JP4617181B2 - 軽油組成物 - Google Patents
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松尾繁著,ディーゼルエンジンの現状と将来,「自動車技術」,2003年,No.57(1),p41―46, 「今後の自動車排出ガス低減対策のあり方について」,環境省中央環境審議会大気環境部会,第七次答申,2003年
本発明の軽油組成物においては、硫黄分が10質量ppm以下であることが必要である。軽油組成物中の硫黄分が10質量ppm以下であれば、ディーゼル自動車の後処理装置の排出ガス浄化性能を良好に保持することができる。なお、硫黄分は、ディーゼル自動車の後処理装置の排出ガス浄化性能の観点から5質量ppm以下が好ましく、1質量ppm以下がより好ましい。
本発明の軽油組成物において、徐冷曇り点は、−30℃以上−14.0℃未満であることが必要である。徐冷曇り点が−14.0℃未満であれば、JIS3号軽油が使用される環境においてディーゼル自動車の燃料噴射装置のフィルターにワックスが付着しても容易に溶解し、−30.0℃以上であれば、低温流動性向上剤による目詰まり点降下能を十分に得ることができる。フィルター付着ワックスの溶解性の観点から、徐冷曇り点は、−15.0℃以下であることがさらに好ましい。一方、下限は−28.0℃以上が好ましく、−26.0℃以上がより好ましい。
本発明の軽油組成物において、流動点は、ディーゼル自動車における燃料ラインでの流動性確保の点から、−30.0℃以下であることが必要であり、−32.5℃以下であることが好ましく、−35.0℃以下であることがより好ましい。
本発明の軽油組成物において、目詰まり点は、ディーゼル自動車の燃料噴射装置に設けられるフィルター閉塞性防止の観点から、−19℃以下であることが必要であり、−25℃以下であることが好ましく、−30℃以下であることがより好ましい。
本発明の軽油組成物において、セタン指数は、エンジン着火性の点から、45.0以上であることが必要であり、48.0以上であることが好ましく、50.0以上であることがより好ましい。
本発明の軽油組成物において、30℃における動粘度は、1.7〜4.0mm2/sであることが必要である。30℃における動粘度が1.7mm2/s以上であれば、30℃における動粘度が1.7mm2/s以上であることが規定されるJIS特3号軽油を満たし、ディーゼル自動車において比較的高い温度下で使用された場合に、始動不良を起こしたり、アイドリング時のエンジン回転が不安定となることを抑制し、また、燃料噴射ポンプに与える負荷を低減することができる。ディーゼル自動車における高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保および燃料噴射ポンプの耐久性確保の観点から、30℃における動粘度は1.8mm2/s以上が好ましく、1.9mm2/s以上がより好ましい。また、30℃における動粘度が4.0mm2/s以下であれば、排出ガス中の黒煙量を抑制することができる。黒煙量増加防止の観点から、30℃における動粘度は3.5mm2/s以下であることが好ましく、3.0mm2/s以下であることがより好ましい。
本発明の軽油組成物において、引火点は45℃以上であることが必要である。引火点が45℃以上であれば、引火点が45℃以上であることが規定されるJIS特3号軽油を満たし、取り扱い時の安全性を確保することができる。取り扱い時の安全性確保の観点から、引火点は50℃以上であることが好ましい。
本発明の軽油組成物において、180℃における留出量(E180)と280℃における留出量(E280)の差(E280−E180)は55〜75vol%であることが必要である。JIS特3号軽油の使用される環境下では(E280−E180)が75vol%以下であれば、ディーゼル自動車において一部の軽質留分が気化してエンジン内において噴霧範囲が広範囲となることに伴う排出ガス中の未燃分HC量の増加を抑制することができ、高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性を確保することができる。かかる観点から、(E280−E180)は好ましくは73vol%以下、より好ましくは72vol%以下である。
本発明の軽油組成物において、−29℃におけるワックス透過率は10%以上が必要である。ディーゼル自動車において燃料タンク内で析出したワックスによるフィルターの目詰まりを防止する観点から、−29℃でのワックス透過率10%以上が必要であり、好ましくは20%以上、最も好ましくは30%以上である。
式(1)中、A1はサンプルの液量(50mL)、A2は試験用フィルターを透過して回収した試料回収容器中のろ液量を示す。Z1、Z2はそれぞれ、以下に示す方法により算出されるサンプルおよびろ液のワックス濃度(質量%)を示す。
式(2)中、Xは上記の方法により測定した徐冷曇り点(℃)であり、Yは炭素数18〜25のノルマルパラフィン含有量から求めた線形回帰直線の傾きである。
本発明の軽油組成物においては、ワックス結晶サイズは特に限定されるものではないが−29℃で10μm以下が好ましい。ワックス結晶サイズが10μmであれば、析出したワックスがディーゼル自動車の燃料噴射装置に設けられるメインフィルターを透過し、メインフィルターの閉塞を抑制することができる。本発明の軽油組成物においては、JIS特3号軽油が適用される地域や時期における低温時であっても、燃料タンク内の軽油中に析出するワックス結晶サイズを10μmとすることができる。
本発明の軽油組成物においては、蒸留性状は特に限定されるものではないが、初留点(IBP)が130〜190℃、10vol%留出温度(T10)が160〜220℃、50vol%留出温度(T50)が200〜280℃、90vol%留出温度(T90)が280〜350℃、95vol%留出温度(T95)が285〜360℃、終点(EP)が290〜370℃であることが好ましい。
本発明の軽油組成物において、IBPが130℃以上であると、一部の軽質留分が気化してディーゼル自動車のエンジン内において噴霧範囲が広範囲となることに伴う排出ガス中の未燃分HC量の増加を抑制することができ、高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保することができるため、好ましい。これらの観点から、IBPはより好ましくは140℃以上、さらに好ましくは145℃以上、最も好ましくは150℃以上である。一方、IBPが190℃以下であると、ディーゼル自動車において低温時の始動、運転をスムーズに行なうことができるため、好ましく、より好ましくは180℃以下であり、更に好ましくは175℃以下、最も好ましくは170℃以下である。
本発明の軽油組成物において、T10が160℃以上であると、IBPが130℃以上の場合と同様に、排出ガスに含有されるHC量の増加を抑制することができ、ディーゼル自動車における高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保の観点から好ましく、より好ましくは165℃以上、更に好ましくは167.5℃以上、最も好ましくは170℃以上である。一方、T10が220℃以下であると、ディーゼル自動車における低温時の始動および運転をスムーズに行なうことができるため好ましく、より好ましくは210℃以下、さらに好ましくは200℃以下、さらにより好ましくは190℃以下、さらに一層好ましくは185℃以下、最も好ましくは180℃以下である。
本発明の軽油組成物において、T50は、ディーゼル自動車における燃料消費率、エンジン出力、および高温における始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保の観点から、好ましくは200℃以上であり、より好ましくは210℃以上、さらに好ましくは215℃以上である。一方、エンジンから排出されるPM増加防止の点から、T50は好ましくは280℃以下であり、より好ましくは260℃以下、さらに好ましくは250℃以下、さらにより好ましくは240℃以下、最も好ましくは235℃以下である。
本発明の軽油組成物において、T90はディーゼル自動車においてエンジンから排出される粒子状物質(PM)増加防止の点から、350℃以下が好ましく、より好ましくは330℃以下であり、さらに好ましくは320℃以下であり、最も好ましくは315℃以下である。また、低温流動性向上剤によるCFPP降下能確保、ディーゼル自動車における高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保、および燃料消費率の点から、T90の下限は280℃以上であることが好ましく、285℃以上であることがより好ましく、290℃以上であることが最も好ましい。
本発明の軽油組成物において、T95は、低温流動性向上剤によるCFPP降下能確保、ディーゼル自動車における高温の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保、および燃料消費率の点から、285℃以上であることが好ましく、より好ましくは290℃以上、最も好ましくは295℃以上である。一方、エンジンから排出されるPM増加防止の点から、T95は好ましくは360℃以下であり、より好ましくは345℃以下、さらに好ましくは335℃以下、さらにより好ましくは330℃以下、最も好ましくは325℃以下である。
本発明の軽油組成物において、EPは、低温流動性向上剤によるCFPP降下能確保、ディーゼル自動車における高温時の始動性、アイドリング時のエンジン回転の安定性確保、および燃料消費率の点から、290℃以上であることが好ましく、より好ましくは300℃以上、最も好ましくは310℃以上である。一方、エンジンから排出されるPM増加防止の点から、EPは370℃以下であることが好ましく、より好ましくは365℃以下、最も好ましくは360℃以下である。
本発明の軽油組成物において、ディーゼル自動車の燃料タンク内で析出したワックスの凝集沈降を防止する点およびフィルター閉塞防止の点から低温流動性向上剤を含有する。低温流動性向上剤の含有量としては50〜500mg/Lであり、100〜300mg/Lであることが好ましい。本発明の軽油組成物に適用する低温流動性向上剤としては、市販の商品を使用することができるが、市販品を使用する場合、本発明の軽油組成物への添加量としては、低温流動性に寄与する有効成分が適当な溶剤で希釈されていることがあるため、有効成分が上記低温流動性向上剤の含有量となる範囲であることが好ましい。
本発明の軽油組成物において、ディーゼル自動車における噴射ポンプ内の潤滑性確保の観点から潤滑性向上剤を含有することが好ましい。潤滑性向上剤の含有量は25〜500mg/Lであることが好ましく、25〜300mg/Lであることがより好ましく、25〜200mg/Lであることがさらに好ましい。特に、HFRRのWS1.4値が500μm以下であることが好ましく、より好ましくは460μm以下、更に好ましくは420μm以下、最も好ましくは400μm以下となるように潤滑性向上剤を添加するのがよい。本発明の軽油組成物に適用する潤滑性向上剤としては、市販の商品を使用することができるが、市販品を使用する場合、本発明の軽油組成物への添加量としては、潤滑性に寄与する有効成分が適当な溶剤で希釈されていることが通例であるため、有効成分が上記潤滑性向上剤の含有量となる範囲であることが好ましい。
本発明の軽油組成物においては、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、他の任意の添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤としては、2−エチルヘキシルナイトレートに代表される硝酸エステル系、有機過酸化物系等のセタン価向上剤、アルケニルコハク酸誘導体、カルボン酸のアミン塩等の清浄剤、フェノール系、アミン系等の酸化防止剤、サリチリデン誘導体等の金属不活性化剤、ポリグリコールエーテル等の氷結防止剤、脂肪族アミン、アルケニルコハク酸エステル等の腐食防止剤、アニオン系、カチオン系、両性系界面活性剤等の帯電防止剤、アゾ染料等の着色剤、シリコン系等の消泡剤などを挙げることができる。これらの他の添加剤は、単独または数種類を組み合わせて添加することができる。添加量も適宜選択することができるが、その他の添加剤全量で、軽油組成物に対して、例えば、0.5質量%以下とすることができ、好ましくは0.2質量%以下である。なお、ここでいう添加量全量とは、添加剤の有効成分としての添加量を意味している。
本発明の軽油組成物において、ディーゼル自動車の燃料タンク内で析出したワックスの凝集沈降を防止する点およびワックス結晶の微細化によるフィルター閉塞防止の点から、パラフィン系ワックスを軽油組成物全量中に0.01〜0.5質量%含有する。含有するパラフィン系ワックスが0.5質量%以下であると、ディーゼル自動車においてフィルターの目詰まり及び、目詰まり点の退行現象を抑制できる。なお、目詰まり点の退行現象とは、例えば、-3℃の目詰まり点が、燃料への低温流動性向上剤の添加で−12℃に一度は低下するが時間が経過するに従い、-10℃、-8℃、-5℃のように上昇する現象をいう。パラフィン系ワックスの軽油組成物全量に対する含有量は好ましくは0.4質量%以下、さらに好ましくは0.3質量%以下である。一方、軽油組成物中のパラフィン系ワックスが0.01質量%以上であると、低温流動性向上剤とパラフィン系ワックスとの相互作用により、ワックス中の炭素数の大きいノルマルパラフィンが核として、低温流動性向上剤がさらに多量に析出するワックス結晶の微細化を促進させ、ワックスの凝集沈降およびフィルター閉塞を抑制することができる。軽油組成物中のパラフィン系ワックスの含有量としては、より好ましくは0.05質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上である。
本発明の軽油組成物において、本発明が必要とする上述の燃料特性を満たす範疇において、軽油基材、灯油基材、合成軽油及び合成灯油を1種または2種以上配合することができるが、軽油基材と灯油基材の配合量の合計を100vol%としたとき、軽油基材は10〜40vol%、灯油基材は60〜90vol%配合するのが好ましい。軽油基材とは、具体的には、原油の常圧蒸留装置から得られる直留軽油や、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、硫黄分含有量に応じて前述の直留または減圧軽油を水素化精製装置で水素化処理した水素化精製軽油、水素化精製よりも苛酷な条件で一段階または多段階で水素化脱硫して得られる水素化脱硫軽油、上記の種々の軽油基材を水素化分解して得られる水素化分解軽油などを挙げることができる。また、灯油基材とは、具体的には、原油の常圧蒸留装置から得られる直留灯油や、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灯油、硫黄分含有量に応じて前述の直留または減圧灯油を水素化精製装置で水素化処理した水素化精製灯油、水素化精製よりも苛酷な条件で一段階または多段階で水素化脱硫して得られる水素化脱硫灯油、上記の種々の灯油基材を水素化分解して得られる水素化分解灯油などを挙げることができる。
[参考例1〜3、実施例4〜9および比較例1〜8]
表2の原料油を表3に示す条件で水素化脱硫処理して得られる水素化脱硫軽油1〜3、並びに水素化脱硫灯油を、表5に示す配合比で混合し、これに低温流動性向上剤、潤滑性向上剤、表4に示すパラフィン系ワックスを表5に示す濃度で添加することにより、本発明の軽油組成物(参考例1〜3、実施例4〜9)および比較例の軽油組成物(比較例1〜8)を調製した。これらの軽油組成物の性状を表5に示す。
冷却:サンプルを環境温度を室温から−10℃まで急冷し、−10℃で1時間保持した後、1.5℃/hの冷却速度で−29℃に達するまで徐冷し、−29℃で1時間保持した。
次に、実施例1〜9及び比較例1〜8の各軽油組成物について、以下に示す各種試験を行った。
環境温度の制御が可能なシャーシダイナモメータ上で、室温で、(1)供試ディーゼル自動車の燃料系統を評価燃料でフラッシング(洗浄)、(2)フラッシング燃料の抜き出し、(3)メインフィルターの新品への交換、(4)燃料タンクに評価燃料の規定量(供試車両の燃料タンク容量の1/2)の張り込みを行なった。その後、(5)環境温度を室温から−10℃まで急冷し、(6)−10℃で1時間保持した後、(7)1.5℃/hの冷却速度で−29℃に達するまで徐冷し、(8)−29℃で1時間保持した後、走行試験を開始した。走行試験は、(9)エンジン始動、(10)5分間アイドリング、(11)50km/hまで加速、(12)50km/hで1時間走行を行ない、その間の運転状況により合格、不合格を以下の基準により判定した。結果を表5に示す。
良(◎):エンジン始動、アイドリング、加速に問題がなく、全走行に渡って50km/h走行が維持できた場合
可(○):一回目のクランキングではエンジンが始動できなかったり、走行中一時的に車速が低下したがその後回復した場合など、軽微の不具合を生じたが、走行が継続できた場合
不可(×):始動不可(10秒間のクランキングを30秒間隔で5回繰り返しても始動しない場合)、アイドリングストール、エンジン停止などにより走行維持ができなかった場合
低温実車試験には、下記のA、Bの2台のディーゼル自動車を用いた。
最大積載量:2t
エンジン種類:直列4気筒ディ−ゼル
エンジン総排気量:4.3L
燃料噴射ポンプ:列型
適合規制:短期排出ガス規制適合(ベース車両)
車両Bは、長期規制適合の以下のスポーツユーティリティビークルである。
最大積載量:2t
エンジン種類:直列4気筒ディ−ゼル
エンジン総排気量:4.8L
燃料噴射システム:コモンレール方式
適合規制:長期排出ガス規制適合
排出ガス後処理装置:酸化触媒
[高温始動性試験]
環境温度の制御が可能な室内で、試験車両に評価燃料を15L給油し、環境温度を25℃に設定した後、エンジンを始動させアイドリングにて保持した。アイドリング中の車両の燃料噴射ポンプ出口温度が安定した時点でエンジンを停止させ、5分間放置した後、エンジンを再始動させる。この時エンジンが正常に始動した場合は合格(○)、始動しなかった場合は不合格(×)とした。結果を表5に示す。
最大積載量:4t
エンジン種類:直列6気筒ディ−ゼル
エンジン総排気量:8.2L
燃料噴射ポンプ:高圧分配型
適合規制:長期排出ガス規制適合(七都府県市指定低公害車)
排出ガス後処理装置:酸化触媒
[車両排ガス試験]
上記車両ABを用いて、PMの測定を行った。PMは全量希釈トンネルにて希釈した排ガスを炭化フッ素被膜ガラス繊維フィルターで捕集し、分析した。試験モードは、図4に示す実走行を模擬した過渡運転モードで行い、排ガス成分は試験モード1kmあたりの排出量として算出し、比較例6の燃料を供試した車両の場合の結果を100として、各結果を相対的に比較、定量化した。結果を表5に示す。
上記車両Bを用いて、燃費の測定を行った。試験モードは、図4に示す実走行を模擬した過渡運転モードで行い、燃費は試験モード中に消費した燃料容積流量を燃料温度補正し、重量値に置き換えた値について、比較例8の燃料を供試した場合の結果を100として、各結果を相対的に比較、定量化した。従って、燃料の消費量が比較例8より少なければ、100より小さな値になり、多ければ100を超える値となる。結果を表5に示す。
Claims (3)
- 硫黄分が10質量ppm以下、徐冷曇り点が−30.0℃以上−14.0℃未満、流動点が−30.0℃以下、目詰まり点が−19℃以下、セタン指数が45.0以上、30℃における動粘度が1.7〜4.0mm2/s、引火点が45℃以上、180℃における留出量(E180)と280℃における留出量(E280)の差(E280−E180)が55〜75vol%、300℃における留出量(E300)と350℃における留出量(E350)の差(E350−E300)が20vol%以下、かつ−29℃でのワックス透過率が10%以上である軽油組成物であって、低温流動性向上剤を50〜500mg/Lと、パラフィン系ワックスを0.01〜0.5質量%とを含有し、該パラフィン系ワックスが、炭素数17から45の直鎖飽和炭化水素を30質量%以上含有するものであることを特徴とする軽油組成物。
- 軽油基材、灯油基材、合成軽油及び合成灯油のいずれか1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の軽油組成物。
- 潤滑性向上剤を含有し、該潤滑性向上剤の含有量が25〜500mg/Lであることを特徴とする請求項1または2に記載の軽油組成物。
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