JP5318322B2 - エンジン油 - Google Patents

Description

本発明は、優れた燃費低減効果を有するエンジン油に関し、特に、ディーゼルエンジンに好適であるエンジン油に関する。

近年、地球温暖化などの環境問題への対応として、エンジン油に対しても燃費低減効果が求められてきている。この課題を解決する技術として、有機モリブテン化合物を配合し、境界潤滑領域における摩擦係数を低減させた低粘度油が見出されている（例えば特許文献１〜６参照）。また、有機モリブテン化合物による境界潤滑領域における摩擦係数低減に加え、特定のエステル系潤滑油基油を配合することにより流体潤滑領域においても省燃費効果を発現する低粘度油が見出されている（特許文献７参照）。さらに、特定の酸化防止剤を組み合わせることで、有機モリブテン化合物を配合せずに省燃費効果に優れる低粘度油が見出されている（特許文献８参照）。すでにガソリンエンジン油では、ＡＰＩ粘度グレード５Ｗ−２０や０Ｗ−２０といった低粘度油や、さらに有機モリブテン化合物を配合した低粘度油が省燃費油として市販されている。

しかしながら、ディーゼルエンジンでは、流体潤滑領域での摩擦低減を狙ったオイルの低粘度化は、油膜強度不足によりオイルの耐摩耗性低下を招く恐れがあり、エンジン耐久性への悪影響や境界潤滑領域での摩擦増大の懸念があり、ガソリンエンジンで発現できた省燃費効果が著しく低下するという問題がある。さらに、有機モリブテン化合物による境界潤滑領域における摩擦係数低減は、ディーゼルエンジンにおける燃焼生成物であるススがオイルに混入し、その効果を著しく低減させる恐れがある。

特開平８−３０２３７８号公報 特開平９−３４６３号公報 特開２００１−１８１６６４号公報 特開２００１−３４８５９１号公報 特開２００２−１２８８４号公報 特開２００２−３７１２９２号公報 特開２００５−４１９９８号公報 特開２００５−４２０７０号公報

本発明の目的は、優れた燃費低減効果を有するディーゼルエンジン用エンジン油を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、特定の基油に重量平均分子量が１０万〜６０万の特定の粘度指数向上剤を特定量配合して得られるエンジン油の特定のせん断速度領域でのせん断粘度を特定の範囲にし、硫黄分を特定量含有させ、粘度指数を特定の範囲にし、ＳＡＥ粘度グレードを特定のもにし、摩擦調整剤としてのモリブデン化合物を含有しないエンジン油のすることで、流体潤滑領域での摩擦低減効果と境界潤滑領域での摩擦増加を防ぐことにより、優れた省燃費効果を発現できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、４０℃での動粘度が１２〜２６．２５ｍｍ^２／ｓであり、１００℃での動粘度が３．５〜５．２１０ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が１２２〜１８０である基油に重量平均分子量が１０万〜６０万のポリメタクリレート、エチレンプロピレン共重合体及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも１種からなる粘度指数向上剤を基油１００質量部に対して３〜１５質量部配合して得られるエンジン油であって、（Ａ）温度１５０℃、せん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１ におけるせん断粘度が２．９〜３．２ｍＰａ・ｓであり、且つ（Ｂ）温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度が４．５〜４．９ｍＰａ・ｓであり、硫黄分が０．１〜０．３質量％であり、粘度指数が１５６〜２３０であり、ＳＡＥ粘度グレードが０Ｗ−３０又は５Ｗ−３０であり、摩擦調整剤としてのモリブデン化合物を含有しないことを特徴とするディーゼルエンジン用エンジン油を提供するものである。
また、本発明は、上記ディーゼルエンジン用エンジン油において、（Ｂ）のせん断粘度が、温度１５０℃、せん断速度７×１０ ^４ 〜８×１０ ^４ ｓｅｃ ^−１ におけるせん断粘度であるディーゼルエンジン用エンジン油を提供するものである。

本発明のディーゼルエンジン用エンジン油は、特に大きな省燃費効果を発現する。また、本発明のディーゼルエンジン用エンジン油は、モリブテン化合物のような高価な摩擦調整剤を必須としなくても優れた省燃費効果が得られるものであり、また、その効果はディーゼルエンジンにおける燃焼生成物であるススがオイルに混入しても持続することができる。
さらに、本発明のディーゼルエンジン用エンジン油は、硫黄分を０．１〜０．４質量％にすることにより、排ガス浄化触媒に与える被毒を低減することができる。

本発明のディーゼルエンジン用エンジン油（以下、単に、エンジン油ともいう。）は、（Ａ）温度１５０℃、せん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１ におけるせん断粘度が２．９〜３．２ｍＰａ・ｓであり、好ましくは２．９〜３．１ｍＰａ・ｓであり、さらに好ましくは２．９〜３．０５ｍＰａ・ｓである。このせん断粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ４６８３またはＡＳＴＭ Ｄ５４８１によって得られるせん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１ でのせん断粘度である。

また、本発明のエンジン油は、（Ｂ）温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１の範囲におけるせん断粘度が、４．５〜４．９ｍＰａ・ｓの範囲であることが必要であり、特に好ましくは４．５〜４．８ｍＰａ・ｓである。（Ｂ）温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度は、例えばＡＳＴＭ Ｄ５４８１によるＭｕｌｔｉｃｅｌｌ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒを利用して測定することができる。

γ＝４Ｖ／ｔπｒ^３ （１）

せん断速度は（１）式で求めることができ、式中のγはせん断速度（ｓｅｃ^−１）、Ｖは試料容量（ｃｍ^３）、ｔは試料全量がキャピラリー管を通過する時間（ｓｅｃ）、πは円周率、ｒはキャピラリー管半径（ｃｍ）を表す。例えば、試料容量Ｖが８．８２３５ｃｍ^３、キャピラリー管半径ｒが０．００７５ｃｍを利用した場合、ｔを２６６〜３８０ｓｅｃになるように試験機の圧力を調整すれば、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１の範囲でのせん断粘度を求めることができる。せん断速度は、７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１の範囲であることが必要である。

μ＝９．８×１０^７×ｒＰ／２Ｌγ （２）

せん断粘度は（２）式で求めることができ、μはせん断粘度（ｍＰａ・ｓ）、ｒはキャピラリー管半径（ｃｍ）、Ｐは圧力（ｋｇ／ｃｍ^２）、Ｌはキャピラリー管長（ｃｍ）、γは（１）式で与えられるせん断速度(ｓｅｃ^−１)を表す。例えば、試料容量Ｖが８．８２３５ｃｍ^３、キャピラリー管半径ｒが０．００７５ｃｍ、キャピラリー管長Ｌが１．７２（ｃｍ）を利用し、圧力Ｐを１．５ｋｇ／ｃｍ^２でせん断粘度を測定し、試料全量がキャピラリー管を通過する時間ｔが３８０（ｓｅｃ）であった場合、（１）式よりせん断速度は７．０×１０^４ｓｅｃ^−１となり、（２）式よりせん断粘度は４．５７ｍＰａ・ｓと算出される。
なお、せん断粘度は、上記の７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１の範囲のせん断速度の全ての点で、上記４．５〜４．９ｍＰａ・ｓの範囲である必要はなく、上記範囲のせん断速度のいずれかの点で、上記４．５〜４．９ｍＰａ・ｓの範囲であればよい。この点は、（Ａ）のせん断粘度についても同様である。

肝要なことは、温度１５０℃において、せん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１ でのせん断粘度が、２．９〜３．２ｍＰａ・ｓ、かつ、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１でのせん断粘度が４．５〜４．９ｍＰａ・ｓであることが重要である。これらの範囲を外れると、エンジン内での流体潤滑領域や境界流体領域での摩擦増大を招く恐れがあり、本発明の優れた省燃費効果が発現できなくなる。

上記の本発明を達成する方法は、エンジン油の実用性能を確保するために基油に添加される各種添加剤による粘度増加をできるだけ少なくし、本発明の（Ａ）および（Ｂ）の範囲になるように特定の重量平均分子量の特定の粘度指数向上剤の添加量と基油の粘度によって調整すればよい。

粘度指数向上剤は、ポリメタクリレート系、エチレンプロピレン共重合体、及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも１種からなる粘度指数向上剤である。基油の粘度が低すぎると本発明の（Ｂ）の上限値を超える場合があり、反対に基油の粘度が高すぎると（Ｂ）の下限値を下回る場合があるが、粘度指数向上剤の添加量と基油の粘度を適宜調整して本発明の範囲内にすることができる。

粘度指数向上剤の添加量は、基油１００質量部に対して３〜１５質量部である。粘度指数向上剤の重量平均分子量は、１０万〜６０万であり、特に好ましくは１０万〜５０万である。なお、重量平均分子量は、装置：ＴＯＳＯＨ ＨＬＣ−８０２０、カラム：ＴＳＫｇｅｌ ＧＭＨＨＲ−Ｍを３本、検出器：示唆屈折検出器、移動相：ＴＨＦ、流量：１ｍｌ／ｍｉｎ、試料濃度：約１．０ｍａｓｓ％／ｖｏｌ％ ＴＨＦ、注入量：５０μｌによって測定されたポリスチレン換算値である。
エンジン油としての粘度指数は、１５６〜２３０である。

本発明のエンジン油は、硫黄分（ＪＰＩ−５Ｓ−３８−２００３）が０．１〜０．３質量％である。硫黄分が少ないと耐摩耗性向上剤として機能する、例えばジアルキルジチオリン酸亜鉛などの硫黄系添加剤の配合量が制限され、耐摩耗性の低下が懸念される。また、硫黄分が多いと、排ガス中のエンジン油由来の硫黄酸化物が多くなり、排ガス浄化触媒への悪影響が懸念される。本発明のエンジン油を上記好ましい硫黄分範囲にするための好適方法としては、硫黄分の少ない基油、例えば米国石油協会が定める基油カテゴリーにおけるグループＩＩ、グループＩＩＩ、グループＩＶおよびグループＶに分類される基油を１種、または２種類以上を組み合わせて用いる方法が挙げられる。
また、例えばグループＩのような硫黄分の多い基油であっても、グループＩＩ、グループＩＩＩ、グループＩＶおよびグループＶの１種類以上と組み合わせて使用することで、上記の好ましい硫黄分範囲にすることができる。

基油の粘度は、４０℃での動粘度（ＪＩＳ−Ｋ−２２８３−５）が、１２〜２６．２５ｍｍ^２／ｓである。また、１００℃での動粘度（ＪＩＳ−Ｋ−２２８３−５）が、３．５〜５．２１０ｍｍ^２／ｓである。基油の粘度指数（ＪＩＳ−Ｋ−２２８３−６）としては、１２２〜１８０である。
基油としては、上記動粘度および粘度指数を有する種々の鉱油系潤滑油基油、合成系潤滑油基油、またはこれらの混合物からなる潤滑油基油を用いることができる。

本発明におけるＳＡＥ粘度グレードとは、ＳＡＥ Ｊ３００に規定される分類であり、油温が低い状態においても優れた省燃費効果を発揮するためには０Ｗ−３０または５Ｗ−３０である。
本発明のエンジン油は、ディーゼルエンジンに使用することで特に大きな省燃費効果が得られるエンジン油である。

本発明のエンジン油には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種公知の添加剤、例えば、アルカリ土類金属スルホネート、アルカリ土類金属フェネート、アルカリ土類金属サリシレート、アルカリ土類金属ホスホネートなどの金属系清浄剤；アルケニルこはく酸イミド、ベンジルアミン、アルキルポリアミンなど他の無灰型分散剤；リン系、硫黄系、アミン系、エステル系などの各種摩耗防止剤；モリブテンジチオホスフェート、モリブテンジチオカルバメート、モリブテン酸アミン化合物、長鎖脂肪族アミン、長鎖脂肪族酸、長鎖脂肪族酸エステル、長鎖脂肪族アルコールなどの摩擦調整剤；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールなどのアルキルフェノール類、４，４’−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）などのビスフェノール類、ｎ−オクタデシル−３−（４’−ヒドロキシ−３’，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）プロピオネートなどのフェノール系化合物、ナフチルアミン類やジアルキルジフェニルアミン類などの芳香族アミン化合物などの各種酸化防止剤；硫化オレフィン、硫化油脂、メチルトリクロロステアレート、塩素化ナフタレン、ヨウ素化ベンジル、フルオロアルキルポリシロキサン、ナフテン酸鉛などの極圧剤；ステアリン酸を始めとするカルボン酸、ジカルボン酸、金属石鹸、カルボン酸アミン塩、重質スルホン酸の金属塩、多価アルコールのカルボン酸部分エステル、リン酸エステルなどの各種錆止め剤；ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、チアジアゾールポリスルフィドなどの各種腐食防止剤；シリコーン油などの各種消泡剤などを１種単独で、または２種以上組み合わせて適宜配合することができる。

粘度指数向上剤以外のその他の添加剤の配合量は、できるだけ少なくすることが好ましく、２０質量％以下が好ましい。
本発明のエンジン油の調製方法は、基油、必要に応じて添加する上記の各種添加剤を適宜混合すればよく、その混合順序は特に限定されるものではない。

次に、本発明を実施例と比較例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの例によっては何等限定されるものではない。
実施例および比較例で用いる評価試験法は以下の通りである。
（１）温度１５０℃、せん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度
ＡＳＴＭ Ｄ４６８３によってせん断粘度を測定した。
（２）温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度
ＡＳＴＭ Ｄ５４８１によるＭｕｌｔｉｃｅｌｌ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒを利用して測定した。使用したキャピラリーセルは、試料容量が８．８２３５ｃｍ^３、キャピラリー管半径が０．００７５ｃｍ、キャピラリー管長が１．７２ｃｍのものを使用し、せん断速度が７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１の範囲に入るよう、試料全量がキャピラリー管を通過する時間ｔを２６６〜３８０ｓｅｃの範囲になるように圧力を調整し測定した。せん断速度およびせん断粘度は、それぞれ前述の（１）式、（２）式により算出した。

（３）硫黄分
ＪＰＩ−５Ｓ−３８−２００３により、測定した。
（４）ＳＡＥ粘度グレード
ＳＡＥ Ｊ３００に規定される分類により判定した。
（５）燃費試験
ＪＡＳＯ Ｍ３３６−９８に規定されるＪＡＳＯ清浄性エンジン試験方法で用いられるディーゼルエンジンであるＴＤ２５エンジンを用いた。試験条件はエンジン回転数２５８０ｒｐｍ、油温９０℃とし、エンジントルクは次の３条件を用いた。条件１は５．８ｋｇ・ｍ、条件２は８．４ｋｇ・ｍ、条件３は１１．７ｋｇ・ｍである。各試験条件において基準油の燃料消費率と比較して燃費低減率（％）を求めた。さらに各試験条件での燃費低減率から平均値を求めた。

（実施例１〜３）
基油として、表１に示した４０℃の動粘度、１００℃の動粘度、粘度指数を有し、硫黄分が０．１質量％以下の水素化精製鉱油系潤滑油基油を用い、その基油に、粘度指数向上剤（分散系ポリメタクリレートと分散系エチレンプロピレン共重合体の混合物であり、重量平均分子量はともに約１４万である）を表１に示した量を配合し、さらにその他の添加剤（Ｃａ系清浄剤、アルケニルこはく酸イミド系分散剤、耐摩耗性向上剤としてジアルキルジチオリン酸亜鉛、およびフェノール系酸化防止剤など）を表１に示した量を配合して、エンジン油を製造した。得られたエンジン油は、ＪＡＳＯ清浄性エンジン試験（ＪＡＳＯ Ｍ３３６−９８）およびにＪＡＳＯ動弁摩耗エンジン試験（ＪＡＳＯ Ｍ３５４−９９）において、ＪＡＳＯ ＤＨ−２の基準を満たすエンジン油であった。

（比較例１〜４）
基油として、表１に示した４０℃の動粘度、１００℃の動粘度、粘度指数を有し、硫黄分が０．１質量％以下の水素化精製鉱油系潤滑油基油を用いて、その基油に、粘度指数向上剤（分散系ポリメタクリレートと分散系エチレンプロピレン共重合体の混合物であり、重量平均分子量はともに約１４万である）を表１に示した量を配合し、さらにその他の添加剤（Ｃａ系清浄剤、アルケニルこはく酸イミド系分散剤、耐摩耗性向上剤としてジアルキルジチオリン酸亜鉛、およびフェノール系酸化防止剤など）を表１に示した量を配合して、エンジン油を製造した。比較例１および比較例２で得られたエンジン油は、ＪＡＳＯ清浄性エンジン試験（ＪＡＳＯ Ｍ３３６−９８）およびにＪＡＳＯ動弁摩耗エンジン試験（ＪＡＳＯ Ｍ３５４−９９）において、ＪＡＳＯ ＤＨ−２の基準を満たすエンジン油である。また、比較例３および比較例４で得られたエンジン油は、ディーゼルエンジン油規格であるＪＡＳＯ ＤＨ−２に適合した市販エンジン油である。
本発明の実施例と比較例のエンジン油の組成、性状および試験結果を表１及び表２に示す。燃費試験では比較例３を基準油として燃費低減率を求めた。

表１および表２から明らかなように、実施例１および実施例２のエンジン油は、基準油である比較例３のエンジン油とくらべ、条件１〜３の全ての燃費試験条件下において省燃費効果に優れることがわかる。一方、比較例１のエンジン油のように、温度１５０℃におけるせん断速１×１０^６ｓｅｃ^−１および７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１でのせん断粘度が本発明の範囲下限値を下回ると、条件１での燃費試験では省燃費効果が見いだせるが、条件２および３では省燃費効果が小さく、条件１〜３の平均では実施例１および実施例２に劣ることが分かる。

また、比較例２のように、温度１５０℃におけるせん断速７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１でのせん断粘度が本発明の範囲下限値を下回ると省燃費効果が見出せない。さらに、比較例４のように、温度１５０℃におけるせん断速１×１０^６ｓｅｃ^−１でのせん断粘度が本発明の範囲上限値を上回ると省燃費効果が見出せない。
以上のように本発明を満たすことにより初めて優れた省燃費効果が実現できるものである。

Claims (2)

1. ４０℃での動粘度が１２〜２６．２５ｍｍ^２／ｓであり、１００℃での動粘度が３．５〜５．２１０ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が１２２〜１８０である基油に重量平均分子量が１０万〜６０万のポリメタクリレート、エチレンプロピレン共重合体及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも１種からなる粘度指数向上剤を基油１００質量部に対して３〜１５質量部配合して得られるエンジン油であって、（Ａ）温度１５０℃、せん断速度１×１０^６ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度が２．９〜３．２ｍＰａ・ｓであり、且つ（Ｂ）温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜１×１０^５ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度が４．５〜４．９ｍＰａ・ｓであり、硫黄分が０．１〜０．３質量％であり、粘度指数が１５６〜２３０であり、ＳＡＥ粘度グレードが０Ｗ−３０又は５Ｗ−３０であり、摩擦調整剤としてのモリブデン化合物を含有しないことを特徴とするディーゼルエンジン用エンジン油。
2. （Ａ）のせん断粘度が２．９８〜３．２ｍＰａ・ｓであり、（Ｂ）のせん断粘度が、温度１５０℃、せん断速度７×１０^４〜８×１０^４ｓｅｃ^−１におけるせん断粘度である請求項１に記載のディーゼルエンジン用エンジン油。