JP2003514099A

JP2003514099A - 潤滑油基材油の省燃費性を最適化する方法

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Publication number: JP2003514099A
Application number: JP2001537432A
Authority: JP
Inventors: クロストウェイト，ハンス，ケナード; メイ，クリストファー，ジョン; ディーン，バリー，シー．
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Research and Engineering Co
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2003-04-15
Also published as: KR20020051932A; AU1462301A; EP1238045A1; CA2390229A1

Abstract

(57)【要約】乗用車モーター油に使用される基油をブレンドする方法。この基油をブレンドしてなるＰＣＭＯは、改善された蒸発損失性および省燃費性を示すと同時に、現在のエンジン耐久性／摩耗防止性を保持し、しかも改善された低温性能を提供する。１０Ｗ基油の場合、この方法には、約１００より大きい粘度指数、約１５％未満の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性、−２０℃において約２５００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度、および１００℃において約５．０〜約６．０ｃＳｔの基油動粘度を有する基油をブレンドすることが含まれる。５Ｗ基油の場合、この方法には、約１００より大きい粘度指数、約１５％以下の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性、−２５℃において約２５００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度、および１００℃において約４．０〜約５．０ｃＳｔの基油動粘度を有する基油をブレンドすることが含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景発明の分野本発明は、乗用車モーター油に使用される潤滑油基油の省燃費効果を最適化す
る方法に関する。より詳細には、粘度および蒸発損失性に対して規定されたパラ
メーターを満足する潤滑油基油を用いることにより、改善された省燃費性および
低温特性を与える基油を取得する。

【０００２】開示の背景省燃費性および排出ガスに対して連邦政府により義務づけられる基準は、自動
車製造業者に課する要求を増大させてきた。このため、自動車製造業者は、乗用
車モーター油（ＰＣＭＯ）に高品質エンジン油を使用するよう要求するようにな
ってきた。

【０００３】ＰＣＭＯに対する現在のＧＦ−２米国石油協会（ＡＰＩ）分類規格では、ＳＡ
Ｅ５Ｗ−２０、５Ｗ−３０又は１０Ｗ−３０油は、ガスクロマトグラフィー蒸
留法（ＧＣＤ）により測定したときに１７％以下の蒸発損失性、もしくは２２％
以下のＮｏａｃｋ蒸発損失性を有していなければならない。ＧＦ−２は、また標
準的なエンジン試験（シークエンスＶＩＡ）において基準油（ＢＣ−２）と比較
した省燃費性の最低レベルを要求している。この最低レベルは、粘度グレードに
応じてＳＡＥ５Ｗ−２０の場合には最低１．４％、ＳＡＥ５Ｗ−３０の場合
には最低１．１％およびＳＡＥ１０Ｗ−３０の場合には最低０．５％として段
階的に設定されている。米国石油協会（ＡＰＩ）により使用されているグループ
Ｉ又はグループＩＩ分類に属する基油は、好適な清浄剤（ＤＩ）系および粘度指
数向上剤（ＶＩＩ）系を用いて、これらの必要条件を容易に満足することができ
る。

【０００４】１９９５年に、自動車製造業者は、連邦政府により義務づけられた厳しい乗用
車省燃費排気ガス規格を満足する一翼を担うように、より高品質なエンジン油を
要求した。国際潤滑油標準化認証委員会（ＩＬＳＡＣ）は、ＡＰＩ、ＡＳＴＭ、
およびＳＡＥと協同して、以前のＧＦ−１および現在のＧＦ−２ＰＣＭＯ規格
と比較して、著しく改善された省燃費性および蒸発損失性の要件を課して乗用車
モーター油（ＰＣＭＯ）に対するＧＦ−３最低性能規格を提案した。過去５年間
、石油業界は、これらの新しいエンジン油の要件を満足するうえで必要となるよ
り高い粘度指数（ＶＩ）の基油を製造すべく投資してきた。改善された蒸発損失
性および省燃費性を有すると同時に、現在のエンジン耐久性／摩耗防止性を保持
し、しかも改善された低温性能を提供するエンジン油をブレンドするのに使用し
うる基油を有していることがきわめて望ましいであろう。これらの提案された新
しい規格を満足するように、多くの基油製造業者は、より高い粘度指数（ＶＩ）
の基油を製造するための技術に投資してきた。しかしながら、単に高ＶＩ基油を
有していることだけでは、そのような基油が省燃費性および蒸発損失性に関して
必ずしもＩＬＳＡＣ基準を満足するものであるとは言えない。

【０００５】発明の概要本発明は、改善された省燃費性および低温流動性を示す基油に関する。より特
定的には、本発明は、１０Ｗマルチグレード乗用車モーター油を調製するのに使
用される潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法であって、約１０
０より大きい粘度指数、約１５％未満の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性、−２０℃
において約２５００ｃＰ未満の完成油コールドクランキングシミュレーター値（
ＣＣＳ粘度）、および１００℃において約５．０〜約６．０ｃＳｔの基油動粘度
を有する基油をブレンドする工程を含んでなる上記方法に関する。

【０００６】本発明の他の実施形態は、５Ｗマルチグレード乗用車モーター油を調製するの
に使用される潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法であって、約
１００より大きい粘度指数、約１５％以下の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性、−２
５℃において約２５００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度、および１００℃において
約４．０〜約５．０ｃＳｔの基油動粘度を有する基油をブレンドする工程を含ん
でなる上記方法である。

【０００７】さらに他の実施形態は、低い蒸発損失性および高い粘度指数（＞１００）の基
油を含有していて、ほとんどのエンジン運転条件下において改善された省燃費性
、耐久性、およびエンジン油ポンパビリティーを与えるマチルグレード潤滑油を
製造する方法であって、それぞれのＳＡＥマルチ粘度グレードに見合った適切な
粘度および蒸発損失性の高ＶＩ基油を作製して、そのＳＡＥマルチ粘度グレード
に見合った適切な温度で２５００ｃＰ未満のＣＣＳ粘度を有する完成潤滑油を製
造するように基油成分をブレンドする工程を含んでなる上記方法に関する。

【０００８】発明の詳細な説明基油本発明に係る潤滑油の調製に好適な基油は、１００よりも大きい、好ましくは
１００よりも大きく１３０よりも小さい、より好ましくは１０５よりも大きく１
２５よりも小さい、最も好ましくは１０５よりも大きく１２０よりも小さい粘度
指数を有する。基油は、蒸留、溶媒抽出、水素化分解、水素化処理、ラフィネー
ト水素転化、ワックス異性化、オリゴマー化、もしくはエステル化／重合などの
プロセスにより調製することができる。基油は、ＡＰＩグループＩ、ＩＩ、ＩＩ
Ｉ、ＩＶ、Ｖ、又はそれらの混合物としてＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ１５０９で
米国石油協会により分類された基油から構成される。

【０００９】好適な原料としては、常圧蒸留残油、ラフィネート、水素化処理油、水素化分
解油、常圧ガス油、減圧ガス油、コーカーガス油、常圧および減圧残油、脱歴油
、スラックワックスならびにフィッシャー・トロプシュワックスが挙げられる。
そのような原料は、蒸留塔（常圧および減圧）、水素化処理装置および溶剤抽出
ユニットから誘導することが可能であり、５０％までもしくはそれより多くのワ
ックス含有率を有することもある。

【００１０】潤滑油原料の溶剤抽出は、周知であり、「ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＲｅｆｉｎｉ
ｎｇ」、ＪａｍｅｓＨ．ＧａｒｙおよびＧｌｅｎｎＩＨａｎｄｗｅｒｋ著
、第三版、ＭａｒｃｅｌＫｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，ＮＹ，ＮＹ（１９９４）刊
の第１４章に記載されている。

【００１１】水素化分解触媒は、典型的には二機能性であり、アモルファスもしくは結晶性
のベースに担持された触媒的に有効な量の少なくとも１種の金属成分を含んでい
る。好ましい金属としては、少なくとも１種の第ＶＩＩＩ族および第ＶＩＢ族金
属、好ましくは、シリカもしくはシリカ−アルミナのようなアモルファス金属酸
化物担体に担持されたコバルト、ニッケル、タングステン、モリブデン、鉄およ
びクロムのうちの少なくとも１種が挙げられる。金属酸化物担体の酸性度は、促
進剤および／またはドーパントを添加することにより、もしくは金属酸化物担体
の性質を調節することにより、たとえば、シリカ−アルミナ担体に組み入れられ
るシリカの量を調節することにより、制御することができる。促進剤および／ま
たはドーパントとしては、たとえば、ハロゲン、特にフッ素、リン、ホウ素、イ
ットリア、希土類酸化物およびマグネシアが挙げられる。ハロゲンのような促進
剤は、一般的には金属酸化物担体の酸性度を高め、一方、イットリアまたはマグ
ネシアのような弱塩基性のドーパントは、そのような担体の酸性度を減少させる
傾向がある。水素化分解およびワックス異性化において利用される触媒に用いら
れる結晶性ベースとしては、典型的にはモレキュラーシーブ、好ましくはゼオラ
イト、特にゼオライトＹ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−
３５のようなゼオライトならびにＳＡＰＯ−１１のようなシリコアルミノホスフ
ェートが挙げられる。

【００１２】典型的な水素化分解条件としては、１０，３３５〜２０，６８５ｋＰａ（１５
００〜３０００ｐｓｉａ）の水素圧力、３１５〜４５０℃の温度、０．５〜３の
時間基準液空間速度、および３５６〜１７８０ｍ^３／ｍ^３（２０００〜１０００
０Ｓｃｆ／Ｂ）の水素供給ガス量が挙げられる。

【００１３】高ＶＩ基油は、また水素化処理により調製することもできる。水素化処理は、
一般的には、水素化分解と比較して、特に溶剤抽出と併用した場合、軽質生成物
への転化がより少ないことと関連づけられる。水素化処理は、周知のプロセスで
あり、先に引用した「ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＲｅｆｉｎｉｎｇ」の第９章に記載
されている。

【００１４】好ましい水素化処理プロセスは、ラフィネートの過酷な水素化処理を指向する
ものである。溶剤抽出プロセスでは、より多くのパラフィン系成分をラフィネー
ト相中に残しつつ抽出相中に芳香族成分を選択的に溶解する。ナフテンは、抽出
相とラフィネート相とに分配される。溶剤抽出用の典型的な溶剤としては、フェ
ノール、フルフラールおよびＮ−メチルピロリドンが挙げられる。溶剤対油の比
、抽出温度および抽出される原料を溶剤に接触させる方法を調節することによっ
て、抽出相とラフィネート相との分離度を制御することができる。

【００１５】溶剤抽出から得られたラフィネートは、好ましくはアンダー抽出されたもので
ある。すなわち、ラフィネートの収率を最大化すると同時に最低品質分子のほと
んどを原料から除去するような条件下で抽出が行われる。ラフィネートの収率は
、抽出条件を調節することにより、たとえば、溶剤対油の供給比を低減させるこ
とによりおよび／または抽出温度を低下させることにより、最大化することが可
能である。このラフィネート原料は、約８０〜約１０５の脱蝋油粘度指数、ＡＳ
ＴＭＤ２８８７により測定したときに約６５０℃を超えない、好ましくは６０
０℃未満の沸点範囲、および１００℃において３〜１０ｃＳｔの粘度を有してい
る。

【００１６】溶剤抽出ユニットから得られたラフィネートは、ストリッピング処理が施され
て溶剤が除去され、次に、触媒的に有効な量の水素転化触媒の入った第１の水素
転化ユニットに送られる。水素転化触媒は、第ＶＩＢ族金属（ＦｉｓｈｅｒＳ
ｃｉｅｎｔｉｆｉｃから出版されている周期表に基づく）、ならびに第ＶＩＩＩ
族非貴金属、すなわち、鉄、コバルト、ニッケル、およびそれらの混合物を含有
する触媒である。これらの金属もしくは金属の混合物は、典型的には、耐火性金
属酸化物担体に担持された酸化物もしくは硫化物として存在する。

【００１７】金属酸化物担体は、分解を防止すべく非酸性でなければならない。金属酸化物
担体の酸性度は、促進剤および／またはドーパントを添加することにより、もし
くは金属酸化物担体の性質を調節することにより、たとえば、シリカ−アルミナ
担体に組み入れられるシリカの量を調節することにより、制御することができる
。促進剤および／またはドーパントとしては、たとえば、ハロゲン、特にフッ素
、リン、ホウ素、イットリア、希土類酸化物およびマグネシアが挙げられる。ハ
ロゲンのような促進剤は、一般的には金属酸化物担体の酸性度を高め、一方、イ
ットリアもしくはマグネシアのような弱塩基性のドーパントは、そのような担体
の酸性度を減少させる傾向がある。

【００１８】好適な金属酸化物担体としては、シリカ、アルミナもしくはチタニアのような
弱酸性酸化物、好ましくはアルミナが挙げられる。好ましいアルミナは、５０〜
２００Å、好ましくは７５〜１５０Åの平均細孔サイズ、１００〜３００ｍ^２／
ｇ、好ましくは１５０〜２５０ｍ^２／ｇの表面積、および０．２５〜１．０ｃｍ ^３／ｇ、好ましくは０．３５〜０．８ｃｍ^３／ｇの細孔体積を有するγもしくは
ηなどの多孔性アルミナである。担体は、好ましくは、フッ素のようなハロゲン
で促進されない。なぜなら、これは、一般に担体の酸性度を高めるからである。

【００１９】好ましい金属触媒としては、アルミナに担持されたコバルト／モリブデン（酸
化物として１〜５％Ｃｏ、酸化物として１０〜２５％Ｍｏ）、ニッケル／モリブ
デン（酸化物として１〜５％Ｎｉ、酸化物として１０〜２５％Ｃｏ）、もしくは
ニッケル／タングステン（酸化物として１〜５％Ｎｉ、酸化物として１０〜３０
％Ｗ）が挙げられる。特に好ましいのは、ＫＦ−８４０のようなニッケル／モリ
ブデン触媒である。

【００２０】第１の水素転化ユニット中の水素転化条件としては、３４０〜４２０℃、好ま
しくは３６０〜３９０℃の温度、８００〜２０００ｐｓｉｇ（５．５〜１３．８
ｍＰａ）、好ましくは８００〜１８００ｐｓｉｇ（５．５〜１２．５ｍＰａ）の
水素分圧、０．２〜３．０ＬＨＳＶ、好ましくは０．３〜１．０ＬＨＳＶの空間
速度、および５００〜５０００Ｓｃｆ／Ｂ（８９〜８９０ｍ^３／ｍ^３）、好まし
くは２０００〜４０００Ｓｃｆ／Ｂ（３５６〜７１２ｍ^３／ｍ^３）の水素対原料
比が挙げられる。

【００２１】第１の反応器から得られた水素転化ラフィネートは、第２の反応器に送られて
、さらなる水素転化処理に付される。条件および触媒は、第１の反応器に対して
先に述べたものと同じであるが、ただし、第２の反応器の温度は第１の反応器で
使用した温度を超えてはならない。

【００２２】次に、第２の反応器から得られた水素転化ラフィネートは、第３の反応器に搬
送されて、低温（緩和）水素化仕上げステップに付される。この第３の反応器中
の触媒は、第１の反応器に対して先に述べたものと同じであってもよい。しかし
ながら、シリカ−アルミナ、ジルコニアなどのようなより酸性の担体を第３の反
応器中で使用してもよい。

【００２３】第３の反応器中の条件としては、２００〜３３０℃、好ましくは２３０〜３０
０℃の温度、８００〜２０００ｐｓｉｇ（５．５〜１３．８ｍＰａ）、好ましく
は８００〜１８００ｐｓｉｇ（５．５〜１２．５ｍＰａ）の水素分圧、１〜５Ｌ
ＨＳＶ、好ましくは１〜３ＬＨＳＶの空間速度および５００〜５０００Ｓｃｆ／
Ｂ（８９〜８９０ｍ^３／ｍ^３）、好ましくは２０００〜４０００Ｓｃｆ／Ｂ（３
５６〜７１２ｍ^３／ｍ^３）の水素対原料比が挙げられる。

【００２４】高ＶＩ基油を調製する他の方法としては、脱油ワックス、含蝋原油から誘導さ
れる減圧留出油、スラックワックス、蝋下油およびフィッシャー・トロプシュワ
ックスのような含蝋原料の異性化が挙げられる。含蝋原料のパラフィン系成分か
らイソパラフィン系成分への水素異性化は、典型的には触媒を用いて行われる。
異性化触媒は、通常、二機能性であり、多孔質担体に担持された少なくとも１種
の金属成分が含まれている。好ましい金属は、第ＶＩＩＩ族金属、特に第ＶＩＩ
Ｉ族貴金属であり、最も好ましくは触媒的に有効な量の白金およびパラジウムで
ある。

【００２５】担体は、ゼオライトのような多孔性材料もしくはシリコアルミナホスフェート
のような非ゼオライト系モレキュラーシーブである。好ましいゼオライトは、少
なくとも約７オングストロームの少なくとも１つの細孔チャネルを有する大細孔
ゼオライトである。そのようなゼオライトとしては、たとえば、ゼオライトβ、
ＺＳＭ−２０、ゼオライトＹなどが挙げられる。これらの触媒の異性化特性は、
シリカ対アルミナ比を調節することにより改変可能である。高いシリカ対アルミ
ナ比が好ましい。シリカ対アルミナ比は、５０：１よりも大きく、より好ましく
は２００：１よりも大きく、特に好ましくは５００：１よりも大きい。触媒は、
アルミナ、低酸性度シリカ−アルミナもしくはシリカのようなマトリックス材料
中に存在していてもよい。

【００２６】オリゴマー化およびエステル化／重合は、周知のプロセスであり、「Ｌｕｂｒ
ｉｃａｎｔｓａｎｄＲｅｌａｔｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ」、Ｄｉｅｔｅｒ
Ｋｌａｍａｎｎ著、ＶｅｒｌａｇＣｈｅｍｉｃ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，（１９８
４）刊の第６章に記載されている。

【００２７】本発明に係る基油の特徴は、該基油の蒸発損失性に関連している。より軽い物
質がエンジン運転時に蒸発することによって基油成分が失われると、粘度のよう
な基油特性が悪影響を受ける可能性がある。基油蒸発損失性の１つの尺度は、Ｄ
ＩＮ５１５８１またはＡＳＴＭＤ５８００に記載されているようなＮｏａｃ
ｋ試験である。簡潔に述べると、この試験では、特定のタイプのカップに入れら
れた油の上に規定の空気流を試験温度で指定時間にわたって流す。蒸発損失性は
、重量損失パーセントによって測定される。本発明の基油の完成油Ｎｏａｃｋ蒸
発損失性は、約１５％以下、好ましくは約１４％未満、より好ましくは約１３％
未満、最も好ましくは約１１％未満である。完成油とは、エンジン油を構成する
添加剤を含有した基油を意味する。蒸発損失性の他の尺度は、ＡＳＴＭＤ２２
８７またはＡＳＴＭＤ５４８０によるガスクロマトグラフィー蒸留法（ＧＣＤ
）である。蒸発損失性は、種々の温度でＧＣＤ装置のカラムから失われる重量％
によって測定される。本発明の基油の完成油ＧＣＤ蒸発損失性は、約９％以下、
好ましくは約６％未満、より好ましくは約４％未満、最も好ましくは約２％未満
である。

【００２８】対象となる基油の他の特徴は、それらの低温流動性である。乗用車モーター油
（ＰＣＭＯ）の粘度は、自動車エンジンの低温クランキング速度に影響を及ぼす
。したがって、エンジンが低温で始動する能力に影響を及ぼす。低温でＰＣＭＯ
の流動挙動を評価する尺度の１つは、コールドクランキングシミュレーター（Ｃ
ＣＳ）中において−５〜−３０℃の温度で粘度を測定するＡＳＴＭＤ５２９３
−９８に記載されている。本発明に係る１０Ｗマルチグレードブレンド用の基油
は、−２０℃において約２５００ｃＰ未満、好ましくは２１００ｃＰ未満、より
好ましくは１９００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度を有する。

【００２９】さらなる特徴は、１００℃における基油粘度である。マルチグレード油につい
ては、自動車技術者協会（ＳＡＥ）指定の範囲がＳＡＥＪ３００粘度分類によ
って定義されている。本発明の基油の場合、１０Ｗ−３０油の１００℃における
動粘度は、約５．０〜６．０ｃＳｔ、好ましくは５．１〜５．８ｃＳｔ、より好
ましくは５．２〜５．７ｃＳｔの範囲にある。５Ｗ−２０もしくは５Ｗ−３０油
では、粘度範囲は、約４．０ｃＳｔ〜約５．０ｃＳｔ、好ましくは４．０〜４．
８ｃＳｔ、より好ましくは４．１〜４．７ｃＳｔである。

【００３０】基油のブレンディング著しく改善された蒸発損失性、省燃費性および低温性能を有する乗用車モータ
ー油は、最近利用可能な高ＶＩ（ＡＰＩグループＩＩ＋）基油を用いて配合する
ことができる。ブレンディングのストラテジーは、次の考察に基づくものである
。（１）低蒸発損失性のエンジン油をブレンドするには、高ＶＩ基油が必要であ
る。（２）所与の添加剤系およびＳＡＥ粘度グレードに対して、ＰＣＭＯ省燃費
性は、基油の粘度および蒸発損失性に依存する。（３）従来の配合物で見いださ
れる以上の高温高剪断（ＨＴＨＳ）粘度を提供する低粘度かつ低蒸発損失性の基
油を用いてＰＣＭＯ省燃費性を最適化することができる。

【００３１】基油の粘度、粘度指数（ＶＩ）、およびＮｏａｃｋ蒸発損失性の間には基本的
な関係がある（図１）。一定のＶＩでは、基油の蒸発損失性は、粘度の増加に伴
って減少し、一定の粘度では、基油の蒸発損失性は、ＶＩの増加に伴って減少す
る。ブレンドされたエンジン油のＮｏａｃｋ蒸発損失性は、エンジン油をブレン
ドするのに使用した基油のＮｏａｃｋ蒸発損失性と本質的に等しい。なぜなら、
添加剤は、このバルク基油の性質にごくわずかな影響を及ぼすにすぎないからで
ある。１９８５年に、欧州自動車製造業者（ＡＣＥＡ）は、エンジン油に対して
最大Ｎｏａｃｋ蒸発損失性規格を１５％に設定した。このＮｏａｃｋ蒸発損失性
規格は、高速度および高温で運転されるエンジンにおいて油の消費量を最小限に
抑えることが示された。図１からわかるように、このＮｏａｃｋ蒸発損失性要件
は、最も一般的に使用されているＳＡＥ１５Ｗ−４０エンジン油粘度グレード
の既存の欧州１０５ＶＩ基油により容易に満足される。しかしながら、北米で一
般に使用されているより低い粘度グレードのエンジン油（ＳＡＥ５Ｗ−３０、
１０Ｗ−ＸＸ）は、利用可能な９５ＶＩ基油を用いて１５％の最大Ｎｏａｃｋ蒸
発損失性になるようにブレンドすることができない。

【００３２】エンジン油の省燃費性能は、基油の粘度に部分的に依存することが知られてい
る。ＩＬＳＡＣＧＦ−２省燃費性能は、ＡＳＴＭシークエンスＶＩＡ試験によ
り測定され、ＳＡＥ５Ｗ−３０およびＳＡＥ１０Ｗ−３０エンジン油に対す
る規格は異なっている。ＳＡＥ５Ｗ−３０ＧＦ−２エンジン油に対する省燃
費規格は、ＡＳＴＭＢＣ−２基準油と比較して最低１．１％であり、ＳＡＥ
１０Ｗ−３０ＧＦ−２エンジン油に対する省燃費規格は、ＡＳＴＭＢＣ−２
と比較して最低０．５％である。ＳＡＥ５Ｗ−３０エンジン油とＳＡＥ１０
Ｗ−３０エンジン油とのこの省燃費変化分０．６％の原因となる主な配合物差は
、それらのブレンディングに用いられる基油の粘度であり、典型的にはＳＡＥ
５Ｗ−３０では１００℃において約４ｃＳｔ（Ｓ１００Ｎ）、ＳＡＥ１０Ｗ−
３０では１００℃において約５ｃＳｔ（Ｓ１５０Ｎ）である。

【００３３】ＩＬＳＡＣＧＦ−３に対する省燃費性能は、新しいＡＳＴＭシークエンスＶ
ＩＢエンジン試験で決定されるであろう。この試験では、初期のすなわちフェー
ズＩの省燃費性（シークエンスＶＩＡに類似している）、および省燃費保持性す
なわち９６時間（４５００〜５０００マイル）エージングサイクル後のフェーズ
ＩＩ省燃費性が測定される。単一のプロトタイプＧＦ−３添加剤系を用いて単一
のシークエンスＶＩＢエンジンテストスタンドで一連の試験を実施し、シークエ
ンスＶＩＢ省燃費性能に及ぼす基油の動粘度の影響を調べた。１００℃における
基油の粘度を５．４ｃＳｔから３．７ｃＳｔに減少させたときにエンジン油の蒸
発損失性が保持されるように、ＡＰＩグループＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶに
属する基油を使用した。図２にプロットされたシークエンスＶＩＢデータは、初
期（１６時間）省燃費性能と基油粘度との直線的依存性を示している。データは
、５．４ｃＳｔのグループＩ基油を用いてブレンドされたＰＣＭＯの省燃費性を
任意に０に設定して、相対的な省燃費性能としてプロットされている。これは、
絶対的な省燃費性能を決定する基油と添加剤との組み合わせの効果ではなく、基
油の効果だけに焦点をあてたものである。これらのデータは、ＳＡＥ１０Ｗ−
３０ＰＣＭＯからＳＡＥ５Ｗ−３０ＰＣＭＯに移行したときにシークエン
スＶＩＡ試験で先に観測した省燃費性を０．６％改善する基油粘度効果を示して
いる。９６時間保持省燃費性についてのシークエンスＶＩＢデータは、類似の基
油粘度効果を示している。同様に、相対的省燃費性としてプロットした９６時間
シークエンスＶＩＢデータを図３に示す。図２および３のデータから示唆される
ように、ＳＡＥ５Ｗ−３０粘度グレードの上限から下限に移行することにより
、０．３〜０．４％の省燃費性の改善を容易に行うことができる。

【００３４】図２および３のデータはまた、非常に高いＶＩのＡＰＩグループＩＩＩ基油を
用いてブレンディングを行っても可能なかぎり最良の省燃費性を有するＰＣＭＯ
が必ずしも得られるわけではないことを示している。粘度４．９５ｃＳｔのグル
ープＩＩＩ基油を用いてブレンドしたＳＡＥ５Ｗ−３０ＰＣＭＯの１６時間
省燃費性は、４．５ｃＳｔのＡＰＩグループＩＩ＋基油を用いてブレンドしたＳ
ＡＥ５Ｗ−３０ＰＣＭＯの省燃費性と比べて、前者のほうが−２５℃におい
て低いＣＣＳ粘度を有しているにもかかわらず、それほど良好ではなかった。Ｃ
ＣＳ粘度は、ＳＡＥ０Ｗ−３０エンジン油として試験されることになるので、
このＳＡＥ５Ｗ−３０ＰＣＭＯをブレンドするために、より低い動粘度のＡ
ＰＩグループＩＩＩ基油を使用することはできかなった（ＳＡＥＪ３００では
、測定される最低の「Ｗ」グレードとして油が分類されることが必要である。従
って、５Ｗ−３０および０Ｗ−３０のＣＣＳ粘度要件を満足する油は、０Ｗ−３
０として分類されるであろう）。一方、非常に低い蒸発損失性（１２％Ｎｏａｃ
ｋ）を有する４．９５ｃＳｔのグループＩＩＩ基油は、１５％Ｎｏａｃｋの基油
を用いてブレンドしたＰＣＭＯと比較して、期待したよりも良好な保持省燃費性
を示した（図３）。シークエンスＶＩＢ試験の９６時間エージングサイクル時、
基油中のより軽質でより揮発性の留分が失われると、残留留分の粘度が増加し、
そして粘度の増加によって省燃費性が低減することが知られている。

【００３５】より高いＶＩの基油を使用する場合、エンジン油配合者は、ブレンディングの
ストラテジーを選択しなければならない（図４の概略図を参照されたい）。曇り
点を超える温度では、基油はニュートン流体である（すなわち、測定される粘度
は剪断速度に依存しない）。さらに、それらの粘度対温度の関係は、ＭａｃＣｏ
ｕｌｌ、Ｗａｌｔｈｅｒ、およびＷｒｉｇｈｔの数学的転化を用いて直線として
表すことができる。９５ＶＩ基油および１１５ＶＩ基油は、異なる粘度温度関係
（傾斜）を有し、それらの粘度は、ただ１つの温度においてのみ等しくなりうる
。図４は、エンジン油を配合するのに使用される２つの重要な粘度温度点、すな
わち、１つの低温（たとえば、「Ｗ」グレードに応じて−２０もしくは−２５℃
のいずれか）におけるコールドクランキングシミュレーター（ＣＣＳ）粘度およ
び１００℃における動粘度（ｋＶ）を示している。配合者は、１１５ＶＩおよび
９５ＶＩ基油の粘度をこれらの温度のいずれか一方で等しくなるように選択する
ことができる。しかしながら、ひとたびその温度を選択すると、図示されている
ように他のすべての温度における１１５ＶＩ基油の粘度は、より高くなるか又は
より低くなる。

【００３６】オプション１：等しいＣＣＳ粘度９５ＶＩ基油と同等なＣＣＳ粘度を有するより高いＶＩの基油は、他のすべて
のエンジン運転温度において、より高い基油粘度を有するであろう。１００℃に
おける基油粘度が高いほど、完成油動粘度（ＫＶ）目標を満足するのに必要な粘
度指数（ＶＩ）向上剤（ポリマー）濃度は低減する。また、エンジンの過酷運転
温度範囲１１０〜１５０℃における基油粘度が高いほど、油の許容荷重を増加さ
せる恩恵に浴することが可能である。しかしながら、正常なエンジン運転温度（
約７０〜１１０℃）における粘度が増加すると、流体力学的摩擦（抗力）が増大
し、燃料効率の低下を招くであろう。先に述べたように、この省燃費性低下の大
きさは、ＧＦ−３を定義するのに使用される予定の新しいＡＳＴＭシークエンス
ＶＩＢエンジン試験において、０．３〜０．４％であることが判明した。新しい
ＧＦ−３規格で目標とされる１〜２％の省燃費効果と比較した場合、この低下は
顕著である。

【００３７】オプション２：１００℃における等しい動粘度より高いＶＩの基油と９５ＶＩ基油の１００℃における動粘度を一致させると
、顕著な技術的利点が得られることが判明した。１００℃における完成エンジン
油の動粘度（ＫＶ）目標を満足するのに必要とされるＶＩ向上剤濃度は、２種の
基油で類似しているであろう。したがって、完成油は、同等な粘弾性特性を有す
るであろう。過酷なエンジン運転温度（１１０〜１５０℃）では、１１５ＶＩ基
油の粘度は、９５ＶＩ基油の粘度に等しいか又はわずかに高いであろう。この粘
度類似性により、エンジン耐久性／摩耗防止性は、保持されるかもしくは改善さ
れる可能性があり、しかも、オプション１と比較して省燃費性が著しく低減され
ることはない。正常な運転温度（約７０〜１１０℃）では、高ＶＩ基油の粘度は
、９５ＶＩ基油よりも低くなるであろう。このため、流体力学的条件下における
省燃費性が改善されるとともに、低温におけるエンジン始動性およびエンジン油
ポンパビリティーが改善されるであろう。低温におけるエンジン油ポンパビリテ
ィーが改善されると、油がクランクおよびカムシャフト領域に到着するのに要す
る時間が減少するので、エンジン始動後の最初の数分間における摩耗は、低減さ
れるはずである。１００℃もしくはその近傍の温度において、より高いＶＩの基
油と９５ＶＩ基油の粘度を一致させると（オプション２）、オプション１と比較
して、同等な耐久性、優れた省燃費性、およびより良好な低温性能特性を有する
エンジン油が得られるであろう。本発明の主要な構成要素であるこの好ましいブ
レンディング範囲を図４に示す。

【００３８】より高いＶＩの基油を用いてオプション１および２によりＳＡＥ５Ｗ−３０
およびＳＡＥ１０Ｗ−３０エンジン油をブレンドするための粘度測定データは
、ＭａｃＣｏｕｌｌ、Ｗａｌｔｈｅｒ、およびＷｒｉｇｈｔの数学的転化式およ
び密度を用いて計算することによって、ｃＳｔ単位の動粘度（ｋＶ）からｃＰ単
位のＣＣＳ粘度に転化することができる（表１）。ブレンドオプション１の解析
に使用する基油ＣＣＳ粘度を定義するために、いくつかの仮定を設けなければな
らない。配合者は、伝統的に、それぞれのＳＡＥ粘度グレードに見合った適切な
温度（５Ｗの場合は−２５℃、１０Ｗの場合は−２０℃）において３２５０ｃＰ
のＣＣＳ粘度になるようなエンジン油ブレンドを目標としてきた。ＣＣＳ粘度に
対する添加剤の寄与が−２５℃では１２５０ｃＰおよび−２０℃では１０５０ｃ
Ｐであると仮定すると、オプション１に必要な基油のＣＣＳ粘度は、ＳＡＥ５
Ｗ−３０エンジン油の場合、−２５℃において約２０００ｃＰであり、ＳＡＥ
１０Ｗ−３０エンジン油の場合、−２０℃において約２３００ｃＰである。ブレ
ンドオプション２では、９５ＶＩ基油を用いてＳＡＥ５Ｗ−３０およびＳＡＥ
１０Ｗ−３０エンジン油をブレンドするために伝統的に用いられるハイエンド
の基油動粘度が使用される（すなわち、１００℃においでそれぞれ４．４ｃＳｔ
および５．３ｃＳｔ）。

【００３９】

【表１】

【００４０】９５〜１２０ＶＩ基油に対する表１のオプション１およびオプション２のブレ
ンドデータを図５にグラフで示す。ブレンドオプション１および２に対して仮定
された動粘度（ＫＶ）およびＣＣＳ粘度の目標値が変化すると、ＳＡＥ５Ｗ−
３０およびＳＡＥ１０Ｗ−３０エンジン油をブレンドするための図５に示され
た三角形領域はわずかに右もしくは左にシフトするであろうが、全体像は変化し
ないであろう。

【００４１】非常に高いＶＩのＡＰＩグループＩＩＩおよびＩＶ基油を用いてブレンディン
グしたときのエンジン油の粘度効果を示すために、表１中の粘度計算値を１３０
ＶＩおよび１４０ＶＩに拡張した。一定ＣＣＳ粘度の場合（オプション１）、Ａ
ＰＩグループＩＩＩおよびＩＶ基油は、１００℃において非常に高い動粘度を有
しているため、省燃費性が低減される。１００℃において一定動粘度の場合（オ
プション２）、それらは非常に低いＣＣＳ粘度を有しているため、目標のＳＡＥ
「Ｗ」粘度グレードよりも下になるであろう。これらの非常に高いＶＩの基油を
用いて蒸発損失性が低く、かつ燃料効率のよいエンジン油を配合する場合、熟練
配合者は、これらの粘度効果を考慮に入れなければならない。たとえば、これら
の非常に高いＶＩのＡＰＩグループＩＩＩおよびＩＶ基油は、ＣＣＳ粘度が非常
に低いため、ＳＡＥ０Ｗ−ＸＸエンジン油をブレンドするのに、最も有用であ
る。

【００４２】ＥｘｘｏｎＣｏｍｐａｎｙ，Ｕ．Ｓ．Ａ．により製造された新しい高ＶＩ（
ＡＰＩグループＩＩ＋）基油を用いて、プロトタイプＩＬＳＡＣＧＦ−３エン
ジン油をブレンドした。３つの主要な添加剤会社から入手したプロトタイプＧＦ
−３添加剤パッケージを用いて、２種のＳＡＥ５Ｗ−２０エンジン油および３
種のＳＡＥ１０Ｗ−３０エンジン油をブレンドした。表２に記載の内容以外は
、基準の試験監視センターであるＡＳＴＭのシークエンスＶＩＢエンジンテスト
スタンドでプロトタイプＧＦ−３エンジン油を試験した。「オプション２」のブ
レンドストラテジーを用いてプロトタイプＧＦ−３エンジン油を配合した。それ
らはいずれも、最大提案値１５％よりも低いＮｏａｃｋ蒸発損失性を有している
。これらの５種のプロトタイプエンジン油はいずれも、提案されたＩＬＳＡＣ
ＧＦ−３省燃費限界を満足した。これらの限界は、それらの各粘度グレードに対
して当初に提案されたものである。これらのプロトタイプエンジン油の１５０℃
における高温高剪断粘度は、ＳＡＥ５Ｗ−２０およびＳＡＥ１０Ｗ−３０エ
ンジン油に対する高温高剪断（ＨＴＨＳ）限界を十分に超えており、以前のＧＦ
−１およびＧＦ−２ＰＣＭＯの高温高剪断（ＨＴＨＳ）粘度と少なくとも同等
であった。基油粘度だけをもとにして考えると、これらのプロトタイプＧＦ−３
エンジン油は、現在市販されている同一粘度グレードのＰＣＭＯと少なくとも同
等なエンジン耐久性および摩耗防止性を有しているはずである。

【００４３】

【表２】

【００４４】これらの新しい高粘度指数（ＶＩ）、低粘度、低蒸発損失性の基油を用いてブ
レンドされたＰＣＭＯは、優れた省燃費性および蒸発損失性に加えて、それらの
ＣＣＳ粘度に基づいて改善された低温エンジン始動特性を有することが期待され
るとともに、ＭＲＶ粘度／降伏応力は、いずれも、十分にグレード限界内に納ま
った（最大６０，０００ｃＰ）。図６は、異なる粘度の基油を用いて適切に配合
されたＳＡＥ１０Ｗ−３０ＰＣＭＯについて、ＭＲＶ粘度とＣＣＳ粘度との
関係を示している。−３０℃および−３５℃で測定されたＭＲＶ粘度は、−２０
℃におけるＣＣＳ粘度が３２００ｃＰから１９００ｃＰに減少するにつれて一定
の割合で減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】基油の粘度、粘度指数（ＶＩ）、およびＮｏａｃｋ蒸発損失性の関係を示すグ
ラフである。

【図２】シークエンスＶＩＢ試験のフェーズＩ部分（１６時間）について基油粘度の関
数として相対的省燃費性を示すグラフである。

【図３】シークエンスＶＩＢ試験のフェーズＩＩ部分（９６時間）について基油粘度の
関数として保持省燃費性を示すグラフである。

【図４】ＶＩ、粘度、およびＣＣＳ温度の関数としてブレンディングオプションを示す
概略図である。

【図５】Ｎｏａｃｋおよび粘度の関数としてブレンドオプションを示すグラフである。

【図６】異なる粘度の基油を用いて適切に配合されたＳＡＥ１０Ｗ−３０ＰＣＭＯ
についてＭＲＶ粘度とＣＣＳ粘度との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｎ 40:25 Ｃ１０Ｎ 40:25 70:00 70:00 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ，ＳＧ (72)発明者メイ，クリストファー，ジョンカナダ国，オンタリオエヌ７エス４エイ７，サーニィア，ボブコート 1571 (72)発明者ディーン，バリー，シー．アメリカ合衆国，ルイジアナ州 70810，バトンルージュ，ファイブオークスドライブ 17822 Ｆターム(参考） 4H104 DA02A EA02A EA04A JA01 LA01 LA03 PA41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低い蒸発損失性および１００を超える粘度指数の基油を含有
し、ほとんどのエンジン運転条件下において改善された省燃費性、耐久性、およ
びエンジン油ポンパビリティーを与えるマチルグレード潤滑油を製造する方法で
あって、各々のＳＡＥマルチ粘度グレードに見合った適切な粘度および蒸発損失
性の高粘度指数基油を作製して、そのＳＡＥマルチ粘度グレードに見合った適切
な温度で２５００ｃＰ未満のＣＣＳ粘度を有する完成潤滑油を製造するように基
油成分をブレンドする工程を含むことを特徴とするマチルグレード潤滑油を製造
する方法。
【請求項２】１０Ｗマルチグレード乗用車モーター油（ＰＣＭＯ）を調製
するのに使用される潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法であっ
て、約１００より大きい粘度指数、約１５％以下の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性
、−２０℃において約２５００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度、および１００℃に
おいて約５．０〜約６．０ｃＳｔの基油動粘度を有する基油をブレンドする工程
を含むことを特徴とする潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法。
【請求項３】５Ｗマルチグレード乗用車モーター油を調製するのに使用さ
れる潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法であって、約１００よ
り大きい粘度指数、約１５％以下の完成油Ｎｏａｃｋ蒸発損失性、−２５℃にお
いて約２５００ｃＰ未満の完成油ＣＣＳ粘度、および１００℃において約４．０
〜約５．０ｃＳｔの基油動粘度を有する基油をブレンドすることを含むことを特
徴とする潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法。
【請求項４】前記Ｎｏａｃｋ蒸発損失性が、１３％未満であることを特徴
とする請求項２に記載の潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法。
【請求項５】前記Ｎｏａｃｋ蒸発損失性が、１３％未満であることを特徴
とする請求項３に記載の潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改善する方法。
【請求項６】前記５Ｗマルチグレード油が、５Ｗ−２０または５Ｗ−３０
であることを特徴とする請求項３に記載の潤滑基油の省燃費性および低温流動性
を改善する方法。
【請求項７】前記ＣＣＣ粘度が、−２０℃において２１００ｃＰ未満であ
ることを特徴とする請求項２に記載の潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改
善する方法。
【請求項８】前記ＣＣＣ粘度が、−２５℃において２１００ｃＰ未満であ
ることを特徴とする請求項３に記載の潤滑基油の省燃費性および低温流動性を改
善する方法。