JP7357953B2

JP7357953B2 - 添加物配合物、及びその使用方法

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Publication number: JP7357953B2
Application number: JP2021569854A
Authority: JP
Inventors: ピーターワクテル; アーサーアール．フート
Original assignee: マゾイルテクノロジーズリミテッド
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: EP3976740A1; AU2019447765A1; WO2020242528A1; SG11202113000RA; EP3976740B1; KR20220054546A; US10752854B1; JP2022538739A; KR20230170156A; CA3141606C; ZA202110050B; CA3141606A1; CN114423846A; KR102614818B1; BR112021023577A2

Description

＜関連出願＞
本願は、米国仮特許出願第６２／８５２，７７９号（出願日：２０１９年５月２４日）に係る優先権を主張するものであり、その記載内容は全て、参照によりあらゆる目的のために本願の開示内容に含まれるものとする。

＜技術分野＞
本願開示は、内燃機関のための改善された燃料添加物配合物と、その使用方法とに関するものである。本願開示の燃料添加物は、改善されたエンジン燃料を提供する。本願開示の配合物は、ガソリン燃料エンジンあるいはディーゼル燃料エンジンのいずれにも有用であり、また、自動車、トラックや、他の種々のエンジン用途に有用である。好適な一実施形態では本願開示は、エミッションを低減し、性能や環境上の健康及び安全性を改善し、エンジン燃料に関連する毒性物質のリスクを低減する添加物配合物と、当該配合物の使用方法である。

近年、性能改善と内燃機関の環境に対する悪影響の削減とに取り組む者が他にも出てきた。米国において自動車やトラックの利用が増加することにより自動車エミッションの削減効果が無くなってきているので、立法議会、行政、石油産業界、自動車産業界、及び他の種々の団体が、自動車やトラックによる大気汚染に対応するための新たな手段を模索している。その取り組みの一環として、かかる団体は燃料及び燃料添加物の改良に着目することが多くなってきている。おそらく、大気汚染規制に関して最も知られている燃料改良法は、アンチノック剤として用いられる鉛をガソリンから無くすことであろう。

１９９０年クリーンエア法改正は新たな燃料プログラムを含んでおり、これには、毒性の大気汚染物質のエミッションや夏季オゾン汚染の原因となるエミッションを削減する改質ガソリンプログラムと、冬季に一酸化炭素が問題となる領域において一酸化炭素エミッションを削減する含酸素ガソリンプログラムと、が含まれる。例えば米国環境保護局（ＥＰＡ）やカリフォルニア大気資源委員会（ＣＡＲＢ）等の環境当局は、多くの燃料改良努力を義務化する種々の規制を公布した。

含酸素ガソリンプログラムについては、最も一般的に用いられている含酸素剤は、バイオマス（米国では通常、穀物又はトウモロコシである）エタノールや、通常は天然ガスから製造されるメタノールから成るメチルｔｅｒｔブチルエーテル（ＭＴＢＥ）である。エタノールやＭＴＢＥ等の含酸素剤は、エンジンノッキングを抑える傾向の尺度である燃料のオクタン価を増加させる。さらに、ＭＴＢＥはガソリンと混合しやすく、既存のガソリンパイプライン分配網を通じて輸送しやすい。

エタノール（及び他のアルコールベース燃料）もＭＴＢＥも、大きな欠点を有する。エタノールベース燃料配合物は、性能向上とエミッション削減と環境安全性との所望の両立を提供することに成功していない。エタノールベース燃料配合物の性能は直留ガソリンより有意に良好であるとはいえず、燃料のコスト上昇を引き起こす。

エタノール又はＭＴＢＥのいずれかをガソリンに添加すると、燃料のエネルギー含有量が希釈してしまう。エタノールのエネルギー含有量はＭＴＢＥより低く、ＭＴＢＥはというと、そのエネルギー含有量は直留ガソリンより低い。エタノールのエネルギー含有量は同じ体積のガソリンのエネルギー含有量の約６７％しかなく、また、同じ体積のＭＴＢＥのエネルギー含有量の約８１％しかない。よって、同じ距離を走行するために必要な燃料が増加し、燃費が上昇して燃料経済性が低下する。さらに、エタノール／ガソリンブレンド中のアルコールの揮発性上昇を相殺するために、エタノール／ガソリンブレンドに含まれるガソリンの揮発性を一層低減しなければならない。

エタノールはまた、水に対する親和性が石油製品より格段に高い。これは、必然的に一定量の残留水が残ってしまう石油パイプラインでは、輸送することができない。エタノールは石油パイプラインではなくトラックで輸送され、又は、ガソリンを生産した場所で生産される。また、エタノールは腐食性でもある。その上、濃度が高くなると、エタノールブレンドを使用するためにエンジンを改良しなければならない。

エタノールは他にも欠点を有する。エタノールは、直留ガソリンと比較して高い蒸気圧を有する。その高い蒸気圧により、１３０゜Ｆを超える温度における燃料蒸発が増加し、これにより揮発性有機化合物（ＶＯＣ）エミッションが増加してしまう。

最後に、飲料としてのエタノールの健康上の作用に注目した研究が数多く存在するが、燃料添加物としてのエタノールの利用に取り組んだ研究は少ない。また、エタノールが環境にもたらす結果やエタノールの爆発の可能性の視点からエタノールを完全に評価したものも無い。

ＭＴＢＥも同様に欠点を有する。ＭＴＢＥは最初、オクタン価を増加するためにガソリンに添加された。１９９０年クリーンエア法改正に従い、大気汚染を削減するための含酸素剤としてＭＴＢＥはその添加量が増量されたりもした。しかし残念ながら、ＭＴＢＥは今や、放出の結果として（具体的には、地下ガソリン貯蔵タンクの漏出、漏洩事故、輸送中の漏出、自動車事故による燃料放出等の結果として）米国全土の地下水中の汚染物質となっている。

ＭＴＢＥが地下水汚染物質として特に問題となるのは、水に可溶性であるからである。ＭＴＢＥは移動度が高く、土壌粒子に付着せず、また崩壊しにくい物質である。ＭＴＢＥは約２０年にわたってオクタン価向上剤として使用されてきた。よって、ガソリンによる環境上及び健康上のリスクと共に、ＭＴＢＥにより生じる環境上及び健康上のリスクが存在することとなる。全ての漏出地下燃料貯蔵タンク設置個所のうち６５％は、ＭＴＢＥの放出が生じていると評価するソースもある。ＭＴＢＥは、３１の州において９，０００もの多くの自治体水道設備を汚染している可能性があるとの評価がなされている。カリフォルニア州の一大学の研究により、カリフォルニア州だけでも少なくとも１０，０００の地下水箇所にＭＴＢＥが影響を与えていることが判明した。

ＥＰＡは、ＭＴＢＥが少なくとも人体に吸い込まれる際に発がん性を呈することも突き止めた。ＭＴＢＥの他の環境上の不所望な特性は、濃度を非常に下げても（ｐｐｂ）不快な臭いと味を呈することである。ＭＴＢＥにより生じる環境上の脅威は、同程度の体積の直留ガソリンを遥かに上回ることもあり得る。ガソリンの中で最も危険とみられている成分は、芳香族炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレンである（これらを総称して「ＢＴＥＸ」という）。ＢＴＥＸの芳香族炭化水素は、許容可能な飲料水汚染限界が最も低い。エタノール及びＭＴＢＥは両方とも、それ自体の毒性の他、ＢＴＥＸ化合物により生じる環境上のリスクを増幅させる。エタノール及びＭＴＢＥは、ガソリン中でＢＴＥＸ化合物に対し共溶媒として働く。その結果、エタノール及び／又はＭＴＢＥを含むガソリン汚染源から出たＢＴＥＸは、含酸素剤を含まないものより遠くまで、かつより高速で移動する。

ＢＴＥＸの芳香族化合物は、ＭＴＢＥよりも水中での可溶性が比較的低い。ＢＴＥＸ化合物は、土壌や地下水に漏出したときにその場で生分解する傾向を有する。これにより少なくとも何らかの自然減衰が生じる。しかし、ＢＴＥＸ化合物よりもＭＴＢＥの生分解速度の方が格段に低速度であり、少なくとも１桁又は１０倍ほど低速である。元の汚染レベルの数パーセント未満までＭＴＢＥが劣化するために必要な時間は、約１０年と評価するソースもある。

他に、よりクリーン燃焼のガソリン（改質ガソリン、ＲＦＧ）を配合しようと取り組む動きもある。例えばカリフォルニアユニオン石油会社（ＵＮＯＣＡＬ（ユノカル））は、ＲＦＧの種々の配合をカバーする多数の米国特許を取得しており、これには、ガソリン燃料に係る米国特許第５２８８３９３号（特許権者：Jessup他、特許発行日：１９９４年２月２２日）、ガソリン燃料に係る同第５５９３５６７号（特許権者：Jessup他、特許発行日：１９９７年１月１４日）、ガソリン燃料に係る同第５６５３８６６号（特許権者：Jessup他、特許発行日：１９９７年８月５日）、ガソリン燃料に係る同第５８３７１２６号（特許権者：Jessup他、特許発行日：１９９８年１１月１７日）、ガソリン燃料に係る同第６０３０５２１号（特許権者：Jessup他、特許発行日：２０００年２月２９日）が含まれる。ユノカルの特許はガソリンのブレンド処理において種々のエンドポイントを特定しており、選択された汚染物質のエミッション、すなわち一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）その他エミッションを低減することを目標とする。

これらの種々の問題は、上記の種々の各代替形態の有効性又は費用対効果を阻害してきた。アルコールは、エンジン燃料改善のための性能やエミッションの要請を解決できなかった。ＭＴＢＥは、許容範囲外の環境上（土壌及び地下水）並びに公衆衛生上の問題を引き起こす。改質ガソリンは議論の的となっており、また高価である。よって、エミッションやエンジン燃料による環境上及び公衆衛生上のリスクを低減しつつ性能を向上させる（又は少なくとも性能を阻害しない）改善されたガソリン配合を求める根本的な要請が未解決のまま残っている。本願開示の一実施形態の燃料添加物は、これらの要請を満たすものである。

出願人は以前に、米国特許第６３１９２９４号及び同７４９１２４９号に係る燃料添加物を発見している。両文献に記載の内容は全て、本願の開示内容に含まれるものとする。「ＭＡＺ」として知られているこの配合物を、下記の表にて示す。
＜表１「ＭＡＺ」配合物＞

従来の燃料配合物では、ニトロパラフィンが種々のエンジン用途で用いられているが、本願開示の結果を達成することはできていない。例えば、ニトロパラフィンは、モデルエンジン、タービンエンジン、その他特殊なエンジンの燃料及び／又は燃料添加物として長い間用いられてきた。ニトロメタン及びニトロエタンはホビイスト（hobbyist）によって用いられてきた。ニトロパラフィンは、その極めて高いエネルギー含有量のため、ドラッグレースやその他レース用途でも広く用いられてきた。

しかし、自動車やトラック用のエンジン燃料でニトロパラフィンを用いることは、複数の様々な欠点を有する。第一に、ニトロパラフィンの中には、爆発性で深刻な危険性を有するものがある。第二に、ニトロパラフィンはガソリンよりかなり高価であり、自動車やトラック用途での使用を想定できないほど高価である。第三に、ニトロパラフィンは一般に、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンとは非常に異なる特殊なエンジンで使用されてきた。第四に、ニトロパラフィンの高いエネルギー含有量を利用するためには、エンジンの改良と、ニトロパラフィン及び添加物を含有する燃料両方の輸送、保管及び取扱いにさらに慎重な配慮を必要とする。その上、ニトロパラフィンがゲル状になる傾向を呈する燃料用途もある。ニトロパラフィンは、コストが高くエネルギー含有量が極めて高いので、自動車及び／又はトラック燃料として使用されてこなかった。その上、ニトロメタンは極めて揮発性が高く、爆発の危険性が高いので、ニトロメタンを自動車及び／又はトラック用のエンジン燃料として用いることが教示されているということもない。

本願開示の一利点は、従来公知の添加物及びエンジン燃料に関連する問題の多くを回避しつつ、公知の添加物に典型的な添加物濃度で性能改善を達成すると共に、濃度を下げてエミッションを低減できる、エンジン燃料添加物を提供することである。

本願開示の他の一利点は、従来公知のエンジン燃料に関連する多くの問題を回避しつつ、従来公知のエンジン燃料より改善された性能を示すエンジン燃料を提供することである。

本願開示のさらに他の一利点は、従来公知のエンジン燃料に関連する多くの問題を回避しつつ、従来公知のエンジン燃料よりエミッションを削減できるエンジン燃料を提供することである。

本願開示のさらに他の一利点は、エタノールやＭＴＢＥ等の含酸素剤に代わる代替物を提供することである。

本願開示の他の一利点は、エミッションを削減できる、エタノールやＭＴＢＥ等の含酸素剤に代わる代替物を提供することである。

本願開示の他の一利点は、全炭化水素エミッションを削減できる改善された燃料配合物を提供することである。

本願開示のさらに他の一利点は、非メタン炭化水素エミッションを削減できる改善された配合物を提供することである。

本願開示の他の一利点は、一酸化炭素エミッションを削減できる改善された燃料配合物を提供することである。

本願開示の他の一利点は、ＮＯｘ形成を削減できる改善された燃料配合物を提供することである。

本願開示のさらに他の一利点は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を削減できる改善された燃料配合物を提供することである。

下記の説明に本願開示の他の利点が記載されており、また、下記の説明から自明である本願開示の利点も他にあり、さらに、本願開示技術を実施することにより知見として得られる他の利点もある。本願開示の利点は、添付の特許請求の範囲にて特に指摘している手段や組み合わせを用いることによって詳細に認識することができる。

本件特許又は本願出願書類は、カラーで記載された少なくとも１つの図面を含む。請求に応じて、必要な料金の支払いを条件に、カラー図面を含む本件特許又は本願の公開公報の副本が当局から提供される。

一実施形態のテストベンチシステムを示す図である。本発明の一実施形態のＭＡＺ１０００添加物を含む試験燃料と、当該ＭＡＺ１０００添加物を含まない試験燃料の出力分析結果を示す図である。本発明の一実施形態のＭＡＺ１０００添加物を含む試験燃料と、当該ＭＡＺ１０００添加物を含まない試験燃料の燃料経済性の分析結果を示す図である。エミッション特性、ＥＳＣサイクル、ＰＭエミッションを示す図である。エミッション特性、ＥＳＣサイクル、４３９煙エミッションを示す図である。エミッション特性、ＥＳＣサイクル、他の汚染物質エミッションを示す図である。エミッション特性、ＥＴＣサイクル、ＰＭエミッションを示す図である。エミッション特性、ＥＴＣサイクル、４３９煙エミッションを示す図である。エミッション特性、ＥＴＣサイクル、他の汚染物質エミッションを示す図である。典型的な動作条件下でのＮＯｘのエミッション特性を示す図である。本願開示のＦＭＡＺ（MAZ Nitro）実施形態の使用前後のシリンダヘッドの状態を示す写真である。

本願開示は、改善された燃料添加物配合物と、その使用方法とを含む。ここで具体的に記載されているように、本願開示は、ニトロパラフィン、潤滑剤及び芳香族炭化水素を含む、燃料のための添加物の配合物と、当該添加物を含む燃料とを含む。当該添加物を含む燃料は、あくまで例としてボイラ、タービン又は内燃機関で燃焼されたときに、当該添加物を含まない燃料よりエミッションを低減させるものである。

一実施形態は、燃料のための添加物の配合物を提供し、当該配合物は、ニトロパラフィンと、潤滑剤と、芳香族炭化水素と、を含み、内燃機関において前記添加物を含む燃料を燃焼させると、当該添加物を含まない燃料を燃焼させた場合よりエミッションが低減する。

一実施形態では、前記ニトロパラフィンは、ニトロプロパン及びニトロメタンから成る群から選択された少なくとも１つのニトロパラフィン、又はこれらの任意の組み合わせを含む。一実施形態では、前記配合物は実質的にニトロエタン不含である。一実施形態では、前記ニトロパラフィンは、約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、約１０～約３０重量％のニトロメタンと、を含む。

一実施形態は、約０．５～約５重量％の潤滑剤を含む。一実施形態では、前記潤滑剤はエステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤はポリエステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤はＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸を含む。一実施形態では、前記潤滑剤はＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤は、ペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールのうち少なくとも１つを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤は、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では、前記潤滑剤は、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では、前記潤滑剤は、ペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では、前記潤滑剤は、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約７５～約８０重量％含み、好適には、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約７６～約７９重量％、より好適には約７７～約７８重量％含む。一実施形態では、前記潤滑剤は、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約１９～約２４重量％含み、好適には、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約２０～約２３重量％、より好適には約２１～約２２重量％含む。一実施形態では、前記潤滑剤は、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、を含む。一実施形態では、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルとジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルとの比は約１：２．５～約１：４．５、好適には約１：３．０～約１．４０、より好適には約１：３．５～約１：３．７である。

一実施形態は、前記芳香族炭化水素を約１０～約４０重量％含む。一実施形態では、前記芳香族炭化水素は、エチルベンゼンとキシレンとトルエンとから成る群から選択されたものである。一実施形態では、前記芳香族炭化水素はトルエンである。

一実施形態では、低減した前記エミッションは、全炭化水素（ＴＨＣ）と、非メタン炭化水素と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）と、のうち少なくとも１つから成る。一実施形態では、内燃機関において前記添加物を含む燃料を燃焼させると、当該添加物を含まない燃料を燃焼させた場合より粒子状物質（ＰＭ）エミッションが低減する。

一実施形態では、内燃機関において前記添加物を含む燃料を燃焼させると、当該添加物を含まない燃料を燃焼させた場合より内燃機関性能が向上する。

一実施形態では、本願開示は燃料のための添加物の配合物又は当該添加物を含む燃料を提供するものであり、当該配合物は、ニトロプロパン及びニトロメタンを総じて５０～９５重量％含む第１の成分と、芳香族炭化水素を含む第２の成分と、潤滑剤を含む第３の成分と、を含み、前記添加物の配合物は、内燃機関で燃焼したときに、全炭化水素と、非メタン炭化水素と、一酸化炭素と、ＮＯ_ｘと、を含む群から選択されたエミッションのうち１つ又は複数の排出を低減させるものである。芳香族炭化水素は、ベンゼン、キシレン又はトルエンの脂肪族誘導体を含むことができるが、これらに限定されない。前記添加物の配合物は、実質的にニトロエタン不含である。

他の一実施形態では本願開示は、エンジン燃料のための添加物の配合物と、当該添加物を含む燃料と、を提供するものであり、当該添加物は、約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、約１０～約３０重量％のニトロメタンと、約１０～約４０重量％の芳香族炭化水素と、約０．５～約５重量％の潤滑剤と、を含み、前記添加物は実質的にニトロエタン不含である。他の一実施形態では、本願開示は燃料のための添加物の配合物を提供するものであり、当該配合物は、約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、約１０～約３０重量％のニトロメタンと、約０．５～約５重量％のＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、約１０～約４０重量％の芳香族炭化水素と、を含み、前記添加物は実質的にニトロエタン不含である。他の一実施形態では、本願開示は燃料のための添加物の配合物を提供するものであり、当該配合物は、約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、約１０～約３０重量％のニトロメタンと、ペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールのうち少なくとも１つを含む約０．５～約５重量％のＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、約１０～約４０重量％のトルエンと、を含み、前記添加物は実質的にニトロエタン不含である。一実施形態では、内燃機関において前記添加物を含む燃料を燃焼させると、当該添加物を含まない燃料を燃焼させた場合より、粒子状物質エミッションを含めたエミッションの低減と内燃機関性能の向上とのうち少なくとも１つが達成される。本願開示の他の一実施形態は、前記添加物を含有する燃料である。

本願開示はさらに、前記添加物及び燃料製品の燃料としての使用を提供する。

前記燃料は、ボイラ、タービン、内燃機関を含めた任意の種類の動力ユニット、又は任意の他の種類の適切な用途に用いることができるが、これらに限定されない。

上記の一般的記載及び下記の詳細な説明は、いずれもあくまで例示及び説明に過ぎず、特許請求の範囲に記載の開示内容を何ら限定するものではない。参照により本願の開示内容に含まれ、本願明細書の一部を構成する添付の図面は、詳細な説明と共に本願開示の特定の実施形態を例示し、本願開示内容の原理を説明するために供されるものである。

＜好適な実施形態の詳細な説明＞
この開示の目的のため、「ＦＭＡＺ」及び「ＭＡＺＮｉｔｒｏ」との用語は入替え可能に扱う。Ｍａｚ配合及びＦＭａｚ配合が表１及び表２にそれぞれ示されている。Ｍａｚ６００は、Ｍａｚ：ジ－ｔｅｒｔ－ブチルペロキシド（ＤＴＢＰ）の重量比を６０：４０としたものである。ＦＭａｚ６００は、ＦＭａｚ：ＤＴＢＰの重量比を６０：４０としたものである。ＦＭａｚ／Ｘ７０／３０は、ＦＭａｚ／Ｘ：２，４ジニトロトルエンの重量比を７０：３０としたものである。ＦＭａｚ／Ｘ６０／４０は、ＦＭａｚ／Ｘ：２，４ジニトロトルエンの重量比を６０：４０としたものである。ＦＭａｚ／Ｙ６０／４０は、ＦＭａｚ／Ｙ：アゾビスイソブチロニトリルの重量比を６０：４０としたものである。「Ｘ」は、配合物への２，４－ジニトロトルエンの添加を意味し、「Ｙ」は、配合物へのアゾビスイソブチロニトリルの添加を意味する。使用したＤＴＢＰは９８％溶液である。全ての数値は単位を重量％とする。

添付の表及びグラフ中のデータにより示されると共に、添付の特許請求の範囲に開示されているように、本願開示は、実質的にニトロエタン不含のニトロパラフィンと、潤滑剤と、芳香族炭化水素と、を含む、内燃機関用のエンジン燃料用の燃料添加物である。本願開示は、改善された燃料添加物配合物と、当該配合物の使用方法とを含む。

本願開示は、ニトロパラフィンと潤滑剤と芳香族炭化水素との特異な組み合わせを用いることにより、内燃機関の性能を向上すると共に、特に自動車やトラックを含めた内燃機関からのエミッションを低減するものである。

出願人は、新規かつ非自明の配合物とその使用方法とを発明した。本願開示の一実施形態の添加物は、従来公知の配合物、アルコールベース（エタノール）の燃料添加物やＭＴＢＥ燃料添加物と重要な点で異なり、また、従来公知の配合物より高性能である。本願開示の一実施形態を表２に示す。

＜表２「ＦＭａｚ」配合物＞

出願人は、本願開示の一実施形態の配合物について数多くの特異かつ非自明な改良形態をなした。出願人は、これらの改良形態が、観測された改善を達成したと考えている。

出願人は、市場で入手可能なエステルオイルを用いる従来公知の配合物とは異なり、本願開示の一実施形態の添加物に使用するための潤滑剤を含む新規かつ非自明な配合物を開発した。

出願人は好適には、ニトロエタンの濃度を実質的に検出不能な量まで低減した。ニトロエタンは公知の神経毒でもある。ニトロエタンは皮膚炎の原因となり、また、規制物質を合成するための秘密研究所における公知の物質である。ニトロエタンを低減することにより添加物の毒性が低下し、エミッションが低減する。

本願開示は好適には、燃料中における総濃度を従来公知の配合物より低くして使用される。これによってもエミッションが低減して毒性が低下すると共に、性能が向上する。

出願人はこれらの改良形態によって、添加物を低濃度で用いることにより、性能向上とエミッション低減の観点において添加物の性能が向上すると考えている。これにより、製品の取り扱いの安全性もより高まる。

本願開示の一実施形態の添加物は、従来の配合物について試験しなかった濃度、従来の配合物が有効とならなかった濃度、又は、本願開示の配合物の利点を奏する特異な組み合わせを従来技術の配合物が達成することに失敗した濃度で、性能を向上し、材料取り扱い要件を緩和し、環境上、公衆衛生上及び安全上のリスクを低減すると共にエミッションを低減するものである。

従来公知の配合物では、性能又はエミッションのいずれの改善も高信頼性で達成できなかった。それに対して本願開示の一実施形態の添加物は、添加物の濃度を低くして利点を奏する。よって、本願開示の一実施形態の添加物は、長年認識されていながら未解決であった環境安全性や燃料添加物の改善の要請に合致するものである。従来技術の配合物では、本願開示の実施形態の添加物を示唆するものは無かった。

出願人は、ガソリン及び／又はディーゼル燃料中のニトロパラフィンの安定的な混合物を作成する新規の方法、すなわち、例えばポリエステル等の潤滑剤と芳香族炭化水素とを導入することにより、かかる混合物を作成する方法を開発した。ただし、潤滑剤はポリエステルに限定されるものではない。出願人は、本願開示の一実施形態の低濃度の添加物により、エミッションが低減して性能が向上することを発見した。燃料中における添加物の濃度を低減することにより、エミッションが低減すると共に毒性が低減した。

ここでいう「ニトロパラフィン」との用語は、ニトロ官能基を含む脂肪族有機化合物のクラスのうちいずれか任意のものをいう。当業者であれば、「脂肪族」との用語は、炭素原子がオープンチェインで配列された有機化合物のクラスをいうと理解される。また「芳香族炭化水素」や「アリル炭化水素」との用語は、本願では、電子配置及び化学的振舞いがベンゼンに類似する環式の平面化合物のクラスについていい、一般に石油由来の物質である。石油由来の芳香族炭化水素の例には、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、並びにｏ－，ｍ－及びｐ－キシレン異性体が含まれ、これらを総称して「ＢＴＥＸ」という。芳香族炭化水素の他の例には、ナフタレン、フェナントレン、フルオレン及クリセン等の多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）が含まれる。

エミッション低減は、種々の成分の除去、導入、改質又は低減によって達成される。
例えば、
ポリエステルを含むがこれに限定されない潤滑剤、及び、ニトロエタンと置換された芳香族炭化水素の配合物、
従来公知の特定の配合物より潤滑剤濃度を低減してニトロメタンを低減した配合物、
ニトロエタンを実質的に省略した配合物、並びに／又は、
燃料中における添加物の総濃度を、従来公知の技術において典型的に使用、開示、教示若しくは示唆されたレベルより低いレベルまで低減した配合物
といった本配合物には、ニトロエタンが含まれない。出願人は、優れたエミッション低減能力を維持しつつ製品をより安全に作製するためには、種々の成分の配合のバランスを入念にとる必要があるとの知見を得た。出願人は、エミッション及び性能について本願開示の有利な効果に寄与すると考える数多くの改善形態を開発した。

しかし出願人は、従来公知の各配合物とは異なり、燃料添加物において用いられることが知られていない少なくとも１つの潤滑剤を用いることにより、予想外の有利な特性を達成した。本願開示の他の構成との関連において、出願人は、本願開示の添加物により、性能及びエミッション低減能力が予想外の程度まで改善されたことを発見した。

当業者といえども、本願発明がなされた時点において、本願開示技術の利点を予測することはできないものである。それに対し、他の技術は馬力や燃料効率の向上に着目したものである。

第一に、出願人は好適には、ニトロパラフィンに対する潤滑剤の比率を低減した。これにより、潤滑剤の燃焼によるエミッションが低減する。ニトロパラフィンに対する潤滑剤の比率は、多くの従来公知の配合物において用いられるレベルを十分に下回るレベルまで引き下げられた。米国特許第３９００２９７号明細書（特許権者：Michaels）では、エステルオイルを添加物配合物の１０～９０％のレベルで使用することが教示されており、これは、本願開示の実施形態の約５％未満という潤滑剤の好適な範囲、より好適には約２％の範囲とは異なる。同文献は、上部シリンダ潤滑を提供して均質な燃料を作製するためには、エステルオイル潤滑剤の濃度を高くすることが必要であると教示している。同文献は、可能性のあるエンジンファウリングを防ぐために、エステルオイルの最大濃度を２５％とすることを推奨している。本願出願人は、上記文献の範囲の下限を遙かに下回る潤滑剤の濃度で有利な効果を達成した。

第二に、エンジン燃焼を向上してエミッションを改善するため、芳香族炭化水素を添加した。この芳香族炭化水素にはトルエンが含まれるが、これに限定されない。トルエンは燃料の成分である。トルエンはニトロパラフィンを乳化し、及び／又は、燃料中におけるニトロパラフィンの可溶性を改善して、必要な潤滑剤の量を低減する。この過程で、ニトロパラフィンは添加物中に適切に乳化し、そして最終的には燃料中に適切に乳化することができる。出願人は、トルエンが本願開示における潤滑剤の効果を向上して強化し、燃料中におけるニトロパラフィンの可溶性を向上するとの知見を得た。

第三に、出願人は配合物にニトロエタンを添加しない。ニトロエタンは、毒性及び危険性が共に高い。また、爆発の危険がかなり存在すると共に、人体の安全性への危険もある。ニトロエタンを実質的に省略することにより、添加物の危険性を低減して毒性を低下させ、ひいては、当該添加物を使用する燃料の危険性や毒性も低減する。

出願人は、配合物の毒性成分により生じる健康上のリスクを低減するため、本願開示の配合物について複数の改良形態を成した。また出願人は、本願開示の一実施形態の添加物を用いてエンジンからのエミッションを低減するために配合物の改良も行った。本願開示の燃料中における添加物パッケージの濃度の低減により、上記利点が奏される。従来公知の配合物において用いられ関連分野において開示されているような高濃度では、ＮＯｘのエミッション、未燃焼のニトロパラフィン、全炭化水素及び非メタン炭化水素の量が多くなってしまう。また、これによりオゾン形成も増加する傾向が生じる。その原因は、従来公知の配合物において典型的に見られる潤滑剤の高い濃度と、ニトロパラフィンの高い濃度、の両方である。従来公知の配合物において開示されているようにエステルオイル及びニトロメタンの濃度が比較的高いと、燃料の毒性が格段に高くなり、燃料が地下水に与えるリスクが高くなってしまう。一般に、特に毒性材料のエミッションが増加する。

本願開示は、実質的にニトロエタン不含の１つ又は複数のニトロパラフィンを含む。一実施形態については、本願開示のニトロパラフィンは、ニトロメタン及びニトロプロパンのうち少なくとも１つから成る群から選択されたものである。これらは、互いに組み合わされて含有されることができる。例えば、ニトロメタン及びニトロプロパンはそれぞれ、本願開示のニトロパラフィン成分の１％～１００％とすることができる。本願開示の好適な一実施形態では、ニトロメタンが好適なニトロパラフィンである。

種々のニトロパラフィンの相対量は、互いに相補的となるように調整され、これはトルエン及び潤滑剤の相対量についても同様である。ニトロパラフィンの相対量と、潤滑剤及びトルエンの相対量との関係についても、互いに相補的となるように調整される。本願開示の各成分の比率は、従来公知の配合物の当該成分の範囲を下回る。

ここで具体的に記載されているように、本願開示は、ニトロパラフィンと、潤滑剤と、芳香族炭化水素と、を含む、燃料のための添加物配合物と、当該添加物を含む燃料と、を提供するものである。かかる添加物を含む燃料は、あくまで例示としてのボイラ、タービン又は内燃機関で燃焼されたときに、当該添加物を含まない燃料よりエミッションを低減するものである。

一実施形態は、ニトロパラフィンと、潤滑剤と、芳香族炭化水素と、を含む、燃料のための添加物配合物を提供するものであり、内燃機関において当該添加物を含む燃料を燃焼させると、当該添加物を含まない燃料を燃焼された場合よりエミッションが低減する。

一実施形態では、ニトロメタンは添加物の０％～２５％のニトロパラフィンフラクションとして存在する。好適には、ニトロメタンは添加物の１５％～２５％のニトロパラフィンフラクション、より好適には添加物配合物の２０％として存在する。一実施形態では、ニトロプロパンは添加物の４０％～６５％のニトロパラフィンフラクションとして存在する。

一実施形態は、約０．５～約５重量％の潤滑剤を含む。一実施形態では、前記潤滑剤はエステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤はポリエステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤はＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸を含む。一実施形態では、前記潤滑剤はＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを含む。一実施形態では、前記潤滑剤は、（ＣＡＳ番号６８４２４－３１－７で登録及び市場流通している）ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、（ＣＡＳ番号７０９８３－７２－１で登録及び市場流通している）ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、のうち少なくとも１つを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを含む。一実施形態では、潤滑剤はペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では、潤滑剤はジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では、潤滑剤はペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルである。一実施形態では潤滑剤は、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約７５～約８０重量％含み、好適には、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約７６～約７９重量％、より好適には約７７～約７８重量％含む。一実施形態では潤滑剤は、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約１９～約２４重量％含み、好適には、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルを約２０～約２３重量％、より好適には約２１～約２２重量％含む。一実施形態では、潤滑剤は、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、ジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、を含む。一実施形態では、ペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルとジペンタエリトリトールを含むＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルとの比は約１：２．５～約１：４．５、好適には約１：３．０～約１．４０、より好適には約１：３．５～約１：３．７である。

一実施形態では、本願開示は燃料のための添加物の配合物又は当該添加物を含む燃料を提供するものであり、当該添加物は、ニトロプロパン及びニトロメタンを総じて５０～９５重量％含む第１の成分と、芳香族炭化水素を含む第２の成分と、潤滑剤を含む第３の成分と、を含み、前記添加物の配合物は、内燃機関で燃焼したときに、全炭化水素と、非メタン炭化水素と、一酸化炭素と、ＮＯ_ｘと、を含む群から選択されたエミッションのうち１つ又は複数の排出を低減させるものである。芳香族炭化水素は、ベンゼン、キシレン又はトルエンの脂肪族誘導体を含むことができるが、これらに限定されない。前記添加物の配合物は、実質的にニトロエタン不含である。

本願開示はさらに、前記添加物及び燃料製品の燃料としての使用を提供する。本願開示の一実施形態は、性能改善を達成すると共に、従来公知の配合物より添加物の濃度を低くしてエミッション低減を達成する。

本願開示の一実施形態において燃料１ガロンあたり使用される添加物の量は、典型的には約２０％未満の量となる。より特殊には、添加物の量は一般に１０％未満又は５％未満となる。本願開示の好適な一実施形態では、添加物の量は好適には約０．１％未満、具体的には約０．０８％未満（又は、燃料１ガロンあたり１オンスの０．１）に維持される。

本願開示の一実施形態は、燃料添加物配合物及びその使用方法を提供する。本願開示の燃料添加物配合物は好適には、ニトロプロパン及びニトロメタンから成る群から選択された少なくとも１つのニトロパラフィンを含む。自動車用、トラック用、他の内燃機関用等のエンジン燃料として用いられる場合、本願開示技術は好適には、ガソリン中０．０１重量％以上かつ約５重量％未満の添加物を含む。本願開示の燃料中のニトロパラフィンの量は典型的には、０．０６４重量％～７．６重量％の範囲、好適には０．５重量％未満の範囲である。

出願人は、種々の公知の配合物に対する本願開示の実施形態の添加物の性能を比較試験するため、一連の実験を行った。これらの配合物については、以下の実施例において特定されている。

＜実施例＞

［実施例１］

ディーゼルエンジン性能／エミッション

本願開示の一実施形態として、出願人は新規の＃２ＵＬＳＤ（超低硫黄＃２ポンプディーゼル）燃料添加物を開発した。これは、燃料経済性を改善しつつエミッションを低減し、又は少なくとも増加しないものである。その試験は、ニュージャージー州ユニオン群のプリンストンポリマー研究所で行われた。出願人は複数の試作品を配合し、ＵＬＳＤに対する試作品のエミッション及び燃料経済性についてスクリーン試験を行った。配合物（ＦＭＡＺ）、（ＦＭＡＺ／Ｘ）及び（ＦＭＡＺ／Ｙ）を試験した。ここで、「Ｘ」は２，４－ジニトロトルエンを含む配合物を意味し、「Ｙ」はアゾビスイソブチロニトリルを含む配合物を意味する。

シェルポンプＵＬＳＤ（ＳＵＬＳＤ）のベースライン及びＳＵＬＳＤのサブベースラインを、公知のＭＡＺ配合と、６０／４０ＭＡＺ配合とにより処理したものと、上記の試作品の性能を比較した。当該ＭＡＺ配合は、第三者に対して特許付与されたエステル配合物（配合物Ｌ１６９９）（米国特許第６３１９２９４号明細書及び同第７４９１２４９号明細書に開示されている。両特許とも出願人は本願と同一であり、両文献の記載内容は全て参照により本願の開示内容に含まれる）を含み、６０／４０ＭＡＺ配合は、第三者に特許付与されたエステル配合物（配合物Ｌ１６９９）とＤＴＢＰ（６００）とを６０：４０重量％の比（６０重量％のＭＡＺと、４０重量％の６００ｐｐｍＤＴＢＰ溶液）で含む。試験を行った他の配合物はＦＭＡＺ、ＦＭＡＺ／６００［６０／４０］（６０重量％のＦＭＡＺ：４０重量％の６００ｐｐｍのＤＴＢＰの溶液）である。他の配合物は、重量％でＦＭＡＺ／Ｘ７０：３０ＦＭＡＺ／Ｘ：２，４－ジニトロトルエン、重量％でＦＭＡＺ／Ｘ６０：４０ＦＭＡＺ／Ｘ：２，４－ジニトロトルエン、及び重量％でＦＭＡＺ／Ｙ６０：４０ＦＭＡＺ／Ｙ：アゾビスイソブチロニトリルを含むものである。

ベースライン及び燃料添加物の組み合わせは、以下の通りである。

Ａ．シェル超低硫黄＃２ポンプディーゼル（ＳＵＬＳＤ）ベースライン

Ｂ．ＳＵＬＳＤ＋ＭＡＺ（Ｌ１６９９）サブベースライン

Ｃ．ＳＵＬＳＤ＋ＭＡＺ（Ｌ１６９９）／６００［６０／４０］サブベースライン

Ｄ．ＳＵＬＳＤ＋ＦＭＡＺ

Ｅ．ＳＵＬＳＤ＋ＦＭＡＺ／６００［６０／４０］

Ｆ．ＳＵＬＳＤ＋ＦＭＡＺ／Ｘ［７０／３０］

Ｇ．ＳＵＬＳＤ＋ＦＭＡＺ／［６０／４０］

Ｈ．ＳＵＬＳＤ＋ＦＭＡＺ／Ｙ［６０／４０］

i．１０のエミッション、１０の燃料経済性、及び試験対象の２ロットの平により構成されるＳＵＬＳＤベースラインは、５つから成るセットを２セットで、２つの期間にわたって運転された。これは、全ての試験ブレンドで運転を行って当該ブレンドのために新鮮な燃料を担保するために必要なベースラインの異なるロットの数に起因して、より正確な全体的なベースラインプロファイルを達成するために行われた。

ii．各試験ブレンドを、８５０ｐｐｍ、１０５０ｐｐｍ、１２５０ｐｐｍ及び１６００ｐｐｍの４つの異なる投与量で運転し、各投与量ごとにエミッションと燃料経済性との５つの繰り返しセットで運転した。

試験手順は、０１スリーモードＢタイプＩＳＯ８１７８試験サイクルであった。これは、エミッション証明書に使用される非道路用途のための定速国際標準である。ＤｌスリーモードＢは、１００％負荷、７５％負荷及び５０％負荷での試験エンジン運転から構成され、この試験エンジン運転は各負荷レベルごとに所定の期間について行われ、当該期間中にエミッションを各負荷レベルごとに収集して記録した。負荷切り替わりの度に燃料消費量を電子的に記録した。これは重み付け試験である。

各エミッションの合計の数値は、１００％負荷読値の３０％と、７５％負荷読値の５０％と、５０％負荷読値の２０％とを足し合わせた総和である。出願人は総合燃料消費量を毎分グラムの単位で示した。我々は、より細やかな分析のために負荷による記録を示しているが、総合燃料消費量は、消費した単位グラムの総量を単位分の総運転時間で除したものである。

試験エンジンは、Perkins社の４０３Ｄ－０７Ｇ８ｋＷディーゼルエンジンにＭｏｄｅ２８３ＣＳＬ１５０６Ｍａｒａｔｈｏｎジェネレータを備え付けたものから成るＴｉｅｒ４ｉ認証を受けた定速ジェンセット（genset）とした。窒素酸化物（ＮＯｘ）ｐｐｍ、一酸化炭素（ＣＯ）ｐｐｍ及び二酸化炭素（ＣＯ_２）％を測定するため、Enerac社のＭ７００マイクロエミッションモニタリングシステムを使用した。全炭化水素（ＴＨＣ）ｐｐｍを測定するため、ＦＴＩＲを使用した。別個の重量計Ａ＆ＤＧＦ３０００（ＳＨＳ）Toploader Digital balanceが、各エンジン負荷期間ごとの燃料消費量（単位毎分グラム）を測定するように電子的に構成された。
表３．試験結果

表３から、未処理のベースライン燃料に対して、上記の添加物の組み合わせの全体性能が非常に良好であることが分かる。ＦＭＡＺ／Ｙ［６０／４０］はＮＯｘ及びＣＯの項目で劣っているが、燃料経済性の読値が優れていたため、ここに含めた。
表４．ＵＬＳＤシェル＃２との比較における、各エミッション及び燃料経済性についての重み付けした結果

表４は、ＵＬＳＤシェル＃２ポンプディーゼルベースラインとの比較における、各添加物及び各投与量ごとの各エミッション及び燃料経済性についての重み付けした結果を示す。
表５．エンジン負荷別の純エミッション読値

表５は、各設定におけるより詳細な分析のためのエンジン負荷別、各負荷で消費された総燃料量別の純エミッション読値を示す。これらのデータは、個別用途に対して添加物を選択する際に有用となり得る。ここで留意すべき重要な点として、１回の試験サイクルあたり１００分の総時間のうち３０分間は１００％負荷で運転し、５０分間は７５％負荷で運転し、２０分間は５０％負荷で運転しており、このことは、必要な負荷重み付け計算と混同してはならない。

表５から分かるように、Ｆ－ＭＡＺ／Ｘ配合物は、ディーゼル燃料における走行距離性能とエミッション低減との良好な両立を提供する。Ｆ－ＭＡＺ／Ｙ配合物は、より良好な走行距離性能を提供したが、エミッション低減はＦ－ＭＡＺ／Ｘほど良好ではなかった。

＜実施例２＞

ディーゼルエミッション低減（ＰＭ低減）

ガソリン中の効率的な燃料添加物のエンジンベンチテストについての検討。「ＭＡＺ１０００」添加物は、最終濃度が１０００ｐｐｍのＦＭＡＺを含む。ガソリンにＦＭＡＺ配合物を使用することにより、ガソリンエミッション中の粒子状物質（ＰＭ）が低減することが見られた。図６に各エンジンパラメータを示す。
表６

試験装置は以下の構成要素を具備する：ＡＶＬ電気ダイナモメータ（出力範囲５００ｋＷ、ＡＭＡｉ６０／ＳＥＳＡＭｉ６０（従来型／非従来型エミッション分析）、ＡＶＬ４３９（煙検出）、ＡＶＬＳＰＣ４７２／４８９（エミッション検出ＰＭ／ＰＮ）、ＡＶＬＡＣＳ吸気コンディショナ７３５過渡燃料消費量メータ、及び、ＡＶＬ５５３冷却水／中間冷却制御。

参照標準は、ＧＢ１７６９１－２００５“Limits and measurement methods for exhaust pollutants from compression ignition and gas fueled positive ignition engines of vehicles (III, IV, V)”であり、その記載内容は全て、本願の開示内容に含まれる。

試験燃料は、表７に記載されているところにより作製した。
表７

試験は、ベンチマークディーゼルと、添加物含有ベンチマークディーゼルとを比較し、その後にそれぞれの結果分析を行うことにより行われた。試験パターンを表８に示す。
表８

表８中、「ＥＳＣ」は欧州定常サイクルであり、「ＥＴＣ」は欧州過渡サイクルである。４３９煙又は４３９煙エミッションは、吸収オパシメータにより測定される排気ガスの不透明度の測定値であり、この吸収オパシメータは本例ではＡＶＬオパシメータ４３９であった。吸収オパシメータは、排気ガスを通過する可視放射（光）の吸収に関係する現象を利用したものである。排気ガス不透明度は、固体粒子（大半は煤－黒煙）、炭化水素（青煙）、及び水蒸気（白煙）が存在することに拠るものである。煤含有率が１００～３００ｍｇ／ｍ^３になると、排気ガス不透明度が注意を要するものとなる。黒煙は約５００ｍｇ／ｍ^３の濃度で現れる。排気ガス不透明度が上昇すると、通常は他の排気ガス有害成分（ＣＯ_２，ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）のエミッションの増加を伴う。

図１は、使用されたエンジン構成の略図である。

図２は、本発明の一実施形態のＭＡＺ１０００添加物を含む試験燃料と含まない試験燃料の出力分析結果を示す図である。同図では、同一条件でＭＡＺ１０００添加物の添加後、エンジン出力が増大してトルクが増大したことが示されている。

図３は、本発明の一実施形態のＭＡＺ１０００添加物を含む試験燃料と含まない試験燃料の燃料経済性分析結果を示す図である。同図では、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、エンジンの高燃料経済性ゾーン（engine fuel economy zone）が拡大していることが示されている。

図４は、エミッション特性、ＥＳＣサイクル、粒子状物質（ＰＭ）エミッションを示す図である。同図のデータから、ＥＳＣに関してはＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＰＭエミッションが０．００９６ｇ／ｋＷｈから０．００８２ｇ／ｋＷｈへと１４．５８％減少したことが分かる。

図５は、エミッション特性、ＥＳＣ、４３９煙エミッションを示す図である。同図のデータから、ＥＳＣに関してはＭＡＺ１０００添加物の添加後、大半の動作条件下で４３９煙が有意に減少し、平均して２４．９６％であったことが分かる。

図６は、エミッション特性、ＥＳＣ、他の汚染物質エミッションを示している。同図のデータから、ＥＳＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ_２（二酸化炭素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等が有効に制御されていることが分かる。

図７は、エミッション特性、ＥＴＣ、及びＰＭエミッションを示す図である。同図のデータから、ＥＴＣに関してはＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＰＭエミッションが０．０１６１ｇ／ｋＷｈから０．０１５２ｇ／ｋＷｈへと５．５９％減少したことが分かる。

図８は、エミッション特性、ＥＴＣ、及び４３９エミッションを示す図である。同図のデータから、ＥＴＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、４３９煙が２２．７３％減少したことが分かる。

図９は、エミッション特性、ＥＴＣ、及び他の汚染物質エミッションを示す図である。同図のデータから、ＥＴＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＣＯ２，ＣＯ，ＴＨＣ（全炭化水素）及びＮＯｘエミッションが有効に制御されていることが分かる。

図１０は、典型的な動作条件下でのＮＯｘのエミッション特性を示す図である。同図のデータから、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＮＯｘエミッションは大半の動作条件下で有意に減少し、最大減少幅は５．７０％であることが分かる。

図２に示されているように、

ＭＡＺ１０００添加物の添加後、エンジン出力が向上し、熱効率が増加し、燃料経済性が改善している。

ＥＳＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＰＭエミッションが０．００９６ｇ／ｋＷｈから０．００８２ｇ／ｋＷｈへと１４．５８％減少すると共に、大半の動作条件下で４３９煙が有意に減少し、平均して２４．９６％であったことが分かる。

ＥＴＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＰＭエミッションが０．０１６１ｇ／ｋＷｈから０．０１５２ｇ／ｋＷｈへと５．５９％減少すると共に、４３９煙が２２．７３％減少したことが分かる。

ＥＳＣ及びＥＴＣに関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＮＯｘ，ＣＯ_２，ＣＯ，及びＨＣが有効に制御されることとなる。

元のエンジンの典型的な動作条件に関しては、ＭＡＺ１０００添加物の添加後、ＮＯｘエミッションは大半の動作条件下で有意に減少し、最大減少幅は５．７０％となる。

このようなＰＭ及びＮＯｘエミッションの劇的な減少により、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）再生圧力や尿素インジェクション体積を有意かつ効果的に軽減して後処理システムの耐久性を向上することができ、これにより顧客使用コストを低減することができる。

図１１は、本願開示のＦＭＡＺ実施形態を用いる前と後のエンジンシリンダヘッドの状態を示す写真である。シリンダヘッドは、添加物による処理を行う前は、不完全燃焼と煤火炎により排気バルブが汚れ、インジェクタポートが詰まって吸気バルブに炭素が固着していることが分かる。

ＦＭＡＺ添加物による処理後は、燃焼が向上して煤火炎が減少したことにより排気バルブがより「清浄」になり、インジェクタポートにおける炭素の堆積度が減少して、吸気バルブからの炭素の堆積度が低減したことが分かる。

当業者であれば、本願開示の範囲や思想から逸脱することなく、本願開示の構造や構成について種々の改良態様及び変形態様を実施できることが明らかである。よって、本願開示は、添付の特許請求の範囲に属することを条件に、本願開示の上述の改良態様及び変形態様並びに均等態様を含むことを意図したものである。

本願開示の好適な一実施形態は、ニトロパラフィンと、潤滑剤と、芳香族炭化水素と、を含む、内燃機関用のエンジン燃料のための燃料添加物である。出願人は、ガソリン及び／又はディーゼル燃料中のニトロパラフィンの安定的な混合物を作成する新規の方法、すなわち新規の潤滑剤を導入することにより、かかる混合物を作成する方法を開発した。出願人は、低濃度の燃料添加物によりエミッションが低減することを発見した。潤滑剤を改良して燃料中における添加物の濃度を低減することにより、エミッションが低減すると共に毒性が低減した。

Claims

燃料のための添加物の配合物であって、
約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、
約１０～約３０重量％のニトロメタンと、
約０．５～約５重量％のＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、
約２５～約３５重量％の芳香族炭化水素と、
を含み、
前記添加物は実質的にニトロエタン不含である
ことを特徴とする配合物。
前記芳香族炭化水素を約２５～約３０重量％含む、
請求項１記載の配合物。
前記芳香族炭化水素はトルエンである、
請求項１又は２記載の配合物。
前記芳香族炭化水素は、エチルベンゼンとキシレンとトルエンとから成る群から選択されたものである、
請求項１又は２記載の配合物。
前記Ｃ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルは、ペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールのうち少なくとも１つを含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の配合物。
前記Ｃ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルはペンタエリトリトールを含む、
請求項５記載の配合物。
前記Ｃ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルはジペンタエリトリトールを含む、
請求項５記載の配合物。
前記Ｃ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルは、ペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールを含む、
請求項５記載の配合物。
燃料のための添加物の配合物であって、
約４０～約６５重量％のニトロプロパンと、
約１０～約３０重量％のニトロメタンと、
約０．５～約５重量％のＣ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルと、
約１０～約４０重量％の芳香族炭化水素と、
を含み、
前記Ｃ_５－Ｃ_１０脂肪酸エステルはペンタエリトリトール及びジペンタエリトリトールのうち少なくとも１つを含み、
前記添加物は実質的にニトロエタン不含である
ことを特徴とする配合物。
前記芳香族炭化水素を約２５～約３５重量％含む、
請求項９記載の配合物。
前記芳香族炭化水素を約２５～約３０重量％含む、
請求項１０記載の配合物。
前記芳香族炭化水素は、エチルベンゼンとキシレンとトルエンとから成る群から選択されたものである、
請求項９から１１までのいずれか１項記載の配合物。
前記芳香族炭化水素はトルエンである、
請求項１２記載の配合物。