粘度は、それぞれ、等級No.1、No.2、No.4（軽質）およびNo.4に対して40℃で測定して、1.3、1.9、1.9および5.5（mm2/s）未満であることが好ましい。これらの好ましい最大粘度は、それぞれ、2.1、3.4、5.5および24.0である。No.1およびNo.2等級に対する粘度限界は、重力流（gravity flow）装置で均一な燃料流を維持するのを特に補助し、家庭用バーナーの小さなノズルを介して満足に足る噴霧および一定の流速を生ずるものである。
同様に、最小動粘度は、それぞれ、等級No.5（軽質）、No.5（重質）およびNo.6に対して、100℃で測定して、5.0、9.0および15.0（mm3/s）である。これらの好ましい最大粘度は、それぞれ、8.9、14.9および50.0である。工業用およびバンカー燃料油（bunker fuel oils）のより重質の等級に対しては、粘度は、非常に重要であり、それらをバーナーにポンプ輸送し、良好な噴霧を生ずるために、適当な予熱設備が設けられる。しかし、既存の条件下での最大粘度が油を貯蔵タンクより予熱器に満足にポンプ輸送できることが等しく重要である。
本出願人の発明の実施において、燃料油は、均一な炭化水素油であり、無機酸を含まず、過剰量の固体または繊維質の異物を含んではならない。
上記種々の等級の得られる燃料油は、一般に、表10に適合する。しかし、燃焼を改良する改質が特に考えられる。
本出願人の発明の実施において、等級No.1、No.2、No.4（軽質）,No.4、No.5（軽質）、No.5（重質）、No.6に対する最低引火点は、それぞれ、38℃、38℃、38℃、55℃、55℃、55℃、60℃である。しかし、より低い引火点を特に考慮するものである。
本出願人の燃料油についての流動点の実際は、本出願人のその他のより重質の燃料と同様である。等級No.1、No.2、No.4（軽質）,No.4の流動点温度は、それぞれ、−18℃，−６℃，−６℃および−６℃であるのが好ましい。
本出願人の燃料油は、バーナー機構のトラブル、流動障害および腐蝕を回避するために、可能な限り、水および沈降物を含まないのが好ましい。本出願人のガスタービン燃料の実際は、必要とあらば、燃料油貯蔵および／または取り扱いの同様な問題に対処することを考慮するものである。
ASTM D524の方法を使用しての本出願人の炭素残渣は、燃料が空気不足雰囲気中で気化される気化バーナー、例えば、ポットタイプおよびスリーブタイプのバーナーに付着物を生ずる燃料を避けるために、No.1燃料油に対して0.15％質量を越えてはならず、No.2燃料油に対して0.35％質量を越えてはならない。
ASTM D482によって測定される灰分は、バーナーポンプ、バルブの高摩耗、ボイラー加熱表面の付着物を少なくするために、等級No.4（軽質）、No.4、No.5（軽質）およびNo.5（重質）に対して、それぞれ、0.05、0.10、0.15％最大を上回らないのが好ましい。本出願人の発明の燃焼温度がより低いことは、灰分形成を一定程度少なくするのに役立つ。
燃料油の沸点の改質は、本発明の明確な実施態様である。Ｔ−90温度が、実際に低いが、最低要求される規格温度以下ではないことが特に考慮されている。例えば、Ｔ−90温度は、最高ASTM規格温度より20℃低くともよい。等級No.2の燃料油の場合のように、Ｔ−90が282℃以下に低下しない限り、50℃の低下もまた好ましい。一般に、Ｔ−10もしくはＴ−50低下にも、Ｔ−90低下にも（No.2燃料以外）、燃料が容易に気化され、特に、気化タイプのバーナーにおいて、効率よく作動する限り、制限は存在しない。
等級No.2加熱油に対する最低Ｔ−90温度制限は、噴霧タイプの家庭用加熱バーナー用途との両立性を維持することを意図したものである。これとは別に、等級No.4、No.5およびNo.6の燃料油に対しては、蒸留制限は、特になく、Ｔ−90温度は、燃焼を改良し、および／または、汚染物質を少なくするために、実際、ある程度低くするのがよい。
実施例  150
No.2燃料油であり、40℃で測定して1.9以上3.4（mm2/s）以下の動粘度を有し、最低Ｔ−90温度282℃、最高Ｔ−90温度338℃、最高硫黄含量0.05％質量、最高銅ストリップ等級No.3、燃焼改良量のECS化合物を含む燃料油。
実施例  151
No.6の燃料油であり、ASTM D445を使用して100℃で測定して15.0以上50.0（mm3/s）以下の動粘度を有し、燃焼改良量のECS化合物を含む燃料油。
実施例  152
実施例150−151の例であり、沸点改質剤を使用して、最終沸点および／またはＴ−90画分温度が少なくとも30℃低い例。
実施例  153
実施例150−152の例であり、ECS化合物、好ましくは、ジメチルカーボネートが濃度範囲0.01〜30酸素重量％燃料の量添加されている例。
実施例  154
実施例150−151の例であり、燃料が燃焼改良量のCMTを含有する例。
実施例  155
実施例151−153の例であり、燃料平均潜在気化熱が、沸点改質および／またはECS成分の添加前よりも、少なくとも0.5％〜1.5％大きい例。
本出願人は、窒素酸化物放出規制が燃料窒素含量の相関的要素としてある種の燃焼設備について課せられていることを承知している。これらの規制のために、蒸留物燃料、低窒素残留物燃料および高窒素残留物燃料がそれらの窒素含量によって定義されている。装置は、使用される燃料の分類に従い種々の放出標準に見合うことが要求される。規制がこのような識別がなされることを要求する時には、燃料窒素規格は、購入者と供給元との間の契約合意において必要とされる。
本出願人の発明の実施において、上記した理由により、NOx放出量は、有意な燃料改質剤が存在しなくとも、1.0％、2.0％、5.0％、8.0％、10.0％（および場合によってはそれよりも大きい）オーダーで非常に低減される。実際の燃料油において、これは、有意な達成である。
本出願人の燃料油の実際において、燃焼効率は、CO2に燃焼される燃料中の炭素の％であり、非調整燃料よりもかなり高い。例えば、予想される燃焼効率の増大は、1.0％〜15％であり、一般に、2.0％〜10％である。
本出願人の燃料油化学の性質により、実施例で使用される炉は、適当な滞留時間または熱放出速度を有することが好ましい。好ましいバーナーとしては、熱放出速度10,000,000BTU/ft3−hrを有する完全な炎包絡線（flameenvelopes）を有するより高性能のバーナーが挙げられる。
バーナーが許容可能なスワール数（swirl numbers）を有することも考慮されており、このスワール数は、乱流の定量的な指標である。これとは別に、バーナーを介してのウインド−ボックスより炉への空気供給の良好な圧力降下等も、乱流を測定する許容可能な手段である。
かくして、本発明の適用において、バーナーが10〜30インチH2Oの範囲の圧力降下を有することが好ましい。より大きい圧力降下も許容可能である。
記載したように、噴霧化は、本発明の好ましい実施である。
実施例  156
ターンダウン比（turndown ratio）3:1もしくはそれ以上を有し、機械的、蒸気または圧縮空気による燃料噴霧化手段を有し、噴霧化が圧力900psi以下で生ずる（より低い圧力も考えられる）高性能バーナー。
実施例  157
熱放出速度10,000,000BTU/ft3−hrを有する完全な炎包絡線を有する、実施例156のより高性能のバーナー。
実施例  158
実施例156−157の例であり、バーナーが50％を上回る過剰の空気用に設計されていない高スワールバーナー。
実施例  159
実施例156−157の例であり、バーナーが低スワール高過剰空気バーナーである例。
実施例  160
実施例156−159のバーナーであり、前記バーナーが圧力降下範囲10〜30インチH2Oまたはそれ以上を有するバーナー。
実施例  161
実施例156−159の例であり、燃焼が、燃焼包絡線が完了した後、第２の空気が燃焼生成物と混合されるように発生する例。
実施例  162
上記実施例156−159を含めて、ECS基体No.6燃料を含有する炉の運転であり、生成する未燃焼のカーボンの粒状物が、0.1lb/106Btu以下である運転。
実施例  163
燃焼改良量のジメチルカーボネートおよび燃焼改良金属化合物を含有するASTM等級燃料油を使用する炉における実施例159−162の運転であり、予想される炉の燃焼効率が少なくとも1.0％〜20％の範囲増大する運転。
本出願人は、自身の発明が石炭の流動化された燃焼をも考慮していることを強調する。例えば、マイナス10メッシュの石炭を使用する燃焼器は、汚染物質の同様の低下および燃焼効率の改良を経験する。
同様に、重質デイーゼル機関車および船舶用途の場合には、本発明は、特別の意義を有する。例えば、本出願人の機関車および船舶用燃料は、適当なISO  DIS8217およびBS  MA  100標準に見合うことを考慮している。また、機関車および船舶用の燃料の硫黄含量は、大部分の燃料よりも高いことが多い。本出願人の発明は、その燃焼温度範囲により、硫黄の腐蝕性およびその他の汚染物質を和らげる傾向があり、特に魅力的である。
実施例  164
重質デイーゼル機関車または船舶用燃料組成物を操作する方法であり、その方法が、ISO  DIS8217およびBS  MA  100標準に見合う燃料を混合することを含み、その燃料が、硫黄濃度0.01〜3.0％質量（0.05％未満の量が許容可能である。）を含有し、50℃での適用で粘度10〜500センチストークスを有し、追加的に、ECS燃料を含有し、それによって、前記重質デイーゼル機関車または船舶エンジン内で生成する燃料の燃焼が、低い腐食性と少なくとも1.0％以上の燃料消費の改良とを生ずる方法。
実施例  164a
実施例164の方法であり、前記重質デイーゼル機関車または船舶用エンジンの運転が中負荷程度〜高負荷程度の条件下であり、それによって、燃料消費が、ECS燃料の存在しない燃料に較べて、少なくとも0.5％〜5.0％以上改良される方法。
実施例  165
実施例164の燃料組成物であり、追加的に、アシュレスな（ashless）分散剤を含有し、その分散剤が、アルケニルコハク酸エステル類、アミン、メチルアミン、２−エチルヘキシルアミン、ｎ−ドデシルアミンのアルケニルコハク酸イミド等より選択される燃料組成物（米国特許3,172,892;3,202,678;3,219,666;4,234,435参照。）。
実施例  166
燃料が抗酸化剤を含有する上記燃料組成物。
実施例  167
ECS燃料が、0.01〜約30.0体積％のジメチルカーボネートと燃焼改良量のCMTを含有する、実施例164−165の燃料組成物。
実施例  168
機関車または船舶用のエンジンの運転の熱効率を改良する方法であり、該方法が、ECS基体重質燃料組成物を燃焼室に注入することを含み、そこで、加速されたより効率の高い速度で、燃焼が起こり、燃焼温度が低下し、それによって、熱効率が少なくとも５％高くなる方法。
ロケット燃料用途
ロケットエンジン推進手段は、本発明の特に望ましい範囲である。
本出願人のロケットエンジン用途は、燃料エネルギーを適当な形に変換し、エンジンを介して貯蔵物質を噴出し、速力を得るが、特に、その低い燃焼温度および超音速の膨張能力により、本出願人の発明を特に望ましいものとする。
本出願人のロケット燃料用途の目的は、低い燃焼温度で高いインパルス（impulse）、高い推力／出力を発することであり、これは、従来技術より著しく逸脱する物質である。このような目的は、エンジン寿命を長くし、燃焼室をより小さくし、（一定の冷却特徴を回避し）構造物をより軽量とすること等が挙げられる。かくして、本出願人の液体ロケットは、重量を最小とするものの、信頼性を損なうことなく、その本質的なインパルスおよび推力特性を維持することができる。本発明の特に望ましい目的は、以前は、圧縮液体のみ、すなわち、水素と酸素とに伴うのみだった推力／出力性能近辺に到達する能力である。本出願人の発明は、特別の貯蔵、極低温、液化、取り扱い等の能力が存在せずとも、液体燃料またはその混成物（hybrids）を使用して、同様な結果を達成することができる。
広範囲のロケットシステムが考えられる。液体、ガス状および固体の推進剤システム、および、自然点火および非自然点火の混合物が考えられる。
固体ロケット推進剤には制限がなく、ダブルベース（double base）もしくはコロイド状、コルダイトもしくは押出ダブルベース（extruded double base）、複合、プレス、プラスチック、重合させた結合剤を有する推進剤、複合体改質ダブルベース、分子状等が挙げられる。
本出願人の発明は、推進剤を互いに保持する役割を果たす高分子結合剤システムを考えており、その主要な部分は、結晶酸化剤、および、場合によっては、特定のパルスおよび密度を増大するための金属燃料添加物である。本出願人のダブルベース複合体は、無機結合剤および金属添加剤とともに、結合剤として、ニトロ−グリセリン−ニトロセルロースを使用する。一般のポリマータイプ、金属化されていない固体推進剤および金属化された固体推進剤は、当分野で公知である。固体燃料の実際において、本出願人の固体ECS化合物が使用され、および／または、混成液体／固体システムの使用もなすことができる。
本出願人の発明のロケットエンジン推進手段システムは、ロケットおよびダクトロケット推進手段を含む。ラムジェットおよびエアーオーグメンテッドロケット（air augmented rockets）も、また、考えられる。
考えられる液体推進剤としては、バイプロペラント［bi−propellant（燃料および酸化剤）］、モノ−プロペラント（mono−propellant）、ガス状の推進剤および混成推進剤が挙げられる。本出願人の発明の液体ロケット推進エンジンの例としては、NASAの有人および無人サターン、アトラス、および、タイタンプログラムが挙げられる。本発明で考えられるロケットとしては、宇宙船推進手段、ブースター推進手段、空中発車ミサイル、弾道ミサイル、対空ミサイル、ジェットアシステッド離陸、カタパルト加速、航空機原動プラント、姿勢制御、惑星間乗り物推進手段、潜水艦発車ミサイルおよび弾道弾防衛装置用に設計されたものが挙げられる。
本出願人の発明のロケットエンジン推進手段システムは、ロケットとダクトロケット推進手段とを含む。ラムジェット、スクラムジェットおよびエアーオーグメンテッドロケットも考えられる。
実施例  169
有効なパルス遂行エンジンおよびロケット燃料を使用する、低推力または高推力の乗り物姿勢制御および／または作戦行動用途に使用される圧力供給システムを有する、液体バイプロペラントおよびモノプロペラントロケットエンジン。
実施例  170
前記パルス遂行が非常に短時間0.020秒以下に極めて有効である、実施例169の例。
実施例  171
前記パルス遂行システムが１回の飛行任務当たり、少なくとも1,000回再始動される必要がある、実施例169−170の例。
実施例  172
パルス制御エンジンが、推力20.0lb.を有し、除去されやすい（ablative）推力室を使用し、システムが、少なくとも2,000回の再始動を経験し、合計累積時間少なくとも600秒パルス運転であり、最低任務期間が１週間である実施例169の例。
実施例  173
エンジンがエアロスパイク（aerospike）エンジンである実施例169の例。
本出願人の発明の魅力的な目的の１つは、燃焼温度の低下であり、これは、液体推進エンジンの通常の使用において、4,000゜F〜7,000℃である。燃焼温度のかなりの低下は、推力を増進するための設計および機会を改良し、推力改良金属化物、例えば、ホウ素、リチウム、マンガン、アルミニウム、ベリリウム、トリメチルアルミニウム、ジメチルベリリウム等の使用を許容する。
本発明の実施において許容可能な酸化剤としては、液体酸素、硝酸、混合硝酸−硫酸の組み合わせ、フッ素、三フッ化塩素、パークロリルフルオライド、ニトロシルフルオライド、ニロリルフルオライド、三フッ化窒素、ジフルオリンモノオキサイド、フルオレート、塩素酸化物、ナイトロジエンテトラオキシド、過酸化水素、カリウムパークロラート、パークロリルフルオライド、五フッ化臭素、三フッ化塩素、ON7030、オゾン、二フッ化酸素、RFNA（種々の強度で）、WFNA、テトラニトロメタン等が挙げられる。
本発明の実施において、ECS化合物は、混合物としてそれら自体組み合わせて使用することができ、および／または、推進燃料と組み合わせて使用することもできる。考えられる推進または補助推進燃料の例としては、アセチレン、アルミニウムボロハイドライド、アンモニア、アニリン、ベンゼン、ブチルメルカプタン、ジボラン、ジメチルアミン、ジエチレントリアミン、ジシアノーゲン、エタン、エタノール、エチルアミン、エチレン、エチレンジアミン、エチレンオキシド、エチレンジアミン、硝酸エチル、ジメチルスルフィド、フルフリルアルコール、ガソリン、ヘプタン、ヒドラジン（置換ヒドラジンを含む）、水素、イソエチルナイトレート、イソプロピルアルコール、JP−３、JP−４、ケロセン、リチウム、リチウムハイドライド、メタン、メチラール、メタノール、硝酸メチル、メチルアミン、メチルアセチレン、メチルビニルアセチレン、モノエチルアニリン、ニトリメタン、ニトロプロパン、ニトログリセリン、ｎ−オクタン、プロパン、プロピレンオキシド、硝酸ｎ−プロピル、ｏ−トルイジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリメチルトリチオホスファイト、ターペンタイン、非対象ジメチルヒドラジン、キシリジン、2,3−キシリジン、リチウムボロハイドライド、モノメチルヒドラジン、ペンタボラン等が挙げられる。金属化物推進剤としては、また、例えば、トリメチルアルミニウムおよびジメチルベリリウムが考えられる。
実施例  173a
ロケットを作動する方法であり、ECS燃料（例えば、ECS化合物と金属化物）が使用され、場合によっては、少なくとも１つの酸化剤および／またはロケット補助燃料とともに使用され、前記燃料を前記エンジン内で燃焼させ、それによって、エンジン温度が、100゜F〜1,000゜F低下し、推力が増大され、および／または、エンジン重量が低減される方法。
実施例  173b
燃焼壁温度が、制御され、1,300゜F〜2,000゜Fを上回らない実施例173aの方法。
実施例  174
DMC、および、場合によっては、酸化剤［上記したものを含むが、望ましくは、硝酸（HNO3）および／または過酸化水素］；および、金属化物を含むロケット推進剤。
実施例175
推進薬が前記の群から選ばれる補助燃料を含有する実施例174。
実施例176
酸化剤がN204である実施例174。
実施例177
実施例169−172のロケット燃料を用いる方法。この場合、燃焼温度の上昇がないため比パルス推力（specific pulse thrust）が増大する。
したがって１態様は、本発明の単元推進薬燃料、特に過酸化水素またはヒドラジンを基礎とするものを、前記の金属化合物と共に用いて操作するものであり、これによって燃焼壁温度がそれぞれ約704℃（1,300゜F）および約1093℃（2,000゜F）を越えない。同様な壁温度が炭酸ジメチル単元推進薬、および／または他の代替複合燃料推進薬（DMCを含むもの）、および／または単一酸化剤および／または複合酸化剤の使用によって期待される。
したがって他の態様は、燃焼温度を制御することによって高発熱性金属化合物および／または他の推進薬の使用量を高めることができる本発明方法により、ロケットエンジンの設計を改良して全重量を軽減することである。付加的な重量コストがないため、これによって意外にも比インパルスまたは推力を増大させることができる。
実施例178
付随する燃焼温度の上昇がないことによってロケットエンジンの比推力を増大させる方法であって：実施例173a−177の性質を有する燃料組成物をロケット燃焼室システムに供給し、ここで爆発的燃焼が起こり、これによって燃焼室圧力500psiを維持することにより燃焼による比インパルスが200 I sp secを越える（より好ましくは250 I sp secを越える）ことを含む方法。
実施例179
実施例178の方法であって、衝撃式燃焼酸化剤噴射器、前混合噴射器、“ビルトイン”可変弁式噴射器よりなる群から選ばれる噴射器を使用し、噴射器オリフィスが丸形流入口付き短管、円錐形流入口、鋭角円錐、および鋭角オリフィス付きの短管よりなる群から選ばれるロケット燃焼室内へ燃料を噴射する方法。
推力または比インパルスの改良は、既存のシステムより3.0−15.0％の増大を示すものである。最小の改良は、既存のシステムおよびそれに類する燃料より1.0−3.0％高いオーダーであろう。実質的な改良は10−50％のオーダーであろう。
燃焼温度が降下することにより、冷却ジャケットに循環させて燃焼壁から熱を吸収するために液体推進薬のいずれかを利用する再生冷却式スラストチャンバーを改良することができる。
重量軽減を伴う改良が可能な他の燃焼壁冷却システムには以下のものが含まれる：輻射冷却室、この場合スラストチャンバーは耐火材の外に構築される；アブレーティブスラストチャンバー、この場合壁は徐々に消費されて本質的に保護境界を形成する特殊複合材料で作成される。さらに他のものには、タービン排気ガス冷却、ヒートシンク冷却、断熱冷却、ダンプクーリング（dump cooling）、アブレーティブクーリング、再生冷却、境膜冷却、しみ出し冷却、および組合わせ法が含まれる。
本発明の他の利点は、推進薬の貯蔵性を改良しうることである。したがって、信頼性のある低価格の貯蔵性液体推進薬プレパッケージとしての用途が考慮される。
他の実質的な利点は、既存の燃焼の価格と比較して本発明のロケット燃料の製造費がより低いことである。本発明者らは、ロケット燃料価格を既存のロケット燃料より50％も低くすることができると期待する。
炭酸ジメチルを使用する好ましいECS態様がDMCの酸素貯蔵能を示し、燃料として卓越しているのと同様に卓越した酸化剤でもあることを指摘する。
マンガンを使用する場合、その濃度は重要であり、状況に応じて0.5−1000g/ガロンであろう。自燃性燃料濃度は普通は燃料の６重量％を越える。最大濃度は許容燃焼限界により決定される。CMTも、過酸化水素の使用に付随する場合、特に自燃性燃料中においては、ある種の興味深い点火触媒性をもつと思われる。
外部からの点火源を伴う酸化剤システムを採用する本発明のロケット用途においては、点火遅れが短縮され、点火がより円滑である。
本発明を実施するに際しては、特に硝酸を用いる場合、点火遅れを短縮するものとして第一級芳香族アミン、たとえばキシリジンおよび混合物が考慮される。
推進薬としてのECS化合物（好ましくは炭酸ジメチル）を酸化剤および／または金属化合物と共に用いることが、本発明の望ましい実施態様である。補助燃料の付加も考慮される。
本発明者らは、DMCが特にエアブレシング増強を伴う単元推進薬の属性をもつと認識する。DMCは酸化剤を必要とする燃料として単独で用いるか、または燃料と共に酸化剤として使用しうると考えられる。後者の状況では、付加的な酸化剤またはエアブレシング増強が必要な場合がある。
それにもかかわらず、DMCを金属化合物と共にロケット推進プロセスの主成分として用いるのが１態様である。
実施例180
下記を含むロケット推進薬：炭酸ジメチル、アセチレン、水素化ホウ素アルミニウム、アンモニア、アニリン、ベンゼン、ブチルメルカプタン、ジボラン、ジエチレントリアミン、エタン、エタノール、エチルアミン、エチレン、エチレンジアミン、エチレンオキシド、硝酸エチル、フルフリルアルコール、ガソリン、ヘプタン、ヒドラジン（置換ヒドラジンを含む）、水素、イソプロピルアルコール、リチウム、水素化リチウム、メタン、メチラール、メタノール、メチルアミン、ニトロメタン、ニトロプロパン、ｎ−オクタン、プロパン、硝酸ｎ−プロピル、ｏ−トルイジン、トリエチルアミン、トリメチルトリチオホスファイト、テレビン、非対称ジメチルヒドラジン、2,3−キシリデン、水素化ホウ素リチウム、モノメチルヒドラジン、ペンタボラン、および混合物から選ばれるECS化合物；ならびに推進を改良する量の金属化合物。
実施例181
実施例180において、組成物がさらに下記よりなる群から選ばれる既知の酸化剤を含むもの：液体酸素、硝酸、硝酸硫酸混合物、フッ素、四酸化窒素、過酸化水素、過塩素酸カリウム、フッ化過クロリル、五フッ化臭素、三フッ化塩素、ON  7030、オゾン、二フッ化酸素、RFNA（各種濃度のもの）、WFNA、テトラニトロメタン、フッ素、三フッ化塩素、フッ化過クロリル、フッ化ニトロシル、フッ化ニトリル、三フッ化窒素、一酸化二フッ素、フルオレート（fluorate）、塩素酸化物など。
実施例182
過酸化水素、および金属化合物、たとえばシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物、ならびに所望によりDMCを含むロケット燃料組成物。
実施例183
過酸化水素、酸化剤および金属化合物、ならびに所望によりDMCを含むロケット燃料組成物。
実施例184
実施例183のロケット燃料組成物であって、金属化合物がシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル、テクネチウム、レニウム、アルミニウム、ベリリウムまたはホウ素化合物によりなる群から選ばれるもの；下記を含む：ペンタボラン、デカボラン、バラゾール、水素化ホウ素アルミニウム、トリメチルアルミニウム、水素化ホウ素ベリリウム、ジメチルベリリウム、水素化ホウ素リチウム、その同族体および混合物。
実施例185
実施例183において、酸化剤が下記よりなる群から選ばれるもの：液体酸素、硝酸、硝酸硫酸混合物、フッ素、四酸化窒素、過酸化水素、過塩素酸カリウム、フッ化過クロリル、五フッ化臭素、三フッ化塩素、ON  7030、オゾン、二フッ化酸素、RFNA（各種濃度のもの）、WFNA、テトラニトロメタン、および混合物。
実施例186
炭酸ジメチル、ヒドラジンおよびシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル化合物を含むロケット燃料組成物。
実施例187
炭酸ジメチル、および硝酸または硫酸よりなる群から選ばれる酸化剤を含み、金属化合物を含有するか、または含有しないロケット燃料組成物。
実施例188
炭酸ジメチル、ヒドラジンもしくは置換ヒドラジン、および／または過酸化水素、および／または金属化合物を含むロケット燃料。
実施例189
炭酸ジメチル、ヒドラジン、およびケロシン；ならびに所望により金属化合物を含むロケット燃料。
実施例190
炭酸ジメチル、水素、金属化合物、および所望により酸化剤を含むロケット燃料。
実施例191
炭酸ジメチル、サリチルアルデヒドおよび金属化合物を含むロケット燃料。
実施例192
炭酸ジメチル、金属化合物；および所望によりロケット用補助燃料；および所望により酸化剤を含む、エアブレシングシステム用ロケット燃料。
実施例193
ロケット用補助燃料の例（限定ではない）に水素、ヒドラジンおよびケロシンが含まれる、実施例５。
実施例194
下記を含むロケット燃料組成物：過酸化水素、CMT、ならびに下記よりなる群から選ばれる補助推進薬：炭酸ジメチル、アセチレン、水素化ホウ素アルミニウム、アンモニア、アニリン、ベンゼン、ブチルメルカプタン、ジボラン、ジエチレントリアミン、エタン、エタノール、エチルアミン、エチレン、エチレンジアミン、エチレンオキシド、硝酸エチル、フルフリルアルコール、ガソリン、ヘプタン、ヒドラジン（置換ヒドラジンを含む）、水素、イソプロピルアルコール、リチウム、水素化リチウム、メタン、メチラール、メタノール、メチルアミン、ニトロメタン、ニトロプロパン、ｎ−オクタン、プロパン、硝酸ｎ−プロピル、ｏ−トルイジン、トリエチルアミン、トリメチルトリチオホスファイト、テレビン、非対称ジメチルヒドラジン、2,3−キシリデン、水素化ホウ素リチウム、モノメチルヒドラジン、ペンタボラン、および混合物；ならびに推進を改良する量の環状（cyclomatic）マンガントリカルボニル化合物。
本発明の精神および範囲から逸脱することなく本明細書に記載する本発明の多数の変更および修正をなしうることは、当業者には認識されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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