(57)【要約】【課題】  バイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムを得る。【解決手段】  燃料噴射ポンプと、バイオ燃料をシリンダ室内に噴射する噴射ノズルと、燃料噴射ポンプにより加圧されたバイオ燃料を噴射ノズルに送る燃料噴射パイプとを備えてバイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムが構成される。この構成において、燃料噴射パイプの内径が、同一のディーゼルエンジンにおいてディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きい。この場合に、ディーゼル燃料を用いたときに比べ、バイオ燃料を用いたときにその粘度差により生じる燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、燃料噴射パイプの内径がディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きい。【選択図】図１４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムであって、
燃料噴射ポンプと、バイオ燃料をシリンダ室内に噴射する噴射ノズルと、前記燃料噴射ポンプにより加圧されたバイオ燃料を前記噴射ノズルに送る燃料噴射パイプとを備え、
前記燃料噴射パイプの内径が、同一のディーゼルエンジンにおいてディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きいことを特徴とする燃料噴射システム。
【請求項２】
前記ディーゼル燃料を用いたときに比べ、前記バイオ燃料を用いたときにその粘度増加により生じる前記燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、前記燃料噴射パイプの内径が前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される前記燃料噴射パイプの内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
前記燃料噴射パイプの内径として、前記燃料噴射パイプの内径を変化させたときに前記バイオ燃料の粘度特性に基づいて生じる噴射駆動トルクの変化および噴射圧の変化により生じる燃焼効率の変化の影響を考慮し、燃料消費率が最も良くなるときの内径を用いることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
バイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムの設定方法であって、
前記ディーゼルエンジンが、燃料噴射ポンプと、バイオ燃料をシリンダ室内に噴射する噴射ノズルと、前記燃料噴射ポンプにより加圧されたバイオ燃料を前記噴射ノズルに送る燃料噴射パイプとを備え、
前記燃料噴射パイプの内径を、バイオ燃料と通常のディーゼル燃料との粘度の相違を考慮して、同一のディーゼルエンジンにおいて前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きい内径となるように設定することを特徴とする燃料噴射システムの設定方法。
【請求項５】
前記ディーゼル燃料を用いたときに比べ、前記バイオ燃料を用いたときにその粘度増加により生じる前記燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、前記燃料噴射パイプの内径を、前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される前記燃料噴射パイプの内径より大きく設定することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射システムの設定方法。
【請求項６】
前記燃料噴射パイプの内径を、前記燃料噴射パイプの内径を変化させたときに前記バイオ燃料の粘度特性に基づいて生じる噴射駆動トルクの変化および噴射圧の変化により生じる燃焼効率の変化の影響を考慮し、燃料消費率が最も良くなるときの内径となるように設定することを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射システムの設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニートバイオ燃料と称される植物油燃料を用いて運転されるディーゼルエンジンの燃料噴射システムおよびその設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、地球温暖化防止の観点から、カーボンニュートラルである植物油由来の燃料を用いたディーゼルエンジンが既に適用され始めている。但し、植物油由来の燃料はそのままでは粘度が高いため、ディーゼルエンジンにそのまま適用することは難しく、植物油由来の燃料の粘度を軽油並に低減させる処理をしてディーゼルエンジン燃料（ＢＤＦ（登録商標））として用いられている。具体的には、植物油や廃食油にNaOHとメタノールを混入し加熱する処理、すなわちメチルエステル化処理をしてバイオディーゼルエンジン燃料（ＢＤＦ（登録商標））を製造していた。あるいは、植物油を加熱してエンジンに供給し、燃料噴射パイプを外側から蒸気やヒーターで加熱するといったことが必要であった。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなメチルエステル化処理に要する費用、そのときの排水処理の必要性を考えると、このような処理を行わずに植物油をそのままディーゼルエンジンに燃料として供給して用いること（ニートバイオ燃料）ができるようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑み、ディーゼルエンジンの燃料噴射システムおよびこのシステムの設定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】
【０００６】
本願発明においては、燃料噴射ポンプと、ニートバイオ燃料をシリンダ室内に噴射する噴射ノズルと、前記燃料噴射ポンプにより加圧されたニートバイオ燃料を前記噴射ノズルに送る燃料噴射パイプとを備えてニートバイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムが構成され、前記燃料噴射パイプの内径が、同一のディーゼルエンジンにおいて軽油などのディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きいことを特徴とする。
【０００７】
なお、好ましくは、前記ディーゼル燃料を用いたときに比べ、前記ニートバイオ燃料を用いたときにその粘度増加により生じる前記燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、前記燃料噴射パイプの内径が前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される前記燃料噴射パイプの内径より大きい。
【０００８】
さらに好ましくは、前記燃料噴射パイプの内径として、前記燃料噴射パイプの内径を変化させたときに前記ニートバイオ燃料の粘度特性に基づいて生じる噴射駆動トルクの変化および噴射圧の変化により生じる燃焼効率の変化の影響を考慮し、燃料消費率が最も良くなるときの内径を用いている。
【０００９】
一方、本発明に係るニートバイオ燃料を使用したディーゼルエンジンの燃料噴射システムの設定方法は、前記ディーゼルエンジンが、燃料噴射ポンプと、ニートバイオ燃料をシリンダ室内に噴射する噴射ノズルと、前記燃料噴射ポンプにより加圧されたニートバイオ燃料を前記噴射ノズルに送る燃料噴射パイプとを備え、前記燃料噴射パイプの内径を、ニートバイオ燃料と通常のディーゼル燃料との粘度の相違を考慮して、同一のディーゼルエンジンにおいて前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きい内径となるように設定することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記ディーゼル燃料を用いたときに比べ、前記ニートバイオ燃料を用いたときにその粘度増加により生じる前記燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、前記燃料噴射パイプの内径を、前記ディーゼル燃料を用いるときに設定される前記燃料噴射パイプの内径より大きく設定する。
【００１１】
さらに好ましくは、前記燃料噴射パイプの内径を、前記燃料噴射パイプの内径を変化させたときに前記ニートバイオ燃料の粘度特性に基づいて生じる噴射駆動トルクの変化および噴射圧の変化により生じる燃焼効率の変化の影響を考慮し、燃料消費率が最も良くなるときの内径となるように設定する。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、燃料噴射パイプの内径が、同一のディーゼルエンジンにおいて軽油などのディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きいため、高粘度のニートバイオ燃料をそのまま用いるディーゼルエンジンを構成することができる。
【００１３】
この場合に、ディーゼル燃料に代えてニートバイオ燃料を用いたときにその粘度増加により生じる燃料噴射ポンプの噴射駆動トルクの増加を低減させることができるように、燃料噴射パイプの内径を、ディーゼル燃料を用いるときに設定される燃料噴射パイプの内径より大きく設定するのが好ましく、これにより燃費を最良にしつつ、高粘度のニートバイオ燃料をそのまま用いるディーゼルエンジンを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ニートバイオ燃料の一例であるアマニ油と従来の軽油などのディーゼル燃料の温度変化に対応する粘度変化特性を示すグラフである。
【図２】ディーゼルエンジンを用いたテストベンチ構成を示す説明図である。
【図３】エンジン負荷（％）に対する、ＮＯｘ、排煙濃度、正味燃料消費率ＢＳＦＣ(Brake Specific Fuel Consumption) および図示燃料消費率ＩＳＦＣ(Indicated Specific FuelConsumption) の値を、アマニ油および通常のディーゼル燃料について示すグラフである。
【図４】減速法の測定について示す説明図である。
【図５】減速法Ａによる実験装置構成を示す説明図である。
【図６】エンジン負荷が３種類（０％，２５％および５０％）の場合について、エンジン摩擦損失と燃料噴射のための駆動トルクとを求めた結果を示すグラフである。
【図７】減速法Ｂによる実験装置構成を示す説明図である。
【図８】燃料噴射パイプ径が２．０ｍｍの場合において、減速法Ｂにより測定した結果を示すグラフであり、図８（Ａ）および（Ｂ）に３０００ｒｐｍでのエンジン摩擦トルクと燃料噴射駆動トルクとの測定結果を示し、図８（Ｃ）および（Ｄ）に２４００ｒｐｍでの測定結果を示している。
【図９】燃料噴射パイプ径が２．５ｍｍの場合において、減速法Ｂにより測定した結果を示すグラフであり、図９（Ａ）および（Ｂ）に３０００ｒｐｍでのエンジン摩擦トルクと燃料噴射駆動トルクとの測定結果を示し、図９（Ｃ）および（Ｄ）に２４００ｒｐｍでの測定結果を示している。
【図１０】燃料噴射パイプの内径をφ２．０ｍｍからφ３．０ｍｍまで変化させたときに、ＢＳＦＣの変化の測定結果を示すグラフである。
【図１１】燃料噴射パイプ径を変化させたときにおける排気ガスの煙の濃度の測定結果を示すグラフである。
【図１２】エンジン負荷の変化（０％から１００％までの変化）に対する、ＮＯｘ、煙（スモーク）、ＢＳＦＣおよびＩＳＦＣの変化の測定結果を示すグラフである。
【図１３】燃料噴射パイプのノズル側端部およびポンプ側端部における燃料噴射圧の変化を示すグラフである。
【図１４Ａ】ＢＳＦＣを低くするために最適となる燃料噴射パイプ径を求める方法を説明するグラフである。
【図１４Ｂ】含酸素燃料であることにより生じるディーゼル燃焼効率の向上を加味して、ＢＳＦＣを低くするために最適となる燃料噴射パイプ径を求める方法を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。但し、本出願人が本願発明に至るまでディーゼルエンジンを用いた種々のテストを行っており、まずこれらについて順番に説明する。
【００１６】
最初に、ニートバイオ燃料を通常のディーゼルエンジンに用いるために、ニートバイオ燃料の粘度を、如何にして通常のディーゼルエンジン燃料（軽油）のレベルまで下げるかを検討した。ニートバイオ燃料としてアマニ油を用いたが、アマニ油および通常のディーゼルエンジン燃料の特性を表１に示している。このようにアマニ油の粘度は高い。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
このように高い粘度を低減させるには、上述したような化学処理による方法もあるが、もう一つの方法は、船舶用の大型ディーゼルエンジンに用いられているように、燃料を加熱する方法がある。図１に、アマニ油と従来のディーゼル燃料の温度変化に対応する粘度変化特性を示している。このようにアマニ油は特に低温になればなるほど粘度が高いことが分かる。粘度が高い燃料を用いると、燃料噴射パイプからエンジン燃焼室内に噴射されたときの噴霧状の燃料粒径が大きくなり、燃焼速度が遅くなって正味燃料消費率ＢＳＦＣ (Brake Specific Fuel Consumption) が増加するという現象が生じる。そこで、上述したメチルエステル化処理や、燃料の加熱を行うことなく、高粘度のニートバイオ燃料をそのまま用いて正味燃料消費率ＢＳＦＣを向上させる装置および方法を検討した。
【００１９】
このため、表２に示す特性の単気筒空冷小型エンジンを用いてテストを行った。このエンジンは表３に示す燃料噴射システムを備える。定格出力時での最大燃料噴射圧は２５ＭＰａであり、最近の自動車用エンジンより低圧である。静的な燃料噴射タイミングは、２３°ＢＴＤＣに固定されている。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
図２に、テストベンチ構成を示している。エンジンＥにはエアフィルタ１およびサージタンク２を通って吸気が供給され、燃料タンク５から所定の燃料がエンジンＥに供給される。このとき燃料供給量はビュレット４により測定される。エンジンＥには、シリンダ内圧を検出する圧力検出器３、排気温度を検出する温度計６，クランク角検出器７が取り付けられている。さらにエンジンＥの出力軸にはダイナモメータ８が取り付けられており、エンジン出力が測定される。圧力検出器３の出力値はストレインゲージアンプ１１を介してデータアナライザー１２に入力され、クランク角検出器７の出力値もデータアナライザー１２に入力される。
【００２３】
図３には、エンジン負荷（％）に対する、ＮＯｘ、排煙濃度、ＢＳＦＣおよび図示燃料消費率ＩＳＦＣ(Indicated Specific Fuel Consumption)の値が、アマニ油および通常のディーゼル油について示されている。この図において、破線がアマニ油を、実線が通常のディーゼル油の特性を示している。この図から分かるように、ＢＳＦＣはアマニ油の方が通常のディーゼル油より大きく、ＩＳＦＣは通常のディーゼル油の方がアマニ油より大きい。ニートバイオ燃料（アマニ油）のＢＳＦＣが高いのは、高粘度のために燃料の噴霧化が劣るためであると考えられてきた。しかしながら、ニートバイオ燃料はＩＳＦＣは低く、これは、ニートバイオ燃料は含酸素燃料であることにより燃焼速度が高いためである。これにより、排煙濃度が低くなるという利点もある。なお、燃料噴射開始タイミングは、クランク角度で２３°ＢＴＤＣに固定されている。
【００２４】
アマニ油を燃料とするとＢＳＦＣが高く、ＩＳＦＣが低い。以上のことから、アマニ油を用いると、粘度が高いことに起因してエンジンの摩擦損失が大きくなると想定される。この点について以下に記載のテストを行って確認した。
【００２５】
エンジンの摩擦損失を測定するために、減速法を用いた。この方法は、図４に示すように、エンジンの燃焼無しでの減速と、エンジンの速度および負荷に応じた摩擦トルクとの関係に基づいて摩擦損失を計測する方法である。なお、ここで規定するエンジンの摩擦損失もしくは摩擦トルクというのは、機械的な損失のみならず、吸排気でのポンピングロスも含む広い意味を有する。
【００２６】
エンジンが燃料カットされてエンジン摩擦トルクＴfだけになって、図４に示すように角減速度dω/dtで減速されるときには下記式（１）の関係となる。
【００２７】
Ｔf  ＝  Ｉt  ×  dω/dt    ・・・（１）
【００２８】
Ｉtは、エンジンに繋がるダイナモメータ８およびカップリング部材などを含めたエンジンのトータル慣性モーメントである。ここでは以下のようにしてＩtを実験的に求めた。
【００２９】
まず、ダイナモメータ８に負荷「ΔＴ」を加えると、エンジンの減速関係は下記式（２）で表される。さらに、式（１）および（２）からＩtは下記式（３）で求められる。
【００３０】
（Ｔf＋ΔＴ）＝  Ｉt  ×  dω/dt(d)    ・・・（２）
【００３１】
Ｉt  ＝  ΔＴ／（dω/dt(d)  −  dω/dt）    ・・・（３）
【００３２】
この式（３）から分かるように、Ｉtはダイナモメータ８により加える負荷ΔＴを適宜設定して減速度を実測することにより求まる。この実験結果はかなり安定しており、本装置ではＩtは０．３５４kgm2であった。そして、これに基づいて式（１）からアマニ油を燃料として用いたときおよび通常のディーゼル燃料を用いたときでのエンジン摩擦損失もしくはトルクを実験的に求めた。
【００３３】
まず、エンジンの摩擦損失を、第１の方法である減速法Ａにより求めた。減速法Ａによる実験装置構成を図５に示している。減速法Ａを用いる装置は、燃料カット装置２０と、燃料噴射パイプ２２の途中に設けられた切換弁２１を備える。切換弁２１は、エンジンシリンダ２３内への燃料噴射を行う燃料噴射ノズル２５と、外部に燃料噴射を行う燃料噴射ノズル２６とに燃料供給を切り換えるようになっている。これにより、燃料噴射をしない場合と燃料噴射をしながらのエンジン摩擦損失が各々測定できる。両者の差から燃料噴射のための駆動トルクが求められる。
【００３４】
図６に、エンジン負荷が３種類（０％，２５％および５０％）の場合について、エンジン摩擦損失と燃料噴射のための駆動トルクとを求めた結果を示している。通常のディーゼル燃料での燃料噴射のための駆動トルクはエンジン負荷に対応して０．１−０．３Ｎｍであった。一般的に通常の燃料噴射システムでは、最大エンジントルクの約１％が燃料噴射のための駆動トルクであり、本エンジンの最大トルクは上記表２に示すように１９．６Ｎｍである。減速法Ａにより測定された燃料噴射駆動トルク０．１−０．３Ｎｍは、最大トルクの約０．５−１．５％であり、適切な測定結果であると考えられる。
【００３５】
しかし、このように切換バルブを設け、付加的な燃料供給パイプを設けると、燃料噴射圧を減少させる結果となると考えられる。燃料噴射駆動トルクは燃料噴射圧力の影響を受けて変動するため、測定結果に影響があると考えられる。このため、下記に説明するもう一つの減速法Ｂによりテストを行った。
【００３６】
図７に減速法Ｂを用いる装置構成を示している。この装置ではエンジン吸気通路内に窒素Ｎ２ガスを供給して、燃料噴射しながら燃焼を抑えるようになっている。これにより、エンジン運転状態を変えることなく、エンジン性能試験状態からエンジン摩擦損失測定状態に切換えて、エンジン摩擦損失を測定できるという利点がある。
【００３７】
図８に、この減速法Ｂにより測定した結果を示している。図８（Ａ）および（Ｂ）に３０００ｒｐｍでのエンジン摩擦トルクと燃料噴射駆動トルクとの測定結果を示しており、通常のディーゼル燃料の場合には、燃料噴射駆動トルクは０−０．２Ｎｍと小さいが、アマニ油燃料の場合には、燃料噴射駆動トルクは０．５−０．８Ｎｍと大きな値となっていることが分かる。図８（Ｃ）および（Ｄ）に２４００ｒｐｍでの測定結果を示しているが、同様な傾向を有している。
【００３８】
ディーゼル燃料を用いる場合は、燃料噴射トルクはほぼ無視できる程度の大きさであるが、アマニ油燃料を用いる場合は、その粘度が高いため、燃料噴射トルクが大きくなることが分かる。すなわち、アマニ油燃料を用いると燃料噴射トルクの増加の影響により、燃料消費率ＢＳＦＣを増加させているということが分かる。
【００３９】
そこで、ニートバイオ燃料を用いつつも、これを加熱したりメチルエステル化処理したりすることなく、燃料噴射駆動トルクを減少させてＢＳＦＣを低減させる方法を考える。
【００４０】
アマニ油燃料（ニートバイオ燃料）のような高粘度燃料を用いると燃料噴射駆動トルクが増加する要因は、燃料噴射パイプでの流路抵抗が大きいことであると考えられる。そこで、燃料噴射パイプの内径を大きくして流路抵抗を減らす構成としてテストをした。
【００４１】
図８に示すテストでは燃料噴射パイプ内径はφ２．０ｍｍであったが、ここではこれをφ２．５ｍｍとしてテストを行った。図９にそのテスト結果を示している。図８および図９を対比すれば分かるように、ディーゼル燃料の場合には、燃料噴射パイプ内径を大きくしても燃料噴射駆動トルクに対する影響は殆ど無い。これに対し、アマニ油燃料を用いた場合には、燃料噴射パイプの内径を０．５ｍｍ大きくしただけで、燃料噴射駆動トルクが大きく低下していることが分かる。すなわち、アマニ油のような粘度の高いニートバイオ燃料（植物油燃料）を用いる場合には、燃料噴射パイプの内径を大きくすることが、燃料噴射駆動トルクの低減に効果があり、ＢＳＦＣを低減させることができるということが分かる。
【００４２】
この点についてさらに実験を行った。図１０に、燃料噴射パイプの内径をφ２．０ｍｍからφ３．０ｍｍまで変化させたときに、ＢＳＦＣの変化の測定結果を示している。ディーゼル燃料での測定結果を実線で示し、アマニ油燃料での測定結果を破線で示している。この図から分かるように、ディーゼル燃料の場合には、燃料噴射パイプの内径が増加するのに応じてＢＳＦＣが増加している。これは内径の増加に応じて燃料噴射圧が低下し、燃焼が悪化するためであると考えられる。一方、アマニ油燃料の場合には、φ２．０ｍｍからφ２．２ｍｍまで増加させたときに、一旦、ＢＳＦＣは低下し、φ２．２ｍｍから増加させると再びＢＳＦＣが増加している。これは、燃料噴射パイプ内径の増加に伴う燃料噴射駆動トルクの減少によるＢＳＦＣの低減効果と、内径の増加に伴う燃料噴射圧の低下によるＢＳＦＣの増加要因とのバランスにより生じた結果である。このため、このエンジンでアマニ油燃料を用いる場合には、燃料噴射パイプの内径をφ２．２ｍｍとするのが最適であると考えられる。
【００４３】
図１１に、燃料噴射パイプ径を変化させたときにおける排気ガスの煙の濃度の測定結果を示している。この結果から分かるように、いずれの燃料でも燃料噴射パイプの内径が増加するのに応じて煙の濃度が増加している。また、図１２に、エンジン負荷の変化（０％から１００％までの変化）に対する、ＮＯｘ、煙（スモーク）、ＢＳＦＣおよびＩＳＦＣの変化の測定結果を示している。
【００４４】
以上の説明に基づいて、本発明に係る実施形態を説明する。アマニ油の方がディーゼル燃料より、燃料噴射駆動トルクが大きくなる理由として、次の二つのファクターが考えられる。一つ目のファクターは燃料噴射仕事量「Ｗｆ」であり、もう一つのファクターは粘性抵抗「Ｗｒ」である。
【００４５】
まず、燃料噴射仕事量「Ｗｆ」は式（４）で表すことができる。この式において、「Ｐｆ」は燃料噴射パイプにおける燃料噴射圧であり、「Ｖｆ」は燃料噴射量である。
【００４６】
Ｗｆ  ＝  Ｐｆ  ×  Ｖｆ    ・・・（４）
【００４７】
ここで燃料噴射圧Ｐｆがアマニ油とディーゼル燃料とで同一であると仮定した場合、燃料噴射仕事量Ｗｆの相違は燃料噴射量Ｖｆのみの相違により決まる。これら二つの燃料の燃料噴射量の相違は、発熱量の相違から生じる。発熱量ＫＪ／ｍ3は、アマニ油の方がディーゼル燃料より２．５％低い。また、燃料噴射量に加えて、実際は吸戻し燃料量が加わるが、このエンジンのフル負荷状態で燃料噴射量と大略同量と考えられる。このため実際の名目の燃料噴射量Ｖｆにおける相違は１％以下であると想定される。この結果、燃料噴射仕事量Ｗｆの相違は無視できる程度の大きさである。
【００４８】
次に、燃料噴射パイプでの粘性抵抗Ｗｒを考える。この粘性抵抗Ｗｒは下記式（５）で表すことができる。
【００４９】
Ｗｒ  ＝  ΔＰｒ  ×  Ｖｆ    ・・・（５）
【００５０】
式（５）の「ΔＰｒ」は燃料噴射パイプ内での粘性抵抗により生じる噴射圧増加（差）であり、下記式（６）で表すことができる。
【００５１】
ΔＰｒ  ＝  λ×（Ｌ／Ｄ）×（ρ／２）×ｖ2    ・・・（６）
【００５２】
式（６）において、λ＝６４／Ｒｅ  （但し、Ｒｅはレイノルズ数）である。Ｌは燃料噴射パイプ長であり、Ｄは燃料噴射パイプ内径であり、ρは燃料の比重であり、ｖは燃料噴射パイプ内での燃料流速である。
【００５３】
ΔＰｒを定常での燃料噴射として概略計算を行ったところ、燃料噴射ポンプでの噴射圧力増加ΔＰｒは１．５ＭＰａであり、燃料噴射パイプ内径が２．０ｍｍの場合、ディーゼル燃料の１７倍となり無視できない値である。
【００５４】
図１３に、燃料噴射パイプのノズル側端部およびポンプ側端部における燃料噴射圧の変化を示しており、噴射圧力増加（圧力差）ΔＰｒは５．４ＭＰａ（＝６．５ＭＰａ−１．１ＭＰａ）であり、式（６）の結果と対応している。
【００５５】
このことから、アマニ油の方がディーゼル燃料より噴射駆動トルクが高いのは、燃料噴射パイプ径が軽油などの低粘度燃料用に設計された細い仕様であるために、高粘度燃料に伴って生じる高い粘性抵抗によるものであることが分かる。すなわち、燃料噴射パイプ内での粘性抵抗という観点から見れば、燃料噴射パイプ径は大きい方が良い。しかしながら、以下に述べるように、噴射圧力増加すなわち燃焼効率という観点から見れば燃料噴射パイプ径は小さい方が良い。
【００５６】
燃料噴射圧がプランジャーストロークにより生じる燃料噴射パルスの集合であると考えると、燃料噴射パルスの圧力増加ΔＰｆは、音速と燃料噴射パイプ内換算プランジャ速度の差に伴う燃料噴射パイプ内における燃料圧縮として説明できる。すなわち、下記式（７）の関係となる。
【００５７】
ΔＰｆ  =  ｗｐ  ×  Ｅ／ａ    ・・・（７）
【００５８】
ここで、ｗｐはプランジャ径と燃料噴射パイプ径の比に基づいて算出される燃料噴射パイプ内における換算プランジャ速度であり、Ｅは燃料の体積弾性率であり、ａは燃料内での音速である。
【００５９】
式（７）から、換算プランジャ速度が大きい程、噴射圧力が大きいことが分かる。すなわち、粘性抵抗の増加が許容される範囲内では、燃料噴射パイプ径を小さくすれば噴射圧力が大きくなり、ＢＳＦＣが低くなることが分かる。
【００６０】
図１４Ａに、ＢＳＦＣを最も低くするために最適となる燃料噴射パイプ径について示している。高粘度燃料の場合、低粘度燃料の場合に比べて、燃料噴射パイプ径が大きいところでＢＳＦＣが最も低くなる。但し、それでもＢＳＦＣそのものは低粘度燃料より高い。
【００６１】
図１４Ｂに、上記の関係に含酸素燃料であることによるディーゼル燃焼効率を加味したＢＳＦＣと燃料噴射パイプ径との関係を示している。アマニ油は、高粘度燃料ではあるが燃料中に酸素が含有されているためにＢＳＦＣを低くする効果がある。これを加味すると太い破線で示されるＢＳＦＣとなり、燃料噴射パイプ径を大きくすれば、ディーゼル燃料とほぼ同程度もしくはこれより若干低いＢＳＦＣとなる。
【００６２】
以上のことから分かるように、アマニ油は含酸素燃料であり、燃焼速度が高くて燃焼効率が良いため、高粘度というマイナス要因を、燃料噴射パイプ径を大きくすることにより最適化して抑制することができ、ディーゼル燃料と同程度もしくはこれより優れたＢＳＦＣを得るようにすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｅ  エンジン                      ２０  燃料カット装置
２１  切換弁                      ２２  燃料噴射パイプ
２３  エンジンシリンダ            ２５，２６  燃料噴射ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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