本調査は、独立行政法人鉄道建設・運輸施設整備支援機構が阪神内燃機工業株式会社に委託して実施したものである。

A 重油使用ディーゼルエンジンにおけるバイオ燃料の利用可能性に関する検証（概要版）

独立行政法人 鉄道建設・運輸施設整備支援機構
2022 年 3 月

A重油使⽤ディーゼルエンジンにおけるバイオ燃料の利⽤可能性に関する検証― 検証報告 ―検証概要
ゼロエミッションに向けた地球温暖化対策の強化に伴い、今後急速な普及も想定されるバイオ燃料の内航船への利⽤促進の可能性を探るため、A重油使⽤ディーゼルエンジンにおけるバイオ燃料の活⽤可能性に関する検証を実施する。
本検証は（独）鉄道建設・運輸施設整備⽀援機構（以下、JRTT）が阪神内燃機⼯業株式会社（以下、当社）に依頼したもので、混合安定性試験は海上技術安全研究所（以下、NMRI）へ委託し、陸上試験は当社で実施した。

Ⅰ. 次世代バイオディーゼル燃料と混合安定性等に係る各種試験
次世代バイオディーゼル燃料とA重油の混合安定性等に係る各種試験として、NMRIで実施した。
(i) 混合安定性試験、(ii) 動粘度および密度の計測、(iii) ゴム材料の浸漬試験、(iv) 定容燃焼試験
本試験におけるバイオ混合燃料には、ユーグレナバイオディーゼル燃料のプレ商業品（20%バイオ燃料と80%軽油の混合燃料、以下「バイオ混合燃料」という）を使⽤する。
混合安定性試験や定容燃焼試験に使⽤するA重油として、下表に⽰す3種類を準備した。
⽐較⽤のバイオ混合燃料（100%）と3種類のA重油（100%）およびそれらの混合油（バイオ混合燃料の質量割合75%）を準備する。

10%，25%，50%，

これらのサンプル油を⽤いて、混合安定性試験、動粘度・密度の計測、ゴム材料の浸漬試験、定容燃焼試験を⾏った。
試験に使⽤したサンプル油
整理No.

B

⼊⼿
油種

※1

※2

混合油の整理記号
※2

HN1

ユーグレナ

阪神内燃機

海技研

海技研

バイオ混合燃料

LSA

LSA

LSA

コスモ

エネオス

エネオス

製油所※1N2※2

A重油（100%）

混合割合
10%

25%

50%75%

H

HB10

HB25

HB50

HB75

流動点 [℃]-20.0-7.5-32.5-27.5N1N1B10N1B25N1B50N1B75※20.0005

0.440.067

0.079

N2N2B10N2B25N2B50N2B75

動粘度[mm2/s] ※23.504（30℃）

2.845（50℃）

2.630
（50℃）

2.680
(50℃)

密度（15℃）[g/cm3] ※20.8179

0.87180.86820.8704

硫⻩ [%]※1 分析報告書の値，※2 代表性状表の値

バイオ混合燃料（100%）

B100

NMRI報告より抜粋

(i)混合安定性試験
混合安定性試験内容
バイオ混合燃料とA 重油の混合⽐を変えた混合油の混合安定性を確認するため，
これらの燃料を混合した後、0℃、常温（20〜30℃）、55℃および80℃の条件で保持し、混合安定性の時間経過による変化をスポットテストにより確認する。

混合安定性試験

混合安定性試験のまとめ① バイオ混合燃料とA重油の混合油の混合安定性試験を⾏った結果、バイオ混合燃料の混合割合0〜100%の範囲において、混合直後〜200h、温度0〜80℃の範囲において、安定性に問題はないと評価される。
② 混合安定性試験の結果より、バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油は、従来のA重油炊きディーゼルエンジンにおいて、スラッジ発⽣等の不具合は⽣じにくいと考えられる。
NMRI報告より抜粋

(ⅱ)動粘度および密度の計測
動粘度および密度の計測
バイオ混合燃料、A重油およびそれらの混合油の動粘度および密度を、温度0〜100℃の範囲で計測する。
動粘度および密度の計測には、Anton Paar社製SVM 3001を使⽤する。

動粘度および密度の計測のまとめ

精密動粘度・密度計測器
SVM 3001（Anton Paar社）① バイオ混合燃料（100%）およびバイオ混合燃料とA重油の混合油の動粘度は、通常の燃料油と同様、JIS K 2283
附属書1に⽰される動粘度-温度チャートにおいて直線になる。
② バイオ混合燃料とA重油の動粘度が同程度の場合、混合油の動粘度も変わらない。バイオ混合燃料とA重油の動粘度が異なる場合、混合油の動粘度はその間となる。
③ バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油の動粘度は、従来のA重油の性状からかけ離れることはなく、従来のA重油炊きディーゼルエンジンにおいて、従来と同様に使⽤できると考えられる。
④ バイオ混合燃料の密度は、今回使⽤したA重油の密度よりもやや低い。混合油の密度は、バイオ混合燃料とA重油の間となる。燃料油の密度が関連する船内で使⽤する機器としては、C重油使⽤時に⽤いる燃料清浄機などがあるが、A重油炊きディーゼルエンジンの使⽤においては影響がないレベルであると考えられる。
⑤ バイオ混合油およびA重油との混合油の流動点は0℃以下であり、寒冷地における使⽤も問題ないと考えられる。
NMRI報告より抜粋

(ⅲ)浸漬試験

デジタルマイクロゲージ

ゴム材料の浸漬試験
恒温槽を温度55℃に設定し、浸漬試験を⾏った結果を整理する。

平板定盤の上にゴム試験⽚を置き、アルミニウム合⾦製平板による⼀定加圧条件の下、デジタルマイクロゲージ（分解能1/1000mm）で⼨法（厚さ）を計測する。
ゴム試験⽚上の4点の⼨法を計測をして平均値を求め、あらかじめ浸漬試験の前に個々の試験⽚において計測していた基準⻑さに対する変化率（⼨法変化率）を算出する。

ゴム材料の浸漬試験のまとめ

ゴム試験⽚

定盤

ゴム試験⽚の⼨法計測① バイオ混合燃料、A重油およびそれらの混合油の浸漬試験の結果，中⾼ニトリルゴムの⼨法変化率は⼤きく、極⾼ニトリルゴムおよびフッ素ゴムの⼨法変化率は⼩さいことを確認した。
② A重油の性状によって⼨法変化率は異なり、今回使⽤したA重油においては、A重油Hの⼨法変化率はA重油N1、N2よりもやや⼤きい。
③ バイオ混合燃料の⼨法変化率は、A重油よりも⼩さい。バイオ混合燃料とA重油の混合油の⼨法変化率は概ねその間にある。
④ バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油の⼨法変化率はA重油よりも⼩さいため、ゴム材料はバイオ混合燃料の影響を受けにくいと考えられる。したがって、従来のA重油炊きディーゼルエンジンおよびそれらの配管系統などのゴム材料は、従来と同様に使⽤できると考えられる。

NMRI報告より抜粋

(ⅳ)定容燃焼試験

FIA-100 Fuel Combustion Analyzer

定容燃焼試験
Fuel Combustion Analyzer（FCA）による各種燃料の定容燃焼試験を実施した（IP541/06に準拠）。
約600mLの定容容器内の空気が温度810K、圧⼒4.5MPa（45bar）に到達したときに燃料を容器内に噴射し、圧⼒変化および圧⼒変化率の結果から着⽕遅れや燃焼時間、推定セタン価ECNなどを求める。

定容燃焼試験のまとめ① バイオ混合燃料およびA重油を⽤いた定容燃焼試験を実施した結果、バイオ混合燃料の混合量を増加させると、着⽕性は向上することを確認した。
② いずれの条件においても、圧⼒上昇率（熱発⽣率）の形状はほとんど変わらない。
③ バイオ混合燃料とA重油との混合では、推定セタン価は34.3、34.5、32.9(A重油)~49(バイオ100%)となり、バイオ混合燃料による着⽕への問題は⽣じなかった。
④ 燃焼後半および終了時期に関して、混合量の増加によって延⻑された。
⑤ 以上のことから、バイオ混合燃料によって、着⽕・燃焼は悪化しないことを確認した。

NMRI報告より抜粋

(ⅴ)まとめ① 混合安定性試験の結果より、バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油は、従来のA重油炊きディーゼルエンジンにおいて、スラッジ発⽣等の不具合は⽣じにくいと考えられる。
※ 軽油を主成分とするバイオ混合燃料には、燃料タンクや燃料配管内に蓄積されているスラッジの洗浄効果があると想定される。すなわち、既に蓄積されていたスラッジによる配管やフィルタの詰まりには注意が必要である。

② バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油の動粘度は、従来のA重油の性状からかけ離れることはなく、従来のA重油炊きディーゼルエンジンにおいて、従来と同様に使⽤できると考えられる。
③ バイオ混合燃料の密度はA重油よりもやや低いものの、A重油炊きディーゼルエンジンの使⽤において影響がないレベルであると考えられる。
※ バイオ混合燃料の使⽤時には、従来のA重油と同様の運⽤が必要である。例えば、C重油からの燃料切り替え時など、不慮の燃料油加熱による動粘度の低下などはエンジントラブルの要因となるので注意が必要である。

④ ゴム材料の浸漬試験を⾏った結果、バイオ混合燃料およびバイオ混合燃料とA重油の混合油の⼨法変化率はA重油よりも⼩さいため、ゴム材料はバイオ混合燃料の影響を受けにくいと考えられる。したがって、従来のA重油炊きディーゼルエンジンおよび燃料配管などのゴム材料は、従来と同様に使⽤できると考えられる。
※ ⼀般に、A重油によるゴム材料の⼨法変化率はC重油よりも⼤きい。⼀部の燃料移送ポンプなどではA重油使⽤が適さない場合があるので、バイオ混合燃料の使⽤時には従来のA重油時と同様の注意が必要である。

⑤ 定容燃焼試験の結果より、バイオ混合燃料による着⽕・燃焼の悪化は確認されなかった。すなわち、A重油炊きディーゼルエンジンにおけるバイオ混合燃料の使⽤は問題ないと考えられる。

NMRI報告より抜粋

Ⅱ. ディーゼルエンジンによる陸上試験(1) 陸上試験の実施設備
阪神内燃機⼯業株式会社 LA32E-1 (1618kW/280min-1)

試験機関：LA32E-1 (1618kW/280min-1)(2) 陸上試験に使⽤する燃料
1) A重油（100%）2) 混合油（バイオ混合燃料25%、A重油75%）
3) 混合油（バイオ混合燃料50%、A重油50%）
4) 混合油（バイオ混合燃料75%、A重油25%）
5) バイオ混合燃料（100%）(3) 陸上試験の内容
内燃機関における⼀般的な性能、排気ガスの成分及び試験条件の計測を実施するとともに燃焼解析を⾏う
1) 舶⽤特性 (プロペラ特性)---出⼒は回転数の3乗に⽐例
2) 陸⽤特性 (CPP特性)---回転数⼀定で出⼒変化

54

32

1

(4) 陸上試験後の各部の状況調査
1) 燃焼室2) 噴射系統
3) 燃料系統
4) 排気系統(5) 試験結果の⽐較・検証[バイオ燃料100%]→[バイオ50%:A重油50%]→[A重油100%]

(3)-1 陸上試験結果（舶⽤特性）●バイオ混合燃料⽐率を変更した際の機関性能の変化率
・燃料消費率100%負荷:-1.9〜-0.6%
75%負荷:-1.4〜+0.9%
・NOx排出率
NOx E3値:-11.7〜-3.8%・排気ガス温度、筒内最⾼圧、給気圧等
有意な差はない(3)-2 陸上試験結果（陸⽤特性）●バイオ混合燃料⽐率を変更した際の機関性能の変化率
・燃料消費率
75%負荷:+0.7〜+0.9%
・NOx排出率NOxE2値:-13.1〜-6.7%・排気ガス温度、筒内最⾼圧、給気圧等
有意な差はない(4) 陸上試験後の各部の状況調査
1) 燃焼室（ピストン、ピストンリング、シリンダライナ、シリンダカバー燃焼⾯）
2) 噴射系統（燃料ポンプ、燃料弁、ノズルチップ）

各部状況調査の結果異常なし

3) 燃料系統（燃料主管、枝管、パッキン、Oリング）
4) 排気系統（排気弁、シリンダカバー排気通路、過給機）

1) 燃焼室（ピストン）

試験前

試験後

(5) 試験結果の⽐較・検証● 燃料消費率
機関負荷率100%では、バイオ混合燃料⽐率の増加に⽐例して低減傾向であった
その他の機関負荷率については増⼤と低減がみられた● NOx排出率
バイオ混合燃料⽐率の増加に⽐例して低減した● 排気ガス温度、給気圧⼒有意な差はなかった● 陸上試験後の各部の状況調査
いずれの部品にも異常は⾒られなかった● 陸上試験において始動性、振動、発熱等の運転安定性に問題は発⽣しなかった●燃料消費率の変化率（バイオ混合燃料⽐率0%⽐）
舶⽤特性

陸⽤特性

機関負荷率50%-2.1〜+0.9%-0.3〜+2.7%

機関負荷率75%-1.4〜+0.9%+0.7〜2.1%

機関負荷率100%-1.9〜-0.6%●NOx排出率の変化率（バイオ混合燃料⽐率0%⽐）

NOx E3値 or E2値

舶⽤特性

陸⽤特性

-11.7〜-3.8%-13.1〜-6.7%

Ⅲ. バイオディーゼル燃料の活⽤可能性の検討結果・まとめ
NMRIによる混合安定性・動粘度・浸漬・定容燃焼試験の結果、スラッジ発⽣等の不具合は⽣じにくく、ゴム材料への影
響もA重油未満であり、着⽕・燃焼においても問題は⾒られなかった。ただし、軽油には洗浄効果があるため、すでに蓄積されているスラッジによる配管やフィルタの詰まりには注意が必要である。また使⽤中燃料と動粘度差がある場合は、エンジントラブル（燃料噴射ポンプのプランジャの摩耗、焼付等）の要因となる場合があるため注意が必要である。
陸上試験において、始動性・振動・発熱等の運転安定性に問題は発⽣しなかった。機関性能変化としてバイオ混合燃料⽐率の増加に⽐例して、NOx排出率の低減が確認された。また、運転後に機関分解し燃焼室等の状況を確認したが異常は確認されなかった。
以上より、A重油炊きディーゼルエンジンにおけるバイオ混合燃料の使⽤は問題ないと⾔える。ただし既出の通り、すでに蓄積されているスラッジおよび動粘度には注意が必要である。⼀例として、当社の動粘度基準を⽰す。

●動粘度基準A重油

バイオ混合燃料

燃料油動粘度基準

当社基準
機関⼊⼝で2[cSt]以上確保のこと

燃料油使⽤可能温度

72℃以下

60℃以下
※NMRI報告の動粘度計測結果より