[P4.1.1] 自動車燃料の多様化と高効率利用に関する研究開発 ( 将来燃料高度利用技術グループ ) 千葉第 503 研究室砂田考一高橋剛津村雅洋山口三夫渡辺尚石垣正夫中村修戸所仁関本正則岡本憲一脇田光明廣瀬敏之服部尚弥毛塚泰治郎中村直樹青木隆二内山成幸昼間博之

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よしおつねざき
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1 [P4.1.1] 自動車燃料の多様化と高効率利用に関する研究開発 ( 将来燃料高度利用技術グループ ) 千葉第 53 研究室砂田考一高橋剛津村雅洋山口三夫渡辺尚石垣正夫中村修戸所仁関本正則岡本憲一脇田光明廣瀬敏之服部尚弥毛塚泰治郎中村直樹青木隆二内山成幸昼間博之大山信雄今井昇一櫻井嘉人齊藤智仁佐藤考高山佳嗣高田一美船木良一本間嘉幸小泉信二真坂博明萩原宏 1. 研究開発の目的近年エネルギーセキュリティーと CO 2 削減の観点から GTL 等の合成燃料バイオマス燃料オイルサンド等の石油以外の資源から得られる在来型石油以外の燃料利用の必要性が高まっている GTL 等の合成軽油は現状の軽油と比較して低硫黄低芳香族高セタン価でありオイルサンド等から製造される軽油留分は低セタン価高環状組成物 ( 多環ナフテンアロマ等 ) という特徴を有することから最新排出ガス規制対応のディーゼル車両エンジンの排出ガス性能や実用性能に影響を及ぼすことが考えられる一方エネルギーの高効率利用と CO 2 削減の一環としてわが国ではポスト新長期規制に適合した超クリーンディーゼル車の市場導入が開始されている本研究開発は合成燃料やオイルサンドなどの在来型石油以外の燃料についてディーゼル車両エンジンへの影響を把握すること及び燃費に優れたディーゼル乗用車のポテンシャルを評価することにより自動車燃料の多様化と自動車からの CO 2 削減に貢献することを目的としているなお本報告は JATOP(Japan Auto-Oil Program) において先行研究企画 WG および先行研究 WG の下で進めたものである 2. 研究開発の内容 2.1 在来型石油以外の燃料利用を想定したディーゼル燃料品質研究排出ガス燃費への燃料品質影響検討在来型石油以外の軽油留分を想定した高アロマ高多環ナフテン含有の低セタン価燃料や GTL 混合燃料などのモデル燃料を設計し新短期および新長期規制適合の小型トラック及びポスト新長期規制適合の乗用車を用いて排出ガス ( 後処理装置アウト ) 燃費への燃料品質の影響に関して検討を実施した燃料の環状構造の違いがエンジンアウトの排出ガスへ及ぼす影響検討環状組成物の構造の違いによる PM 排出量等への影響度を明確にするためパラフィン 1% 基材にアロマとナフテンの各種環状組成物を混合させたモデル燃料を設計し JE5 モード試験を実施してステップワイズ重回帰分析による統計解析を実施した米国市場軽油とモデル燃料との性能比較検討実際に米国市場で流通している低セタン価高環状組成物の軽油を入手し排出ガス燃費を評価しモデル燃料の試験結果との比較を実施した実用性能への燃料品質影響検討 -31-

2 3. 研究開発の結果 3.1 在来型石油以外の燃料利用を想定したディーゼル燃料品質研究排出ガス燃費への燃料品質影響検討 (1) 評価車両評価した車両の諸元を表表試験車両主要諸元に示した車両 NA は後処理装置とし車両記号車両 NA 車両 KB 車両 OA て DOC( 酸化触媒 ) を搭載し新短期ポスト新長適合排出ガス規制新短期新長期期規制に適合した小型トラックである車排気量 (L) 両 KB は後処理装置として DOC NSR 燃料供給方式 CRS,DI CRS,DI CRS,DI (NOx 吸蔵還元触媒 ) DPF( ティーセルトランスミッション 5MT 5MT MT 吸入空気方式 NA TC TC ハティキュレートフィルター ) を搭載し新長期出力 (kw/rpm) 9/31 11/3 127/375 規制に適合した小型トラックである車トルク (Nm/rpm) 333/15 392/1 3/2 両 OA は後処理装置として TWC(3 元触媒 ) NSR DPF を搭載しポスト新長期規制に適合した乗用車である (2) 試験燃料後処理装置 DOC DOC+NSR+ TWC+NSR+ DPF DPF セタン価及び組成の影響を確認することを試験のコンセプトとしてモデル燃料を調製した組成としてはアロマや多環ナフテンといった環状組成物に着目した主要性状を表に示したまたを図に各モデル燃料のセタン価と環状組成物の関係を示したセタン価はを目標として調製した尚 PM 排出量に影響を及ぼすと考えられる T9 については何れの燃料も市場での JIS2 号軽油相当とし硫黄分は全て 1massppm 以下とした ( イ ) セタン価 35 燃料の調製オイルサンド等の在来型石油以外の燃料を想定しアロマや多環ナフテンの多い低セタン価高環状組成物の燃料を調製した市販の JIS2 号軽油の燃料にアロマとしてテトラヒドロナフタレン( ナフテノベンゼン ) をナフテンとして2 環のデカヒドロナフタレンを混合したセタン価 () が 35 でアロマ (A) とナフテン (N) を混合したという意味でと呼ぶ最近の排出ガス規制年度後処理技術の異なる車両を用いてセタン価組成が最新車両の低温始動性等の実用性能に及ぼす影響を検討したエンジン制御との組み合わせによる排出ガス燃費への燃料品質影響検討 ECU 制御装置を用いて EGR 率や噴射時期を同じにすることで燃料性状が排出ガス燃費に与える影響を評価した更に EGR 率や噴射時期を変化させることでエンジン制御が排出ガス燃費に与える影響を検討した 2.2 ディーゼル車のポテンシャル評価ポスト新長期規制適合乗用車の燃費排出ガスのポテンシャルに関する検討ポスト新長期排出ガス規制対応のディーゼル乗用車と同クラスの新長期規制適合ガソリン車との燃費及び CO 2 排出量の比較を実施した -32-

3 表モデル燃料の性状項目 CN45ANBS CN45ANGT (+CI) (+) (+GTL) (paraffin) (paraffin) セタン価 n,i-パラフィンナフテン環組成 2 環 (vol%) アロマ環環 ( アロマ+ 多環ナフテン ) H/C(mol/mol) 硫黄分 (mass ppm) <3 <1 <3 <3 <3 <1 (g/cm 3 ) (mm 2 /s) 真発熱量 (J/g) 43,3 42,1 42, 42,1 42,79 43,39 43,35 43,39 43,49 (J/cm 3 ) 35,5 3,7 3,71 3,155 3,25 3,452 34, 34,452 34,1 留出温 T 度 T ( ) T ( ロ ) セタン価 45 燃料の調製セタン価が 45 で組成が異なる燃料を調製したにセタ 5 ン価向上剤 (CI 2エチルヘキシルナイトレート ) (BS) (GT) を混合してセタン価が CN45ANBS CN45ANGT 3 セタン価 45 JIS 規格下限の 45 程度になるように 2 調製した燃料がそれぞれ 1 セタン価 5 CN45ANBS パラフィン 1% CN45ANGT である在来型石油以外の軽油で低アロマ高ナフテンのものを想定しにデカヒドロナフタレンを混合セタン価図セタン価と環状組成物の関係してセタン価を 45 程度に調製した燃料がであるにイソパラフィン溶剤 (PF) を混合してセタン価 45 となるように調製した燃料がである ( ハ ) セタン価 5 燃料の調製にイソパラフィン溶剤を混合してセタン価 5 となるように調製した燃料がであるまた基準としてを用いた (3) 排出ガス燃費に対する運転条件燃料品質の影響車両 OA についてリアルワールドを想定した各種過渡運転モード ( 東京都 No.1 JCC/H NEDC US-HWY) で評価を行った排出ガス測定結果 ( 後処理装置アウト ) を図に示した ( 車両 NA 及び KB については昨年度に報告済み ) アロマ + 多環ナフテン (vol%) -33-

4 PM ( g/km) PM CO (g/km) 遅い平均車速度速い CO Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY NOx (g/km) NOx THC (g/km) THC Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY CO2 ( g/km) CO 2 Fuel Economy km/mj Fuel Economy Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY Tokyo 1 JCC JCH NEDC HWY 図各モード運転での排出ガス燃費 ( 車両 OA) ( イ ) 燃料影響本車両は後処理装置として TWC NSR DPF を装着しており NOx PM を含めた各規制排出ガスの排出量自体が低く抑えられていた但し CO 排出量についてはコールドスタートモード (JCC,NEDC) 時に燃料影響が見られセタン価の低下に伴い排出量の増加傾向が見られたまた同一セタン価では環状組成物の増加に伴い排出量の増加傾向が見られた THC 排出量についても同様にコールドスタートモードではセタン価の影響が見られたまたセタン価が JIS 規格を外れるでは大幅な増加が確認された NOx 排出量については明確な燃料間の差は認められなかった PM 排出量については燃料影響の評価が出来ないほど排出量が少なかった CO 2 排出量は H/C 比の高いパラフィン燃料で排出量が少なくなる傾向を示した熱量ベースの燃費についてはコールドスタートモード (JCC,NEDC) 時にで悪化しているがセタン価が 45 以上では燃料影響は小さかった ( ロ ) 走行モードの影響 CO 排出量についてはコールドスタートモード (JCC NEDC) で増加しているまた車両 NA KB の場合はモード平均車速の低下に伴い排出量が増加する傾向が見られたが車両 -34-

5 OA では異なる傾向を示し中速モード (JCC/H NEDC) で排出量が増加し低速モード (Tokyo 1) 高速モード(US-HWY) で排出量が減少する傾向が見られた THC についても同様であるそのため車両 OA についてはエンジン制御面から下記のとおり解析を行った排出ガス連続データや制御データから通常運転では CO,THC の排出量は少ないがリッチスパイク制御時に排出量が増加することが分かったリッチスパイク制御が行われるのは中速モード (JCC/H NEDC) でありアイドリング低速モード (Tokyo1 モード ) 高速モード (US-HWY モード ) では行われていないので中速モードで CO,THC 排出量が増加し低速モード高速モードで排出量が減少するのはリッチスパイク制御と関係していることが分かったまた JCC では JCH よりも多くの CO,THC が排出されている JCC では触媒が冷えた状態のコールドスタートでありリッチスパイクの回数は JCCの方が少ないのでリッチスパイクに起因する CO,THC は少ないしかし始動直後は 3 元触媒や触媒 DPF 等の酸化機能が低下しているためにトータルで CO,THC の排出量が増加したものと考えられる NOx についてはコールドスタートモードの JCC 及び NEDC での排出量が高い傾向を示している始動直後の NOx 触媒の機能低下と EGR バルブ制御が Hot と Cold で異なっていることから両方の理由によるものと考えられるモード平均車速の低下に伴い燃費は悪化したまた JC モードでは Cold の方が Hot よりも燃費が悪化した燃料の環状構造の違いがエンジンアウトの排出ガスへ及ぼす影響検討 (1) 評価エンジン表エンジン諸元エンジン諸元を表に示す後処理エンジン記号エンジンAB 装置として DOC DPF を搭載し新長期規制に適合排出ガス規制新長期排気量 L 3 適合した小型トラック用のエンジンである燃料供給システムコモンレール (2) 試験燃料変速機 MT 組成データを図に示す 1 環ナフテンエンジンタイプ 4Cly., DI, TC 最大出力 kw/rpm 115/2 2 環ナフテンアルキルベンゼンナフテノベンゼ最大トルク Nm/rpm 375/1 ンの 4 種類の環状組成物に着目した統計解析上後処理装置 DOC+DPF それぞれの環状組成物が独セタン価 45 系列立変数になるようにこれら 4 n,i- パラフィン 1 環ナフテン 2 環ナフテンアルキルヘンセンナフテノヘンセン種類の試薬または溶剤をパ 1% ラフィン基材に混合させるこ % とにより調製しパラフィン % 1% の燃料を含め計 5 種 1 % 3 75 類のセタン価 45 のモデル燃 2% 料を調製した % 各環状組成物のパラフィ CN45_P CN45_1N CN45_2N CN45_AB CN45_NB ン基材への混合割合は各図試験燃料マトリクス燃料のセタン価が 45 程度になるようにしたために同じではないまた蒸留についてはマトリクス燃料間で T9 が極力同等になるように蒸留性状の異なるパラフィン基材を用いて調製した構成比 (vol %) -35-

6 更にこれら 5 種類のモデル燃料にセタン価向上剤を混合しセタン価 55 系列の燃料も調製してセタン価も変数となるようにした (3) 試験結果 ( エンジンアウト PM 排出量 ) PM 排出量をセタン価と各燃料組成で回帰させると以下の式で表されセタン価と1 環ナフテンが除外された PM(g/kWh)= NB(vol%)+.2 AB(vol%)+.19 2N(vol%) ( 調整済み R2 乗 :.91) つまり本エンジンに対しては1 環ナフテンはパラフィンと影響度が同じであることを表している本エンジンのエンジンアウト PM に及ぼす影響はナフテノベンゼン (NB) を基準とするとアルキルベンゼン (AB) は約. 倍 2 環ナフテン (2N) は約.4 倍 1 環ナフテン (1N) は倍 ( 影響なし ) と整理でき各環状組成物の影響度を把握することができた組成の代わりに密度 H/C でそれぞれ回帰させた結果を以下に示したどちらの R2 乗も高いことから組成の代わりに密度 H/C でも PM 排出量を推測できることがわかった PM(g/kWh)= d(g/cm3) ( 調整済み R2 乗 :.31) PM(g/kWh)= (H/C) ( 調整済み R2 乗 :.24) モデル燃料と米国市場軽油との性能比較検討 (1) 評価エンジン表のエンジンを使用した (2) 試験燃料米国で市販されておりセタン価環状組成物割合が異なる 2 種類の軽油を調達した詳細性状を表に示す比較として燃料の性状も記した図にモデル燃料及び米国軽油のセタン価と組成の関係を示す米国 CHICAGO 軽油はとの中間に位置する低セタン価高環状組成物の軽油である一方米国 LA 軽油はと CN45ANBS の中間に位置するなお何れの米国軽油もやモデル燃料と比較すると蒸留表米国軽油の主要性状性状が軽質であるまた CHICAGO 軽油は多環アロマ CHICAGO LA が多いという特徴を有する Cetane number n,i-paraffins Naphthenes Mono Components Di (vol%) Aromatics Mono Di Aromatics Di -Naphthenes H/C(mol/mol) Sulfur (mass ppm) Density (@15 g/cm3) Viscosity mm2/s) Lower Heating value(j/g) Lower Heating value(j/cm3) IBP Distillation 1vol% ( ) 5vol% vol% EP アロマ + 多環ナフテン (vol%) CHICAGO CN45ANBS LA セタン価図セタン価と環状組成物 -3-

7 モデル燃料 PM(g/kWh) NOx(g/kWh) NMHC(g/kWh) CO(g/kWh) CN45ANBS PM(g/kWh) NOx(g/kWh) NMHC(g/kWh) CO(g/kWh) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) 図米国市場軽油とモデル燃料との排出ガス性能比較 (JE5 モードエンジンアウト ) CN45ANGT (3)JE5 モードでの試験結果 JE5 モードでのエンジンアウトの排出ガス試験結果についてモデル燃料の試験結果との比較を図に示す ( イ )PM モデル燃料の結果では組成の影響を受け環状組成物割合の増加に伴い排出量は増加する傾向を示し今回の米国 2 燃料でも同様の傾向を示している尚図に示すように環状組成物割合との関係では米国軽油はモデル燃料と比較すると PM 排出量が若干少ない傾向を示しているが前述したとおり米国 2 燃料の蒸留性状がモデル燃料と比較して軽質であることが影響したと考えられる ( ロ )NOx モデル燃料の結果では明確なセタン価及び組成の影響は認められず今回の米国 2 燃料でも同様であることが分かった -37-

8 ( ハ )CO NMHC 本エンジンではセタン価が支配的因子であり米国軽油はモデル燃料の傾向線上に乗る即ちセタン価 41 の CHICAGO はと CN45 系列の中間に位置しセタン価 51 の LA は CN45 系列と CN5 系列の間に位置している以上のことからセタン価環状組成物の変化に対する排出ガスの挙動についてモデル燃料と米国軽油は同様の傾向を示しセタン価環状組成物割合が同等であれば排出ガス値もほぼ同等であることが推定された実用性能への燃料品質影響検討 (1) 評価車両車両諸元を表に 1. 車両 OA 1. 車両 KB.... 示す (2) 試験燃料性状を表に示す 2 2 (3) 評価項目 ( イ ) 始動性試験 1 5 試験室温度及びにおいて以下の 3 項目について評価したエンジンの始動時車両 OA 車両 KB 間 ( 回転数バッテリー電圧 ) 図実用性能試験結果 ( ) 2 始動時の白煙 1. (Opacity 最大値 ) 車両 OA 2 1. 車両 KB THC 濃度 (-3s の最大値 -5s の平均値 ) ( ロ ) 運転性試験 2 2 エンジン暖機後 ( エンジン油温が安定後 ) 試験室温度及びにおいて加速性能 (~ 4 4 km/h までの加速時間 ) を評価した白煙 THC 車両 OA 車両 KB も併せて評価した (4) 実用性能図実用性能試験結果 (2 ) での結果を図に示すエンジン始動時間と加速性に関しては車両 KB も車両 OA も燃料性状の影響は見られず何れもほぼ同等であった一方始動時白煙 (Opacity) と THC については燃料性状の Time of Engine Start (s) Opacity (%) THC (ppm) Acceleration time from km/h tokm/h (s) Time of Engine Start (s) Opacity (%) THC (ppm) Acceleration time from km/h tokm/h (s) Time of Engine Start (s) Opacity (%) THC (ppm) Acceleration time from km/h tokm/h (s) Time of Engine Start (s) Opacity (%) THC (ppm) Acceleration time from km/h tokm/h (s) -3-

9 影響が見られたセタン価が低くなるほど白煙濃度 THC は増加する傾向が見られたがセタン価の低下に伴い着火性が悪化したためと考えられる 2 での結果を図に示すエンジン始動時間と加速性に関してはの場合と同様に車両 KB も車両 OA も燃料性状の影響は見られなかったまたで燃料性状の差が見られた始動時白煙に関しては何れもほとんど排出されておらず差がなかったしかし THC についてと同様にセタン価が低くなるほど増加するという燃料性状の影響が見られたエンジン制御との組み合わせによる排出ガス燃費への燃料品質影響検討 (1) 評価エンジンエンジンの諸元を表に示す (2) 試験燃料性状を表に示す (3) 結果 ( イ )Step 1: 制御条件を固定した場合の燃料品質影響標準装備の ECU では燃料性状によって EGR 率や噴射パターンが変化することがあるそこでこれらの制御パターンを同一に設定して燃料物性と燃料組成の影響を評価した JE5 モードでの回転数トルクマップから運転頻度が高い条件で行った ( 表 ) またエンジン制御条件を表に示す 1rpm/1N m( 低回転低負荷 ) で行った排出ガス着火遅れの結果を図及び図に示すセタン価の低下に伴いパイロットの着火遅れは増大しているがメインの着火遅れはほとんど変化が見られないこれは 2 段噴射によりメインの着火遅れが抑制され急激な熱発生率の上昇が抑えられたことから NOx 生成も抑制されたと考えられるまたこれまでと同様に環状組成物が PM に影響を与えることを確認した表回転数 / 負荷 3 - トルク (N m) 回転数 (rpm) 1 22 表エンジン制御条件吸気 O2 濃度ハイロット噴射メイン噴射過給圧力 /EGR 率時期時期 1.5%/ 約 23% -7.2 CA 5 CA 14~17kPa PM(g/kWh) 環状組成物の影響 NOx(g/kWh) メイン着火遅れの抑制なお 22rpm/1N m( 高回転低負荷 ) ではセタン価低下に伴いパイロット噴射とメイン噴射の着火遅れが増大した ( 図 ) また高負荷では燃料影響は見られなかった ( ロ )Step 2: 制御条件を変化させた場合の燃料品質影響 ( その 1) 各種燃料を用いて EGR 率燃料噴射時期を変化させ制御パラメータの排出ガス燃費ハイロット着火遅れ (deg) メイン着火遅れ (deg) 図燃料影響 (1rpm/1N m) 図燃料影響 (1rpm/1N m) -39-

10 への影響を把握した Step 1 で燃料性状の影響が最も顕著であった 22rpm/1N m( 高回転低負荷 ) で行った結果を図に示す NOx については燃料性状の影響は小さくエンジン制御因子の影響が大きいことが分かった一方 Smoke は EGR 率を上げるほど ( 吸気酸素濃度を下げるほど ) 燃料性状( セタン価 ) の影響が大きくなることが分かったまたメイン噴射時期を遅角させた場合も同様であった ( ハ )Step 2: 制御条件を変化させた場合の燃料品質影響 ( その 2) EGR 率噴射時期噴射 ( エンジンアウト ) Smoke (.1%) NOx (ppm) PM(g/kWh) メインも着火遅れ NOx(g/kWh) 5 EGR 率の影響燃料によらず 3 O2 濃度で整理 2 ( 燃料差小 ) 1 (45) EGR3% (5) EGR 率増加に () より燃料間の差が拡大 2 EGR% EGR 増 EGR 減吸気 O2 濃度 % 圧過給圧を変数とした排出ガス燃費試験を行い重回帰分析により各燃料毎に制御パラメーターが排出ガス燃費に与える影響を評価した燃料影響が出やすい低負荷で行った (1rpm/1N m 及び 22rpm/1N m) 1rpm/1N m でのオリジナルの制御条件を下記するコモンレール圧力 =MPa 吸気圧 =1kPa 吸気酸素濃度 =1.4% パイロット噴射時期 =-.7 degatdc メイン噴射時期 =3.7degATDC 表に示す制御マトリックスで排出ガス燃費に与える影響をステップワイズ多重回帰分析により評価した噴射時期の試験条件を下記するオリジナル条件メイン噴射及びパイロット噴射:5deg 進角メイン噴射及びパイロット噴射:5deg 遅角パイロット噴射のみ:5deg 進角パイロット噴射のみ:4deg 遅角メイン噴射のみ:5deg 進角メイン噴射のみ:4deg 遅角これらの噴射時期 7 条件のそれぞれに対してコモンレール圧吸気圧吸気酸素濃度の中で一つの条件のみを下記のように変化させた (1rpm/1N m) コモンレール圧:MPa( オリジナル ) or 1MPa 吸気圧:1kPa( オリジナル ) 1 or 19kPa 吸気酸素濃度:1.4%( オリジナル ) 17.7 or 19.% ハイロット着火遅れ (deg) メイン着火遅れ (deg) 図燃料影響 (22rpm/1N m) ( エンジンアウト ) Smoke (.1%) NOx (ppm) メイン噴射時期の影響 12 1 燃料によらず噴射時期で整理 ( 燃料差小 ) 2 (45) (5) () ある程度遅角すると減少 (GTL ) 2 進角遅角メイン噴射時期 deg 図制御パラメーターの影響 -31-

11 つまりエンジン制御条件は 7 条件であり合計 49 条件で試験を行った表制御マトリックス噴射時期 1rpm/1N m ハイロットメイン Base -5deg +5deg -5deg +4deg -4deg +5deg Base ( オリシナル条件 ) エ MPa ンコモンレール圧 1MPa Base のエンジン制御条件からジン 1kPa 吸気圧何れか一つの条件を変更制 19kPa 17.7% ( 例 ) コモンレール圧 : or 1MPa 御吸気酸素濃度 19.% 表に NOx に与える燃料毎のエンジン制御因子の影響を示したメイン噴射時期と吸気酸素濃度の影響が大きいが回転数毎の各燃料の定数に大きな差はないことが分かるつまり燃料性状の影響は小さくエンジン制御因子の影響が大きい結果が得られた表制御パラメーターが NOx に与える影響モデル燃料係数 ( 説明変数 ) 環状組成目的変数噴射時期 Pilot 噴射時期 Main コモンレール圧吸気圧吸気酸素濃度定数項 R^2 セタン価物 (vol%) (degatdc) (degatdc) (MPa) (kpa) (%) rpm/1Nm CN45ANGT NOx(g/kWh) rpm/1Nm CN45ANGT 45 NOx(g/kWh) 表に Smoke に与える燃料毎のエンジン制御因子の影響を示した吸気酸素濃度の影響があり全体的にメイン噴射時期の影響もあるここで NOx と比較するとメイン噴射時期と吸気酸素濃度の係数の正負が逆であることから NOx と Smoke はトレードオフの関係であることが分かるまた 1rpm ではコモンレール圧の影響もあるが NOx はコモンレール圧の影響が小さいのでコモンレール圧を上げることで NOx を増加することなく Smoke を低減できる可能性があるまたセタン価 45 の燃料間で比較すると環状組成物の影響が大きいことが分かる表制御パラメーターが Smoke に与える影響モデル燃料係数 ( 説明変数 ) 環状組成目的変数噴射時期 Pilot 噴射時期 Main コモンレール圧吸気圧吸気酸素濃度定数項 R^2 セタン価物 (vol%) (degatdc) (degatdc) (MPa) (kpa) (%) rpm/1Nm CN45ANGT Smoke(BSU) rpm/1Nm CN45ANGT Smoke(BSU)

12 3.2 ディーゼル車のポテンシャル評価ポスト新長期規制適合乗用車の燃費排出ガスのポテンシャルに関する検討 (1) 評価車両表車両諸元車両諸元を表に示すポスト新長期規制適合車両記号 D-4 G-4 燃料軽油ガソリン (R) ディーゼル乗用車として D-4 を選定した過給インターク適合排出ガス規制ポスト新長期新長期 (5% ーラターボ搭載の直噴エンジンでありコモンレールとピエゾインジェクタによる高圧燃料噴射大容量クールド低減レベル ) シリンダー数 L 型 4 気筒 L 型 4 気筒排気量 cc EGR DOHC 等の要素技術を備えるまた後処理装置とし出力 kw/rpm 127/ / トルク Nm/rpm 3/2 23/4 て三元触媒 DPF NOx 触媒を装備する燃料供給方式コモンレール PFI 一方比較とするガソリン乗用車として D-4 と同一車種過給器ありなしであり出力が同等である G-4 を選定した圧縮比 (2) 試験燃料変速機 MT CVT 車両重量 kg 軽油は JIS 2 号軽油ガソリンは市販レギュラーガソリンを用いた軽油性状を表にガソ後処理装置 LNT+DPF 3WC 表軽油性状表ガソリン性状リン性状を表に示した密度 (g/cm ).22 密度 (g/cm ).741 IBP 173. (3) 試験モード IBP 3.5 T 蒸留性状 T T5 24. 蒸留性状定速走行は 2 km/h から 12 km/h ( ) T T ( ) EP 359. T9 1.5 まで 2km/h 刻みで試験を行った動粘度 (mm 2 /s@3 ) 3.91 EP 12. セタン価過渡モードでは日本の認証モードで 54.2 RON 9.5 オクタン価セタン指数 5.9 MON 2. 硫黄分 (mass ppm) ある JC モードに加え加減速や平均 5 硫黄分 (mass ppm) <1 飽和分 1.9 元素分析炭素分 7.2 オレフィン分. 速度が異なるモードで確認するために東 HPLC (mass %) 水素分 12. (vol%) 1 環アロマ分環アロマ分.9 京都 No JC 11 NEDC 3 環アロマ分. 炭素分.2 US-HWY の各モードで実施した元素分析 (mass %) 水素分 13. 酸素分 <.1 (4) 結果ディーゼル乗用車 (D-4) のガソリン乗用車 (G-4) に対する CO 2 低減効果を図に示す特に低中速域で CO 2 低減効果が大きいことから低中速域の頻度の多い日本の道路交通事情を踏まえるとディーゼルシフトは CO 2 低減に有効といえる G 車に対する D 車の CO2 低減割合 ( 過渡運転 )% モード平均車速 km/h G 車に対する D 車の CO2 低減割合 ( 一定速 )% 図 CO2 低減効果車速 km/h -312-

13 4. まとめ 4.1 在来型石油以外の燃料利用を想定したディーゼル燃料品質研究排出ガス燃費への燃料品質影響検討ポスト新長期規制適合車両 OA ではセタン価組成が排出ガス燃費に与える影響は小さく特にセタン価が JIS 規格の範囲 (45 以上 ) では排出ガス燃費に大きな差は認められないことが分かった但しコールドスタート時の CO THC に対してはポスト新長期の車両でも燃料影響が確認されセタン価の低下環状組成物の増加に伴い増加する傾向を把握した燃料の環状構造の違いがエンジンアウトの排出ガスへ及ぼす影響検討本エンジンのエンジンアウト PM に及ぼす影響はナフテノベンゼンを基準とするとアルキルベンゼンは約. 倍 2 環ナフテンは約.4 倍 1 環ナフテンはパラフィンと同様に倍 ( 影響なし ) と整理されたモデル燃料と米国市場軽油との性能比較検討米国軽油でもセタン価環状組成物の変化に対する排出ガスの挙動はモデル燃料と同様の傾向を示した但し米国軽油はモデル燃料と比較して蒸留性状が軽質であること多環アロマが多いことから PM 排出量に関しては蒸留性状の軽質化による低減効果と多環アロマ含有による増加効果が相殺されている可能性が示唆された実用性能への燃料品質影響検討新長期適合車ポスト新長期適合車では THC 低温始動時の白煙に対して燃料品質の影響があることがわかった始動性加速性に対しては燃料影響が小さいことがわかったエンジン制御との組み合わせによる排出ガス燃費への燃料品質影響検討 (1) 低負荷運転時において低 EGR 率であれば Smoke に与えるセタン価の影響が見られないが EGR 率を上げるとその影響が広がる傾向が見られたまたメイン噴射時期を遅角させた場合も同様であったこのように燃料性状が排出ガスに与える影響は一律ではなく制御条件の影響も受けることが分かった (2)EGR 噴射時期噴射圧過給圧を変数とした排出ガス燃費試験を行い重回帰分析により燃料毎のエンジンアウト排出ガスを制御パラメータで解析した結果燃料毎に制御を最適化することで排出ガスの低減燃費の向上が出来る可能性を見出した 4.2 ディーゼル車のポテンシャル評価ポスト新長期規制適合乗用車の燃費排出ガスのポテンシャルに関する検討 (1) ディーゼル乗用車は同等出力のガソリン乗用車と比較して走行パターンによらず CO 2 低減を達成しており特に市街地走行のような低中速域で大幅に燃費が優れ CO 2 低減に対する優れた効果が確認された (2) ポスト新長期規制適合ディーゼル乗用車は新長期規制適合のガソリン車並の排出ガスレベルを実現しながら依然として CO 2 低減に有効であることを把握した -313-

新世代環境改善ディーゼル燃料技術に関する研究開発

22 M4.1.2 [M.4.1.2] 新世代環境改善ディーゼル燃料技術に関する研究開発 1. 研究開発の目的 12 1 12 11 27 25 DPF NOx 24 5ppm 2. 研究開発の内容 DPF Euro DPF DPF DPF T9 DPF PM DPF DPF DPF PM PM 3. 研究開発の結果 3. 3.1.1 DPF DPF Euro 12 5 DPF DPF 3.11 3.11