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バイオ燃料等の自家発電設備への適合性調査⑧

内発協では、B100燃料（バイオディーゼル燃料100％）（以下、BDF）を使用した自家発電設備について、適用する場合の条件等を明確にするため、実機による4,000時間の実証運転における随時計測及びその後の分解調査等を行った。
分解調査等では、使用するBDFの性状を分析し、それら性状によるディーゼルエンジン内部のカーボンの堆積、材質劣化、潤滑油劣化等を調査し、BDF使用によるディーゼルエンジン等に与える影響について評価した。計

表１

黒煙濃度の推移 （DPF入口／出口）

測及び分解調査等における結果の一部を紹介する。

１．運転中の随時計測結果
1.1

黒煙濃度

黒煙除去装置（DPF）入口、すなわちエンジン本体排気出口の濃度を見ると、常に0.5ボッシュスモークユニット（BSU）を下回る黒煙濃度で推移し表２ているが、500h及び3,000h付近では比較的高い濃度

外気温度の推移であることがわかる。
外気温度変化による空気密度・充填効率の変化が影響していると考えられ、BDF利用による黒煙排出性能の経時劣化は無いと考えられる。（表１、表２を参照）
1.2

排ガス性能

D P F入口のN O x 濃度は運転期間を通して460～660ppmで推移しており、異常もしくは経時的な濃度上昇や低下は見受けられない。運転期間中では、BDF利用に起因するディーゼルエンジンの燃焼の表３

窒素酸化物（NOx）濃度 （O2=13％換算値）悪化等はなかったと考えられる。989h、1,381h時点
でDPF出口のNOxの計測を行ったところ、DPF出口グラフ上に直線で記載した。動粘度は、運転とともと入口でその濃度に大きな差がないことが確認できに徐々に低下し、2,000h程度で下限値（初期値マイた。以降はDPF入口のみを計測した（最終回のみナス25%）を下回ったため、潤滑油の全量交換を要入口と出口の両方計測した）。初回計測時のDPF出した。動粘度低下はエンジン部品の異常摩耗や焼付口計測値は、計測器調整不良のため除いている。
（表きなど重大な不具合を引き起こす可能性がある。そ３を参照）のため動粘度あるいは燃料希釈率は重要な管理項目1.3であると考えられる。

潤滑油性状

エンジンの耐久性に関連する潤滑油性状について

燃料希釈率は運転時間とともに増大しており、その分析結果と実用上のメンテナンス方針について500h足らずで上限値の目安である2.5%を超え、潤検討した。主な潤滑油性状である動粘度（40℃）、滑油交換直前では希釈率は８％弱まで上昇した。希

燃料希釈率、全酸価の結果グラフを示す。エンジン

釈率は一旦、潤滑油交換によりほぼ初期値（ゼロ）の継続使用のために許容できるそれぞれの限界値をまで低下するが、その後も運転時間とともに同様の

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上昇傾向が見られる。これは動粘度の推移と連動している。
このことから、潤滑油に比して１割以下と低い動粘度を持つBDFが潤滑油に混入することでその動粘度低下を引き起こしているものと考えられる。
潤滑油へのBDF混入が顕著であった理由については、噴射された燃料の一部がシリンダライナに付表４着し、潤滑油へ混入するケースである。すなわち噴潤滑油の動粘度 （40℃）

射された燃料の一部が燃焼せずにシリンダライナへ付着し、ピストンリングに掻き落とされることで潤滑油に徐々に混入する経路で考えられる。
一般にBDFは軽油に比べて蒸発温度が高い。
（2015年11月号記載の蒸留特性を参照）
そのために、軽油に比べて燃焼室内に噴射された燃料の未燃割合が増加し、結果的にシリンダライナを介して潤滑油へ混入する燃料量が多くなったと推表５測される。長時間の低負荷運転により燃焼室内温度潤滑油の燃料希釈率が低下する場合や、始動のクランキングを過度に繰返す場合などは、燃料希釈がより進行することが考えられるため注意を要する。
酸価は、限界値に対して余裕を持っており、今回の潤滑油使用時間（最長2,496h）内では何ら問題なかった。この理由として、BDFは燃料中に硫黄分を含まないために、酸価の増加が緩やかであるためと考えられる。

表６以上から、潤滑油は燃料希釈に伴う動粘度低下の潤滑油の酸価みが問題となることがわかった。実際の運用上は動粘度あるいは燃料希釈率の管理を重点的に行い、潤査を行いBDFに起因する性能劣化の有無を調べた。

滑性能を損なわぬよう交換を行うことが必要であ

開弁圧低下は最大で３MPa程度であり、軽油仕る。（表４、表５、表６を参照）

２．運転後の分析調査結果
2.1

デポジット堆積様と同等であることから燃焼ガスの逆流はなく、噴霧状況についても使用時間から見て正常な噴霧形成がなされていたと考えられる。ノズル針弁シートについてもキャビテーションの発生がわずかに確認さピストン頂面や燃焼室へのデポジット堆積は運転れたものの、シートの耐圧性（油密）は保持できて時間（4,117h）に対しては少なく、筒内流動や燃焼、おり問題は無かった。シート摩耗状態についても軽あるいは吸排気バルブの挙動を阻害することはな

油仕様と同等で問題は無かった。
（表７を参照）

かったと推測される。
ピストン側面についても、トッ

噴口流量についてはその変化率が約４％の低下でプリングとセカンドリングの間にわずかな汚れが見あり、軽油仕様より若干大きいレベルである。試験られる程度であり、全ピストンリングについて固着機では出力をベース機に対して３割以上ディレーも無いことから、摺動やシール性において問題ないティング（発電効率0.9を仮定）しているため全くものと考えられる。（写真１を参照）

問題ないレベルと言える。流量低下については、噴2.2

口部を清掃することで復帰するので、噴口内面にバインジェクタノズルへの影響

一般にB D Fの酸化により生じた劣化物がインジェクタノズル針弁摺動不良を誘発する可能性が指

イオ燃料起因のデポジットが堆積していたものと考えられる。

摘されている。そこで実証運転後のノズルの分解調
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１気筒（フライホイル側）

２気筒

３気筒（ギヤケース側）

ピストン頂面
吸気マニホールド
F.W.

G.C.

排気マニホールド

ピストン側面（フライホイル側より）
ピストン側面（ギヤケース側より）

写真１

ピストンへのデポジット堆積状況

F.W.：フライホイール

G.C.：ギヤケース

写真２

表７

インジェクタノズル特性の調査結果一覧
計測日
シリンダNo.

ノズル
特性

開弁圧
Mpa

出荷時（0h）

2013年12月11日
1cyl

2cyl

3cyl

19.6

20.0

19.5

回収時（4,117h） 17.1

17.0

16.5

－2.5

－3.0

－3.0

噴霧状況 １秒／ストローク良良

良

シート部にじみ（直径φmm）

000

軽微

軽微

軽微

変化量

シート部キャビテーション

ローラタペットのローラ摺動部表面

無無無ノズル ガス侵
耐久性
出荷時（0h）
628
636
631
噴口流量
回収時（4,117h） 618613
614g/min
変化量－2％ －4％ －3％

写真３

噴射内部のカム表面

耗痕が見られた。このカム―ローラタペット系は、エンジン本体の潤滑油により潤滑しているため、この摩耗痕については、潤滑油の動粘度低下による潤滑性能の低下による可能性が考えられる。今回の試2.3

燃料噴射ポンプへの影響

験では、ポンプ焼付きは発生しておらず、エンジン国土交通省によると、高濃度BDFを利用する際、性能の悪化も見られなかった。重大故障とは言えな

BDF中の不純物や酸化劣化物が燃料噴射ポンプ内いが、潤滑油交換を適切に行わない場合、ポンプ焼部の摺動部品に析出・付着してポンプの焼付きや低付き等の不具合が発生する可能性があると言える。

寿命化に繋がる可能性が指摘されている。実証運転（写真２、写真３を参照）

後の燃料噴射ポンプを分解調査し、摺動部を中心と噴射ポンプ内部のシール部品、フィードポンプ及した金属部品へのBDF影響を調べた。また、BDFびその内部オイルシールはそれぞれ外観検査の結はゴムに対して膨潤作用を持つため、ポンプ内部の果、パッキン、シールワッシャ、Oリング等に膨潤ガスケットやOリング等のシール部品についても状などの異常は確認されなかった。オイルシールにつ態を確認した。実証運転後の噴射ポンプ外観からはいてもリップ部に汚れが見られるが、その形状は保燃料漏れや滲みといった異常は確認されなかった。

持されており、シール性に影響はないと考えられる。

一方、噴射ポンプ内の主要摺動部品である分配軸

特にフィードポンプ内部のオイルシールは燃料系と及びプランジャは、外観検査を行ったが、劣化物等潤滑油系の油密性を保持するもので、潤滑油消費あの付着は見られずその表面は清浄であり、異常摩耗るいは燃料希釈に寄与する重要なシール箇所である。

痕も見られず継続使用可能な状況と判断された。噴エンジン運転条件や燃料等について、今回の実証

射ポンプ内部のカム表面は、外観検査より、摩耗状試験の範囲内であれば、燃料噴射ポンプの内部部品

況は運転時間に対して通常レベルであり問題なしとに重大な不具合は発生しないことがわかった。潤滑判断された。

油にて噴射ポンプ潤滑を行うエンジンでは、潤滑油カムに関連する部品として、ローラタペットのロー性状の著しい劣化により燃料カム、タペットの異常

ラ摺動部表面には、通常（軽油運転）より顕著な摩摩耗を引き起こす可能性があることも確認された。

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