K6-79 - 日本大学理工学部

平成 26 年度　日本大学理工学部　学術講演会論文集
K6-79
バイオディーゼル燃料のディーゼル機関への応用
An Application of Bio Diesel Fuel for Diesel Engine
○岡野拓哉１, 東島良勲１, 山本直樹１, 山澤昌之２, 鈴木浩平２, 吉田幸司３
*Takuya Okano1, Yoshinori Higashijima1, Naoki Yamamoto1, Masayuki Yamazawa2, Kohei Suzuki2, Koji Yoshida3
Abstract: The test algae fatty acid mainly consisted of 38 wt.% of palmitic acid and 45 wt.% of palmitoleic acid. At any load, the
engine performance of algae FAME mixed diesel fuel were almost similar to those of diesel fuel in any algae FAME mixing ratios
with the mechanical fuel injection system. Ignitability of algae FAME 5 wt.% mixed diesel fuel was tested by using the high pressure
fuel injection system. As a result, the Ignitability of algae FAME 5 wt.% mixed diesel fuel was better than that of diesel fuel.
Therefore, algae FAME can be practically used as alternative fuel.
１．まえがき
燃料噴射圧力は 60 [MPa]とした．供試燃料は JIS2 号相
バイオ燃料をディーゼル機関の代替燃料に応用する
［１］
研究が数多く行われている．
当軽油と Algae FAME であり，軽油への Algae FAME
本研究は，藻類由来の
質量混合割合は 5，20，40，60，80，100 [wt.%]とした．
脂質から生成した脂肪酸メチルエステル(Algae FAME)
表 1 に，Algae の含有成分を示す．Algae は，主にパ
の燃料性能を明らかにすることを目的とし，機械式燃
ルミチン酸(C16:0)とパルミトレイン酸(C16:1)で構成
料噴射装置式圧縮着火機関を用いて，Algae FAME の軽
され，エイコサペンタエン酸(C20:5n3)を 10 [wt.%]含む．
油への質量混合割合を変化させた場合の機関性能及び
表 2 に，軽油の JIS 規格値と Algae FAME の燃料性状を
排気ガス成分を測定した．また，Algae FAME 質量混合
示す．Algae FAME の密度及び動粘度は，軽油とほぼ同
割合 5 [wt.%]の混合軽油の圧縮着火特性を高圧燃料噴
等であり，引火温度も JIS 規格値を満足する．また，
射装置式圧縮着火機関を用いて明らかにした．
低位発熱量も他の FAME とほぼ同等である．
定常運転試験において，
機関回転数 3500 [rpm]にて，
２．実験装置及び方法
正味平均有効圧力を 0 [kPa]から最大まで 100 [kPa]毎増
供試機関は，空冷 4 サイクル単気筒直噴式ディーゼ
加させ，機関性能及び排気ガス成分を測定した．
ル機関，排気量 219 [cc]である．機械式燃料噴射装置の
場合，圧縮比は機関仕様の 20.6，燃料噴射時期は 17.5
３．実験結果及び考察
ヘッドとシリンダブロック間に銅板を挿入し 16.0 と
500 [kPa]である．どちらの正味平均有効圧力，どの
Diesel fuel
Algae5%
Algae20%
Algae40%
Algae60%
Algae80%
Algae100%
8
200
BMEP 100 [kPa]
150
6
100
4
50
2
0
0
-50
した．燃料噴射時期は 28，26，24，22 [deg.BTDC]とし，
Composition
C16:0
C16:1
C20: 5n3
Other
[wt.%]
38
45
10
7
Cylinder pressure
PC [MPa]
Table 1 Algae composition.
Table 2 Fuel properties.
Density [g/cm ]
 0.86
0.8804
Kinetic viscosity [cSt]
2.5 
3.95
Pour point [℃]
 -7.5
5.0
Flash point [℃]
50 
158.5
CFPP [℃]
 -5
5
Sulfur [wt.%]
 0.001
0.0024
Cylinder pressure
Diesel fuel Algae FAME
Higher calorific value [kJ/kg]
42580
37040
Figure1. Indicator diagrams.
8
BMEP 500 [kPa]
6
150
4
100
2
50
0
0
-50
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Crank angle CA[deg.]
１：日大理工・学部・機械２：日大理工・院（前）
・機械３：日大理工・教員・機械
873
200
PC [MPa]
3
ROHR [J/deg.]
率を示す．上図が正味平均有効圧力 100 [kPa]，下図が
ROHR [J/deg.]
高圧燃料噴射装置の場合，圧縮比は 20.6 及びシリンダ
Rate of heat release
図 1 に，機械式燃料噴射装置の指圧線図及び熱発生
Rate of heat release
±0.5 [deg. BTDC]，燃料噴射圧力は 20 [MPa]とした．
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Algae FAME 質量混合割合においても，Algae FAME 混
らず減少する．スモーク濃度も全負荷領域において
合軽油の指圧線図及び熱発生率は軽油と同等である．
Algae FAME 質量混合割合の増加に従って増加する．
図 2 に，定常運転性能試験結果を示す．Algae FAME
図 3 に，軽油と Algae FAME 質量混合割合 5 [wt.%]
混合軽油の正味熱効率は，全負荷領域において軽油と
の混合軽油に対して，高圧燃料噴射装置を使用した場
同等であるが，Algae FAME 単体の場合は正味熱効率が
合の指圧線図及び熱発生率を示す．正味平均有効圧力
軽油より若干劣る．CO 及び NOx 濃度は Algae FAME
は 300 [kPa]，上図が圧縮比 16.0，下図が圧縮比 20.6 の
質量混合割合の影響をほとんど受けず，THC 濃度は
場合を示す．指圧線図にガソリン機関のノックに類似
Algae FAME が含酸素燃料であるため，どの負荷におい
した燃焼が確認できる．これは高圧力噴射により燃料
ても Algae FAME 質量混合割合が増加するに従って減
微粒化と空気との混合が促進され，短時間で燃焼した
少する．SO2 濃度は，どの試験燃料においても負荷の
ためと考えられる．どちらの圧縮比，どの燃料噴射時
増加に従って燃料噴射量が増加するために増加し，
期においても，Algae FAME 混合軽油の着火時期は，軽
Algae FAME 質量混合割合が増加するに従って Algae
油と比較して若干進角する．よって，高圧燃料噴射装
FAME の硫黄含有割合が軽油と比較して高いにも関わ
置を用い燃料の微粒化を促進すると Algae FAME 混合
THC [ppm]
Brake thermal
efficiency [%]
Diesel fuel
Algae5%
Algae60%
Algae40%
Algae100%
４．結論
35
30
25
20
15
10
500
機械式燃料噴射装置を用いた試験において，Algae
FAME 質量混合割合に関わらず，圧縮着火特性及び正
味熱効率は軽油と同等であった．高圧燃料噴射装置を
用いて燃料の微粒化を促進すると Algae FAME，5
[wt.%]混合軽油の着火時期は軽油より進角する．よっ
400
て，本研究の Algae FAME は軽油と混合することで，
300
軽油代替燃料として実用的に使用することができる．
200
５．参考文献
1.5
[1] 山根他：
「自技会論」
，Vol.35，No.1，pp83-90， 2004
1.0
６．謝辞
0.5
450
300
150
50
40
30
20
10
0
0
100 200 300 400 500 600
Brake mean effective pressure Pme [kPa]
Figure2. Engine performance as a function of brake
mean effective pressure.
874
Figure3. Indicator diagrams.
ROHR [J/deg.]
600
Rate of heat release Rate of heat release
200
750
PC [MPa]
400
PC [MPa]
600
Injection timing 28
26
24
22
20
Diesel fuel
Algae5%
Compression ratio 16 BMEP 300 [kPa]
400
8
300
6
200
4
100
2
0
0
-100
-2
Compression ratio 20.6 BMEP 300 [kPa]
8
400
6
300
4
200
2
100
0
0
-2-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50-100
Crank angle CA[deg.]
Cylinder pressure
Smoke [%]
800
ROHR [J/deg.]
本研究は，公益財団 JKA の支援を受けて実施した．
Cylinder pressure
Sulfur dioidce
SO2 [ppm]
100
2.0
0.0
1000
NOx [ppm]
CO [ppm]
軽油の圧縮着火特性は軽油と比較すると改善される．
Algae20%
Algae80%

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