JP5727713B2 - 内燃機関用潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
従来、四輪車に用いられるエンジンオイルについて、省燃費性を高める手段として、エンジンオイルを低粘度化することが行われてきた。
しかし、同じエンジンオイルであっても、二輪車に用いられるエンジンオイルの省燃費性を高めるために、エンジンオイルを低粘度化すると、四輪車と二輪車の機械的構造の相違から、種々の問題が発生する。
つまり、二輪車は、エンジンなどの装置を小型化する必要があるため、通常、エンジンとともに変速用トランスミッションをも同一のエンジンオイルで潤滑する構造を有している。
このような構造を有する二輪車に用いられるエンジンオイルとして、省燃費性を高めるために低粘度化したエンジンオイルを用いると、変速用トランスミッションでギヤピッチングなどの疲労損傷が発生する。また、二輪車では、エンジンがむき出しに設置されていることから、エンジン騒音が大きくなり騒音問題となる。さらに、二輪車は、エンジンが小型であることから、四輪車に比較して、オイルが高温になるため、オイルの蒸発に起因するオイル消費が大きくなる。
したがって、二輪車に用いるエンジン油を低粘度化して省燃費性を向上させようとした場合、これらの問題を解決する必要がある。
したがって、二輪車に用いるエンジン油を低粘度化して省燃費性を向上させようとした場合のこの種の問題も解決できないのが現状である。
[2]前記炭素数2〜20のオレフィン重合体の質量平均分子量は3,000〜8,000である上記[1]に記載の内燃機関用潤滑油組成物、
[3] 前記(B)高分子化合物が、ポリメタクリレート、オレフィン共重合体、スチレン共重合体、及び、ポリイソブチレンの中から選ばれる一種又は二種以上の高分子化合物である上記[1]又は[2]に記載の内燃機関用潤滑油組成物、
[4]さらに、モリブデン系摩擦調整剤若しくは無灰系摩擦調整剤を配合したことを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の内燃機関用潤滑油組成物、
[5]Noack蒸発量(250℃×1h)が10.0質量%以下であり、かつ、粘度指数が140以上である上記[1]〜[4]のいずれかに記載の内燃機関用潤滑油組成物、
[6]二輪車用4サイクルエンジン用潤滑油である上記[1]〜[5]のいずれかに記載の内燃機関用潤滑油組成物、
を提供するものである。
本発明で用いる基油は、鉱物油、合成油又はそれらの混合物からなる潤滑油基油であり、その粘度指数が125以上であることを要する。基油の粘度指数が高いほど、内燃機関用潤滑油組成物の高温における粘度の低下を抑制し、耐摩耗性や疲労寿命の低下を抑制することができる。粘度指数は130以上であることがより好ましい。
なお、粘度指数は、JIS K 2283に準拠して測定された値である。
また、本発明で用いる基油は、Noack蒸発量(250℃×1h)が15質量%以下であることが必要である。Noack蒸発量(250℃×1h)が15質量%を超えると、本組成物の蒸発損失によるオイル消費が増大する。Noack蒸発量は、10質量%以下が好ましい。
なお、Noack蒸発量は、CEC−L−40−A−93、ASTM D5800に規定の方法で測定した値である。
ここで、環分析による%CAとは、環分析n−d−M法にて算出した芳香族分の割合(百分率)を示す。また、硫黄分はJIS K 2541に準拠して測定した値である。
%CAが3.0以下で、硫黄分が100質量ppm以下の基油は、良好な酸化安定性を有し、酸価の上昇やスラッジの生成を抑制しうる潤滑油組成物を提供することができる。より好ましい%CAは1.0以下、さらには0.5以下である。
水素化分解は、通常、上記潤滑油留分を、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)で接触させて行われる。
また、ワックスの水素異性化は、例えば、鉱油系潤滑油の溶剤脱ろう工程で得られるスラックワックスやフィッシャー・トロプシュ合成で得られたワックス等を、水素異性化触媒、例えばアルミナ、或いはシリカ−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やゼオライト触媒もしく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)で接触させて行われる。
以上のような方法で得られた潤滑油留分は、所望により、さらに溶剤精製或いは水素化精製を行ってもよい。
本発明で用いる基油は、上記性状を満たす限り、2種類以上の鉱物油、2種類以上の合成油の混合物、又は、鉱物油と合成油の混合物であっても差し支えなく、上記混合物における2種類以上の基油の混合比は、任意に選ぶことができる。
本発明の内燃機関用潤滑油組成物は、上述の基油に対して、(A)質量平均分子量500以上10,000以下の炭素数2〜20のオレフィン重合体、及び/又は(B)質量平均分子量が10,000以上100,000未満の高分子化合物を0.1〜10質量%、好ましくは0.3〜7質量%、より好ましくは0.5〜5質量%配合してなり、(C)質量平均分子量100,000以上の高分子化合物の配合量が1.0質量%未満とすることによって得られる。
質量平均分子量500以上10,000以下の炭素数2〜20のオレフィン重合体や質量平均分子量が10,000以上100,000未満の高分子化合物を配合することで、組成物の粘度指数を高めるのみならず、騒音の発生を抑制することができる。
基油に対して配合される上記(B)高分子化合物の質量平均分子量が100,000未満としたのは、基油に対して配合される高分子化合物の分子量が大きいほど粘度指数を向上させる効果は大きいものの、せん断によって高分子化合物の分子鎖が配向することで、一時的な粘度低下を引き起こし、必要な高温高せん断粘度を維持できなくなる恐れがあり、また、使用により高分子化合物の分子鎖が切断されて分子量が低下し、粘度が低下してしまう恐れがあるからである。
したがって、質量平均分子量が100,000以上(より好ましくは70,000以上、さらに好ましくは50,000以上)の上記(C)高分子化合物を配合しないことが望ましいのであるが、粘度指数を向上させるために止むを得ず添加する場合もある。ただし、その場合であっても1.0質量%未満、好ましくは0.1質量%未満、さらに好ましくは、0.01質量%未満とすることで、本発明の内燃機関用潤滑油組成物を得ることができる。
なお、上記(B)高分子化合物の質量平均分子量は70,000以下であることが好ましく、50,000以下であることが、より好ましい。
これらのオレフィン重合体は、任意の方法で製造することができる。例えば、無触媒による熱反応によって製造することができるほか、過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物触媒;塩化アルミニウム、塩化アルミニウム−多価アルコール系、塩化アルミニウム−四塩化チタン系、塩化アルミニウム−アルキル錫ハライド系、フッ化ホウ素などのフリーデルクラフツ型触媒;有機塩化アルミニウム−四塩化チタン系、有機アルミニウム−四塩化チタン系などのチーグラー型触媒;アルミノキサン−ジルコノセン系、イオン性化合物−ジルコノセン系などのメタロセン型触媒;塩化アルミニウム−塩基系、フッ化ホウ素−塩基系などのルイス酸コンプレックス型触媒などの公知の触媒系を用いて、上記のオレフィンを単独重合または共重合させることで製造することができる。なお、上記したオレフィン重合体を用いることができるが、当該オレフィン重合体は通常二重結合を有しているので、その熱・酸化安定性を考慮すると、オレフィン重合体中の二重結合を水素化したオレフィン重合体の水素化物を用いることが好ましい。
なお、オレフィン重合体の質量平均分子量は2,000〜9,000であることが好ましく、3,000〜8,000であることが、より好ましい。
これらの中から一種を単独で、あるいは二種以上組み合わせて使用することができる。より好ましくは、ポリメタクリレート(PMA)、オレフィン系共重合体(オレフィンコポリマー)が挙げられる。
また、本発明の内燃機関用潤滑油組成物においては、省燃費特性を向上させるために、モリブデン系摩擦調整剤や無灰系摩擦調整剤を配合することが好ましい。モリブデン系摩擦調整剤及び無灰系摩擦調整剤を併用するとより好ましい。
モリブデン系摩擦調整剤としては、ジチオカルバミン酸モリブデン(MoDTC)、ジチオリン酸モリブデン(以下、MoDTPともいう)及びモリブデン酸のアミン塩(以下、Moアミン塩ともいう)から選ばれる少なくとも一種が好適に用いられる。モリブデン系摩擦調整剤の中では、効果の点でMoDTCが好ましい。これらは、一種あるいは二種以上組み合わせて使用することができ、その好ましい配合量は、組成物全量に基づきモリブテン量として好ましくは10〜1000質量ppm、より好ましくは100〜800質量ppmの範囲である。モリブデン量が10質量ppm未満では十分な低摩擦性が得られないし、1000重量ppmを超えるとその量の割には摩擦特性の向上効果がみられない。
MoDTCは下記一般式(I)で表される。
また、MoDTPは下記一般式(II)で表される。
Moアミン塩は下記一般式(III)で表されるモリブデン酸の第二級アミン塩である。
本発明の内燃機関用潤滑油組成物は、基油の粘度指数、Noack蒸発量(250℃×1h)、オレフィン重合体、高分子化合物の質量平均分子量及び高分子化合物の配合量を上記規定範囲とすることで得ることができる。このような配合であれば、粘度指数が135若しくは140以上で、騒音が低く、ギヤピッチングなどの疲労損傷を抑制する効果に優れた省燃費型内燃機関用潤滑油組成物が得られる。
さらに、潤滑油組成物は、100℃における動粘度が11.0mm2/s未満であることが好ましい。11.0mm2/s以上になると、内燃機関用潤滑油の実使用温度領域(80℃〜100℃)の動粘度としては高いため、省燃費化を図ることができないからである。
特に、潤滑油組成物は、150℃における高せん断粘度がSAE粘度グレードで30相当の2.9mPa・s以上の場合、100℃おける動粘度が、9.0mm2/s未満であることが望ましく、150℃における高せん断粘度がSAE粘度グレードで20相当の2.6mPa・s以上の場合は、100℃おける動粘度が、7.5mm2/s未満が望ましい。これらの100℃動粘度を超えると、実使用温度領域(80℃〜100℃)における内燃機関用潤滑油の粘性が高くなり過ぎてしまい、従来油と比較して省燃費化を図ることができないからである。
さらに、本発明の内燃機関用潤滑油組成物においては、本発明の目的が損なわれない範囲で、無灰系分散剤、金属系清浄剤、極圧剤、金属不活性化剤、防錆剤、消泡剤、抗乳化剤及び着色剤等に代表される各種添加剤を単独で、又は数種組み合わせて配合してもよい。
無灰系分散剤としては、質量平均分子量が900〜3,500のポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、及びこれらのホウ酸変性物等の誘導体等が挙げられる。これらの無灰分散剤は、単独で又は複数種を任意に組み合わせて含有させることができるが、通常その配合量は、組成物全量基準で0.01〜10質量%の範囲である。
防錆剤としては、例えば、脂肪酸、アルケニルコハク酸ハーフエステル、脂肪酸セッケン、アルキルスルホン酸塩、アルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、バリウム(Ba)等)のスルフォネート、フェネート、サリシレート及びナフテネート、多価アルコール脂肪酸エステル、脂肪酸アミン、酸化パラフィン、アルキルポリオキシエチレンエーテル等が挙げられ、通常、その配合量は、組成物全量基準で0.01〜5質量%の範囲である。
消泡剤としては、液状シリコーンが適しており、例えば、メチルシリコーン、フルオロシリコーン、及びポリアクリレート等が使用可能である。これら消泡剤の好ましい配合量は、組成物全量基準で0.0005〜0.1質量%である。
抗乳化剤として、エチレンプロピレンブロックポリマー、アルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等)のスルフォネート、フェネート、サリシレート及びナフテネートなどを用いることができ、通常その配合量は0.0005〜1質量%である。
着色剤としては、染料や顔料等を用いることができ、通常、その配合量は、組成物全量基準で0.001〜1質量%である。
なお、各例における潤滑油組成物(試料油)の性状は以下のような方法で求めた。
(1)動粘度(40℃、100℃)及び粘度指数
JIS K 2283の方法により測定した。
(2)HTHS粘度(150℃)
ASTM D4683の方法により、TBS高温粘度計(Tapered Bearing Simulator)を用いて測定した。試験条件を以下に示す。
・せん断速度 :106sec-1
・回転数(モーター) :3000rpm
・間隔(ローター/ステーター):2〜3μm
・試料量 :20〜50ml
・測定時間 :校正4〜6時間
:試験15分間
(3)低温粘度(CCS粘度)
JIS K2606に準拠し、−25℃、−30℃における粘度を測定した。
(4)Noack蒸発量
CEC−L−40−A−93、ASTM D5800/Aに規定される方法で蒸発量を測定した。試験条件は、250℃で1時間である。
下記のエンジンモータリング装置と運転条件下で発生する音を、下記の方法によって騒音測定を行った。
[エンジンモータリング装置と運転条件]
エンジン:二輪車用水冷600CC、4気筒エンジン
駆動モーター:7.5kw
動弁形式:DOHC(直打)
エンジン回転数:3000rpm
オイルパン油温:100℃
[騒音測定方法]
騒音計(小野測器社製 LA5560)を用い、周波数分析装置(小野測器製Repolyzer XN−8100)にて、6300Hzの周波数のパワースペクトル(dB)を測定した。
(6)省燃費性の評価
以下のような仕様のエンジンにエンジン油を充填してモータリングトルク試験を行い、所定回転数におけるトルク(dB)を測定した。試験条件を以下に示す。
・エンジンモータリング装置と運転条件
・エンジン:二輪車用水冷600CC 4気筒エンジン
・動弁形式:DOHC(直打)
・エンジン回転数:5000rpm
・オイルパン油温:100℃
・駆動モーター:7.5kw
(7)疲労寿命
4球転動疲労試験機を用い、下記の要領にて疲労寿命を測定した。
(ベアリング)
材質 :ベアリング鋼
試験片 :Φ60×暑さ5mm
試験鋼球寸法:φ3/8 インチ
(試験条件)
荷重:147N
回転速度:2200rpm
油温:120℃
(評価方法)
試験片にフレーキングが発生するまでの時間を疲労寿命とし、6回の試験の結果をワイブル統計処理し、L50(分)を算出した。
(8)粘度低下率
100℃における動粘度と粘度指数から、150℃における動粘度を求めた値に、JIS K 2249に準じて測定した15℃における密度と80℃における密度から、150℃における密度を外挿して求めた値を掛け合わせることで、150℃における低せん断時の粘度とした。この値と上記HTHS粘度(150℃)より、粘度低下率を算出した。
以下に示す各種基油、各種共重合体、高分子化合物、添加剤を用いて、第1表の組成にしたがって内燃機関用潤滑油組成物(試料油)を調製した。
調製した試料油は前記した方法で各性状を評価し、結果を第1表に示す。
(基油)
・基油−1 鉱物油系水素化分解基油(API分類GIII)100N、100℃動粘度4.175mm2/s、粘度指数131、硫黄分0.01質量%以下、%CA0、Noack蒸発量14質量%
・基油−2 鉱物油系水素化分解基油(API分類GIII)、150N、100℃動粘度6.274mm2/s、粘度指数129、硫黄分0.01質量%以下、%CA0、Noack蒸発量6質量%
・基油−3 鉱物油系水素化精製基油(API分類GII)、150N、100℃動粘度5.284mm2/s、粘度指数104、硫黄分0.01質量%以下、%CA0、Noack蒸発量14質量%
・基油−4 鉱物油系水素化精製基油(API分類GII)、500N、100℃動粘度10.89mm2/s、粘度指数107、硫黄分0.01質量%以下、%CA0、Noack蒸発量4質量%
・基油−5 鉱物油系水素化精製基油(API分類GII)、ブライトストック、API分類GII)、100℃動粘度30.86mm2/s、粘度指数107、硫黄分0.01質量%以下、%CA0、Noack蒸発量2質量%以下
・共重合体−1 エチレン−α−オレフィン共重合体 質量平均分子量4,700 (三井化学社製 ルーカントHC600)
・共重合体−2 エチレン−α−オレフィン共重合体 質量平均分子量7,000 (三井化学社製 ルーカントHC2000)
(高分子化合物)
・高分子化合物―1 ポリメタクリレート(PMA)、 質量平均分子量45,000 (三洋化成工業社製 アクルーブC−728)
・高分子化合物―2 オレフィンコポリマー(OCP)、質量平均分子量100,000 (シェブロン社製 Paratone8057)
(流動点降下剤)
PMA、質量平均分子量690,000、(デグサ社製 PLEXOL−162)
(摩擦調整剤)
モリブデン系摩擦調整剤:モリブデン系摩擦調整剤としてモリブデンジアルキルジチオカルバメートを用いた。なお、モリブデン量としては4.5wt%である。
(DI剤)
パッケージ添加剤、ZnDTP(1.1)、金属系清浄剤(4)、硼素変性コハク酸イミドA(1)、硼素変性コハク酸イミドB(1)、ポリブテニルコハク酸イミド(2.1)、アミン系酸化防止剤(0.8)及び希釈油(残部)の混合物。( )内は質量%を示す。
(1)本発明の内燃機関用潤滑油組成物は、いずれも良好な低騒音性、耐疲労寿命性、省燃費性、耐蒸発性、及び、低粘度低下性を有する(実施例1〜5)。これに対し、本発明のいずれかの要件を満たさない組成物は、これらの性能のうちの一以上の性能を満たさない。
(2)具体的には、次のことが明確である。
(i)実施例1、実施例2及び実施例5の組成物は、粘度グレードが、5W−20油であるが、粘度グレードが10W−30で、より高粘度(動粘度)の比較例3の組成物と同等もしくはそれ以上に良好な低騒音性、耐疲労寿命性、耐蒸発性を有する。
(ii)実施例3の組成物は、粘度グレードが、10W−20油であるが、粘度グレードが40で、より粘度(動粘度)が高い比較例7の組成物と同等もしくはそれ以上に良好な低騒音性、耐疲労寿命性を有する。
(iii)実施例4の組成物は、粘度グレードが、10W−30油であるが、粘度グレードが10W−40で、より粘度(動粘度)が高い比較例4の組成物と同等もしくはそれ以上に良好な低騒音性、耐疲労寿命性、耐蒸発性を有する。
Claims (6)
- 粘度指数が125以上であり、Noack蒸発量(250℃×1h)が15質量%以下である基油に、組成物全量を基準として、(A)質量平均分子量2,000以上9,000以下の炭素数2〜20のオレフィン重合体、及び(B)質量平均分子量が10,000以上100,000未満の高分子化合物を0.1〜10質量%含み、(C)質量平均分子量100,000以上の高分子化合物の配合量が1.0質量%未満であることを特徴とする内燃機関用潤滑油組成物。
- 前記炭素数2〜20のオレフィン重合体の質量平均分子量は3,000〜8,000である請求項1に記載の内燃機関用潤滑油組成物。
- 前記(B)高分子化合物が、ポリメタクリレート、オレフィン共重合体、スチレン共重合体、及びポリイソブチレンの中から選ばれる一種又は二種以上の高分子化合物である請求項1又は2に記載の内燃機関用潤滑油組成物。
- さらに、モリブデン系摩擦調整剤若しくは無灰系摩擦調整剤を配合したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関用潤滑油組成物。
- Noack蒸発量(250℃×1h)が10.0質量%以下であり、かつ、粘度指数が140以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関用潤滑油組成物。
- 二輪車用4サイクルエンジン用潤滑油である請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関用潤滑油組成物。
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