JP4930820B2 - 多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物 - Google Patents
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Description
ここで、芳香族化合物とは、芳香族炭化水素や芳香環を分子内に有する添加剤等を含むものである。
この本発明によれば、燃料油中の芳香族化合物の含有量が1質量%以下であるため、黒煙やPMの排出をより一層抑制することができる。
この本発明によれば、更に、4級炭素を含む炭化水素を、燃料油に対して1質量%以上添加しているので、燃料油における4級炭素の割合が更に高くなり、分岐度がより大きい燃料油となる。これにより、燃費が更に向上し、排ガス中のNOxや黒煙、PMが更に低減されることとなる。
本発明の多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物が適用される、多段噴射式機構を有するディーゼルエンジンの代表例の一つである予混合圧縮自己着火式エンジンは、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り、高圧噴射により燃料油を微粉化し、また、早期噴射により混合時間を確保して、燃料油と空気の混合を促進することを上死点近傍で行うエンジンである。
2,2−ジメチルオクタン(2,2-dimethyloctane)、2,2,4,4,6,8,8−ヘプタメチルノナン(2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane)、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン(2,2,4,6,6-pentamethylheptane)を挙げて、3級炭素及び4級炭素の存在と、それに隣接する2級炭素等の化学シフトのピークについて説明する。
また、図3(C)に示す炭化水素のように、複数の3級炭素が存在し、当該3級炭素に複数の2級炭素が挟まれている場合にあっては、挟まれた複数の2級炭素の化学シフトは33〜40ppmを示すことになり、3級炭素自体の化学シフトも34〜40ppmとなる。
図4(B)〜図4(D)に示す炭化水素のように、4級炭素に隣接する2級炭素については、当該隣接する2級炭素が他の2級炭素とも隣接している場合には、化学シフトが40ppmを超えることとなる。
そして、本発明にあっては、化学シフトが0〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積に対する、化学シフトが33〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積の割合を23%以上とすることにより、3級炭素及び4級炭素等を含む分岐度の大きな燃料油組成物となる。このように燃料油組成物の分岐度を大きくすることにより、予混合圧縮自己着火式エンジンに適用した場合にあっては、燃費が向上するとともに、排ガス中のNOxや黒煙及びPM等の大気汚染物質の発生を低減させることができる。この割合は、25%以上とすることが好ましい。
また、このような効果は、化学シフトが0〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積に対する、化学シフトが50〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積の割合が1%以上とすることにより、更に確実に奏されることとなる。
なお、組成物中の全芳香族分は、例えば、JIS K2536「石油製品−成分試験方法」に準拠して測定することができる。
使用可能な軽油基材としては、例えば、分岐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。
また、燃料油基材として、例えば、特開2004−124046号に開示されるブテンオリゴマー、特表平11−505863号に開示される高セタン指数を有する低芳香族性ディーゼル燃料、特開2000−95712号に開示される飽和オリゴマーや、特開平5−112473号に開示される異性化されたn−パラフィン(ノルマルパラフィン)等の一種または二種以上を用いて、前記した性状となるようにして本発明の燃料油組成物を調製するようにしてもよい。
なお、これらの添加剤の添加量は、燃料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。
ここで、本明細書で挙げている予混合圧縮自己着火式エンジンについては、部分的に予混合圧縮着火燃焼を採用しているエンジンも含むものである。
ここで、4級炭素を含む炭化水素としては、例えば、t−ブチルシクロヘキサン(t-butylcyclohexane)、4,4−ジメチルオクタン(4,4-dimethyloctane)、3,3−ジメチルオクタン(3,3-dimethyloctane)、2,2−ジメチルオクタン(2,2-dimethyloctane)、2,2,4,4,6,8,8−ヘプタメチルノナン(2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane)、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン(2,2,4,6,6-pentamethylheptane)等が挙げられ、これらの一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
表1に示した性状となるように、燃料油であるスーパーゾルFP−25、スーパーゾルFP−30及びスーパーゾルFP−38(全て出光興産(株)製)を組み合わせて配合し、実施例1の燃料油組成物を得た。
なお、これらの燃料油は、ルイス酸触媒下において、公知の流動接触分解装置から製造されるイソブテンを主体とするブテン類を主原料として製造されたものである。
実施例1の燃料油組成物について、NMR装置(DRX−500:ブルカー・バイオスピン(株)製)によるNMR分析結果を図6に示す。
JIS2号軽油を使用した。性状を表1、実施例1と同様にして測定したNMR分析結果を図7に示す。
天然ガスから製造されたGTL(Gas to Liquid)ガソリン)(コープ低公害車開発(株)製)を使用した。性状を表1、実施例1と同様にして測定したNMR分析結果を図8に示す。
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。
密度(@15℃):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。
動粘度 :JIS K2283に準拠して測定した。
蒸留性状 :JIS K2254「石油製品−蒸留試験法」に準拠して測定した。
残留炭素(10%残油):JIS K2270に準拠して測定した。
引火点 :JIS K2265に準拠して測定した。
目詰まり点 :JIS K2288に準拠して測定した。
組成(芳香族化合物含む):JIS K2536「石油製品−成分試験方法」に準拠し
て測定した。
セタン価 :JIS K2280「オクタン価及びセタン価試験方法」に準拠して
測定した。
分岐度 :NMR装置(DRX−500:ブルカー・バイオスピン(株)製)に
よるNMR分析結果をもとに、化学シフトが33〜75ppm、40
〜75ppm、あるいは50〜75ppmにおけるピーク群のピーク
総面積の割合を面積比として算出した。
多段噴射式機構を有するディーゼルエンジンとして、表2に示す仕様の予混合圧縮自己着火式エンジンを用いて、実施例1、参考例1及び参考例2の燃料油組成物(燃料油)を、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、燃費、エンジン出口におけるNOX濃度、黒煙濃度を、下記の試験方法を用いて測定し、比較・評価した。
(1)燃費
仕込み燃料油を容積式検出器(FP−2140H:(株)小野測器製)で検出して、検出結果をデジタル流量計(FD−2410:(株)小野測器製)で計測して、燃費とした。
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(MEXA−9100DGR:(株)堀場製作所製)を用いて測定した。
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スモークメーター(MEXA−130S:(株)堀場製作所製)に導入して測定した。
実施例1及び参考例1の燃料油を用いて、表3に示した中負荷の運転条件にて、パイロット噴射部分のHCCI燃焼をさせた、いわゆる部分HCCI燃焼を促進させるようにして、効果の確認を行った。結果を表4に示す。
なお、結果は、参考例1の結果を基準にして、実施例1の結果を正負で示した。ここで、値が負であれば、参考例1よりも燃費が向上し、また、NOx(窒素酸化物)濃度や黒煙濃度が低減されたことを示す(表4、6、8、10において、参考例の結果を「Base(基準)」と示している)。
従って、予混合圧縮自己着火式エンジンにおいて、パイロット噴射を利用した場合であっても、実施例1の燃料油組成物が、燃費の向上、及びNOx濃度や黒煙濃度の低減に効果を発揮することができることが確認できた。
実施例1及び参考例2の燃料油を用いて、表5に示した中負荷の運転条件にて、パイロット噴射部分のHCCI燃焼をさせた、いわゆる部分HCCI燃焼を促進させるようにして、効果の確認を行った。結果を表6に示す。
なお、結果は、参考例2の結果を基準にして、実施例1の結果を正負で示した。ここで、値が負であれば、参考例2よりも燃費が向上し、また、NOx(窒素酸化物)濃度や黒煙濃度が低減されたことを示す。
なお、実施例1の燃料油組成物は、参考例2の燃料油組成物と同様にiso−パラフィン主体の燃料油ではあるが、分岐度が大きい実施例1の燃料油組成物の方が優れた結果を得ることができた。
試験例1と同様に、表2に示す仕様の予混合圧縮自己着火式エンジンを用いて、実施例1、参考例1及び参考例2に加えて、下記の実施例2及び参考例3(試験例2−2のみ)の燃料油組成物を、下記の運転条件により運転した場合における、燃費、エンジン出口におけるNOX濃度、黒煙濃度を、試験例1と同様の方法にて測定し、比較・評価した。
実施例1の燃料油組成物に、更に、4級炭素を含むt−ブチルシクロヘキサン(t-butylcyclohexane)を、組成物全体に対して20質量%となるように配合して、実施例2の燃料油組成物を得た。
なお、t−ブチルシクロヘキサンのNMR分析結果により3級炭素以上のNMR面積比は、22.2%である((独)産業技術総合研究所のホームページより)。
また、実施例2の燃料油組成物の推定セタン価は、23である。
実施例1の燃料油組成物に、更に、n−ヘキシルベンゼン(n-hexylbenzene)を、組成物全体に対して20質量%となるように配合して、参考例3の燃料油組成物を得た。なお、n−ヘキシルベンゼンには3級以上の炭素は存在しない。
また、参考例3の燃料油組成物の推定セタン価は、実施例2の燃料油組成物と同様、23である。
実施例1、参考例1及び参考例2の燃料油を用いて、表7に示した低負荷の運転条件にて、HCCI燃焼を促進させるようにして、効果の確認を行った。結果を表8に示す。
なお、結果は、参考例1の結果を基準にして、参考例2及び実施例1の結果を正負で示した。ここで、値が負であれば、参考例1よりも燃費が向上し、また、NOx(窒素酸化物)濃度や黒煙濃度が低減されたことを示す。
実施例1、実施例2及び参考例3の燃料油を用いて、表9に示した低負荷の運転条件にて、HCCI燃焼を促進させるようにして、効果の確認を行った。結果を表10に示す。
なお、結果は、実施例1の結果を基準にして、実施例2及び参考例3の結果を正負で示した。ここで、値が負であれば、実施例1よりも燃費が向上し、また、NOx(窒素酸化物)濃度や黒煙濃度が低減されたことを示す。
Claims (5)
- 13C−核磁気共鳴(NMR)スペクトルにおいて、化学シフトが0〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積に対する、化学シフトが33〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積の割合が23%以上であり、
芳香族化合物の含有量が5質量%以下である
ことを特徴とする多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物。 - 請求項1に記載の多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物において、
化学シフトが0〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積に対する、化学シフトが40〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積の割合が5%以上であることを特徴とする多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物。 - 請求項1に記載の多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物において、
化学シフトが0〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積に対する、化学シフトが50〜75ppmにおけるピーク群のピーク総面積の割合が1%以上であることを特徴とする多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物において、
芳香族化合物の含有量が1質量%以下であることを特徴とする多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物において、
更に、4級炭素を含む炭化水素を、組成物全体に対して1質量%以上添加することを特徴とする多段噴射式機構を有するディーゼルエンジン用燃料油組成物。
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