JP2009221240A - 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】下記の(1)〜(4)を満足する予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
(1)蒸留性状
蒸留初留点(IBP) :0℃以上60℃以下
30容量%留出温度(T30):70℃以上130℃以下
50容量%留出温度(T50):95℃以上200℃以下
70容量%留出温度(T70):100℃以上280℃以下
90容量%留出温度(T90):150℃以上330℃以下
95容量%留出温度(T95):230℃以上360℃以下
蒸留終点(EP) :250℃以上380℃以下、
(2)リサーチ法オクタン価:62以上85以下
(3)15℃における密度:0.700g/cm3以上0.800g/cm3未満
(4)37.8℃におけるリード蒸気圧:30kPa以上65kPa未満
【選択図】図1
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、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燃料の性能に求められる。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、混合気の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。
(1)蒸留性状
蒸留初留点(IBP) :0℃以上60℃以下
30容量%留出温度(T30):70℃以上130℃以下
50容量%留出温度(T50):95℃以上200℃以下
70容量%留出温度(T70):100℃以上280℃以下
90容量%留出温度(T90):150℃以上330℃以下
95容量%留出温度(T95):230℃以上360℃以下
蒸留終点(EP) :250℃以上380℃以下
(2)リサーチ法オクタン価:62以上85以下
(3)15℃における密度:0.700g/cm3以上0.800g/cm3未満
(4)37.8℃におけるリード蒸気圧:30kPa以上65kPa未満
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。
(1)蒸留性状
蒸留初留点(IBP) :0℃以上60℃以下
30容量%留出温度(T30):70℃以上130℃以下
50容量%留出温度(T50):95℃以上200℃以下
70容量%留出温度(T70):100℃以上280℃以下
90容量%留出温度(T90):150℃以上330℃以下
95容量%留出温度(T95):230℃以上360℃以下
蒸留終点(EP) :250℃以上380℃以下
(1’)蒸留性状
蒸留初留点(IBP) :0℃以上50℃以下、
30容量%留出温度(T30):70℃以上110℃以下、
50容量%留出温度(T50):95℃以上150℃以下、
70容量%留出温度(T70):100℃以上250℃以下、
90容量%留出温度(T90):150℃以上330℃以下、
95容量%留出温度(T95):230℃以上360℃以下
蒸留終点(EP):250℃以上380℃以下、
(2)リサーチ法オクタン価:62以上85以下
リサーチ法オクタン価は62以上85以下であることが必要である。リサーチ法オクタン価が85を超えると着火性が悪く、HCCIエンジンの回転数が上げられない。また、例えば、リサーチ法オクタン価92のレギュラーガソリンなどでは高負荷での運転ができないため、好ましくない。一方、リサーチ法オクタン価が62未満であると高負荷での運転ができないことから、好ましくない。
(3)15℃における密度:0.700g/cm3以上0.800g/cm3未満
15℃における密度は0.700g/cm3以上0.800g/cm3未満であることが必要であり、0.730g/cm3以上0.780g/cm3未満であることが好ましい。密度が0.700g/cm3未満の燃料は蒸気圧が高く、エンジンからの熱で燃料が配管内部で気化してしまい適正なHCCIエンジンの運転ができないことがあり、好ましくない。一方、密度が0.800g/cm3以上の燃料では燃料の揮発性が悪く、高回転でエンジンを運転したときに未燃焼の炭化水素が多量に排出され、燃費と熱効率の悪化を招くことから好ましくない。
(4)37.8℃におけるリード蒸気圧:30kPa以上65kPa未満
37.8℃におけるリード蒸気圧は、30kPa以上65kPa未満であることが必要である。リード蒸気圧が65kPa以上の場合は、燃料タンクから燃料の蒸発ガスが大気中へ放出され、光化学スモッグ等の原因となり好ましくない。またリード蒸気圧が30kPa未満の場合は燃料の蒸発が悪いことから、HCCIエンジンをかけたときにエンジンがかからないことがあるため好ましくない。またエンジンがかかったとしてもトルクのサイクル変動が大きく、安定するまでに時間が掛かるというデメリットがある。燃料の蒸発ガスをさらに抑制し、HCCIエンジンのスタート時のエンジンの始動をさらに良くするのであれば、リード蒸気圧は45kPa以上60kPa未満であることが好ましい。
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。
(エンジン諸元)
エンジン形式:直列4気筒、排気量1998CC、圧縮比15のHCCI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)
実施例と比較例は下記の実験条件Aおよび実験条件Bで計測を実施した。
(2−1)実験条件A及び実験条件Bに共通する運転条件
a)過給圧力:130kPa(絶対圧力)
b)吸気温度:65℃
(2−2)実験条件Aの運転条件
エンジン回転数1000rpm、最大圧力上昇率が600kPa/degで運転した時のトルクと高温酸化反応が10%から90%燃焼する時の期間(単位:クランク角度)を燃焼期間と定義して計測した。
(2−3)実験条件Bの運転条件
エンジン回転数1500rpm、エンジントルク70Nmで運転した際の最大圧力上昇率と窒素酸化物を計測した。
実施例と比較例で用いた燃料の性状一覧を表1および表2に示す。比較例1〜3と実施例1〜5は比較例4のレギュラーガソリンに2号軽油を混合して調製しており、その配合比は表の下段に記載されている。同様に比較例5〜7および実施例6〜10は比較例4のレギュラーガソリンに3号軽油を混合してつくられたものである。これらの燃料を用いて、実験条件A及び実験条件Bでエンジン性能試験を行った。
表3に実験結果の一覧を示す。
比較例4のレギュラーガソリンでは燃焼期間が短く、最大トルクは68Nmしかないが、燃料中の軽油の混合比率を上げると燃焼期間が長期化し、同時に最大トルクも上昇する。しかしながら軽油の混合比率を上げすぎると着火が促進され過ぎるため、600kPa/degで計測されるトルク値は小さくなってしまう。実施例1〜10は実験条件Aにおいて80Nm以上の実用的なトルクを得ることができる、比較例4と比較して32%から100%のトルク向上を図ることができる。
レギュラーガソリンに軽油を混合すると最大圧力上昇率を押さえた運転が可能となる。例えば1500rpm、70Nmにおけるレギュラーガソリンの最大圧力上昇率は910kPa/degもあるが、2号軽油を30%混合した実施例3では最大圧力上昇率を500kPa/degまで押さえることができた。また軽油の混合比をさらに上げると、逆に最大圧力上昇率が上がってしまう(比較例1、2、3、5、6、7)。この結果、本発明にかかる実施例1〜10は全て最大圧力700kPa/deg以下での運転が可能となった。
実験条件Aの条件で実施例3と、比較例3及び4の熱発生率を図2に示す。このように実施例3の燃料は実験条件Aにおける発熱量が比較例3及び4と比べてはるかに大きい燃焼をしている。本発明の燃料は全てこのような燃焼をしており、従来のガソリンや軽油に比べて著しい性能の改善を図ることができる。
Claims (1)
- 下記の(1)、(2)、(3)および(4)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。
(1)蒸留性状
蒸留初留点(IBP) :0℃以上60℃以下
30容量%留出温度(T30):70℃以上130℃以下
50容量%留出温度(T50):95℃以上200℃以下
70容量%留出温度(T70):100℃以上280℃以下
90容量%留出温度(T90):150℃以上330℃以下
95容量%留出温度(T95):230℃以上360℃以下
蒸留終点(EP) :250℃以上380℃以下
(2)リサーチ法オクタン価:62以上85以下
(3)15℃における密度:0.700g/cm3以上0.800g/cm3未満
(4)37.8℃におけるリード蒸気圧:30kPa以上65kPa未満
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