JP2009167398A

JP2009167398A - 予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料

Info

Publication number: JP2009167398A
Application number: JP2008321239A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shibata; 元柴田
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: EP2077312A1; KR20090065458A; CN101503637A; CN101503637B; US20090151236A1; JP5355064B2

Abstract

【課題】予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、エンジン熱効率の向上を達成する予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料の提供。
【解決手段】下記の（１）〜（６）の全ての性状を満たし、かつ、（７）または（８）の要件を満たす予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。（１）Ｃ５〜Ｃ１０のノルマルパラフィン合計含有量２５〜７０容量％、（２）Ｃ６〜Ｃ１１の芳香族系炭化水素含有量３０〜７５容量％、（３）オレフィン系炭化水素含有量２０容量％以下、（４）含酸素炭化水素含有量酸素原子換算で５質量％以下、（５）リサーチ法オクタン価７０以上、９２未満、（６）蒸留性状の初留点３０℃以上、終点２２０℃以下、（７）４００サイクルの連続した最大圧力上昇率の平均値がＰＲＦに比べて１５％以上小さく、（８）最大圧力上昇率が、平均有効圧力の４００サイクルの平均値が、同一リサーチ法オクタン価のＰＲＦと比較して２０％以上増大する。
【選択図】図１

Description

本発明は、予混合圧縮自己着火式エンジン用の燃料に関し、詳しくは、予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、エンジン熱効率の向上を達成することができる予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料に関する。

今日、自動車用内燃機関としては、火花点火式ガソリンエンジンと圧縮自己着火式ディーゼルエンジンの二種類が広く使用されている。
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。

一方、圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、圧縮行程でのピストン上昇により燃焼室内の空気が圧縮されて温度が上昇し、軽油の臨界温度以上に達したところに燃料を噴霧し自己着火燃焼させる方式であり、燃料特性には自己着火しやすいことが求められる。圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、燃費及び熱効率面に優れるものの燃料噴霧を圧縮上死点前３０クランク角度から圧縮上死点後１０クランク角度付近で行うため、燃焼時の温度分布に濃淡が生じ、ＮＯｘ及び煤の排出量が著しく高くなるという欠点がある。また圧縮自己着火式ディーゼルエンジンでは、排出ガス浄化のための触媒があまり普及しておらず、ＮＯｘが１００〜１２００質量ｐｐｍと非常に高いレベルで大気中に放出されるケースもある。

このように、従来の火花点火式ガソリンエンジンは、排出ガスの浄化はある程度できるが燃費や熱効率の面に課題があり、一方、圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、省燃費、高熱効率であるが、ＮＯｘ等の排出ガスの面に課題がある。このため、低ＮＯｘ排出ガス、省燃費及び高熱効率を同時に達成するという課題を解決すべく予混合圧縮自己着火式エンジンが現在検討されている。
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省燃費、高効率にすることが可能である。

このような予混合圧縮自己着火式エンジン用の燃料としては、燃料の揮発性指標およびセタン価、オクタン価等の既存のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの着火性指標に着目した燃料が提案されているが（例えば、特許文献１〜１３参照）、予混合圧縮自己着火燃焼のメカニズム面（燃料自身の自己着火特性）からみて、その特性を十分に発揮できているとは必ずしもいえず、予混合圧縮自己着火式エンジンにさらに適した燃料の開発が望まれている。
特開２００４−９１６５７号公報特開２００４−９１６５８号公報特開２００４−９１６５９号公報特開２００４−９１６６０号公報特開２００４−９１６６１号公報特開２００４−９１６６２号公報特開２００４−９１６６３号公報特開２００４−９１６６４号公報特開２００４−９１６６５号公報特開２００４−９１６６６号公報特開２００４−９１６６７号公報特開２００４−９１６６８号公報特開２００４−３１５６０４号公報

予混合圧縮自己着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう。）を行う内燃機関では、燃料が空気と十分に予混合された混合気がピストンの圧縮によりその温度および圧力が上昇し着火に至るが、混合気がほぼ同時に着火するために急峻な圧力上昇がエンジンのノッキングを引き起こし、負荷が上げられないことが大きな課題となっていた。
本発明の目的は、予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、エンジン熱効率の向上を達成することができる予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料を提供することにある。

本発明者らは、ＨＣＣＩ燃焼における冷炎反応（７５０Ｋ以上９００Ｋ未満の温度）で分解が始まるＣ５からＣ１０のパラフィン系を主体とする炭化水素と、熱炎反応（１１００Ｋ以上）で開環する芳香族系のラジカルおよび芳香族系炭化水素を生成するＣ６からＣ１１までの単環の芳香族系を主体とする炭化水素を組み合わせることで、燃焼期間を長期化し、着火時の急峻な圧力上昇を抑えることが可能となり、ノッキングを回避した高負荷運転を実現することを見出し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、下記の（１）〜（６）の全ての性状を満たし、かつ、（７）または（８）の要件を満たす燃料であ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。
（１）Ｃ５からＣ１０までのノルマルパラフィンの合計含有量が２５容量％以上、７０容量％以下であること。
（２）Ｃ６からＣ１１までの芳香族系炭化水素の含有量が３０容量％以上、７５容量％以下であること。
（３）オレフィン系炭化水素の含有量が２０容量％以下であること。
（４）含酸素炭化水素の含有量が酸素原子換算で５質量％以下であること。
（５）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２未満であること。
（６）蒸留性状の初留点が３０℃以上、終点が２２０℃以下であること。
（７）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、同一の平均有効圧力値及び高温酸化反応燃焼重心値（ＨＴＨＲＣＡ５０）を示す正標準燃料（Primary Reference Fuel：以下、ＰＲＦと略記する。）と比較して、４００サイクルの連続した最大圧力上昇率の平均値がＰＲＦに比べて１５％以上小さい燃料。
（８）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、最大圧力上昇率が同一の条件で計測される図示平均有効圧力の４００サイクルの平均値が、同一リサーチ法オクタン価のＰＲＦと比較して２０％以上増大する燃料。

本発明の燃料は、予混合圧縮自己着火燃焼時における最大圧力上昇率を低く抑え、静かなエンジン燃焼を実現することができる。また、同一最大圧力上昇率条件では、エンジン出力を従来比で２０％以上、向上させることが可能である。

以下に、本発明を詳述する。
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

予混合圧縮自己着火方式は、従来のディーゼルエンジンなどにみられる圧縮自己着火方式と比較し、（Ａ）の燃料噴射圧力が著しく低く、（Ｃ）の燃料噴射終了時期、即ち、燃料が噴射されてから燃焼が始まるまでの時間がかなり長い。従って、予混合圧縮自己着火方式においては、燃料が燃焼室内で均一に混合されるため、燃焼室内において局部的に温度の高い領域ができず、窒素酸化物の排出量を触媒未装着状態で１０質量ｐｐｍ以下にすることができる。
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。

本発明の燃料は、予混合圧縮自己着火方式エンジンに適した燃料であるが、該予混合圧縮自己着火方式エンジンと火花点火方式エンジンまたはディーゼルエンジンとを切り替えるタイプのエンジン、および電気モーターと火花点火方式エンジンまたはディーゼルエンジンを組み合わせたハイブリッド式エンジンに対しても適用することができる。

燃料が自己着火する場合は、まず低温酸化反応（Low Temperature Heat Release：ＬＴＨＲ）が起こり、続いて高温酸化反応（High Temperature Heat Release：ＨＴＨＲ）が起きる。本発明による予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料は、分解性の高い燃料（ノルマルパラフィン）と分解性の低い燃料（芳香族およびオレフィン）を組み合わせることを特徴としており、図１に示す様に、最初に分解性の高い燃料（パラフィン系炭化水素）が冷炎（Cool Flame）、青炎（Blue Flame）の期間中に酸化分解し、熱炎（Hot Flame）期間中にベンゼン環構造を有する芳香族系のラジカルおよび芳香族系炭化水素が酸化分解することにより、二段燃焼が達成できる。

本発明の燃料は、以下の（１）〜（６）の全ての性状を満たすことが必要である。
（１）Ｃ５からＣ１０までのノルマルパラフィンの合計含有量が２５容量％以上、７０容量％以下であること、好ましくは３０容量％以上、５０容量％以下である。Ｃ４以下のノルマルパラフィン系炭化水素は十分な低温酸化反応が発揮できない。またＣ１１以上の炭化水素は沸点が高く、ＨＣＣＩエンジン用の燃料には適さない。
（２）Ｃ６からＣ１１までの芳香族の含有量が３０容量％以上、７５容量％以下であること、好ましくは５０容量％以上、６５容量％以下である。Ｃ１２以上の炭化水素は揮発性が悪くＨＣＣＩエンジン用燃料には適さない。また７５容量％を越える芳香族を燃料中に含有すると、運転できる負荷回転領域が狭くなる。
（３）オレフィン系炭化水素の含有量が２０容量％以下であること、好ましくは１０容量％以下である。
（４）含酸素炭化水素の含有量が酸素原子換算で５質量％以下であること。
（５）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２未満であること、好ましくは７０以上、８６以下である。
（６）蒸留性状の初留点が３０℃以上、終点が２２０℃以下であること、好ましくは初留点３０℃以上、終点１５０℃以下である。
なお、ここでいう炭化水素の含有量の定義は、ＪＩＳＫ２５３６「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を意味する。またノルマルパラフィンは直鎖系炭化水素を意味し、ナフテン（環状飽和炭化水素）分は含まないものである。

上記に加え、本発明の燃料は、以下の（７）または（８）のいずれか要件を満たす燃料であることが必要である。

（７）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、燃料噴射量を変化（インジェクタの燃料噴射時間を調節）させて運転した場合、同一の平均有効圧力値及び高温酸化反応燃焼重心値（ＨＴＨＲＣＡ５０）を示す正標準燃料（Primary Reference Fuel：以下、ＰＲＦと略記する。）と比較して、４００サイクルの連続した最大圧力上昇率の平均値がＰＲＦに比べて１５％以上小さい燃料であり、好ましくは２０％以上小さい燃料であること。
なお、ここでいう同一の平均有効圧力値および高温酸化反応燃焼重心値とは比較燃料である同一オクタン価のＰＲＦと比較して、図示平均有効圧力が±２０ｋＰａ以内で、かつＨＴＨＲＣＡ５０が±０．８ｄｅｇクランクアングル以内に入っていることと定義する。また、ＰＲＦとはオクタン価を計測する際に用いられる正標準燃料（Primary Reference Fuel）を意味し、例えばＰＲＦ８０とはイソオクタン８０容積％、ノルマルヘプタン２０容積％混合して作られるリサーチ法オクタン価８０の燃料を意味する。平均有効圧力値の計測方法、並びにＨＴＨＲＣＡ５０の定義については、論文ＳＡＥ２００６−０１−０２０７の記載に基づく。

（８）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、最大圧力上昇率が同一の条件で計測される図示平均有効圧力の４００サイクルの平均値が、同一リサーチ法オクタン価のＰＲＦと比較して２０％以上増大する燃料であり、好ましくは２５％以上増大する燃料であり、さらに好ましくは５０％以上増大する燃料である。
なお、ここでいう最大圧力上昇率の誤差は比較燃料であるＰＲＦに対して、±４ｋＰａ/ｄｅｇ以内であると定義する。

本発明の燃料において、硫黄分の含有量は特に限定されないが、１０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、触媒の性能維持の点から５質量ｐｐｍ以下がより好ましく、１質量ｐｐｍ以下が最も好ましい。硫黄分が１０質量ｐｐｍを超えると、エンジンに装着した排出ガス浄化のための触媒が硫黄により被毒され、排出ガス浄化能力が低下する問題が生じ好ましくない。ここで、硫黄分とは、ＪＩＳＫ２５４１「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。

本発明の燃料は、主成分として炭化水素を含むが、その他に、エーテル、アルコール、ケトン、エステル、グリコール等の含酸素化合物を含有していてもよい。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。
本発明の燃料は、前記含酸素化合物を含有することにより、排出ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）、微小粒子状物質等を低減することができる。また、バイオマス由来の含酸素化合物を使用した場合は、二酸化炭素削減等にも寄与する。しかし、場合によっては窒素化合物の増加を招く場合もあるので、含酸素化合物の含有割合は、酸素元素換算（酸素含有量）で燃料全量に対し５質量％以下が好ましい。

本発明の燃料は、上述の通り所定の性状を有する燃料を得られさえすれば、その基材については特に制限されるものではなく、例えば、原油を常圧蒸留して得られるナフサ留分（フルレンジナフサ）、ナフサの軽質留分（軽質ナフサ）、ナフサの重質留分（重質ナフサ）、フルレンジナフサを脱硫した脱硫フルレンジナフサ、軽質ナフサを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫した脱硫重質ナフサ、軽質ナフサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる異性化ガソリン、イソブタン等の炭化水素化合物に低級オレフィンを付加（アルキル化）することによって得られるアルキレート、接触改質法で得られる改質ガソリン、改質ガソリンから芳香族分を抽出した残分であるラフィネート、改質ガソリンの軽質留分、改質ガソリンの中重質留分、改質ガソリンの重質留分、接触分解法、水素化分解法等で得られる分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分、分解ガソリンの重質留分、原油の常圧蒸留装置から得られる直留軽油および直留灯油、常圧蒸留装置から得られる直留重質油や残査油を減圧蒸留装置で処理して得られる減圧軽油、減圧重質軽油あるいは脱硫重油を接触分解または水素化分解して得られる接触分解軽油、接触分解灯油、水素化分解軽油または水素化分解灯油、これらの石油系炭化水素を水素化精製して得られる水素化精製軽油、水素化脱硫軽油、若しく水素化精製灯油、及び天然ガス等を一酸化炭素と水素とに分解した後にＦ−Ｔ（Fischer-Tropsch）合成で得られるＧＴＬ（Gas to liquids）のナフサ留分、灯油留分、軽油留分等の基材を１種又は２種以上混合して調製することができる。

本発明の燃料には、必要に応じて公知の燃料添加剤を添加しても良い。例えば、燃料添加剤としては、高級カルボン酸とアルコールアミンとのアミド化合物等の摩擦調整剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミン等の清浄分散剤、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジイソブチル−ｐ−フェニレンジアミン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ヒンダードフェノール類等の酸化防止剤、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン等のアミンカルボニル縮合化合物等の金属不活性化剤、有機リン系化合物等の表面着火防止剤、多価アルコール及びそのエーテル等の氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコール硫酸エステル等の助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等の帯電防止剤、アゾ染料等の着色剤、有機カルボン酸及びそれらの誘導体類、アルケニルコハク酸エステル等の防錆剤、ソルビタンエステル類等の水抜き剤、硝酸エステルや有機過酸化物等のセタン価向上剤、カルボン酸系、エステル系、アルコール系およびフェノール系の潤滑性向上剤、シリコン系などの消泡剤、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等の低温流動性向上剤、キニザリン、クマリン等の識別剤、着臭剤等が挙げられる。これらの添加剤は、単独若しくは混合物として添加することができ、これら添加剤全量が、燃料全量基準で０．５質量％以下が好ましく、より好ましくは０．２質量％以下となるような割合で添加することが望ましい。なお、ここでいう添加剤全量とは、添加剤の有効成分としての添加量を意味している。

以下に、実施例及び比較例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例により限定されるものではない。

表１に示す組成に従って、本発明の燃料（実施例１〜２）及び比較用の燃料（比較例１〜２）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及び性状を表１に示す。

（エンジン諸元）
エンジン形式：直列４気筒、圧縮比１５の予混合圧縮自己着火式エンジン
エンジンのスペックについては、下記の文献のものを使用した。
ＳＡＥ２００６−０１−０２０７（２００６年４月発行）

（実施例１）
＜エンジン運転条件＞
エンジン回転数１０００ｒｐｍ、過給絶対圧力１５５ｋＰａ、吸気管内温度５８℃で、エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率などのエンジン側の制御条件は燃料に拘わらず全て同一であり、燃料噴射量のみを変化（インジェクタの燃料噴射時間を調節）させて実験を行った。

＜燃料＞
様々な燃料を用いて運転をした場合に高温酸化反応燃焼重心位置（ＨＴＨＲＣＡ５０）と図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Indicate Mean Effective Pressure）の４００サイクルの平均値を一覧にしたものを図２に示す。この条件の中から、ほぼ同一のＩＭＥＰとほぼ同一のＨＴＨＲＣＡ５０の条件であるポイント１、ポイント２、ポイント３を選び、それぞれの点における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化を計測した。この実験の詳細は、論文ＳＡＥ２００８−０１−０００７の記載に基づく。

図３はポイント１における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化、図４はポイント２における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化、図５はポイント３における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化を示したものであり、その詳細を表２、表３、表４に示す。
何れにおいても本発明の燃料に該当するＮＴＬ系燃料（ＮＴＬ７０、ＮＴＬ７５）は同一運転条件（同一ＩＭＥＰ、同一ＨＴＨＲＣＡ５０）で運転されるＰＲＦ系燃料（ＰＲＦ９０、ＰＲＦ８５）に比べ２０％以上最大圧力上昇率が低減していることが分かる。また比較例１の他の燃料（ＮＤＢ系燃料、ＮＭＰ系燃料）と比較してみても、ＮＴＬ系燃料のような最大圧力上昇率を低減できるような燃料はない。本発明ではパラフィン系燃料を主体とする成分と芳香族系燃料を主体とする燃料の着火温度が異なることを利用して、急峻な燃焼を防ぐことによりこのような最大圧力上昇率を抑えたＨＣＣＩ運転が可能となっている。

（実施例２）
＜燃料＞
リサーチ法オクタン価が同一な燃料として下記の燃料を用意した（なお、ここでのＰＲＦとＮＴＬ燃料のリサーチ法オクタン価は、ＣＦＲエンジン（Cooperative Fuel Research）でＪＩＳＫ２２８０により規定されるリサーチ法オクタン価を計測して３以内を誤差とする）。
（１）リサーチ法オクタン価が７５の燃料
（比較例）ＰＲＦ７５、ＮＤＢ７５、ＮＭＰ７５、ＮＣＰ７５
（実施例）ＮＴＬ７５
（２）リサーチ法オクタン価が８０の燃料
（比較例）ＰＲＦ８０、ＮＤＢ８０、ＮＭＰ８０、ＮＣＰ８０
（実施例）ＮＴＬ８０
（３）リサーチ法オクタン価が８５の燃料
（比較例）ＰＲＦ８５、ＮＤＢ８５、ＮＭＰ８５
（実施例）ＮＴＬ８５
＜エンジン運転条件＞
エンジン回転数１０００ｒｐｍ、過給絶対圧力１５５ｋＰａ、吸気管内温度５８℃で、エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率などのエンジン側の制御条件が燃料によらず同一の条件において、４００サイクルの平均最大圧力上昇率が同一の下記の条件で実験データを採取した。

リサーチ法オクタン価７５の燃料に対して、最大圧力上昇率８００ｋＰａ/ｄｅｇの条件で計測（計測条件Ａ）。
リサーチ法オクタン価８０の燃料に対して、最大圧力上昇率６００ｋＰａ/ｄｅｇの条件で計測（計測条件Ｂ）。
リサーチ法オクタン価８５の燃料に対して、最大圧力上昇率４００ｋＰａ/ｄｅｇの条件で計測（計測条件Ｃ）。

＜結果＞
上記計測条件Ａ、Ｂ、Ｃで計測される４００サイクル平均の筒内圧力及び熱発生率とその一覧を図６〜図１１及び表５〜表７に示す。

何れの図においても本発明の燃料に該当するＮＴＬ系燃料（ＮＴＬ７５、ＮＴＬ８０、ＮＴＬ８５）は最大圧力上昇率が同一の条件において、比較燃料（ＰＲＦ系燃料、ＮＤＢ系燃料、ＮＭＰ系燃料、ＮＣＰ系燃料）よりも図示平均有効圧力で２８％から１１３％までの向上率を示している。これは図７、図９、図１１に示すように本発明ではパラフィン系燃料を主体とする成分と芳香族系燃料を主体とする成分の着火温度が異なることを利用して燃焼期間を延ばし急峻な燃焼を防ぐことができるため、最大圧力上昇率が同一の条件では多くの燃料を燃焼させることができ、熱発生率を大きくすることができるためである。

本発明のＨＣＣＩ燃焼（二段燃焼）の起こり方を示す。実施例１のエンジン運転条件におけるＨＴＨＲＣＡ５０とＩＭＥＰの４００サイクルの平均値を示す。ポイント１における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化を示す。ポイント２における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化を示す。ポイント３における４００サイクルの最大圧力上昇率の変化を示す。計測条件Ａにおける筒内圧力を示す。計測条件Ａにおける熱発生率を示す。計測条件Ｂにおける筒内圧力を示す。計測条件Ｂにおける熱発生率を示す。計測条件Ｃにおける筒内圧力を示す。計測条件Ｃにおける熱発生率を示す。

Claims

下記の（１）〜（６）の全ての性状を満たし、かつ、（７）または（８）の要件を満たす燃料であ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。
（１）Ｃ５からＣ１０までのノルマルパラフィンの合計含有量が２５容量％以上、７０容量％以下であること。
（２）Ｃ６からＣ１１までの芳香族系炭化水素の含有量が３０容量％以上、７５容量％以下であること。
（３）オレフィン系炭化水素の含有量が２０容量％以下であること。
（４）含酸素炭化水素の含有量が酸素原子換算で５質量％以下であること。
（５）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２未満であること。
（６）蒸留性状の初留点が３０℃以上、終点が２２０℃以下であること。
（７）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、同一の平均有効圧力値及び高温酸化反応燃焼重心値（ＨＴＨＲＣＡ５０）を示す正標準燃料（Primary Reference Fuel：以下、ＰＲＦと略記する。）と比較して、４００サイクルの連続した最大圧力上昇率の平均値がＰＲＦに比べて１５％以上小さい燃料。
（８）同一のエンジン運転条件（エンジンの圧縮比、回転数、過給圧力、吸気管内温度、空気流量、バルブタイミング、ＥＧＲ率、燃料噴射開始タイミング）において、最大圧力上昇率が同一の条件で計測される図示平均有効圧力の４００サイクルの平均値が、同一リサーチ法オクタン価のＰＲＦと比較して２０％以上増大する燃料。