JP5130065B2 - オフロード用予混合圧縮着火エンジン用の燃料油組成物 - Google Patents
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・硫黄分が50質量ppm以下で、セタン価(CN)が50〜65で、芳香族分が30質量%以下で、且つ10%残油の残留炭素分(10%残炭)が0.1質量%以下であり、
・熱重量分析(TGA)で測定した200〜350℃の範囲の重量減少率が30〜70%であって、
・高圧示差走査熱量測定(DSC)における発熱開始温度が250℃以下で、且つ発熱ピークのピーク値が25 W/g以上であることを特徴とする。
本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、硫黄分が50質量ppm以下であり、好ましくは10質量ppm以下である。本発明の燃料油組成物は、硫黄分が50質量ppm以下であるため、燃焼生成物である硫黄酸化物が少なく、環境負荷の低減に寄与できる。また、排出ガス中の微粒子(PM)を浄化する酸化触媒を装着するエンジンでは、硫黄分が高いとPM中のサルフェートが増加するので、低硫黄燃料が必要である。
本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、PCCI燃焼を確保できる負荷条件の下限値に影響を及ぼすセタン価(CN)が50〜65であり、好ましくは52〜63、更に好ましくは55〜60である。低負荷条件下における燃料油組成物の確実な着火と燃焼の安定性とを確保するためには、燃料油組成物自体のセタン価(CN)を50以上とすることが必要であり、好ましくは52以上、更に好ましくは55以上である。また、燃料油のセタン価(CN)が高過ぎると、燃料油の噴射から着火に至るまでの時間、即ち、着火遅れが短縮されるため、混合気の形成に許される時間が短縮されたり、早期着火による着火時期の進み過ぎによって、エンジン性能の悪化を招くので、燃料油組成物のセタン価(CN)は65以下であり、好ましくは63以下、さらに好ましくは60以下である。
芳香族分が増加すると、排出ガスを悪化させるので、本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、芳香族分が30質量%以下である。より具体的には、芳香族分の増加は、粒子状物質(PM)を生成する温度と空燃比で整理されるPM生成マップの面積を拡大させるので、本発明の燃料油組成物は、芳香族分が30質量%以下、好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、特には15質量%以下である。
10%残油の残留炭素分(10%残炭)が増加すると、不完全燃焼生成物が増大する事による燃焼室の清浄性低下を来たす。また、10%残炭の増加はPM増大の原因になるので、本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、10%残炭が0.1質量%以下である。
本発明の燃料油組成物は、熱重量分析(TGA)で測定した200〜350℃の範囲の重量減少率が30〜70%である。TGAで測定した200〜350℃の範囲の重量減少率が30〜70%である燃料油組成物は、気化特性がオフロード用PCCIエンジンに適しているため、着火性に優れる。
本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、高圧示差走査熱量測定(DSC)における発熱開始温度が250℃以下で、且つ発熱ピークのピーク値が25 W/g以上、好ましくは30 W/g以上である。PCCIエンジンにおける燃料と空気の混合気形成や燃焼性は、DSCで評価された燃料の着火性と燃焼性に大きく影響される。そして、特に、発熱ピークのピーク値が25 W/g未満では、燃焼性が悪化してしまう。また、DSCにおける発熱開始温度が250℃を超えると、着火特性が劣る。
本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物は、例えば、重質基材の深度脱硫や芳香族の飽和水素化によって硫黄分や芳香族の規定を満足する基材を製造し、該基材に対し、TGAやDSCの規定に合致するように重質留分を分留で除去して調製することができる。また、セタン価は、市販のセタン価向上剤を添加して調整する事もできる。
本発明のPCCIエンジン用燃料油組成物には、燃料油組成物のセタン価(CN)を向上させるためのセタン価向上剤、燃料油組成物の安定性を確保するための酸化防止剤、低温流動性を確保するための低温流動性向上剤、潤滑性を確保するための潤滑性向上剤、エンジンの清浄性を確保するための清浄剤等を適宜添加することができる。
上述した本発明の燃料油組成物は、オフロード用予混合圧縮着火(PCCI)エンジンに用いられる。該PCCIエンジンは、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)エンジンとも呼ばれ、従来のディーゼルエンジンと同様に圧縮着火であるが、燃料噴射時期、燃料噴射圧力や噴射パターン、EGR、圧縮比、燃焼室構造などを最適化して達成される燃料と空気が十分に混合した予混合気の燃焼で形成される予混合火炎のみで燃焼を完結する燃焼方式である。したがって、熱発生のパターンを観察すると冷炎に伴う微弱な熱発生(観察されない場合もあるが)に続いて主燃焼である予混合火炎による1つの熱発ピークが観察される。従来型ディーゼル燃焼では予混合火炎と拡散火炎に伴う2つのピークが観察される点で、大きく異なっている。また、予混合火炎の伝播で燃焼が完結するガソリンエンジンとも異なる。なお、実際のPCCIエンジンでは、熱発生パターンのテーリングが観察される場合があるが、この原因(予混合火炎か拡散火炎か)は明確でないので、該PCCIエンジンでは主燃焼が90%以上(テーリングに伴う熱発生が10%未満)と定義される。また、該PCCIエンジンは、高圧縮比で運転できることなどから、ガソリンエンジン(火花点火式エンジン)に比べて高効率であるという特徴を有する。
・A重油:市販のA重油を準備した。
・燃料−1:間接脱硫装置から得られる軽油基材に接触分解装置から得られる接触分解軽油(LCO)を25容量%混合し、残炭調整剤[中東系原油を常圧蒸留装置で処理して得られる360℃以上の蒸留残渣分]を1質量%添加した。
・燃料−2:深度脱硫軽油基材を90容量%留出温度が300℃以下となるように分留し、セタン価向上剤[アフトンケミカル・ジャパン(株)製2-エチルヘキシル硝酸エステル]を0.5質量%添加してセタン価を50以上に調整した。
・燃料−3:深度脱硫軽油基材に水素化分解系軽油基材を20容量%混合して調製した。
・燃料−4:深度脱硫軽油基材に水素化分解系軽油基材を60容量%混合して調製した。
・密度:JIS K2249「原油及び石油製品密度試験法」
・蒸留性状:JIS K2254「蒸留試験法」
・硫黄分:JIS K2541−6「硫黄分試験法(紫外蛍光法)」
・セタン価(CN):JIS K2280「石油製品−燃料油−オクタン価及びセタン価試験方法並びにセタン指数算出方法」に規定された実測法(指数は適用できない)
・芳香族分:JPI−5S−49−97「石油製品−炭化水素タイプ試験方法−高速液体クロマトグラフ法」
・10%残油の残留炭素分:JIS K2270「原油及び石油製品残留炭素分試験方法」
・熱重量分析(TGA):室温から600℃まで昇温速度20℃/分で測定した。
・高圧示差走査熱量測定(DSC):5 MPaの空気雰囲気下、30℃から500℃まで20℃/分の昇温速度で昇温して、発熱開始温度と発熱ピーク値を測定した。
・気筒数:1
・ボア、ストローク(mm):110、106
・排気量(cm3):1007
・圧縮比:14、16、18
・燃料供給方式:筒内噴射(コモンレール)
・回転速度(rpm):1320
・燃料噴射量(mm3):固定
・燃料噴射圧力(MPa):40〜120
・噴射時期:固定
排出ガス中のNOx、PM、HC、COを堀場製作所製の排出ガス分析装置を用いて測定した。また、小野測器製スモークメータで排出ガス中の黒煙を測定した。なお、判定は市販A重油を基準とし、改善された場合を(○)、悪化した場合を(×)、殆ど変わらない場合を(△)として表記した。
小野測器製燃焼解析装置を用いて着火の安定性(図示平均有効圧力の変動)、燃焼の激しさ(熱発生率の最大値)などを観察し、PCCI燃焼状態を評価した。なお、判定は市販A重油を基準とし、改善された場合を(○)、悪化した場合を(×)、殆ど変わらない場合を(△)として表記した。
Claims (1)
- 硫黄分が50質量ppm以下で、セタン価(CN)が50〜65で、芳香族分が30質量%以下で、且つ10%残油の残留炭素分が0.1質量%以下であり、
熱重量分析(TGA)で測定した200〜350℃の範囲の重量減少率が30〜70%であって、
高圧示差走査熱量測定(DSC)における発熱開始温度が250℃以下で、且つ発熱ピークのピーク値が25 W/g以上であることを特徴とするオフロード用予混合圧縮着火エンジン用の燃料油組成物。
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