JPWO2013183161A1 - 内燃機関用冷却液組成物及び内燃機関の運転方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関の燃費効果を向上させることができる内燃機関用冷却液組成物及びこれを用いた内燃機関の運転方法を提供する。本発明は、動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ２／秒である内燃機関用冷却液組成物に関する。また、本発明は、該組成物を用いた内燃機関の運転方法にも関する。

Description

本発明は、内燃機関の燃費効果を向上させることができる内燃機関用冷却液組成物及びこれを用いた内燃機関の運転方法に関する。

自動車エンジン等を冷却するための冷却液としては様々なものが知られているが、その中でも水はエンジン用冷却液として冷却性能が最も高いために好ましい。しかし真水は摂氏０℃以下になると凍結し体積が増大するため、エンジンやラジエーターに損傷を与える恐れがある。このような事情から、不凍性を目的としてエチレングリコール等のグリコール類をベースに必要な凍結温度を得るように水で希釈し、必要によりエンジンやラジエーター等に使用される金属、ゴム及び樹脂等の劣化を保護するための各種添加剤を配合した冷却液組成物が使用されてきた。一方、凍結のおそれのない地域では、水に各種添加剤を配合した冷却液組成物が使用されることもある。

エチレングリコール等のグリコール類を使用した場合、特に低温において冷却液組成物の粘度が著しく上昇してしまうという問題があった。よって、従来の粘度特性改良技術においては、一般に、低温時の流動性向上のための低粘度化が行われてきた（特許文献１−３）。

しかしながら、低粘度化を行った場合、冷却液とボア壁との境界層が薄くなり、また対流が起こりやすくなるため、冷却液がボア壁から熱を奪いやすくなり、その結果、冷却損失が増大し、燃費悪化を招くという問題が新たに生じた。一方、放熱性を低下させて冷却損失を低減させるために、エチレングリコール等のグリコール類の濃度を上げて低温時の冷却液の粘度を増大させると、高温時において冷却能力不足となり、オーバーヒートを招くという問題が生じた。

例えば、特許文献４−６には、粘度指数向上剤を配合することにより潤滑油の粘度特性改良する技術が記載されているが、これらに記載される粘度指数向上剤は低温時の流動性を維持しつつ、高温時の粘度低下を少なくする目的で配合されており、よって、このような粘度指数向上剤が配合された液剤を冷却液として用いても、低温時の冷却損失を低減させ、かつ高温時の冷却能力を維持することはできない。

特開平８−１８３９５０号公報 特開２０１０−２３６０６４号公報 特開平９−２２７８５９号公報 特開２０１１−１３７０８９号公報 特開２０１１−１３２２８５号公報 特開２０１１−１２１９９１号公報

本発明は、内燃機関の燃費効果を向上させることができる内燃機関用冷却液組成物及びこれを用いた内燃機関の運転方法を提供することを目的とする。具体的には、低温時の冷却損失を低減させ、かつ高温時の冷却能力を維持することが可能な冷却液組成物及びこれを用いた内燃機関の運転方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、冷却液組成物の動粘度を特定の範囲にすることにより、低温時の冷却損失を低減させ、かつ高温時の冷却能力を維持することが可能となり、よって内燃機関の燃費効果が大きく向上することを見出した。

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。

（１）動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ^２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ^２／秒である冷却液組成物を内燃機関の冷却液として用いる、内燃機関の運転方法。

（２）冷却液組成物が、基剤として、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類及び／又は水を含有する、上記（１）に記載の方法。

（３）冷却液組成物が粘度特性改良剤を含む、上記（１）又は（２）に記載の方法。

（４）粘度特性改良剤が相変化物質である、上記（３）に記載の方法。

（５）動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ^２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ^２／秒である内燃機関用冷却液組成物。

（６）基剤として、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類及び／又は水を含有する、上記（５）に記載の組成物。

（７）粘度特性改良剤を含む、上記（５）又は（６）に記載の組成物。

（８）粘度特性改良剤が相変化物質である、上記（７）に記載の組成物。

本発明によれば、内燃機関の燃費効果を向上させることができる内燃機関用冷却液組成物及びこれを用いた内燃機関の運転方法を提供することができる。

図１は、実施例において使用した暖機性能評価装置の原理を示す図である。 図２は、実施例において使用した冷却性能評価装置の原理を示す図である。

本発明の冷却液組成物は、動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ^２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ^２／秒であることを特徴とするものである。尚、本発明において、低温とは２５℃を意味し、高温とは１００℃を意味する。

本発明の冷却液組成物は、２５℃における動粘度が８．５〜３０００ｍｍ^２／秒、好ましくは１０〜２２００ｍｍ^２／秒、特に１７．５〜１０００ｍｍ^２／秒と高いため、低温時における放熱性が低く冷却損失が低い。本発明の冷却液組成物は、２５℃における動粘度が３０００ｍｍ^２／秒以下であることから、ウォーターポンプへの負荷を回避し、内燃機関の燃費悪化を防ぐことが可能である。また、本発明の冷却液組成物は、２５℃における動粘度が８．５ｍｍ^２／秒以上であることから、従来の８０％エチレングリコール冷却液よりも動粘度が高い。尚、エチレングリコール冷却液は、エチレングリコール濃度が８０％を超える場合、引火点が発生するため冷却液として使用することができない。

本発明の冷却液組成物は、１００℃における動粘度が０．３〜１．３ｍｍ^２／秒、好ましくは０．５〜０．９ｍｍ^２／秒と低いため、高温時の冷却能力が維持され、オーバーヒートを防ぐことが可能である。冷却液組成物の冷却能力は、ラジエータ熱透過率を測定することにより評価することができる。尚、水１００％の冷却液の１００℃における動粘度は０．３ｍｍ^２／秒である。

本発明の冷却液組成物は、不凍性を有する基剤を含むことが好ましい。基剤の配合量は、組成物１００質量部に対して８６〜９８．６質量部であることが好ましく、９１〜９６．７質量部であることが特に好ましい。

上記基剤としては、例えば、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類を挙げることができる。

二価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコールの中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

三価アルコールとしては、例えばグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、５−メチル−１，２，４−ヘプタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオールの中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

グリコールモノアルキルエーテルとしては、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルの中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。

上記基剤の中でもエチレングリコール、プロピレングリコール及び１，３−プロパンジオールが、取り扱い性、価格、入手容易性の観点から好ましい。

上記アルコール類の配合量は、不凍性を考慮した場合、組成物１００質量部に対して８．６〜７８．８８質量部であることが好ましく、２１．５〜７８．８８質量部であることが特に好ましい。

基剤は水を含んでいてもよく、水としてはイオン交換水が好ましい。水の配合量は、組成物１００質量部に対して１７．２〜８８．７４質量部であることが好ましく、１７．２〜７３．９５質量部であることが特に好ましい。基剤が水とアルコール類を含む場合、基剤中の水とアルコール類の割合は、引火点を発生するのを回避する観点から、２０：８０〜９０：１０であることが好ましく、４０：６０〜７５：２５であることが特に好ましい。不凍性が必要とされない場合には、基剤は水単独であってもよい。

本発明の冷却液組成物は、低温時の動粘度を増大させ、かつ高温時の動粘度を低減させることが可能な物質、すなわち粘度特性改良剤を含むことが好ましい。粘度特性改良剤を用いて２５℃及び１００℃における動粘度を上述した範囲とすることにより、低温時の冷却損失を低減させ、かつ高温時の冷却能力を維持することができる。

上記粘度特性改良剤としては、冷却液組成物の動粘度を上記所定の範囲とすることができるものであれば特に制限されない。

上記粘度特性改良剤としては、例えば、相変化物質を用いることができ、６０〜１００℃で相変化する相変化物質を用いることが好ましい。このような相変化物質としては、遊離カルボン酸としての融点が４０℃〜８０℃であるカルボン酸の塩、例えば炭素数が１４〜１８である脂肪族カルボン酸の塩であって、かつ、上記基剤に用いるアルコール類への溶解度が２５℃で５質量％以下、１００℃で１０質量％以上であるものが挙げられる。具体的には、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、パルミチン酸ナトリウム及びパルミチン酸カリウム、好ましくはステアリン酸ナトリウム及びステアリン酸カリウムが挙げられる。このような相変化物質は、低温で固化しスラリー化することで冷却液の動粘度を増大させ、かつ高温において液化することにより冷却液の動粘度を低減させることができる。

上記粘度特性改良剤としては、熱可塑性の物質、例えば、２５℃付近では会合性があり、１００℃付近では会合性がなくなる物質を用いることができる。ここで、会合とは、分子間の水素結合、疎水性相互作用（特に高分子）、芳香族有機分子間のπスタッキングによるものが挙げられる。会合する分子は同一であっても異なるものであってもよい。このような物質は、低温で巨大分子としての挙動を示すために冷却液の動粘度を増大させ、かつ高温において１個の分子としての挙動を示すために冷却液の動粘度を低減させることができる。

上記粘度特性改良剤の配合量は、低温時及び高温時の冷却組成物の動粘度を上記所定の範囲とすることが可能であれば特に制限されず、組成物１００質量部に対して１．３〜４．０質量部であることが好ましく、２．０〜３．０質量部であることが特に好ましい。本発明の冷却液組成物において、上記各種粘度特性改良剤は組み合わせて用いることもできる。

本発明の冷却組成物には、必要に応じて、上記粘度特性改良剤以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の添加剤を基剤に配合することができる。

例えば、本発明の冷却組成物には、自動車エンジン冷却回路に使用されている金属の腐食を効果的に抑制するため、少なくとも１種以上の防錆剤を動粘度に影響を与えない範囲で含ませることができる。防錆剤としては、リン酸及び／又はその塩、芳香族カルボン酸及び／又はその塩、トリアゾール類、チアゾール類、ケイ酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ホウ酸塩、モリブテン酸塩、及びアミン塩のいずれか１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。

また、本発明の冷却組成物には、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのｐＨ調整剤、消泡剤、又は着色剤などを動粘度に影響を与えない範囲で適宜添加することができる。

上記その他の添加剤の合計配合量は、組成物１００質量部に対して、通常１０質量部以下、好ましくは５質量部以下である。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されない。

［実施例１］
エチレングリコール４５．５質量部と水５０質量部を混合し、これに防錆剤としてのリン酸１質量部及びベンゾトリアゾール１質量部の計２質量部を添加して混合した。得られた混合液に、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部を添加した後、混合液を８０℃に昇温し、その後３０分攪拌し、静置して冷却液組成物を得た。

［実施例２］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール４６．５質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部の代わりにステアリン酸ナトリウム１．５質量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。

［実施例３］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール４６質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部の代わりにステアリン酸ナトリウム２質量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。

［実施例４］
エチレングリコールを使用せず、水５０質量部の代わりに水９２質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部の代わりにステアリン酸ナトリウム２質量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。

［比較例１］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール４８質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウムを使用しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。比較例１の冷却液組成物は、冷却性能が高い従来の５０％エチレングリコール冷却液に相当する。

［比較例２］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール５８質量部を使用し、水５０質量部の代わりに水４０質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウムを使用しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。比較例２の冷却液組成物は、冷却性能が高い従来の６０％エチレングリコール冷却液に相当する。

［比較例３］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール８０質量部を使用し、水５０質量部の代わりに水１８質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウムを使用しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。比較例３の冷却液組成物は、暖機性能を向上させ、かつ引火点が発生しない限界の濃度を有する従来の８０％エチレングリコール冷却液に相当する。

［比較例４］
水５０質量部の代わりに水４７．５質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部の代わりにステアリン酸ナトリウム５質量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。

［比較例５］
エチレングリコール４５．５質量部の代わりにエチレングリコール４７質量部を使用し、ステアリン酸ナトリウム２．５質量部の代わりにステアリン酸ナトリウム１質量部を使用した以外は、実施例１と同様の方法で冷却液組成物を得た。

実施例１−４及び比較例１−５により得られた冷却組成物の２５℃及び１００℃における動粘度を測定し、また熱特性（暖機性能及び冷却性能）を評価した。

＜動粘度の測定＞
冷却組成物の２５℃及び１００℃における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３又はＡＳＴＭ Ｄ４４５．Ｄ４４６のグラス毛管式粘度計を用いる試験方法に準拠して測定した。具体的には以下の方法で測定した。

（１）ＪＩＳ Ｋ ２２８３規定のウベローデ粘度計を用意し、気泡が入らないように傾けながら試料を規定量充填した。

（２）試料を充填した粘度計を１５分間恒温水槽で調温した。

（３）試料を上部の測時標線以上まで吸い上げた後、自然落下させ、メニスカスが測時標線上部から下部を通過する時間を測定した。

（４）測定時間が２００秒未満の場合は粘度計を取り替えて（１）−（３）の操作を行った。

（５）測定時間が２００秒以上となる粘度計を用いて測定を２回行い、その測定時間の差が平均値の０．２％以内である場合に、その平均測定時間と用いた粘度計の粘度計定数から動粘度を算出した。

＜暖機性能＞
暖機性能は図１に示すような暖機性能評価装置を用いて測定した（図１ａ参照）。

ポンプ動力を固定し、ヒーター部の熱伝対３（図１ｂ参照）が２５℃から６０℃に上昇するまでの時間を測定した。暖機性能を向上させ、かつ引火点が発生しない限界のエチレングリコール濃度を有する従来の冷却液組成物である比較例３の結果（４０秒）を基準とし、これより短時間である場合に暖機性能が高いと評価した。

＜冷却性能＞
冷却性能は、図２に示すような冷却性能評価装置を用いて測定した。

ポンプ動力を固定し、２０ｋＰａ以上に加圧し、冷却液組成物の温度が１００℃であるときの空気熱受熱量を測定した。空気熱受熱量が高いほど冷却性能は高い。冷却性能が高い従来の冷却駅組成物である比較例１及び２の結果と同程度の空気熱受熱量、すなわち１４．２〜１４．７ｋＷである場合に冷却性能が維持されていると評価した。

表１に、実施例１−４及び比較例１−５で得られた冷却液組成物の動粘度、暖機性能及び冷却性能の測定結果を示す。

表１より、実施例１−４の冷却液組成物は、暖機性能を向上させ、かつ引火点が発生しない限界のエチレングリコール濃度を有する従来の比較例３の冷却液組成物よりも短時間で温度が上昇し、よって、暖機性能に優れることがわかる。

また、実施例１−３の冷却液組成物は、冷却性能が高い従来の冷却駅組成物である比較例１及び２と同等の空気熱受熱量を有し、よって、冷却性能が維持されていることがわかる。

本発明の冷却液組成物は、内燃機関、特には自動車用エンジンの冷却に好適に使用される。

本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。

Claims (8)

1. 動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ^２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ^２／秒である冷却液組成物を内燃機関の冷却液として用いる、内燃機関の運転方法。
2. 冷却液組成物が、基剤として、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類及び／又は水を含有する、請求項１に記載の方法。
3. 冷却液組成物が粘度特性改良剤を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 粘度特性改良剤が相変化物質である、請求項３に記載の方法。
5. 動粘度が、２５℃で８．５〜３０００ｍｍ^２／秒であり、かつ１００℃で０．３〜１．３ｍｍ^２／秒である内燃機関用冷却液組成物。
6. 基剤として、二価アルコール、三価アルコール及びグリコールモノアルキルエーテルからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類及び／又は水を含有する、請求項５に記載の組成物。
7. 粘度特性改良剤を含む、請求項５又は６に記載の組成物。
8. 粘度特性改良剤が相変化物質である、請求項７に記載の組成物。

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