JP2024519610A - 親水性ポリエーテルアミン溶液及びその使用 - Google Patents

Abstract

エンジン稼働中にガソリン直噴（ＧＤＩ）ＧＤＩエンジンの空気取込バルブをＰＥＡ水溶液噴射で清掃する、システム、溶液、及び方法。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国仮出願番号第６３／１８４，４４９号、２０２１年５月５日出願、の優先権を主張する。前述の出願は本明細書中参照として援用される。

本開示は、概して、炭素質デポジットを制御するシステム及び方法に関する。より詳細には、本開示は、ガソリン直噴（ＧＤＩ）エンジンに蓄積される炭素質デポジットの量を制御するのに使用される親水性ポリエーテルアミン（ＰＥＡ）水溶液に関する。

内燃機関内での炭化水素モーター燃料の燃焼は、炭化水素燃料の酸化及び重合のため、炭素質デポジットを形成してエンジン全体に蓄積させることが知られている。デポジットは、エンジンの様々な部分に影響を及ぼす可能性があり、そのような部分として、限定するものではないが、キャブレターポート、スロットル本体、ベンチュリ、吸気ポート、吸気バルブ等が挙げられる。エンジン全体にわたる炭素質デポジットの蓄積は、深刻な機能的問題を引き起こす可能性があり、そのような問題として、限定するものではないが、燃料消費の増加、排気汚染物生成の増加、エンジンのノッキング、インジェクターの粘着、目詰まり、漏洩、及び遅延噴射等が挙げられる。

そのようなデポジットは、典型的には、１種又は複数の清浄剤又は添加剤を含有する改良燃料の使用を通じて制御されてきた。清浄剤及び添加剤を使用することで、改良燃料が存在する場合に、炭素質デポジットの形成が阻害されるとともに燃焼室が清浄される。ポリエーテルアミン（ＰＥＡ）系清浄剤を含有する炭化水素燃料は、ポート噴射（ＰＦＩ）エンジン及びＧＤＩエンジン両方にとって優れたデポジット制御剤であることが知られている。そのような清浄剤は、予防的稼働及び修正的稼働の両方に上手く機能する。例えば、ＰＥＡ系燃料清浄剤は、燃料経路、燃料取込バルブ、燃料インジェクタにおけるデポジットの形成及び蓄積を制御するとともに、燃焼室内での更なる堆積を防ぐことができる。炭化水素燃料にＰＥＡ清浄剤を使用することを記載した特許は多数存在し、そのような特許として、限定するものではないが、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５が挙げられる。典型的には、ＰＥＡ系燃料清浄剤は、疎水性であるので、炭化水素燃料に溶解することができる。

近年、ＰＦＩエンジンに勝る燃費の改善を理由に、ＧＤＩエンジンを使用する新車の数が増加している。しかしながら、ＧＤＩエンジンの短所の１つとして、こうしたエンジンは、空気取込バルブに乾燥デポジットを生じさせ、専門的な清浄を必要とするというものがある。当該分野の現状に反して、エンジン稼働中に空気取込バルブに炭素質デポジットが蓄積することを予防する及び／又は制御することができる燃料清浄剤又は添加剤の開発が、必要とされ続けている。

米国特許第５，１１２，３６４号 米国特許第６，５４８，４６１号 米国特許第６，２１７，６２４号 米国特許第６，１９３，７６７号 米国特許第５，６６０，６０１号

本開示の態様を詳細に説明する前に、当然のことながら、本開示は、その応用において、以下の説明に表記される構成要素又は工程又は方法の構造及び配置の詳細に限定されない。本開示は、他の実施形態であること、又は様々なやり方で実践若しくは実行されることが可能である。同じく、当然のことながら、本明細書中採用される言い回し及び語句は、説明を目的とするものであり、制限するものとして解釈されるべきではない。

本明細書中特に定義されない限り、本開示に関連して使用される技術用語は、当業者が一般的に解釈する意味を有するものとする。さらに、文脈から特に要求されない限り、単数の用語は複数を含み、複数の用語は単数を含むものとする。

本明細書中言及される全ての特許、公開特許出願、及び非特許刊行物は、本開示が関連する技術分野の当業者の技術レベルを示す。本出願のいずれかの箇所で参照される全ての特許、公開特許出願、及び非特許刊行物は、個々の特許又は公開特許出願がそれぞれ、具体的及び個別に、本開示と矛盾しない限り参照として援用されると示されたとするのと同じ度合いで、本明細書中明白に、そのまま全体が参照として援用される。

本明細書中開示される組成物及び／又は方法は全て、本開示に照らして、不必要な実験を行わずに作る及び実行することができる。本開示の組成物及び方法は、好適な実施形態に関して記載されているものの、当業者には明らかだろうが、改変形態を、本開示の概念、趣旨、及び範囲から逸脱することなく、本明細書中記載される組成物及び／又は方法に、並びに方法の工程又は工程順序に適用することができる。当業者に明らかであるそのような類似の代用及び修飾は全て、本開示の概念、趣旨、及び範囲内にあるものと見なされる。

本開示に従って使用される場合、以下の用語は、特に記載がない限り、以下の意味を有すると解釈されることになる。

「ａ」又は「ａｎ」という語の使用は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又は「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語（又はそのような用語の変形語）と一緒に使用される場合、「１つ」を意味することができるが、「１つ又は複数」、「少なくとも１つ」、及び「１つ又は１つより多い」という意味とも矛盾しない。

「又は」という用語の使用は、代替選択肢だけを指しており代替選択肢が相互に排他的である場合に限ると明白に示されない限り、「及び／又は」を意味するのに使用される

本明細書中、ある要素若しくは特長が、含まれている又はある特徴を有することを記述するのに、「ｍａｙ」、「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、又は「ｍｉｇｈｔ」が使用される場合、その特定の要素若しくは特長は、含まれている又はある特徴を有することを必須としない。

本開示全体を通じて、「約」という用語は、ある値が、定量装置、機構、又は方法の固有の誤差変動を含むこと、あるいは測定される対象（複数可）間に存在する固有の変動を含むことを示すのに使用される。例であって、限定ではないが、「約」という用語が使用される場合、その用語が指す指定値は、プラスマイナス１０％、又は９％、又は８％、又は７％、又は６％、又は５％、又は４％、又は３％、又は２％、又は１％、又はそれらの間の１又は複数の分数で変動する可能性がある。

「少なくとも１つ」の使用は、１つ並びに１つより多い任意の量を含むと解釈されるこ
とになり、そのような量として、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００等が挙げられるが、これらに限定されない。「少なくとも１つ」という用語は、これが指す用語に応じて、最大１００まで又は１０００以上まで拡張することができる。また、１００／１０００という量は、限度として解釈されるべきではない。なぜなら、これより低い又は高い限度もまた、申し分ない結果をもたらすことができるからである。

また、「Ｘ、Ｙ、及びＺのうち少なくとも１つ」という語句は、Ｘ単独、Ｙ単独、及びＺ単独、並びにＸ、Ｙ、及びＺの任意の組み合わせを含むと解釈されることになる。同様に、「Ｘ及びＹのうち少なくとも１つ」という語句は、Ｘ単独、Ｙ単独、並びにＸ及びＹの任意の組み合わせを含むと解釈されることになる。また、当然のことながら、「～のうち少なくとも１つ」という語句は、任意の個数の要素に用いることができ、上記に表示したのと同様な意味を有する。

序数用語（すなわち、「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等）の使用は、２つ以上の項目を区別することを目的とするにすぎず、特に記載がない限り、１つの項目を別の項目に対してどのようにも順序付け、順位付け、又は重要性を付与することを意味せず、どのような付加順序を付与することも意味しない。

本明細書中使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（並びにその任意の形、例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」）、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（並びにその任意の形、例えば、「有する（ｈａｖｅ）」及び「有する（ｈａｓ）」）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（並びにその任意の形、例えば、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」）、又は「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」（並びにその任意の形、例えば、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」）という語は、包括的又は非限定的であり、記載されていない追加の要素又は方法工程を排除しない。

「又はそれらの組み合わせ」及び「及びそれらの組み合わせ」という語句は、本明細書中使用される場合、その用語に先行して列挙される項目の全ての順列及び組み合わせを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、又はそれらの組み合わせ」は、以下のうち少なくとも１つを含むことを意図する：Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、又はＡＢＣ、及び特別な状況において順序が重要である場合には、ＢＡ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＢＡ、ＢＣＡ、ＡＣＢ、ＢＡＣ、又はＣＡＢも同様。この例で続けると、１つ又は複数の項目又は用語の繰り返し、例えば、ＢＢ、ＡＡＡ、ＣＣ、ＡＡＢＢ、ＡＡＣＣ、ＡＢＣＣＣＣ、ＣＢＢＡＡＡ、ＣＡＢＢＢ等を含む組み合わせも明白に含まれる。当業者ならわかるだろうが、典型的には、文脈から特に明白となるのではない限り、項目又は用語を任意の組み合わせとするその個数に制限はない。同じ考え方で、「及びそれらの組み合わせ」という用語は、「からなる群より選択される」という語句とともに使用される場合、その語句に先行して列挙される項目の全ての順列及び組み合わせを指す。

「１つの実施形態において」、「ある実施形態において」、「１つの実施形態に従って」等の語句は、概して、その語句に続く特定の特長、構造、又は特徴が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれているとともに、本開示の１つより多い実施形態に含まれている可能性があることを意味する。重要なことは、そのような語句が、非限定的であり、必ずしも同一実施形態を指す必要はなく、むしろ当然ながら、１つ又は複数の先行実施形態及び／又は後続実施形態を指すことが可能であるということである。例えば、添付の特許請求の範囲において、特許請求される実施形態のどれであっても、任意の組み合わせで使用可能である。

本明細書中使用される場合、「周辺温度」という用語は、周辺作業環境の温度（例えば、硬化性組成物が使用される空間、建物、又は室内の温度）を指し、これには、硬化を促進するために硬化性組成物を直接加熱した結果として生じるどのような温度変化も含まれない。周辺温度は、約１０℃～約３０℃、より具体的には約１５℃～約２５℃の範囲内にあることが可能である。

燃費の向上を理由に、ますます多くの新車がガソリン直噴（ＧＤＩ）エンジンを使用している。ＧＤＩエンジンの短所の１つとして、空気取込バルブに炭素質デポジットが形成される可能性がある。標準的なガソリンＧＤＩエンジンには、空気取込バルブを通して流れる液体燃料が全くなく、そのため、燃料中に存在する清浄剤が、空気取込バルブのデポジットに到達することができない。そのようなデポジットは、ポジティブクランクケースベンチレーション（ＰＣＶ）からの蒸気、炭化水素燃料のバックスプラッシュ、及びバルブが開放位置にある場合の燃焼室の部分燃焼した燃料により引き起こされる可能性がある。空気取込バルブデポジットは、バルブが開閉する能力並びに空気取入管面積の両方を制限する可能性があり、エンジンの体積効率を低下させる可能性がある。また、空気取込バルブデポジットの存在は、様々な有害作用を引き起こす可能性があり、そのような有害作用として、限定するものではないが、バルブ焼きつけ、バルブ運動遅延、不適切なバルブ設置（ｖａｌｖｅ ｓｅａｔｉｎｇ）、体積効率の低下、始動不良、エンジンストール、不正回転（ｒｏｕｇｈ ｒｕｎｎｉｎｇ）、急加速時のもたつき、エンジン出力制限、燃料消費量の増加、及び排ガスの増加が挙げられる。現在、吸気バルブは、サービスステーションにおいて熟練した専門家に清浄してもらわなければならない。吸気バルブを清浄に保つ又は稼働中バルブを積極的に清浄する効果的なやり方はない。

近年、エンジンの燃費を改善する目的で空気取込バルブを通じて燃焼室に水を噴射する新規ＧＤＩエンジンが導入された。しかしながら、添加された水は、空気取込バルブに形成される炭素質デポジットを清浄することができない。本明細書中開示されるのは、稼働中のエンジンの空気取込バルブを清浄するシステム及び方法である。具体的には、本明細書中記載されるシステム及び方法は、空気取込バルブを通じて燃焼室に水を噴射する際に水溶性清浄剤がバルブの表面と接触するように、１種又は複数の水溶性清浄剤を、水タンクに添加することを含む。

ＧＤＩエンジンの空気取込バルブに形成される可能性のある炭素質デポジットは、エンジンを通じて移動する燃料又は潤滑剤由来の部分酸化炭化水素の可能性があり、そのようなデポジットは、熱的及び酸化的不安定燃料から、又は潤滑油製品の酸化から生成する可能性がある。炭素質デポジットは、巨大な酸基部位を有する可能性がある。水溶性ＰＥＡのアミンヘッド基は、デポジットのそのような酸基部位と強力な相互作用を生成してデポジットを修飾することができる。水溶性ＰＥＡの親水性テイルは、ＰＥＡ修飾された炭素質デポジットがエンジン稼働中に空気取込バルブを通過する際に、ＰＥＡ修飾された炭素質デポジットを、水溶液に分散させる。本質的に、親水性ＰＥＡは、デポジットを吸気バルブから浮き上がらせ、それらを水性媒体に懸濁させる。

様々な水溶性ＰＥＡが、本開示のシステム及び方法に適合性を持つ。１種又は複数の一官能性水溶性ＰＥＡを、水タンクに導入された水に溶解させて、ＰＥＡ水溶液を作出することができる。ＰＥＡ水溶液は、エンジンが稼働する際に空気取込バルブを通じて噴射されて、空気取込バルブの炭素質デポジットに接触する。そうして、ＰＥＡ水溶液は、溶液が通過する際に、空気取込バルブの炭素質デポジットを清浄する。そのような炭素質デポジットの清浄に適したポリエーテルアミンは、水タンク内で溶液であり続けるのに十分な水溶性を有していなければならない。空気取込バルブの表面からデポジットを清浄するのに加えて、ＰＥＡは、溶液の凍結点を低下させ、及び寒い冬季中のエンジン稼働を改善することもできる。適切なＰＥＡ構造体として、限定するものではないが、以下が挙げられ
：

又は

式中、Ｒ及びＲ’は、それぞれ、アルキル、アリール、又はシクロアルキル基のうちの１つであり、Ｒ’’は、水素、メチル基、エチル基、又はそれらの組み合わせのうちの１つである。

少なくとも１つの例において、水溶性ＰＥＡは、大きさが少なくとも約２００ＭＷであることが可能である。代替例において、水溶性ＰＥＡは、大きさが少なくとも約１０００ＭＷ以上であるが可能である。少なくとも１つの例において、水溶性ＰＥＡとして、限定するものではないが、上記の構造（Ｉ）又は（ＩＩ）に従って、モノアミン（例えば、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）Ｍ－６００、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）Ｍ－１０００、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）Ｍ－２００５、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）Ｍ－２０７０）、及び他の水溶性ＰＥＡを挙げることができる。Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ（登録商標）材料は、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｃｏｒｐから市販されている。

少なくとも１つの例において、水溶性ＰＥＡは、水溶性ＰＥＡ水溶液中に、百万分率（ｐｐｍ）で約５０ｐｐｍ～約５０００ｐｐｍの量で存在しなければならない。更なる例において、水溶性ＰＥＡは、少なくとも約５０ｐｐｍ、少なくとも約１００ｐｐｍ、少なくとも約５００ｐｐｍ、少なくとも約１０００ｐｐｍ、少なくとも約２０００ｐｐｍ、少なくとも約３０００ｐｐｍ、少なくとも約５０００ｐｐｍの量で存在しなければならない。更なる例において、水溶性ＰＥＡは、約５０００ｐｐｍ未満、約４０００ｐｐｍ未満、約３０００ｐｐｍ未満、約２０００ｐｐｍ未満、約１０００ｐｐｍ未満、約５００ｐｐｍ未満、約４００ｐｐｍ未満、約３００ｐｐｍ未満、約２００ｐｐｍ未満、約１００ｐｐｍ未満の量で存在しなければならない。

本開示に従う水溶性ＰＥＡは、ＰＥＡを水溶性にするのに十分な量のエチレンオキシドをポリエーテル骨格に含んでいなければならない。少なくとも１つの例において、ＰＥＡ水溶液は、周辺温度下で、少なくとも１％の水溶性を有していなければならない。代替例において、ＰＥＡ水溶液は、少なくとも１０％以上の水溶性を有していなければならない。

本明細書中記載される方法及びシステムは、自動車産業において使用可能であり、自動車産業として、限定するものではないが、添加剤会社及び燃料会社が挙げられる。

上記の記載から、本開示が、目的の実行、並びに本明細書中言及される利点及び本開示に内在する利点の達成に十分適合していることは明らかである。本開示の目的に関して本開示の例示実施形態が記載されてきたものの、当然のことながら、数多くの変更が可能であり、それらは当業者に容易に示唆されることとなり、本開示及び添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、達成することが可能である。

Claims (11)

1. ポリエーテルアミン（ＰＥＡ）水溶液を使用する、エンジン稼働中にガソリン直噴（ＧＤＩ）ＧＤＩエンジンの空気取込バルブを清掃する方法。
2. 前記ＰＥＡ水溶液は、１種又は複数の水溶性ＰＥＡを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記１種又は複数の水溶性ＰＥＡｍは、以下の構造を有し、
   

   

   又は
   

   

   式中、Ｒ及びＲ’はそれぞれ、アルキル、アリール、又はシクロアルキル基のうちの１つであり、及びＲ’’は、水素、メチル基、エチル基、又はそれらの組み合わせのうちの１つである、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記ＰＥＡ水溶液は、周辺温度下で、少なくとも１％の水溶性を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記ＰＥＡ水溶液は、少なくとも１０％以上の水溶性を有する、請求項３に記載の方法。
6. 前記水溶性ＰＥＡは、前記ＰＥＡ水溶液中に、百万分率（ｐｐｍ）で約５０ｐｐｍ～約５０００ｐｐｍの量で存在する、請求項２に記載の方法。
7. 前記ＰＥＡは、約５００ｐｐｍ～約２０００ｐｐｍの量で存在する、請求項６に記載の方法。
8. ガソリン直噴（ＧＤＩ）の空気取込バルブ上のデポジットを制御するための水溶液であって、以下：
   以下の構造を有する水溶性ポリエーテルアミン（ＰＥＡ）：
   

   

   又は
   

   

   と、及び
   水と、
   を含む、前記水溶液。
9. 少なくとも１０％以上の水溶性を有する、請求項８に記載の水溶液。
10. 前記水溶性ＰＥＡは、百万分率（ｐｐｍ）で約５０ｐｐｍ～約５０００ｐｐｍの量で存在する、請求項８に記載の水溶液。
11. 前記ＰＥＡは、約５００ｐｐｍ～約２０００ｐｐｍの量で存在する、請求項１０に記載の水溶液。