JP2004292788A - 燃焼室の沈着物の生成を減少させるための燃料組成物に対する添加剤 - Google Patents

燃焼室の沈着物の生成を減少させるための燃料組成物に対する添加剤 Download PDF

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アレン・エイ・アラデイ
Dennis J Malfer
デニス・ジエイ・マルフアー
Scott D Schwab
スコツト・デイ・シユワブ
William J Colucci
ウイリアム・ジエイ・コルツチ
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    • C10M2215/042Amines, e.g. polyalkylene polyamines; Quaternary amines having amino groups bound to acyclic or cycloaliphatic carbon atoms containing hydroxy groups; Alkoxylated derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2217/00Organic macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2217/06Macromolecular compounds obtained by functionalisation op polymers with a nitrogen containing compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10NINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
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Abstract

【課題】 燃焼可能な燃料に対する摩擦調整剤を使用してエンジン中の燃焼室の沈着物の生成を減少させる方法が提供される。
【解決手段】 この摩擦調整剤は飽和カルボン酸とアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンを組み合わせることによって調整される。特定の摩擦調整剤を選択することにより、添加剤濃縮物で変性された燃料で動作している燃焼エンジンの中におけるIVD沈着物の生成を増加させずにCCDを著しく減少させる安定な添加剤濃縮物を調合することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は2002年4月24日出願の米国特許出願第10/128,529号からの優先権を主張する一部継続出願である。
本発明は燃料、特に内燃機関用のガソリンに使用するための摩擦調整剤(friction modifier)に関する。さらに本発明はこのような摩擦調整剤を含む新規火花点火式エンジン用燃料組成物、並びに燃料の経済的使用性能を強化しつつ、エンジンの中の燃焼室沈着物を抑制する、即ち減少または除去する方法に関する。
ここ多年に亙り火花点火式内燃機関の燃料導入系の中における沈着物の生成を抑制する(防止または減少させる)ための添加剤にかなりの努力が払われてきた。特に燃料注入器の沈着物、吸気バルブの沈着物、および燃焼室の沈着物を効果的に抑制できる添加剤は、この分野における多くの研究活動の焦点になってきたが、これらの努力にもかかわらずさらなる改善が望まれている。
PFIおよびDIGエンジンに対する燃料に関する沈着物の問題が生じる主な区域は、注入器、吸気バルブ、および燃焼室である。さらに、ピストンとシリンダー、バルブ機構および燃料ポンプとの間のエンジンの摩擦によって燃料消費量が増加する。特に、DIGエンジン技術においては、高圧ポンプ(最高1500psiのポンプ能力)に伴う摩擦に関連した耐久性の問題があり、この耐久性はガソリンがもつ固有の低い潤滑性により破壊される。従って、石油産業界においては上記のエンジンの沈着物および摩擦に対する要求に対応し得るPFIおよびDIGエンジンの両方に使用するのに適した燃料を製造することが望まれている。
特許文献1に或る程度記載されているように、ガソリンおよび他の燃料の性能は添加剤の技術を使用することによって改善することができる。例えば吸気系の沈着物の生成を阻止し、それによってエンジンの清浄度および性能を改善するために清浄剤(detergent)が使用されてきた。法規制によれば低硫黄分の燃料を導入することが要求されているが、このような燃料は潤滑性が少なく、燃料ポンプおよび注入器の耐久性に関する懸念が生じることが知られている。硫黄自身が潤滑調整剤になることは直接的には知られていない。しかし、十分な水素化処理を行って硫黄を除去すると、意図せずに燃料の天然の潤滑性成分、例えば或る種の芳香族化合物、カルボン酸およびエステルをも除去てしまうことが知られている。不幸にして、市販のガソリン用清浄剤および分散剤は、それを非常に高い濃度で燃料に添加するまでは摩擦減少特性を殆ど示さない。このような非常に高い清浄剤濃度は、CCDのような無害効果(no−harm)が許容できなくなるようなレベルに達することが多い。
別になった摩擦調整剤をガソリンに加え、エンジンの摩擦を減少させることにより燃料の経済性を増加させ得ることが示唆されている。また燃料の摩擦調整剤は、DIGエンジンに見られるような高圧燃料ポンプおよび注入器を燃料に起因する摩耗から防ぐ役目もするであろう。燃料の硫黄分の量を著しく減少させることを求めている全世界的な規制は、この摩耗の問題をさらに幾分悪化させる可能性がある。清浄剤/摩擦調整剤を組み合わせた添加剤パッケージのための適切な成分を選ぶ場合には、清浄剤と摩擦調整剤の特性等を確実にバランスさせることが重要である。理想的には、摩擦調整剤は清浄剤の沈着物抑制機能に悪影響を及ぼしてはならない。さらに、添加剤パッケージはエンジンの性能に悪影響を与えてはならない。例えば、この添加剤パッケージはバルブ(弁)の固着を促進したり、或いは他の性能を低下させる問題の原因になってはいけない。市販品として適切に使用できるためには、摩擦調整用添加剤は、ガソリンの性能向上用の添加剤に対して要求されるすべての無害試験(no−harm test)に合格しなければならない。多くの場合このことが市場に受け入れられるための最大の障害になる。無害試験は、(1)或る温度範囲におけるガソリンおよびガソリン中によく見受けられる添加剤に対して相容性があること、(2)IVDおよびCCDの増加がないこと、(3)低温においてバルブの固着がないこと、および(4)燃料系、シリンダーおよびクランク室を腐蝕しないことに対する試験を含んでいる。これらのすべての基準に合致する添加剤を開発することは非常にやりがいがある。
従来法の燃料用摩擦調整剤の大部分は天然産の(植物および動物に由来する)脂肪酸の誘導体であり、純粋な合成製品は僅か二三を数えるだけであった。例えば、特許文献2には、燃料用の摩擦調整剤を上部シリンダーの壁および油溜めの中に移送し、上部シリンダー/リングおよびバルブの潤滑を行う機械的な方法の提案が記載されている。摩擦調整剤は燃料用清浄剤分散剤、例えばポリエーテルアミン(PEA)、ポリイソブテンアミン(PIBA)、マンニッヒ塩基、および琥珀酸イミドと共にパッケージ化される。該特許文献2に記載されている従来法の燃料用摩擦調整剤は、すべてディーゼル油中における燃料変性剤の使用を記述した特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、および特許文献7に記載されている。これらの特許に含まれる化学物質には、脂肪酸のエステル、二量化した不飽和脂肪酸、1級脂肪族アミン、ジエタノールアミンの脂肪酸アミド及び長鎖の脂肪族モノカルボン酸が含まれる。その中に挙げられた他の特定の特許は、1級アルコキシアルキルアミンをカルボン酸と反応させるか、或いは適当なギ酸エステルをアミノ分解させて製造した燃料用摩擦調整剤と潤滑油を記載した特許文献8、および特許文献9がある。
特許文献9には、C〜C20脂肪酸エステル、例えばココナツ油、とモノ−またはジ−ヒドロキシヒドロカルビルアミン、例えばジエタノールアミン、との反応生成物から誘導されたガソリン組成物に対するガソリン・キャブレター用清浄剤がキャブレター清浄剤として記載されている。特許文献9における添加剤は、鉛を含んだガソリンおよびメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル(MMT)を含む任意のガソリンにおいて有用であると記載されている。特許文献9に記載された燃料は他の必要な添加剤、例えば除氷剤(anti-icers)および腐蝕防止剤を含んでいることができる。
特許文献10には、ヒドロキシアミドを与える1級エーテルアミンとヒドロカルボン酸との反応生成物であり、燃料および潤滑剤の中での摩擦を減少させる摩擦減少用(friction reducing)添加剤が記載されている。摩擦調整剤を記載した他の先行特許文献には特許文献11(燃料および潤滑剤(lubricant)の摩擦調整剤として三価アルコールのモノカルボン酸エステル、グリセリンモノオレエート)、特許文献12、特許文献13および特許文献14(脂肪酸フォルムアミドの使用)、特許文献15(脂肪酸アミドの使用)、特許文献16(燃料の経済性を改善するために潤滑剤中にアルカン−1,2−ジオールを使用)、および特許文献17(ヒドロキシ基を1個または複数個置換した脂肪族モノカルボン酸およびアミンから得られるアミドの使用)が含まれる。特許文献18には、ある種のカルボン酸を複素環式芳香族アミンを含んで成る成分と反応させて製造した潤滑性強化用の塩組成物を含む燃料組成物が記載されている。特許文献19には、カルボン酸と脂肪族アミンとの塩、或いはカルボン酸と脂肪族アミンとの間で脱水素縮合を行って得られるアミドを含んで成るディーゼル油用添加剤が記載されている。
特許文献20には、エトキシル化されたアミンを使用することによりエンジンの摩擦を減少させる方法が記載されている。さらに、特許文献21(潤滑剤の酸化防止剤としての油溶性のヒドロキシアミン、例えば式C1837N−(CHCHOH)の「ETHOMEEN 18−12TM)、特許文献22(琥珀酸またはその無水物、ポリアルキレングリコールまたはモノエーテル、塩基性金属の有機化合物、およびアルコキシル化されたアミンの反応生成物を抗乳化剤(demulsifier)として使用)、特許文献23、特許文献24および特許文献25にはいずれも燃料および潤滑剤中にヒドロキシアミンを種々の方法で使用することが記載されている。
特許文献26には、一般的に炭化水素溶媒の基質の中で燃料用添加剤を予備混合して濃縮物をつくり、次いで顧客へ移送する前にタンカーに充填するために、使用するガソリンのパイプラインの中に該濃縮物を注入する方法としてガソリンを供給する現行の方法が記載されている。濃縮物をガソリンの中に注入するのを容易にするために、該濃縮物は低粘度の均一な液体の形をしていることが重要である。
摩擦調整剤は単独で添加剤として、或いはエンジンが経験し易い条件における燃料との相容性を十分考慮して調製された清浄剤分散剤パッケージと組み合わせて、ガソリンに加えることができる。さらに、燃料の経済性を増加させ燃焼室の沈着物の抑制および摩擦の減少をすべて行うことができる、ガソリンに対する清浄剤/摩擦調整用添加剤濃縮物が必要とされている。さらにこれに加えて、該濃縮物はそれが容易に貯蔵できる温度範囲に亙って安定であり、仕上げられたガソリンまたはガソリンを使用するエンジンの性能および特性に悪影響を与えず、特にIVDまたはCCDの問題を増加させないものでなければならない。
McLeanの米国特許第6,277,158号明細書。 国際公開第01/72930A2号パンフレット。 米国特許第2,252,889号明細書。 米国特許第4,185,594号明細書。 米国特許第4,208,190号明細書。 米国特許第4,204,481号明細書。 米国特許第4,428,182号明細書。 米国特許第4,427,562号明細書。 米国特許第4,729,769号明細書。 米国特許第5,858,029号明細書。 米国特許第4,617,026号明細書。 米国特許第4,789,493号明細書。 米国特許第4,808,196号明細書。 米国特許第4,867,752号明細書。 米国特許第4,280,916号明細書。 米国特許第4,406,803号明細書。 米国特許第4,512,903号明細書。 米国特許第6,328,771号明細書。 欧州特許第0 798 364号明細書。 欧州特許第0 869 163 A1号明細書。 米国特許第4,086,172号明細書。 米国特許第4,129,508号明細書。 米国特許第4,231,883号明細書。 米国特許第4,409,000号明細書。 米国特許第4,836,829号明細書。 米国特許第6,277,158号明細書。
本発明の要約
本発明によれば、エンジン中のCCDの生成を減少させる方法が提供される。この方法ではエンジン中において分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸とアミン、例えばアンモニアまたはアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンを組み合わせることによって製造された摩擦調整剤が使用される。
本明細書において使用される「アルキル化された」という言葉は、一般にモノアルキル化されたまたはポリアルキル化された(例えば「ジアルキル化された」)ことを意味することができる。摩擦調整剤に関連して使用される「アミン」と言う言葉は、一般にアンモニア、モノアミンまたはポリアミン(例えば「ジアミン」)を意味することができる。
好適な一態様においては、摩擦調整剤はモノ−またはジ−アルキル化されたアミンの分岐した飽和カルボン酸塩を含んで成っている。他の好適な態様においては、摩擦調整剤はアルキルアミンイソステアレートを含んで成っている。また、摩擦調整剤と任意の清浄剤パッケージとは必ずしも同じ材料である必要はないことを理解されるであろう。
本明細書において使用される「アルコキシル化された」または「アルコキシ」という言葉は、一般にモノアルコキシル化されたまたはポリアルコキシル化された(例えば「ジアルコキシル化された」)ことを意味することができる。摩擦調整剤に関連して使用される「アミン」と言う言葉は、一般にモノアミンまたはポリアミン(例えば「ジアミン」)を意味することができる。好適な一態様においては、摩擦調整剤はモノ−またはジ−アルコキシル化されたアミンの分岐した飽和カルボン酸塩を含んで成っている。他の好適な態様においては、摩擦調整剤はアルコキシアミンイソステアレートまたはエーテルアミンイソステアレートを含んで成っている。
本明細書において使用される「アルコキシル化されたアミン」および「エーテルアミン」という言葉は、(a)1個の−ORアルコキシ基または(b)1個のR−O−R’エーテル基の少なくとも一つを有する1級、2級または3級アミンを意味することができる。但しここでRおよびR’はそれぞれ独立にC〜C28の脂肪族炭化水素である。
エンジン用燃料の中に混入した場合、本発明の摩擦調整剤は、この燃料で動作するエンジンが燃焼室の沈着物の生成を著しく減少させるのに有効な量で含まれている。
特定の一態様においては、本発明によれば燃焼エンジン用燃料に使用する添加剤濃縮物において、該濃縮物の全重量に関し
(a)好ましくは室温および常圧において液体であるか或いは可溶化させ得るアンモニア或いはモノ−またはジアルキル化されたアミンまたはモノ−またはジアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸塩を含んで成る摩擦調整剤0.2〜50%、
(b)主として清浄剤と担体の混合物を含んで成る清浄剤パッケージ40〜99.8%、および
(c)溶媒0〜80%を含んで成る添加剤濃縮物を利用する。
本発明の一実施例においては、摩擦調整剤はn−ブチルアミンイソステアレートまたはその分岐した飽和した異性体、或いはそれらの混合物である。他の例においては、摩擦調整剤はイソデシルオキシプロピルアミンをイソステアリン酸と組み合わせて生成した塩である。また摩擦調整剤は灰分を含まないか或いは灰分を生成するものであることができ、好適具体化例においては灰分を含まないものである。
一態様においては、清浄剤パッケージと組み合わせてアンモニアまたはアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸塩の特定の選択を行うことより、摩擦による損失に関し著しい利点が得られ、従って燃料の経済性を改善でき、しかもCCDを増加させないようにするのに有効な摩擦調整剤を調合できる安定な添加剤濃縮物が得られる。一態様においては本発明によりCCDは著しく減少する。
この場合、IVDおよび/または燃料の経済性に有害な影響を与えることなくCCDを減少させ得ることは驚くべきことであり、また予想外なことである。
一好適具体化例においては、この場合定義される摩擦調整剤はそれぞれ異なった長さの骨格と異なった程度の分岐度を有する異なった個々の脂肪酸部分を有する異なったモノアミン塩の混合物を含んで成っている。このような摩擦調整剤種の混合物はその添加剤成分の融点をさらに低下させることができ、液体に一層なり易い摩擦調整剤成分が提供される。好適な摩擦調整剤は典型的には少くとも約−20℃〜約+35℃の温度範囲に亙り液体である。
本発明においては、アンモニア或いはアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸の塩を含んで成る摩擦調整剤は上記に説明したすべての利点を与えることが見出だされた。これに比べ化合物、例えば特にn−ブチルアミンオレエートは、清浄剤と組み合わせて使用した場合、IVDの生成が望ましくないほど増加する。理論によって本発明を拘束するつもりはないが、本発明の摩擦調整剤化合物中に飽和脂肪酸部分が存在すると、摩擦調整剤と清浄剤とを含む添加剤濃縮物で変性された燃料を使用する場合、必要とされる所望のCCD抑制機構を妨害しない助けとなり、同時に別途所望の摩擦調整剤の機能を賦与し、CCDを減少させると仮定することができる。
本発明を実施する際に摩擦調整剤として使用されるアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐した飽和カルボン酸塩の脂肪酸部分のポリアルキレン骨格の中に存在する構造的な分岐によって、飽和の摩擦調整用添加剤化合物は流動状態に維持され、通常の操作温度において容易に燃料と混合し得る傾向を増加させることが重要であると見出だされた。しかし、望ましい場合或いは必要に応じて可溶化剤、例えば炭化水素溶媒、例えばアルコールまたは有機酸を含ませ、固体の形の摩擦調整剤、例えば直鎖の飽和カルボン酸を可溶化することができ、従って可溶化剤は必須の要求事項ではないが、本発明の範囲から除外されるものでもない。
さらに、本発明は、ガソリンエンジン中におけるCCDおよびIVD沈着物を抑制しながら燃料の効率を増加させる方法に関する。他の具体化例においては、アフターサービス用の或いは「トップ処理(top treat)」用の燃料添加剤組成物として本発明の組成物が提供される。
一具体化例において本発明は、直鎖の、またはさらに好ましくは分岐した飽和カルボン酸と、アンモニア或いはアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンとを反応、混合または一緒にすることによって調整された摩擦調整剤をエンジンに供給することによりエンジン中のCCDを減少させる方法に関する。例示的な一態様においては、この摩擦調整剤は(i)飽和カルボン酸、(ii)モノアルキル化されたモノアミンまたはジアルキル化されたモノアミン、(iii)モノアルコキシル化されたモノアミン、(iv)ジアルコキシル化されたモノアミン、或いはその任意のジアミンまたはポリアミン同族列、或いはそれらの組み合わせまたは混合物を反応、混合または一緒にすることによって製造される。一つの好適な態様においては、摩擦調整剤の製造に使用される分岐した飽和脂肪酸はイソステアリン酸である。
この摩擦調整剤を、吸気バルブを有するエンジンの中で燃焼させる燃料のための清浄剤パッケージと組み合わせて使用した場合、IVDを増加させることなく燃料の経済性の改善と組み合わされて著しい性能の向上効果が得られ、CCDが減少する。例えばアルキル化されたまたはアルコキシル化されたモノアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸塩は、例えば(1)エンジンの上部シリンダー壁の上における薄い潤滑油のフィルムの境界摩擦係数(boundary friction coefficient)を減少させ、(2)清浄剤または沈着阻止剤(deposit inhibitor)と組み合わせて使用した場合、沈着阻止剤を単独で用いた場合に比べて低レベルまでIVDおよびCCDを低下させることにより特に優れたガソリン燃料経済性向上特性を示すことが本発明の研究者によって見出されている。またこれらの化合物は優れた抗乳化能力(demulse capability)を示すこともできる。
摩擦調整剤
本発明に用いられる摩擦調整剤は、好適具体化例においては、アンモニア或いはモノアルキル化された、ジアルキル化された、ポリアルキル化された、またはモノアルコキシル化された、ジアルコキシル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖のモノ−、ジ−またはポリ飽和カルボン酸塩を含んで成っている。さらに好適な具体化例においては、飽和カルボン酸の骨格の中に分岐が含まれ、低い周囲温度における燃料との相容性(compatibility)が強化されている。
さらに特定的に述べれば、本発明に使用できるカルボン酸はイソステアリン酸、2−エチルヘキサン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、デカン酸、ドデカン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、メチル吉草酸、ジメチル吉草酸、およびこれらの異性体および混合物を含むことができる。これに加えて、本発明に使用できる他のカルボン酸はアルキル基が環式の基であるアルキル酸、即ち本明細書において環式カルボン酸と呼ばれるものを含むことができるがこれに限定されない。
さらに、本発明に使用できるカルボン酸はモノカルボン酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、またはこれらの混合物であることができる。
適当なアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸塩の本発明を限定しない例は下記の一般的な構造式(I)をもつものである。
Figure 2004292788
ここで式中RおよびRはそれぞれ独立にアルキル基、好ましくはC〜Cのアルキル基、さらに好ましくはメチルを表し、jは1〜20、好ましくは1〜5であり;Aは−(CH−を表し、ここでxは4〜20であるが;但し各RはAの中の骨格炭素原子の水素に対して置換され、2個より多くのR基がAの中の或る与えられた1個の骨格炭素原子に結合していることはなく;R、RおよびRはそれぞれ独立にヒドロカルビル基、例えばアルキル、またはアルコキシ基を表すかまたは水素原子を表し;qは1、2または3であり、zおよびyはそれぞれ独立に0または1であるが、zおよびyがそれぞれ0の時はqは3であり、さらにまたzまたはyの一つが1で他が0の時はqは2であり、またzおよびyがそれぞれ1の場合qは1である。一具体化例においてはAまたはRは独立に環式の炭化水素基であることができる。
さらに他の具体化例においては、構造式(I)中のRおよびRはそれぞれ独立に脂肪族のC〜Cアルキルまたはアルコキシ基を表し、これらの基は直鎖の、環式の、分岐した、置換基をもたないまたはもっている基であることができるが、但し、存在する任意の分岐または置換はそれが変性された燃料組成物との相容性を損なうことのないような基である。一つの特定の具体化例においては、RおよびRはそれぞれ独立にヒドロキシル化されていない脂肪族のC〜Cアルキルまたはアルコキシ基を表す。さらに他の態様においては、構造式(I)の中のRおよびRはそれぞれ独立に脂肪族のC〜Cアルキル基を表し、該アルキル基は直鎖の、分岐した、環式の、置換基をもたないまたはもっている基であることができるが、但し、存在する任意の分岐または置換はそれが変性された燃料組成物との相容性を損なうことのないような基である。この場合有用な環式アミンの一例はピペリジンである。
本発明において摩擦調整剤として使用されるアンモニア或いはアルキル化されたまたはアルコキシル化されたアミンの分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸塩は例えば(i)分岐したもしくは直鎖の飽和カルボン酸またはその混合物を、(ii)モノ−および/またはジアルキル化されたまたはアルコキシル化されたモノアミン、および/またはモノ−および/またはジアルキル化されたまたはアルコキシル化されたポリアミンと、約1:1のモル比で、温度25〜75℃の範囲において、温度がそれ以上変化しなくなるまで撹拌しながら混合することによって製造することができる。
異なった骨格の長さおよび種々の程度の分岐度をもった本明細書に定義された摩擦調整剤の混合物を摩擦調整剤成分として有利に使用することができる。このような混合物は添加剤成分の融点をさらに低下させ、摩擦調整剤成分を一層液体状態にし易くすることができる。
また、構造(I)の摩擦調整剤化合物のアルキル化されたアミン部分は例えばモノアルキルモノアミン部分、例えばn−ブチルアミン部分であるか、或いはジアルキルモノアミン部分、例えばジ−n−ブチルアミン部分であることができる。
また、、構造(I)の摩擦調整剤化合物のアルコキシル化されたアミン部分は例えば次のアミン部分であることができる。
イソヘキシルオキシプロピルアミン、
2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン、
オクチル/デシルオキシプロピルアミン、
イソデシルオキシプロピルアミン、
イソドデシルオキシプロピルアミン、
イソトリデシルオキシロピルアミン、
1215アルキルオキシプロピルアミン、
イソデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン、
イソドデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン、
イソトリデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン、
イソヘキシルオキシプロピルアミン、
2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン、
オクチル/デシルオキシプロピルアミン、
イソデシルオキシプロピルアミン、
イソプロピルオキシプロピルアミン、
テトラデシルオキシプロピルアミン、
ドデシル/テトラデシルオキシプロピルアミン、
テトラデシル/ドデシルオキシプロピルアミン、
オクタデシル/ヘキサデシルオキシプロピルアミン。
摩擦調整剤成分(a)の例としては一般式(CHCH(CH14C(O)O NHのn−ブチルアミンイソステアレートがある。
n−ブチルアミンイソステアレートはその飽和の分岐した異性体と同様に摩擦調整剤として使用することができる。n−ブチルアミンイソステアレートの本発明を限定しない構造表現式の例は下記構造式IIである。
Figure 2004292788
上記のn−ブチルアミンイソステアレートは、n−ブチルアミンとイソステアリン酸とを約1:1のモル比で混合し温度範囲25〜75℃においてそれ以上温度が変化しなくなるまで撹拌することにより製造することができる。
他の例はイソデシルオキシプロピルアミンイソステアレートである。さらに他の例はイソステアリン酸アンモニウムおよびステアリン酸アンモニウムである。
仕上げられたガソリン中における本発明の摩擦調整剤の処理量は、一般に上記に説明したように例えば燃料効率の改善等のような改善された性能およびCCDの減少の効果が得られるような量であろう。例えばガソリンに対しては本発明の摩擦調整剤を少なくとも約5PTB(ポンド/1000バレル)、さらに好ましくは少なくとも約50PTBの処理量で使用することができる。
摩擦調整剤成分(a)はアルキル化されたアルコキシル化されたアミンの分岐した飽和カルボン酸塩を比較的純粋な形として使用することができるが、或いは上記に挙げたような本発明の添加剤の所望の性能特性に悪影響を与えない限り、ヨード価が10未満のアルキル化されたアミンまたはアルコキシアミンの他の分岐したカルボン酸塩を随時共存させることができる。
ガソリン性能向上用添加剤(gasoline performance additive)(GPA)パッケージ
伝統的なGPAパッケージは一般に、主としてエンジンの構成部分に沈着物が付着しないように保つことを主な目的とする清浄剤および担体混合物を含む清浄剤パッケージを含んで成っている。GPAパッケージ中に存在する他の成分には典型的には腐蝕防止剤、抗乳化剤、酸化防止剤および溶媒が含まれる。或る場合には識別を行うためにGPAパッケージの中にマーカーを加えることがある。従って清浄剤パッケージは典型的にはGPAパッケージの一部として燃料添加剤濃縮物に導入されるが、このことは必ずしも必要ではない。
清浄剤(沈着物阻止剤)パッケージ
本明細書に記載された添加剤濃縮物の一具体化例における清浄剤パッケージ成分に使用される清浄剤即ち沈着物阻止剤は、この機能をもった任意の市販の清浄剤または沈着物阻止剤を含んでいることができる。通常清浄剤または分散剤と呼ばれるガソリンに対する沈着物阻止剤は公知であり、多様な種類の化合物を使用することができる。その例としてはマンニッヒ塩基、ポリアルキレン基の数平均分子量が典型的には600〜2000、好ましくは800〜1400のポリアルキレンアミンおよびポリアルキレン琥珀酸イミド、およびポリエーテルアミンがある。本発明の添加剤濃縮物に対する好適な清浄剤はマンニッヒ塩基清浄剤である。
本発明に使用するのに適したマンニッヒ塩基清浄剤は高分子量のアルキル置換ヒドロキシ芳香族化合物、アルデヒドおよびアミンの反応生成物を含んでいる。本発明のマンニッヒ反応生成物を製造するのに使用されるアルキル置換ヒドロキシ芳香族化合物、アルデヒドおよびアミンはこのような公知の当業界において使用されている任意の化合物であることができる。
本発明に使用するのに適したマンニッヒ清浄剤は米国特許第4,231,759号;同第5,514,190号;同第5,634,951号;同第5,697,988号;同第5,725,612号;および同第5,876,468号明細書に記載されたものを含んでいる。これらの特許は引用により本明細書に包含される。適当なマンニッヒ塩基清浄剤は例えば米国バージニア州、Richmondのthe Ethyl Corporation製のHiTEC(R) 4995およびHiTEC(R) 6410 Detergentを含んでいる。
本発明の燃料組成物はさらにマンニッヒ清浄剤、ポリエーテルアミン清浄剤、ポリイソブチレン清浄剤、琥珀酸イミド清浄剤、およびイミダゾリン清浄剤から成る群から選ばれる材料を含んで成ることができる。
担体
好適具体化例においては、清浄剤は担体即ち導入助剤と共に使用することが好ましい。この担体は典型的には担持用の流体である。このような担体には種々のタイプがあり、例えば液状のポリ−α−オレフィンのオリゴマー、鉱油、液状のポリ(オキシアルキレン)化合物、ポリアルケン、および同様な液状担体であることができる。2種またはそれ以上のこのような担体の混合物も使用することができる。
随時使用される溶媒
望ましい場合または必要に応じて、特に、溶媒を添加することにより添加剤濃縮物の動粘度(kinematic viscosity)を調節する(減少させる)ことができる。これを達成するためには、例えば芳香族炭化水素溶媒またはアルコールのような溶媒を濃縮物に加えることができる。これらの溶媒の例にはトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、イソプロパノール、イソブチルカルビノール、n−ブタノール、および石油系炭化水素溶媒、例えば溶媒ナフサ等が含まれる。
燃料組成物
本発明の燃料組成物は、上記の沈着物抑制添加剤の他に、補助的な添加剤を含んでいることができる。該補助的な添加剤は、分散剤/清浄剤、酸化防止剤、担持用流体、金属不活性化剤(metal deactivator)、染料、マーカー、腐蝕防止剤、殺虫剤、帯電防止用添加剤、滑り減少剤(drag reducing agent)、抗乳化剤、乳化剤、濁り除去剤(dehazar)、氷結防止用添加剤、オクタン価向上剤、アンチノック用添加剤、弁座凹み防止用添加剤(anti−valve−seat recession additive)、潤滑用添加剤、表面活性剤および燃焼改良剤が含まれる。特に好適な補助的な添加剤はMMTとして知られているメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル、およびマンガン含有ガソリン添加剤を含んでいる。。
他の態様においては、燃焼可能な燃料、および50〜2500重量ppmの上記の成分(a)、(b)および随時(c)を含んで成る添加剤の組み合わせをを含有して成る燃料組成物が提供される。
本発明燃料組成物に使用される燃焼可能な燃料は一般に燃料として使用される石油系炭化水素、例えば内燃機関用のガソリンである。このような燃料は典型的には直鎖および分岐した炭素鎖をもつパラフィン、オレフィン、芳香族およびナフテン系炭化水素、および火花点火式ガソリンエンジンに適した他の液体炭化水素性材料を含む種々のタイプの炭化水素混合物を含んでなる。
これらの組成物は例えば無鉛ガソリンおよび加鉛ガソリンのような幾つかの等級に分けて提供され、典型的には通常の精製および配合工程、例えば直溜蒸溜、熱分解、水素化分解、接触分解および種々のリフォーミング工程により石油原油から得られる。ガソリンは、ASTM法D86の蒸溜法によって測定して初留点が約20〜60℃の範囲にあり最終沸点が約150〜230℃の範囲にある液体の炭化水素または炭化水素酸素化物の混合物であるとして定義することができる。ガソリンは他の燃焼可能な物質、例えばメタノールまたはエタノールのようなアルコールを含んでいることができる。
本発明の燃料組成物を調合するのに使用される燃焼可能な燃料は、ガソリンエンジンの操作に使用するのに適した任意の燃焼可能燃料、例えば加鉛または無鉛の自動車用ガソリン、および典型的にはガソリンの沸点範囲の炭化水素、および燃料に可溶な酸素化された配合用試剤(「酸素化物」)、例えばアルコール、エーテルおよび他の適当な酸素含有有機化合物の両方を含むいわゆる改質ガソリン(reformulated gasolines)を含んでいることが好適である。好ましくは該燃料はガソリンの沸点範囲の沸点を有する炭化水素の混合物である。この燃料は直鎖のまたは分岐した炭素鎖をもつパラフィン、環式パラフィン、オレフィン、芳香族炭化水素またはこれらの混合物から成っていることができる。ガソリンは直溜蒸溜によるナフサ、重合ガソリン(polymer gasoline)、天然ガソリン(natural gasoline)または約80〜約450°Fの範囲で沸騰する接触的に改質した原料から得られるガソリンから得ることができる。ガソリンのオクタン価はあまり重要ではなく、任意の通常のガソリンを本発明に使用することができる。
本発明に使用するのに適した酸素化物には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、混合C〜Cアルコール、メチルt−ブチルエーテル、t−アミルメチルエーテル、エチルt−ブチルエーテル、および混合エーテルが含まれる。酸素化物は、使用される場合、基質の燃料の中において通常約85容積%以下の量で、好ましくは約0.5〜約5容積%の範囲の全燃料中の酸素含量を与える量で存在している。
本発明の好適な燃料を調合するのに使用される添加剤は個別的に或いは種々の部分的に組み合わされた形で基質の燃料の中に配合することができる。
本発明による摩擦調整用添加剤は一般に液体燃料を燃焼させる内燃機関、特に火花点火式のガソリンエンジン、即ち増熱式(carbureted)、ポート燃料注入式(port−fuel injected)(PIF)および直接注入式(DIG)ガソリンエンジンに使用することができる。本発明の好適な一具体化例は、エンジンの沈着物を抑制する方法を含んでなる。このことは、エンジンの燃料組成物の中に(a)火花点火式エンジン用の燃料および(b)その中に分散させた上記の沈着阻止剤(deposit inhibitor)パッケージ/摩擦調整用添加剤を導入することによって達成される。
下記の実施例により本発明の実施方法および利点を示すが、これらの実施例は単に例示の目的のためのものであり、本発明を限定するものではない。
試験試料の調製
下記の実施例の目的に対し、境界摩擦(boundary friction)の測定のために5W30 GF−3試験油中の5%溶液として、或いはSequence VI−Bエンジンの燃料経済性試験(Sequence VI−B fuel economy engine tests)およびIVDおよびCCDの測定を行うために、該溶液と清浄剤HiTEC(R)6421とを組み合わせ、幾つかの異なった摩擦調整剤の試験を行った。HiTEC(R)6421ガソリン性能向上用添加剤(GPA)は、米国バージニア州、RichmondのEthyl Corporationから市販されている。下記実施例に記載されているSequence VI−Bエンジンの燃料経済性試験に対しては、摩擦調整剤/GPAの組み合わせは(a)50PTBの摩擦調整剤および(b)清浄剤源としての80.9PTBのHiTEC(R)6421 GPAを含むように調合を行った。
本発明を表す摩擦調整剤(FM)の一例は、植物油から誘導された分岐した飽和脂肪酸の混合物であるCentury 1101Vのn−ブチルアミン塩である。この塩をFM−1と呼ぶことにする。本発明の塩の第2の例(FM−2)は松根油から誘導される分岐した飽和脂肪酸の混合物であるCentury 1101Pのn−ブチルアミン塩である。本発明の塩の第3の例はFM−3であり、これはn−ブチルアミンのイソステアリン酸塩である。また脂肪酸および/またはオリゴマーの動物をベースにした原料を水素化して得られる材料も本発明の酸として有用である。対照として、n−ブチルアミンイソステアレートの代りに本発明の範囲外であるn−ブチルアミンオレエートを同じ重量割合で使用し、本発明のCCD抑制効果の優秀性を示した。分岐した飽和脂肪酸の混合物はArizona Chemical製の一般的な商品名Century 1101から得た。
対照例FM−4はモノ不飽和オレイン酸/イソ−リノール酸混合物(それぞれ37%および46%、残りはステアリン酸)のアンモニウム塩であった。このものはArizona Chemical社からCentury(R) MO−5Nとして入手できる。
CCDの測定はFordの2.3Lエンジンに対しASTM法の改訂版に従って行い、FM−1、FM−2およびFM−3添加剤を比較した。80.9PTBのHiTEC(R) 6421 GPAとして供給されるマンニッヒ清浄剤(および液体担体)を含む燃料、および該清浄剤と、それぞれ別々に50PTBの摩擦調整剤FM−1、50PTBのFM−2およびFM−3とを含む燃料を燃焼させてCCD量を測定した。結果を表1にまとめる。
表1
添加剤の組成 燃焼室の沈着物(CCD)(mg単位)
マンニッヒ清浄剤(A) 1613
(A)+FM−1(本発明) 1443
(A)+FM−2(本発明) 1460
(A)+FM−3(本発明) 1416
(A)+FM−4(対照) 1721

表1の結果は、飽和カルボン酸のn−ブチルアミン塩を含む燃料組成物(FM−1、FM−2およびFM−3)と清浄剤の組み合わせを含む燃料組成物が不飽和性の添加剤(FM−4)と同じタイプの清浄剤とを組み合わせて含む燃料組成物に比べて著しく良好なCCDの抑制と沈着物の減少を達成できることを示している。
また本発明は、本発明のn−ブチルアミンイソステアレートおよび従来法のn−ブチルアミンオレエートは両方ともガソリンに対する摩擦調整剤として機能するが、清浄剤およびn−ブチルアミンイソステアレートの両方を含む燃料添加剤を使用すると、CCDの生起が減少し、一方清浄剤をn−ブチルアミンオレエートと組み合わせて含む燃料添加剤を使用するとCCDが望ましくないほど増加することを示している。
本明細書または特許請求の範囲の任意の場所において化学名によって引用される反応物質および成分は、それが単数または複数のいずれかに関わらず、化学名または化学タイプ(例えば基質燃料、溶媒等)によって引用される他の物質と接触する前に存在したものを指し示しているものと了解されたい。得られた混合物または溶液或いは反応媒質中においてどのような化学変化、転移および/または反応が存在したとしてもそれは問題にならない。何故ならこのような変化、転移および/または反応は、この明細書により求められている条件下において特定の反応物質および/または成分を一緒にしたことによる当然の結果であるからである。即ち反応物質および成分は、所望の化学反応(例えばマンニッヒ縮合反応)を行うか或いは所望の組成物(例えば添加剤を加えられた燃料配合物又は添加剤濃縮物)を生成するいずれかの場合に一緒にされる成分として規定される。また、添加剤の成分はそれ自身個別的におよび/または予備的につくられた添加剤の組み合わせおよび/または部分的な組み合わせをつくるのに使用される成分として基質燃料の中にまたはそれと一緒に添加または配合されることを認識されたい。従って、特許請求の範囲においては物質、構成要素および/または構成成分が現在形で(含んで成る、ある、等)引用されているが、該引用はそれらが本明細書に従って1種またはそれ以上の他の物質、構成要素および/または構成成分と配合または混合された直前に存在していた物質、構成要素および/または構成成分に対する引用である。従って、物質、構成要素および/または構成成分がこのような配合または混合操作の際に化学反応または転移によってその元の同一性を失うことができると言う事実は、本明細書および特許請求の範囲を正確に理解し評価する上においては殆ど問題にならない。
本明細書において「燃料に可溶な」または「ガソリンに可溶な」と言う言葉は、今問題にしている物質が使用するために選ばれた基質燃料に20℃において十分溶解し、該物質がその意図された機能を果たし得るのに必要な最低濃度に達することができることを意味する。好ましくは該物質は基質燃料中においてこれよりも実質的に高い溶解度をもっているであろう。しかしこの物質がすべての割合において基質燃料に完全に溶解する必要はない。
本明細書の多くの箇所において多くの米国特許が引用されている。これらのすべての引用文献はそれが本明細書に完全に記載されているが如く明らかに完全な形で本明細書の中に組み込まれるものとする。
本発明はこれを実施する場合かなりの程度の変更を行うことができる。従って上記の説明は本発明を限定する意図をもつものではなく、本発明を本明細書の中に提示された特定の例に限定すると考えるべきではない。本発明に包含されるべき事項は特許請求の範囲および法律上許容されるその均等物である。

Claims (31)

  1. 燃焼室を有する内燃機関中における沈着物の生成を減少させる方法において、該方法は、該内燃機関中で炭化水素性燃料と摩擦調整剤とを含んで成る燃料組成物を燃焼させ、ここで該摩擦調整剤はアミンを飽和カルボン酸と組み合わせることによって調製され、該エンジン中の燃焼室の沈着物の生成は該摩擦調整剤を含まない燃料組成物を該エンジン中で燃焼させた場合の燃焼室の沈着物の生成に比べて減少していることを特徴とする方法。
  2. アミンがアンモニア、アルキルアミンおよびアルコキシアミンから成る群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 飽和カルボン酸が分岐していることを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 飽和カルボン酸が直鎖であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 摩擦調整剤が一般構造式
    Figure 2004292788
    但し式中RおよびRは各々独立にアルキル基を表し、jは1〜20であり;Aは−(CH−を表し、ここでxは4〜20であるが、但し各RはAの中の骨格炭素原子の水素に対して置換しており、2個より多くのR基がAの中の或る与えられた1個の骨格炭素原子に結合していることはなく;R、RおよびRはそれぞれ独立にヒドロカルビル基、アルコキシ基または水素原子を表し;qは1、2または3であり、そしてzおよびyはそれぞれ独立に0または1であるが、zおよびyがそれぞれ0の時はqは3であり、さらにまたzまたはyの一つが1で他が0の時はqは2であり、またzおよびyがそれぞれ1の場合qは1である、
    を有することを特徴とする請求項1記載の方法。
  6. アミンがモノアルコキシル化されたアミンおよびポリアルコキシル化されたアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  7. アミンがモノエーテルアミンおよびポリエーテルアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  8. アミンがモノアルコキシル化されたモノアミンおよびジアルコキシル化されたモノアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  9. アミンがモノアルコキシル化されたジアミンおよびジアルコキシル化されたポリアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  10. アミンがポリアルコキシル化されたジアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  11. アミンがポリアルコキシル化されたポリアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  12. 、RおよびRは、もし存在するなら、飽和の脂肪族ヒドロカルビル基であることを特徴とする請求項5記載の方法。
  13. カルボン酸がイソステアリン酸、2−エチルヘキサン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、デカン酸、ドデカン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、メチル吉草酸、ジメチル吉草酸、およびそれらの異性体および混合物から成る群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  14. カルボン酸は分岐した或いは環式のカルボン酸であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  15. カルボン酸がモノカルボン酸、ジカルボン酸およびポリカルボン酸から成る群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  16. アミンがイソヘキシルオキシプロピルアミン;2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン; オクチル/デシルオキシプロピルアミン;イソデシルオキシプロピルアミン;イソドデシルオキシプロピルアミン;イソトリデシルオキシプロピルアミン;C1215アルキルオキシプロピルアミン;イソデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン;イソドデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン;イソトリデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン;イソヘキシルオキシプロピルアミン;2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン;オクチル/デシルオキシプロピルアミン;イソデシルオキシプロピルアミン;イソプロピルオキシプロピルアミン;テトラデシルオキシプロピルアミン;ドデシル/テトラデシルオキシプロピルアミン;テトラデシル/ドデシルオキシプロピルアミン;オクタデシル/ヘキサデシルオキシプロピルアミン;テトラデシルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパン;およびC1215アルキルオキシプロピル−1,3−ジアミノプロパンから成る群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  17. アミンがアンモニアであることを特徴とする請求項1記載の方法。
  18. アミン対カルボン酸のモル比が約1:1であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  19. アミンがモノアルキル化されたアミンおよびポリアルキル化されたアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  20. アミンがモノアルキル化されたモノアミンおよびジアルキル化されたモノアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  21. アミンがモノアルキル化されたジアミンおよびジアルキル化されたポリアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  22. アミンがポリアルキル化されたジアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  23. アミンがポリアルキル化されたポリアミンから選ばれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  24. アミンが環式アミンであることを特徴とする請求項1記載の方法。
  25. 燃料組成物がさらにマンニッヒ清浄剤、ポリエーテルアミン清浄剤、ポリイソブチレン清浄剤、琥珀酸イミド清浄剤、およびイミダゾリン清浄剤から成る群から選ばれる材料を含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
  26. 燃料組成物がさらに、分散剤、清浄剤、酸化防止剤、担持用流体、金属不活性化剤、染料、マーカー、腐蝕防止剤、殺虫剤、帯電防止用添加剤、滑り減少剤、抗乳化剤、乳化剤、濁り除去剤、氷結防止用添加剤、オクタン価向上剤、アンチノック用添加剤、弁座凹み防止用添加剤、潤滑用添加剤、表面活性剤および燃焼改善剤から成る群から選ばれる1種またはそれ以上の追加の添加剤を含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
  27. 燃料組成物がさらにメチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニルを含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
  28. 燃料組成物がさらに、メタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、C〜C混合アルコール、メチルt−ブチルエーテル、t−アミルメチルエーテル、エチルt−ブチルエーテル、および混合エーテルから成る群から選ばれる1種またはそれ以上の酸素化物を、該燃料組成物を酸素化するのに十分な量で含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
  29. 燃料組成物がさらに担持用の流体、ポリオール、鉱油およびポリ−α−オレフィンから成る群から選ばれる材料を含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
  30. 請求項1記載の方法による燃料組成物を燃焼させるエンジン。
  31. 飽和カルボン酸が脂肪酸またはオリゴマーの動物をベースにした原料の水素化生成物を含んでなることを特徴とする請求項1記載の方法。
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