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[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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[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、 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 CO2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 CO2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 CO2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 2.1.1 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。 2.1.2 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 100%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、JE05 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。 2.1.3 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。 2.1.4 実用性能への燃料品質影響検討

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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。 2.1.5 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 2.2.1 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 CO2排出量の比較を実施した。

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 3.1.1 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 3.1.1-1 に示した。車両 NA は後処理装置とし て DOC(酸化触媒)を搭載し、新短期 規制に適合した小型トラックである。車 両 KB は後処理装置として DOC、NSR (NOx 吸蔵還元触媒)、DPF(ディーゼル パティキュレートフィルター)を搭載し、新長期 規制に適合した小型トラックである。車 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 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 3.1.1-2 に示 した。またを図 3.1.1-1 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 35、 45、58、80 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 T90 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 10massppm 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「BASE」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(Cetane Number)が 35 で、 アロマ(A)とナフテン(N)を混合したという意味で「CN35AN」と呼ぶ。 車両記号 車両NA 車両KB 車両OA 適合排出ガス規制 新短期 新長期 ポスト新長 期 排気量 (L) 4.8 4 2

燃料供給方式 CRS,DI CRS,DI CRS,DI

トランスミッション 5MT 5MT 6MT 吸入空気方式 NA TC TC 出力(kw/rpm) 96/3100 110/3000 127/3750 トルク(Nm/rpm) 333/1500 392/1600 360/2000 後処理装置 DOC DOC+NSR+ DPF TWC+NSR+ DPF 表 3.1.1-1 試験車両主要諸元

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表 3.1.1-2 モデル燃料の性状 CN45ANGT CN58PF (CN35AN+GTL) (paraffin) 57.3 35.7 44.1 45.1 44.0 45.2 45.5 57.2 78.9 n,i-パラフィン 56.0 46.3 46.3 50.2 57.1 53.5 100.0 100.0 100.0 ナフテン 26.9 25.7 25.7 26.2 20.6 38.4 0.0 0.0 0.0 1環 10.2 3.7 3.7 6.3 3.0 5.1 0.0 0.0 0.0 2環+ 16.7 22.0 22.0 19.9 17.6 33.3 0.0 0.0 0.0 アロマ 17.1 28.0 28.0 23.6 22.3 8.1 0.0 0.0 0.0 1環 16.1 27.7 27.7 23.1 23.1 7.6 0.0 0.0 0.0 2環+ 1.0 0.3 0.3 0.6 0.3 0.5 0.0 0.0 0.0 (アロマ+多環ナフテン) 33.8 50.0 50.0 43.5 39.9 41.4 0.0 0.0 0.0 H/C(mol/mol) 1.91 1.77 1.77 1.83 1.83 1.92 2.10 2.1 2.12 4 1 2 <3 <1 <3 <3 <3 <1 0.8270 0.8629 0.8634 0.8485 0.8473 0.8401 0.7983 0.7940 0.7850 3.990 3.544 3.524 3.700 3.662 3.514 5.988 5.307 4.431 (J/g) 43,030 42,610 42,600 42,610 42,790 43,390 43,350 43,390 43,490 (J/cm3 35,586 36,768 36,781 36,155 36,256 36,452 34,606 34,452 34,140 T10 217.0 201.0 199.5 203.0 203.5 199.0 223.0 232.5 243.5 T50 290.5 247.5 246.5 271.0 263.0 274.5 293.0 294.0 295.5 T90 346.0 332.0 333.5 338.5 336.5 338.0 336.5 340.5 341.5 動粘度 @ 30℃ (mm2/s) 真発熱量 留出温 度 (℃) 項 目 セタン価 組成 (vol%) 硫黄分 (mass ppm) 密度 @15℃(g/cm3 CN45N (paraffin)CN45PF GTL100

BASE CN35AN (CN35AN+CI)CN45ANCI CN45ANBS (CN35AN+BASE) (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。「CN35AN」にセタ ン価向上剤(CI、2エチルヘキシル ナ イ ト レ ー ト ) 、 BASE(BS) 、 GTL100(GT)を混合してセタン価が JIS 規格下限の 45 程度になるように 調 製 し た 燃 料 が そ れ ぞ れ 「 CN45ANCI 」 、 「 CN45ANBS 」 、 「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、 BASE にデカヒドロナフタレンを混合 してセタン価を 45 程度に調製した燃料が「CN45N」である。「GTL100」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「CN45PF」である。 (ハ)セタン価 58 燃料の調製 「GTL100」にイソパラフィン溶剤を混合してセタン価 58 となるように調製した燃料が 「CN58PF」である。また、基準として「BASE」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、JC08C/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 3.1.1-2 に示した (車両 NA 及び KB については昨年度に報告済み)。 図 3.1.1-1 セタン価と環状組成物の関係 0 10 20 30 40 50 60 30 45 60 75 90 セタン価 アロ マ+ 多 環 ナ フ テ ン (v o l% ) CN35AN CN45ANCI GTL100 BASE CN45ANGT CN45ANBS CN45N セタン価 45 セタン価 58 パラフィン 100% CN45PF CN58PF

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0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN 45PF BAS E CN 58PF GT L 1 0 0 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN 45PF BAS E CN 58PF GT L 1 0 0 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN 45PF BAS E CN 58PF GT L 1 0 0 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN 45PF BAS E CN 58PF GT L 1 0 0 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN 45PF BAS E CN 58PF GT L 1 0 0

Tokyo 1 JC08C JC08H NEDC HWY

N O x (g /k m ) 35 45Cetane Number58 80 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100

Tokyo 1 JC08C JC08H NEDC HWY

C O ( g /k m ) 35 45Cetane Number58 80 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100 CN3 5 AN CN4 5 ANCI CN4 5 N CN4 5 P F BA SE CN5 8 P F G TL100

Tokyo 1 JC08C JC08H NEDC HWY

PM ( g /k m ) 35 45Cetane Number58 80 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 CN3 5 AN C N4 5 AN CI CN 45N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN3 5 AN C N4 5 AN CI CN 45N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN3 5 AN C N4 5 AN CI CN 45N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN3 5 AN C N4 5 AN CI CN 45N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN3 5 AN C N4 5 AN CI CN 45N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0

Tokyo 1 JC08C JC08H NEDC HWY

THC ( g /k m ) Cetane  Number 35 45 58 80 PM NOx CO THC 0 100 200 300 400 500 CN 35 A N CN4 5 ANCI CN 45 N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN 35 A N CN4 5 ANCI CN 45 N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN 35 A N CN4 5 ANCI CN 45 N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN 35 A N CN4 5 ANCI CN 45 N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0 CN 35 A N CN4 5 ANCI CN 45 N CN4 5 P F BAS E CN5 8 P F GT L 1 0 0

Tokyo  1 JC08C JC08H NEDC HWY

C O 2 ( g /km ) 35Cetane45 Number5880 CO2 0.0 0.2 0.4 0.6 CN3 5 AN CN4 5 A NCI CN4 5 N C N 45P F BA S E C N 58P F G T L 100 CN3 5 AN CN4 5 A NCI CN4 5 N C N 45P F BA S E C N 58P F G T L 100 CN3 5 AN CN4 5 A NCI CN4 5 N C N 45P F BA S E C N 58P F G T L 100 CN3 5 AN CN4 5 A NCI CN4 5 N C N 45P F BA S E C N 58P F G T L 100 CN3 5 AN CN4 5 A NCI CN4 5 N C N 45P F BA S E C N 58P F G T L 100

Tokyo 1 JC08C JC08H NEDC HWY

Fuel E c onom y    km /M J Cetane Number 35 45 58 80 Fuel Economy (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(JC08C,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 CN35AN 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。 CO2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(JC08C,NEDC)時に CN35AN 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(JC08C、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 図 3.1.1-2 各モード運転での排出ガス・燃費(車両 OA) 遅い 平均車速度 速い

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OA では異なる傾向を示し、中速モード(JC08C/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(JC08C/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、JC08C では JC08H よりも多くの CO,THC が排出されている。JC08C 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 JC08C 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 JC08C 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 JC08 モードでは、Cold の方が Hot よ りも燃費が悪化した。 3.1.2 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 エンジン諸元を表 3.1.2-1 に示す。後処理 装置として DOC、DPF を搭載し、新長期規制に 適合した小型トラック用のエンジンである。 (2)試験燃料 組成データを図 3.1.2-1 に示す。1 環ナフテン、 2 環ナフテン、アルキルベンゼン、ナフテノベンゼ ンの 4 種類の環状組成物に着目した。統計解析上、 それぞれの環状組成物が独 立変数になるように、これら 4 種類の試薬または溶剤をパ 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 100%の燃料を含め、計 5 種 類のセタン価 45 のモデル燃 料を調製した。 各環状組成物のパラフィ ン基材への混合割合は、各 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 T90 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。 エンジン記号 エンジンAB 適合排出ガス規制 新長期 排気量 L 3 燃料供給システム コモンレール 変速機 MT エンジンタイプ 4Cly., DI, TC 最大出力 kw/rpm 115/2800 最大トルク Nm/rpm 375/1600 後処理装置 DOC+DPF 表 3.1.2-1 エンジン諸元 図 3.1.2-1 試験燃料 セタン価45系列 100 83 75 80 80 0 16 0 0 25 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0 20 0 1 0% 20% 40% 60% 80% 100% CN45_P CN45_1N CN45_2N CN45_AB CN45_NB 構成 比 ( vo l  % ) n,i-パラフィン 1環ナフテン 2環ナフテン アルキルベンゼン ナフテノベンゼン

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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)=0.0824 +0.0047×NB(vol%)+0.0028×AB(vol%)+0.0019×2N(vol%) (調整済み R2 乗:0.918) 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 0.6 倍、2 環ナフテン(2N)は約 0.4 倍、1環ナフテン(1N)は 0 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)=-1.6266 +2.1939×d(g/cm3) (調整済み R2 乗:0.831) PM(g/kWh)=0.8821 – 0.3746×(H/C) (調整済み R2 乗:0.824) 3.1.3 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 3.1.2-1 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 3.1.3-1 に示す。比較として BASE 燃料の性状も記した。図 3.1.3-1 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 CN35AN と CN45ANCI 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 BASE と CN45ANBS の中間に位置する。なお、何れの米国軽油も BASE やモデル燃料と比較すると、蒸留 性状が軽質である。また、CHICAGO 軽油は多環アロマ が多いという特徴を有する。 57.3 40.9 50.8 n,i-Paraffins 56.0 35.4 48.7 Naphthenes 26.9 34.5 32.3 Mono- 10.2 12.8 11.5 Components Di+- 16.7 21.7 20.8 (vol%) Aromatics 17.1 30.1 19.0 Mono- 16.1 25.8 18.2 Di+- 1.0 4.3 0.8 Aromatics + Di+-Naphthenes 33.8 51.8 39.8 H/C(mol/mol) 1.91 1.76 1.90 4 9 7 0.8270 0.8601 0.833 3.99 3.378 3.063

Lower Heating value(J/g) 43030 42390 42910 Lower Heating value(J/cm3) 35586 36460 35744

IBP 170.5 179.0 178.0 Distillation 10vol% 217.0 213.0 202.5 (℃) 50vol% 290.5 262.0 258.0 90vol% 346.0 325.5 318.5 EP 366.5 352.0 346.5 CHICAGO LA Cetane number Sulfur (mass ppm) Density (@15℃ g/cm3) Viscosity ( @30℃mm2/s) BASE 表 3.1.3-1 米国軽油の主要性状 図 3.1.3-1 セタン価と環状組成物 0 10 20 30 40 50 60 30 45 60 75 90 セタン価 アロ マ+ 多 環 ナ フ テ ン (vo l% ) CN35AN CN45ANCI CN45PF CN58PF GTL100 BASE CN45ANBS CN45N LA CHICAGO

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0.0 1.0 2.0 3.0 0 20 40 60 CO (g /k W h ) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) 0.0 1.0 2.0 3.0 0 20 40 60 NOx( g/ kW h ) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) 0 0.3 0.6 0.9 0 20 40 60 NM HC (g / kW h ) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) 0 0.050.1 0.150.2 0.25 0 20 40 60 PM(g /k Wh ) Aroma+Polycyc. Naphthene(vol%) 0.0 1.0 2.0 3.0 30 40 50 60 70 80 90 CO (g /k W h ) Cetane Number 0.0 1.0 2.0 3.0 30 40 50 60 70 80 90 N O x( g/ kW h ) Cetane Number 0 0.3 0.6 0.9 30 40 50 60 70 80 90 NM HC (g /k W h ) Cetane Number 0 0.050.1 0.150.2 0.25 30 40 50 60 70 80 90 PM(g /k Wh ) Cetane Number BASE GTL100 CN45PF CN45ANCI CN35AN CN45N CN58PF CN45ANBS CN45ANGT モデル燃料 (3)JE05 モードでの試験結果 JE05 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 3.1.3-2 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 3.1.3-2 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。 図 3.1.3-2 米国市場軽油とモデル燃料との排出ガス性能比較 (JE05 モード、エンジンアウト)

(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 CN35AN と CN45 系列の中間に位置し、セタン価 51 の LA は CN45 系列と CN58 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。 3.1.4 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 3.1.1-1 に 示す。 (2)試験燃料 性 状 を 表 3.1.1-2 に 示 す。 (3)評価項目 (イ)始動性試験 試験室温度 0℃、及び 20℃において、以下の 3 項目について評価した。 ①エンジンの始動時 間(回転数、バッテリ ー電圧) ②始動時の白煙 (Opacity 最大値) ③THC 濃度(0-30s の 最大値、0-500s の平 均値) (ロ)運転性試験 エンジン暖機後(エン ジン油温が安定後)、試 験室温度 0℃、及び 20℃ において加速性能(0~ 40km/h までの加速時間) を評価した。白煙、THC も併せて評価した。 (4)実用性能 0 ℃ で の 結 果 を 図 3.1.4-1 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 図 3.1.4-1 実用性能試験結果(0℃) 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE 車両OA Accel era ti o n t im e fro m 0 km /h t o 4 0 km /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T ime of E n gi n e S ta rt (s ) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (%) 0 500 1000 1500 2000 TH C ( ppm ) 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE 車両KB A ccel era ti o n t im e fro m 0k m/ h t o 40k m/ h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T im e  of E ng ine St a rt ( s) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (%) 0 200 400 600 800 1000 TH C (ppm ) 車両KB 0℃ 車両OA 0℃ 35 45 58 Cetane Number 35 Cetane Number45 58 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE 車両OA Accel era ti o n t im e fro m 0 km /h t o 4 0 km /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T im e o f E n g in e S ta rt (s ) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (%) 0 500 1000 1500 2000 TH C ( ppm ) 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE 車両KB A ccel era ti o n t im e fro m 0k m/ h t o 40k m/ h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T im e  of E ng ine St a rt ( s) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (%) 0 200 400 600 800 1000 TH C (ppm ) 車両KB 0℃ 車両OA 0℃ 35 45 58 Cetane Number 35 Cetane Number45 58 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI 09BASE

車両 OA A cc ele ra ti o n tim e fr o m 0k m/ h t o 40 k m /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Tim e  of E n g ine S ta rt (s ) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (% ) 0 500 1000 1500 2000 TH C ( ppm ) 車両OA 20℃ 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE

車両KB Ac ce le ra ti o n t im e fr o m 0 k m/ h t o40 k m /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T im e o f E n g in e St ar t ( s) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (% ) 0 200 400 600 800 1000 TH C (p pm ) 車両KB 20℃ 35 45 58 Cetane Number 35 45 58 Cetane Number 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI 09BASE

車両 OA A cc ele ra ti o n tim e fr o m 0k m/ h t o 40 k m /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Tim e  of E n g ine S ta rt (s ) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (% ) 0 500 1000 1500 2000 TH C ( ppm ) 車両OA 20℃ 0 2 4 6 8 10

CN35AN CN45ANCI BASE

車両KB Ac ce le ra ti o n t im e fr o m 0 k m/ h t o40 k m /h ( s) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T im e o f E n g in e St ar t ( s) 0 20 40 60 80 100 Op a ci ty (% ) 0 200 400 600 800 1000 TH C (p pm ) 車両KB 20℃ 35 45 58 Cetane Number 35 45 58 Cetane Number 図 3.1.4-2 実用性能試験結果(20℃)

(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。 20℃での結果を図 3.1.4-2 に示す。エンジン始動時間と加速性に関しては 0℃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、0℃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 0℃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。 3.1.5 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 3.1.1-4 に示す。 (2)試験燃料 性状を表 3.1.1-2 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。 JE05 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 3.1.5-1)。また、エンジン制御条件を表 3.1.5-2 に示す。 1400rpm/100N・m(低回転・低負荷) で行った排出ガス、着火遅れの結果を 図 3.1.5-1 及び図 3.1.5-2 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。 なお、2200rpm/100N・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 3.1.5-3)。 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 吸気O2濃度 /EGR率 パイロット噴射 時期 メイン噴射 時期 過給圧力

18.5%/約23% -7.2°CA 5°CA 14~17kPa

吸気O2濃度 /EGR率 パイロット噴射 時期 メイン噴射 時期 過給圧力

18.5%/約23% -7.2°CA 5°CA 14~17kPa

表 3.1.5-2 エンジン制御条件 トルク (N・m) 300200 200 100 100 回転数 (rpm) 1400 2200 トルク (N・m) 300200 200 100 100 回転数 (rpm) 1400 2200 表 3.1.5-1 回転数/負荷 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 PM (g /k W h ) 0 1 2 3 30 45 60 75 90 Cetane Number NO x (g /k W h ) 5 6 7 8 9 10 30 45 60 75 90 Cetane Number メ イ ン 着火遅 れ (d e g ) 5 6 7 8 9 10 ハ ゚イロ ット 着火遅れ (deg ) 環状組成物の影響 メイン着火遅れの抑制 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 PM (g /k W h ) 0 1 2 3 30 45 60 75 90 Cetane Number NO x (g /k W h ) 5 6 7 8 9 10 30 45 60 75 90 Cetane Number メ イ ン 着火遅 れ (d e g ) 5 6 7 8 9 10 ハ ゚イロ ット 着火遅れ (deg ) 環状組成物の影響 メイン着火遅れの抑制 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 PM (g /k W h ) 0 1 2 3 30 45 60 75 90 Cetane Number NO x (g /k W h ) 5 6 7 8 9 10 30 45 60 75 90 Cetane Number メ イ ン 着火遅 れ (d e g ) 5 6 7 8 9 10 ハ ゚イロ ット 着火遅れ (deg ) 環状組成物の影響 メイン着火遅れの抑制 図 3.1.5-1 燃料影響(1400rpm/100N・m) 図 3.1.5-2 燃料影響(1400rpm/100N・m)

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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 2200rpm/100N・m(高回転・低負荷) で行った。結果を図 3.1.5-4 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 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 (1400rpm/100N・m 及び 2200rpm/100N・m)。 1400rpm/100N・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=80MPa ・吸気圧=18kPa ・吸気酸素濃度=18.4% ・パイロット噴射時期=-8.7 degATDC ・メイン噴射時期=3.7degATDC 表 3.1.5-3 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(1400rpm/100N・m)。 ・コモンレール圧:80MPa(オリジナル)→60 or 100MPa ・吸気圧:18kPa(オリジナル)→10 or 19kPa ・吸気酸素濃度:18.4%(オリジナル)→17.7 or 19.6% 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 PM (g /k W h ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 30 45 60 75 90 Cetane Number N O x( g/ kW h) 6 8 10 12 14 30 45 60 75 90 Cetane Number メ イ ン 着火遅れ (deg) 15 18 21 24 27 30 ハ ゚イロット 着火遅れ (d e g ) メインも着火遅れ 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 PM (g /k W h ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 30 45 60 75 90 Cetane Number N O x( g/ kW h) 6 8 10 12 14 30 45 60 75 90 Cetane Number メ イ ン 着火遅れ (deg) 15 18 21 24 27 30 ハ ゚イロット 着火遅れ (d e g ) メインも着火遅れ 図 3.1.5-3 燃料影響(2200rpm/100N・m) 0 20 40 60 80 -30 -20 -10 0 10 メイン噴射時期 deg S m o ke  (× 0. 1% ) 0 200 400 600 800 1000 1200 NO x  (ppm ) 0 20 40 60 16 17 18 19 20 21 22 吸気O2濃度 % S m ok e  (× 0. 1%) 0 100 200 300 400 500 N O x   (ppm ) ■CN45ANCI(45) ◆BASE(58) ▲GTL100(80) ( エ ンジ ンアウト ) EGR0% EGR30% EGR率の影響 メイン噴射時期の影響 ■CN45ANCI(45) ◆BASE(58) ▲GTL100(80) 遅角 進角 EGR減 EGR増 (エ ン ジ ン ア ウ ト ) EGR率増加に より燃料間の 差が拡大 燃料によらず O2濃度で整理 (燃料差小) ある程度遅角すると 減少(GTL、BASE) 燃料によらず噴射時 期で整理(燃料差小) 0 20 40 60 80 -30 -20 -10 0 10 メイン噴射時期 deg S m o ke  (× 0. 1% ) 0 200 400 600 800 1000 1200 NO x  (ppm ) 0 20 40 60 16 17 18 19 20 21 22 吸気O2濃度 % S m ok e  (× 0. 1%) 0 100 200 300 400 500 N O x   (ppm ) ■CN45ANCI(45) ◆BASE(58) ▲GTL100(80) ( エ ンジ ンアウト ) EGR0% EGR30% EGR率の影響 メイン噴射時期の影響 ■CN45ANCI(45) ◆BASE(58) ▲GTL100(80) 遅角 進角 EGR減 EGR増 (エ ン ジ ン ア ウ ト ) EGR率増加に より燃料間の 差が拡大 燃料によらず O2濃度で整理 (燃料差小) ある程度遅角すると 減少(GTL、BASE) 燃料によらず噴射時 期で整理(燃料差小) 図 3.1.5-4 制御パラメーターの影響

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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 3.1.5-4 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 3.1.5-5 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、1400rpm 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。 - 5 d e g + 4 d e g - 4 d e g + 5 d e g 6 0 M P a 1 0 0 M P a 1 0 k P a 1 9 kP a 1 7 .7 % 1 9 .6 % 吸 気 圧 吸 気 酸 素 濃 度 エ ン ジ ン 制 御 噴 射 時 期 B a se - 5 d e g + 5 d e g ハ ゚イ ロ ッ ト メ イ ン B ase コ モ ン レ ー ル 圧 (オリジナル条件)

Baseのエンジン制御条件から

何れか一つの条件を変更

(例)コモンレール圧:80→60 or 100MPa

1400rpm/100N・m

- 5 d e g + 4 d e g - 4 d e g + 5 d e g 6 0 M P a 1 0 0 M P a 1 0 k P a 1 9 kP a 1 7 .7 % 1 9 .6 % 吸 気 圧 吸 気 酸 素 濃 度 エ ン ジ ン 制 御 噴 射 時 期 B a se - 5 d e g + 5 d e g ハ ゚イ ロ ッ ト メ イ ン B ase コ モ ン レ ー ル 圧 (オリジナル条件)

Baseのエンジン制御条件から

何れか一つの条件を変更

(例)コモンレール圧:80→60 or 100MPa

1400rpm/100N・m

表 3.1.5-3 制御マトリックス セタン価環状組成物(vol%) 噴射時期Pilot (degATDC) 噴射時期Main (degATDC) コモンレール圧 (MPa) 吸気圧 (kPa) 吸気酸素濃度 (%) BASE 58 34 -0.0425 -0.1042 - - 1.3427 -22.610 0.8625 CN45PF 0 - -0.0937 - - 1.2379 -20.590 0.8659 CN45ANGT 40 -0.0359 -0.0921 - - 1.3294 -22.386 0.8516 CN45ANCI 50 - -0.1232 - - 1.3174 -21.513 0.8522 CN35AN 35 50 - -0.1096 - - 1.2553 -20.690 0.8650 BASE 58 34 - -0.1636 - - 1.0332 -17.312 0.8000 CN45PF 0 CN45ANGT 40 - -0.1399 - - 1.0016 -16.974 0.8183 CN45ANCI 50 - -0.1457 - - 1.0291 -17.200 0.8082 CN35AN 35 50 - -0.1428 - - 1.0292 -17.432 0.8215 2200rpm/100Nm NOx(g/kWh) 45 係数(説明変数) 定数項 R^2 目的変数 45 1400rpm/100Nm NOx(g/kWh) モデル燃料 セタン価環状組成物(vol%) 噴射時期Pilot (degATDC) 噴射時期Main (degATDC) コモンレール圧 (MPa) 吸気圧 (kPa) 吸気酸素濃度 (%) BASE 58 34 -0.0425 -0.1042 - - 1.3427 -22.610 0.8625 CN45PF 0 - -0.0937 - - 1.2379 -20.590 0.8659 CN45ANGT 40 -0.0359 -0.0921 - - 1.3294 -22.386 0.8516 CN45ANCI 50 - -0.1232 - - 1.3174 -21.513 0.8522 CN35AN 35 50 - -0.1096 - - 1.2553 -20.690 0.8650 BASE 58 34 - -0.1636 - - 1.0332 -17.312 0.8000 CN45PF 0 CN45ANGT 40 - -0.1399 - - 1.0016 -16.974 0.8183 CN45ANCI 50 - -0.1457 - - 1.0291 -17.200 0.8082 CN35AN 35 50 - -0.1428 - - 1.0292 -17.432 0.8215 2200rpm/100Nm NOx(g/kWh) 45 係数(説明変数) 定数項 R^2 目的変数 45 1400rpm/100Nm NOx(g/kWh) モデル燃料 表 3.1.5-4 制御パラメーターが NOx に与える影響 セタン価環状組成物(vol%) 噴射時期Pilot (degATDC) 噴射時期Main (degATDC) コモンレール圧 (MPa) 吸気圧 (kPa) 吸気酸素濃度 (%) BASE 58 34 - 0.5303 -0.1682 - -2.8536 64.885 0.6957 CN45PF 0 - - -0.0413 - -0.5746 11.203 0.7446 CN45ANGT 40 - 0.2123 -0.1296 - -1.5519 37.559 0.7758 CN45ANCI 50 0.2551 0.5143 -0.2062 - -3.1340 76.171 0.6874 CN35AN 35 50 - 0.1641 -0.1370 - -1.1778 31.238 0.7643 BASE 58 34 - 0.4840 - - -6.0240 113.889 0.7110 CN45PF 0 CN45ANGT 40 - - - - -5.6470 104.504 0.6396 CN45ANCI 50 - 0.4967 - - -6.9585 131.894 0.6900 CN35AN 35 50 - - - - -5.1929 95.679 0.6255 モデル燃料 1400rpm/100Nm Smoke(BSU) 45 係数(説明変数) 定数項 R^2 目的変数 2200rpm/100Nm Smoke(BSU) 45 セタン価環状組成物(vol%) 噴射時期Pilot (degATDC) 噴射時期Main (degATDC) コモンレール圧 (MPa) 吸気圧 (kPa) 吸気酸素濃度 (%) BASE 58 34 - 0.5303 -0.1682 - -2.8536 64.885 0.6957 CN45PF 0 - - -0.0413 - -0.5746 11.203 0.7446 CN45ANGT 40 - 0.2123 -0.1296 - -1.5519 37.559 0.7758 CN45ANCI 50 0.2551 0.5143 -0.2062 - -3.1340 76.171 0.6874 CN35AN 35 50 - 0.1641 -0.1370 - -1.1778 31.238 0.7643 BASE 58 34 - 0.4840 - - -6.0240 113.889 0.7110 CN45PF 0 CN45ANGT 40 - - - - -5.6470 104.504 0.6396 CN45ANCI 50 - 0.4967 - - -6.9585 131.894 0.6900 CN35AN 35 50 - - - - -5.1929 95.679 0.6255 モデル燃料 1400rpm/100Nm Smoke(BSU) 45 係数(説明変数) 定数項 R^2 目的変数 2200rpm/100Nm Smoke(BSU) 45 表 3.1.5-5 制御パラメーターが Smoke に与える影響

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3.2 ディーゼル車のポテンシャル評価 3.2.1 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 車両諸元を表 3.2.1-1 に示す。ポスト新長期規制適合 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 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 EGR、DOHC 等の要素技術を備える。また後処理装置とし て、三元触媒、DPF、NOx 触媒を装備する。 一方、比較とするガソリン乗用車として D-4 と同一車種 であり、出力が同等である G-4 を選定した。 (2)試験燃料 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 3.2.1-2 に、ガソ リン性状を表 3.2.1-3 に示した。 (3)試験モード 定速走行は 20 km/h から 120 km/h まで、20km/h 刻みで試験を行った。 過渡モードでは日本の認証モードで ある JC08 モードに加え、加減速や平均 速度が異なるモードで確認するために東 京都 No.1、10-15、JC08、11、NEDC、 US-HWY の各モードで実施した。 (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 CO2低減効果を図 3.2.1-1 に示す。特 に低中速域で CO2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 CO2低減に有効といえる。 車両記号 D-4 G-4 燃料 軽油 ガソリン(R) 適合排出ガス規制 ポスト新長期 新長期(50% 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 1995 2488 出力 kw/rpm 127/3750 125/6000 トルク Nm/rpm 360/2000 230/4400 燃料供給方式 コモンレール PFI 過給器 あり なし 圧縮比 15.6 9.6 変速機 6MT CVT 車両重量 kg 1660 1530 後処理装置 LNT+DPF 3WC 車両記号 D-4 G-4 燃料 軽油 ガソリン(R) 適合排出ガス規制 ポスト新長期 新長期(50% 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 1995 2488 出力 kw/rpm 127/3750 125/6000 トルク Nm/rpm 360/2000 230/4400 燃料供給方式 コモンレール PFI 過給器 あり なし 圧縮比 15.6 9.6 変速機 6MT CVT 車両重量 kg 1660 1530 後処理装置 LNT+DPF 3WC 表 3.2.1-1 車両諸元 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 車速 km/h G車 に 対 す る D 車 の C O2 低減割 合(一定 速)% 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 モード平均車速 km/h G 車 に対す る D 車のC O2 低減割合(過渡運転)% 図 3.2.1-1 CO2 低減効果 0.8282 IBP 173.0 T10 213.0 T50 284.0 T90 337.0 EP 359.0 3.918 54.2 58.9 5 飽和分 81.9 オレフィン分 0.0 1環アロマ分 17.2 2環アロマ分 0.9 3環アロマ分 0.0 炭素分 86.2 水素分 13.8 酸素分 <0.1 元素分析 (mass %) セタン指数 硫黄分(mass ppm) HPLC (vol%) 蒸留性状 (℃) 密度(g/cm3@15℃) 動粘度(mm2/s@30℃) セタン価 表 3.2.1-2 軽油性状 0.7481 IBP 36.5 T10 55.5 T50 95.5 T90 140.5 EP 162.0 RON 90.5 MON 82.0 <1 炭素分 87.2 水素分 12.8 元素分析 (mass %) オクタン価 密度(g/cm3@15℃) 蒸留性状 (℃) 硫黄分(mass ppm) 表 3.2.1-3 ガソリン性状

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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 4.1.1 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。 4.1.2 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 0.6 倍、2 環ナフテンは約 0.4 倍、1環ナフテンはパラフィンと同様に、0 倍(影響な し)と整理された。 4.1.3 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。 4.1.4 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。 4.1.5 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 4.2.1 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 CO2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、CO2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 CO2 低減に有効であることを把握した。

表 3.1.1-2  モデル燃料の性状  CN45ANGT CN58PF (CN35AN+GTL) (paraffin) 57.3 35.7 44.1 45.1 44.0 45.2 45.5 57.2 78.9  n,i-パラフィン 56.0 46.3 46.3 50.2 57.1 53.5 100.0 100.0 100.0  ナフテン 26.9 25.7 25.7 26.2 20.6 38.4 0.0 0.0 0.0 1環 10.2 3.7 3.7 6.3 3.0 5.1 0.0 0.0 0.0 2環
表 3.1.5-2  エンジン制御条件 トルク (N・m)300-200200100100回転数 (rpm)14002200トルク (N・m)300-200200100100回転数 (rpm)14002200表 3.1.5-1  回転数/負荷 0.000.020.040.060.080.10PM(g/kWh) 0123 30 45 60 75 90 Cetane NumberNOx(g/kWh) 5678910 30 45 60 75 90Cetane Numberメイン着火遅れ(deg)5678910パ

参照

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