JP6338857B2 - 燃料経済性に関する向上 - Google Patents
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Description
「粘度指数」(又はVI)は、温度に伴う動粘度の変化を測定するために用いる任意の単位である。これは、一般に自動車産業において潤滑油を特徴付けるために用いられる。而して、粘度指数は、液体(又は潤滑剤)の粘度が温度の変動に伴ってどのように変化するかを強調する。一般に、液体の粘度はその温度が上昇するにつれて減少する。多くの潤滑剤又は燃料の用途においては、液体は、広範囲のエンジン条件にわたって、例えば液体が周囲の優勢な温度にある場合の始動時、並びに運転中(200℃/392°Fまで)である場合において機能することが求められる。VIがより高いと、温度に伴う粘度の相対変化はより小さい。望ましくは、燃料組成物は、その通常の運転温度範囲にわたって粘度が大きくは変化しない(即ち、比較的高いVIを有する)。
上述したように、粘度増加成分は、同じ条件下で測定して、それを加える燃料組成物の粘度を増加させるのに十分な量で用いる。動粘度の増加は、任意の好適な温度、例えば40℃又は100℃において測定することができる。好都合には、粘度は40℃において測定する。好適には、粘度増加成分は、粘度を少なくとも0.05mm2/秒、少なくとも0.1mm2/秒、又は少なくとも0.2mm2/秒増加させる量で用いる。より好適には、粘度の増加は、0.25mm2/秒〜2.0mm2/秒の間;又は0.25mm2/秒〜1.0mm2/秒の間であってよい。好ましい態様においては、粘度の増加は、0.3mm2/秒〜0.8mm2/秒の間、例えば0.32mm2/秒〜0.67mm2/秒の間である。幾つかの場合においては、粘度を約0.4mm2/秒、約0.5mm2/秒、約0.6mm2/秒、又は約0.7mm2/秒増加させることが望ましい可能性がある。
したがって、粘度増加成分は、精油所において燃料組成物又は基燃料の1以上の成分中に直接投与する(又はこれとブレンドする)ことができる。例えば、これは、その後に自動車燃料組成物全体の一部を形成する好適な燃料成分中に予め希釈することができる。
粘度増加成分:
粘度増加成分は、高粘度燃料又はオイル誘導体或いはVI向上添加剤であってよい。
好適なVI向上剤の他の例は、日本特許954077、1031507、1468752、1764494、及び1751082において開示されている。更なる例としては、窒素及び酸素原子を含む共重合極性モノマーを含む分散タイプのVI向上剤;アルキル芳香族タイプのVI向上剤;及びVI向上剤として用いることが公知の幾つかの流動点降下剤;が挙げられる。
ブロックコポリマーを含むか、又は理想的にはそれから実質的に構成されるVI向上添加剤は、一般に堆積物及び/又は泡の形成の増加のような副作用をより少なくすることができるので好ましい可能性がある。VI向上添加剤には、例えば、通常はエチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン、イソプレン、及びスチレンモノマーから選択される1種類以上のオレフィンモノマーブロックを含むブロックコポリマーを含ませることができる。特に好ましいタイプのVI向上剤は、スチレン及びイソプレンをベースとする星形コポリマーであり、具体的に好ましいVI向上剤は、ポリスチレン−ポリイソプレン星形コポリマーであるSV(登録商標)200である。
粘度指数向上添加剤(VI向上剤とも呼ぶ)は潤滑剤配合物中で用いることが周知であり、ここではそれらを用いてより高い温度における粘度を比較的増加させる(即ち粘度の減少を遅延させる)ことによって、粘度を所望の温度範囲にわたって可能な限り一定に維持する。これらは、通常は凝集体及び/又はミセルを形成することができる比較的高分子量の長鎖ポリマー分子をベースとするものである。これらの分子系はより高い温度においては膨張し、このために互いに対するそれらの移動が更に制限され、これにより系の粘度が増加する。公知のVI向上剤は、通常は1〜20%w/wの間の濃度で潤滑油配合物中に含ませる。しかしながら、WO 01/48120においては、幾つかのこれらのタイプの添加剤を、昇温温度においてエンジンを始動させる能力を向上させる目的のために、燃料組成物、特にディーゼル燃料組成物中で用いることが提案されている。US 2009/0241882においては、任意の所定の速度におけるエンジン出力、及び/又はトルク、及び/又は車両牽引力の増加によって明示することができる加速性能を向上させる目的のために、幾つかのVI向上添加剤を燃料組成物中において用いることが記載されている。しかしながら、これらは、我々の知る限りでは、エンジン及び/又はその中にエンジンが取り付けられる乗物の燃料経済性を向上させる際に用いることは提案されていない。
本発明にしたがって用いる粘度増加成分の量は、燃料のタイプ及び/又はエンジンのタイプによって変動する可能性があるが、本発明の更なる利益は、幾つかの条件下においては、本発明の利益を観察するために必要なVI向上剤の量が、通常の燃料添加剤のレベルのように驚くほど低くてよいことである。これによって、燃料製造プロセスのコスト及び複雑さを減少させることができる。例えば、燃料経済性を向上させるために、その最初の製造箇所において基燃料の内容物を変性することによるのではなく、精油所の下流において添加剤を含ませることによって燃料組成物を変性することを可能にすることができる。基燃料成分のブレンドは全ての場所で実現可能ではない可能性があるのに対して、比較的低濃度の燃料添加剤の導入は、燃料貯蔵所、或いはタンクローリー、船舶又は列車充填箇所、給油器、顧客のタンク、及び乗物のような他の充填箇所においてより容易に行うことができる。
本発明の更なる有利性は、VI向上添加剤がより高い温度において粘度を増加させるように具体的に設計されていることである。エンジン出力の増加は一般に、燃料噴射システム(一般に高温で運転される)における条件、及び燃料消費と関係しているので、VI向上添加剤は、燃料経済性を向上させる点で他のより通常的な粘度増加成分よりも大きい利益を与えることができると考えられる。
本発明の有益な態様においては、ディーゼル燃料は、植物油、水素化植物油、又は植物油誘導体(例えば脂肪酸エステル、特に脂肪酸メチルエステル:FAME)のような所謂「バイオディーゼル」燃料成分、或いは酸、ケトン、又はエステルのような他の酸素化物から構成することができ、或いはこれらを含ませることができる。かかる成分は必ずしもバイオ誘導されたものである必要はない。
本明細書において用いる成分の量(例えば、濃度、ppmw、及び%w/w)は、活性物質のもの、即ち揮発性溶媒/希釈剤材料を除いたものである。
好適には、上述したように、粘度増加成分又はVI向上剤によって燃料組成物の粘度が少なくとも0.05mm2/秒で2.0mm2/秒未満増加する。より好適には、粘度の増加は0.25mm2/秒〜1.0mm2/秒の間、例えば0.3mm2/秒〜0.8mm2/秒の間である。幾つかの特定の態様においては、粘度の増加は、約0.32mm2/秒、約0.67mm2/秒、或いはこれらの範囲の間の任意の値である。
実施例:
序論:
これらの実施例においては、ディーゼル燃料の経済性に対する燃料の粘度の影響を評価するためのベンチエンジン試験プログラムの結果を報告する。標準的なディーゼルを、異なる濃度の粘度増加成分を含む同じディーゼル燃料に対して比較した。粘度増加成分としては、VI向上剤、特にShellVis 200(「SV200」)を用いた。
ディーゼル燃料の経済性に対する燃料の粘度の潜在的な影響を評価するために、Mercedes Benz 2.21ディーゼルベンチエンジン(OM646.963L−「OM646エンジン」)を用いて研究を行った。OM646エンジンは、PAE試験スタンド007上に取り付けられたコモンレールディーゼルエンジンである。用いたOM646試験エンジンに関する関連する技術情報/年代を、下表1に示す。
試験サイクルとして、非過渡新ヨーロッパ運転サイクル(NEDC)を選択した(図1)。NEDC運転サイクルは、4回の繰り返し都市部運転サイクル(ECE)、及びより高速の運転モードである市外運転サイクル(EUDC)から構成されている。NEDCは広く認められている業界標準の試験サイクルである。
このプログラムに関しては、単一の燃料経済性試験運転は20回の連続するNEDCから構成し、それぞれのサイクルの間に28℃への強制冷却を行った。したがって、NEDCサイクルは、標準的なコールドスタートNEDC試験(これは、試験の間に最小で6時間のソーク時間を有し、約23℃に冷却している)の正確な反復ではない。
研究において用いた全ての試験燃料の概要を表2に与える。示されているように、燃料組成物A1は、基燃料組成物A0から、FAMEを5%w/wまで加えることによって得た。次に、燃料A1から、VI向上剤SV200をそれぞれ1000mg/kg又は2000mg/kgの濃度で加えることによって、試験燃料B1及びB2を得た。表4に示すように、得られた試験燃料は、それぞれB1及びB2に関して0.32及び0.67mm2/秒の40℃における燃料粘度の絶対的な増加を有していた。これらのより高い粘度の燃料(B1及びB2)は、ゼロ硫黄のディーゼル(ZSD)基燃料A1に対して参照した。
複合NEDC試験に関する測定値を図2にプロットする。データ品質に関する問題はなく、全ての試験結果を統計分析において用いた。これらのデータは、粘度増加成分を含む本発明のいずれの試験燃料を用いるエンジンも、粘度増加成分を欠く他は同一の対照燃料によって運転した場合のその性能と比べて改良された燃料経済性を示したことを示す。
示されるように、SV200添加剤の1000mg/kgの濃度においては0.15%の燃料経済性の利益が観察され、一方、SV200添加剤の2000mg/kgの濃度においては0.59%の燃料経済性の利益を確認することができた(99%の統計的有意性を有していた)。
この研究の目的は、OM646ベンチエンジンにおけるディーゼル燃料の経済性に対する燃料の粘度の影響を評価することであった。表5において示されるように、商業的に入手できる粘度向上剤であるShellVis 200を2000mg/kgで用いると、99%の有意レベルで、NEDCサイクルにわたって約0.6%の対照燃料と比較した燃料経済性の利益が得られた。また、示されるように、幾つかのサイクルにおいては、試験における燃料経済性の利益は、粘度増加成分を含まない対照燃料と比較して1%超であった。これらの試験においては、都市部運転サイクル中に観察された燃料経済性の利益は、より高い濃度(即ち約0.75%)のVI向上剤を用いると、市外運転サイクル中よりも平均して高かった。しかしながら、この効果は、より低い濃度のVI向上剤を用いる燃料に関しては逆であった。特に、燃料経済性の利益は、全てのフェーズにおいて、且つ粘度増加成分の全ての試験した濃度を用いた場合に一貫してプラスであった。一般に、燃料経済性の利益は、VI向上剤のより高い濃度を用いると、VI向上剤のより低い濃度(即ち1000mg/kg)を用いる場合よりも大きい。
Claims (7)
- 燃料消費および二酸化炭素放出物を減少することによって、その中へ燃料組成物が導入されるか又は導入するように意図されるエンジン、或いはかかるエンジンによって駆動される乗物の燃料経済性を向上させるための、ディーゼル燃料組成物中における粘度増加成分の使用であって、
前記粘度増加成分が、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン、イソプレン、及びスチレンモノマーから選択される1種類以上のモノマーブロックを含むブロックコポリマーを含む粘度指数(VI)向上添加剤であり、
VI向上添加剤を、燃料組成物の全重量を基準として、
(i)0.01%w/w〜1.0%w/w;
(ii)0.05%w/w〜0.5%w/w;或いは
(iii)0.1%w/w〜0.3%w/w;の間の濃度で用いる、前記使用。 - VI向上添加剤が、ポリスチレン−ポリイソプレン星形コポリマーを含む、請求項1に記載の使用。
- 粘度増加成分を、40℃におけるディーゼル燃料組成物の動粘度を、粘度増加成分を加える前の燃料組成物の粘度と比べて、
(i)少なくとも0.2mm2/秒;
(ii)0.25mm2/秒〜1.0mm2/秒;或いは
(iii)0.32mm2/秒〜0.67mm2/秒;
増加させるのに十分な量で用いる、請求項1または2に記載の使用。 - 粘度増加成分を含むディーゼル燃料組成物の40℃における動粘度が、
(i)4.5mm2/秒以下;
(ii)2.0mm2/秒〜4.0mm2/秒の間;又は
(iii)3.0mm2/秒〜3.8mm2/秒の間;
の範囲である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の使用。 - ディーゼル燃料組成物がバイオ燃料を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の使用。
- ディーゼル燃料組成物が、燃料組成物の全重量を基準として、
(i)少なくとも2%w/wの脂肪酸メチルエステル(FAME);
(ii)5%w/w〜50%w/wの間のFAME;或いは
(iii)5%w/wのFAME;
を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の使用。 - 2種類以上の粘度増加成分を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の使用。
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