(57)【要約】  実質的に向上された層流燃焼速度を示すガソリンなどの炭化水素燃料、およびその製造方法が開示される。炭化水素燃料は、パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含んでいてよい。芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含んでいてよく、前記芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率は、少なくとも３０ｖｏｌ％である。燃料は、キシレンを含むメチル芳香族留分を含んでいてよく、キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも６０ｖｏｌ％である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含み、前記芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含み、前記芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率は、少なくとも３０ｖｏｌ％であることを特徴とする無鉛炭化水素燃料。
【請求項２】
前記パラフィン留分は９０ｖｏｌ％以下であり、前記オレフィン留分は３０ｖｏｌ％以下であり、前記芳香族留分は７０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項３】
前記芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率は、少なくとも５０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項４】
前記芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率は、少なくとも７０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項５】
前記メチル芳香族留分は、キシレンを含み、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも６０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項６】
前記メチル芳香族留分は、キシレンを含み、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも７５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項７】
前記メチル芳香族留分は、キシレンを含み、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも９０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項８】
１ｖｏｌ％以下のベンゼンおよび３０ｗｐｐｍ以下の硫黄を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項９】
パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含み、前記芳香族留分は、キシレン留分を含み、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも６０ｖｏｌ％であることを特徴とする無鉛炭化水素燃料。
【請求項１０】
前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも７５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項９に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項１１】
前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも９０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項９に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項１２】
１ｖｏｌ％以下のベンゼンおよび３０ｗｐｐｍ以下の硫黄を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の無鉛炭化水素燃料。
【請求項１３】
向上された層流燃焼速度を有する炭化水素燃料の製造方法であって、
パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含み、前記芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含む炭化水素燃料を提供する工程；および
前記芳香族留分中の前記非メチルアルキル芳香族の百分率を少なくとも３０ｖｏｌ％に制御する工程
を含むことを特徴とする炭化水素燃料の製造方法。
【請求項１４】
前記芳香族留分中の前記非メチルアルキル芳香族の百分率を少なくとも５０ｖｏｌ％に制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の炭化水素燃料の製造方法。
【請求項１５】
前記芳香族留分中の前記非メチルアルキル芳香族の百分率を少なくとも７０ｖｏｌ％に制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の炭化水素燃料の製造方法。
【請求項１６】
向上された層流燃焼速度を有する炭化水素燃料の製造方法であって、
パラフィン留分、オレフィン留分並びにメチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含む芳香族留分を含み、前記メチル芳香族留分は、キシレンを含む炭化水素燃料を提供する工程；および
前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率を少なくとも６０ｖｏｌ％に制御する工程
を含むことを特徴とする炭化水素燃料の製造方法。
【請求項１７】
前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率を少なくとも７５ｖｏｌ％に制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の炭化水素燃料の製造方法。
【請求項１８】
前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率を少なくとも９０ｖｏｌ％に制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の炭化水素燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向上された炭化水素燃料およびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、向上された層流燃焼速度を示す炭化水素燃料に関する。向上された炭化水素燃料は、実質的にエンジン効率を増大する。
【背景技術】
【０００２】
ますます厳しさを増しているエミッションおよび効率の規制により、実質的な課題が、内燃機関の製造業者に課される。現在の火花点火および圧縮点火機関の効率は、理論的な最大値をかなり下回る。小さな効率の向上さえも、大いに望ましい。燃焼サイクルからより高い効率を引き出すため、多くのエンジン製造業者は、高性能なハードウェア制御装置を開発している。例えば、直接噴射、均質供給圧縮点火、可変バルブタイミング、ターボ過給などの技術は、様々なレベルに商業化され、効率の向上に成功している。エンジン効率に対する燃料組成の効果もまた、活発に検討されている。現在、燃料のオクタン価は、エンジン効率に最も実質的な影響を有すると考えられる。何故なら、より高いオクタン価の燃料は、点火の最適なアドバンスタイミング（ａｄｖａｎｃｅ  ｔｉｍｉｎｇ）に対する詳細なアプローチを可能にし、増大された圧縮比での運転を可能にするからである。エンジン効率に対する燃料の層流燃焼速度（または密接に関連される層流火炎速度）の効果も検討されているが、十分には理解されていない。一般に、エンジンにおけるより速い燃焼速度は、より高い効率をもたらすことが認められている。この理由から、近年のエンジンの設計には、燃焼速度を高めるのに、燃料系および／または燃焼室の機械的設計を修正する傾向がある（例えば、増大された渦流および／またはタンブルである）。燃焼速度を予測するために開発されたエンジン相関ツールは、伝統的に、燃料の層流火炎速度を組み込む（非特許文献１）。更に、最近の希薄燃焼タイプのエンジンにおけるエンジン燃焼速度の増大は、定容燃焼室でなされる燃料の層流火炎速度の測定値の増大と、直接に相関することが示されている（特許文献１）。しかし、完全混合燃料の層流火炎速度または燃焼速度は、典型的には測定されておらず、代用分析技術により容易に推定されるものでもない。標準化オクタン測定は、市販ガソリンに通常に見られる炭化水素の大部分に対して行われ、首尾一貫したデータが得られるが、同じことは、燃焼速度に対しては正しくない。従って、燃焼速度に関する燃料組成の効果は、十分に理解されていない。
【０００３】
いくつかの手法が、燃料の燃焼速度を増大するのに研究された。一つの手法は、市販ガソリンストリーム中には普通には存在しない添加剤を添加することである。例えば、特許文献２には、化学物質３−ブチン−２−オンを５〜５０ｖｏｌ％含むガソリン燃料組成物が記載される。この添加剤は、車両効率を向上することに関しては全く主張されていないが、火炎伝播速度、エンジン出力、着火性を向上し、サイクル間の変動を減少すると云われる。しかし、この添加剤は、多工程の化学合成を必要とする純化学成分なので、クレームされる適用量でそれを市販ガソリンに導入することは、相当の出費を伴う。また、得られる燃料が広く入手可能となりうることは疑問である。
【０００４】
特許文献３には、従来燃料に少量の水素化ホウ素を用いることが記載される。これは加熱または推進目的で用いられ、そのような燃料の燃焼性および火炎伝播速度を増大する。
【０００５】
特許文献４および特許文献５には、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、第ＩＩＩＡ族元素またはそれらの混合物を燃料に導入して、燃料の燃焼速度を増大することが記載される。特許文献６には、コハク酸誘導体のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩が、混合物の着火性を向上し、火炎進行時間を短くすることが記載される。これらの手法の一つの重大な欠点は、ホウ素化合物、金属、ハロゲンなどの、対応する、普通でなく、また望ましくない汚染物質の排出である。これは、エンジン／排ガス後処理システムを汚損する恐れがあり、恐らくは、環境汚染を低減するのに複雑な後処理制御装置を必要とする。
【０００６】
添加剤を使用しないで済ませる燃料の層流燃焼速度を増大する手法は、そのバルク化学組成を修正することである。図１に、４件の文献（層流燃焼速度を測定している）出典の、広範囲の分子についてのデータが示される。データは、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４および非特許文献５からのものである。データから分かるように、燃焼速度は、ほんの少数の芳香族についてしか入手できない。更に、データが矛盾している。例えば、アルブライト（Ａｌｂｒｉｇｈｔ）らは、エチルベンゼンが最も燃焼の速い芳香族であると報告しているが、ワグナー（Ｗａｇｎｅｒ）およびダガー（Ｄｕｇｇｅｒ）は、ベンゼンが最も速いと報告する。実験観察の不足およびデータの不確実性から、燃料構造の効果をこれらの研究から解明することが困難になっている。従って、燃料構造がパラフィンおよびオレフィンの燃焼速度にどのような影響を及ぼすかについては、一般的な技術的理解があるが、そのような理解は、芳香族に対しては全く存在しない。本発明は、広範囲の芳香族成分に関する、燃焼速度の徹底的な研究から得られ、これから芳香族の燃料構造の効果は、実際には、技術的に示唆されたものと異なることが認められた。得られた向上された理解から、燃料組成を調和することによる燃焼速度の最適化が可能になる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，２０６，９４０号明細書
【特許文献２】米国特許出願第５，３５４，３４４Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第２，８９４，８３０号明細書
【特許文献４】国際公開第９６／４０８４４Ａ１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９５／３３０２２Ａ１号パンフレット
【特許文献６】米国特許第４，７６５，８００号明細書
【非特許文献１】ＳＡＥ８００１３３
【非特許文献２】ＪＡＣＳ（ワグナー（Ｗａｇｎｅｒ）およびダガー（Ｄｕｇｇｅｒ）著、７７：２２７、１９５５年）
【非特許文献３】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｄａｔａ（ギブス（Ｇｉｂｂｓ）およびカルコット（Ｃａｌｃｏｔｅ）著、４：２２６、１９５９年）
【非特許文献４】Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（アルブライト（Ａｌｂｒｉｇｈｔ）、ヒース（Ｈｅａｔｈ）、およびシーナ（Ｔｈｅｎａ）著、４４：１０、２４９０〜１４９６頁、１９５２年）
【非特許文献５】Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（ガースタイン（Ｇｅｒｓｔｅｉｎ）、レバイン（Ｌｅｖｉｎｅ）、およびウォン（Ｗｏｎｇ）著、７３：４１８、１９５１年）
【非特許文献６】Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌａｍｅ（メトガルチ（Ｍｅｔｇｈａｌｃｈｉ），Ｍ．およびケック（Ｋｅｃｋ），Ｊ．Ｃ．著“高圧および高温における空気と、メタノール、イソオクタン、およびインド−レンとの混合物の燃焼速度（Ｂｕｒｎｉｎｇ  ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ  ｏｆ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｏｆ  ａｉｒ  ｗｉｔｈ  ｍｅｔｈａｎｏｌ，  ｉｓｏｏｃｔａｎｅ，  ａｎｄ  ｉｎｄｏｌｅｎｅ  ａｔ  ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）”、第４８巻、第１９１〜２１０頁、１９８２年）
【非特許文献７】Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（アルブライト（Ａｌｂｒｉｇｈｔ）、ヒース（Ｈｅａｔｈ）、およびシーナ（Ｔｈｅｎａ）著、４４：２４９０、１９５２年）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガソリン沸点範囲の燃料などの無鉛炭化水素燃料に関する。これは、パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含み、向上された層流燃焼速度を有する。前記芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含み、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率は、容積基準で少なくとも３０％である。好ましくは、パラフィン留分は９０％以下であり、オレフィン留分は３０％以下であり、芳香族留分は７０％以下である。全て、容積基準で計算される。特段の記述がない限り、本明細書に列記される全ての百分率は、容積基準である。本明細書で用いられる用語“パラフィン”は、ノルマル、イソおよびシクロパラフィンを云い、本明細書で用いられる用語“オレフィン”は、直鎖状、分枝状およびシクロオレフィンを云う。“非メチルアルキル芳香族”と表示される成分には、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼンなどの、芳香族環に、２個以上の炭素を含む単一のアルキル鎖が結合した分子が含まれる。“メチル芳香族”と表示される成分には、トルエン、ｏ−、ｍ−およびｐ−キシレン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼンなどの芳香族分子が含まれる。含酸素化合物、ジ−オレフィン、ベンゼン、他の芳香族およびナフト芳香族などの成分もまた、炭化水素燃料に含まれていてよい。
【０００９】
炭化水素燃料は、好ましくは、１ｖｏｌ％未満のベンゼンおよび３０ｗｐｐｍ未満の硫黄を含む。
【００１０】
本発明はまた、パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含み、前記メチル芳香族は、キシレン（ジメチルベンゼン）を含み、オルト−およびパラ−置換キシレンの百分率は、容積基準で少なくとも６０％である無鉛炭化水素燃料に関する。
【００１１】
本発明は更に、向上された層流燃焼速度を有する、無鉛ガソリン、低硫黄ガソリン、低ベンゼンガソリンなどの炭化水素燃料の製造方法に関する。用語「層流燃焼速度」および「層流火炎速度」は文献でしばしば互換的に用いられる。本明細書ではこの慣習に従う。
【００１２】
本方法は、パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を有する炭化水素燃料を提供する工程を含む。芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含んでいてよい。本方法には、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の濃度を少なくとも３０ｖｏｌ％に制御する工程が含まれる。本発明の更に他の態様は、キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率を少なくとも６０ｖｏｌ％に制御する工程に関する。パラフィン留分はノルマル（直鎖状）、分枝（イソ）およびシクロ−パラフィンを含んでいてよく、オレフィン留分は直鎖状、分枝およびシクロ−オレフィンを含んでいてよい。
【００１３】
本発明の方法および炭化水素燃料は、従来の方法および燃料に比べて有利である。本発明の燃料組成物は特に、増大された層流燃焼速度および実質的に向上されたエンジン熱効率を示す。本発明で用いられるとき、用語「実質的に向上された熱効率」は、未修正の従来燃料で得られるブレーキ熱効率より、少なくとも０．５％、好ましくは少なくとも１．５％、最も好ましくは少なくとも２％大きな相対ブレーキ熱エンジン効率を意味する。同様に、本発明で用いられるとき、用語「実質的に向上された燃焼速度」は、未修正の従来燃料の燃焼速度より、少なくとも４％、好ましくは少なくとも１０％、最も好ましくは少なくとも１５％大きな燃焼速度を意味する。
【００１４】
本発明の炭化水素燃料組成物の他の利点は、より高い燃焼速度もまた、希薄燃焼エンジン運転を向上することである。希薄燃焼エンジンは、一般に、エンジン効率を向上すると知られる。しかし、従来のガソリン混合物は、しばしば非常に緩やかに燃焼するので、最大の利益が引き出されない。本発明で同定される燃焼速度の利益は、実質的に燃料／空気の化学量論範囲全体に亘って当てはまる。即ちそれらは、化学量論、希薄、濃厚運転などの一つの運転領域に限定されない。このように、それらは、エンジン運転の希薄限界に亘って有用であり、それによりエンジン効率が増大される。加えて、燃料を速く燃焼することによってもたらされるより速い熱放出は、エンジンの出力および／またはトルク出力を最大化する。燃料組成物によって可能になったトルク出力の実質的向上により、エンジンの小型化が可能になり、従って減少された車両重量から更なる効率の利益が回収される。加えて、本発明の組成物は、精油所ストリームから製造でき、従って大量に低コストで供給される可能性を有するという実質的な利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
３０種超の炭化水素の層流燃焼速度を、定容燃焼槽中、気筒内条件に近い温度および圧力下で測定した。図２に装置を概略的に示す。測定は、四個の観察窓を有する直径１６．５ｃｍの球状空洞のステンレススチール製槽（容積＝２．４リットル）中で行われた。槽は、シュリーレンおよび点火レーザービームを通すための石英窓を有する温度制御されたオーブン中に納められた。液体燃料を、オーブンの外側に置かれた１１リットルのステンレススチール製槽で予め気化した。気化された燃料混合物を、高感度圧力変換器（ＰＴ）を用いて燃焼槽に計量して供給した。非常に広範囲の当量比で測定を行い、化学量論に関する燃焼速度依存性が特性付けられた。記号φは、燃料／空気当量比を表し、φ＝１．０の値は、化学量論の燃料／空気混合物を表す。次に、所望の圧力が達成されるまで空気を供給した。球状槽の中央において、初期温度４５０Ｋ、初期圧力３ａｔｍで、レーザーパルスを用いて混合物に点火した。燃料／空気比（Φ）の化学量論範囲約０．５５〜約１．３０でデータを得て、燃料／空気比が燃焼速度にどのような影響を及ぼすかを決定した。点火に続いて、槽内の圧力上昇を、高速、高ダイナミックレンジの圧力変換器を用いて監視する。
【００１６】
時間データの関数としての圧力データを、熱力学分析により、燃焼された質量画分に変換した。これは、非特許文献６に記載される確立された手法に基づいた。圧力ベースの測定からのデータを、初期条件（４５０Ｋおよび３ａｔｍ）に外挿して、確実に、燃料が同じ温度および圧力条件下で比較されるようにする。この方法は、火炎半径が火炎の厚さよりはるかに大きいデータを用いて、伸長効果（ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｓｔｒｅｔｃｈ）を無視できるようにする。周囲条件（３００Ｋおよび１ａｔｍ）下で得られたエタンおよびブタンの結果（その正確な文献データを比較に利用できるが）は、本明細書で用いる、燃焼速度を正確に測定する技術を検証する目的で得た。
【００１７】
結果は、検討された燃料のうち、メタンが最も遅いパラフィンであり、エタンが最も速いものであることを示す。一般に、オレフィンは対応するパラフィンより速い燃焼速度を有する。対応するパラフィンとは、所定のオレフィンと同じ炭素連結を有するパラフィンを意味する。例えば、イソブテンとイソブタン、２，２，４トリメチルペンタンと２，４，４−トリメチル−１−ペンテン等である。分枝パラフィンは、非分枝（直鎖状）パラフィンより遅く、分枝オレフィンは、非分枝（直鎖状）オレフィンより遅い。一般に、ベンゼン以外の芳香族はオレフィンおよびパラフィンより遅いが、含酸素化合物はより速い。
【００１８】
芳香族の燃焼速度を図３に示す。示されるように、キシレン、トリメチルベンゼンなどのメチルベンゼンは、エチルベンゼン、プロピルベンゼンなどの非メチルアルキル芳香族より遅い。図３は更に、キシレン、トリメチルベンゼンなどの多数メチル芳香族（芳香族環上で一個超のメチル基による置換がある）の間では、メチル置換の部位が燃焼速度に影響を及ぼすことを示している。即ち、オルト−およびパラ−置換異性体は、メタ−置換異性体より高い燃焼速度を有する。
【００１９】
本発明の一態様は、ガソリンなどの燃料を混合して、層流燃焼速度を増大する方法に関する。そのような混合燃料は、火炎伝播が燃料消費に影響するいかなるエンジン（火花点火、圧縮点火、それらの組み合わせのいずれか）においても、利益をもたらす。一般に、本方法には、本明細書で教示される燃料の芳香族成分の組成を制御する工程が含まれる。燃料の層流燃焼速度は、次に示す一般的な変化により増大することが認められた。即ち、ａ）非メチルアルキル芳香族の濃度の増加およびメチル芳香族の濃度の減少、並びにｂ）オルト−およびパラ−置換多数メチル芳香族の濃度の増加である。
【００２０】
本発明の一実施形態は、全範囲ガソリンの層流燃焼速度を増大する。これは、オレフィン、パラフィンおよび芳香族の全百分率を変化させずに維持しつつ、“好ましい”化合物の濃度を増加し、“あまり好ましくない”化合物の濃度を減少するような方法で、組成を変えることによる。用語“好ましい化合物”とは、本発明の教示に従って、燃料の燃焼速度を増大する化合物を意味する。例えば、本発明の一実施形態には、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族（エチルベンゼン、ｎ−プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルベンゼンなど）の比率を増大し、および／またはメチル芳香族（トルエン、キシレン、トリメチルベンゼンなど）を減少しつつ、燃料中の芳香族の全濃度を一定に保つ工程が含まれる。ガソリン沸点範囲中の最も速い芳香族と最も遅い芳香族の間の燃焼速度の変量は、約５０％であることが発見された。これは、この沸点範囲におけるオレフィンとパラフィンで観察される変量より高い。
【００２１】
得られたエンジンおよび車両のデータは、これらの修正が、少なくとも約０．５％、好ましくは少なくとも約１．５％、より好ましくは少なくとも約２％の実質的な熱効率の向上に繋がりうることを示す。例えば、本発明の一実施形態によれば、１１％の差がある層流燃焼速度を有する二種の燃料は、エンジン試験の相対ブレーキ熱効率で２％の差をもたらす。
【００２２】
従って、本発明によれば、非メチルアルキル芳香族／メチル芳香族の比率を増大し、オルト−およびパラ−キシレン／ｍ−キシレンの比率を増大することによって、燃料の燃焼速度を増大しうる。
【００２３】
図４に示されるように、芳香族の相対的な序列は、希薄および濃厚の両条件に拘る。これは、燃料組成を変化させることによって達成される燃焼速度の向上が、エンジンの負荷−速度運転マップ全体に亘って実現されうることを意味する。換言すれば、燃料間に、燃料／空気比Φの関数として差が認められない（即ち、燃料間の相対的な差が、希薄、化学量論、濃厚条件下で事実上同じ）ことから、運転サイクルの所定の一部のみに対して、選択的な組成を火炎速度の差に基づいて規定する根拠は、全く存在しない。
【００２４】
本発明の一実施形態は、９０％以下のパラフィン留分、３０％以下のオレフィン留分および７０％以下の芳香族留分を含み、前記芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含み、前記芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の濃度は、少なくとも３０％である炭化水素燃料に関する。好ましくは、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の濃度は、少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７０％でありうる。
【００２５】
他の好ましい実施形態においては、メチル芳香族留分は、キシレンを含み、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの百分率は、少なくとも６０％である。好ましくは、前記キシレン留分中のオルト−およびパラ−キシレンの濃度は、少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％でありうる。
【００２６】
本発明はまた、向上された層流燃焼速度を有する、ガソリン沸点範囲の炭化水素混合物を製造する方法に関する。本方法は、パラフィン留分、オレフィン留分および芳香族留分を含むガソリンを提供する工程を含む。パラフィン留分は、直鎖状、分枝およびシクロパラフィンを含み、オレフィン留分は、直鎖状、分枝およびシクロオレフィンを含み、芳香族留分は、メチル芳香族および非メチルアルキル芳香族を含む。本方法は、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の濃度を少なくとも３０％に、キシレン留分中のオルト−およびパラ−置換キシレンの百分率を６０％に制御する工程を更に含む。
【００２７】
好ましい実施形態は、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率を少なくとも５０％に、キシレン留分中のオルト−およびパラ−置換キシレンの百分率を７５％に制御する工程を含む。
【００２８】
最も好ましい実施形態は、芳香族留分中の非メチルアルキル芳香族の百分率を少なくとも７０％に、キシレン留分中のオルト−およびパラ−置換キシレンの百分率を９０％に制御することを含む。本発明のこれらおよび他の実施形態は、当業者には、次の実施例からより明らかになる。
【実施例】
【００２９】
より高い燃焼速度は、車両試験における増大された効率と相関があると認められた。データは、４気筒直接噴射ガソリンエンジンのプロトタイプ車両（４段ＡＴＭ、ＩＷ＝１３６０ｋｇ）を用いて得られた。車両は、運転サイクルの半分において希薄燃焼運転が達成されるＵ．Ｓ．運転サイクルで評価された。芳香族レベル、オレフィンレベルおよび揮発性を変えて、多数の試験燃料およびベース燃料が評価された。層流燃焼速度の測定により、燃焼速度には約１１％の変量があることが示される。これは、車両の相対的効率約２％の差をもたらす。
【００３０】
実施例１
二種のモデル燃料を、従来の米国ガソリンと同等のＲＯＮおよび沸点分布を有するように混合した。分子成分は、できる限り、高い燃焼速度を有するこれらの分子を最大化することを基準に選んだ。燃料の組成（全ての値はｗｔ％で表される）および特性を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2007524729.tif 000003
【００３２】
これらの燃料および従来の参照ガソリン（ＲＥＦガソリン）の燃焼速度データを図５に示す。燃料の燃焼速度を実質的に高めるように、優先的に分子成分を選択しうることが分かる。
【００３３】
実施例２
二種の燃料混合物を、単一の芳香族、オレフィンおよびパラフィン成分を含んで調製した。混合物１は、イソ−オクタン、２，４，４−トリメチル−１−ペンテンおよびｍ−キシレンからなった。これらは各々“遅い”パラフィン、オレフィンおよび芳香族である。混合物２は、ｎ−ペンタン、１−へキセンおよびイソ−プロピルベンゼンからなった。これらは各々“速い”パラフィン、オレフィンおよび芳香族である。パラフィン、オレフィンおよび芳香族の濃度は、市販ガソリン中のそれに近づけるように選ばれた。これらの燃料の組成を次の表に示す。
【００３４】
【表２】
2007524729.tif 000004
【００３５】
これらの燃料の燃焼速度を、４５０゜Ｋおよび３ａｔｍで決定した。図６に示すその結果は、“遅い”パラフィン、オレフィンおよび芳香族を単に“速い”類似物で置き換えることによって、燃焼速度の増大１７％が達成されたことを示す。従って、パラフィン、オレフィンおよび芳香族の分子構造を、これらの成分のバルク濃度を変えることなく選択的に調整することにより、燃焼速度、ひいてはエンジン効率が増大される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】数種の芳香族炭化水素種のピーク燃焼速度を示す。これは、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献７および非特許文献５に報告される。
【図２】層流燃焼速度を決定するのに用いられる定容燃焼槽の概略図を示す。Ａ）視覚的配置；Ｂ）概略ガス線図。
【図３】ガソリン沸点範囲の数種の芳香族炭化水素化合物についての、ピーク燃焼速度データを示す。これは、Ｔ＝４５０ＫおよびＰ＝３ａｔｍで得られた。
【図４】数種の芳香族種について、Ｔ＝４５０ＫおよびＰ＝３ａｔｍにおける層流燃焼速度データを当量比φの関数として示す。
【図５】本発明の一実施形態による燃焼の速い二種の燃料処方について、Ｔ＝４５０ＫおよびＰ＝３ａｔｍにおける層流燃焼速度データを参照ガソリンに比較して示す。
【図６】本発明の一実施形態による燃焼の速い、および遅い燃料混合物について、Ｔ＝４５０ＫおよびＰ＝３ａｔｍにおける相対燃焼速度を示す。
【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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【国際調査報告】
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