改質器付き火花点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、改質器付き火花点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。
【解決手段】硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２００℃以下、リサーチ法オクタン価が８０以上、ナフテン分が１５質量％超、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、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、改質器付き火花点火エンジンに用いられ、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１０以上高い改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物である。
【解決手段】硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下、９０％留出温度が２００℃以下、リサーチ法オクタン価が８０以上、ナフテン分が１５質量％超、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、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、改質器付き火花点火エンジンに用いられ、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１０以上高い改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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改質器付き火花点火エンジンに好適に使用できる、改質器付き火花点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、圧縮着火エンジンと比較して特に燃費の点で劣っている火花点火エンジンでは、熱効率の更なる向上が求められている。
【０００３】
そこで、火花点火エンジンの熱効率を向上する手段として、圧縮比の向上、水素の利用、排気ガスの熱回収などの手段が研究されている。しかし、高い圧縮比でのエンジンの運転はノッキングの発生増大を招くため、圧縮比を向上させるには高オクタン価の燃料を使用する必要があるところ、高オクタン価のガソリンを製造するためには製油所におけるＣＯ２排出量の増大が起こってしまうという問題があった。また、水素はオクタン価が高く、且つ、燃焼速度が速い優れた燃料ではあるが、水素を自動車に供給・貯蔵するシステムの構築が必要であり、社会的なインフラの整備も含めて、その実用化は極めて困難であるという問題があった。更に、比較的低温である排気ガスの熱回収も実用化には至っていなかった。
【０００４】
また、一般に、火花点火エンジンでは、燃焼室内の温度が低い冷機時や低負荷条件下では、末端ガスの自己着火によるノッキングが起き難いので、高オクタン価の燃料を必用としないが、燃焼室内の温度が高い高負荷条件下では、ノッキングが起き易くなり、オクタン価の高い燃料が必要となる。即ち、火花点火エンジンにおいては、エンジンの運転条件によって、エンジンが要求するオクタン価（オクタン価要求値）が異なる事となる。
そのため、ノッキングの有無を検出するノックセンサーを備えた火花点火エンジンが開発されているが、このノックセンサーを備えた火花点火エンジンでは、燃料のオクタン価がオクタン価要求値を下回ると点火時期を遅らせることでノッキングを回避するので、高負荷条件下ではエンジンの出力が低下してしまう。そのため、従来の火花点火エンジンでは、使用する燃料のオクタン価によりエンジン性能が左右されていた。従って、高いエンジン性能を常に発揮させるためには、ノッキングが起き難い高オクタン価の燃料を使用する必要があった。しかし、上述したとおり、オクタン価の高い燃料を製造すると製油所でのＣＯ２排出量が増加するので、高負荷条件でのノッキングを防止するためだけに高オクタン価の燃料を使用することは好ましくなかった。
【０００５】
これに対し、内燃機関の燃焼効率を高め、規制排気ガスの排出量を低減する手段として、オクタン価の異なる二種類の燃料をエンジンに供給する内燃機関や（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、オクタン価の異なる二種類の燃料をエンジンに供給する内燃機関は、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。
【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】
【０００６】
そこで、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、構造が単純な火花点火エンジンとして、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火花点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火花点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。
【０００７】
しかしながら、改質器を備えた火花点火エンジン（以下、「改質器付き火花点火エンジン」と称することがある）を導入するに当たっては、改質器付き火花点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。
【０００８】
このような状況下、本発明の目的は、改質器付き火花点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、改質器付き火花点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】
【０００９】
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、改質器付き火花点火エンジンに高いエンジン性能を発揮させて熱効率を向上すると共に、ＣＯ２排出量を削減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。
【００１０】
即ち、本発明の改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物は、下記（１）〜（５）を満たす燃料油組成物であって、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分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、改質器付き火花点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１０以上高いことを特徴とする。
（１）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（２）９０％留出温度が２００℃以下
（３）リサーチ法オクタン価が８０以上
（４）ナフテン分が１５質量％超
（５）１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下
そして、本発明の改質器付き火花点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、改質器付き火花点火エンジンに高いエンジン性能を発揮させて熱効率を向上すると共に、ＣＯ２排出量を削減することができる。また、本発明の改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物は、改質器での改質により燃料油組成物のオクタン価が１０以上向上するので、改質した燃料油組成物を燃料として用いることで、オクタン価要求値の高い運転条件下でも熱効率を十分に向上させることができる。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１０以上向上する燃料油組成物とは、火花点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１０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１０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１０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。
【００１１】
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指す。また、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】
【００１２】
本発明によれば、改質器付き火花点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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜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、ナフテン分、密度、オクタン価の向上度を有し、改質器付き火花点火エンジン用の燃料として用いられることを特徴とする。なお、本発明の燃料油組成物は、改質器付き火花点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火花点火エンジンに用いても良い。
【００１４】
（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火花点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。
【００１５】
（蒸留性状）
本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が２００℃以下、好ましくは１９０℃以下、更に好ましくは１８０℃以下、特に好ましくは１７０℃以下である。９０％留出温度が２００℃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。
【００１６】
（オクタン価）
本発明の燃料油組成物は、オクタン価が８０以上、好ましくは８５以上である。本発明の燃料油組成物は、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ことがあるところ、オクタン価が低すぎると、低負荷条件下でもノッキングを起こすことがあるからである。また、本発明の燃料油組成物は、オクタン価が１００以下であることが好ましく、９８以下であることがより好ましい。オクタン価が高い燃料は製造時のＣＯ２排出量が多いからである。
【００１７】
（ナフテン分）
本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が１５質量％より高く、好ましくは２０質量％以上である。ナフテンは、改質器での脱水素反応により芳香族化合物へと転化することで燃料油組成物のオクタン価の向上に寄与し得るところ、燃料油組成物に含まれているナフテンの量が少ないと、燃料油組成物の改質によるオクタン価向上効果が小さく、改質燃料油組成物のオクタン価を十分に高めることができないからである。また、本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が７０質量％以下であることが好ましい。ナフテン分が多すぎると要求されるオクタン価と蒸留性状とのバランスを保つのが困難になるからである。
【００１８】
（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。
【００１９】
（オクタン価の向上度）
本発明の燃料油組成物は、燃料中のナフテンの芳香族化合物への転化率が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、脱水素触媒を充填した改質器において３００℃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、１０以上、好ましくは１２以上、更に好ましくは１５以上である。オクタン価の向上度が低いと、改質燃料油組成物のオクタン価が高負荷条件下でのオクタン価要求値よりも低くなり、熱効率の向上が不十分となる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。
【００２０】
＜燃料油組成物の調製＞
本発明の燃料油組成物は、接触改質ガソリン（ＲＦ）、接触分解ガソリン（ＦＣＣ）、ナフサなどを混合して調整した、上述の硫黄分、蒸留性状、密度を有する市販のプレミアムガソリンに、ナフテンリッチな基材として、ＲＦを常法に従い、例えば白金系触媒の存在下、圧力２ＭＰａ、水素／オイル比１５００Ｌ／Ｌ、ＬＨＳＶ０．７５ｈ−１の条件で飽和水素化したナフテン系基材を配合して製造することができる。なお、プレミアムガソリンに配合するナフテンリッチな基材としては、上記の飽和水素化したＲＦの他、上述の硫黄分、蒸留性状、密度を有するアルキルシクロヘキサン、アルキルデカリン等が挙げられる。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
＜改質器付き火花点火エンジン＞
ここで、本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き火花点火エンジンの構成の一態様を、図１に示す。
【００２５】
図１に示すように、改質器付き火花点火エンジン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スパークプラグ１４で着火するガソリンエンジンである。そして、この改質器付き火花点火エンジン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、この改質器付き火花点火エンジン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、この改質器付き火花点火エンジン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。
【００２６】
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、既知の火花点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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
【表１】
【００３０】
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、火花点火エンジン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火花点火エンジン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、既存の火花点火エンジンと比較して、火花点火燃焼が可能な運転範囲を拡大することができる。
【００３１】
そして、上述のような改質器付き火花点火エンジン１によれば、燃焼室内の温度が低い冷機時や、高オクタン価の燃料を必要としない低負荷条件下では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。
【００３２】
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く、或いは、燃料タンク２へと返送しても良い。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】
【００３３】
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。
【００３４】
＜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（改質器付き火花点火エンジン）を下記の条件で運転して、改質器で改質した改質燃料を用いて運転した場合のエンジン性能の評価を行った。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、この燃料では、改質によるオクタン価向上、水素の発生、廃熱回収が殆ど無く、改質器の効果は殆ど見られない）と比較して、エンジン性能の向上が認められた燃料（改質の効果がある燃料）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。
【００３５】
（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：オクタン価測定用標準燃料（RON=９０）
・燃料―３：接触分解ガソリン
・燃料―４：市販プレミアムガソリン(PG)７０容量％に、接触改質ガソリンを飽和水素化したナフテン系燃料（RF-H）３０容量％を混合したガソリン（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の条件で行い、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）
【００３６】
（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
【００３７】
＜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。
【００３８】
（運転条件）
エンジン回転速度を１５００（ｒｐｍ）に固定し、理論空燃比で、各燃料で出力が最大になる点火時期（MBT：Minimum Spark Advance for Best Torque）、即ち、燃料のオクタン価が低く、ノッキングが発生する場合には、点火時期を遅らせてノッキングを回避できる点火時期で運転し、容量燃費及び排気ガス中の各成分濃度を評価した。また、エンジン内の燃焼状態を解析し、評価した。
【００３９】
（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。
（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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
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、改質器を備える火花点火エンジンで、燃費の向上効果が見られ、ＣＯ２排出量の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き火花点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】
【００４３】
１ 改質器付き火花点火エンジン
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、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改質器付き火花点火エンジンに好適に使用できる、改質器付き火花点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、圧縮着火エンジンと比較して特に燃費の点で劣っている火花点火エンジンでは、熱効率の更なる向上が求められている。
【０００３】
そこで、火花点火エンジンの熱効率を向上する手段として、圧縮比の向上、水素の利用、排気ガスの熱回収などの手段が研究されている。しかし、高い圧縮比でのエンジンの運転はノッキングの発生増大を招くため、圧縮比を向上させるには高オクタン価の燃料を使用する必要があるところ、高オクタン価のガソリンを製造するためには製油所におけるＣＯ２排出量の増大が起こってしまうという問題があった。また、水素はオクタン価が高く、且つ、燃焼速度が速い優れた燃料ではあるが、水素を自動車に供給・貯蔵するシステムの構築が必要であり、社会的なインフラの整備も含めて、その実用化は極めて困難であるという問題があった。更に、比較的低温である排気ガスの熱回収も実用化には至っていなかった。
【０００４】
また、一般に、火花点火エンジンでは、燃焼室内の温度が低い冷機時や低負荷条件下では、末端ガスの自己着火によるノッキングが起き難いので、高オクタン価の燃料を必用としないが、燃焼室内の温度が高い高負荷条件下では、ノッキングが起き易くなり、オクタン価の高い燃料が必要となる。即ち、火花点火エンジンにおいては、エンジンの運転条件によって、エンジンが要求するオクタン価（オクタン価要求値）が異なる事となる。
そのため、ノッキングの有無を検出するノックセンサーを備えた火花点火エンジンが開発されているが、このノックセンサーを備えた火花点火エンジンでは、燃料のオクタン価がオクタン価要求値を下回ると点火時期を遅らせることでノッキングを回避するので、高負荷条件下ではエンジンの出力が低下してしまう。そのため、従来の火花点火エンジンでは、使用する燃料のオクタン価によりエンジン性能が左右されていた。従って、高いエンジン性能を常に発揮させるためには、ノッキングが起き難い高オクタン価の燃料を使用する必要があった。しかし、上述したとおり、オクタン価の高い燃料を製造すると製油所でのＣＯ２排出量が増加するので、高負荷条件でのノッキングを防止するためだけに高オクタン価の燃料を使用することは好ましくなかった。
【０００５】
これに対し、内燃機関の燃焼効率を高め、規制排気ガスの排出量を低減する手段として、オクタン価の異なる二種類の燃料をエンジンに供給する内燃機関や（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、オクタン価の異なる二種類の燃料をエンジンに供給する内燃機関は、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。
【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】
【０００６】
そこで、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、構造が単純な火花点火エンジンとして、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火花点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火花点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。
【０００７】
しかしながら、改質器を備えた火花点火エンジン（以下、「改質器付き火花点火エンジン」と称することがある）を導入するに当たっては、改質器付き火花点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。
【０００８】
このような状況下、本発明の目的は、改質器付き火花点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、改質器付き火花点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】
【０００９】
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、改質器付き火花点火エンジンに高いエンジン性能を発揮させて熱効率を向上すると共に、ＣＯ２排出量を削減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。
【００１０】
即ち、本発明の改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物は、下記（１）〜（５）を満たす燃料油組成物であって、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分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、改質器付き火花点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１０以上高いことを特徴とする。
（１）硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下
（２）９０％留出温度が２００℃以下
（３）リサーチ法オクタン価が８０以上
（４）ナフテン分が１５質量％超
（５）１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下
そして、本発明の改質器付き火花点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、改質器付き火花点火エンジンに高いエンジン性能を発揮させて熱効率を向上すると共に、ＣＯ２排出量を削減することができる。また、本発明の改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物は、改質器での改質により燃料油組成物のオクタン価が１０以上向上するので、改質した燃料油組成物を燃料として用いることで、オクタン価要求値の高い運転条件下でも熱効率を十分に向上させることができる。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１０以上向上する燃料油組成物とは、火花点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１０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１０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１０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。
【００１１】
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指す。また、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】
【００１２】
本発明によれば、改質器付き火花点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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜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、ナフテン分、密度、オクタン価の向上度を有し、改質器付き火花点火エンジン用の燃料として用いられることを特徴とする。なお、本発明の燃料油組成物は、改質器付き火花点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火花点火エンジンに用いても良い。
【００１４】
（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火花点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。
【００１５】
（蒸留性状）
本発明の燃料油組成物は、９０％留出温度が２００℃以下、好ましくは１９０℃以下、更に好ましくは１８０℃以下、特に好ましくは１７０℃以下である。９０％留出温度が２００℃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。
【００１６】
（オクタン価）
本発明の燃料油組成物は、オクタン価が８０以上、好ましくは８５以上である。本発明の燃料油組成物は、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ことがあるところ、オクタン価が低すぎると、低負荷条件下でもノッキングを起こすことがあるからである。また、本発明の燃料油組成物は、オクタン価が１００以下であることが好ましく、９８以下であることがより好ましい。オクタン価が高い燃料は製造時のＣＯ２排出量が多いからである。
【００１７】
（ナフテン分）
本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が１５質量％より高く、好ましくは２０質量％以上である。ナフテンは、改質器での脱水素反応により芳香族化合物へと転化することで燃料油組成物のオクタン価の向上に寄与し得るところ、燃料油組成物に含まれているナフテンの量が少ないと、燃料油組成物の改質によるオクタン価向上効果が小さく、改質燃料油組成物のオクタン価を十分に高めることができないからである。また、本発明の燃料油組成物は、ナフテン分が７０質量％以下であることが好ましい。ナフテン分が多すぎると要求されるオクタン価と蒸留性状とのバランスを保つのが困難になるからである。
【００１８】
（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。
【００１９】
（オクタン価の向上度）
本発明の燃料油組成物は、燃料中のナフテンの芳香族化合物への転化率が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、脱水素触媒を充填した改質器において３００℃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、１０以上、好ましくは１２以上、更に好ましくは１５以上である。オクタン価の向上度が低いと、改質燃料油組成物のオクタン価が高負荷条件下でのオクタン価要求値よりも低くなり、熱効率の向上が不十分となる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。
【００２０】
＜燃料油組成物の調製＞
本発明の燃料油組成物は、接触改質ガソリン（ＲＦ）、接触分解ガソリン（ＦＣＣ）、ナフサなどを混合して調整した、上述の硫黄分、蒸留性状、密度を有する市販のプレミアムガソリンに、ナフテンリッチな基材として、ＲＦを常法に従い、例えば白金系触媒の存在下、圧力２ＭＰａ、水素／オイル比１５００Ｌ／Ｌ、ＬＨＳＶ０．７５ｈ−１の条件で飽和水素化したナフテン系基材を配合して製造することができる。なお、プレミアムガソリンに配合するナフテンリッチな基材としては、上記の飽和水素化したＲＦの他、上述の硫黄分、蒸留性状、密度を有するアルキルシクロヘキサン、アルキルデカリン等が挙げられる。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
＜改質器付き火花点火エンジン＞
ここで、本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き火花点火エンジンの構成の一態様を、図１に示す。
【００２５】
図１に示すように、改質器付き火花点火エンジン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スパークプラグ１４で着火するガソリンエンジンである。そして、この改質器付き火花点火エンジン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、この改質器付き火花点火エンジン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、この改質器付き火花点火エンジン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。
【００２６】
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、既知の火花点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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
【表１】
【００３０】
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、火花点火エンジン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火花点火エンジン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、既存の火花点火エンジンと比較して、火花点火燃焼が可能な運転範囲を拡大することができる。
【００３１】
そして、上述のような改質器付き火花点火エンジン１によれば、燃焼室内の温度が低い冷機時や、高オクタン価の燃料を必要としない低負荷条件下では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。
【００３２】
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く、或いは、燃料タンク２へと返送しても良い。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】
【００３３】
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。
【００３４】
＜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（改質器付き火花点火エンジン）を下記の条件で運転して、改質器で改質した改質燃料を用いて運転した場合のエンジン性能の評価を行った。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、この燃料では、改質によるオクタン価向上、水素の発生、廃熱回収が殆ど無く、改質器の効果は殆ど見られない）と比較して、エンジン性能の向上が認められた燃料（改質の効果がある燃料）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。
【００３５】
（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：オクタン価測定用標準燃料（RON=９０）
・燃料―３：接触分解ガソリン
・燃料―４：市販プレミアムガソリン(PG)７０容量％に、接触改質ガソリンを飽和水素化したナフテン系燃料（RF-H）３０容量％を混合したガソリン（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の条件で行い、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）
【００３６】
（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
【００３７】
＜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。
【００３８】
（運転条件）
エンジン回転速度を１５００（ｒｐｍ）に固定し、理論空燃比で、各燃料で出力が最大になる点火時期（MBT：Minimum Spark Advance for Best Torque）、即ち、燃料のオクタン価が低く、ノッキングが発生する場合には、点火時期を遅らせてノッキングを回避できる点火時期で運転し、容量燃費及び排気ガス中の各成分濃度を評価した。また、エンジン内の燃焼状態を解析し、評価した。
【００３９】
（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。
（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。
【００４０】
【表２】
【００４１】
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、改質器を備える火花点火エンジンで、燃費の向上効果が見られ、ＣＯ２排出量の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の燃料油組成物を適用し得る改質器付き火花点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】
【００４３】
１ 改質器付き火花点火エンジン
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２００℃以下、リサーチ法オクタン価が８０以上、ナフテン分が１５質量％超、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、
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、改質器付き火花点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１０以上高いことを特徴とする、改質器付き火花点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２００℃以下、リサーチ法オクタン価が８０以上、ナフテン分が１５質量％超、１５℃における密度が０．８４０ｇ／ｃｍ３以下であり、
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、改質器付き火花点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１０以上高いことを特徴とする、改質器付き火花点火エンジン用燃料油組成物。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１２６６９２（Ｐ２０１０−１２６６９２Ａ）
【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２００８−３０５２５１（Ｐ２００８−３０５２５１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【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)
【Ｆターム（参考）】
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