(57)【要約】火花点火エンジンに使用するのに適している液体燃料組成物であって、該組成物は炭化水素の混合物を含み、ここで、該組成物はおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記液体燃料組成物。前記組成物は燃料経済における改良、特にパワートレインの一部としてガソリン出力内燃機関エンジンを含むハイブリッド電気自動車における改良を提供する。前記組成物の方法および使用も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火エンジンに使用するのに適している液体燃料組成物であって、該組成物は炭化水素の混合物を含み、ここで、該組成物はおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記液体燃料組成物。
【請求項２】
燃料組成物が、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
燃料がガソリンである請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
液体燃料組成物を使用する内燃エンジンを操作することを含む火花点火内燃エンジンを操作する方法であって、前記液体燃料組成物は、おおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記方法。
【請求項５】
前記火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる、前記方法。
【請求項６】
ハイブリッド電気自動車はプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料組成物が、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
火花点火内燃エンジン用の燃料として２５ｋＰａよりも高くそして５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用。
【請求項９】
前記火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車、または場合により、プラグインハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる、請求項８に記載の使用。
【請求項１０】
ハイブリッド電気自動車、または、場合により、プラグインハイブリッド電気自動車における燃料消費を改良するためにおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料配合物の分野、特にガソリンータイプ燃料配合物の分野にある。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素系燃料の価格の上昇および二酸化炭素発生の環境に対する影響についての関心事の増加が、電気エネルギーの一部または全部を操作する動力車両に対する要求を増加させてきた。
【０００３】
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、再充電可能なバッテリーに貯えた電気エネルギーと、慣用的な内燃エンジン（ＩＣＥ）により、普通の炭化水素系燃料から変換した機械的エネルギーとの双方の使用を行う。バッテリーは、ＩＣＥによる運転操作中に充電され、減速およびブレーキ中の動的エネルギーを回収することによっても充電される。このプロセスは、多くの自動車の相手先商標製品製造（ＯＥＭ）により、該製造者の自動車モデルのいくらかについて提供される。ＨＥＶは、典型的には、正常な運転経験に慣用的なＩＣＥのみの自動車に比べて改良した燃料消費の基本的な利点を与える。プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）はＨＥＶと類似した機能を示すが、この応用では、自動車が駐車しているときに再充電するために主要電気システム(mains electrical system)にバッテリーを接続することもできる。ＰＨＥＶは、典型的には、いくらかの全電気範囲能力を供給するＨＥＶよりも大きなバッテリーパックを備える。ダイナミック駆動は電気出力およびＩＣＥを使用するが、推進力のための内燃エンジン（ＩＣＥ）を使用する操作の領域はクルージングおよび都市間運転に制限され得る。結論的に、車両の燃料要求は、慣用的なＩＣＥまたはＨＥＶ装備車両に現行で要求されるのとかなり異なる。都市環境中で専用的に基本とされる車両のため、増加したＥＶモード能力およびプラグイン充電機能はＩＣＥ活動のレベルをさらに減少させる。これにより、ＨＥＶおよび慣用的なＩＣＥ車両と比較して燃料タンク容量のため顕著に延長した滞留時間をもたらすことができる。
【０００４】
慣用のＩＣＥ車両は約２００ｋｇの推進システム重量について約６００ｋｍ（４００マイル）範囲であり、約２分の再充填時間を必要とする。比較すると、匹敵する距離範囲でしかも有用なバッテリー寿命を提供できる現行のＬｉＯＮテクノロジーに基づくバッテリーパックは約１７００ｋｇの重量である。モーター、パワーエレクトロニクスおよび自動車シャッシの追加の重量は、慣用のＩＣＥ同等物よりも遙かに重い車両をもたらすであろう。
【０００５】
慣用のＩＣＥ車両では、エンジントルクおよびエンジンからの出力分配は、車両操作動力学の全範囲をカバーしなければならない。しかし、内燃機関の熱力学効率は広範囲の操作条件にわたって十分に最適化することができない。ＩＣＥは相対的に狭い力学範囲である。他方、電気機械は非常に広い力学範囲、例えば、ゼロ速度で最大限のトルクを生み出すことができるように設計できる。この制御柔軟性は産業駆動応用で有用な特徴としてよく認識されており、自動車応用に潜在能力を提供する。それらの操作範囲内で、電気機械は高度化されたエレクトロニクスを使用して制御されることができ、要求に合わせて非常に滑らかなトルクデリバリーを生み出すことができる。しかし、運転者に対して魅力ある異なるトルクデリバリープロフィールを与えることが可能である。それ故、これは、自動車設計者に将来は興味のある領域になる可能性がある。より高い速度で、電気駆動システムが、パワーエレクトロニクスの熱拒絶能力および電気モーター自身のための冷却システムにより制限される傾向にある。高速の高トルクモーターについての追加の考慮は、回転する部品の質量に関連することであり、非常に高い遠心力を高速で生み出す可能性がある。これらは破壊的である。ＨＥＶおよびＰＨＥＶでは、電気モーターは、したがって、動的範囲のいくらかのみを提供できる。しかし、これにより、ＩＣＥの効率がより狭い範囲の操作を超えて最適化できる。これは、エンジン設計に関していくらかの利点を提供する。
【０００６】
それ故、全範囲のＩＣＥのために開発された現行の炭化水素燃料は、ＨＥＶまたはＰＨＥＶのＩＣＥユニットのために最適化されないしまたは事実利点を与えない。多年の間、慣用のＩＣＥ車両のために燃料が配合されかつ規制されてき、したがって、フォーミュレーションスペース内の自由度で安定化され理解されてきたと考えられ得る。ハイブリッド技術の相対的に最近の導入は、全く新しい見方から燃料フォーミュレーションスペースを考慮する機会を存在させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、そして特にＰＨＥＶ用の低蒸気圧燃料が冷間スタート能力に妥協しないで、燃料消費及び出力に改良をも示すと言う研究結果に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の局面は、火花点火エンジンに適している液体燃料組成物を提供し、該組成物は炭化水素の混合物を含み、ここで、該組成物はおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す。本発明の特定の実施態様では、燃料組成物は、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す。本発明の一実施態様では、燃料組成物はガソリンである。
【０００９】
第２局面では、本発明は液体燃料組成物を使用する内燃エンジンを操作することを含む火花点火内燃エンジンを操作する方法を提供し、前記液体燃料組成物は、おおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す。本発明の特定の実施態様では、火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のパワートレイン内に含まれ、場合により、ハイブリッド電気自動車はプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）である。適切には、燃料組成物は、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す。
【００１０】
本発明の第３局面は、火花点火内燃エンジン用の燃料として２５ｋＰａよりも高くそして５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用を提供する。適切には、火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車、または場合により、プラグインハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる。
【００１１】
本発明の第４局面は、ハイブリッド電気自動車、または、場合により、プラグインハイブリッド電気自動車における燃料消費を改良するためにおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の実施態様を添付の図面により例証する。
【図１】図１は、慣用のＩＣＥ装備自動車で行った２種の燃料（燃料ＡおよびＢ）間の３種の運転速度における燃料消費の比較試験の結果を与える棒グラフである。
【図２】図２は、ＰＨＥＶ装備自動車で行った２種の燃料（燃料ＡおよびＢ）間の３種の運転速度における燃料消費の比較試験の結果を与える棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、少数の揮発成分を含むＰＨＥＶおよびＨＥＶ用の改質燃料組成物を与え、当該組成物は、慣用の火花点火ＩＣＥ車両用の現行特定されたものよりより低い蒸気圧を示す。ここで、「含む(comprise)」と言う用語は本明細書中最小として列挙した成分が含有されるが、特定されないその他の成分も含有することができることを示すことを意図している。
【００１４】
理論に束縛されないが、発明者等の到達した結論が、より軽質でより揮発性成分のガソリン燃料が、ＨＥＶで冷間スタート性能にあまり気にかけなくて良いという事実をもたらすことができると信じられる。それは、電気エネルギーが、最初のＩＣＥスタートのための燃料の気化を補助するのに使用できるからである。事実、相当割合の長行程が電気出力のみを使用して完了されると期待されるＰＨＥＶのため、タンク中の燃料の滞留時間を延ばすことができ、「ライトエンド(light ends)」のいくらかの損失をもたらす。燃料の揮発性成分を減少させることにより、本発明は、ＨＥＶおよびＰＨＥＶ用の燃料配合物がより多くの高価なライトエンド成分を必要としないので、相当量の経済的節約を与える。これにより炭化水素原料のより良い利用性も可能にし、ここで、価値の高い軽質揮発性成分が、燃料使用を辞めて化学合成プロセスの方に向けさせることができる。さらに、本発明は、炭化含量中での変化をさせないでより組成的に安定な燃料成分を与える。
【００１５】
ガソリン沸点範囲の適切な液体炭化水素燃料は、約２５℃〜約２３２℃の沸点範囲を有する炭化水素の混合物である。しかし、減少させた揮発性成分含量に鑑み、本発明の燃料組成物は、慣用的に配合されたガソリンブレンドの初留点（ＩＢＰ）よりも期待される初留点よりも高い初留点示すことが期待され得る。本発明の特定の実施態様では、ＩＢＰは少なくとも３０℃、場合により少なくとも３３℃、適切には、少なくとも３５℃である。本発明の特定の実施態様では、燃料組成物のＩＢＰは３８℃よりも高い。
【００１６】
本発明の燃料組成物は、飽和炭化水素、オレフィン性炭化水素および芳香族炭化水素の混合物である。約４０容量％〜約８０容量％の範囲、適切には５０容量％を超える量の飽和炭化水素含量、０容量％〜約３０容量％のオレフィン性炭化水素含量、および約１０容量％〜約６０容量％の芳香族炭化水素含量が好適である。基燃料は、直留ガソリン、ポリマーガソリン、天然ガソリン、ダイマーおよびトリマー化されたオレフィン類、合成的に生成した芳香族炭化水素混合物から誘導されるか、接触分解されたもしくは熱分解された石油原料、およびそれらの混合物から誘導される。オクタンレベル（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２は、通常、約８５を超える。慣用の自動車用燃料ベースを本発明の実施に使用できる。例えば、ガソリン中の炭化水素を、燃料中に使用される一般的に知られている、実質量までの慣用のアルコールやエーテルにより置き換えることができる。基燃料は、水が滑らかな燃焼を妨げ得るので、望ましくは水を実質的に含まない。
【００１７】
標準的に、本発明に適用される炭化水素燃料混合物は、実質的に鉛を含まないが、少量のブレンド剤、例えば、メタノール、エタノール、エチルターシャルブチルエーテル、メチルターシャルブチルエーテル、ｔｅｒｔ−アミルメチルエーテル等を、基燃料を基準に約０．１容量％〜約１５容量％含むことができるが、それより多量も利用できる。これらの燃料は、フェノール類、例えば、２，６−ジ−ｔｅｒｔブチルフェノールもしくはフェノレンジアミン類、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ-ブチル-ｐ-フェニレンジアミンのような抗酸化剤、染料、金属不活剤、ポリエステル−タイプエトキシル化アルキルフェノール-ホルムアルデヒド樹脂のような曇り防止剤を含む慣用の添加剤も含有できる。少なくとも１個のα−炭素原子を有するコハク酸誘導体の多価アルコールエステル、２０〜５０個の炭素原子を有する不飽和もしくは飽和脂肪族炭化水素基、例えば、ポリイソブチレン置換コハク酸のペンタエリトリトールジエステル、約９５０の平均分子量を有するポリイソブチレン基のような腐食防止剤を、約１重量ｐｐｍ（パートパーミリオン）〜約１０００重量ｐｐｍの量で存在させることもできる。
【００１８】
本発明の燃料組成物は、標準的な仕様の燃料、例えば、ＥＮ２２８仕様に合致する燃料と比較してより低い揮発性を有することを特徴とする。換言すれば、本発明の燃料はより少ない揮発成分を含み、それにより、慣用の標準的ガソリン燃料混合物と比較するとき、より低い蒸気圧を示す。ＥＮ２２８燃料標準品に合致するガソリンの許容できる蒸気圧（ｋｐａ）は４５．０ｋｐａ〜１１０．０ｋｐａの間に入る。本発明の実施態様では、燃料組成物はおおよそ５０．０ｋｐａ未満、適切には４５．０ｋｐａ未満、より適切には４２．５ｋｐａ未満、そして場合により４０．０ｋｐａ未満の蒸気圧を示す。本発明の特定の実施態様では、ガソリンの蒸気圧はおおよそ３８ｋｐａである。典型的には、本発明のガソリンの蒸気圧は、おおよそ２５ｋｐａ以上、適切には２７．５ｋｐａ以上、より適切には少なくとも３０ｋｐａ、場合により少なくとも３２．５ｋｐａ、さらに場合により少なくとも３５ｋｐａである。「おおよそ(around)」という用語は、一定の値に適用されるとき、誤差の妥当な端内の変動あるいは機能的な同等性の高いレベルを示す記載された値のどちらかの側の値も含まれる程度まで包含すると理解される。
【００１９】
本発明の利点は、燃料ブレンド中の揮発性成分をより少なく利用する要求が、イソパラフィン含量をガソリン組成物に通常関連するレベルを上回って増量できることを意味することにある。本発明の特定の実施態様では、イソパラフィン含量を、３５容量％を超え、適切には４０容量％よりも多く、そして場合により４２容量％を超えることができ、ここで、この量は燃料組成物の総量に対する。ｎ−パラフィン類を超えるイソパラフィン類の利用を増加させることにより、本発明のガソリン組成物はより高いＲＯＮも示し、それにより、加えるべき高価なオクテン価向上用添加剤成分をより少ない量で済む。
【実施例】
【００２０】
下記の非限定的例に関連させることにより本発明をさらに説明する。
例
本例は、冷間スタート能力、燃料消費、出力および加速性能を、慣用のＩＣＥ装備自動車と比較したＰＨＥＶで試験した。この例は、標準ＥＮ２２８準拠ガソリン（比較−燃料Ａ）対試験ガソリン組成物（実施例−燃料Ｂ）を使用し、試験ガソリン組成物は標準ＥＮ２２８準拠ガソリンよりも低い揮発性を示すように調整されている。比較燃料と実施例燃料の特性を表１に記載した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
参照燃料（燃料Ａ）は、現行ＥＮ２２８仕様に合致するＲＯＮ９６．５のオクタン品質の標準的無鉛ガソリンであり、慣用の主要等級のガソリン燃料に類似した。この燃料は比較のためのベースラインとして作用した。実施例（燃料Ｂ）は「貯蔵(stored)」ＰＨＥＶ用燃料を表した。それはＲＯＮ９６．１の適切なオクタン品質であったが、その揮発計量値 (metrics)Ｅ７０、Ｅ１００およびＶＰは現行ＥＮ２２８仕様未満だった。
車両
代表的ＰＨＥＶとして、プラグイン充電能力を示すようにＡｍｂｅｒｊａｃ（登録商標）により変換された２００８年型トヨタプリウス１．５  Ｔ４  ＨＥＶを試験用に選択した。慣用の火花点火、直接燃料噴射、内燃エンジン（ＩＣＥ）技術により出力する標準的２００４年型フォルクスワーゲン  ゴルフ  １．６  ＦＳＩと比較した。双方のＩＣＥ装備自動車は、可変バルブタイミングの４サイクルを使用して操作した。
冷間スタート試験
表２に冷間スタートの試験条件を記載する。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
予測に反して、燃料Ｂは、ＰＨＥＶエンジンまたはＩＣＥエンジンに使用されるとき、５℃で冷間スタート問題を起こさなかった。
性能評価
燃料配合について重要な考慮は、いずれかの燃料起因の性能利点または欠点の潜在能力である。これらは、加速している間および／または定常条件の間に全負荷で車両（エンジン）を操作することによりほぼ決定される。
加速条件、加速性能および出力を表３に記載する。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
ＩＣＥおよびＰＨＥＶの双方で使用したとき、実施例試験燃料Ｂはすべてのクルーズ速度で一貫して改良した燃料消費をもたらした（図１および図２参照）。５０ｋｐｈの速度でのＰＨＥＶの燃料消費は、車両がこの速度では電力のみで運行されたので、ゼロとして表示されている（図２参照）。
【００２７】
驚いたことに、燃料Ｂは、ＰＨＥＶで使用されるとき、標準比較燃料（燃料Ａ）と比較して、定常状態（１２０ｋｍ／ｈ）の燃料消費に１％を超えて改良を示したことが見出された。これは、この速度ではＰＨＥＶがそのＩＣＥを使用してのみで操作されるので有意である。さらに驚くべきことは、１２０ｋｍ／ｈにおけるＩＣＥ装備車両の燃料消費の減少は３％にとどまって、より高かったことである（図１参照）。
【００２８】
下記の表は、試験が行われる前の技術常識に基づく名目予測(a notional prediction)と共に、冷間スタート新欧州走行サイクル(new European driving cycle: NEDC)および１２０ｋｍ／ｈにおける暖時スタート定常状態の結果の概要を示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
結果は、低蒸気圧燃料を使用することにいずれの車両に不利な点はなく、燃料経済に幾分の利点を示したことを示す。それ故、本発明は、一般にＩＣＥにおける確立された国際標準（例えば、ＥＮ２２８）で特定されるよりも低い蒸気圧を示す燃料の利用性を提供し、そしてより適切には、ハイブリッド電気自動車の動力伝達系内で含まれるＩＣＥ内でより適切である。
【００３１】
本発明の特定の実施態様が本明細書中で詳細に開示されたが、これは、例により、例証の目的のみについてなされた。前述の実施態様は、特許請求の範囲に関して制限されることを意図していない。種々の置換、変更、修正を特許請求の範囲により定めた発明の精神および範囲から逸脱しないでなすことができることが発明者等により考慮されている。
【図１】
2017530243.tif 000007
【図２】
2017530243.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月7日(2017.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火エンジンに使用するのに適している液体燃料組成物であって、該組成物は炭化水素の混合物を含み、ここで、該組成物はおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記液体燃料組成物。
【請求項２】
燃料組成物が、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
燃料がガソリンである請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
液体燃料組成物を使用する内燃エンジンを操作することを含む火花点火内燃エンジンを操作する方法であって、前記液体燃料組成物は、おおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記方法。
【請求項５】
前記火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車、好ましくは、プラグインハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる、請求項４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本発明の特定の実施態様が本明細書中で詳細に開示されたが、これは、例により、例証の目的のみについてなされた。前述の実施態様は、特許請求の範囲に関して制限されることを意図していない。種々の置換、変更、修正を特許請求の範囲により定めた発明の精神および範囲から逸脱しないでなすことができることが発明者等により考慮されている。
以下、出願時の特許請求の範囲の内容を下記に示す。
［１］
火花点火エンジンに使用するのに適している液体燃料組成物であって、該組成物は炭化水素の混合物を含み、ここで、該組成物はおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記液体燃料組成物。
［２］
燃料組成物が、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記１に記載の組成物。
［３］
燃料がガソリンである前記１または２に記載の組成物。
［４］
液体燃料組成物を使用する内燃エンジンを操作することを含む火花点火内燃エンジンを操作する方法であって、前記液体燃料組成物は、おおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記方法。
［５］
前記火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる、前記４に記載の方法。
［６］
ハイブリッド電気自動車はプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）である、前記５に記載の方法。
［７］
前記燃料組成物が、４５．０ｋＰａ未満、適切には４２．５ｋＰａ未満、あるいは場合により、４０．０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す、前記４〜６のいずれかに記載の方法。
［８］
火花点火内燃エンジン用の燃料として２５ｋＰａよりも高くそして５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用。
［９］
前記火花点火内燃エンジンは、ハイブリッド電気自動車、または場合により、プラグインハイブリッド電気自動車のパワートレイン内に含まれる、前記８に記載の使用。
［１０］
ハイブリッド電気自動車、または、場合により、プラグインハイブリッド電気自動車における燃料消費を改良するためにおおよそ２５ｋＰａよりも高くそしておおよそ５０ｋＰａ未満の蒸気圧を示す液体炭化水素組成物の使用。
【国際調査報告】
2017530243.tif 000009
2017530243.tif 000010