JP5545677B2

JP5545677B2 - 予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料

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Publication number: JP5545677B2
Application number: JP2011505824A
Authority: JP
Inventors: 元柴田
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JPWO2010109754A1; WO2010109754A1

Description

本発明は、予混合圧縮自己着火式エンジン用の燃料に関し、詳しくは、予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、予混合圧縮自己着火式エンジンの高出力化を達成することができる予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料に関する。

今日、自動車用内燃機関としては、火花点火式ガソリンエンジンと圧縮自己着火式ディーゼルエンジンの二種類が広く使用されている。
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、燃料特性として、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、空気と燃料との混合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。

一方、圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、圧縮行程でのピストン上昇により燃焼室内の空気が圧縮されて温度が上昇し、軽油の臨界自己着火温度以上に達したところに燃料を噴霧し自己着火燃焼させる方式であり、燃料特性には自己着火しやすいことが求められる。圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、燃費及び熱効率面に優れるものの燃料噴霧を圧縮上死点前３０クランク角度から圧縮上死点後１０クランク角度付近で行うため、燃焼時の温度分布に濃淡が生じ、ＮＯｘ及び煤の排出量が著しく高くなるという欠点がある。また圧縮自己着火式ディーゼルエンジンでは、排出ガス浄化のための触媒があまり普及しておらず、ＮＯｘが１００〜１２００質量ｐｐｍと非常に高いレベルで大気中に放出されるケースもある。

このように、従来の火花点火式ガソリンエンジンは、排出ガスの浄化はある程度できるが燃費や熱効率の面に課題があり、一方、圧縮自己着火式ディーゼルエンジンは、低燃費、高熱効率であるが、ＮＯｘ等の排出ガスの面に課題がある。このため、低ＮＯｘ排出ガス、好燃費及び高熱効率を同時に達成するという課題を解決すべく予混合圧縮自己着火式エンジン（以下、ＨＣＣＩエンジンともいう。）が現在検討されている。
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、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が始まるまでの時間が長く、燃料が燃焼室内で均一に混合されるため、燃焼時に局所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好燃費、高効率にすることが可能である。

このような予混合圧縮自己着火式エンジン用の燃料としては、燃料の揮発性指標およびセタン価、オクタン価等の既存のガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの着火性指標に着目した燃料が提案されているが（例えば、特許文献１〜１３参照）、予混合圧縮自己着火燃焼のメカニズム面からみて、その特性を十分に発揮できているとは必ずしもいえず、予混合圧縮自己着火式エンジンにさらに適した燃料の開発が望まれている。

予混合圧縮自己着火燃焼（以下、ＨＣＣＩ燃焼ともいう。）を行う内燃機関では、燃料が空気と十分に予混合された混合気がピストンの圧縮によりその温度および圧力が上昇し着火に至るが、混合気がほぼ同時に着火するために急峻な圧力上昇がエンジンのノッキングを引き起こし、負荷が上げられないことが大きな課題となっていた。

ＨＣＣＩ燃焼における冷炎反応（７５０Ｋ以上９００Ｋ未満の温度）で分解が始まるパラフィン系を主体とする炭化水素と、熱炎反応（１１００Ｋ以上）で開環する芳香族系のラジカルおよび芳香族系炭化水素を生成する単環の芳香族系を主体とする炭化水素を組み合わせることで、燃焼期間を長期化し、着火時の急峻な圧力上昇を抑えることが可能となり、ノッキングを回避した高負荷運転が可能となることが検討されている（非特許文献１）。

特開２００４−９１６５７号公報特開２００４−９１６５８号公報特開２００４−９１６５９号公報特開２００４−９１６６０号公報特開２００４−９１６６１号公報特開２００４−９１６６２号公報特開２００４−９１６６３号公報特開２００４−９１６６４号公報特開２００４−９１６６５号公報特開２００４−９１６６６号公報特開２００４−９１６６７号公報特開２００４−９１６６８号公報特開２００４−３１５６０４号公報

「ＳＡＥ２００８−０１−０００７」，２００８年４月

しかしながら、従来までの一般燃料では負荷（平均有効圧力）によって低温酸化反応での発熱量が異なることから、低温酸化反応による混合気の温度上昇しろが異なり高温酸化反応の立ち上がるタイミングに変動を与えていた。すなわち、一般の燃料では図１に示すように、低温酸化反応の発熱が大きい場合は、高温酸化反応は早く立ち上がり、低温酸化反応の発熱が小さい場合は、高温酸化反応は遅く立ち上がる。

この理由は図２に示すように、高温酸化反応が立ち上がる温度が燃料により決まっていて（図２の例では９２０−９４０Ｋの範囲）、一般燃料では高負荷の場合は低温酸化反応発熱が大きく早いタイミングで高温酸化反応が立ち上がり、低負荷の場合は低温酸化反応発熱が小さく高温酸化反応が遅れて立ち上がるためである。すなわち図２の例では、高負荷の場合は上死点前２．２ＣＡ（クランクアングル）で高温酸化反応は立ち上がっているが、低負荷の場合は上死点後４．６ＣＡで高温酸化反応が立ち上がっている。このように、一般の燃料では負荷により低温酸化反応における発熱量が異なることから、高温酸化反応が立ち上がるタイミングが変動し、ＨＣＣＩエンジンの運転を極めて難しいものにしている。負荷（平均有効圧力）の変動に伴い高温酸化反応発熱が変動することは、ＨＣＣＩエンジンの運転制御において大変厄介な課題である。
本発明の目的は、予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、予混合圧縮自己着火式エンジンの高出力化を達成することができる予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決したもので、負荷を変動させても低温酸化反応が変動せずに、高温酸化反応が立ち上がることが可能なＨＣＣＩ燃焼に適した燃料を提供するものである。
すなわち、本発明は以下のとおりである。

［Ｉ］下記の（１）〜（４）の全ての性状を満たす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）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２以下であること。
（２）芳香族含有量（容積％）に対するノルマルパラフィン含有量（容積％）の比率が０．４５以上、０．８１以下であること。
（３）ノルマルパラフィン含有量が２０容積％以上、６０容積％以下であること。
（４）イソパラフィン含有量が２０容積％以上、３０容積％以下であること。

［II］下記の（５）および（６）の性状を満たすことを特徴とする上記［Ｉ］記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
（５）蒸留性状における５０％留出温度が７５℃以上、１２０℃以下であること。
（６）蒸留性状における終点が１９０℃以下であること。

上記［Ｉ］および［II］で規定されるＨＣＣＩ燃料を用いると、負荷（平均有効圧力）に対する低温酸化反応発熱量の変動が見られないため（図３参照）、高温酸化反応を同じタイミングで立ち上げることができる（図４参照）。このためエンジン側で高温酸化反応を立ち上げるタイミングを制御する必要がなくなり、ＨＣＣＩエンジンが抱える難題を燃料で解決することができる。

一般的な燃料を用いた場合のＨＣＣＩ燃焼（熱発生率）を示す図である。一般的な燃料を用いたときのＨＣＣＩ燃焼（温度）を示す図である。本発明の低温酸化反応が変化しないときのＨＣＣＩ燃焼（熱発生率）を示す図である。本発明の低温酸化反応が変化しないときのＨＣＣＩ燃焼（温度）を示す図である。ＨＣＣＩ燃焼（二段燃焼）の起こり方を示す図である。本発明に該当する燃料３のＨＣＣＩ燃焼（熱発生率）を示す図である。なお、数値の８００、６００、４００ｋＰａ／ｄｅｇは最大圧力上昇率値を示す。本発明に該当する燃料３のＨＣＣＩ燃焼（温度）を示す図である。なお、数値の８００、６００、４００ｋＰａ／ｄｅｇは最大圧力上昇率値を示す。

以下に、本発明を詳述する。
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

予混合圧縮自己着火方式は、従来のディーゼルエンジンなどにみられる圧縮自己着火方式と比較し、（Ａ）の燃料噴射圧力が著しく低く、（Ｃ）の燃料噴射終了時期、即ち、燃料が噴射されてから燃焼が始まるまでの時間がかなり長い。従って、予混合圧縮自己着火方式においては、燃料が燃焼室内で均一に混合されるため、燃焼室内において局所的に温度の高い領域ができず、窒素酸化物の排出量を触媒未装着状態で１０質量ｐｐｍ以下にすることができる。
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。

本発明の燃料は、予混合圧縮自己着火方式エンジンに適した燃料であるが、該予混合圧縮自己着火方式と火花点火方式エンジン、ディーゼルエンジン、電気モーターエンジン火花点火方式エンジンまたはディーゼルエンジンと電気モータ等を組み合わせたハイブリッド式エンジン等を併用するエンジンに対しても適用することができる。

燃料が自己着火する場合は、まず低温酸化反応（Low Temperature Heat Release：ＬＴＨＲ）が起こり、続いて高温酸化反応（High Temperature Heat Release：ＨＴＨＲ）が起きる。本発明による予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料は、分解性の高い燃料（ノルマルパラフィン）と分解性の低い燃料（芳香族およびオレフィン）を組み合わせることを特徴としており、図５に示す様に、最初に分解性の高い燃料（パラフィン系炭化水素）が冷炎（Cool Flame）、青炎（Blue Flame）の期間中に分解し、熱炎（Hot Flame）期間中にベンゼン環構造を有する芳香族系のラジカルおよび芳香族系炭化水素が分解することにより、二段燃焼が達成できる。

本発明の燃料は、上記［Ｉ］で規定する以下の（１）〜（４）の全ての性状を満たすことが必要である。
（１）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２以下であること。
（２）芳香族含有量（容積％）に対するノルマルパラフィン含有量（容積％）の比率が０．４５以上、０．８１以下であること。
（３）ノルマルパラフィン含有量が２０容積％以上、６０容積％以下であること。
（４）イソパラフィン含有量が２０容積％以上、３０容積％以下であること。
なお、ここでいう炭化水素の含有量の定義は、ＪＩＳＫ２５３６「石油製品−成分試
験方法」に準拠してガスクロマトグラフを利用して測定される値を意味する。またノルマルパラフィンは直鎖系炭化水素を意味し、ナフテン（環状飽和炭化水素）分は含まないものである。

リサーチ法オクタン価が７０より小さい場合は低温酸化反応の発熱が大き過ぎ、続く高温酸化反応での初期の燃焼が活性化されるため、最大圧力上昇率が大きくなり過ぎてエンジンに損傷を与え高負荷での運転を難しいものとする。このことからリサーチ法オクタン価は７０以上が好ましく、さらに好ましくは７５以上、最も好ましくは８０以上である。一方、リサーチ法オクタン価が９２を超える場合はエンジン回転数と負荷に対して小さい運転領域しかとることができない。このことからリサーチ法オクタン価は９２以下であることが好ましく、９０以下であることがより好ましく、８５以下であることが最も好ましい。

ノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比が０．８１を超える場合は図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）１００ｋＰａ当りの負荷変動に対して、低温酸化反応の発熱量の下落率は１０％より大きくなる。図示平均有効圧力１００ｋＰａ当りの低温酸化反応の下落率が１０％より大きい場合は高温酸化反応の立ち上がるタイミングが大きく変動するため、予混合圧縮自己着火エンジンの運転制御を極めて困難にする。すなわちノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比が０．４５以上０．８１以下であれば、負荷が変動しても低温酸化反応がほとんど変化せず、高温酸化反応をいつでも同じタイミングから立ち上げることができ、エンジン制御が極めて容易となる。一方、ノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比が０．４５より小さい場合は、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）１００ｋＰａ当りの負荷変動に対する低温酸化反応の発熱量の下落率は１０％よりも小さいが、ＨＣＣＩエンジンの運転できる領域が狭くなるため好ましくない。このことから、ノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比は０．４５以上０．８１以下が好ましく、さらに好ましくは０．５０以上０．７０以下が好ましく、最も好ましくは０．５５以上０．６５以下が好ましい。なお、ここでいう図示平均有効圧力１００ｋＰａ当りの低温酸化反応の下落率とは下記（式１）で示される数値（ＬＴＨＲ下落率）で定義される。

（式１）
LTHR下落率＝（LTHR₈₀₀−LTHR₄₀₀）／LTHR₈₀₀／（IMEP₈₀₀−IMEP₄₀₀）×100×100

なお、（式１）中の記号は以下を表す。
LTHR下落率：図示平均有効圧力100ｋPa当りの低温酸化反応の発熱量の下落率（％）
LTHR₈₀₀：最大圧力上昇率800ｋPa/degの時の低温酸化反応発熱量（Ｊ）
LTHR₄₀₀：最大圧力上昇率400ｋPa/degの時の低温酸化反応発熱量（Ｊ）
IMEP₈₀₀：最大圧力上昇率800ｋPa/degの時の図示平均有効圧力（ｋＰａ）
IMEP₄₀₀：最大圧力上昇率400ｋPa/degの時の図示平均有効圧力（ｋＰａ）

なお、平均有効圧力はピエゾ圧力センサーで計測された筒内圧力から計算される（論文ＳＡＥ２００６−０１−０２０７などに計測方法の一例が記されている）。
また、低温酸化反応の発熱量の定義については公知論文ＳＡＥ２００７−０１−０２２０（２００７年４月SAE International発行）の記載に基づく。

本発明の燃料は、ノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比が上記した特定の範囲内にあるだけではなく、ノルマルパラフィンの燃料中に含まれる量での規定が必要となる。低温酸化反応発熱を負荷に対して変動させないためには、燃料中に含まれるノルマルパラフィン含有量が２０容積％以上６０容積％以下であるとき効果を発揮するが、より好ましくは２０容積％以上５０容積％以下、さらに好ましくは２０容積％以上４０容積％以下、最も好ましくは２０容積％以上３５容積％以下の時に最大の効果を発揮する。

ＨＣＣＩ燃焼においてイソパラフィンには非常に弱い低温酸化反応性を持つ。２０容積％以上のイソパラフィンの含有はノルマルパラフィンが持つ低温酸化反応での発熱を安定化させる働きを持つが、３０容積％を超えて燃料中に含まれている場合、負荷変動に対して低温酸化反応の変動が燃焼に与える影響が無視できなくなる。従って、燃料中に含まれるイソパラフィンは２０容積％以上３０容積％以下であることが必要である。

上記に加え、本発明の燃料は、さらに以下の（５）および（６）の要件を満たす燃料であることが好ましい。
（５）蒸留性状における５０％留出温度が７５℃以上、１２０℃以下であること、より好ましくは７５℃以上、１１５℃以下であること、さらに好ましくは８０℃以上、１２０℃以下であること、最も好ましくは８０℃以上、１１５℃以下であること。
（６）蒸留性状における終点が１９０℃以下であること、より好ましくは１７０℃以下であること、さらに好ましくは１６０℃以下であること、さらにより好ましくは１５０℃以下であること、最も好ましくは１４０℃以下であること。

ＨＣＣＩエンジンは、着火する前に燃料が十分に蒸発して空気と混合している必要がある。エンジンの性能としては５０％留出温度が７５℃以上１２０℃以上で、かつ終点（ＥＰ）が１９０℃以下であればこの要件を満たすことができるが、より好ましくは５０％留出温度が８０℃以上１１５℃以下でかつ終点が１７０℃以下であること、さらに好ましくは５０％留出温度が８０℃以上１１５℃以下でかつ終点が１６０℃以下であること、さらにより好ましくは５０％留出温度が８０℃以上１１５℃以下でかつ終点が１５０℃以下であること、最も好ましくは５０％留出温度が８０℃以上１１５℃以下でかつ終点が１４０℃以下であるときに最大の効果を発揮する。

本発明の燃料において、硫黄分の含有量は特に限定されないが、１０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、触媒の性能維持の点から５質量ｐｐｍ以下がより好ましく、１質量ｐｐｍ以下が最も好ましい。硫黄分が１０質量ｐｐｍを超えると、エンジンに装着した排出ガス浄化のための触媒が硫黄により被毒され、排出ガス浄化能力が低下する問題が生じ、好ましくない。ここで、硫黄分とは、ＪＩＳＫ２５４１「原油及び石油製品一硫黄分試験方法」により測定される値である。

本発明の燃料は、主成分として炭化水素を含むが、その他に、エーテル、アルコール、ケトン、エステル、グリコール等の含酸素化合物を含有していてもよい。含酸素化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルブチルアルコール、イソブチルアルコール、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）、ターシャリーアミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）、ターシャリーアミルエチルエーテル、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル等が挙げられる。
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。

本発明の燃料は、上述の通り所定の性状を有する燃料を得られさえすれば、その基材については特に制限されるものではなく、例えば、原油蒸留装置、ナフサ改質装置、アルキレーション装置等から得られるプロパンを中心とした直留系プロパン留分、ブタンを中心とした直留系ブタン留分、それらを脱硫した直留系脱硫プロパン留分、直留系脱硫ブタン留分、接触分解装置等から得られるプロパン・プロピレンを中心とした分解系プロパン留分、ブタン・ブテンを中心とした分解系ブタン留分、原油を常圧蒸留して得られるナフサ留分（フルレンジナフサ）、ナフサの軽質留分（軽質ナフサ）、ナフサの重質留分（重質ナフサ）、フルレンジナフサを脱硫した脱硫フルレンジナフサ、軽質ナフサを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫した脱硫重質ナフサ、軽質ナフサを異性化装置でイソパラフィンに転化して得られる異性化ガソリン、イソブタン等の炭化水素化合物に低級オレフィンを付加（アルキル化）することによって得られるアルキレート、接触改質法で得られる改質ガソリン、改質ガソリンから芳香族分を抽出した残分であるラフィネート、改質ガソリンの軽質留分、改質ガソリンの中重質留分、改質ガソリンの重質留分、接触分解法、水素化分解法等で得られる分解ガソリン、分解ガソリンの軽質留分、分解ガソリンの重質留分、原油の常圧蒸留装置から得られる直留軽油および直留灯油、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、減圧重質軽油あるいは脱硫重油を接触分解または水素化分解して得られる接触分解軽油、接触分解灯油、水素化分解軽油または水素化分解灯油、これらの石油系炭化水素を水素化精製して得られる水素化精製軽油、水素化脱硫軽油、若しく水素化精製灯油、及び天然ガス等を一酸化炭素と水素とに分解した後にＦ−Ｔ（Fischer-Tropsch）合成で得られるＧＴＬ（Gas to liquids）のナフサ留分、灯油留分、軽油留分等の基材を１種又は２種以上混合して調製することができる。

本発明の燃料には、必要に応じて公知の燃料添加剤を添加しても良い。例えば、燃料添加剤としては、高級カルボン酸とアルコールアミンとのアミド化合物等の摩擦調整剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミン等の清浄分散剤、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジイソブチル−ｐ−フェニレンジアミン、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ヒンダードフェノール類等の酸化防止剤、Ｎ，Ｎ’−ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン等のアミンカルボニル縮合化合物等の金属不活性化剤、有機リン系化合物等の表面着火防止剤、多価アルコール及びそのエーテル等の氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、高級アルコール硫酸エステル等の助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤等の帯電防止剤、アゾ染料等の着色剤、有機カルボン酸及びそれらの誘導体類、アルケニルコハク酸エステル等の防錆剤、ソルビタンエステル類等の水抜き剤、硝酸エステルや有機過酸化物等のセタン価向上剤、カルボン酸系、エステル系、アルコール系およびフェノール系の潤滑性向上剤、シリコン系などの消泡剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アルケニルコハク酸アミド等の低温流動性向上剤、キニザリン、クマリン等の識別剤、着臭剤等が挙げられる。これらの添加剤は、単独若しくは混合物として添加することができ、これら添加剤全量が、燃料全量基準で０．５質量％以下が好ましく、より好ましくは０．２質量％以下となるような割合で添加することが望ましい。なお、ここでいう添加剤全量とは、添加剤の有効成分としての添加量を意味する。

以下に、実施例及び比較例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例により限定されるものではない。

以下の方法に従い、実験を行った。
１）ノルマルパラフィン含有量／芳香族含有量の容積比（以下ｎ−Ｐ／Ａ容積比と略す）で０．４５以上０．８１以下の範囲の燃料Ａから燃料Ｄの４種類を準備した。
２）次に、それぞれの燃料を用いて、エンジン回転数１０００ｒｐｍ、過給圧力１５５ｋＰａ（絶対圧力）でＨＣＣＩエンジンを運転し、燃料Ａから燃料Ｄまでを最大圧力上昇率８００ｋＰａ／ｄｅｇ、４００ｋＰａ／ｄｅｇとなる条件でＨＣＣＩエンジンを運転する。
３）そのときの筒内圧力をピエゾ圧力センサーでサンプリングし、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）、熱発生率、低温酸化反応の発熱量を求める。

燃料Ａから燃料Ｄの燃料の組成を表１に、また、この実験結果を表２に示す。表２は最大圧力上昇率４００ｋＰａ／ｄｅｇと８００ｋＰａ／ｄｅｇにおける低温酸化反応の発熱量と図示平均有効圧力、及び（式１）で定義される図示平均有効圧力１００ｋＰａ当りの低温酸化反応の発熱量の下落率などを一覧としたものである。図示平均有効圧力１００ｋＰａ当たりの低温酸化反応の発熱量の下落率が１０％を超えるとＨＣＣＩエンジンの制御が難しくなるが、燃料Ａから燃料Ｄでは何れも１０％以内の値を示している。従ってｎ−Ｐ／Ａ容積比が０．４５以上０．８１以下であれば図示平均有効圧力１００ｋＰａ当たりの低温酸化反応発熱量の下落率は１０％を越えることはない。

一方、燃料Ｄに見られるようにｎ−Ｐ／Ａ容積比が０．４６のときには、ＨＣＣＩエンジンを運転できる負荷範囲が図示平均有効圧力で２３．９Ｊ（６７４．６ｋＰａから６５０．７ｋＰａの範囲）と小さくなる。さらにｎ−Ｐ／Ａ容積比を小さくして０．４５より小さくなると、ＨＣＣＩエンジンの運転領域をとることが難しくなる。

以上のことから、ｎ−Ｐ／Ａ容積比０．４５以上０．８１以下で、かつ、ノルマルパラフィン含有量が２０容積％以上、６０容積％以下のときに、低温酸化反応は変動しない。

前述の方法１）〜３）に加え、以下の４）〜５）の方法に従い、実験を行った。
４）これに対し、燃料１、燃料２、燃料３、燃料４を用意した。これはＬＳＲ、ＨＳＲ、ＦＭＴ燃料を用い、配合比を変えて調製した燃料である（表３参照）。燃料１、燃料２、燃料３、燃料４のｎ−Ｐ／Ａ容積比はそれぞれ１．０９、０．８、０．６８、０．５３である。
５）燃料１、燃料２、燃料３、燃料４を用いてエンジン回転数１０００ｒｐｍ、過給圧力１５５ｋＰａ（絶対圧力）でＨＣＣＩエンジンを運転し、最大圧力上昇率が８００ｋＰａ／ｄｅｇ、４００ｋＰａ／ｄｅｇとなる条件での筒内圧力をピエゾ圧力センサーでサンプリングし、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）、熱発生率、低温酸化反応の発熱量を求めた。

結果を表２に示す。これによれば、燃料１は図示平均有効圧力１００ｋＰａ当たりの低温酸化反応の発熱量の下落率は１５．３２％と大きく外れている。これは燃料１のｎ−Ｐ／Ａ比が１．０９と大きいためである。一方、燃料２、燃料３及び燃料４は図示平均有効圧力１００ｋＰａ当りの低温酸化反応の発熱量の下落率はそれぞれ６．０９％、４．６４％、３．４７％であり、ｎ−Ｐ／Ａ容積比は燃料２で０．８、燃料３で０．６８、燃料４で０．５３である。

以上のことから、本発明で規定する燃料は、低温酸化反応の発熱量が負荷に対して変動せず、高温酸化反応は常に同じタイミングから立ち上がる。
なお、本発明に該当する燃料３の熱発生率及びシリンダ内の温度変化のグラフを図６及び図７に示す。

本発明の燃料は、予混合圧縮自己着火燃焼における燃焼反応を制御し、エンジン熱効率の向上を達成することができるため、予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料として有用である。

Claims

下記の（１）〜（４）の全ての性状を満たす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）リサーチ法オクタン価が７０以上、９２以下であること。
（２）芳香族含有量（容積％）に対するノルマルパラフィン含有量（容積％）の比率が０．４５以上、０．８１以下であること。
（３）ノルマルパラフィン含有量が２０容積％以上、６０容積％以下であること。
（４）イソパラフィン含有量が２０容積％以上、３０容積％以下であること。
下記の（５）および（６）の性状を満たすことを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料。
（５）蒸留性状における５０％留出温度が７５℃以上、１２０℃以下であること。
（６）蒸留性状における終点が１９０℃以下であること。