JP5184903B2 - 低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物 - Google Patents
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Description
・排気ガスの少なくとも一部を吸入空気中に再循環する排気ガス再循環装置を具え、吸入空気と再循環された排気ガスとの混合ガス中の酸素濃度が17体積%以下となる条件で運転される低温、予混合化圧縮着火エンジン用の燃料油組成物であって、
・植物油メチルエステルを5容量%以上含有し、
・硫黄分が10質量ppm以下で、
・90容量%留出温度が330℃以下で、
・セタン価(CN)が55以上で、
・芳香族分が20質量%以下で、且つ
・3環以上の芳香族分が0.5質量%以下である
ことを特徴とする。
FAMEは、原料である植物油の組成によって異なるが酸素を有しているので、FAMEを含有することで、微粒子(PM)が低減する。FAMEの混合比率が小さいと、酸素/炭素比が小さく、PM低減効果が見られないため、FAME混合量は5容量%以上、好ましくは10容量%以上である。また、特に制約されるものではないが、FAME混合燃料を本発明で規定する性状に保つための石油系軽油基材の調製が困難になるので、FAME混合比率は50容量%以下が好ましい。なお、FAMEとしては、自動車技術会の規格である「自動車燃料−混合用脂肪酸メチルエステル(FAME)」(JASO M360)に適合するFAMEが使用される。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、硫黄分が10質量ppm以下である。本発明の燃料油組成物は、硫黄分が10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、硫黄分は、排出ガス浄化触媒を被毒するので、硫黄分の低減は、排出ガス浄化触媒の性能の維持を通じても、環境負荷の低減に寄与できる。更に、NOx吸蔵還元触媒を装着した車輌においては、該触媒の硫黄被毒の再生に燃料を使用するので、硫黄分の低減は、燃費の向上にも寄与する。そして、これらの効果は、硫黄分が低い程顕著であるため、本発明の燃料油組成物中の硫黄分は、好ましくは5質量ppm以下、さらに好ましくは3質量ppm以下、特には1質量ppm以下である。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、90容量%留出温度(T90)が330℃以下である。90容量%留出温度(T90)が330℃を超えると、粒子状物質(PM)の排出量が増加して、環境負荷を十分に低減できない。また、燃料油組成物の後留部分の揮発性は、燃料油組成物と空気との混合気の形成や燃焼性に影響し、特に冷機時には、燃料油組成物と空気との混合気の形成に支障を来たしたり、該混合気の燃焼性が低下してしまうため、本発明の燃料油組成物は、90容量%留出温度(T90)が330℃以下であり、好ましくは320℃以下、さらに好ましくは310℃以下、特には300℃以下である。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、低負荷条件下での低温、予混合化燃焼を確保する観点から、セタン価(CN)が55以上である。セタン価(CN)が低過ぎると、着火・燃焼が不十分で燃焼変動が大きく、排出ガスが悪化するので、本発明の燃料油組成物は、セタン価(CN)が55以上、好ましくは57以上である。なお、従来型エンジンではセタン価(CN)が45以上で十分な性能を発揮するが、低温、予混合化圧縮着火エンジンでは、高いセタン価(CN)と低い90容量%留出温度(T90)との組み合わせが必須である。なお、セタン価を調整するために、本発明の燃料油組成物には、セタン価向上剤を添加してもよい。
上記セタン価向上剤としては、アルキルナイトレート系セタン価向上剤、有機過酸化物系セタン価向上剤が挙げられる。上記アルキルナイトレート系セタン価向上剤としては、炭素数6〜12のアルキルナイトレートが好ましく、2-メチルヘキシルナイトレートが特に好ましい。また、上記有機過酸化物系セタン価向上剤としては、炭素数6〜12のジアルキルパーオキサイドが好ましく、ジ-t-ブチルパーオキサイドが特に好ましい。これらセタン価向上剤の添加量は、0.5質量%以下の範囲が好ましく、0.1質量%以下の範囲が更に好ましい。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、芳香族分が20質量%以下である。芳香族分が増加すると、排出ガス中の一酸化炭素(CO)や粒子状物質(PM)が増加するため、本発明の燃料油組成物は、芳香族分が20質量%以下、好ましくは19質量%以下、さらに好ましくは17質量%以下、特には15質量%以下である。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、3環以上の芳香族分が0.5質量%以下である。多環芳香族が増加すると、排出ガス中の粒子状物質(PM)が増加するため、本発明の燃料油組成物は、3環以上の芳香族分が0.5質量%以下であることを要する。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、上記の性状を満たすように、例えば、90容量%留出温度(T90)の規定に合致した蒸留性状を有するように分留した軽油基材に対して、深度脱硫や芳香族の飽和水素化を施して硫黄と芳香族を低減させ、必要に応じて、パラフィン系軽油基材(例えば、FT合成軽油であるGTLなど)を混合してセタン価を調整し、更に植物油メチルエステル(FAME)を混合することで製造できる。また、セタン価は上述のセタン価向上剤を添加して調整することもできる。
本発明の低温、予混合化圧縮着火エンジン用燃料油組成物には、上記セタン価向上剤以外の添加剤として、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、低温、予混合化圧縮着火エンジンに用いられる。該エンジンは、予混合圧縮着火エンジンであるPCCI(Premixed Charge Compression Ignition)やHCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)エンジンを包含するものであり、予混合燃焼を主に多量のEGRによって達成するものである。低温、予混合化燃焼は、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、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り、また、該低温、予混合化燃焼は、予混合気の形成に必要な長い着火遅れを多量のEGRで達成するものであり、多量のEGRが必須な予混合燃焼である。従来のディーゼルエンジンでは、予混合火炎に加えて燃料と空気の境界層に火炎が形成される拡散火炎が観察されるが、低温、予混合化圧縮着火エンジンでは、この拡散火炎が観察されない。すなわち、該低温、予混合化燃焼は、熱発生率曲線を観察すると、冷炎に伴う微弱な熱発生に続く主燃焼による熱発生のピークが予混合火炎に対応する1つのピークだけの燃焼であり、NOxやPMが抑制されている。一方、実際の熱発生曲線では熱発生の後半がテーリングする事があるため、低温、予混合化圧縮着火エンジンは、予混合燃焼に伴う熱発生が全体の90%以上(予混合燃焼か拡散燃焼かが明確でない後半の燃焼が10%以下)のエンジンと定義される。また、該予混合化圧縮着火エンジンは、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。
・燃料−1:市販の軽油(JIS 2号)を準備した。
・燃料−2:市販軽油にFAMEを20容量%混合した。
・燃料−3:深度脱硫によって硫黄と芳香族分を低減した軽油基材を、90容量%留出温度(T90)が300℃以下となるように分留して調製した軽質軽油基材にFAMEを20容量%混合した。
・燃料−4:同上(燃料−3)に、セタン価を高めるために、市販のセタン価向上剤(アルキルナイトレート)を0.5質量%添加した。
・燃料−5:軽質軽油基材80容量%とGTL 20容量%を混合して高セタン価軽油基材を調製し、該高セタン価軽油基材にFAMEを20容量%混合した。
・GTL:(株)JOMOサンエナジーを通じてモスガス品を購入した。
・FAME:三菱商事(株)を通じてドイツGMBH社製菜種油メチルエステルを購入した。
・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)
・芳香族分の総量及び3環以上の芳香族分: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」
・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):可変(PCCI燃焼範囲をカバー)
・燃料噴射圧力(MPa):40〜120
・着火時期:上死点(TDC)(噴射時期を調整)
・EGR率(%):0〜70可変
(1)排出ガス測定
堀場製排出ガス分析装置を用いて、排出ガス中の窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)の各濃度を測定した。また、黒煙は小野測器製スモークメータで測定した。
小野測器製燃焼解析装置を用いて、燃焼変動、着火遅れ、熱発生率の最大値を測定した。
Claims (1)
- 排気ガスの少なくとも一部を吸入空気中に再循環する排気ガス再循環装置を具え、吸入空気と再循環された排気ガスとの混合ガス中の酸素濃度が17体積%以下となる条件で運転される低温、予混合化圧縮着火エンジン用の燃料油組成物であって、
植物油メチルエステルを5容量%以上含み、硫黄分が10質量ppm以下で、90容量%留出温度が330℃以下で、セタン価(CN)が55以上で、芳香族分が20質量%以下で、且つ3環以上の芳香族分が0.5質量%以下あることを特徴とする燃料油組成物。
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