JP5600677B2 - 省燃費型エンジン油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、特定のジオール化合物を含有する内燃機関用潤滑油に関し、低摩擦特性に優れ、さらに耐摩耗性が良好な省燃費型エンジン油組成物に関するものである。

近年、地球温暖化防止のために自動車の燃費を向上させ、ＣＯ_２の排出を抑制することが必須の課題となっている。自動車の燃費を向上させるにはエンジンの効率化が重要であり、ガソリンエンジンにおいては可変バルブ機構、リーンバーン化や直噴化、さらにターボチャージャの装着等の技術が採用されている。一方、エンジンの摩擦を低減することも燃費向上（省エネルギー）に貢献できることから、摺動部品への低摩擦材料の使用や省燃費型エンジン油の採用が図られている。

エンジン油において省燃費性能を向上させる方法としては、流体潤滑条件下における摩擦低減を目的とした油の低粘度化、及び混合潤滑及び境界潤滑条件下における摩擦低減を目的とした摩擦調整剤の添加が挙げられる（特許文献１）。最近では、エンジンの高出力化、高性能化に伴い、潤滑条件はますます厳しくなっており、摩擦調整剤の添加の重要性が増してきている。

これまで摩擦調整剤としては、有機モリブデン化合物の効果が大きいとして、主にエンジン油において各種検討されてきた。しかしながら、有機モリブデン化合物は初期の摩擦低減の効果に優れる一方で、これを長期間維持するには従来技術では限界があること、及び高温領域においてデポジットを増大させること、また潤滑油をリサイクルするうえで妨害元素となりうることから添加量の減量が求められている。一方、無灰系、例えばエステル系、アミン系、アミド系などの摩擦調整剤にはこうした障害がなく、環境対応面からその重要性が高まっているが、初期の摩擦低減性能はモリブデン系摩擦調整剤に比べはるかに小さく、その性能向上が重要な課題となっている。

特開２０００−２７３４８１号公報

上記状況に鑑み、本発明は、低摩擦特性に優れ、さらに内燃機関用として好適な、特には耐摩耗性が良好な省燃費型エンジン油組成物を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を進めた結果、潤滑油基油に、特定のジオール化合物を配合し、かつ一定量以上のジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）を組み合わせて特定の割合で配合して得られた潤滑油組成物が、低摩擦特性に優れ、かつ耐摩耗性が良好であり、エンジン油として有用であることを見出した。本発明はかかる知見に基づきなされたものである。

すなわち、本発明は、潤滑油基油に、下記の一般式（１）で表されるジオール化合物を０.１〜２.０質量％、及びジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）をリン（Ｐ）として０.０３〜０.１２質量％含有し、かつ第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのリン分が全ＺｎＤＴＰ由来のリン分の３０質量％以上であることを特徴とする省燃費型エンジン油組成物である。（式中、Ｒは、水素、アルキル基又はアルケニル基を表す。）

本発明の省燃費型エンジン油組成物に用いる潤滑油基油の１００℃における動粘度は４.５mm²/s以下で、かつ粘度指数が１２０以上であることが好ましい。

さらに、本発明の省燃費型エンジン油組成物に用いる一般式（１）で表わされるジオール化合物の分子量は４００から６００であることが好ましい。

本発明の省燃費型エンジン油組成物は、摩耗防止特性に優れ、さらに金属間の摩擦係数を著しく低下させることができるという格別な効果を奏する。すなわち、エンジンしゅう動部の金属間摩擦係数を著しく低下させることにより燃費が向上するという格別の効果を発揮する。

本発明の省燃費型エンジン油組成物に用いる潤滑油基油としては、鉱油、合成油、及びその混合物のいずれも使用できる。鉱油では粘度指数が１２０以上の高粘度指数潤滑油基油が望ましい。粘度指数が１２０以上の高粘度指数潤滑油基油は、ワックスの水素異性化或いは重質油の水素化分解で得られた生成油を溶剤脱ロウ又は水素化脱ロウすることにより得ることができる。これらの製法の一例について、次により具体的に述べる。

ワックスの水素異性化は、沸点範囲が３００〜６００℃、炭素数として２０〜７０の範囲にあるワックス、例えば、鉱油系潤滑油の溶剤脱ロウ工程で得られるスラックワックスや炭化水素ガス等を一酸化炭素と水素に転化して液体燃料を合成するフィッシャー・トロプシュ合成で得られたワックス等を原料として、水素異性化触媒、例えばアルミナ又はシリカ‐アルミナ担体上にニッケル、コバルト等の８族金属及びモリブデン、タングステン等の６Ａ族金属の１種以上を担持した触媒、さらにはゼオライト触媒又はゼオライト含有担体に白金等を担持した触媒と、水素分圧５〜１４MPaの水素存在下、３００〜４５０℃の温度、０.１〜２hr^−１のＬＨＳＶ（液空間速度）で接触させることによって行うことができる。このとき、直鎖状のパラフィンの転化率が８０％以上、軽質留分への転化率が４０％以下となるようにすることが好ましい。

一方、重質油の水素化分解を経て本発明に用いる高粘度指数の潤滑油基油は、次のようにして得ることができる。必要により水素化脱硫及び脱窒素を行った沸点が３００〜６００℃の範囲の常圧留出油、減圧留出油又はブライトストックを、水素化分解触媒、例えばシリカ‐アルミナ担体上にニッケル、コバルト等の８族金属の１種以上及びモリブデン、タングステン等の６Ａ族金属の１種以上を担持した触媒と、水素分圧７〜１４MPaの水素存在下、３５０〜４５０℃の温度、０.１〜２hr^−１のＬＨＳＶ（液空間速度）で接触させて行うことができ、分解率（生成物に占める３６０℃以上の留分の減少した質量％）が４０〜９０％となるようにすることが好ましい。

上記方法で得られる水素異性化生成油又は水素化分解生成油から軽質留分を留去して潤滑油留分を得ることができるが、この留分は、このままでは一般に流動点や粘度が高く、また粘度指数が十分に高くないため、脱ロウ処理を行い、ワックス分を除去することにより、ｎ‐ｄ‐Ｍ環分析による％Ｃ_Ｐが８０以上、流動点が−１０℃以下で粘度指数が１２０以上の潤滑油基油を得ることができる。

このワックス分の除去を溶剤脱ロウ処理で行う場合、上記の軽質留分の留去に際して精密蒸留装置を用いて蒸留分離し、あらかじめガスクロマトグラフィー蒸留法による沸点３７１℃以上４９１℃未満の留分が７０質量％以上になるようにカットすることが、溶剤脱ロウ処理をより効率的に行うために好ましい。この溶剤脱ロウ処理は、脱ロウ溶剤として例えばメチルエチルケトン／トルエン（容量比１／１）を用い、溶剤/油比２／１〜４／１の範囲で、−１５〜−４０℃の温度下に行うとよい。

一方、ワックス分の除去を水素化脱ロウ法で行う場合は、軽質留分の留去は水素化脱ロウに支障とならない程度とし、水素化脱ロウ後に、精密蒸留装置を用いて蒸留分離してガスクロマトグラフィー蒸留法による沸点３７１℃以上４９１℃未満の留分が７０質量％以上になるようにカットすることが、効率的で好ましい。この水素化脱ロウは、ゼオライト触媒と、水素分圧３〜１５MPaの水素存在下、３２０〜４３０℃の温度、０.２〜４hr^−１のＬＨＳＶ（液空間速度）で接触させ、最終的な潤滑油基油における流動点が−１０℃以下となるようにするとよい。

以上のような方法で、粘度指数１２０以上の潤滑油基油を得ることができるが、所望により、さらに溶剤精製或いは水素化精製を行うことができる。

また、合成油としては、α‐オレフィンのオリゴマー、アジピン酸等の二塩基酸と一価アルコールから合成されるジエステルや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等の多価アルコールと一塩基酸とから合成されるポリオールエステル、及びこれらの混合物等が挙げられる。

さらに、適宜の鉱油と合成油を組み合わせた混合油も、本エンジン油の基油として用いることができる。
鉱油、合成油又はこれらの混合油にしても、本発明の省燃費型エンジン油組成物に用いる潤滑油基油は、１００℃における動粘度が４.５mm^２/s以下でかつ粘度指数が１２０以上であること、特には１００℃における動粘度が３.０〜４.５mm^２/sでかつ粘度指数が１２０〜１７０であることが好ましい。

本発明の省燃費型エンジン油組成物には、下記の一般式（１）で表されるジオール化合物が使用される。

上記一般式（１）において、Ｒは、水素、アルキル基又はアルケニル基を示す。Ｒが異なったアルキル基又はアルケニル基を有する化合物を混合したものを用いることもできる。このアルキル基又はアルケニル基は、直鎖、分岐のどちらでも用いることができ、炭素数２６〜３４が好ましい。
また、ジオール化合物の分子量は４００〜６００が好ましい。ジオール化合物の分子量が４００未満では十分な摩擦低減効果が得られず、分子量が６００より大きい場合では低温での貯蔵安定性が保たれない。
このようなジオール化合物の具体例としては、ノナコシル‐１,２‐ジオール、ヘントリアコンチル‐１,２‐ジオール、トリトリアコンチル‐１,２‐ジオールなどが挙げられ、これらを好ましく用いることができる。
ジオール化合物の添加量は、０.１から２.０質量％、好ましくは０.２から１.０質量％である。

本発明の省燃費型エンジン油組成物に使用されるジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）としては、下記の一般式（２）で表される化合物が挙げられる。

上記一般式（２）において、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、それぞれ独立して炭素数１〜２４の炭化水素基を示す。これら炭化水素基は、炭素数１〜２４の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、炭素数３〜２４の直鎖状若しくは分枝状のアルケニル基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルシクロアルキル基、炭素数６〜１８のアリール基又は直鎖状若しくは分枝状のアルキルアリール基である。また、アルキル基やアルケニル基は、第１級、第２級及び第３級のいずれであってもよい。なお、第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰとは、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が全て第２級アルキル基であるＺｎＤＴＰのことである。

ＺｎＤＴＰの含有量は、エンジン油組成物の全質量に対して、ＺｎＤＴＰに含まれるリン（Ｐ）元素として０.０３〜０.１２質量％、好ましくは０.０５〜０.０８質量％であり、かつ前記ＺｎＤＴＰのうち、第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのリン分が全ＺｎＤＴＰ由来のリン分の３０質量％以上、好ましくは５０質量％以上を占める。エンジン油組成物の全質量に対するＰ系化合物に含まれるＰ元素の質量が０.０３質量％未満では十分な摩耗防止性能を得ることができず、０.１２質量％より大きい場合では自動車の排気触媒に与える被毒の影響が大きくなる。また、ＺｎＤＴＰのうち、第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのリン分が全ＺｎＤＴＰ由来のリン分の３０質量％未満では、ジオール化合物による省燃費性と摩耗防止性を両立することができない。

本発明のエンジン油には、所望により、モリブデンジチオカーバメイト（ＭｏＤＴＣ）、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｎａ等の金属スルホネート、フェネート、サリシレート等の清浄剤、アルケニルコハク酸イミド等の無灰系分散剤、フェノール系、アミン系等の酸化防止剤、その他粘度指数向上剤、流動点降下剤、金属不活性化剤、防錆剤や消泡剤等の添加剤を添加することができる。

次に、実施例により本発明を具体的に説明する。
基油としては、重質油の水素化分解で得た水素化分解油を水素化脱ロウして得た水素化脱ロウ油（動粘度：１７.９mm^２/s（４０℃）、４.０８mm^２/s（１００℃）、粘度指数１３１）を用いた。

前記基油に、添加剤として下記に説明する摩擦調整剤、ＺｎＤＴＰ、粘度指数向上剤及びその他添加剤を表１に示す割合で配合して実施例１及び比較例１〜４のエンジン油に調製した。また、調製されたエンジン油中のカルシウム（Ｃａ）含有量とリン（Ｐ）含有量、及び添加したＺｎＤＴＰ由来のリン分に占める第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのリン分の割合を表１に併せて示す。なお、その他添加剤はＣａスルホネート、Ｃａサリシレート、アルケニルコハク酸イミド、流動点降下剤及び消泡剤からなる添加剤混合物である。実施例１及び比較例１〜４については、組成物の１５０℃におけるＴＢＳ粘度が２.６MPa・s（ＳＡＥエンジン油粘度分類の２０に相当）になるように添加した。なお、ＴＢＳ粘度は、Tapered Bearing Simulatorを用いて計測される粘度であり、エンジン油の評価に用いられる高温高せん断粘度である。ＡＳＴＭ Ｄ４６８３に準じて、温度１５０℃、せん断速度１×１０^６s^−１におけるエンジン油の粘度抵抗によって発生するロータートルクを測定し、標準油から求めた検量線により算出する。

ＺｎＤＴＰとしては、一般式（２）のＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が炭素数８の第１級アルキル基であるＺｎＤＴＰ１と、一般式（２）のＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が炭素数４〜５の第２級アルキル基であるＺｎＤＴＰ２とを用いた。
摩擦調整剤としては、実施例１及び比較例１には一般式（１）に示すジオール化合物としてＲがノナコシル基、ヘントリアコンチル基、トリトリアコンチル基の混合物である１,２‐ジオールを用い、比較例３には一般式（３）に示すグリセロールモノオレート（ＧＭＯ）を用い、比較例４には一般式（４）に示すモリブデンジチオフォスフェート（ＭｏＤＴＣ）を使用した。

表１の実施例及び比較例のエンジン油それぞれについて、１.５Ｌ直列４気筒エンジンを用いたモータ試験を実施して、油温１１０℃、軸回転数１０００rpmにおける軸トルクを測定した。基準油に対するトルク低減率を表２に示す。

さらに、実施例１及び比較例１、２それぞれについて、ＪＡＳＯ Ｍ３２８に準拠したＫＡ２４Ｅ動弁系摩耗試験を実施して、カムノーズ摩耗量を測定した。その結果を表２の下段に示す。

以上の結果から明らかなように実施例１及び比較例１に示すジオール化合物を０.５質量％含有したエンジン油は、ジオール化合物を含有していない比較例２に比べて、モータリング試験において良好な低摩擦特性を示し、高い省燃費性能が見込まれる。また、ＺｎＤＴＰとして第１級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのみを含有する比較例１は、ジオール化合物を０.５質量％含有することにより、比較例２に比べ著しく動弁系摩耗が増大した。一方で、第２級アルキル基を含有するＺｎＤＴＰのりん分がＺｎＤＴＰにおけるリン分の６０％を占める実施例１では摩耗量の大幅な改善が認められ、良好な動弁系摩耗を示し、摩擦低減の効を長期間維持することが期待される。

一方、摩擦調整剤としてＧＭＯを添加した比較例３、ＭｏＤＴＣを添加した比較例４では、トルク低減率が実施例１に対し低く、省燃費性に劣っていることが分かる。

本発明は、摩耗防止特性に優れ、エンジンしゅう動部の金属間摩擦係数を著しく低下させることができるので、省燃費性に優れており、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの内燃機関用のエンジン油として利用することができる。

Claims (2)

1. 潤滑油基油に、下記の一般式（１）で表される分子量が４００〜６００のジオール化合物を０.１〜２.０質量％、及びジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）をリン（Ｐ）として０.０３〜０.１２質量％含有し、第２級アルキル基を有するＺｎＤＴＰのリン分が全ＺｎＤＴＰ由来のリン分の３０質量％以上を占めることを特徴とする省燃費型エンジン油組成物。
   
   （式中、Ｒは、アルキル基又はアルケニル基を表す。）
2. 潤滑油基油の１００℃における動粘度が４.５ｍｍ^２／ｓ以下でかつ粘度指数が１２０以上である請求項１に記載の省燃費型エンジン油組成物。