JP2007269865A - 多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油、燃焼方法、ディーゼルエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】芳香族分の含有量が高く、ディーゼルエンジンに適した燃料油、その燃焼方法、およびそのような燃料油を用いるディーゼルエンジンを提供すること。
【解決手段】多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用の燃料油であって、下記（１）及び（２）に示す性状を具備し、かつ、密度、９０％容量留出温度、動粘度（５０℃）、硫黄分の含有量、１０％残油の残留炭素分、およびアニリン点が特定範囲にある。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
【選択図】なし
【解決手段】多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用の燃料油であって、下記（１）及び（２）に示す性状を具備し、かつ、密度、９０％容量留出温度、動粘度（５０℃）、硫黄分の含有量、１０％残油の残留炭素分、およびアニリン点が特定範囲にある。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
【選択図】なし
Description
本発明は、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油、燃焼方法、ディーゼルエンジンに関する。
ディーゼルエンジンは燃焼効率が良く、自動車、船舶、建設機械、発電機等に搭載され、広く社会に普及している。
一方近年では、エネルギーの有効利用の観点より、コジェネレーションの活用が強く求められている。ディーゼルエンジンは、火花点火ガスエンジンやガスタービンに比較して発電効率が高いため、コジェネレーション用の発電装置としても有利である。従来から使用されている単段噴射方式のディーゼル発電用の燃料としては、一般に軽油、Ａ重油（ＪＩＳ１種重油）、及びＣ重油（ＪＩＳ３種重油）が利用されているが、その中でも特にＡ重油の使用割合が高い。
一方近年では、エネルギーの有効利用の観点より、コジェネレーションの活用が強く求められている。ディーゼルエンジンは、火花点火ガスエンジンやガスタービンに比較して発電効率が高いため、コジェネレーション用の発電装置としても有利である。従来から使用されている単段噴射方式のディーゼル発電用の燃料としては、一般に軽油、Ａ重油（ＪＩＳ１種重油）、及びＣ重油（ＪＩＳ３種重油）が利用されているが、その中でも特にＡ重油の使用割合が高い。
Ａ重油としては、単段噴射方式ディーゼルエンジンからの制約として、セタン価４５以上の着火性の良い燃料油が使用されている。Ａ重油では、セタン価を確保するために、セタン価の大きいパラフィン分の多い燃料油を基準として、接触分解装置から得られるセタン価が低く芳香族分の含有量が高い燃料油（分解軽油または接触分解軽油（ＬＣＯ））の混合割合を調整しながら製造している。しかし、全国的な分解装置能力の増強に伴い、このようなセタン価が低く芳香族分の含有量が高い燃料油が余剰となり、その有効活用が求められている。
また、最近では、ディーゼルエンジンに関して、さらなる効率改善がエンジン及び燃料油の面から一層求められている。エンジン面からは、燃焼性の改善に向けてコモンレール方式の多段噴射機構を有するディーゼルエンジンの開発が進められ、燃料油の面からも、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに適した高性能燃料油の開発が進められている。
そこで、硫黄濃度５０質量ｐｐｍ以下、蒸留の終点３５０℃以下、セタン価が２５〜５５の軽油を燃料として単段噴射により予混合圧縮自己着火燃焼を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。また、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油として、９０％容量留出温度が４００℃以下であり、セタン価が１０〜４０である燃料油が提案されている（例えば、特許文献２）。
また、最近では、ディーゼルエンジンに関して、さらなる効率改善がエンジン及び燃料油の面から一層求められている。エンジン面からは、燃焼性の改善に向けてコモンレール方式の多段噴射機構を有するディーゼルエンジンの開発が進められ、燃料油の面からも、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに適した高性能燃料油の開発が進められている。
そこで、硫黄濃度５０質量ｐｐｍ以下、蒸留の終点３５０℃以下、セタン価が２５〜５５の軽油を燃料として単段噴射により予混合圧縮自己着火燃焼を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。また、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油として、９０％容量留出温度が４００℃以下であり、セタン価が１０〜４０である燃料油が提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、特許文献１に開示された低セタン価の燃料油で運転を行った場合、単段噴射ディーゼルエンジンでは、多段噴射ディーゼルエンジンよりも燃費等の性能が劣る。また、特許文献２に開示されているのは、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用の燃料油であるが、比較的軽質の低セタン価燃料油についてしか開示されておらず、重質で芳香族分の含有量が高い燃料油を対象としたものではない。
そこで、本発明の目的は、芳香族分の含有量が高く、高カロリーな燃料油であって、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに適した燃料油、その燃焼方法、およびそのような燃料油を用いる多段噴射機構を有するディーゼルエンジンを提供することにある。
そこで、本発明の目的は、芳香族分の含有量が高く、高カロリーな燃料油であって、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに適した燃料油、その燃焼方法、およびそのような燃料油を用いる多段噴射機構を有するディーゼルエンジンを提供することにある。
本発明の多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油（以下、「本発明の燃料油」あるいは単に「燃料油」ともいう）は、下記（１）及び（２）に示す性状を具備することを特徴とする。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
本発明の燃料油によれば、全芳香族分が４５容量％以上で、真発熱量が９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上であり、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに用いられるので、高発熱量が要求される発電用燃料油として非常に優れている。すなわち、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンを用いるので、従来の燃料油の規格からはずれている芳香族分含有量が高くて着火遅れ時間が長い燃料油がエンジン内で効率的に燃焼する。
本発明の燃料油は、さらに下記（３）〜（５）に示す性状を具備することが好ましい。
（３）密度：０．８８ｇ／ｃｍ3以上
（４）９０容量％留出温度：３００℃以上
（５）動粘度（５０℃）：１．３ｍｍ２／ｓ以上
（３）密度：０．８８ｇ／ｃｍ3以上
（４）９０容量％留出温度：３００℃以上
（５）動粘度（５０℃）：１．３ｍｍ２／ｓ以上
この発明によれば、密度が０．８８ｇ／ｃｍ3以上、９０容量％留出温度が３００℃以上、さらに動粘度（５０℃）が１．３ｍｍ２／ｓ以上であるため、高密度であって燃費に優れる燃料油となる。ここで、密度が０．９５ｇ／ｃｍ3以下、９０容量％留出温度が４００℃以下、さらに動粘度（５０℃）が２０ｍｍ２／ｓ以下であると、さらに流動性にも優れた燃料油となる。
本発明の燃料油は、さらに下記（６）〜（８）に示す性状を具備することが好ましい。
（６）硫黄分の含有量：０．４質量％以下
（７）１０％残油の残留炭素分：０．５質量％以下
（８）アニリン点：５０℃以下
（６）硫黄分の含有量：０．４質量％以下
（７）１０％残油の残留炭素分：０．５質量％以下
（８）アニリン点：５０℃以下
ここで、硫黄分の含有量と１０％残油の残留炭素分は、少ないほど排ガス性能が改善されるが、燃料油の製造コストは増加する。そこで、要求される排ガス性能値と燃料油の製造コストを勘案して、最適な硫黄の分含有量と１０％残油の残留炭素分濃度を定める必要がある。
この発明によれば、硫黄分の含有量が０．４質量％以下であるため、硫黄酸化物の排出量が少なく環境への負荷が低い。また、１０％残油の残留炭素分が０．５質量％以下であるので、エンジンを構成する燃料噴射ポンプを高性能な状態で長く維持することができる。また、アニリン点が５０℃以下であり、芳香族分が多いため、熱効率にも優れる。アニリン点については、５℃以上であると、より燃焼性のよい高芳香族燃料油とすることができるのでより好適である。
この発明によれば、硫黄分の含有量が０．４質量％以下であるため、硫黄酸化物の排出量が少なく環境への負荷が低い。また、１０％残油の残留炭素分が０．５質量％以下であるので、エンジンを構成する燃料噴射ポンプを高性能な状態で長く維持することができる。また、アニリン点が５０℃以下であり、芳香族分が多いため、熱効率にも優れる。アニリン点については、５℃以上であると、より燃焼性のよい高芳香族燃料油とすることができるのでより好適である。
本発明の燃料油は、さらに下記式（９）及び式（１０）に示す性状を具備することが好ましい。
１０≦ＣＩＩ≦４０ （９）
ＩＣ≦８５ （１０）
［ＣＩＩは、ＣＩＩ＝６４．０２４／Ｄ２＋０．００１２２Ａ２−４６．３６で表される指標であり（Ｄ：密度（ｇ／ｃｍ3）、Ａ：アニリン点（℃））、ＩＣは、ＩＣ＝８２．１９＋０．４２４Ｄ−６．１５９ｌｏｇＶ−０．０９３６Ｃで表される指標である（Ｖ：動粘度（５０℃、ｍｍ２／ｓ）、Ｃ：１０％残油の残留炭素分（質量％））。］
１０≦ＣＩＩ≦４０ （９）
ＩＣ≦８５ （１０）
［ＣＩＩは、ＣＩＩ＝６４．０２４／Ｄ２＋０．００１２２Ａ２−４６．３６で表される指標であり（Ｄ：密度（ｇ／ｃｍ3）、Ａ：アニリン点（℃））、ＩＣは、ＩＣ＝８２．１９＋０．４２４Ｄ−６．１５９ｌｏｇＶ−０．０９３６Ｃで表される指標である（Ｖ：動粘度（５０℃、ｍｍ２／ｓ）、Ｃ：１０％残油の残留炭素分（質量％））。］
この発明によれば、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン内の燃焼性の指標として、ＣＩＩとＩＣを用いているので、低セタン価の燃料に対しても燃焼性の指標として優れている。さらに、これらの指標が所定の範囲にあるので、本発明の燃料油は、発電用燃料油としても非常に優れている。すなわち、エンジン内で燃料油の効率的な燃焼が可能となる。
本発明の燃焼方法は、前記した燃料油を、多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用することを特徴とする。
ここで、予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンとは、いわゆるＨＣＣＩエンジン（Homogeneous Charge Compression Ignition Engine）とも称されるタイプのエンジンのことである。
本発明の燃焼方法によれば、前記した燃料油を、多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用するので、より一層効率的な燃焼が可能となり、燃費低減のみならず、排出ガス中のＮＯｘやＰＭなどの排出量を低減でき環境への負荷もより少なくすることができる。
ここで、予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンとは、いわゆるＨＣＣＩエンジン（Homogeneous Charge Compression Ignition Engine）とも称されるタイプのエンジンのことである。
本発明の燃焼方法によれば、前記した燃料油を、多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用するので、より一層効率的な燃焼が可能となり、燃費低減のみならず、排出ガス中のＮＯｘやＰＭなどの排出量を低減でき環境への負荷もより少なくすることができる。
本発明では、前記燃料油の供給を、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、プログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）及び専用制御デバイスから選ばれる少なくとも一つ以上の集積回路によって制御することが好ましい。
この発明によれば、エンジン内における燃料油の供給を前記した方法により制御しているため、エンジンへの負荷が急に変動した場合であっても、エンジン内の燃焼を常に最適な状態に保って運転することが可能となる。
この発明によれば、エンジン内における燃料油の供給を前記した方法により制御しているため、エンジンへの負荷が急に変動した場合であっても、エンジン内の燃焼を常に最適な状態に保って運転することが可能となる。
本発明のディーゼルエンジンは、多段噴射機構を具備するディーゼルエンジンであって、燃料油として請求項１〜４のいずれかに記載の燃料油を用いたことを特徴とする。
本発明のディーゼルエンジンによれば、多段噴射機構を具備するとともに前記した燃料油を用いるので、エンジン内の燃焼が効率的であり、前記した効果を奏することができる。
多段噴射機構を有するエンジンの構造については種々の形態があるが、例えば、パイロット噴射機構を取り付けたエンジンがより効果的である。パイロット噴射とは、圧縮行程において主噴射の前に少量の燃料を噴射する機構である。パイロット噴射機構を用いる場合は、パイロット噴射量比を３０％以下とすることが燃焼効率向上の観点から好ましい。
本発明のディーゼルエンジンによれば、多段噴射機構を具備するとともに前記した燃料油を用いるので、エンジン内の燃焼が効率的であり、前記した効果を奏することができる。
多段噴射機構を有するエンジンの構造については種々の形態があるが、例えば、パイロット噴射機構を取り付けたエンジンがより効果的である。パイロット噴射とは、圧縮行程において主噴射の前に少量の燃料を噴射する機構である。パイロット噴射機構を用いる場合は、パイロット噴射量比を３０％以下とすることが燃焼効率向上の観点から好ましい。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
本発明の燃料油が適用される多段噴射機構を有するディーゼルエンジンとは、燃料の噴射を単段ではなく多段で行うディーゼルエンジンである。例えば、パイロット噴射機構と主噴射機構を備えたディーゼルエンジンが好適である。
ここで、本発明の多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油は、下記（１）及び（２）を示される性状を有する。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
本発明の燃料油が適用される多段噴射機構を有するディーゼルエンジンとは、燃料の噴射を単段ではなく多段で行うディーゼルエンジンである。例えば、パイロット噴射機構と主噴射機構を備えたディーゼルエンジンが好適である。
ここで、本発明の多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油は、下記（１）及び（２）を示される性状を有する。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上
本発明の燃料油は、このように全芳香族分が４５容量％以上で、真発熱量が９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上であり、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに用いられるので、特に発電用燃料油として非常に優れている。すなわち、全芳香族分が多くて、着火遅れ時間が長いので、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン内では燃料油の効率的な燃焼が可能となる。全芳香族分が４５容量％未満では、むしろ着火遅れ時間が短くなってしまい、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用として不適当であり十分な熱効率を確保することができない。ここで、全芳香族分は、５５容量％以上とすることが特に好ましい。また、全芳香族分は、８０容量％以下であることが好ましい。全芳香族分が８０容量％を越えるとエンジン内での燃焼性に支障を及ぼす可能性がある。
なお、燃料油中の全芳香族分は、例えば、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法（石油学会法）」に準拠して測定することができる。
なお、燃料油中の全芳香族分は、例えば、ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法（石油学会法）」に準拠して測定することができる。
本発明の燃料油は、さらに下記（３）〜（５）に示す性状を具備することが好ましい。
（３）密度：０．８８ｇ／ｃｍ3以上
（４）９０容量％留出温度：３００℃以上
（５）動粘度（５０℃）：１．３ｍｍ２／ｓ以上
（３）密度：０．８８ｇ／ｃｍ3以上
（４）９０容量％留出温度：３００℃以上
（５）動粘度（５０℃）：１．３ｍｍ２／ｓ以上
燃料油の密度が０．８８ｇ／ｃｍ3以上、９０容量％留出温度が３００℃以上、さらに動粘度（５０℃）が１．３ｍｍ２／ｓ以上であるため、高密度であって燃費に優れる燃料油となる。ここで、密度が０．９５ｇ／ｃｍ3以下、９０容量％留出温度が４００℃以下、さらに動粘度（５０℃）が２０ｍｍ２／ｓ以下であると、さらに流動性にも優れた燃料油となる。
なお、組成物の密度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」に準拠して測定することができる。
なお、組成物の密度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」に準拠して測定することができる。
本発明の燃料油は、さらに下記（６）〜（８）に示す性状を具備することが好ましい。
（６）硫黄分の含有量：０．４質量％以下
（７）１０％残油の残留炭素分：０．５質量％以下
（８）アニリン点：５０℃以下
（６）硫黄分の含有量：０．４質量％以下
（７）１０％残油の残留炭素分：０．５質量％以下
（８）アニリン点：５０℃以下
燃料油に含まれる硫黄分の含有量が０．４質量％以下であると、硫黄酸化物の排出量が少なく環境への負荷を下げることができる。この硫黄酸化物としては、排出ガスに含まれるＰＭ（Particulate Matter）中のサルフェートも問題となる。ここで、かかるサルフェートは、硫酸塩と１．３倍程度の結合水を含む状態でＰＭ中に存在するが、その量は燃料油中の硫黄含有率に依存する。なお、燃料油中の硫黄分は、例えば、ＪＩＳ Ｋ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」に準拠して測定することができる。
燃料油に含まれる１０％残油の残留炭素分（以下、「１０％残留炭素分」ともいう）が０．５質量％以下であると、エンジンを構成する燃料噴射ポンプを高性能な状態で長く維持することができる。この１０％残留炭素分とは燃料油組成物を蒸留し、１０％留出残油となるように調整したものに対する残留炭素分である。この値が０．５質量％を超えると、燃焼室内においてカーボンが生成しやすくなり、燃料噴射ポンプの性能低下を起こす可能性が高まる。なお、１０％残油の残留炭素分は、例えばＪＩＳ Ｋ ２２７０「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定された値である。
また、燃料油のアニリン点が５０℃以下であり芳香族分が多いと、熱効率にも優れる。アニリン点については、５℃以上であると、より燃焼性のよい高芳香族燃料油とすることができるのでより好適である。
なお、アニリン点は、例えばＪＩＳ Ｋ ２２５６「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定された値である。
なお、アニリン点は、例えばＪＩＳ Ｋ ２２５６「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」により測定された値である。
本発明の燃料油は、さらに下記式（９）及び式（１０）に示す性状を具備することが好ましい。
１０≦ＣＩＩ≦４０ （９）
ＩＣ≦８５ （１０）
［ＣＩＩは、ＣＩＩ＝６４．０２４／Ｄ２＋０．００１２２Ａ２−４６．３６で表される指標であり（Ｄ：密度（ｇ／ｃｍ3）、Ａ：アニリン点（℃））、ＩＣは、ＩＣ＝８２．１９＋０．４２４Ｄ−６．１５９ｌｏｇＶ−０．０９３６Ｃで表される指標である（Ｖ：動粘度（５０℃、ｍｍ２／ｓ）、Ｃ：１０％残油の残留炭素分（質量％））。］
１０≦ＣＩＩ≦４０ （９）
ＩＣ≦８５ （１０）
［ＣＩＩは、ＣＩＩ＝６４．０２４／Ｄ２＋０．００１２２Ａ２−４６．３６で表される指標であり（Ｄ：密度（ｇ／ｃｍ3）、Ａ：アニリン点（℃））、ＩＣは、ＩＣ＝８２．１９＋０．４２４Ｄ−６．１５９ｌｏｇＶ−０．０９３６Ｃで表される指標である（Ｖ：動粘度（５０℃、ｍｍ２／ｓ）、Ｃ：１０％残油の残留炭素分（質量％））。］
一般に、セタン指数は燃料油のセタン価を推定する便利な指標であるが、ＪＩＳ Ｋ２２８０では、セタン指数の適用範囲がセタン価で３２．５〜５６．５と規定されており、低セタン価を持つ燃料油にセタン指数を適用することは困難であった。たとえば、Ａ重油のセタン指数を計算した場合に、芳香族濃度の影響が加味されていないので実際のセタン価との乖離が生じていた。、
そこで本発明では、前記したＣＩＩとＩＣを燃焼性の指標として用いた。ここで、ＣＩＩは、「Transaction of Institute of Marine Engineers, vol.96,paper66(1984）」に記載されている指標であるＣＩＩ−２をＣＩＩとして用いたものである。また、ＩＣは、「舶用燃料の科学（成山堂書店 1994)」に記載されている燃焼性の指標である。
そこで本発明では、前記したＣＩＩとＩＣを燃焼性の指標として用いた。ここで、ＣＩＩは、「Transaction of Institute of Marine Engineers, vol.96,paper66(1984）」に記載されている指標であるＣＩＩ−２をＣＩＩとして用いたものである。また、ＩＣは、「舶用燃料の科学（成山堂書店 1994)」に記載されている燃焼性の指標である。
この発明によれば、多段噴射機構を有するディーゼルエンジン内の燃焼性の指標として、ＣＩＩとＩＣを用いており、特にＣＩＩは、芳香族濃度の影響を反映するアニリン点をパラメータとして含むため、低セタン価の燃料に対しても燃焼性の指標として優れている。さらに、これらの指標が所定の範囲にあるので、本発明は、発電用燃料油としても非常に優れている。すなわち、エンジン内で燃料油の効率的な燃焼が可能となる。
本発明の燃料油は、公知の重油基材あるいは軽油基材を、前記した（１）や（２）で示される性状、さらには、必要に応じて（３）〜（８）の性状、あるいは式（９）および式（１０）の性状を具備するように、任意の手段を用いて適宜配合することにより調製することができる。
ここで、使用可能な軽油基材としては、例えば、原油の常圧蒸留によって得られる直留軽油、常圧蒸留によって得られる直留重油や残渣油を減圧蒸留して得られる減圧軽油、減圧軽油を水素化精製して得られる水素化精製軽油、直留軽油を過酷な条件で水素化脱硫して得られる水素化脱硫軽油、水素化脱硫軽油を脱蝋して得られる脱蝋脱硫軽油、減圧軽油や脱硫重油を接触分解して得られる接触分解軽油、さらには、常圧残油や減圧軽油あるいは接触分解装置残油等を熱分解して得られる熱分解軽油、オレフィンの重合により得られる合成油などが挙げられる。
燃料油基材としては、これらの一種を単独で使用してもよく、混合して使用しても良い。さらには、各種の灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油、オレフィン重合油留分等を混合して使用しても良い。
燃料油基材としては、これらの一種を単独で使用してもよく、混合して使用しても良い。さらには、各種の灯油、軽油、Ａ重油、Ｃ重油、オレフィン重合油留分等を混合して使用しても良い。
なお、本発明の燃料油には、本発明の目的及び効果が妨げられない範囲において、必要に応じて各種の添加剤を適宜配合することができる。このような添加剤としては、例えば、カルボン酸系、エステル系、アルコール系などの潤滑性向上剤や、硝酸エステル系や有機過酸化物系などのセタン指数向上剤や、イミド系化合物、アルケニルコハク酸誘導体、コハク酸エステル、共重合系ポリマーなどの清浄剤や、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アルケニルコハク酸アミドなどの流動性向上剤やフェノール系、アミン系などの酸化防止剤などが挙げられる。またこれらの添加剤は、一種を単独で、あるいは二種以上を組み合わせて添加することができる。
なお、これらの添加剤の添加量は、重油基材や軽油基材の種類等を勘案して、必要に応じて適宜選定すればよいが、通常は、添加剤の合計量として、本発明の燃料油組成物全体に対して、０．５質量％以下とすることが好ましい。
なお、これらの添加剤の添加量は、重油基材や軽油基材の種類等を勘案して、必要に応じて適宜選定すればよいが、通常は、添加剤の合計量として、本発明の燃料油組成物全体に対して、０．５質量％以下とすることが好ましい。
また、本発明の燃料油は、多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用することで一層効果を発揮することができる。
多段噴射機構を有するエンジンの構造については種々の形態があるが、例えば、パイロット噴射機構を取り付けたエンジンがより効果的である。パイロット噴射とは、圧縮行程において主噴射の前に少量の燃料を噴射する機構である。なお、多段噴射機構として、パイロット噴射機構を有する場合は、パイロット噴射量比を３０％以下とすることが燃焼効率向上の観点から好ましい。
ここで、予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンとは、いわゆるＨＣＣＩエンジン（Homogeneous Charge Compression Ignition Engine）とも称されるタイプのエンジンのことである。かかる予混合圧縮自己着火式エンジンは、吸気行程初期にエンジン室内に燃料を噴射し、噴射された燃料を圧縮行程で気化混合させ、圧縮行程の終わりに自然発火により着火燃焼させるものである。従って、エンジン室内では燃料と空気とが均一にかつ希薄に混合した状態で燃焼することになり、燃焼温度が高温にならないという特徴を有する。
本発明の燃料油を、このような多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用すると、より一層効率的な燃焼が可能となり、燃費低減のみならず、排出ガス中のＮＯｘやＰＭなどの排出量を低減でき環境への負荷もより少なくすることができる。
多段噴射機構を有するエンジンの構造については種々の形態があるが、例えば、パイロット噴射機構を取り付けたエンジンがより効果的である。パイロット噴射とは、圧縮行程において主噴射の前に少量の燃料を噴射する機構である。なお、多段噴射機構として、パイロット噴射機構を有する場合は、パイロット噴射量比を３０％以下とすることが燃焼効率向上の観点から好ましい。
ここで、予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンとは、いわゆるＨＣＣＩエンジン（Homogeneous Charge Compression Ignition Engine）とも称されるタイプのエンジンのことである。かかる予混合圧縮自己着火式エンジンは、吸気行程初期にエンジン室内に燃料を噴射し、噴射された燃料を圧縮行程で気化混合させ、圧縮行程の終わりに自然発火により着火燃焼させるものである。従って、エンジン室内では燃料と空気とが均一にかつ希薄に混合した状態で燃焼することになり、燃焼温度が高温にならないという特徴を有する。
本発明の燃料油を、このような多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用すると、より一層効率的な燃焼が可能となり、燃費低減のみならず、排出ガス中のＮＯｘやＰＭなどの排出量を低減でき環境への負荷もより少なくすることができる。
また、予混合圧縮自己着火式エンジンとして、いわゆるコモンレール噴射システムに使用することも効果的である。この場合は通常パイロット噴射装置のノズルから混合気を噴霧する時期は可能なかぎり進角して、例えば−５０〜−１０degATDCとし、一方主ノズルから燃料を噴霧する時期は上死点近傍であって、例えば−１０〜＋５degATDCとするのが好ましい。
また、パイロット噴射ノズルからの燃料の噴射量は、できる限り均一な混合気となるような量にすることが好ましく、そのためにはパイロット噴射ノズルからの燃料の噴射量を全燃料の噴射量（パイロット噴射量＋主噴射量）に対する割合（パイロット噴射量比）で３０％以下にすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜２５％の範囲、特に好ましくは１．０〜２０％の範囲で、パイロット噴射量と主噴射量を調節することが好ましい。
このようなパイロット噴射機構を含む多段噴射機能を有するディーゼルエンジンは、騒音低減や有害な排気ガスの低減などの点でさらに有利である。
また、パイロット噴射ノズルからの燃料の噴射量は、できる限り均一な混合気となるような量にすることが好ましく、そのためにはパイロット噴射ノズルからの燃料の噴射量を全燃料の噴射量（パイロット噴射量＋主噴射量）に対する割合（パイロット噴射量比）で３０％以下にすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜２５％の範囲、特に好ましくは１．０〜２０％の範囲で、パイロット噴射量と主噴射量を調節することが好ましい。
このようなパイロット噴射機構を含む多段噴射機能を有するディーゼルエンジンは、騒音低減や有害な排気ガスの低減などの点でさらに有利である。
さらにまた、本発明の燃料油の供給を、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、プログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）及び専用制御デバイスから選ばれる少なくとも一つ以上の集積回路によって制御することも好ましい。
これらのような集積回路を備えることで、エンジン内における燃料油の供給を制御すると、エンジンへの負荷が急に変動した場合であっても、エンジン内の燃焼を常に最適な状態に保って運転することが可能となる。
これらのような集積回路を備えることで、エンジン内における燃料油の供給を制御すると、エンジンへの負荷が急に変動した場合であっても、エンジン内の燃焼を常に最適な状態に保って運転することが可能となる。
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例等の記載内容に何ら制限されるものではない。
［燃料油の調整］
表１に示した性状を具備するように重油基材、軽油基材を組み合わせて配合して、基準油１、基準油２を調製した。これらの基準油は、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに用いられることで本発明の燃料油となる。比較用としてＡ重油（JIS K 2205 １種重油）の性状も示した。
表１に示した性状を具備するように重油基材、軽油基材を組み合わせて配合して、基準油１、基準油２を調製した。これらの基準油は、多段噴射機構を有するディーゼルエンジンに用いられることで本発明の燃料油となる。比較用としてＡ重油（JIS K 2205 １種重油）の性状も示した。
（ 燃料油の性状 ）
表１における燃料油の性状は、それぞれ下記のようにして測定した。
（燃料油の性状測定法）
密度 ：ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法」に準拠して測定した。
硫黄分 ：ＪＩＳ Ｋ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」に準拠し
て測定した。
動粘度 ：ＪＩＳ Ｋ２２８３「原油及び石油製品−動粘度試験方法」に準拠し
て測定した。
蒸留性状 ：ＪＩＳ Ｋ２２５４「原油及び石油製品−蒸留試験法」に準拠して測定した。
１０％残留炭素分：ＪＩＳ Ｋ ２２７０「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」に準拠して測定した。
（燃料油の性状測定法）
密度 ：ＪＩＳ Ｋ２２４９「原油及び石油製品−密度試験方法」に準拠して測定した。
硫黄分 ：ＪＩＳ Ｋ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」に準拠し
て測定した。
動粘度 ：ＪＩＳ Ｋ２２８３「原油及び石油製品−動粘度試験方法」に準拠し
て測定した。
蒸留性状 ：ＪＩＳ Ｋ２２５４「原油及び石油製品−蒸留試験法」に準拠して測定した。
１０％残留炭素分：ＪＩＳ Ｋ ２２７０「原油及び石油製品−残留炭素分試験方法」に準拠して測定した。
セタン指数 ：ＪＩＳ Ｋ２２０４「オクタン価及びセタン価試験方法」に準拠して測定した。
全芳香族分 ：ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法（石油学会法）」に準拠して測定した。
アニリン点 ：ＪＩＳ Ｋ２２５６「石油製品アニリン点試験方法」に準拠して測定した。
真発熱量 ：ＪＩＳ Ｋ２２７９に準拠して測定した。
ＣＩＩ ：密度、アニリン点をもとに、式（９）により算出した。
Ｉｃ ：密度、動粘度（５０℃）および１０％残留炭素分をもとに、
式（１０）により算出した。
全芳香族分 ：ＪＰＩ−５Ｓ−４９−９７「炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法（石油学会法）」に準拠して測定した。
アニリン点 ：ＪＩＳ Ｋ２２５６「石油製品アニリン点試験方法」に準拠して測定した。
真発熱量 ：ＪＩＳ Ｋ２２７９に準拠して測定した。
ＣＩＩ ：密度、アニリン点をもとに、式（９）により算出した。
Ｉｃ ：密度、動粘度（５０℃）および１０％残留炭素分をもとに、
式（１０）により算出した。
[実施例１、比較例１]
下記に示す仕様の多段噴射機構付きディーゼルエンジンを用いて、前記のようにして得られた表１の燃料油を用いて運転試験を行った。具体的には、当該エンジンを下記の運転条件により運転した場合における正味熱効率と騒音を測定するとともに、エンジン出口におけるＮＯＸ濃度、およびスモークについて測定して、各燃料油を比較・評価した。結果を表２に示す。
下記に示す仕様の多段噴射機構付きディーゼルエンジンを用いて、前記のようにして得られた表１の燃料油を用いて運転試験を行った。具体的には、当該エンジンを下記の運転条件により運転した場合における正味熱効率と騒音を測定するとともに、エンジン出口におけるＮＯＸ濃度、およびスモークについて測定して、各燃料油を比較・評価した。結果を表２に示す。
（ エンジンの仕様 ）
シリンダ数 ：１
シリンダ直径×ピストン工程：９２ｍｍ×９６ｍｍ
行程容積 ：６３８ｃｍ3
圧縮比 ：１７．７
燃料噴射方式 ：コモンレール方式
最高コモンレール圧力 ：１２０ＭＰａ
インジェクタ ：ソレノイド式
最高出力 ：８．４６ｋＷ／２６００ｒｐｍ
シリンダ数 ：１
シリンダ直径×ピストン工程：９２ｍｍ×９６ｍｍ
行程容積 ：６３８ｃｍ3
圧縮比 ：１７．７
燃料噴射方式 ：コモンレール方式
最高コモンレール圧力 ：１２０ＭＰａ
インジェクタ ：ソレノイド式
最高出力 ：８．４６ｋＷ／２６００ｒｐｍ
（ エンジンの運転条件 ）
以下のように、正味平均有効圧力（以下、「ＢＭＥＰ」ともいう）を変え、またパイロット噴射を行う場合と行わない場合に分けて高負荷運転試験を行った。エンジン回転数は１３００ｒｐｍであり、燃料油噴射圧は６０ＭＰａである。
以下のように、正味平均有効圧力（以下、「ＢＭＥＰ」ともいう）を変え、またパイロット噴射を行う場合と行わない場合に分けて高負荷運転試験を行った。エンジン回転数は１３００ｒｐｍであり、燃料油噴射圧は６０ＭＰａである。
（実験１） ＢＭＥＰ＝０．５ＭＰａ
・パイロット噴射を行わない場合
主噴射 ：噴射時期＝−８degATDC、噴射量＝２６ｍｍ３／ストローク
・パイロット噴射を行う場合
パイロット噴射：噴射時期＝−２５degATDC、噴射量＝５ｍｍ３／ストローク
主噴射 ：噴射時期＝−８degATDC、噴射量＝２１ｍｍ３／ストローク
・パイロット噴射を行わない場合
主噴射 ：噴射時期＝−８degATDC、噴射量＝２６ｍｍ３／ストローク
・パイロット噴射を行う場合
パイロット噴射：噴射時期＝−２５degATDC、噴射量＝５ｍｍ３／ストローク
主噴射 ：噴射時期＝−８degATDC、噴射量＝２１ｍｍ３／ストローク
（ エンジン性能試験方法）
（１）正味熱効率
エンジンの正味熱効率ηｅは、使用した燃料油が燃焼したときの低位発熱量Ｑｆｕｅｌと、正味仕事Ｗｅから、以下の式により算出した。
ηｅ＝Ｗｅ／Ｑｆｕｅｌ
ここで、正味仕事はＷｅ、過電流ダイナモメータ（明電舎製 ＴＷ−Ｄ１）を用いて計測したエンジン負荷から算出し、低位発熱量Ｑｆｕｅｌは、計量管を用いて計測した燃料消費量から算出した。
（２）騒音
エンジンの燃焼騒音は、騒音測定器（リオン製 ＮＡ−２３）を用いて測定した。具体的には、測定器の騒音検出部をエンジンのカムカバー中心の正面に載置し、カムカバーから騒音検出部までの距離は４５０ｍｍとした。
（１）正味熱効率
エンジンの正味熱効率ηｅは、使用した燃料油が燃焼したときの低位発熱量Ｑｆｕｅｌと、正味仕事Ｗｅから、以下の式により算出した。
ηｅ＝Ｗｅ／Ｑｆｕｅｌ
ここで、正味仕事はＷｅ、過電流ダイナモメータ（明電舎製 ＴＷ−Ｄ１）を用いて計測したエンジン負荷から算出し、低位発熱量Ｑｆｕｅｌは、計量管を用いて計測した燃料消費量から算出した。
（２）騒音
エンジンの燃焼騒音は、騒音測定器（リオン製 ＮＡ−２３）を用いて測定した。具体的には、測定器の騒音検出部をエンジンのカムカバー中心の正面に載置し、カムカバーから騒音検出部までの距離は４５０ｍｍとした。
（ 排出ガス試験方法 ）
（１）ＮＯｘ（窒素酸化物）
エンジンの排気管に設置したガスサンプル取り出し口から排出ガスの一部を抜き取って、
自動車排出ガス分析装置（堀場製作所製 ＭＥＸＡ−８１２０）に組み込まれた化学発光式分析計（堀場製作所製 Ｃ５−３０１３）を用いて測定した。
（２）スモーク
エンジンの排気管に設置したガスサンプル取り出し口から排出ガスの一部を抜き取り、スモークメータ（ボッシュ製 ＺＥＸＥＬ ＤＳＭ−２０ＡＮ）を用いて測定した。
（１）ＮＯｘ（窒素酸化物）
エンジンの排気管に設置したガスサンプル取り出し口から排出ガスの一部を抜き取って、
自動車排出ガス分析装置（堀場製作所製 ＭＥＸＡ−８１２０）に組み込まれた化学発光式分析計（堀場製作所製 Ｃ５−３０１３）を用いて測定した。
（２）スモーク
エンジンの排気管に設置したガスサンプル取り出し口から排出ガスの一部を抜き取り、スモークメータ（ボッシュ製 ＺＥＸＥＬ ＤＳＭ−２０ＡＮ）を用いて測定した。
（ 結 果 ）
表２の結果から分かるように、燃料油として基準油１を用いパイロット噴射を行いながら運転を行った実施例１では、比較例１（Ａ重油）に比べて、正味熱効率およびスモーク低減効果に優れている。
[実施例２、３、比較例２]
実施例１と同じ仕様の多段噴射機構付きディーゼルエンジンを用いて、前記のようにして得られた表１の燃料油を用いて運転試験を行った。エンジン性能試験方法、および排出ガス試験方法は実施例１と同じである。結果を表３に示す。
実施例１と同じ仕様の多段噴射機構付きディーゼルエンジンを用いて、前記のようにして得られた表１の燃料油を用いて運転試験を行った。エンジン性能試験方法、および排出ガス試験方法は実施例１と同じである。結果を表３に示す。
（ エンジンの運転条件 ）
、エンジンの運転条件を以下のように設定した以外は、実施例１と運転条件は同じである。
（実験２） ＢＭＥＰ＝０．５ＭＰａ
パイロット噴射：噴射時期＝−２５degATDC、噴射量＝５ｍｍ３／ストローク
主噴射 ：噴射時期＝−４degATDC、噴射量＝２１ｍｍ３／ストローク
、エンジンの運転条件を以下のように設定した以外は、実施例１と運転条件は同じである。
（実験２） ＢＭＥＰ＝０．５ＭＰａ
パイロット噴射：噴射時期＝−２５degATDC、噴射量＝５ｍｍ３／ストローク
主噴射 ：噴射時期＝−４degATDC、噴射量＝２１ｍｍ３／ストローク
（ 結 果 ）
表３の結果より、本発明の多段噴射機構付きディーゼルエンジン用燃料油を用いた実施例２、実施例３のほうが、Ａ重油を多段噴射機構付きディーゼルエンジンに用いた比較例２よりも正味熱効率およびスモーク低減効果の点で優れていることがわかる。
なお、基準油１を用いた実施例２よりも、基準油１にくらべて全芳香族分濃度が高く、セタン指数の低い（着火遅れ時間が長い）基準油２を用いた実施例３のほうが、正味熱効率およびスモーク低減効果に関してより優れることもわかる。
なお、基準油１を用いた実施例２よりも、基準油１にくらべて全芳香族分濃度が高く、セタン指数の低い（着火遅れ時間が長い）基準油２を用いた実施例３のほうが、正味熱効率およびスモーク低減効果に関してより優れることもわかる。
従来のディーゼル燃料油（Ａ重油）の規格からはずれた、芳香族分の濃度が高く、着火遅れ時間が長い燃料油を多段噴射機構付きディーゼルエンジンに用いることで熱効率（運転効率）に優れる燃料油として提供できる。
Claims (7)
- 下記（１）及び（２）に示す性状を具備することを特徴とする多段噴射機構を有するディーゼルエンジン用燃料油 。
（１）全芳香族分：４５容量％以上
（２）真発熱量：９０００Ｋｃａｌ／Ｌ以上 - 請求項１に記載の燃料油において、
さらに下記（３）〜（５）に示す性状を具備することを特徴とする燃料油。
（３）密度：０．８８ｇ／ｃｍ3以上
（４）９０容量％留出温度：３００℃以上
（５）動粘度（５０℃）：１．３ｍｍ２／ｓ以上 - 請求項１または請求項２に記載の燃料油において、
さらに、下記（６）〜（８）に示す性状を具備することを特徴とする燃料油。
（６）硫黄分の含有量：０．４質量％以下
（７）１０％残油の残留炭素分：０．５質量％以下
（８）アニリン点：５０℃以下 - 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料油において、
下記式（９）及び式（１０）に示す性状を具備することを特徴とする燃料油。
１０≦ＣＩＩ≦４０ （９）
ＩＣ≦８５ （１０）
［ここで、ＣＩＩは、ＣＩＩ＝６４．０２４／Ｄ２＋０．００１２２Ａ２−４６．３６で表される指標であり（Ｄ：密度（ｇ／ｃｍ3）、Ａ：アニリン点（℃））、ＩＣは、ＩＣ＝８２．１９＋０．４２４Ｄ−６．１５９ｌｏｇＶ−０．０９３６Ｃで表される指標である（Ｖ：動粘度（５０℃、ｍｍ２／ｓ）、Ｃ：１０％残油の残留炭素分（質量％））。］ - 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃料油を、多段噴射機構を有し少なくとも部分的に予混合圧縮自己着火燃焼を行うディーゼルエンジンに使用する燃焼方法。
- 請求項５に記載の燃焼方法において、
前記燃料油の供給を、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、プログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）及び専用制御デバイスから選ばれる少なくとも一つ以上の集積回路によって制御することを特徴とする燃焼方法。 - 多段噴射機構を具備するディーゼルエンジンであって、燃料として請求項１〜４のいずれかに記載の燃料油を用いたことを特徴とするディーゼルエンジン。
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2006
- 2006-03-30 JP JP2006094203A patent/JP2007269865A/ja active Pending
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