JP4612655B2 - 燃料油用添加剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、燃料油に使用される添加剤組成物に関するものである。

近年、内燃機関、特に車輌用内燃機関においては、省燃費・低エミッション志向が著しい。その一環として、燃料の側からは、低芳香族化・低硫黄化等が進められている。また、内燃機関の側からは、燃料供給システムの電子制御化、燃料噴霧の微細化、触媒等排出ガス後処理システムの高度化等が一般的になっている。
ところが、燃料の低硫黄化は燃料自体の潤滑性を顕著に低下させ、燃料噴射ノズル等燃料供給システムの摩耗を促進させているのが実情である。そのため、燃料中に潤滑性向上剤を添加して燃料供給システムを摩耗から保護する手段が実施されている（例えば、特許文献１、２）。

また、燃料中に潤滑性向上剤を配合することでシリンダーとピストンリングとの摩擦抵抗を低減させ、結果的に燃料消費量を低減させ得ることが知られている。既に、プレミアムガソリン等内燃機関用燃料には、潤滑性向上剤の添加が実施されている。
特開平１１−２０９７６６号公報 特開平１１−３１０７８３号公報

しかし、これら潤滑性向上剤は、潤滑性向上効果をより強力に発揮させようと添加量を増大させた場合、燃焼室内や動弁系へのデポジット増大を引き起こしてしまう。そのため、潤滑性向上剤の配合濃度は比較的低濃度に抑える必要があり、結果として潤滑性向上効果が十分得られないと言う問題がある。
このような問題を避けるために、潤滑性向上剤とともに清浄剤を同時に使用するという手法が考えられる。しかし、清浄剤の配合比や配合量によっては、潤滑性向上剤のみならず清浄剤までもデポジットの元凶物質となる。その結果、十分な効果が得られるほどの濃度にまで潤滑性向上剤を配合することは困難である。

また、燃焼状態を改善するための添加剤を配合することにより、燃料から発生する燃焼エネルギーを効率よく動力に転換することが試みられている。しかし、添加剤の種類によっては、排出ガス後の処理装置の機能阻害（特に金属系添加剤を配合した場合）、排出ガス中の窒素酸化物の増大（特にアルコール系の化合物を高濃度に配合した場合）、といった問題がある。

このように、優れた潤滑性と燃料の燃焼状態を同時に改善した燃料用添加剤は、未だ開発されていないというのが現状である。
したがって、本発明の目的は、燃料油の潤滑性を向上させるとともに、燃料油の燃焼性を改善させ、安定した効率の良い運転を可能にする燃料油用添加剤を提供することにある。

上記の問題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、脂肪酸モノエステルと含酸素有機溶剤とを併用することにより、燃料油の潤滑性が向上するとともに、その燃焼状態を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１記載の発明は、火花点火内燃機関用燃料へ添加する添加組成物であって、炭素数が６〜３６である脂肪酸モノエステルと、常圧での沸点が１５０℃以下であるエーテル基またはカルボニルジオキシ基を有する含酸素有機溶剤とを含むことを特徴とする燃料油用添加剤組成物である。

さらに、請求項２に記載の発明は、前記脂肪酸モノエステルのヨウ素価は、１２０以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料油用添加剤組成物である。
また、請求項３記載の発明は、前記脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸は、ココナッツ油および／またはパーム核油由来のものであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料油用添加剤組成物である。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料油用添加剤組成物が添加された燃料油組成物である。

本発明の燃料油用添加剤組成物は、脂肪酸モノエステルと含酸素有機溶剤を併用しているため、当該添加剤組成物を燃料に添加したときに燃料に優れた潤滑性を付与することができる。それに加え、燃料の燃焼状態を改善させ、安定した効率のよい運転を可能にすることができる。

また、脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸がココナッツ油および／またはパーム核由来のものであることにより、これらの油脂は飽和脂肪酸を多く含むので、脂肪酸の酸化による添加剤組成物の劣化を抑制することができる。
さらに、脂肪酸モノエステルのヨウ素価が１２０以下であることにより、不飽和度を調節することができるので、添加剤組成物の酸化劣化による悪影響を防止することができる。

また、脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸の炭素数が６〜３６であることにより、分子全体において親油基の占める割合が大きくなるので燃料の潤滑性を向上させることができるとともに、燃料油として適正な低温流動性を確保することができる。
さらに、含酸素有機溶剤を配合することにより、燃焼成分の燃焼をより促進することができるので、燃焼速度を高め、内燃機関に最適な着火タイミングを与えることができる。

また、含酸素有機溶剤がエーテル基またはカルボニルジオキシ基を有する非プロトン性溶媒であると、腐食を促進させる活性プロトンを供給しないため、燃料タンクや燃料配管等の腐食を抑制することができる。
さらに、含酸素有機溶剤の常圧での沸点が１５０℃以下であることにより、加速時の息つきなどが生じないので、良好な運転性を確保することができる。

またさらに、燃料油が火花点火内燃機関用燃料であることにより、ガソリンエンジンに好ましく用いることができる。
そして、燃料油用添加剤組成物が添加された燃料油組成物は、潤滑性を有するとともに高い燃焼速度を有するので、燃焼エネルギーを動力に効率よく転換することができる。その結果、安定した効率の良い運転が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、これらは例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

本発明の燃料油用添加剤組成物は、脂肪酸モノエステルと、含酸素有機溶剤とを含むものである。以下、各成分について具体的に説明する。

本発明で使用する脂肪酸モノエステルとしては、エステル基−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−を1個ないし複数個有する脂肪酸モノエステルが制限無く使用できる。
例えば、ココナッツ脂肪酸メチルエステル、ココナッツ脂肪酸エチルエステルなどのココナッツ油由来の脂肪酸エステル、パーム核油脂肪酸メチルエステル、パーム核油脂肪酸エチルエステルなどのパーム核油由来の脂肪酸モノエステル、パーム油脂肪酸メチルエステル、パーム油脂肪酸エチルエステルなどのパーム油由来の脂肪酸モノエステルなどが挙げられる。これらは、１種または２種以上組み合わせて用いることができる。

これら脂肪酸モノエステルのうち、ココナッツ油由来またはパーム核油由来の脂肪酸モノエステルが好ましい。これらの油脂は、パルミチン酸、ミスチリン酸、ラウリン酸、カプリン酸、カプリル酸などの飽和脂肪酸を少なくとも８０％含有する。すなわち、燃料油用添加剤組成物中に含まれる不飽和脂肪酸の含有量が少ないので、不飽和結合の酸化による燃料油用添加剤組成物の劣化を効果的に抑制することができる。

脂肪酸モノエステルのヨウ素価は、１２０以下であることが好ましく、１〜１００であることがより好ましい。これにより、不飽和度が比較的小さいので、分解や重合といった自動酸化を抑制することができる。その結果、燃料油用添加剤組成物を長期間安定に保存することができる。

ここで、このような脂肪酸モノエステルは、脂肪酸とアルコールとから構成されている。
脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸は、例えば、炭素数が６〜３６であることが好ましく、炭素数６〜２５であることがより好ましい。
脂肪酸の炭素数がこのような範囲であることにより、親油性が高まるので、脂肪酸のエステルを含む燃料油添加剤組成物を燃料油に添加としたときに燃料油の潤滑性を向上させることができる。

このような脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸の具体的なものとしては、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘニン酸およびリグノセイン酸等の直鎖飽和脂肪酸；２−エチルヘキサン酸およびイソノナン酸等の分枝飽和脂肪酸；カプロレイン酸、エルシン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸、およびリシノレイン酸等の不飽和脂肪酸；乳酸、ヒドロキシステアリン酸およびリシノール酸等のオキシ脂肪酸、またはこれらを含有するパーム核油、ココナッツ油（ヤシ油）、パーム油、オリーブ油、コメ油、綿実油、大豆油、トウモロコシ油、ゴマ油、牛脂、豚脂などの天然油脂由来脂肪酸等が挙げられる。これらは１種単独で使用することもできるし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。これらのうち、天然系の素材の天然油脂由来混合脂肪酸が環境の面から好ましい。また、自動酸化され難いという面から飽和脂肪酸が好ましい。

また、脂肪酸モノエステルを構成するアルコールは、例えば、炭素数が１〜２５であることが好ましく、１〜２０であることがより好ましい。
このようなアルコールの具体的なものとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールヘキサノールおよびエチレングリコールのモノエチルエーテル等のモノアルコール等が挙げられる。

これらは1種単独で使用することもでき、２種以上を組み合わせて使用することもできる。このうち、メタノールがより好ましい。これらは、取り扱いが簡単で、脂肪酸と反応して容易に脂肪酸エステルを得ることができる。

脂肪酸モノエステルは、例えば、このような脂肪酸とアルコールとの直接エステル化反応またはエステル交換反応により得ることができる。
直接エステル化反応は、例えば、脂肪酸とアルコールを無触媒下、１３０〜２５０℃で０．５〜５時間反応させることにより行うことができる。
エステル交換反応は、例えば、トリグリセリドなどのエステルにアルコールをナトリウムメトキシドの存在下、２０〜１００℃で０．５〜５時間反応させることにより行うことができる。

本発明で使用する、エーテル基またはカルボニルジオキシ基を有する含酸素有機溶剤（以下、“含酸素有機溶剤”と略す）としては、常圧での沸点が１５０℃以下の溶剤であることが好ましく、沸点が３０〜１５０℃の溶剤であることがより好ましい。
これにより、熱分解が効率的に起こるため、酸素の発生による脂肪酸エステルの燃焼を促進することができる。その結果、燃焼によって得られたエネルギーを一定にかつ効率よく動力に変換できるので、加速時の息つきなどを生じず運転性を確保することができる。

燃料タンクや燃料配管等の腐食を抑制する面からは、腐食を促進させる活性プロトン（Ｈ^＋）を供給するプロトン性溶媒、例えば水酸基―ＯＨ、アルデヒド基―Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、カルボキシル基―Ｃ（＝Ｏ）ＯＨ、チオール基―ＳＨ、スルホン基―ＯＳ(＝Ｏ)_２ＯＨ、ホスホン基―ＯＰ(＝Ｏ)（ＯＨ）_２などを有する化合物は好ましくない。

このような化合物の具体例としては、ジエチルエーテル、ブチルメチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテルおよびジオキサン等のエーテル化合物；ジメチルカーボネートおよびプロピレンカーボネート等の炭酸エステル化合物等が挙げられる。これらは１種単独で使用することもできるし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。

このうち、炭酸エステル化合物であることが好ましい。

特に、炭酸エステルを使用することにより、比較的低温で熱分解が生じ、熱分解により酸素が持続的に発生する。そのため、比較的燃焼し難い脂肪酸モノエステルの燃焼を、簡単に促進することができる。その結果、脂肪酸モノエステルを完全に燃焼することができ、デポジットの発生を抑制、防止することができる。

本発明において、脂肪酸モノエステルと含酸素有機溶剤との配合割合は、脂肪酸モノエステル１００重量部当たり、含酸素有機溶剤１〜１０００重量部、好ましくは５〜５００重量部、より好ましくは１０〜２００重量部であることが適当である。含酸素有機溶剤の配合割合が上記範囲にある場合、優れた潤滑性が得られるとともに、良好な燃焼状態で内燃機関を運転できるので好ましい。

含酸素有機溶剤を２種以上組み合せて使用する場合、用いる含酸素有機溶剤の総量が前記脂肪酸モノエステルと含酸素有機溶剤との配合割合を満たせばよく、複数の含酸素有機溶剤の使用割合は特に限定されない。

本発明の燃料油添加剤組成物は、例えば、脂肪酸モノエステルの１種または２種以上と、含酸素有機溶剤のうちの１種または２種以上とを混合することにより製造することができる。これにより、燃料に対して優れた潤滑性を付与するとともに、その燃焼状態を改善させ、安定した効率の良い運転を可能にすることができる燃料用添加剤を簡易かつ迅速に得ることができる。
なお、混合方法や混合時の温度や時間などは特に限定されない。

本発明の燃料油用の添加剤組成物は、必要に応じてオクタン価向上剤、セタン価向上剤、酸化防止剤、金属不活性剤、氷結防止剤、腐食防止剤、低温流動性向上剤、貯蔵安定剤、灰分改質剤、極圧剤、堆積物改質剤、清浄剤などの各種添加剤を併用することができる。

本発明の燃料油用の添加剤組成物は、火花点火内燃機関用燃料として一般的に使用されているものに制限無く添加することができる。このような燃料としてはガソリンが適している。
燃料油用の添加剤組成物をガソリンに添加することにより、例えば、自動車の安定した効率の良い運転を可能にすることができる。
なお、燃料は、各種の添加剤や非石油系原料が配合されたものも含まれる。

以上のような本発明の燃料油用の添加剤組成物によれば、燃料油に優れた潤滑性を付与するとともに、燃料の燃焼状態を改善できるので、安定した運転を可能にすることができる。このような現象はガソリンエンジンにおいて生じる。
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
ココナッツ脂肪酸メチルエステル（花王株式会社製）７０重量部、ｔ−ブチルメチルエーテル（和光純薬工業株式会社：試薬）２０重量部、プロピレンカーボネート（和光純薬工業株式会社：試薬）１０重量部を密閉容器内で静かに混合した。これにより、目的とする燃料油用の添加剤組成物を得た。
次に、市販の灯油（株式会社ジャパンエナジー製）１００重量部に上記添加剤組成物０．５重量部を添加して燃料油組成物を調整した。

〔実施例２〕
実施例１において、ココナッツ脂肪酸メチルエステルをパーム核油脂肪酸メチルエステル（日本油脂株式会社製）に変えた以外は、実施例１と同様に行い燃料油組成物を得た。

〔実施例３〕
実施例１において、ココナッツ脂肪酸メチルエステルをパーム油脂肪酸メチルエステル（日本油脂株式会社製）に変えた以外は、実施例１と同様に行い燃料油組成物を得た。

〔実施例４（４−１〜４−４）〕
ココナッツ脂肪酸メチルエステル（花王株式会社製）７０重量部、ｔ−ブチルメチルエーテル（和光純薬工業株式会社：試薬）１０重量部、プロピレンカーボネート（和光純薬工業株式会社：試薬）２０重量部を密閉容器内で静かに混合した。これにより、目的とする燃料油用の添加剤組成物を得た。
次に、市販のプレミアムガソリン（株式会社ジャパンエナジー製）１００重量部に上記添加剤組成物０．５重量部を添加して燃料油組成物を調製した。

〔比較例１−１〕
実施例１において、燃料用油用の添加剤組成物を用いない以外は、実施例１と同様に行った。すなわち、灯油をそのまま用いた。

〔比較例１−２〕
実施例３において、燃料用油用の添加剤組成物を用いない以外は、実施例３と同様に行った。すなわち、プレミアムガソリンをそのまま用いた。

[評価]
１．潤滑特性
実施例（１〜３）および比較例（１−１〜１−２）で得られた燃料油組成物の摩擦係数を、曽田式振子試験機（神鋼造機株式会社製）を用いて測定した。測定は、室温（２５℃）で、点接触（鋼ピン／鋼球）方式により行い、実施例および比較例のそれぞれを１５回測定した。結果を表１に示す。表１には、１５回の摩擦係数の平均値を示した。
なお、再現性を確認するために、燃料油組成物の製造、測定、評価を２回行った。

表１に示すとおり、実施例（１〜３）の燃料油組成物は、比較例（１−１〜１−２）に比較して摩擦係数が小さく、潤滑性に優れていることがわかった。

２．燃焼特性
実施例４（４−１〜４−４）および比較例２（２−１〜２−２）で調製された燃料油組成物を用い、エンジン（日産自動車株式会社製 ＶＱ３５ＤＥ）の内燃機関単体での運転を、スロットル開度３０％、５０％で行った。これにより排出されたガスの成分を、自動車排ガス測定器（株式会社堀場製作所製、ＭＥＸＡ−３２４Ｇ）を用いて室温（２５℃）で分析し、燃焼状態の評価を行った。
その結果を表２に示す。なお、測定は、触媒前で測定した。

注)実施例４−1および比較例２−１はエンジン回転数３０００ｒｐｍ、その他はエンジン回転数２８００ｒｐｍで測定した。
表２に示すとおり、実施例（４−１〜４−４）の燃料油組成物は、比較例（２−１〜２−２）に比較して一酸化炭素濃度、炭化水素濃度ともに低下し、燃焼状態が改善されていることがわかった。

Claims (4)

1. 火花点火内燃機関用燃料へ添加する添加組成物であって、炭素数が６〜３６である脂肪酸モノエステルと、常圧での沸点が１５０℃以下であるエーテル基またはカルボニルジオキシ基を有する含酸素有機溶剤とを含むことを特徴とする燃料油用添加剤組成物。
2. 前記脂肪酸モノエステルのヨウ素価は、１２０以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料油用添加剤組成物。
3. 前記脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸は、ココナッツ油および／またはパーム核油由来のものであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料油用添加剤組成物。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料油用添加剤組成物が添加された燃料油組成物。