(57)【要約】【課題】単一の燃料を用いて、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる圧縮着火内燃機関の運転方法を提供する。【解決手段】炭化水素、アルコール、エーテルまたは脂肪酸エステルからなる群から選択される１種以上の化合物からなるベース燃料９５〜９９．５重量％と、有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステルまたはアゾ化合物からなる群から選択される１種以上の化合物からなる添加剤０．１〜５重量％とを含む燃料を用いて、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行う。前記添加剤は、前記有機過酸化物としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、前記硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトレート、前記亜硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトライトからなる群から選択される１種の化合物を用いることができる。【選択図】  図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素、アルコール、エーテルまたは脂肪酸エステルからなる群から選択される１種以上の化合物からなるベース燃料９５〜９９．５重量％と、
有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステルまたはアゾ化合物からなる群から選択される１種以上の化合物からなる添加剤０．１〜５重量％とを含む燃料を用いて、
高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことを特徴とする圧縮着火内燃機関の運転方法。
【請求項２】
前記添加剤は、前記有機過酸化物としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、前記硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトレート、前記亜硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトライトからなる群から選択される１種の化合物であることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の所定負荷、所定時間当たりの燃料消費量を低減し、かつ排出物の量の低減を図るために、予混合圧縮自着火式内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。前記圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダ内に導入して圧縮することにより、該燃料に自着火させるものである。
【０００３】
ところが、前記予混合圧縮自着火式内燃機関では、全ての負荷領域で予混合圧縮自着火燃焼を行うことは難しく、該機関の要求負荷が高くなったときには、ディーゼル燃焼を行うことが検討されている。ここで、前記予混合圧縮自着火式内燃機関とは、「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」システムであり、前記ディーゼル式内燃機関とは「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」システムである（特許文献１参照）。
【０００４】
そして、前記予混合圧縮自着火燃焼とは前記予混合圧縮自着火式内燃機関に特有の燃焼方式であり、前記ディーゼル燃焼とは前記ディーゼル式内燃機関に特有の燃焼方式である。前記予混合圧縮自己着火燃焼では、着火性の低い（着火遅れ時間の大きな）燃料を用いることが好ましく、前記ディーゼル燃焼では、着火性の高い（着火遅れ時間の小さな）燃料を用いることが好ましいとされている。
【０００５】
次に、イソオクタンとｎ−ヘプタンとを混合してオクタン価５０〜９０の標準燃料を調製し、各標準燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表１に示す。
【０００６】
尚、前記ディーゼル燃焼における着火遅れ時間は、５００℃に加熱し、２．０ＭＰａに加圧した容器中の空気に燃料を噴射し、燃料噴射後に容器内の圧力が０．０２ＭＰａ上昇するまでの時間として測定した値である。また、前記予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間は、当量比（φ）０．２で、ボア８０ｍｍ、ストローク８０ｍｍ、容積４０２．２ｍｌの燃焼室に燃料を噴射し、圧縮比１３．９で圧力が初期圧（０．１ＭＰａ）から０．０３ＭＰａ上昇した後、圧縮終了までの時間が５３ｍｓの条件で圧縮したときに、圧力が前記初期圧から３．０ＭＰａ上昇するまでの時間として測定した値である。
【０００７】
【表１】
2006233763.tif 000002
【０００８】
表１から、オクタン価８０〜９０の標準燃料は、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間は過大であるが、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間は好適な値となることがわかる。一方、オクタン価５０〜７０の標準燃料は、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間は好適な値となるが、予混合圧縮自己着火燃焼における着火遅れ時間は過小になることがわかる。
【０００９】
従って、前記予混合圧縮自着火式内燃機関で、該機関の要求負荷が低いときには前記予混合圧縮自着火燃焼を行い、該機関の要求負荷が高くなったときには前記ディーゼル燃焼を行うようにしようとすると、前記予混合圧縮自着火燃焼のためのオクタン価８０〜９０の燃料と、前記ディーゼル燃焼のためのオクタン価５０〜７０の燃料との２種類の燃料を用意して使い分ける必要があることが明らかである。
【００１０】
尚、従来、前記予混合圧縮自着火式内燃機関において、該機関の要求負荷に対応して２種類の燃料を用意して使い分けることは知られている（特許文献２参照）。
【００１１】
しかしながら、２種類の燃料を用意して使い分けるには、各燃料をそれぞれ別に収容しておくために複数のタンクを備えることが必要になるという不都合がある。
【特許文献１】特開２００４−９１６５７号公報
【特許文献２】特開２００４−７６７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる不都合を解消して、単一の燃料を用いて、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことができる圧縮着火内燃機関の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ディーゼル燃焼式内燃機関用の燃料では、有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステル、アゾ化合物等の添加剤を添加することにより、着火性を向上できることが知られている。本発明者らは、前記添加剤について検討した結果、前記添加剤は前記ディーゼル燃焼については着火遅れ時間を縮小し、着火性を向上する効果を示すものの、前記予混合圧縮自着火燃焼については、着火遅れ時間を縮小する効果が乏しいことを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
そこで、前記目的を達成するために、本発明の圧縮着火内燃機関の運転方法は、炭化水素、アルコール、エーテルまたは脂肪酸エステルからなる群から選択される１種以上の化合物からなるベース燃料９５〜９９．５重量％と、有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステルまたはアゾ化合物からなる群から選択される１種以上の化合物からなる添加剤０．１〜５重量％とを含む燃料を用いて、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の運転方法に用いる前記燃料は、前記ベース燃料に前記添加剤を添加することにより、該ベース燃料のディーゼル燃焼については着火遅れ時間が縮小され、着火性が向上される一方、予混合圧縮自着火燃焼については着火遅れ時間が縮小されにくい。従って、前記燃料を用いることにより、単一の燃料で、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことが可能になる。
【００１６】
前記燃料は、前記ベース燃料の割合が９９．５重量％を超え、前記添加剤の割合が０．１重量％未満であるときには、ディーゼル燃焼について着火遅れ時間を縮小し、着火性を向上する効果が得られない。また、前記燃料は、前記ベース燃料の割合を９５重量％を未満とし、前記添加剤の割合を５重量％を超える量としても、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間を縮小し、着火性を向上する効果はそれ以上には得られず、高価な添加剤の量が増えるため経済的に不利になる。
【００１７】
前記添加剤は、例えば、前記有機過酸化物としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、前記硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトレート、前記亜硝酸エステルとしてのｎ−ペンチルナイトライトからなる群から選択される１種の化合物を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１９】
本実施形態の運転方法は、炭化水素、アルコール、エーテルまたは脂肪酸エステルからなる群から選択される１種以上の化合物からなるベース燃料９５〜９９．５重量％と、有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステルまたはアゾ化合物からなる群から選択される１種以上の化合物からなる添加剤０．１〜５重量％とを含む燃料を用いて、高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うものである。
【００２０】
前記ベース燃料としては、例えば、イソオクタン９０容量％と、ｎ−ヘプタン１０容量％とからなるオクタン価９０の標準燃料を用いることができる。
【００２１】
また、前記添加剤としては、一般にディーゼル燃焼式内燃機関用の燃料のセタン価向上剤として用いられる、有機過酸化物、硝酸エステル、亜硝酸エステルまたはアゾ化合物からなる群から選択される１種以上の化合物を用いることができる。前記有機過酸化物としては例えばジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド等を挙げることができ、前記硝酸エステルとしては例えばｎ−ペンチルナイトレート等を挙げることができ、前記亜硝酸エステルとしては例えばｎ−ペンチルナイトライト等を挙げることができる。また、前記アゾ化合物としては例えば、２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）等を挙げることができる。
【００２２】
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、イソオクタン９０容量％と、ｎ−ヘプタン１０容量％とからなるオクタン価９０の標準燃料をベース燃料とし、該ベース燃料９９重量％と、添加剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド１重量％とからなる燃料を調製した。
【００２４】
次に、本実施例で調製した燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。
【００２５】
前記ディーゼル燃焼における着火遅れ時間は、５００℃に加熱し、２．０ＭＰａに加圧した容器中の空気に燃料を噴射し、燃料噴射後に容器内の圧力が０．０２ＭＰａ上昇するまでの時間として測定した。また、前記予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間は、当量比（φ）０．２で、ボア８０ｍｍ、ストローク８０ｍｍ、容積４０２．２ｍｌの燃焼室に燃料を噴射し、圧縮比１３．９で圧力が初期圧（０．１ＭＰａ）から０．０３ＭＰａ上昇した後、圧縮終了までの時間が５３ｍｓの条件で圧縮したときに、圧力が前記初期圧から３．０ＭＰａ上昇するまでの時間として測定した。
【００２６】
結果を表２に示す。
【実施例２】
【００２７】
本実施例では、前記ベース燃料９７重量％と、添加剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド３重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【実施例３】
【００２８】
本実施例では、前記ベース燃料９５重量％と、添加剤としてのジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド５重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【実施例４】
【００２９】
本実施例では、前記ベース燃料９９重量％と、添加剤としてのｎ−ペンチルナイトレート１重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【実施例５】
【００３０】
本実施例では、前記ベース燃料９８重量％と、添加剤としてのｎ−ペンチルナイトレート２重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【実施例６】
【００３１】
本実施例では、前記ベース燃料９９重量％と、添加剤としてのｎ−ペンチルナイトライト１重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【実施例７】
【００３２】
本実施例では、前記ベース燃料９８重量％と、添加剤としてのｎ−ペンチルナイトライト２重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
〔比較例１〕
本比較例では、前記ベース燃料５０重量％と、ヘキサン５０重量％とからなる燃料を調製した以外は、実施例１と全く同一にして、該燃料について、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間と、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間とを測定した。結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2006233763.tif 000003
【００３４】
表２から、実施例１〜７の本発明の燃料は、ディーゼル燃焼における着火遅れ時間が７．５４〜９．２４ｍｓであって、表１に示すオクタン価５０〜７０に相当する値となっていることが明らかである。また、前記本発明の燃料は、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間が７６．２〜８９．８ｍｓであって、オクタン価９０の標準燃料の予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間１２３．２ｍｓ（表１参照）に比較して大きく減少されたものではなく、表１に示すオクタン価８０〜９０に相当する値となっていることが明らかである。
【００３５】
従って、前記本発明の燃料は、ディーゼル燃焼と予混合圧縮自着火燃焼との両方に適した着火性を備えており、該燃料を用いることにより、単一の燃料により高負荷時にはディーゼル燃焼を行い、低負荷時には予混合圧縮自着火燃焼を行うことができることが明らかである。
【００３６】
前記実施例１〜７に対して、前記オクタン価９０の標準燃料に、ヘキサンを添加した比較例１の燃料では、ディーゼル燃焼に適した着火性が得られるものの、予混合圧縮自着火燃焼における着火遅れ時間は小さ過ぎ、予混合圧縮自着火燃焼に適した着火性は得られないことが明らかである。
【００３７】
尚、前記実施例１〜７は、添加剤として、有機酸化物であるジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドを用いる例、硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトレートを用いる例、亜硝酸エステルであるｎ−ペンチルナイトライトを用いる例を示しているが、添加剤として２，２−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）等のアゾ化合物を用いた場合にも、同様の作用効果を得ることができる。