JPWO2010109754A1 - 予混合圧縮自己着火式エンジン用燃料 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
(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5容積%以上、30容積%以下であること。
(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。
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
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。
(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5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、JIS K2536「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。
LTHR下落率=(LTHR800−LTHR400)/LTHR800/(IMEP800−IMEP400)×100×100
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)
また、低温酸化反応の発熱量の定義については公知論文SAE 2007−01−0220(2007年4月SAE International発行)の記載に基づく。
(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。
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。
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。
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。
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。
Claims (2)
- 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5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。
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