JP2007291309A - 予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】以下の(a)〜(d)の要件を具備する燃料により上記課題が解決できる。
(a)含有量が5容量%以下の炭化水素の合計含有量が30容量%以上
(b)リサーチ法オクタン価が60以上90未満
(c)下記式(1)で示されるHCCI Indexが20以上55以下
HCCI Index=MON−0.424×A−0.377×B−0.202×C−0.205×D (1)
(式(1)中、MONはモーター法オクタン価による計測値、Aはノルマルパラフィン含有量(容量%)、Bはイソパラフィン含有量(容量%)、Cはオレフィン含有量(容量%)、Dは芳香族含有量(容量%)を表す。)
(d)ナフテンの含有量が0容量%以上20容量%以下
【選択図】なし
Description
火花点火式ガソリンエンジンは、吸気ポートあるいは燃焼室内に燃料を噴射して燃料と空気の予混合気を形成させ、スパークプラグによる電気放電で強制的に点火、燃焼させる方式であり、燃料特性として、蒸発しやすいこと、自己着火し難いこと、点火後は火炎伝播がスムーズに行われること等が求められる。火花点火式ガソリンエンジンにおいては、窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)が排出されるため、これらの浄化に三元触媒等が広く使用されている。しかし、三元触媒による排出ガス浄化システムは、燃料と空気との割合が理論空燃比近傍になる範囲にしか適用できないため、圧縮自己着火式ディーゼルエンジンと比較すると熱効率、燃費が著しく劣るという欠点がある。
予混合圧縮自己着火式エンジンは、燃料の噴射圧力レベルが20MPa以下と圧縮自己着火式ディーゼルエンジンにおける噴射圧力に比べると著しく低い燃料噴射圧力にて燃料を吸気ポート又は燃焼室内に噴射し、そのサイクルで燃焼する燃料噴射を圧縮上死点前60クランク角度以前に終了するシステムであって、燃料と空気との予混合気をスパークプラグによる強制点火ではなく、自己着火で燃焼させるエンジンである。予混合圧縮自己着火式エンジンは、従来の圧縮自己着火式ディーゼルエンジンに比べて燃料が噴射されてから燃焼の始まるまでの時間が長く、燃料が燃料室内で均一に混合されるため、燃焼時に局部的に温度の高い領域ができず、NOx排出レベルを触媒未装着状態で10質量ppm以下に抑えることが可能となり、かつ燃費及び熱効率を圧縮自己着火式ディーゼルエンジン並みの低燃費、高効率にすることが可能である。
着目した燃料が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また本発明者らも、予混合圧縮自己着火燃焼を効率よく行わせることができ、良好な性能を示す燃料をすでに数多く開発し特許出願を行っている(例えば、特許文献2〜13参照。)。
しかしながら、予混合圧縮自己着火燃焼における熱効率や燃費の面でさらに優れた燃料の開発が望まれている。
すなわち、本発明は、以下の(a)、(b)、(c)および(d)を満足することを特徴とする予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料に関する。
(a)含有量が5容量%以下の炭化水素の合計含有量が30容量%以上
(b)リサーチ法オクタン価が60以上90未満
(c)下記式(1)で示されるHCCI Indexが20以上55以下
HCCI Index=MON−0.424×A−0.377×B−0.202×C−0.205×D (1)
(式(1)中、MONはモーター法オクタン価による計測値、Aはノルマルパラフィン含有量(容量%)、Bはイソパラフィン含有量(容量%)、Cはオレフィン含有量(容量%)、Dは芳香族含有量(容量%)を表す。)
(d)ナフテンの含有量が0容量%以上20容量%以下
NDI=4×E1+3×E2+2×E3−1×E4−4×E5 (2)
(式(2)中、E1は沸点70℃未満の留分(容量%)、E2は沸点70℃以上100℃未満の留分(容量%)、E3は沸点100℃以上130℃未満の留分(容量%)、E4は沸点130℃以上160℃未満の留分(容量%)、E5は沸点160℃以上の留分(容量%)を表す。)
本発明における燃料は、予混合圧縮自己着火方式エンジンに適した燃料である。ここで予混合圧縮自己着火方式とは、下記(A)、(B)及び(C)の条件下に燃料を噴射させ、自己着火により燃焼を行わせる燃焼形態をいう。
(A)燃料噴射圧力:20MPa以下
(B)燃料噴射位置:吸気ポート及び/又は燃焼室内部
(C)燃料噴射終了時期:圧縮上死点前60クランク角度以前
なお、予混合圧縮自己着火方式は、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)、PCCI(Premixed Charge Compression Ignition)、PCI(Premixed Compression Ignition)、CAI(Controlled Auto-Ignition)、AR(Active Radical (Combustion) )と呼ばれることもある。
なお、異性体についてはそれぞれ別個の炭化水素としてカウントする。
なお、ここでリサーチ法オクタン価(RON)は、JIS K2280「石油製品−燃料油−オクタン価試験方法及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」により測定されるリサーチ法オクタン価の値である。
HCCI Index=MON−0.424×A−0.377×B−0.202×C−0.205×D (1)
(式(1)中、MONはモーター法オクタン価による計測値、Aはノルマルパラフィン含有量(容量%)、Bはイソパラフィン含有量(容量%)、Cはオレフィン含有量(容量%)、Dは芳香族含有量(容量%)を表す。)
なお、ここでいうイソパラフィン分、ノルマルパラフィン分、オレフィン分および芳香族分のそれぞれの含有量は、JIS K2536「石油製品−成分試験方法」に準拠してガスクロマトグラフを利用して測定される値である。
本発明の燃料の50容量%留出温度(T50)は50℃以上130℃以下であることが好ましく、より好ましくは50℃以上120℃以下である。T50が50℃未満の場合は燃料が蒸発しすぎることに起因する運転性不良や出力低下を招き、また130℃を超えると燃料の蒸発が悪いことに起因する運転性不良と出力低下を招くため好ましくない。
本発明の燃料の終点は210℃以下であることが好ましい。終点が210℃を超えると蒸発特性が悪化し、すすや未燃の炭化水素が過度に排出されるため好ましくない。
なお、ここでいう初留点、T50および終点は、JIS K2254「石油製品−蒸留試験方法−常圧法蒸留試験方法」によって測定される値である。
NDI=4×E1+3×E2+2×E3−1×E4−4×E5 (2)
(式(2)中、E1は沸点70℃未満の留分(容量%)、E2は沸点70℃以上100℃未満の留分(容量%)、E3は沸点100℃以上130℃未満の留分(容量%)、E4は沸点130℃以上160℃未満の留分(容量%)、E5は沸点160℃以上の留分(容量%)を表す。)
なお、ここでいう密度とは、JIS K2249「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定される値である。
なお、ここでいう硫黄分とは、JIS K2541「原油及び石油製品一硫黄分試験方法」により測定される値である。
含酸素化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルブチルアルコール、イソブチルアルコール、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、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)、ターシャリーアミルメチルエーテル(TAME)、ターシャリーアミルエチルエーテル、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル等が挙げられる。
表1に示す組成に従って本発明の燃料(実施例1〜6)及び比較用の燃料(比較例1〜6)を常法により調製した。得られた各燃料の炭化水素化合物の含有割合、オクタン価(リサーチ法オクタン価、モーター法オクタン価)、蒸留性状の初留点と終点、硫黄分の測定結果とHCCI Index値、NDI値の計算結果を表1に併記した。
また、得られた各燃料を下記の予混合圧縮自己着火式エンジンを用いて、以下の試験を行い燃料の評価を実施した。結果を表2に示す。
エンジン種類:直列6気筒予混合圧縮自己着火式エンジン
排気量:2000cc
圧縮比:14
燃料噴射圧力:8MPa
実施例及び比較例の燃料について、エンジン回転数:1500rpm、トルク:65Nmで、2400サイクル分(400サイクル分×6回)の燃焼圧力データ(分解能0.25CAdeg)を小野測器社製燃焼解析装置(型番DS2100)を用いて採取し、以下の値を求めた。
(1)平均有効圧力の変動値(平均有効圧力変動幅/平均有効圧力)
(2)最大圧力上昇率
(3)実施例6に対する燃費改善率
(4)回転数上限
Claims (5)
- 以下の(a)、(b)、(c)および(d)を満足することを特徴とする予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
(a)含有量が5容量%以下の炭化水素の合計含有量が30容量%以上
(b)リサーチ法オクタン価が60以上90未満
(c)下記式(1)で示されるHCCI Indexが20以上55以下
HCCI Index=MON−0.424×A−0.377×B−0.202×C−0.205×D (1)
(式(1)中、MONはモーター法オクタン価による計測値、Aはノルマルパラフィン含有量(容量%)、Bはイソパラフィン含有量(容量%)、Cはオレフィン含有量(容量%)、Dは芳香族含有量(容量%)を表す。)
(d)ナフテンの含有量が0容量%以上20容量%以下 - 初留点が45℃以下であり、終点が210℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
- 式(2)で示されるNDIが100以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
NDI=4×E1+3×E2+2×E3−1×E4−4×E5 (2)
(式(2)中、E1は沸点70℃未満の留分(容量%)、E2は沸点70℃以上100℃未満の留分(容量%)、E3は沸点100℃以上130℃未満の留分(容量%)、E4は沸点130℃以上160℃未満の留分(容量%)、E5は沸点160℃以上の留分(容量%)を表す。) - 15℃における密度が0.60g/cm3以上0.78g/cm3以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
- 硫黄分が50質量ppm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
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