JP2007217692A

JP2007217692A - 潤滑方法

Info

Publication number: JP2007217692A
Application number: JP2007033488A
Authority: JP
Inventors: Christopher J Locke; ジェイロッククリストファー; Angela J Keeney; ジェイキーニーアンジェラ
Original assignee: Infineum International Ltd
Current assignee: Infineum International Ltd
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: CN101020856B; CA2578668A1; SG135126A1; JP5722517B2; US20070197406A1; CA2578668C; CN101020856A; US8017565B2

Abstract

【課題】直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物を低減する潤滑油組成物を提供すること。
【解決手段】直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物は、無灰有機摩擦調整剤を実質的に含まず、かつ、その基油が12質量％未満のノアク揮発度を有する潤滑油で前記機関を潤滑することによって低減される。
【選択図】なし

Description

本発明は、直接エンジン噴射（例えば、燃料層化（fuel-stratified））内燃機関の潤滑方法に関するものである。

（発明の背景）
直接噴射式エンジンは、燃料をエンジンのシリンダー内に噴射して、燃焼させる燃料の量及び噴射のタイミングを正確に制御できるエンジンである。そのようなエンジンに関する問題は、堆積物が吸い込み弁で容認できないレベルに蓄積し、弁の閉鎖、作動及び密閉を妨げる傾向があることである。このため、エンジンの効率は下がり、最大出力は制限される。これは、特にクローズドクランクケースベンチレーションを利用する前記エンジンにおいて明らかである。
国際公開第2004/094573号パンフレットには、基油混合物を含む潤滑油組成物を採用することによって吸い込み弁堆積物の上記問題に対処する方法が記載され、前記基油混合物は（ｉ）グループIII油、グループIV油又はこれらの混合物を（ii）合成エステル油と組み合わせて含み、（ｉ）と（ii）との重量比は約0.2：１〜約６：１である。前述の特許明細書の実施例において、各潤滑油組成物が摩擦調整剤を含んでいるということも注意すべきである。

国際公開第2004/094573号パンフレット

本発明は、別の方法で上記問題に対処し、どんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まず、かつ、低いノアク揮発度（Noack volatility）の基油を含む潤滑油組成物を採用する。
このように、第１の局面では、本発明は、直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物を低減する方法であって、どんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まず、かつ、12質量％未満のノアク揮発度を有する過半量の潤滑粘度の基油を含む潤滑油組成物で前記機関を潤滑することを含む。好ましくは、前記機関はクローズドクランクケースベンチレーションを有する。
第２の局面では、本発明は、どんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まない潤滑油組成物における、前記潤滑油組成物によって潤滑される直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物を低減するための、12質量％未満のノアク揮発度を有する過半量の潤滑粘度の基油の使用を含む。

本明細書において、以下の用語及び表現は、使用される場合、以下に与えられた意味を有するものとする：
「活性成分」又は「（a.i.）」は希釈剤又は溶媒ではない添加材料を意味する。
「含む」又は同種の用語は、定められた特徴、工程、又は完全体（integers）又は成分が存在することを示すが、１又は２以上の他の特徴、工程、完全体、成分又はこれらのグループの存在又は追加を排除しない。「からなる」又は「から本質的になる」と言う表現又は同種の用語は、「含む」又は同種の用語に含まれる場合があり、この場合、「から本質的になる」は、それが適用される組成物の特徴に実質的に影響を及ぼさない物質を含めることを認める。
「過半量」とは、組成物の50質量％を越えることを意味する。
「少割合」とは、組成物の50質量％未満を意味する。
「TBN」とは、ASTM D2896によって測定される全塩基価を意味する。
さらに、本明細書において、
「リン含有量」は、ASTM D5185によって測定され、
「硫酸化灰含有量」は、ASTM D874によって測定され、
「硫黄含有量」は、ASTM D2622によって測定され、
「KV1000」は、ASTM D445によって測定される100℃での動粘度を意味する。
また、当然のことながら、使用される、必須の、並びに最適及び通常の種々の成分は、配合、保管又は使用の条件下で反応し得、また本発明は、任意のそのような反応の結果として得ることができる、又は得た生成物を与える。
さらに、当然のことながら、本明細書に記載される任意の上限及び下限の量、範囲及び比の限定は、独立して組み合わせてもよい。

（発明の詳細な説明）
適切な場合には、本発明の各及びすべての局面に関連する本発明の特徴は、より詳細に以下のとおりに記載される。

（エンジン）
本発明は、圧縮点火及び火花点火２又は４気筒ピストンエンジンのような種々の直接噴射式内燃機関に適用できる。その例としては、乗用車、軽商業車及び大型オンハイウェイトラック（heavy duty on-highway trucks）用エンジン；航空、発電、機関車及び船舶設備機器用エンジン；及び農業、建築及び混合（mixing）で使用され得るような大型オフハイウェイエンジンなどが挙げられる。

（潤滑油組成物）
上述のとおり、前記組成物はどんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、組成物に含まれるそのような摩擦調整剤が付随的なものに過ぎず、微量（組成物の使用時に摩擦調整に影響を及ぼすのに十分でない）であることを意味する。例えば、無灰摩擦調整剤の量はゼロであるか、又はその存在が組成物の性能に有意な又は実用的な影響を与えないほど少ない。前記組成物は、0.1質量％未満、好適には0.01質量％未満、例えば０〜0.0075質量％を含んでもよい。最も好ましくは、前記組成物はそのような摩擦調整剤を含まない（すなわち、０質量％）。
摩擦調整とは、境界潤滑添加剤（摩擦調整剤）によって摩擦係数が低下し、それ故燃料節約を改善することを意味する。
摩擦調整剤に関して、「無灰」とは、燃焼時に実質的に灰を形成しない非金属有機材料を意味する。それは、金属含有、それ故灰形成材料と対照を成すものである。

本発明の意味で、無灰有機摩擦調整剤の例としては、以下のものが挙げられる：
（１）カルボン酸及び無水物とアルカノールとを反応させることによって形成されるエステルなどの無灰（無金属）窒素非含有有機摩擦調整剤。そのような摩擦調整剤には、脂肪族カルボン酸、ポリオールの脂肪族カルボン酸エステル、例えば脂肪酸のグリセロールエステル、例えばグリセロールオレアート、グリセロール脂肪酸モノエステルのホウ酸エステル（boric ester）、長鎖ポリカルボン酸とジオールとのエステル、例えば２量体化不飽和脂肪酸のブタンジオールエステル、脂肪族ホスホナート、脂肪族ホスファート、脂肪族チオホスファート、脂肪族チオホスホナート、脂肪族チオホスファート及びオキサゾリン化合物が含まれる。脂肪族基は、化合物を油溶性にするために、通常少なくとも８個の炭素原子を含む。カルボン酸及び無水物とアルカノールとのエステルは、米国特許第4702850号明細書に記載されている。その他の従来の有機摩擦調整剤の例は、M. Belzerによって"Journal of Tribology" (1992), Vol. 114, pp. 675-682に、及びM. Belzer and S. Jahanmirによって"Lubrication Science" (1988), Vol. 1, pp. 3-26に記載されている。

（２）油溶性脂肪族アミン、アルコキシル化モノ及びジアミン及び脂肪族脂肪酸アミドなどの無灰アミン系摩擦調整剤。そのような無金属窒素含有摩擦調整剤の１つの一般的な種類は、エトキシル化アミンを含む。これらのアミンは、例えば３酸化２ホウ素、ハロゲン化ホウ素、メタボラート、ホウ酸又はモノ、ジ若しくはトリアルキルボラートのようなホウ素化合物との付加物又は反応生成物の形態であってもよい。他のアミン系摩擦調整剤としては、アルコキシル化アルキル置換モノアミン、ジアミン及びアルキルエーテルアミン、例えばエトキシル化タローアミン及びエトキシル化タローエーテルアミン及び脂肪族カルボン酸エステルアミドなどが挙げられる。脂肪酸エステル及びアミドの摩擦調整剤としての例は、米国特許第3933659号明細書に記載されている。

上述のとおり、本発明の組成物における基油は、12質量％未満のノアク揮発度を有する。ノアク揮発度は、ASTM D5800の手順に従って測定され、250℃で１時間後の油の蒸発損失（質量％で記録される）である。
好ましくは、前記基油のノアク揮発度は、12質量％未満であり、より好ましくは４〜11質量％の範囲である。
また、本発明の組成物のノアク揮発度は10質量％未満であるのが好ましく、より好ましくは９質量％未満である。
さらに、本発明は、硫酸化灰、リン及び硫黄のうち１つ以上のレベルが低い組成物を使用することを採用する。このように、本発明の組成物は、例えば組成物の全質量を基準として、最大1.2質量％、好ましくは最大1.0質量％、より好ましくは最大1.0質量％の硫酸化灰を含んでもよい。本発明の組成物は、例えば組成物の全質量を基準として、最大0.1質量％、好ましくは最大0.08質量％、より好ましくは最大0.06質量％のリン（リン原子として表す）を含んでもよい。本発明の組成物は、例えば組成物の全質量を基準として、最大0.4質量％、好ましくは最大0.2質量％の硫黄（硫黄原子として表す）を含んでもよい。
さらに、本発明の組成物は、SAE J300分類に従って0W-X、5W-X、15W-X又は20W-X粘度グレードを有してもよい（Xは20、30、40又は50である）。

（基油）
基油は、しばしばベースストックとも呼ばれ、添加剤及びおそらく他の油がブレンドされる組成物の主要な液体成分である。それは、そのノアク揮発度に関して、上で議論されている。さらなる説明を以下に記載する。
基油は、天然油（植物油、動物油又は鉱油）及び合成潤滑油並びにこれらの混合物から選択されてもよい。粘度は、軽留出鉱油からガスエンジン油、鉱物潤滑油、自動車用油及び大型車両用ディーゼル油のような重質潤滑油の範囲であってもよい。一般に、油の粘度は、100℃で２〜30mm²s^-1、特に５〜20mm²s^-1の範囲である。
天然油としては、動物及び植物油（例えば、ヒマシ油及びラード油）、液体石油及びパラフィン系、ナフテン系及び混合パラフィン-ナフテン系タイプの水素化精製、溶媒処理鉱物潤滑油などが挙げられる。また、石炭又は頁岩から誘導される潤滑粘度の油は、有用な基油である。
合成潤滑油としては、重合及び共重合オレフィン（例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレン-イソブチレンコポリマー、塩素化ポリブチレン、ポリ（1-ヘキセン）、ポリ（1-オクテン）、ポリ（1-デセン））などの炭化水素油；アルキルベンゼン（例えば、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニルベンゼン、ジ（2-エチルヘキシル）ベンゼン）；ポリフェノール（例えば、ビフェニル、ターフェニル、アルキル化ポリフェノール）；及びアルキル化ジフェニルエーテル及びアルキル化ジフェニルスルフィド及びこれらの誘導体、類似体及び同族体などが挙げられる。

他の適した種類の合成潤滑油には、ジカルボン酸（例えば、フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノール酸ダイマー、マロン酸、アルキルマロン酸、アルケニルマロン酸）と種々のアルコール（例えば、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2-エチルヘキシルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、プロピレングリコール）とのエステルが含まれる。これらのエステルの具体的な例としては、アジピン酸ジブチル、セバシン酸ジ（2-エチルヘキシル）、フマル酸ジ-n-ヘキシル、セバシン酸ジオクチル、アゼライン酸ジイソオクチル、アゼライン酸ジイソデシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジデシル、セバシン酸ジエイコシル、リノール酸ダイマーの2-エチルヘキシルジエステル、及び１モルのセバシン酸と２モルのテトラエチレングリコール及び２モルの2-エチルヘキサン酸との反応によって生成される複合エステルなどが挙げられる。
また、合成油として有用なエステルとしては、C₅-C₁₂モノカルボン酸とポリオールから合成されるもの、及びネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール及びトリペンタエリスリトールのようなポリオールエーテルなどが挙げられる。
好ましくは、基油は、フィッシャー‐トロプシュ誘導基油ではない。

未精製、精製及び再精製油は、本発明の組成物で使用できる。未精製油は、さらに精製処理をしないで、天然又は合成源から直接得られるものである。例えば、レトルト乾留操作（retorting operations）から直接得られる頁岩油、蒸留から直接得られる石油又はエステル化プロセスから直接得られ、さらに処理しないで使用されるエステル油は未精製油である。精製油は、１つ以上の特性を改善するために、１つ以上の精製工程でさらに処理されることを除いて、未精製油と同様である。多くのそのような精製方法、例えば蒸留、溶媒抽出、酸又は塩基抽出、ろ過及び浸出（percolation）は、当業者に公知である。再精製油は、すでに使用されている精製油に適用される、精製油を得るために使用される方法と同様の方法によって得られる。そのような再精製油は、また再生油又は再加工油として知られており、しばしば使用した添加剤及び油分解生成物の承認のための方法によってさらに処理される。
基油の他の例は、合成灯軽油（gas-to-liquid）（「GTL」）基油である。すなわち、基油は、フィッシャー‐トロプシュ触媒を用いて水素及び一酸化炭素を含む合成ガスから製造されるフィッシャー‐トロプシュ合成炭化水素から誘導される油であってもよい。これらの炭化水素は、典型的には基油として有用であるためにさらに処理されることを必要とする。例えば、それらは、当業界で公知の方法によって、水素化異性化（hydroisomerized）；水素化分解及び水素化異性化；脱ろう；又は水素化異性化及び脱ろうされてもよい。

基油は、API EOLCS 1509の定義に従ってグループＩからＶに分類され得る。
潤滑粘度の基油は、組成物を構成する、少割合の添加剤（例えば、後述するもの）と組み合わせて、過半量で供給される。この調製は、油に直接添加剤を添加することによって、又は添加剤を分散又は溶解するために、その濃厚物の形態で添加することによって、行ってもよい。添加剤は、他の添加剤の添加の前、同時又は後に、当業者に公知の任意の方法によって、基油に添加してもよい。本発明の組成物は、適切にはTBNは13以下である。例えば、それは10未満、例えば４〜９の範囲である。
本明細書で使用される「油溶性」若しくは「分散性」なる用語又は同種の用語は、化合物又は添加剤が油にすべての割合で可溶性（soluble, dissolvable）、混和性であるか、又は懸濁できる又は懸濁されることを必ずしも示す必要はない。しかしながら、例えば油が使用される環境で意図した効果を与えるのに十分な程度に、油に溶解又は安定に分散することを意味する。さらに、他の添加剤の追加の添加は、また所望により、特定の添加剤の高濃度での添加を可能にし得る。

（添加剤）
本発明の組成物は、上述のとおり、ある特定の特性を与えるために１つ以上の添加剤を含む。例として、技術的に公知の以下のものが挙げられる：
その主たる機能が懸濁状態で固体及び液体混入物を保持することである分散剤（無灰分散剤など）。
その機能の１つがピストン堆積物を低減することであり、一般に酸中和特性を有する、酸性有機化合物の金属塩の形態の洗浄剤。
例えば、芳香族アミン又はヒンダードフェノールの形態の抗酸化剤（すなわち、酸化防止剤）。
ジヒドロカルビルジチオホスファートの金属（例えば、Zn）塩のような耐摩耗剤。
モリブデン化合物のような金属含有摩擦調整剤（好ましくは、これらは含まない）。
その他の添加剤は、錆及び腐食防止剤、流動点降下剤、消泡剤、乳化剤及び解乳化剤、及び粘度調整剤のうち１つ以上を含んでいてもよい。
個々の添加剤は、いずれか好都合な方法で基油中に組み込まれ得る。このように、添加剤成分の各々は、所望の濃度レベルで、基油中に分散又は溶解させることによって、基油に直接的に添加することができる。このような混和（blending）は、周囲温度にて又は高温にて行ってもよい。
好ましくは、粘度調整剤及び流動点降下剤を除く全ての添加剤は、濃厚物又は添加剤パッケージ（上述のとおり）中に配合され、濃厚物又は添加剤パッケージは、その後続いて基油中に配合されて、完成した潤滑油組成物を作り上げる。前記濃厚物は、典型的には添加剤を適切な量で含有するように調合されて、前記濃厚物が所定量の基油と混合される場合に、最終的な配合物において所望の濃度を提供する。
前記濃厚物は、好ましくは米国特許第4938880号明細書に記載される方法に従って作られる。前記特許には、少なくとも約100℃の温度であらかじめ混合された無灰分散剤と金属洗浄剤のプレミックスを作る方法が記載されている。その後、プレミックスは少なくとも85℃に冷却され、追加の成分が加えられる。
最終的なクランクケース潤滑油配合物は、２〜20質量％、好ましくは４〜18質量％、最も好ましくは５〜17質量％の濃厚物又は添加剤パッケージを用いることができ、残りは基油である。

（実施例）
特許請求の範囲を制限することを意図しない以下の実施例で、本発明を説明する。
４つの5W-30クランクケース潤滑油組成物を調製した。各組成物は、１つ以上の分散剤、金属洗浄剤、耐摩耗剤、酸化防止剤及び粘度調整剤を含む。前記組成物のうち２つ（本発明の例である（実施例１及び２））は、どんな無灰有機摩擦調整剤も含まない。他の２つの組成物（比較目的の参照例である（比較例Ａ及びＢ））は、0.2質量％のグリセロールモノオレアート摩擦調整剤及び0.1質量％のオレイン酸アミド摩擦調整剤を含む。各組成物の基油は、以下の表に記載のノアク揮発度を得るようにブレンドされた。各組成物は、ノアク揮発度を除いて、同等の測定した特性、例えばＰ（0.06質量％）、硫酸化灰（0.60質量％）、TBN（６）及びKV100（12.2mm²s^-1）を有する。
クローズドクランクケースベンチレーションを有する1.4L 77KW直接噴射式ガソリンエンジンを用いるVW FSI吸い込み弁堆積物試験を用いて、各組成物を試験した。試験前及び試験後に吸い込み弁の重量を測り、形成される堆積物の重量を決定した。下記表に結果を示す。

（補足説明）
示した結果は、吸い込み弁堆積物の測定した重量と試験によって許容される吸い込み弁堆積物の最大限度の比である。このように、より低い値はより良い結果を示し、１未満の値は許容限界内の性能を示し、１よりも大きい値は許容限界外の性能を示している。
実施例１及び２の結果を比較例Ａの結果と比較すると、一定のノアク揮発度で、Ａにおける無灰有機摩擦調整剤の存在により、試験における性能が明らかに低下することが分かる。
比較例Ａ及びＢの結果を比較すると、同じレベルの無灰有機摩擦調整剤で、比較例Ａから比較例Ｂへのノアク揮発度の増加により、特性が低下することが分かる。

Claims

直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物を低減する方法であって、どんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まず、かつ、12質量％未満のノアク揮発度を有する過半量の潤滑粘度の基油を含む潤滑油組成物で前記機関を潤滑することを含む、前記方法。
ノアク揮発度が11質量％未満である、請求項１記載の方法。
ノアク揮発度が４〜11質量％の範囲である、請求項１又は２記載の方法。
潤滑油組成物が、リン原子として表して、0.1質量％までの、好ましくは0.08質量％までの、より好ましくは0.06質量％までのリンを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
潤滑油組成物が1.2質量％までの、好ましくは1.0質量％までの、より好ましくは0.8質量％までの硫酸化灰を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
潤滑油組成物が、硫黄原子として表して、0.4質量％までの、好ましくは0.2質量％までの硫黄を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
潤滑油組成物がSAE J300分類の0W-X、5W-X、15W-X又は20W-X粘度グレード（Xは20、30、40又は50である）を有する、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
どんな無灰有機摩擦調整剤も実質的に含まない潤滑油組成物における、前記潤滑油組成物によって潤滑される直接噴射式内燃機関における吸い込み弁堆積物を低減するための、12質量％未満のノアク揮発度を有する過半量の潤滑粘度の基油の使用。