予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物
【課題】脱水素触媒を用いて燃料油組成物を脱水素し改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる燃料油組成物を提供する。
【解決手段】硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２２０℃以下、リサーチ法オクタン価が７０以下、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、少なくともナフテンを含有することを特徴とする、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物である。ここで、改質燃料油組成物のオクタン価は、改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことが好ましい。
【解決手段】硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２２０℃以下、リサーチ法オクタン価が７０以下、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、少なくともナフテンを含有することを特徴とする、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物である。ここで、改質燃料油組成物のオクタン価は、改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火エンジン用の燃料油組成物に関し、特には、脱水素触媒を用いて燃料油組成物をオクタン価の高い改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンに好適に使用できる予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気環境改善の観点から、自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等の有害排気ガス成分の排出量の削減が強く求められている。また、地球温暖化防止のためには化石燃料の燃焼により排出されるＣＯ２の削減が必要であることから、自動車のＣＯ２排出量の削減も求められている。そして、このように、自動車においては有害排気ガス成分の排出量削減とＣＯ２の排出量削減とを同時に達成する必要があることから、その対応技術として、燃料と空気とを混合した混合気を圧縮して高温にし、自己着火させて燃焼させる方式を採用した予混合圧縮着火（ＣＡＩ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｕｔｏ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）エンジンと該エンジンに供する燃料が注目されている。
【０００３】
ここで、予混合圧縮着火エンジン（以下、「ＣＡＩエンジン」と呼ぶことがある。）では、燃焼の開始（着火）を燃料の自己着火に依存しているので、燃焼室内の温度が低い冷機時や低負荷条件下では、着火性が良好な燃料が必要となる。一方、燃焼室内の温度が高い高負荷条件下では、着火性が良好な燃料は、燃焼室内での多点同時着火による急激な燃焼（ノッキング）を起こし、ＮＯｘや燃焼騒音の増加、エンジンの損傷を引き起こす事から、着火性の低い燃料が必要となる。即ち、ＣＡＩエンジンにおいては、運転条件によって相反する燃料性状が求められている。
なお、例えば”E.M.Nyoaard et al, J. Inst. Petr., 27, 348(1941)”等に記載されているように、一般的に、燃料の着火性の指標であるセタン価は、オクタン価とトレードオフの関係にあり、着火性の高い高セタン価の燃料はオクタン価が低く、着火性の低い低セタン価の燃料はオクタン価が高いところ、本明細書では、便宜のため、以降、オクタン価の高低に基づき燃料の着火性を評価する。燃料の揮発性（沸点）によってはセタン価の測定が困難な場合があるからである。
【０００４】
しかしながら、従来、エンジンの運転条件に応じてオクタン価を変化させることが可能な燃料は見出されていないため、ＣＡＩエンジンの運転が可能な領域（ＣＡＩ燃焼領域）は限定されており、ＣＡＩエンジンの優位性を十分に発揮できていない。従って、より広範囲な領域でＣＡＩ燃焼を成立させてＣＯ２排出量を大きく削減するために、エンジンの運転条件に応じてオクタン価の異なる燃料を供給することが可能な手法の確立が求められている。
【０００５】
これに対し、低温条件下ではオクタン価の低い（高セタン価の）燃料を供給し、高温条件下ではオクタン価の高い（低セタン価の）燃料を供給する手段として、燃料タンクを２つ備えてオクタン価の異なる二種類の燃料を運転条件に応じて使い分ける内燃機関や（例えば、特許文献１、２参照）、ガソリンタンクおよび水素タンクの２つのタンクを備えると共に、内燃機関へと供給するガソリンおよび水素の比率を、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて変更する内燃機関が開発されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、着火性の異なる二種類の燃料を運転条件に応じて使い分ける内燃機関は、二種類の燃料を供給する社会的な燃料供給システムの構築の必要性（社会インフラ整備の困難性）や、消費者が必要に応じて二種類の燃料を給油しなければならない利便性の欠如などから、実用化されていない。また、ガソリンタンクおよび水素タンクの２つのタンクを備える内燃機関では、ガソリンと水素の２種類の燃料が必要となるため、燃料タンクとして十分な容量のタンクを２つ設けなければならず、また、制御手段を設ける必要もあるため、装置構造が複雑・大型化するという問題があった。更に、水素を貯蔵・供給するためのインフラ整備も必要であった。
【０００６】
従って、二種類の燃料を供給することなくＣＡＩ燃焼領域を拡大することができる、一種類の燃料の供給のみで高オクタン価燃料と低オクタン価燃料の両方の燃料をエンジンで利用可能とするシステムが求められている。
【特許文献１】特開２００１−２５４６６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９９４５号公報
【特許文献３】特開２００７−２４００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、ＣＡＩ燃焼領域を拡大しつつエンジンの熱効率を向上させることができると共に、排気ガスからの熱回収も実現することができる、構造が単純な予混合圧縮着火エンジンとして、エンジン本体から排出される排気ガスの熱と脱水素触媒とを用いて燃料の一部をオクタン価の高い改質燃料に改質することが可能な改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンが開発されている。そして、このような改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンによれば、オクタン価の低い燃料でも、改質器での脱水素反応により燃料中に含まれるナフテン等を脱水素して芳香族化合物とし、アロマリッチでオクタン価が高い燃料へと改質して利用できるので、オクタン価の異なる２種類の燃料を用意しなくても、運転状態に応じてオクタン価の異なる燃料を供給することができるようになる。
【０００８】
しかしながら、改質器を備えた予混合圧縮着火エンジン（以下、「改質器付き予混合圧縮着火エンジン」と称することがある）を導入するに当たっては、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに適した、脱水素反応により芳香族化合物へと転化される成分（例えばナフテン等）を比較的多く含む燃料が必要であった。
【０００９】
このような状況下、本発明の目的は、改質器付き予混合圧縮着火エンジンの燃料として使用した場合に改質器での脱水素反応によりオクタン価を大きく変化させることが可能な燃料油組成物、即ち、一種類の燃料でＣＡＩ燃焼領域を拡大することが可能な、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに高いエンジン性能を発揮させることができる燃料油組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる燃料油組成物として、特定の性状を有する燃料油組成物を見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
即ち、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、下記（１）〜（４）を満たし、少なくともナフテンを含有することを特徴とする。
（１）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（２）９０％留出温度が２２０℃以下
（３）リサーチ法オクタン価が７０以下
（４）１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下
そして、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、上記の如き性状を有するので、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる。
【００１２】
なお、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、脱水素触媒を用いて燃料油組成物中に含まれるナフテンを脱水素し改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに用いた場合に、前記改質燃料油組成物のオクタン価が、前記改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことが好ましい。改質器での改質により燃料油組成物のオクタン価が２０以上向上する場合、オクタン価（着火性）が大きく異なる燃料油組成物をエンジンの運転条件に応じて供給可能となるからである。なお、本発明において、改質器での改質によりオクタン価が２０以上向上する燃料油組成物とは、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物に含まれているナフテンの転化率が１００％の時にオクタン価が２０以上向上する燃料油組成物を意味し、本発明の燃料油組成物は、好ましくはナフテンの転化率が９８％の時にオクタン価が２０以上向上し、更に好ましくはナフテンの転化率が９６％の時にオクタン価が２０以上向上する。ここで、ナフテンの転化率は、改質後のナフテン分と改質前のナフテン分とを比較することにより算出することができる。
【００１３】
ここで、本発明において、硫黄分とはＪＩＳ Ｋ２５４１−６に準拠して測定した値を、留出温度とはＪＩＳ Ｋ２２５４に準拠して測定した値を、オクタン価とはＪＩＳ Ｋ２２８０に準拠して測定したリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）の値を、ナフテン分とはガスクロマトグラフィー（GC−PIONA）により測定した値を、燃料油組成物の１５℃での密度とはＪＩＳ Ｋ２２４９に準拠して測定した値を指す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる燃料油組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜燃料油組成物＞
以下に、本発明の燃料油組成物を詳細に説明する。本発明の燃料油組成物は、下記のような硫黄分、蒸留性状、オクタン価、密度を有し、ナフテンを含有することを特徴とする。なお、本発明の燃料油組成物は、改質器付き予混合圧縮着火エンジン用の燃料として特に適しているが、改質器を備えていない既存の予混合圧縮着火エンジンに用いても良い。
【００１６】
（硫黄分）
本発明の燃料油組成物は、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、好ましくは１質量ｐｐｍ以下である。硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下の場合、燃焼時に生成する硫黄酸化物の量が少なく、環境へ与える負荷を低減することができるからである。また、硫黄分は、有害排気ガス成分を処理するための排気ガス浄化触媒を被毒するので、硫黄分の低い燃料油組成物は、排気ガス浄化触媒の性能を長く維持することができるという観点からも、環境負荷の低減に寄与できるからである。更に、排気ガス浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える予混合圧縮着火エンジンにおいては、硫黄で被毒した触媒の再生に大量の燃料を使用するところ、燃料油組成物中の硫黄分を低減すれば、再生に必要な燃料の量を削減することができ、燃費の向上に寄与できるからである。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、１質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
（蒸留性状）
本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が２２０℃以下、好ましくは２００℃以下である。９０％留出温度が２２０℃以下の場合、燃料油組成物中の重質留分の気化が不十分となることに起因する未燃焼炭化水素の増加や、潤滑油の希釈の増大を防止することができるからである。また、本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が１１０℃以上であることが好ましい。９０％留出温度が低すぎると燃料噴射器の摩耗が発生したり、燃費が悪化したりするからである。
【００１８】
（オクタン価）
本発明の燃料油組成物は、オクタン価が７０以下、好ましくは６５以下である。本発明の燃料油組成物は、冷機時や低負荷条件下では改質することなくそのままエンジンに供給されるため着火性が高いことが望ましいところ、オクタン価が高すぎると着火性が低くなってしまうからである。
【００１９】
（密度）
本発明の燃料油組成物は、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．８００ｇ／ｃｍ３以下である。１５℃における密度を０．８４０ｇ／ｃｍ３以下とすることにより、エンジンの燃焼室や吸気系でのデポジットの増加を防止できるからである。また、本発明の燃料油組成物は、密度が０．７００ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。密度が低すぎると燃費が悪化するからである。
【００２０】
（オクタン価の向上度）
本発明の燃料油組成物は、燃料油組成物中に含まれているナフテンの転化率が１００％、好ましくは９８％、更に好ましくは９６％の条件下でのオクタン価の向上度、例えば、白金触媒を充填した改質器において４００℃以上の温度で脱水素反応を行った場合のオクタン価の向上度が、２０以上、好ましくは２５以上である。オクタン価の向上度が低いと、ＣＡＩ燃焼領域を十分に拡大することができない恐れがあるからである。ここで、オクタン価の向上度は燃料油組成物中のナフテンの含有量及びナフテンの化学構造に依存する（後述する表１参照）。従って、本発明の燃料油組成物は、所望のオクタン価向上分に見合う量のナフテン分を有することが必要である。なお、オクタン価の向上度は、改質前の燃料油組成物のオクタン価と、改質後の燃料油組成物のオクタン価とを比較することにより求めることができる。
【００２１】
（ナフテン分）
本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が好ましくは２０質量％以上、更に好ましくは３０質量％以上である。ナフテンはセタン価が高く、オクタン価が低いからである。
【００２２】
＜燃料油組成物の調製＞
本発明の燃料油組成物は、例えば、上述の蒸留性状を満たすように分留した、上記の硫黄分、密度を有する接触改質ガソリン（ＲＦ）や接触分解ガソリン（ＦＣＣ）基材を常法に従い飽和水素化してナフテンリッチな基材とすることにより製造し得る。なお、本発明の燃料油組成物は、必用に応じて、上記基材にセタン価（ＣＮ）の高いパラフィン系ガソリン基材を混合し、或いは、２-エチルヘキシル硝酸エステル、ジターシャリーブチルペルオキシド等のセタン価向上剤を添加して製造しても良い。
【００２３】
（その他の添加剤）
また、本発明の燃料油組成物には、燃料油組成物の安定性を確保するための酸化防止剤や、エンジンの清浄性を確保するための清浄剤等の通常の添加剤を適宜添加することができる。
【００２４】
ここで、上記酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔ−ブチルフェノール、２，４，６−トリ−ｔ−ブチルフェノール、２−ｔ−ブチル−４，６−ジメチルフェノール、２−ｔ−ブチルフェノール等のフェノール系酸化防止剤や、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン系酸化防止剤、及びこれらの混合物が挙げられる。これら酸化防止剤の添加量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
また、上記清浄剤としては、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が挙げられる。これら清浄剤の添加量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
＜改質器付き予混合圧縮着火エンジン＞
ここで、本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き予混合圧縮着火エンジンの構成の一態様を、図１に示す。
【００２７】
図１に示すように、改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料油組成物（以下、単に「燃料」と称する）または改質器で改質した燃料（以下、単に「改質燃料」と称する）と、空気との混合気を圧縮して高温にし、自己着火させて燃焼させるＣＡＩエンジンである。そして、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料タンク２に給油した燃料を、ポンプ３、燃料噴射弁４を介して吸気管５に噴射し、エンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。また、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料を、ポンプ３を介して脱水素触媒を備える改質器７へと送り、エンジン本体６から排出される排気ガスの熱を利用して、その改質器７で燃料の脱水素化を行ってオクタン価を高めた改質燃料を生成し、生成した改質燃料をタンク８、ポンプ９、燃料噴射弁１０を介してエンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。なお、燃料の脱水素反応時に生成する水素は、タンク１２、噴射系１３、吸気管５を介してエンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。更に、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、エンジン本体６の燃焼室内で混合気を燃焼させた際に生じる排気ガス中に含まれる有害排気ガス成分を、改質器７で排気ガスの熱を利用した後に処理するための排気ガス浄化触媒１１も備えている。
【００２８】
ここで、タンク２，８，１２、ポンプ３，９、燃料噴射弁４，１０、噴射系１３、吸気管５、エンジン本体６および排気ガス浄化触媒１１には、既知の予混合圧縮着火エンジンにおいて通常用いられているものを用いることができる。
【００２９】
また、燃料の脱水素反応を行う改質器７としては、脱水素触媒を充填した反応器を用いることができ、脱水素触媒としては、例えば、特開２００６−２５７９０６号公報に記載されているような、白金を担持した触媒を用いることができる。そして、この改質器７では、脱水素触媒の存在下、例えば２５０℃以上、好ましくは３００℃以上の温度で燃料の改質が行われ、燃料中のナフテン等が脱水素して芳香族化合物に転化して、水素およびオクタン価が高い改質燃料が生成する。改質器での反応条件としては、例えば、「“有機ハイドライドを利用する水素貯蔵・供給システムの特徴と将来性”梅沢順子、ＰＥＴＲＯＴＥＣＨ（ペトロテック） 第２９巻 第４号 第２５３〜２５７頁、社団法人石油学会、２００６年」に記載されている脱水素反応の反応条件等を用いることができ、特には、温度が３００℃〜４５０℃、圧力が常圧〜１ＭＰａの反応条件を用いることが好ましい。
【００３０】
なお、改質器７では脱水素反応によってナフテン等が芳香族化合物に転化するので、改質燃料のオクタン価は改質前の燃料と比べて高くなる（セタン価は低くなる）が、その程度はナフテンの含有量と種類に依存する。オクタン価の向上効果の一例は、以下の表１に示す通りである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
ここで、改質器７での脱水素反応の一例を以下に示す。下記の例では、１モルのシクロヘキサンから１モルのトルエンと３モルの水素が生成している。
Ｃ７Ｈ１４ → Ｃ７Ｈ８ ＋ ３Ｈ２ △Ｈ＝２０５ｋＪ／ｍｏｌ
そして、上記反応式からも明らかなように、脱水素反応は吸熱反応であるところ、改質器７では、排気ガスの廃熱を回収して該反応に有効利用しているので、予混合圧縮着火エンジン１の熱効率が向上し、それによりＣＯ２排出量を削減することができる。なお、高負荷条件下ではノッキング防止のために高いオクタン価の改質燃料が必要となるが、高負荷で運転している場合には高温の排気ガスがエンジン本体６から排出されるので、高温下、高い転化率で燃料の脱水素反応を行うことができる。従って、排気ガスの廃熱を改質器７での脱水素反応に利用した予混合圧縮着火エンジン１では、高負荷条件下ほど高オクタン価の改質燃料が生成され、該高オクタン価の改質燃料を使用することができるので、既存の予混合圧縮着火エンジンと比較して、ＣＡＩ燃焼領域を拡大することができる。
【００３３】
そして、上述のような改質器付き予混合圧縮着火エンジン１によれば、燃焼室内の温度が低い冷機時や、低負荷条件下では、オクタン価が低く着火性の高い燃料（セタン価が高い燃料）をそのままエンジン本体６の燃焼室へと供給し、燃焼室内の温度が高い暖機時や、高オクタン価の燃料が必要となる高負荷条件下では、排気ガスの廃熱を用いて改質器７で改質した高オクタン価の改質燃料と、燃料の改質（脱水素）時に生成する水素とをエンジン本体６の燃焼室へと供給することにより、ノッキングを防止しつつ熱効率を向上させることができると共に、排気ガスからの熱回収も実現することができる。また、ＣＯ２排出量の削減を達成することもできる。ここで、改質器７での燃料の改質（脱水素化）は、排気ガスの温度を図示しないセンサーで測定し、排気ガス温度が所定の温度、例えば２５０℃以上となった後に燃料を改質器７へと供給することにより、行うことができる。更に、改質前の燃料と改質燃料との何れの燃料をエンジン本体６へと供給するかは、図示しないセンサーを用いてエンジン条件（負荷、車速など）を検出し、該エンジン条件に基づき決定することができる。
【００３４】
なお、上述した態様以外にも、図１に破線の矢印で示すように、燃料はエンジン本体６の燃焼室に直接噴射しても良い。また、改質燃料は、吸気管５に噴射してエンジン本体６の燃焼室に供給するようにしても良い。更に、改質器７で生成した水素は、吸気管５に直接噴射してエンジンに供給しても良く、或いは、排気ガス浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒など）の硫黄被毒回復（再生）に使用しても良い。水素を排気ガス浄化触媒の再生に使用した場合、再生に必用な燃料（リッチスパイク）を節約することができる。その他にも、燃料と改質燃料との両方を所定の比率でエンジン本体６に供給するようにしても良い。
【実施例】
【００３５】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
＜実施例１および比較例１〜３＞
以下の供試燃料を調製し、下記の方法で性状分析を行った。結果を表２に示す。
更に、下記の供試機関（改質器付き予混合圧縮着火エンジン）を下記の条件で運転して、供試燃料および改質器で改質した改質燃料を用いて運転した場合のＣＡＩ燃焼領域の評価を下記の方法で行った。なお、評価は、市販のレギュラーガソリンを用いた場合（比較例１）と比較して、ＣＡＩ燃焼領域が拡大した燃料を（○）、同等の性能が認められた燃料を（△）、性能が低下した燃料を（×）とした。結果を表２に示す。
【００３７】
（供試燃料の調製）
・燃料−１：市販のレギュラーガソリン（RG）
・燃料−２：アルキレートガソリン（ALK）
・燃料−３：接触分解ガソリン（FCC）
・燃料−４：接触改質ガソリン中の芳香族をナフテンにまで飽和水素化した燃料（RF-H）（飽和水素化は、市販の白金系触媒を用いて反応温度２６０℃、圧力２ＭＰａ、水素／オイル比１５００Ｌ／Ｌ、ＬＨＳＶ０．７５ｈ−１の条件で行った）
【００３８】
（燃料の性状分析法）
・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）」
・オクタン価（ＲＯＮ）：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
・ナフテン分：ガスクロマトグラフィー（GC−PIONA）による測定
【００３９】
＜供試機関諸元＞
・気筒数：１
・ボア、ストローク（ｍｍ）：８６、８６
・排気量（ｃｍ３）：４９９．５
・圧縮比：１２
・改質器：白金アルミナ触媒を充填した熱交換型触媒反応器と、水素分離膜を用いた膜分離反応器とを備え、熱交換型触媒反応器において２５０℃以上の温度で供試燃料中に含まれるナフテン等を脱水素して芳香族化合物に転化し、またこの際に発生する水素を膜分離反応器で分離する。
【００４０】
（運転条件）
エンジン回転速度を１５００（ｒｐｍ）に固定し、燃料の供給量を変化させ、ＣＡＩ燃焼が成立する負荷範囲を求めた。
【００４１】
（ＣＡＩ燃焼領域の評価方法）
低負荷条件側でのＣＡＩ燃焼が可能な負荷ついては、改質していない燃料をそのまま用いた場合のＣＡＩ燃焼限界を着火・燃焼の安定性の指標である燃焼変動を用いて決定することにより求め、また、高負荷条件側でのＣＡＩ燃焼が可能な負荷ついては、改質器でオクタン価を高めた改質燃料を用いた場合のＣＡＩ燃焼限界を急激な燃焼の指標である圧力上昇率の最大値及びＮＯｘ排出量を用いて決定することにより求めた。具体的には、燃焼変動係数ＣＯＶは０．５％、圧力上昇率（ｄＰ/dθ）は１．０ＭＰａ、ＮＯｘ排出量は０．５ｇ／ｋＷｈを閾値として、ＣＡＩ燃焼限界を求めた。そして、両者を合わせて、その燃料の予混合圧縮着火運転が可能な負荷領域（ＣＡＩ燃焼領域）とした。
【００４２】
（エンジン性能評価方法）
（１）排気ガス測定
排気ガス分析計（堀場製）を用いて、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）、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。
（２）燃焼解析
燃焼解析装置（小野測器製）を用いて、図示平均有効圧力、燃焼変動を解析・評価した。また、着火遅れ、ｄＰ／ｄｔの最大値を測定した。
（３）容量燃費
図示平均有効圧力と燃料消費量の測定値から容量燃費を算出した。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２から明らかなように、本発明に係る燃料油組成物を用いた場合、改質器を備える予混合圧縮着火エンジンで、予混合圧縮着火燃焼が可能な運転領域（ＣＡＩ燃焼領域）が拡大し、ＣＯ２排出量の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き予混合圧縮着火エンジンの構成の一態様を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 改質器付き予混合圧縮着火エンジン
２ タンク
３ ポンプ
４ 燃料噴射弁
５ 吸気管
６ エンジン本体
７ 改質器
８ タンク
９ ポンプ
１０ 燃料噴射弁
１１ 排気ガス浄化触媒
１２ タンク
１３ 噴射系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火エンジン用の燃料油組成物に関し、特には、脱水素触媒を用いて燃料油組成物をオクタン価の高い改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンに好適に使用できる予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気環境改善の観点から、自動車から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等の有害排気ガス成分の排出量の削減が強く求められている。また、地球温暖化防止のためには化石燃料の燃焼により排出されるＣＯ２の削減が必要であることから、自動車のＣＯ２排出量の削減も求められている。そして、このように、自動車においては有害排気ガス成分の排出量削減とＣＯ２の排出量削減とを同時に達成する必要があることから、その対応技術として、燃料と空気とを混合した混合気を圧縮して高温にし、自己着火させて燃焼させる方式を採用した予混合圧縮着火（ＣＡＩ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｕｔｏ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ）エンジンと該エンジンに供する燃料が注目されている。
【０００３】
ここで、予混合圧縮着火エンジン（以下、「ＣＡＩエンジン」と呼ぶことがある。）では、燃焼の開始（着火）を燃料の自己着火に依存しているので、燃焼室内の温度が低い冷機時や低負荷条件下では、着火性が良好な燃料が必要となる。一方、燃焼室内の温度が高い高負荷条件下では、着火性が良好な燃料は、燃焼室内での多点同時着火による急激な燃焼（ノッキング）を起こし、ＮＯｘや燃焼騒音の増加、エンジンの損傷を引き起こす事から、着火性の低い燃料が必要となる。即ち、ＣＡＩエンジンにおいては、運転条件によって相反する燃料性状が求められている。
なお、例えば”E.M.Nyoaard et al, J. Inst. Petr., 27, 348(1941)”等に記載されているように、一般的に、燃料の着火性の指標であるセタン価は、オクタン価とトレードオフの関係にあり、着火性の高い高セタン価の燃料はオクタン価が低く、着火性の低い低セタン価の燃料はオクタン価が高いところ、本明細書では、便宜のため、以降、オクタン価の高低に基づき燃料の着火性を評価する。燃料の揮発性（沸点）によってはセタン価の測定が困難な場合があるからである。
【０００４】
しかしながら、従来、エンジンの運転条件に応じてオクタン価を変化させることが可能な燃料は見出されていないため、ＣＡＩエンジンの運転が可能な領域（ＣＡＩ燃焼領域）は限定されており、ＣＡＩエンジンの優位性を十分に発揮できていない。従って、より広範囲な領域でＣＡＩ燃焼を成立させてＣＯ２排出量を大きく削減するために、エンジンの運転条件に応じてオクタン価の異なる燃料を供給することが可能な手法の確立が求められている。
【０００５】
これに対し、低温条件下ではオクタン価の低い（高セタン価の）燃料を供給し、高温条件下ではオクタン価の高い（低セタン価の）燃料を供給する手段として、燃料タンクを２つ備えてオクタン価の異なる二種類の燃料を運転条件に応じて使い分ける内燃機関や（例えば、特許文献１、２参照）、ガソリンタンクおよび水素タンクの２つのタンクを備えると共に、内燃機関へと供給するガソリンおよび水素の比率を、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて変更する内燃機関が開発されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、着火性の異なる二種類の燃料を運転条件に応じて使い分ける内燃機関は、二種類の燃料を供給する社会的な燃料供給システムの構築の必要性（社会インフラ整備の困難性）や、消費者が必要に応じて二種類の燃料を給油しなければならない利便性の欠如などから、実用化されていない。また、ガソリンタンクおよび水素タンクの２つのタンクを備える内燃機関では、ガソリンと水素の２種類の燃料が必要となるため、燃料タンクとして十分な容量のタンクを２つ設けなければならず、また、制御手段を設ける必要もあるため、装置構造が複雑・大型化するという問題があった。更に、水素を貯蔵・供給するためのインフラ整備も必要であった。
【０００６】
従って、二種類の燃料を供給することなくＣＡＩ燃焼領域を拡大することができる、一種類の燃料の供給のみで高オクタン価燃料と低オクタン価燃料の両方の燃料をエンジンで利用可能とするシステムが求められている。
【特許文献１】特開２００１−２５４６６０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９９４５号公報
【特許文献３】特開２００７−２４００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、ＣＡＩ燃焼領域を拡大しつつエンジンの熱効率を向上させることができると共に、排気ガスからの熱回収も実現することができる、構造が単純な予混合圧縮着火エンジンとして、エンジン本体から排出される排気ガスの熱と脱水素触媒とを用いて燃料の一部をオクタン価の高い改質燃料に改質することが可能な改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンが開発されている。そして、このような改質器を備えた予混合圧縮着火エンジンによれば、オクタン価の低い燃料でも、改質器での脱水素反応により燃料中に含まれるナフテン等を脱水素して芳香族化合物とし、アロマリッチでオクタン価が高い燃料へと改質して利用できるので、オクタン価の異なる２種類の燃料を用意しなくても、運転状態に応じてオクタン価の異なる燃料を供給することができるようになる。
【０００８】
しかしながら、改質器を備えた予混合圧縮着火エンジン（以下、「改質器付き予混合圧縮着火エンジン」と称することがある）を導入するに当たっては、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに適した、脱水素反応により芳香族化合物へと転化される成分（例えばナフテン等）を比較的多く含む燃料が必要であった。
【０００９】
このような状況下、本発明の目的は、改質器付き予混合圧縮着火エンジンの燃料として使用した場合に改質器での脱水素反応によりオクタン価を大きく変化させることが可能な燃料油組成物、即ち、一種類の燃料でＣＡＩ燃焼領域を拡大することが可能な、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに高いエンジン性能を発揮させることができる燃料油組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる燃料油組成物として、特定の性状を有する燃料油組成物を見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
即ち、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、下記（１）〜（４）を満たし、少なくともナフテンを含有することを特徴とする。
（１）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（２）９０％留出温度が２２０℃以下
（３）リサーチ法オクタン価が７０以下
（４）１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下
そして、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、上記の如き性状を有するので、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる。
【００１２】
なお、本発明の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物は、脱水素触媒を用いて燃料油組成物中に含まれるナフテンを脱水素し改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに用いた場合に、前記改質燃料油組成物のオクタン価が、前記改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことが好ましい。改質器での改質により燃料油組成物のオクタン価が２０以上向上する場合、オクタン価（着火性）が大きく異なる燃料油組成物をエンジンの運転条件に応じて供給可能となるからである。なお、本発明において、改質器での改質によりオクタン価が２０以上向上する燃料油組成物とは、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物に含まれているナフテンの転化率が１００％の時にオクタン価が２０以上向上する燃料油組成物を意味し、本発明の燃料油組成物は、好ましくはナフテンの転化率が９８％の時にオクタン価が２０以上向上し、更に好ましくはナフテンの転化率が９６％の時にオクタン価が２０以上向上する。ここで、ナフテンの転化率は、改質後のナフテン分と改質前のナフテン分とを比較することにより算出することができる。
【００１３】
ここで、本発明において、硫黄分とはＪＩＳ Ｋ２５４１−６に準拠して測定した値を、留出温度とはＪＩＳ Ｋ２２５４に準拠して測定した値を、オクタン価とはＪＩＳ Ｋ２２８０に準拠して測定したリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）の値を、ナフテン分とはガスクロマトグラフィー（GC−PIONA）により測定した値を、燃料油組成物の１５℃での密度とはＪＩＳ Ｋ２２４９に準拠して測定した値を指す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、改質器付き予混合圧縮着火エンジンのＣＡＩ燃焼領域を飛躍的に拡大すると共に、熱効率の向上およびＣＯ２排出量の削減を達成することができる燃料油組成物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜燃料油組成物＞
以下に、本発明の燃料油組成物を詳細に説明する。本発明の燃料油組成物は、下記のような硫黄分、蒸留性状、オクタン価、密度を有し、ナフテンを含有することを特徴とする。なお、本発明の燃料油組成物は、改質器付き予混合圧縮着火エンジン用の燃料として特に適しているが、改質器を備えていない既存の予混合圧縮着火エンジンに用いても良い。
【００１６】
（硫黄分）
本発明の燃料油組成物は、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、好ましくは１質量ｐｐｍ以下である。硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下の場合、燃焼時に生成する硫黄酸化物の量が少なく、環境へ与える負荷を低減することができるからである。また、硫黄分は、有害排気ガス成分を処理するための排気ガス浄化触媒を被毒するので、硫黄分の低い燃料油組成物は、排気ガス浄化触媒の性能を長く維持することができるという観点からも、環境負荷の低減に寄与できるからである。更に、排気ガス浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える予混合圧縮着火エンジンにおいては、硫黄で被毒した触媒の再生に大量の燃料を使用するところ、燃料油組成物中の硫黄分を低減すれば、再生に必要な燃料の量を削減することができ、燃費の向上に寄与できるからである。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、１質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
（蒸留性状）
本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が２２０℃以下、好ましくは２００℃以下である。９０％留出温度が２２０℃以下の場合、燃料油組成物中の重質留分の気化が不十分となることに起因する未燃焼炭化水素の増加や、潤滑油の希釈の増大を防止することができるからである。また、本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が１１０℃以上であることが好ましい。９０％留出温度が低すぎると燃料噴射器の摩耗が発生したり、燃費が悪化したりするからである。
【００１８】
（オクタン価）
本発明の燃料油組成物は、オクタン価が７０以下、好ましくは６５以下である。本発明の燃料油組成物は、冷機時や低負荷条件下では改質することなくそのままエンジンに供給されるため着火性が高いことが望ましいところ、オクタン価が高すぎると着火性が低くなってしまうからである。
【００１９】
（密度）
本発明の燃料油組成物は、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．８００ｇ／ｃｍ３以下である。１５℃における密度を０．８４０ｇ／ｃｍ３以下とすることにより、エンジンの燃焼室や吸気系でのデポジットの増加を防止できるからである。また、本発明の燃料油組成物は、密度が０．７００ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。密度が低すぎると燃費が悪化するからである。
【００２０】
（オクタン価の向上度）
本発明の燃料油組成物は、燃料油組成物中に含まれているナフテンの転化率が１００％、好ましくは９８％、更に好ましくは９６％の条件下でのオクタン価の向上度、例えば、白金触媒を充填した改質器において４００℃以上の温度で脱水素反応を行った場合のオクタン価の向上度が、２０以上、好ましくは２５以上である。オクタン価の向上度が低いと、ＣＡＩ燃焼領域を十分に拡大することができない恐れがあるからである。ここで、オクタン価の向上度は燃料油組成物中のナフテンの含有量及びナフテンの化学構造に依存する（後述する表１参照）。従って、本発明の燃料油組成物は、所望のオクタン価向上分に見合う量のナフテン分を有することが必要である。なお、オクタン価の向上度は、改質前の燃料油組成物のオクタン価と、改質後の燃料油組成物のオクタン価とを比較することにより求めることができる。
【００２１】
（ナフテン分）
本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が好ましくは２０質量％以上、更に好ましくは３０質量％以上である。ナフテンはセタン価が高く、オクタン価が低いからである。
【００２２】
＜燃料油組成物の調製＞
本発明の燃料油組成物は、例えば、上述の蒸留性状を満たすように分留した、上記の硫黄分、密度を有する接触改質ガソリン（ＲＦ）や接触分解ガソリン（ＦＣＣ）基材を常法に従い飽和水素化してナフテンリッチな基材とすることにより製造し得る。なお、本発明の燃料油組成物は、必用に応じて、上記基材にセタン価（ＣＮ）の高いパラフィン系ガソリン基材を混合し、或いは、２-エチルヘキシル硝酸エステル、ジターシャリーブチルペルオキシド等のセタン価向上剤を添加して製造しても良い。
【００２３】
（その他の添加剤）
また、本発明の燃料油組成物には、燃料油組成物の安定性を確保するための酸化防止剤や、エンジンの清浄性を確保するための清浄剤等の通常の添加剤を適宜添加することができる。
【００２４】
ここで、上記酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔ−ブチルフェノール、２，４，６−トリ−ｔ−ブチルフェノール、２−ｔ−ブチル−４，６−ジメチルフェノール、２−ｔ−ブチルフェノール等のフェノール系酸化防止剤や、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン系酸化防止剤、及びこれらの混合物が挙げられる。これら酸化防止剤の添加量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
また、上記清浄剤としては、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が挙げられる。これら清浄剤の添加量は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
＜改質器付き予混合圧縮着火エンジン＞
ここで、本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き予混合圧縮着火エンジンの構成の一態様を、図１に示す。
【００２７】
図１に示すように、改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料油組成物（以下、単に「燃料」と称する）または改質器で改質した燃料（以下、単に「改質燃料」と称する）と、空気との混合気を圧縮して高温にし、自己着火させて燃焼させるＣＡＩエンジンである。そして、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料タンク２に給油した燃料を、ポンプ３、燃料噴射弁４を介して吸気管５に噴射し、エンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。また、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、燃料を、ポンプ３を介して脱水素触媒を備える改質器７へと送り、エンジン本体６から排出される排気ガスの熱を利用して、その改質器７で燃料の脱水素化を行ってオクタン価を高めた改質燃料を生成し、生成した改質燃料をタンク８、ポンプ９、燃料噴射弁１０を介してエンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。なお、燃料の脱水素反応時に生成する水素は、タンク１２、噴射系１３、吸気管５を介してエンジン本体６の燃焼室内へ供給し得るようにされている。更に、この改質器付き予混合圧縮着火エンジン１は、エンジン本体６の燃焼室内で混合気を燃焼させた際に生じる排気ガス中に含まれる有害排気ガス成分を、改質器７で排気ガスの熱を利用した後に処理するための排気ガス浄化触媒１１も備えている。
【００２８】
ここで、タンク２，８，１２、ポンプ３，９、燃料噴射弁４，１０、噴射系１３、吸気管５、エンジン本体６および排気ガス浄化触媒１１には、既知の予混合圧縮着火エンジンにおいて通常用いられているものを用いることができる。
【００２９】
また、燃料の脱水素反応を行う改質器７としては、脱水素触媒を充填した反応器を用いることができ、脱水素触媒としては、例えば、特開２００６−２５７９０６号公報に記載されているような、白金を担持した触媒を用いることができる。そして、この改質器７では、脱水素触媒の存在下、例えば２５０℃以上、好ましくは３００℃以上の温度で燃料の改質が行われ、燃料中のナフテン等が脱水素して芳香族化合物に転化して、水素およびオクタン価が高い改質燃料が生成する。改質器での反応条件としては、例えば、「“有機ハイドライドを利用する水素貯蔵・供給システムの特徴と将来性”梅沢順子、ＰＥＴＲＯＴＥＣＨ（ペトロテック） 第２９巻 第４号 第２５３〜２５７頁、社団法人石油学会、２００６年」に記載されている脱水素反応の反応条件等を用いることができ、特には、温度が３００℃〜４５０℃、圧力が常圧〜１ＭＰａの反応条件を用いることが好ましい。
【００３０】
なお、改質器７では脱水素反応によってナフテン等が芳香族化合物に転化するので、改質燃料のオクタン価は改質前の燃料と比べて高くなる（セタン価は低くなる）が、その程度はナフテンの含有量と種類に依存する。オクタン価の向上効果の一例は、以下の表１に示す通りである。
【００３１】
【表１】
【００３２】
ここで、改質器７での脱水素反応の一例を以下に示す。下記の例では、１モルのシクロヘキサンから１モルのトルエンと３モルの水素が生成している。
Ｃ７Ｈ１４ → Ｃ７Ｈ８ ＋ ３Ｈ２ △Ｈ＝２０５ｋＪ／ｍｏｌ
そして、上記反応式からも明らかなように、脱水素反応は吸熱反応であるところ、改質器７では、排気ガスの廃熱を回収して該反応に有効利用しているので、予混合圧縮着火エンジン１の熱効率が向上し、それによりＣＯ２排出量を削減することができる。なお、高負荷条件下ではノッキング防止のために高いオクタン価の改質燃料が必要となるが、高負荷で運転している場合には高温の排気ガスがエンジン本体６から排出されるので、高温下、高い転化率で燃料の脱水素反応を行うことができる。従って、排気ガスの廃熱を改質器７での脱水素反応に利用した予混合圧縮着火エンジン１では、高負荷条件下ほど高オクタン価の改質燃料が生成され、該高オクタン価の改質燃料を使用することができるので、既存の予混合圧縮着火エンジンと比較して、ＣＡＩ燃焼領域を拡大することができる。
【００３３】
そして、上述のような改質器付き予混合圧縮着火エンジン１によれば、燃焼室内の温度が低い冷機時や、低負荷条件下では、オクタン価が低く着火性の高い燃料（セタン価が高い燃料）をそのままエンジン本体６の燃焼室へと供給し、燃焼室内の温度が高い暖機時や、高オクタン価の燃料が必要となる高負荷条件下では、排気ガスの廃熱を用いて改質器７で改質した高オクタン価の改質燃料と、燃料の改質（脱水素）時に生成する水素とをエンジン本体６の燃焼室へと供給することにより、ノッキングを防止しつつ熱効率を向上させることができると共に、排気ガスからの熱回収も実現することができる。また、ＣＯ２排出量の削減を達成することもできる。ここで、改質器７での燃料の改質（脱水素化）は、排気ガスの温度を図示しないセンサーで測定し、排気ガス温度が所定の温度、例えば２５０℃以上となった後に燃料を改質器７へと供給することにより、行うことができる。更に、改質前の燃料と改質燃料との何れの燃料をエンジン本体６へと供給するかは、図示しないセンサーを用いてエンジン条件（負荷、車速など）を検出し、該エンジン条件に基づき決定することができる。
【００３４】
なお、上述した態様以外にも、図１に破線の矢印で示すように、燃料はエンジン本体６の燃焼室に直接噴射しても良い。また、改質燃料は、吸気管５に噴射してエンジン本体６の燃焼室に供給するようにしても良い。更に、改質器７で生成した水素は、吸気管５に直接噴射してエンジンに供給しても良く、或いは、排気ガス浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒など）の硫黄被毒回復（再生）に使用しても良い。水素を排気ガス浄化触媒の再生に使用した場合、再生に必用な燃料（リッチスパイク）を節約することができる。その他にも、燃料と改質燃料との両方を所定の比率でエンジン本体６に供給するようにしても良い。
【実施例】
【００３５】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
＜実施例１および比較例１〜３＞
以下の供試燃料を調製し、下記の方法で性状分析を行った。結果を表２に示す。
更に、下記の供試機関（改質器付き予混合圧縮着火エンジン）を下記の条件で運転して、供試燃料および改質器で改質した改質燃料を用いて運転した場合のＣＡＩ燃焼領域の評価を下記の方法で行った。なお、評価は、市販のレギュラーガソリンを用いた場合（比較例１）と比較して、ＣＡＩ燃焼領域が拡大した燃料を（○）、同等の性能が認められた燃料を（△）、性能が低下した燃料を（×）とした。結果を表２に示す。
【００３７】
（供試燃料の調製）
・燃料−１：市販のレギュラーガソリン（RG）
・燃料−２：アルキレートガソリン（ALK）
・燃料−３：接触分解ガソリン（FCC）
・燃料−４：接触改質ガソリン中の芳香族をナフテンにまで飽和水素化した燃料（RF-H）（飽和水素化は、市販の白金系触媒を用いて反応温度２６０℃、圧力２ＭＰａ、水素／オイル比１５００Ｌ／Ｌ、ＬＨＳＶ０．７５ｈ−１の条件で行った）
【００３８】
（燃料の性状分析法）
・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）」
・オクタン価（ＲＯＮ）：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
・ナフテン分：ガスクロマトグラフィー（GC−PIONA）による測定
【００３９】
＜供試機関諸元＞
・気筒数：１
・ボア、ストローク（ｍｍ）：８６、８６
・排気量（ｃｍ３）：４９９．５
・圧縮比：１２
・改質器：白金アルミナ触媒を充填した熱交換型触媒反応器と、水素分離膜を用いた膜分離反応器とを備え、熱交換型触媒反応器において２５０℃以上の温度で供試燃料中に含まれるナフテン等を脱水素して芳香族化合物に転化し、またこの際に発生する水素を膜分離反応器で分離する。
【００４０】
（運転条件）
エンジン回転速度を１５００（ｒｐｍ）に固定し、燃料の供給量を変化させ、ＣＡＩ燃焼が成立する負荷範囲を求めた。
【００４１】
（ＣＡＩ燃焼領域の評価方法）
低負荷条件側でのＣＡＩ燃焼が可能な負荷ついては、改質していない燃料をそのまま用いた場合のＣＡＩ燃焼限界を着火・燃焼の安定性の指標である燃焼変動を用いて決定することにより求め、また、高負荷条件側でのＣＡＩ燃焼が可能な負荷ついては、改質器でオクタン価を高めた改質燃料を用いた場合のＣＡＩ燃焼限界を急激な燃焼の指標である圧力上昇率の最大値及びＮＯｘ排出量を用いて決定することにより求めた。具体的には、燃焼変動係数ＣＯＶは０．５％、圧力上昇率（ｄＰ/dθ）は１．０ＭＰａ、ＮＯｘ排出量は０．５ｇ／ｋＷｈを閾値として、ＣＡＩ燃焼限界を求めた。そして、両者を合わせて、その燃料の予混合圧縮着火運転が可能な負荷領域（ＣＡＩ燃焼領域）とした。
【００４２】
（エンジン性能評価方法）
（１）排気ガス測定
排気ガス分析計（堀場製）を用いて、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ２）、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。
（２）燃焼解析
燃焼解析装置（小野測器製）を用いて、図示平均有効圧力、燃焼変動を解析・評価した。また、着火遅れ、ｄＰ／ｄｔの最大値を測定した。
（３）容量燃費
図示平均有効圧力と燃料消費量の測定値から容量燃費を算出した。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２から明らかなように、本発明に係る燃料油組成物を用いた場合、改質器を備える予混合圧縮着火エンジンで、予混合圧縮着火燃焼が可能な運転領域（ＣＡＩ燃焼領域）が拡大し、ＣＯ２排出量の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き予混合圧縮着火エンジンの構成の一態様を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 改質器付き予混合圧縮着火エンジン
２ タンク
３ ポンプ
４ 燃料噴射弁
５ 吸気管
６ エンジン本体
７ 改質器
８ タンク
９ ポンプ
１０ 燃料噴射弁
１１ 排気ガス浄化触媒
１２ タンク
１３ 噴射系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２２０℃以下、リサーチ法オクタン価が７０以下、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、少なくともナフテンを含有することを特徴とする、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物。
【請求項２】
脱水素触媒を用いて燃料油組成物中に含まれるナフテンを脱水素し改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに用いられ、且つ、
前記改質燃料油組成物のオクタン価が、前記改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことを特徴とする、請求項１に記載の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物。
【請求項１】
硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２２０℃以下、リサーチ法オクタン価が７０以下、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、少なくともナフテンを含有することを特徴とする、予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物。
【請求項２】
脱水素触媒を用いて燃料油組成物中に含まれるナフテンを脱水素し改質燃料油組成物へと改質する改質器を備えた、改質器付き予混合圧縮着火エンジンに用いられ、且つ、
前記改質燃料油組成物のオクタン価が、前記改質器での改質前の燃料油組成物のオクタン価より２０以上高いことを特徴とする、請求項１に記載の予混合圧縮着火エンジン用燃料油組成物。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１２６６８９（Ｐ２０１０−１２６６８９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５０５３（Ｐ２００８−３０５０５３）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（３０４００３８６０）株式会社ジャパンエナジー (344)
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（３０４００３８６０）株式会社ジャパンエナジー (344)
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