(57)【要約】【課題】一般的な軽油などを用いた場合に比べて優れた排気ガス特性を示す予混合圧縮自己着火燃焼を達成することができる。【解決手段】硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下であり、初留点が２０℃以上１５０℃以下、５０％留出点が６０℃以上２５０℃以下、終点が１００℃以上３５０℃以下であって、３０℃における動粘度が０．４ｍｍ２／ｓ以上３．０ｍｍ２／ｓ以下であり、セタン価が２５以上５５以下である予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下であり、初留点が２０℃以上１５０℃以下、５０％留出点が６０℃以上２５０℃以下、終点が１００℃以上３５０℃以下であって、３０℃における動粘度が０．４ｍｍ２／ｓ以上３．０ｍｍ２／ｓ以下であり、セタン価が２５以上５５以下であることを特徴とする予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
【請求項２】
初留点が３０℃以上１３５℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
【請求項３】
終点が１２０℃以上３００℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン用などの燃料に関し、更に詳しくは、優れた排気ガス特性を示す予混合圧縮自己着火燃焼を達成することができる燃料油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題から自動車から排出される排気ガスの低減や熱効率の向上が求められている。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べ熱効率が高く、地球温暖化に関係があるといわれている二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量が低い特性を有する。しかしながら、通常の拡散燃焼によるディーゼルエンジンでは、部分的に燃料の濃度が濃すぎる、高温燃焼な領域が形成されるなどの理由により、スモークや酸化窒素（ＮＯｘ）の排出が問題となっている。これを解決するための新技術として、予混合圧縮自己着火エンジンが注目されている（例えば、非特許文献１参照）。
上記予混合圧縮自己着火エンジンで行われる予混合圧縮自己着火燃焼は、燃料と空気が希薄予混合された状態で圧縮されることにより、燃料が自己着火し燃焼する現象であり、ディーゼルエンジンにおいても、燃料を早期に噴射することによって希薄予混合気を形成し、それを圧縮着火させることにより、排気ガス中のＮＯｘやスモークを同時に低減することが可能である。しかしながら、これを広範囲の運転条件に適合することは、特に高負荷での急速な燃焼形態により困難な状況にあり、予混合圧縮自己着火燃焼は比較的負荷の低い領域に限られている。したがって、高負荷領域での運転は、通常の拡散燃焼による運転が必要となるため、予混合圧縮自己着火エンジンにおいても、一般的なディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル（ホールノズル）や燃焼室形状が求められる。しかしながら、ホールノズルを用いた通常のディーゼルエンジンにおいて、一般的な軽油を用いて早期噴射による予混合圧縮自己着火燃焼により運転を行った場合、従来の一般的な軽油を用いたディーゼル燃焼による運転の場合に比べれば、ＮＯｘやスモークの発生が抑制されて、排気ガスがこれらの含有量の少ない優れた特性を示すが、まだＮＯｘやスモークの発生の抑制が満足できるものではなく、また、燃費の悪化を招くなど、十分に優れた運転特性を示す予混合圧縮自己着火燃焼を達成することは困難であった（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｒｕｄｏｌｆ  Ｈ．  Ｓｔａｎｇｌｅｍａｉｅｒ  ａｎｄ  Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｅ．  Ｒｏｂｅｒｔｓ，  ＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ  ＮＯ．１９９９−０１−３６８２
【０００４】
予混合圧縮自己着火燃焼では、燃料がエンジンシリンダー内に噴射された後、空気と予混合され、燃料の酸化反応が逐次的に進行し着火・燃焼という過程を経るので、燃料と空気の予混合気の形成と着火時期が重要なポイントであって、燃料自体の物理特性や化学特性が大きく影響するため、燃料の性状によっては、通常のホールノズルや燃焼室形状のディーゼルエンジンにおいても予混合圧縮自己着火燃焼を達成できる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたものであり、予混合圧縮自己着火燃焼における燃料の及ぼす影響の大きさに着目し、十分に優れた排気ガス特性を示す予混合圧縮自己着火燃焼を達成することができる燃料油組成物を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、一般的な軽油より軽質である一定の蒸留性状を有し、かつ一定範囲の動粘度やセタン価などを有する燃料油組成物を用いると、一般的な軽油などを用いた場合に比べて、過早着火や、ＮＯｘ、スモーク、炭化水素の発生を一層抑制して、一般的なホールノズルや燃焼室形状を有するディーゼルエンジンにおいても予混合圧縮自己着火燃焼が好適に進行し、排気ガスが、一層優れた特性の排気ガス、すなわちＮＯｘ、スモーク、炭化水素の含有量が共に低減された排気ガスとなることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、次の予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物を提供する。
（１）硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下であり、初留点が２０℃以上１５０℃以下、５０％留出点が６０℃以上２５０℃以下、終点が１００℃以上３５０℃以下であって、３０℃における動粘度が０．４ｍｍ２／ｓ以上３．０ｍｍ２／ｓ以下であり、セタン価が２５以上５５以下であることを特徴とする予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
（２）初留点が３０℃以上１３５℃以下であることを特徴とする上記（１）に記載の予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
（３）終点が１２０℃以上３００℃以下であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の予混合圧縮自己着火エンジン用燃料油組成物。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の燃料油組成物は、原油を常圧蒸留して得られるナフサ留分、ナフサ留分を脱硫して得られる脱硫ナフサ、脱硫ナフサを接触改質して得られる改質ガソリン、原油を常圧蒸留して得られる灯軽油留分、灯軽油留分を脱硫して得られる脱硫灯軽油、重質油を接触分解、水素化分解、あるいは熱分解して得られる、ガソリン、灯軽油留分、オレフィンとイソブタンから生成されるアルキレート、ナフサ留分を接触処理し、異性化したアイソメレート、炭素数４あるいは５の炭化水素などを適宜配合して調製することができる。また、フィッシャートロプシュ合成によるパラフィン系炭化水素やアルコール燃料、種々の炭素数を有するパラフィン系溶剤、ナフテン系溶剤、芳香族系溶剤などを原料として用いることもできる。
本発明の燃料油組成物は、上記のように各種の原料留分を適宜配合して好適に調整することができるが、必要に応じて、原油からの直留留分として取得することも可能である。
【０００８】
本発明の燃料油組成物において、硫黄分は５０質量ｐｐｍ以下であって、好ましくは３０質量ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは１５質量ｐｐｍ以下である。硫黄分が５０質量ｐｐｍより多いと、排気ガス中の硫黄酸化物の含有量が多くなる場合があり、また該排気ガスを処理する触媒を被毒する場合がある。硫黄分は、ＪＩＳ  Ｋ  ２５４１の微量電量滴定式酸化法により測定できる。
【０００９】
本発明の燃料油組成物において、初留点は２０℃以上１５０℃以下であって、好ましくは３０℃以上１３５℃以下であり、より好ましくは６０℃以上１００℃以下である。１５０℃より初留点が高いと、燃料油組成物の揮発性が乏しくなることから、燃料油組成物と空気の混合割合が低くなるため、予混合圧縮自己着火燃焼を行う場合、スモークや炭化水素が多く排出される場合がある。初留点が２０℃より低いと、燃料ポンプや燃料パイプ中に燃料油組成物の蒸気が多量に発生して燃料油組成物の流通が妨げられる場合がある。
【００１０】
本発明の燃料油組成物において、５０％留出点は６０℃以上２５０℃以下であって、好ましくは８０℃以上２３０℃以下であり、より好ましくは１００℃以上２００℃以下である。２５０℃より５０％留出点が高いと、燃料の揮発性が乏しくなることから、燃料油組成物と空気の混合割合が低くなるため、予混合圧縮自己着火燃焼を行う場合、スモークや炭化水素が多く排出される場合がある。５０％留出点が６０℃より低いと、燃料ポンプや燃料パイプ中に燃料油組成物の蒸気が多量に発生して燃料油組成物の流通が妨げられる場合がある。
【００１１】
本発明の燃料油組成物において、終点は１００℃以上３５０℃以下であって、好ましくは１２０℃以上３３０℃以下であり、より好ましくは１２０℃以上３００℃以下である。３５０℃より終点が高いと、燃料油組成物の揮発性が乏しくなることから、燃料油組成物と空気の混合割合が低くなるため、予混合圧縮自己着火燃焼を行う場合、スモークや炭化水素が多く排出される場合がある。初留点や終点といった蒸留性状は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２５４の石油製品蒸留試験方法の常圧法により測定できる。終点が１００℃より低いと、夏場などの高温時に燃料ポンプや燃料パイプ中に燃料油組成物の蒸気が多量に発生して燃料油組成物の流通が妨げられる場合があるのに加え、燃料としての蒸留範囲が極端に狭くなるために、得率が少なくなりすぎて効率的でない。
【００１２】
本発明の燃料油組成物において、３０℃における動粘度は０．４ｍｍ２／ｓ以上３．０ｍｍ２／ｓ以下であって、好ましくは０．４ｍｍ２／ｓ以上２．５ｍｍ２／ｓ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ２／ｓ以上２．０ｍｍ２／ｓ以下である。動粘度が３．０ｍｍ２／ｓより高いと、燃料油組成物の噴霧角度が狭くなり、微粒化が促進されにくいことから、予混合気の形成が悪くなる。動粘度が低すぎる場合には、燃料ポンプなどの磨耗を生じる場合があり好ましくない。動粘度は、ＪＩＳ  Ｋ２２８３の石油製品動粘度試験方法により測定できる。
【００１３】
本発明の燃料油組成物において、セタン価は２５以上５５以下であって、好ましくは３０以上５０以下であり、より好ましくは３５以上４５以下である。予混合圧縮自己着火燃焼を行う場合において、セタン価が２５より低いと、炭化水素の排出量が増加する場合があり、更には燃料油組成物の着火性を確保するためにＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）量を減らす必要があることから、ＮＯｘの排出量が多くなる場合がある。一方、セタン価が５５より高いと、予混合圧縮自己着火燃焼をより高負荷で達成しようとする場合、燃料の混合時間が短くなりすぎる場合があるために、スモークの発生が多くなる場合があり、また急激な熱発生を伴う場合があることから、ＮＯｘ排出量が多くなる場合がある。セタン価は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２８０の燃料油セタン価試験方法により測定できる。
【００１４】
本発明の燃料油組成物には、必要に応じて公知の燃料添加剤、例えば、酸化防止剤、氷結防止剤、助燃剤、帯電防止剤、防錆剤、識別剤、着色剤、清浄剤、セタン価向上剤、消泡剤、酸化防止剤、流動性向上剤、潤滑性向上剤などを、適量添加することができる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら制限されるものではない。
【００１６】
実施例１〜６および比較例１〜５
表１に示す性状の燃料油組成物を下記のようにして調製し、下記の方法により評価を行った。
実施例１：原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ留分（沸点範囲８０℃〜１４０℃）を水素化脱硫処理した基材に炭素数７および８の直鎖飽和炭化水素等量混合物を２８容量％配合して調製した。
実施例２：原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ留分（沸点範囲８０℃〜１４０℃）と灯油留分（沸点範囲１４５℃〜２４５℃）をそれぞれ水素化脱硫処理した基材を等量混合して調製した。
実施例３：原油を常圧蒸留して得られる沸点範囲が１５０℃〜２７０℃の灯油留分を水素化脱硫処理した留分を７６容量％および沸点範囲が１６０℃〜２６０℃のイソパラフィン溶剤を２４容量％配合して調製した。
実施例４：原油を常圧蒸留して得られる沸点範囲が８０℃〜１４５℃の重質ナフサ留分を水素化脱硫処理した留分を４０容量％、１４５℃〜２９０℃の留分を水素化脱硫脱芳香族処理した留分を４０容量％および沸点範囲が１６０℃〜２００℃のイソパラフィン溶剤を２０容量％配合して調製した。
実施例５：原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ（沸点範囲８０℃〜１４０℃）を水素化脱硫処理した基材を２０容量％、水素化脱硫処理した灯油留分（１４５℃〜２４５℃）を２６容量％、沸点範囲が８０℃〜２４０℃のイソパラフィン溶剤を５４容量％配合して調製した。
実施例６：原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ（沸点範囲８０℃〜１４０℃）を水素化脱硫処理した基材を２７容量％、水素化脱硫処理した灯油留分（１４５℃〜２４５℃）を３８容量％、沸点範囲が８０℃〜２４０℃のノルマルパラフィン溶剤を３５容量％配合して調製した。
【００１７】
比較例１：原油を常圧蒸留して得られる灯軽油留分（沸点範囲１６５℃〜３６０℃）を水素化脱硫した基材に沸点範囲が２００℃〜３４０℃のイソパラフィン溶剤を４５容量％配合して調製した。
比較例２：原油を常圧蒸留して得られる灯軽油留分（沸点範囲１７０℃〜３６０℃）を水素化脱硫処理した基材に沸点範囲が２００℃〜３３０℃のイソパラフィン溶剤を４７容量％配合して調製した。
比較例３：原油を常圧蒸留して得られる灯油留分（１４５℃〜２４５℃）を水素化脱硫処理した基材に、沸点範囲が８０℃〜２４０℃のイソパラフィン溶剤を８０容量％配合して調製した。
比較例４：原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ（沸点範囲８０℃〜１４０℃）を水素化脱硫処理した基材を５容量％、水素化脱硫処理した灯油留分（１４５℃〜２４５℃）を２５容量％、沸点範囲が８０℃〜２４０℃のノルマルパラフィン溶剤を７０容量％配合して調製した。
比較例５：一般的な２号軽油を用いた。
【００１８】
【表１】
2004315604.tif 000002
【００１９】
評価試験エンジンとして、直列４気筒、排気量２Ｌ、コモンレール方式の燃料噴射装置およびインタークーラー付のターボ過給機、冷却装置（ＥＧＲクーラー）を備えたクールド排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が搭載されているディーゼルエンジンを使用した。本試験エンジンの主要緒元を表２に示す。本試験エンジンにおいて、圧縮比を１５とし、燃料の噴射時期を、通常のディーゼル燃焼の場合に比べ早期に設定することにより、予混合圧縮自己着火燃焼を可能にしている。
【００２０】
【表２】
2004315604.tif 000003
【００２１】
本試験エンジンを用いて、エンジン回転数：２０００ｒｐｍ、燃料噴射圧力：５０Ｍｐａ、噴射時期：上死点３０°前、燃料噴射量：２０ｍｍ３／ｓｔｒ（軽油換算量）の条件で、スモーク、ＮＯｘ、炭化水素の各排出量を測定した。結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】
2004315604.tif 000004
【００２３】
＊１：Ｆｉｌｔｅｒ  Ｓｍｏｋｅ  Ｎｕｍｂｅｒ；紙を通して所定量の排気ガスを吸引し、付着したスモークの反射率を測定する評価方法。評価は、真っ白＝０、真っ黒＝１０とし、真っ白と真っ黒の間を０〜１０で評価する。すなわち、測定用紙に光を照射し、その反射光を反射率計で計測することにより、次式で与えられる。
ＦＳＮ＝（Ｒｆ−Ｒｓ）／Ｒｆ×１０
ここで、
Ｒｆ：排気ガスを吸引する前の用紙の反射率計値
Ｒｓ：排気ガスを吸引し、スモークが付着した用紙の反射率計値
【００２４】
表３から明らかなように、本発明に規定する要件、すなわち硫黄分が５０質量ｐｐｍ以下であり、初留点が２０℃以上１５０℃以下、５０％留出点が６０℃以上２５０℃以下、終点が１００℃以上３５０℃以下であって、３０℃における動粘度が０．４ｍｍ２／ｓ以上３．０ｍｍ２／ｓ以下であり、セタン価が２５以上５５以下であるという要件を満たす実施例１〜６の燃料油組成物は、好適に予混合圧縮自己着火燃焼を達成することができ、その排気ガスは、比較例１〜５の当該要件を満たさない燃料組成物および２号軽油の場合の排気ガスより遥かに良好な排気ガス特性を示す。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、一般的な軽油などを用いた場合に比べて優れた排気ガス特性を示す予混合圧縮自己着火燃焼を達成することができる燃料油組成物が提供される。本発明の燃料油組成物を用いた予混合圧縮自己着火燃焼における排気ガスの優れた特性は、運転の負荷が高くなるほど、一般的な軽油などを用いた場合に比べて、その顕著性が一層増す。