(57)【要約】  本発明は、先進燃焼モードでの動作中に燃料−アルコールブレンド、例えばガソリン−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、先進燃焼モードでの動作中に先進燃焼エンジンの動作包絡線を拡張する方法を提供する。本発明の方法では、燃料−アルコールブレンドは、広範囲のエンジン負荷にわたって効率的に燃焼し、ＥＧＲ、ＷＴ、ＮＶＯ、再吸気または多数の燃料噴射に対する必要性が、減少されまたは除去される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先進燃焼エンジンの動作包絡線を、先進燃焼モードでの動作中に拡張する方法であって、前記先進燃焼モードでの動作中に、エンジンシリンダに、５容積％以上のアルコールを含む燃料−アルコールブレンドを供給する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃料−アルコールブレンドが、
（ａ）５容積％〜１５容積％のアルコールおよび８５容積％〜９５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｂ）１５容積％〜２５容積％のアルコールおよび７５容積％〜８５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｃ）２５容積％〜３５容積％のアルコールおよび６５容積％〜７５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｄ）３５容積％〜４５容積％のアルコールおよび５５容積％〜６５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｅ）４５容積％〜５５容積％のアルコールおよび４５容積％〜５５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｆ）５５容積％〜６５容積％のアルコールおよび３５容積％〜４５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｇ）６５容積％〜７５容積％のアルコールおよび２５容積％〜３５容積％の燃料を含むブレンド、
（ｈ）７５容積％〜８５容積％のアルコールおよび１５容積％〜２５容積％の燃料を含むブレンド、および
（ｉ）８５容積％〜９５容積％のアルコールおよび５容積％〜１５容積％の燃料を含むブレンド
からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料−アルコールブレンドが、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が８５〜１００でありかつ１０容積％〜５０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ａ）前記先進燃焼エンジンが、ＨＣＣＩモード、ＰＣＣＩモード、またはＬＴＣモードのいずれかで動作し、
（ｂ）前記燃料−アルコールブレンドが、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、ジェット燃料、バイオ燃料ブレンド、フィッシャー・トロプシュから得られる燃料、ガソリン−ディーゼルブレンド、ナフサおよびそれらの混合物および／またはブレンドからなる群から選択される燃料を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドがガソリンを含み、
（ｂ）前記エンジンがＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少ない
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドがガソリンを含み、
（ｂ）前記エンジンがＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長い
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドがガソリンを含み、
（ｂ）前記エンジンがＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）前記エンジンの着火遅れが、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測される着火遅れよりも少なくとも２０％〜８０％長い
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドがガソリンを含み、
（ｂ）前記エンジンがＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（ｄ）前記エンジンシリンダが、前記シリンダ内における前記ガソリン−エタノールブレンドの燃焼前に、ＥＧＲを含有しない
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料−アルコールブレンドが、ガソリンおよび一価の脂肪族アルコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料−アルコールブレンドが、ガソリンおよび２種以上のアルコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料−アルコールブレンドが、
ガソリン、および
メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノールおよび２−メチル−２−プロパノールからなる群から選択されるアルコール
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料−アルコールブレンドが、ガソリン−アルコールブレンドを含み、
前記ガソリンとアルコールが、前記シリンダに別個に供給され、前記シリンダ内でブレンドを形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
エンジン動作が、ＳＩモードで開始され、エンジン負荷の変化に応答してＨＣＣＩモードでの動作に変換されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記燃料−アルコールブレンドが、ガソリン−エタノールブレンドを含み、
前記エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線が、前記エンジンが基準ガソリンを使用してＨＣＣＩモードで動作するときに得られるものよりも１０％〜３０％大きい負荷を包含する
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１５】
エンジン動作が、ＳＩモードで開始され、エンジン負荷の変化に応答してＨＣＣＩモードでの動作に変換されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ＨＣＣＩエンジンの動作包絡線を拡張する方法であって、前記ＨＣＣＩモードでの動作中に、（ａ）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が８５〜１０５であり、かつ（ｂ）５容積％〜９５容積％のアルコールおよび７０容積％〜９０容積％のガソリンを含むガソリン−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給する工程を含み、
（１）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（２）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（３）着火遅れが、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測される着火遅れよりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（４）Ｒｍａｘ値が、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が８７〜９０の基準ガソリンが前記シリンダ内で燃焼されるときに観測されるＲｍａｘとほぼ等しいかまたはそれよりも小さい
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ガソリン−アルコールブレンドが、１０容積％〜７５容積％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガソリン−アルコールブレンドが、１０容積％〜５０容積％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガソリン−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガソリン−アルコールブレンドが、１０容積％〜１５容積％のアルコールを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線が、前記エンジンが基準ガソリンを使用してＨＣＣＩモードで動作するときに得られるものよりも１０％〜３０％大きい負荷を包含することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
先進燃焼エンジンのピークＮＯｘ排出量を減少させる方法であって、先進燃焼モードでの動作中に５容積％以上のアルコールを含む燃料−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドが、５容積％〜９５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであり、
（ｂ）前記エンジンがＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（ｄ）前記エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線が、前記エンジンが基準ガソリンを使用してＨＣＣＩモードで動作するときに得られるものよりも１０％〜３０％大きい負荷を包含する
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜７５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜５０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜３０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記燃料−アルコールブレンドが、１５容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜１５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
（ａ）前記ガソリン−アルコールブレンドが１０容積％〜３０容積％のアルコールを含み、
（ｂ）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（ｃ）前記エンジンの着火遅れが、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測される着火遅れよりも少なくとも２０％〜８０％長い
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のエタノールを含むガソリン−エタノールブレンドであり、
前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少ない
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドが、１０％容積〜３０容積％のエタノールを含むガソリン−エタノールブレンドであり、
（ｂ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（ｃ）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（ｄ）ガソリン−エタノールブレンドの（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が８５〜９５である
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜３０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記燃料−アルコールブレンドが、１５容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
先進燃焼エンジンにおけるサイクル間変動を減少させる方法であって、先進燃焼モードでの動作中に、５容積％以上のアルコールを含む燃料−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドが、５容積％〜９５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであり、
（ｂ）前記エンジンが、ＨＣＣＩモードで動作し、
（ｃ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（ｄ）前記エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線が、前記エンジンが基準ガソリンを使用してＨＣＣＩモードで動作するときに得られるものよりも１０％〜３０％大きい負荷を包含する
ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜７５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜５０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜３０容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記燃料−アルコールブレンドが、１１容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
前記燃料−アルコールブレンドが、１５容積％〜２５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜１５容積％のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドであることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４６】
（ａ）前記ガソリン−アルコールブレンドが１０容積％〜３０容積％のアルコールを含み、
（ｂ）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（ｃ）前記エンジンの着火遅れが、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測される着火遅れよりも少なくとも２０％〜８０％長い
ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４７】
前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のエタノールを含むガソリン−エタノールブレンドであり、前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少ないことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
（ａ）前記燃料−アルコールブレンドが、１０容積％〜３０容積％のエタノールを含むガソリン−エタノールブレンドであり、
（ｂ）前記エンジンのピークＮＯｘ排出量が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも５％〜９９％少なく、
（ｃ）ＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔が、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンが燃焼するときに観測されるＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔よりも少なくとも２０％〜８０％長く、
（ｄ）前記ガソリン−エタノールブレンドの（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が８５〜９５である
ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先進燃焼エンジンの動作包絡線を拡張するための、熱効率がよく環境に優しい方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
内燃式（ＩＣ）エンジンは、ほぼ均一な空気および燃料チャージが燃焼室内で火花点火される火花点火（ＳＩ）モードで動作することができる。ＩＣエンジンはまた、燃焼室内に不均一な空気および燃料チャージの圧縮が当該チャージを点火させる圧縮点火モードで動作してもよい。予混合圧縮点火（ＨＣＣＩ）は、圧縮点火の一種であり、自己着火で圧縮始動する前に空気と燃料がシリンダ内で完全に混合される。ＨＣＣＩが、ガソリンエンジンの低ＮＯｘ排気量を、ディーゼルエンジンと関連した高熱効率をもつ三元触媒と組み合わせることができるので、車両の窒素酸化物（ＮＯｘ）、および粒子状物質（ＰＭ）の排出量を低下させる世界各国における規制の構想は、ＨＣＣＩに関する関心を増大させた。
【０００３】
ＨＣＣＩでは、空気−燃料混合の増加は、ディーゼル燃料噴射よりも早期の段階において、一般に直接燃料噴射によって生ずる。従来のディーゼル燃焼とは異なり、ＨＣＣＩ燃焼は、ガスの容積全体を通して多数箇所における自然発生的な自動着火により行われる。ＨＣＣＩ燃焼は一般的に、二段階で生ずる。最初に低温熱発生（ｈｅａｔ  ｒｅｌｅａｓｅ）（ＬＴＨＲ）が生じ、その後に高温熱発生（ＨＴＨＲ）が続く。ＬＴＨＲ５０は、ＬＴＨＲの中間点における時間であり、ＨＴＨＲ５０は、ＨＴＨＲの中間点における時間である。
【０００４】
ＬＴＨＲおよびＨＴＨＲを広げ、ＬＴＨＲおよびＨＴＨＲ中の最大圧力増加率を減少させることは、ＨＣＣＩエンジンの動作範囲を増大させる（非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００５】
ＨＣＣＩのこれらの特質は知られているが、多くの理由のため、広範囲の負荷にわたってＨＣＣＩエンジンを動作させるのは依然として困難であることが分かった。
【０００６】
ＨＣＣＩエンジンが自動着火に依存しているので、燃焼段階（自動着火の時期）は本来的に、制御するのが困難である。ＨＣＣＩエンジンによる高速度の熱発生は、その負荷が増加するにつれて、機械的および騒音上の問題になり得る。また、燃焼は、ＨＣＣＩエンジンではきわめて急速に生じ、最大圧力上昇率は、中程度の負荷および高負荷を達成するため、ＨＣＣＩエンジンの能力を制限する。ＨＣＣＩはまた、燃料組成に敏感であり（非特許文献３参照）、燃料は低負荷では自動着火しないことが多い。
【０００７】
外部排気ガス再循環（ＥＧＲ）および可変バルブタイミング（ＶＶＴ）が、ＨＣＣＩおよび他のＩＣエンジンの燃焼熱発生、圧力上昇率、およびＮＯｘ排出の制御を支援するが、これらの設計オプションの各々には害がある。
【０００８】
ＥＧＲガスが排気およびＥＧＲシステムを通って流れなければならないので、外部ＥＧＲは、反応速度が遅くなる。外部ＥＧＲはまた、かなりの熱放散を必要とし、ＥＧＲはしばしば、エンジンへの導入前に冷却しなければならない。更に、ＥＧＲに対する高負荷性能を達成するため、（ＥＧＲによる空気の置換のため）大きな寸法のエンジンが必要となり、効率性および動力の損失となる。ＶＶＴを使用する内部ＥＧＲの方法では反応速度が速いが、これらのバルブの方法では、同様に動力および効率性を低下させる吸気バルブの遅れ閉鎖タイミングに取り組む。
【０００９】
負のバルブオーバーラップ（ＮＶＯ）が、排気バルブの閉鎖を早期に使用して既燃ガスを捕捉することによって、ＨＣＣＩの低負荷の自動着火の課題を解決しようとしている。捕捉したガスは、引き続く圧縮行程中において、自動着火を支援する。再吸気と呼ばれる別の解決策では、排気バルブは、吸気行程中に再び開放して、既燃ガスを排気口からシリンダ内に再び入れる。燃料組成および負荷条件を最適にしようとして、多数の燃料噴射も使用されてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ヤオ（Ｙａｏ）ら著、「ＨＣＣＩエンジンに関する燃料化学の影響およびエンジン動作条件についての研究」（Ａｎ  Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｆｕｅｌ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ｅｎｇｉｎｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ＨＣＣＩ  ｅｎｇｉｎｅ）、ＳＡＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ、２００８−０１−１６６０
【非特許文献２】ルー（Ｌｕ）ら著、「反応抑制剤のポート噴射によるｎヘプタンの予混合圧縮点火燃焼に関する実験的研究および化学的分析」（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｎ−ｈｅｐｔａｎｅ  ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｐｏｒｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ）、Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌａｍｅ１４９（２００７）２６１〜２７０頁
【非特許文献３】シバタ（Ｓｈｉｂａｔａ）ら著、「燃料組成についての低温熱発生の相関関係およびＨＣＣＩエンジン燃焼」（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｌｅａｓｅ  ｗｉｔｈ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＨＣＣＩ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）、ＳＡＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ、２００５−０１−０１３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
先進燃焼エンジンの燃焼段階および排出量を最適にしようとする上述の試みにもかかわらず、ＩＣエンジンが、先進燃焼モード（例えば、ＨＣＣＩモード）において一層環境に優しく、熱効率が良く、経済的に実行できるやり方で動作するのを可能にする方法に対する必要性が存在し続ける。理想的には、このような方法は、公知のエンジン設計と関連した複雑な機構および熱効率を不十分にすることなしに、高エンジン負荷と低エンジン負荷において効率的に動作し、良好なピークＮＯｘおよびＰＭ排出量を達成し、熱効率を向上させるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、先進燃焼モード（例えば、ＨＣＣＩモード）での動作中に燃料−アルコールブレンド（例えば、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００のガソリン−アルコールブレンド）をエンジンシリンダに供給することによって、先進燃焼モードでの動作中に先進燃焼エンジンの動作包絡線を拡張する方法を見い出した。ここに記載された方法では、燃料−アルコールブレンドは、広範囲のエンジン負荷において効率的に燃焼し、ＥＧＲ、ＶＶＴ、ＮＶＯ、再吸気、多数の燃料噴射、および吸気口シリンダの圧力ブースティングに対する必要性が、減少されまたは除去される。本発明の方法は、（１）ピークＮＯｘ排出量の著しい減少、（２）着火遅れの延長、（３）ＨＴＨＲの遅れと広がり、および（４）ＨＴＨＲの際の最大圧力増加率の減少、を示した。
【００１３】
良好な燃焼特性が得られるので、ここに記載された方法は、先進燃焼エンジンが、広範囲の回転速度および負荷にわたって先進燃焼モード（例えば、ＨＣＣＩモード）で動作するのを可能にする。例えば、ここに記載された方法は、許容できないエンジン騒音、冶金学的な応力、またはＮＯｘ排出量の上昇に遭遇することなしに、エンジンのＨＣＣＩの負荷範囲を約１０％〜約３０％拡張する。その熱効率および低ＮＯｘ排出量のため、ここに記載された方法は、かなりの環境上の利点を提示する。
【００１４】
一実施形態では、ここに記載された方法は、先進燃焼モード（例えば、ＨＣＣＩモード）での動作中、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００であり、かつ約５容積％以上のアルコールを含むガソリン−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、先進燃焼エンジンの動作包絡線を拡張する方法を提供し、この方法では、先進燃焼モード（例えば、ＨＣＣＩモード）での動作中、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内におけるガソリン−アルコールブレンドの燃焼前に、僅かな割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００１５】
ここに記載された方法は、エンジンシリンダへの導入前にアルコールおよび燃料（例えば、ガソリン）が混合されるブレンドを使用することができる。或いは、アルコールおよび燃料（例えば、ガソリン）は、シリンダ内に別個に供給され（例えば、噴射され）、必要量のアルコールと燃料を含有するブレンドを形成してもよい。
【００１６】
ここに記載された方法は、広範囲のエンジン回転速度および負荷にわたって効率的な燃焼を達成する。着火の遅れおよびＨＴＨＲの遅れと広がりにより、燃焼は、多量の燃料がシリンダに供給される高負荷条件の下でエンジンのシリンダの全体にわたって、より均一になる。また、燃焼安定性が改善され、サイクル間変動が減少する。
【００１７】
本発明のこれらのおよび他の態様は、本発明の次の詳細な説明において更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例１および例２の燃焼実験において試験されたベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料についてＬＴＨＲ５０とＨＴＨＲ５０との相違を例示する。
【図２】例１および例２の燃焼実験において試験されたベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料についてサイクル平均ピークＮＯｘ排出量に関するエタノールの影響を例示する。
【図３】例１および例２の燃焼実験において試験されたベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料について個々のサイクルのピークＮＯｘ排出に関するエタノールの影響を例示する。
【図４】先進燃焼エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線を例示している。
【図５】ここに記載された方法によるエタノール−濃縮ガソリンの燃焼についての熱発生データを例示する。
【図６】ここに記載された方法によるエタノール−濃縮ガソリンの燃焼についての熱発生データを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
特別の定めのない限り、ここに開示された百分率は全て、容積に基づくものである。
【００２０】
ここに記載された範囲の任意の終点は、任意の他の終点と組み合わせて、別の適当な範囲を形成することができる。
【００２１】
特に指摘されていない限り、以下の定義が適用される。
【００２２】
「先進燃焼エンジン」とは、少なくとも幾つかの回転速度／負荷条件の下で、（１）十分に均一なＨＣＣＩモード、（２）予混合チャージ圧縮点火（ＰＣＣＩ）モード、（３）低温燃焼（ＬＴＣ）モード、または（４）別の従来とは異なる高混焼モードのいずれかで動作するＩＣエンジンを意味する。
【００２３】
ここで使用されるような「アルコール」は、１種のアルコール、または２種以上のアルコールの混合物のいずれかを包含する。一価の脂肪族アルコールが、或る態様において使用される。１個〜約１０個の炭素原子を含有するアルコールが幾つかの態様で使用され、１個〜５個の炭素原子を含有するアルコールが幾つかの態様で使用され、１個〜４個の炭素原子を含有するアルコールが幾つかの態様で使用される。例えば、「アルコール」は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、および２−メチル−２−プロパノールからなる群から選択される１つ以上の化合物で構成されることができる。メタノールとエタノールが或る態様において使用され、エタノールが或る態様において使用される。
【００２４】
「先進燃焼エンジンの動作包絡線」（例えば、エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線）は、例えば図４のＨＣＣＩ燃焼モードについて描写されるような、エンジンを先進燃焼モードで動作させることができる回転速度および負荷範囲によって定義される。先進燃焼エンジンの動作包絡線は、許容できるエンジン騒音、許容できるエンジンの冶金学的な応力、および着火不良のような１つ以上パラメータによって、範囲が定められる。
【００２５】
「先進燃焼モードでの動作中における先進燃焼エンジンの動作包絡線の拡張」（例えば、エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線の拡張）とは、燃料−アルコールブレンド、例えばガソリン−アルコールブレンドを使用することによってエンジンを先進燃焼モードで動作させることができる回転速度および／または負荷範囲を増大させることを意味する。例えば、ここに記載された方法は、エンジンの基準ガソリンの使用時に達成される負荷よりも約１０％〜約３０％高い負荷を包含するように、エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線を拡張する。
【００２６】
「エンジンシリンダが任意選択でシリンダ内でのガソリン−アルコールブレンドの燃焼前に僅かな容積％のＥＧＲを含有する」とは、エンジンシリンダが４０容積％未満のＥＧＲを含有し、幾つかの態様では２０容積％未満のＥＧＲを含有することを意味する。
【００２７】
ここに記載されるような「燃料」には、限定するわけではないが、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、ジェット燃料、バイオ燃料ブレンド（例えば、バイオディーゼル）、再生可能なディーゼル、フィッシャー・トロプシュから得られる燃料、ガソリン−ディーゼルブレンド、ナフサ、石油または非石油供給原料から得られる他の燃料、および上述のものの任意の組み合わせまたはブレンドが包含される。本開示において記載されるような燃料は一般的に、性能を向上させまたは規制に適合させるため、添加物を含有する。上述の燃料に少量包含させてもよい添加物の例には、限定するわけではないが、燃焼促進物質、清浄剤、分散剤、潤滑剤、セタン改良剤、コールドフロー改良剤、金属不活性化剤、抗乳化剤、消泡剤、染料、腐食抑制剤等が包含される。
【００２８】
「ガソリン」の非限定的な例は、約７７°Ｆ（２５℃）〜約４３７°Ｆ（２２５℃）の範囲において大気圧で沸騰し、多量のパラフィン、シクロパラフィン（シクロパラフィン）、オレフィン、および芳香族化合物の混合物、および少量または微量の燃焼促進物質、清浄剤、染料、腐食抑制剤等を包含する添加物を含む炭化水素の混合物を含む。
【００２９】
「ディーゼル燃料」の非限定的な例は、約０容積％〜約５０容積％がシクロパラフィンである約５０容積％〜約９５容積％の脂肪族炭化水素と、約０容積％〜約５容積％のオレフィン系炭化水素と、約５容積％〜約５０容積％の芳香族炭化水素とを含み、約２８０°Ｆ（１３８℃）〜７５０°Ｆ（３９９℃）で沸騰するＣ９〜Ｃ２４炭化水素の混合物で構成される。
【００３０】
「ケロシン」の非限定的な例には、約５容積％〜約５０容積％の芳香族留分、約０容積％〜約５０容積％のシクロパラフィン留分、および約０容積％〜約５容積％のオレフィン留分が含まれる。
【００３１】
「ジェット燃料」の非限定的な例には、約０容積％〜約２５容積％の芳香族留分、約０容積％〜約２５容積％のシクロパラフィン留分、および約０容積％〜約５容積％のオレフィン留分が含まれる。
【００３２】
バイオディーゼルブレンド（ディーゼル燃料が混合されたバイオディーゼル）は、混合比、およびブレンドに対して選定されるディーゼルを反映する組成を有する。バイオディーゼル自体は、大豆、セイヨウアブラナ、パームのような植物油、動物脂、使用済み料理油、または他の供給源から製造することができる。
【００３３】
再生可能なディーゼルは、オレフィン結合を飽和させ、酸素原子を除去し、高パラフィン系炭化水素を残すように植物油または脂肪酸メチルエステルを水素化処理することによって作られる。
【００３４】
「フィッシャー・トロプシュ」から得られる燃料の非限定的な例は、約９０容積％〜１００容積％の脂肪族炭化水素、約０容積％〜約１容積％のオレフィン、および約０容積％〜１０容積％の芳香族化合物を含む。
【００３５】
ここに記載された方法で使用された燃料の芳香族化合物留分は、メチル芳香族化合物、および非メチルアルキル芳香族化合物を含有することができる。非メチルアルキル芳香族化合物の非限定的な例には、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、アルキルナフタレン等のような分子が包含され、そのような分子では、２つ以上の炭素を含有する単一のアルキル鎖が芳香族環に結合されている。メチル芳香族化合物の非限定的な例には、トルエン、ｏ、ｍ、ｐ−キシレン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン等のような芳香族分子が包含される。
【００３６】
ここに記載された方法で使用された燃料のシクロパラフィン留分は、シクロアルカン、または少なくとも１つのシクロアルカン環を含有する分子からなる。シクロパラフィン留分の成分の非限定的な例には、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、ジメチルシクロヘキサン、ジメチルシクロペンタン、エチルシクロヘキサン、およびエチルシクロペンタンが包含される。
【００３７】
ここに記載された方法で使用された燃料のオレフィン留分は、直鎖、分岐、およびシクロ−オレフィンを含有することができる。オレフィン留分の成分の非限定的な例には、ブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、およびジイソブチレンが包含される。
【００３８】
ここに記載された方法で使用された燃料のイソ−パラフィン系（分岐パラフィン系）留分とｎ−パラフィン系（直鎖パラフィン系）留分は、分岐アルカンと直鎖アルカンによってそれぞれ構成される。イソ−パラフィン系留分、およびｎ−パラフィン系留分成分の非限定的な例には、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−メチルペンタン、およびイソ−オクタンが包含される。
【００３９】
ここに記載された方法で使用されるガソリンは、幾つかの態様では、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００であり、幾つかの態様では、１容積％未満のベンゼンと、８０重量ｐｐｍ未満の硫黄とを含有する。
【００４０】
ここに記載された方法で使用されるガソリン−アルコールブレンドは、幾つかの態様では、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１０５であり、幾つかの態様では、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８７〜約９３である。
【００４１】
「燃料−アルコールブレンド」の非限定的な例には、
（１）約５容積％〜約１５容積％のアルコール、および約８５容積％〜約９５容積％の燃料を含むブレンド、
（２）約１５容積％〜約２５容積％のアルコール、および約７５容積％〜約８５容積％の燃料を含むブレンド、
（３）約２５容積％〜約３５容積％のアルコール、および約６５容積％〜約７５容積％の燃料を含むブレンド、
（４）約３５容積％〜約４５容積％のアルコール、および約５５容積％〜約６５容積％の燃料を含むブレンド、
（５）約４５容積％〜約５５容積％のアルコール、および約４５容積％〜約５５容積％の燃料を含むブレンド、
（６）約５５容積％〜約６５容積％のアルコール、および約３５容積％〜約４５容積％の燃料を含むブレンド、
（７）約６５容積％〜約７５容積％のアルコール、および約２５容積％〜約３５容積％の燃料を含むブレンド、
（８）約７５容積％〜約８５容積％のアルコール、および約１５容積％〜約２５容積％の燃料を含むブレンド、および
（９）約８５容積％〜約９５容積％のアルコール、および約５容積％〜約１５容積％の燃料を含むブレンド
が包含される。
【００４２】
「ＨＣＣＩ」は、かなり多量の燃料チャージが、圧縮誘導燃焼が予混合チャージ容積の全体にわたって多数の箇所で発生するのに十分な程度まで空気または燃焼生成ガス（燃焼残留物）と予混合される任意のエンジンまたは燃焼プロセスのことをいう。
【００４３】
「熱発生時間間隔」は、ＬＴＨＲ５０とＨＴＨＲ５０との間の時間間隔を意味する。図５および図６は、ここに記載された方法によるエタノール−濃縮ガソリンの燃焼についての熱発生データを例示する。
【００４４】
「着火遅れ」は、燃料が噴射される時点と、自動着火が実際に生ずる時点との間隔である。ここに記載された方法は、等価な条件の下で燃焼した基準燃料に対して観測された着火遅れよりも約２０％〜約８０％大きい着火遅れを達成する。
【００４５】
「火花点火（ＳＩ）モードでエンジン動作を始動する」とは、エンジンシリンダ内で燃料または空気−燃料チャージを火花点火してエンジンをコールドスタートさせることによって燃焼させることを意味する。火花点火（ＳＩ）モードでエンジン動作を始動させるのに使用される燃料は、エンジンの先進燃焼モード（例えばＨＣＣＩモード）への変換時に使用される燃料と同じものでもよく、異なるものでもよい。
【００４６】
「基準燃料」（例えば、「基準ガソリン」）は、アルコールを含有せず、燃料−アルコールブレンドと同様な着火品質レベルまで混合される燃料である。ガソリンについては、共通の着火品質測定値は、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２である。セタン価、派生セタン価、ＲＯＮ、または他の共通の慣例的な測定値のような、他の着火品質測定値を使用してもよい。
【００４７】
「Ｒｍａｘ」は、ＨＴＨＲの最大圧力増加率である。
【００４８】
一実施形態では、先進燃焼モードにおける先進燃焼エンジンの動作包絡線は、先進燃焼モードでの作動中に、約５容積％〜９５容積％、幾つかの態様では約５容積％〜８５容積％または１０容積％〜７５容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜５０容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜３０容積％、幾つかの態様では１１容積％〜３０容積％、幾つかの態様では１１容積％〜２５容積％、幾つかの態様では１５容積％〜２５容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜１５容積％のアルコールを含む燃料−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。
【００４９】
この実施形態では、先進燃焼モードでの作動中。この実施形態では、先進燃焼モードでの作動中、（ｌ）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準燃料の燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内での燃料−アルコールブレンドの燃焼前に、少量の割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００５０】
ここに記載された方法の別の実施形態では、ＨＣＣＩモードにおける先進燃焼エンジンの動作包絡線は、ＨＣＣＩモードでの動作中に、約５容積％〜９５容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜７５容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜５０容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜３０容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜１５容積％のアルコールを含む燃料−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、先進燃焼モードでの動作中、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準燃料の燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内における燃料−アルコールブレンドの燃焼前に、僅かな割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００５１】
ここに記載された方法の別の実施形態では、ＨＣＣＩモードにおける先進燃焼エンジンの動作包絡線は、ＨＣＣＩモードでの動作中に、ガソリンと、約５容積％〜９５容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜７５容積％、幾つかの態様では、約１０容積％〜５０容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜３０容積％、幾つかの態様では約１０容積％〜１５容積％のアルコール（幾つかの態様では、エタノール）とを含むガソリン−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、先進燃焼モードでの作動中、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内におけるガソリン−アルコールブレンドの燃焼前に、僅かな割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００５２】
ここに記載された方法の別の実施形態では、先進燃焼モードにおける先進燃焼エンジンの動作包絡線は、先進燃焼モードでの動作中に、（ａ）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００であり、かつ（ｂ）約１０容積％〜約３０容積％のアルコールと、約７０容積％〜約９０容積％のガソリンとを含むガソリン−アルコールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、ＨＣＣＩ先進燃焼モードでの作動中に、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内におけるガソリン−アルコールブレンドの燃焼前に、僅かな割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００５３】
ここに記載された方法の別の実施形態では、先進燃焼エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線は、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（ａ）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００であり、かつ（ｂ）約１０容積％〜約３０容積％のアルコールと、約７０容積％〜約９０容積％のガソリンとを含むガソリン−エタノールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは任意選択で、シリンダ内におけるガソリン−エタノールブレンドの燃焼前に、僅かな割合の容積のＥＧＲを含有する。
【００５４】
ここに記載された方法の別の実施形態では、先進燃焼エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線は、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（ａ）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００（例えば、約８７〜約９５）であり、かつ（ｂ）約１０容積％〜約３０容積％のエタノールと、約７０容積％〜約９０容積％のガソリンとを含むガソリン−エタノールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは、シリンダ内でのガソリン−エタノールブレンドの燃焼前にＥＧＲを含有しない。
【００５５】
ここに記載された方法の更に別の実施形態では、先進燃焼エンジンのＨＣＣＩ動作包絡線は、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（ａ）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８５〜約１００であり、（ｂ）約１０容積％〜約３０容積％のエタノールと、約７０容積％〜約９０容積％のガソリンとを含むガソリン−エタノールブレンドをエンジンシリンダに供給することによって、拡張される。この実施形態では、ＨＣＣＩモードでの動作中に、（１）エンジンのピークＮＯｘ排出量は、等価な燃焼条件の下で基準ガソリンの燃焼によって生成されるピークＮＯｘ排出量よりも約５％〜約９９％少なく、（２）エンジンシリンダは、シリンダ内でのガソリン−エタノールブレンドの燃焼前にＥＧＲを含有せず、（３）Ｒｍａｘ値が、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値が約８７〜約９０の基準ガソリンが、約１０容積％〜約４０容積％のＥＧＲの存在下においてシリンダ内で燃焼されるときに観測されるＲｍａｘ値とほぼ等しいかまたはそれよりも小さい。
【００５６】
ここに記載された方法では、燃料−アルコールブレンド（例えば、ガソリン−アルコールブレンド）のＬＴＨＲとＨＴＨＲとの間の時間間隔は、等価な条件の下で燃焼した基準燃料（例えば、基準ガソリン）と比較すると、少なくとも約２０％〜約８０％延長される。燃料−アルコールブレンド（例えば、ガソリン−アルコールブレンド）のＬＴＨＲの時間は、等価な条件の下で燃焼した基準燃料（例えば、基準ガソリン）のＬＴＨＲの時間と比較すると、少なくとも約１０％延長される。燃料−アルコールブレンド（例えば、ガソリン−アルコールブレンド）のＨＴＨＲの時間は、等価な条件の下で燃焼した基準燃料（例えば、基準ガソリン）のＨＴＨＲの時間と比較すると、少なくとも約３０％延長される。
【００５７】
本書で説明した方法のこれらのおよび他の態様は、例示的なものであり限定的なものではない以下の例において、更に例示される。
【実施例】
【００５８】
実験装置および方法
下記の実施例１および実施例２の実験においては、次の実験装置および方法を使用した。
【００５９】
点火品質試験器（ＩＱＴ）を使用して、下記の表ＩＡおよび表ＩＢにリストした基準ガソリンおよびガソリンブレンドの燃焼特性を検討した。ＩＱＴは、噴射された燃料アリコートを自然に燃焼させるように、高圧および温度条件を使用した。図５および図６に示すように、圧力センサによって経時的な圧力上昇を監視し、熱発生特性を定量化した。このようにして、制御された実験室の条件の下で燃焼を検討し、燃料の相違を特徴づけた。ＨＣＣＩ燃焼を良好にシミュレートするため、ＨＣＣＩ条件を良好に再現するように、標準的なＩＱＴ動作（ＡＳＴＭ  Ｄ６８９０）を修正した。燃焼室の温度を修正し、燃料の量を減少させることによって、これを達成した。これらの変化により、ＩＱＴは、ＨＣＣＩエンジンの測定値に適合した燃料組成の影響の予測を可能にした。
【００６０】
実施例１
燃焼特性
５つの燃料および燃料ブレンドの組成および燃焼特性を評価し、以下の表１および表２に要約して示した。燃料および燃料ブレンドを、２種類のオクタン品質水準、即ち、（１）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が約８７のもの、（２）（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が約９０のものに分類した。
【００６１】
【表１】
2012532269.tif 000003
【００６２】
【表２】
2012532269.tif 000004
【００６３】
【表３】
2012532269.tif 000005
【００６４】
表１、表２、および表３に要約された燃焼データは、ガソリン中に１０容積％以上のエタノールを包含させると、ＩＱＴ試験で検討された燃料の燃焼性能が著しく向上したことを実証している。
【００６５】
各グループのオクタン品質水準が一致していたので、各グループの燃料について、熱発生と着火遅れがほぼ同じ時間に生ずることが期待された。例えば、高オクタンのグループでは、ベース９０の（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２は９０．１であり、燃料９０−２０の（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２は９０．６であり、両者の値は実質的に同じである。また、主要燃焼事象の中心（高温熱発生５０％ポイント（ＨＴＨＲ５０））は、ベース９０では２６．１ｍｓｅｃ、燃料９０−２０では平均３５．５ｍｓｅｃであり、時間が大幅に３６％増加した。着火遅れについても、ベース燃料９０での２２．０ｍｓｅｃから燃料９０−２０での平均３２．０ｍｓｅｃへと４５％の大幅な増加を示した。
【００６６】
（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が約８７となるように混合された燃料に、予期しない同じ傾向が見られた。燃料８７−１５Ｃ、燃料８７−２０ＡについてのＨＴＨＲ５０の時間ポイントは、ベース８７Ａと比較して、それぞれ４１％、４８％増加した。同じ燃料についての着火遅れは、４７％、５５％増加した。
【００６７】
ＬＴＨＲ５０の時間についても、ＨＴＨＲ５０での遅れのように顕著なものではなかったが、エタノール含有燃料では遅れた。従って、エタノール含有燃料についてのＬＴＨＲ５０とＨＴＨＲ５０との間の時間間隔は、ベース燃料についてのＬＴＨＲ５０とＨＴＨＲ５０との間の時間間隔よりも大きい。ベース燃料と比較すると、低温熱発生ポイントと高温熱発生ポイントとの間の時間差は、（１）エタノールを１５％含有する燃料では約４９％大きく、（２）エタノールを２０％含有し、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が８７の燃料では約５７％大きく、（３）エタノールを２０％含有し、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が９０の燃料では約４１％大きかった。得られたデータは、実施された燃焼試験に対して良好な再現性を示した。
【００６８】
図１は、ベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料についてのＨＴＨＲ５０とＬＴＨＲ５０との上述の相違を例示している。図１に示されるデータは、１０％以上のエタノールを含有する燃料について、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の値がほぼ同じでエタノールを含有しない燃料と比較すると、低温熱発生ポイントと高温熱発生ポイントとの間に大きな時間間隔があることを示している。この大きな時間間隔はおそらく、環境を問題にする際に主要な燃焼事象および多少の高温の反応ガスの存在が燃焼段階または自動着火を支援する前に、このような反応ガスがシリンダ内で均一に混合する機会を提供する。かくして、本発明のプロセスの特有な燃焼特性は、エンジン設計者が噴射時期をより良好に最適化するのを可能にすることもできる。
【００６９】
実施例２
ピークＮＯｘ排出量に関する燃料組成の影響
実施例１に記載された燃焼実験の際、ピークＮＯｘ排出量に関するエタノールの影響も検討した。図２は、３２個の試験サイクルにわたって平均した、ベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料についてのサイクル平均ピークＮＯｘ排出量に関するエタノールの影響を例示する。
【００７０】
１５％以上エタノールを使用すると、サイクル平均ピークＮＯｘ量は、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が８７の燃料では約８６％〜８９％、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が９０の燃料では１４％減少した。低オクタン価と高オクタン価の両方の燃料の組みについて、ＮＯｘの著しい減少が見られ、（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２が８７の燃料についての結果は、極めて大きな減少を示した。低オクタン価では、非エタノール燃料を使用すると、完全に均一な燃料／空気ブレンドが得られないことが理論的に想定される。これにより、効率的な燃焼が損なわれ、ピーク燃焼温度が増加し、局部的にホットゾーンが生じ得る。ＮＯｘの形成は、極めて温度に依存するものであり、ピーク燃焼温度が増加すると、著しく増大する傾向がある。エタノールは、燃料ブレンドの均質性を著しく向上させるのに十分長く燃焼を遅らせ、これにより燃焼温度とＮＯｘ量の両方を減少させるものと思われる。ＮＯｘ量の減少が高オクタン燃料ではより小さくなるという事実は、この結論を裏付ける。高オクタンのベース燃料（ベース９０）では、ＨＴＨＲ５０は、２６．１ｍｓｅｃのところで既に顕著に遅れている。燃料９０−２０ではＨＴＨＲ５０が３５．５ｍｓｅｃへと一層遅れているが、ベース８７ＡのＨＴＨＲ５０がほんの１６．２ｍｓｅｃである低オクタン燃料の組とほぼ同程度であり、均質性に影響を及ぼさない。
【００７１】
ベース燃料９０と燃料８７−２０ＡのピークＮＯｘ排出量が同様なものである（ベース燃料９０では１２．３ｐｐｍ、燃料８７２０Ａでは１２．１ｐｐｍ）ことが明らかになった。これは、予期しないことであった。何故なら、ベース燃料９０と燃料８７−２０Ａの組成、オクタン品質、ＨＴＨＲ５０および着火遅れについて、まとめて考察すると、燃料８７−２０ＡのピークＮＯｘ排出量がベース燃料９０のそれよりも大きいことを示唆したからである。（ベース燃料９０と燃料８７−２０Ａの組成は実質的に相違している：ベース燃料９０はエタノールを含有せず、燃料８７−２０Ａは２０％のエタノールを含有する。（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２によって測定されるようなオクタン品質は、ベース燃料９０では９０．１、燃料８７−２０Ａでは８８．５である。ベース燃料９０についてのＨＴＨＲ５０（２６．１ｍｓｅｃ）および着火遅れ（２２．０ｍｓｅｃ）は、燃料８７−２０ＡについてのＨＴＨＲ５０（２４．１ｍｓｅｃ）および着火遅れ（２０．８ｍｓｅｃ）よりも幾分遅い。）ベース燃料９０と燃料８７−２０ＡのピークＮＯｘ排出量の予期せぬ類似性は、燃料のオクタン価を（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２の尺度で（２〜３数字だけ）増加させることによって、または低オクタン燃料を（約２０％）エタノールと混合することによって、ＨＣＣＩピークＮＯｘ排出量を効果的に減少させることができることを示している。
【００７２】
図３は、実施例１に記載された燃焼実験の３２個の試験サイクルの各々において試験されたベース（エタノールを含有しない）およびエタノール含有燃料について、個々のサイクルのピークＮＯｘ排出量に関するエタノールの影響を例示している。ベース燃料の値が、対応するエタノール燃料の値よりもかなり大きかったばかりでなく、ベース燃料のサイクル間変動は、エタノール燃料のサイクル間変動よりも著しく大きく、エタノール含有燃料がより安定的な燃焼を達成することを示している。
【００７３】
上述の説明が専ら例示的な目的を意図しており、多少なりとも本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解すべきである。
【図１】
2012532269.tif 000006
【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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2012532269.tif 000013
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