KR20220062013A - 연료 첨가제를 통한 연소 엔진의 마찰 감소 - Google Patents

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KR20220062013A
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리차드 유진 셰어팩
아미르 가말 마리아
테레사 리앙 구나완
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셰브런 오로나이트 컴퍼니 엘엘씨
셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

연비를 향상하기 위한 연료 조성물이 제공된다. 연료 조성물은 가솔린 또는 디젤 범위에서 비등하는 탄화수소 연료 50 중량% 초과, 미량의 아연 킬레이트제 및 미량의 마찰 조정제를 포함한다. 마찰 조정제는 적어도 하나의 극성기(polar group)를 포함한다.

Description

연료 첨가제를 통한 연소 엔진의 마찰 감소
본 개시내용은 연료 첨가제 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 내연 기관의 연비를 개선하기 위해 연료에 첨가될 수 있는 마찰 조정제 첨가제에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 모터 차량의 연비를 개선하기 위한 상당한 노력이 있었다. 일반적으로, 자동차 엔진의 효율성은 특히 높은 마찰과 과도한 마모가 발생하기 쉬운 움직이는 부품의 계면에서 효과적인 윤활의 존재에 의해 크게 향상된다.
따라서, 연비를 개선하기 위한 하나의 접근법은 엔진 마찰을 감소시켜 에너지 요구량을 감소시키는 윤활제 및 윤활유 첨가제를 개발하는 것이었다. 그러나, 윤활유 마찰 감소 첨가제로 얻은 연비의 개선은 미미했으며 확인하기 어려울 수 있다.
이들 노력 중 일부는 마찰 조정제에 초점을 맞추었다. 마찰 조정제는 제한된 슬립 기어 오일, 자동 변속기 유체, 활주로 윤활제 및 다목적 트랙터 유체에 사용되었다. 특히 연비 향상에 대한 열망으로, 자동차 크랭크케이스 윤활제에 마찰 조정제가 추가되었다.
이들 마찰 조정제는 일반적으로 내마모 및 극압 첨가제가 물리적으로 흡착된 극성 유용성 (polar oil-soluble) 생성물의 얇은 단일-분자층 또는 전형적 내마모 또는 극압 제제에 비해 상당히 낮은 마찰을 나타내는 반응층을 형성함에 의해 아직 반응성이 아닌 온도에서 경계층 조건에서 작동한다. 그러나, 더 가혹한 조건 하에서 그리고 혼합된 윤활 체제에서 이들 마찰 조정제는 내마모 또는 극압 제제와 함께 추가된다. 가장 일반적인 유형의 내마모 또는 극압 제제는 아연 디티오포스페이트(ZnDTP 또는 ZDDP)이다. ZDDP는 마찰 표면 상에 두꺼운 보호 마찰막을 형성함에 의해 마모를 제한한다.
ZDDP가 수십 년 동안 모터 차량에서 널리 사용되어 왔지만, 일부 최근 연구에서는 인계(phosphorus-based) 내마모 필름이 박막, 고압, 윤활 접촉부에서 마찰의 유의한 증가를 야기시킬 수 있음을 보여주었다. 이는 차례로 연비에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
마찰 조정제는 금속 표면에 흡착 또는 반응하여 얇은 저전단-강도 필름을 형성함에 의해 경계 마찰을 감소시킬 수 있는 공지된 윤활유 첨가제이다.
내연실에서의 조건은 크랭크케이스에서의 조건과 실질적으로 다르고, 그 보다 훨씬 더 가혹하기 때문에, 특정 첨가제 또는 첨가제 부류가 내연 기관에서 윤활유의 성능에 이점이 있다는 사실은 연료의 첨가제와 동일한 유형의 화합물을 사용함에 의해 이점을 얻을 수 있음을 반드시 의미하지는 않는다. 따라서, 마찰을 감소시키고/시키거나 연비를 개선할 수 있는 연료 첨가제를 개발할 필요가 있다.
내연 엔진의 마찰 감소 및/또는 연비의 향상을 제공하기 위해 첨가제로서 연료에 첨가될 수 있는 조성물이 본 명세서에서 제공된다. 이들 연료 첨가제는 예상치 못한 수준의 성능을 제공하기 위해 상승적으로 상호작용하는 마찰 조정제 및 금속 킬레이트제를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 가솔린 또는 디젤 범위에서 비등하는 탄화수소 연료 50 중량% 초과; 아연 킬레이트제 미량; 및 마찰 조정제 미량을 포함하는 연료 조성물을 포함하며, 여기서 마찰 조정제는 적어도 하나의 극성기(polar group)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 (1) 65℃ 내지 205℃의 범위에서 비등하는 유기 용매 90 내지 30 중량% 및 (2) 아연 킬레이트제 및 적어도 하나의 극성기를 갖는 마찰 조정제를 포함하는 연비 개선제 10 내지 70 중량%를 포함하는 연료 농축 조성물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 불꽃-점화식 연소 엔진에서 연비를 개선하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 적어도 하나의 극성기를 갖는 마찰 조정제 및 아연 킬레이트제를 포함하는 연료 조성물을 엔진에 공급하는 것을 포함한다.
도 1은 다양한 엔진 조건에서 연료 소모에 대한 여러 연료 첨가제의 영향을 요약한 그래프를 도시한다.
본 명세서에 제시된 개시내용의 이해를 용이하게 하기 위해, 다수의 용어가 하기에 정의된다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 일반적으로 본 개시내용이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.
"가솔린" 또는 "가솔린 비등 범위 성분"은 적어도 주로 C4-C12 탄화수소를 함유하는 조성물을 지칭한다. 일 실시형태에서, 가솔린 또는 가솔린 비등 범위 성분은 적어도 주로 C4-C12 탄화수소를 함유하고 추가로 약 100℉(37.8℃) 내지 약 400℉(204℃)의 비등 범위를 갖는 조성물을 지칭하는 것으로 추가로 정의된다. 대안적인 실시형태에서, 가솔린 또는 가솔린 비등 범위 성분은 적어도 주로 C4-C12 탄화수소를 함유하고, 약 100℉(37.8℃) 내지 약 400℉(204℃)의 비등 범위를 가지고, ASTM D4814를 충족하도록 추가로 정의된 조성물을 지칭하는 것으로 정의된다.
용어 "디젤"은 적어도 주로 C10-C25 탄화수소를 함유하는 중간 증류 연료(distillate fuels)를 지칭한다. 일 실시형태에서, 디젤은 적어도 주로 C10-C25 탄화수소를 함유하고, 추가로 약 165.6℃(330℉) 내지 약 371.1℃(700℉)의 비등 범위를 갖는 조성물을 지칭하는 것으로 추가로 정의된다. 대안적인 실시형태에서, 디젤은 적어도 주로 C10-C25 탄화수소를 함유하고, 약 165.6℃(330℉) 내지 약 371.1℃(700℉)의 비등 범위를 가지고, ASTM D975를 충족하도록 추가로 정의된 조성물을 지칭하도록 상기 정의된 바와 같다.
용어 "유용성"(oil soluble)은 주어진 첨가제에 대해 원하는 수준의 활성 또는 성능을 제공하는 데 필요한 양이 윤활 점도의 오일에 용해, 분산 또는 현탁됨에 의해 혼입될 수 있음을 의미한다. 통상적으로, 이는 첨가제의 적어도 0.001 중량%가 윤활유 조성물에 혼입될 수 있음을 의미한다. 용어 "연료 용해성"(fuel soluble)은 연료에 용해, 분산 또는 현탁된 첨가제에 대한 유사한 표현이다.
"미량"(minor amount)은 첨가제의 활성 성분으로 계산되는, 언급된 첨가제 및 조성물의 총 중량에 대해 표현되는, 조성물의 50 중량% 미만을 의미한다.
"엔진" 또는 "연소 엔진"은 연소실에서 연료의 연소가 일어나는 열 엔진이다. "내연 기관"(internal combustion engine)은 제한된 공간("연소실")에서 연료의 연소가 일어나는 열 엔진이다. "불꽃 점화 엔진"은 통상적으로 스파크 플러그로부터 스파크에 의해 연소가 점화되는 열 엔진이다. 이는 연료의 분사와 함께 압축으로부터 발생하는 열이 외부 스파크 없이 연소를 시작하기에 충분한, 전형적으로 디젤 엔진인 "압축-점화 엔진"에 대비된다.
"아연 킬레이트제"는 아연(Zinc2+) 이온을 킬레이트할 수 있는 임의의 물질을 지칭한다.
본 개시내용은 마찰 감소를 향상시키고/시키거나 내연 기관의 연비를 향상시키기 위해 연료에 첨가될 수 있는 첨가제 조성물을 기술한다. 첨가제 조성물("연비 개선제")은 적어도 2개의 성분인: 마찰 조정제 및 아연 킬레이팅 제제를 포함한다. 본 개시내용에 따라 제형화될 때, 이들 성분은 이전에 알려지지 않은 시너지 효과의 이점을 이용하여 엔진에서 마찰 감소 및/또는 연비에서 예상보다 더 큰 개선을 제공한다.
연료에 첨가된 첨가제는 마찰 및 마모를 감소시켜 경제성을 개선할 수 있는 엔진 피스톤 링 구역에 윤활제로 전달될 수 있다고 여겨진다. 그러나, 윤활제에 첨가된 첨가제는 연료로 전달되는 경우가 반드시 있지 않을 수 있다. 따라서, 마찰 조정제는 내연 기관의 연소실에서 마찰을 감소시킴에 의해 연료 경제성을 제공할 수 있다.
아연 킬레이트제
본 연료 조성물에 이용되는 킬레이트제는 아연을 킬레이트화할 수 있는 유기 분자를 포함한다. 일반적으로 이들 킬레이트제는 킬레이트 고리 형성을 통해 아연과 내부 착물을 형성할 수 있다. 아연 킬레이트제는 그 덴티시티(denticity), 즉 아연에 결합하는 킬레이트제의 원자 수에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 아연 킬레이트제는 이좌배위자(bidentate)일 수 있다.
이론에 제한되지 않고, 본 발명의 아연 킬레이트제는 엔진 환경에서 ZDDP에 의해 야기되거나 유발된 마찰을 제한할 수 있다고 여겨진다. 제한 효과는 본 발명의 마찰 조정제가 또한 존재할 때 상승적으로 향상될 수 있다. 메커니즘이 완전히 이해되지는 않았지만, 본 발명의 마찰 조정제는 인산아연 표면 상에 마찰-감소 막을 형성하고/하거나 엔진 환경에서 아연 킬레이트제를 안정화시킬 수 있다고 여겨진다.
일부 실시형태에서, 아연 킬레이트제는 연료 용해성(fuel soluble)일 수 있다. 다른 실시형태에서, 아연 킬레이트제는 유용성이 아닐 수 있다. 본 발명의 마찰 조정제의 부재 하에서, 오일 가용성(oil solubility)의 결여는 아연 킬레이트제가 윤활제 환경에서 아연 종과 킬레이트화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 아연 킬레이트제는 디카르보닐 화합물, 이좌배위자 질소 화합물, 다좌배위자 질소 화합물, 아미노산, 시트레이트 에스테르, 카르복실레이트 염, 아민 염, 또는 그의 적합한 염을 포함한다. 금속 킬레이트제는 연료 조성물의 약 25 내지 약 5000 ppm으로 존재한다.
디카르보닐 화합물은 식 1에 나타낸 구조를 가질 수 있고, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 지방족, 지방족 분지형, 환형 지방족, 방향족, 치환된 방향족, 또는 불포화(예를 들어, 올레핀계) 모이어티(moiety)이다.
Figure pct00001
식 1
디카르보닐 킬레이트제의 구체적인 예는 아세틸 아세톤이다. 아세틸 아세톤이 이좌배위자 리간드로 작용할 때 그것은 종종 "acac"로 지칭된다.
다른 디카르보닐 화합물은 식 2에 나타낸 구조를 갖는 킬레이트제를 포함하며, 여기서 X는 O 또는 N이고 정확한 원자가를 갖고, R1, R2 및 R3은 독립적으로 지방족, 지방족 분지형, 환형 지방족, 방향족, 치환된 방향족 또는 불포화(예를 들어, 올레핀계) 모이어티(moiety)이다. 부가적으로, R2 및 R3은 또한 H일 수 있다(X의 원자가를 만족시키기에 충분함). 구체적 예는 에틸 아세토아세테이트, 아세토아세트산 에스테르 및 아세토아세트산 아미드를 포함한다.
Figure pct00002
식 2
일부 이좌배위자 질소 화합물은 일반적으로 아연에 직접적으로 배위할 수 있거나 근처 원자에 대해 아연에 대한 배위를 적어도 안정화할 수 있는 적어도 하나의 질소 원자를 가질 것이다. 예를 들어, 이좌배위자 질소 화합물은 하기 식 3에 나타낸 구조를 가질 수 있으며, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 지방족, 지방족 분지형, 환형 지방족, 방향족, 치환된 방향족, 불포화(예를 들어, 올레핀계) 모이어티(moiety) 또는 H이다. 질소 및 산소 둘 모두는 아연에 배위하여 킬레이트 고리를 형성할 수 있다.
Figure pct00003
식 3
다른 이좌배위자(bidentate) 질소 화합물이 또한 고려될 수 있다. 이좌배위자 질소 화합물의 특정한 예는 하이드록삼산(식 4), 히드라지드(식 5), 스쿠아린산(식 6), 카르바모일포스포네이트(식 7), 옥사졸린(식 8) 및 N-하이드록시우레아(식 9)를 포함하며, 여기서 R은 독립적으로 지방족, 지방족 분지형, 환형 지방족, 방향족, 치환된 방향족, 불포화(예를 들어, 올레핀계) 모이어티(moiety) 또는 H이다.
Figure pct00004
이좌배위자(bidentate) 질소 킬레이트제의 다른 특정한 예는 아미노 메틸 화합물, 메틸 피리딜 화합물, 퀴놀릴 화합물, 피라질 화합물, 5원(membered) N-헤테로사이클릭 화합물(예를 들어, 피롤/피롤리딘, 이미다졸/이미다졸린, 트리아졸) 및 디에탄올이소스테아르아미드를 포함한다.
다좌배위자(multidentate) 질소 화합물도 본 발명에 적합할 수 있다. 이들의 특정한 예는 N,N,N',N'-테트라키스(2-피리디닐메틸)-1,2-에탄디아민(식 10) 및 에틸렌디아민테트라아세트산(식 11)을 포함한다.
Figure pct00005
식 10
Figure pct00006
식 11
아미노산
아미노산은 하기 일반 식으로 표시될 수 있는 것을 포함한다:
Figure pct00007
식 12
여기서 R은 "지방족" 또는 "방향족" 측쇄이다. 아미노산 측쇄는 방향족 또는 지방족으로 광범위하게 분류될 수 있다. 방향족 측쇄는 방향족 고리를 포함한다. 방향족 측쇄를 갖는 아미노산의 예는 예를 들어 히스티딘(식 13), 페닐알라닌(식 14), 티로신(식 15), 트립토판(식 16) 등을 포함한다. 비-방향족 측쇄는 "지방족"으로 광범위하게 분류되고, 예를 들어 알라닌(식 17), 글리신(식 18), 시스테인(식 19) 등을 포함한다.
아미노산(들)은 천연 및/또는 비-천연 α-아미노산일 수 있다. 천연 아미노산은 유전자 코드에 의해 암호화된 아미노산뿐만 아니라 이로부터 유래된 아미노산이다. 이들은, 예를 들어 하이드록시프롤린(식 20), γ-카르복시글루타메이트(식 21) 및 시트룰린(식 22)을 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "아미노산"은 또한 아미노산 유사체 및 모방체를 포함한다. 유사체는 R 기가 천연 아미노산 중에서 발견되지 않는 것을 제외하고는 천연 아미노산의 동일한 일반 구조를 갖는 화합물이다.
천연 발생 아미노산 유사체의 대표적인 예는 호모세린(식 23), 노르류신(식 24), 호모프롤린(식 25) 및 프롤린(식 26)을 포함한다. 아미노산 모방체는 α-아미노산의 일반적인 화학 구조와 다른 구조를 갖지만 이에 유사한 방식으로 기능하는 화합물이다. 아미노산은 L- 또는 D-아미노산일 수 있다. 대표적인 구조는 아래에 도시되어 있다.
Figure pct00008
Figure pct00009
기타 아연 킬레이트제
아연 킬레이트제는 다양한 비-극성 기(non-polar group)를 갖는 카르복실레이트 에스테르로부터 제조될 수 있다. 아연 킬레이트제는 또한 시트레이트 에스테르를 포함하는 다중-작용성(multi-functional) 에스테르를 포함할 수 있다. 시트레이트 에스테르는 R이 알킬, 알케닐, 사이클로알킬, 방향족 또는 치환된 방향족 모이어티인 식 27에 나타낸 구조를 가질 수 있다.
Figure pct00010
카르복실레이트 염의 특정한 예는 2-에틸헥산산의 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘 염(TMG/2-EH)을 포함하며, 여기서 TMG/2-EH는 식 28로 표시된다.
Figure pct00011
마찰 조정제
마찰 조정제는 기계 구성요소에서 마찰 및/또는 마모를 감소시킬 수 있는 첨가제이다. 본 발명의 마찰 조정제는 적어도 하나의 극성기(polar group)를 갖는 유기 마찰 조정제를 포함한다. 이들 마찰 조정제는 마찰 조정제가 또한 일반적으로 장쇄 및/또는 방향족 비-극성기(non-polar group)를 가질 것이라는 점에서 전형적으로 이기능성(bifuntional)이다.
극성기(polar group)는 알코올 모이어티(moiety), 아미드 모이어티, 아민 모이어티, 에스테르 모이어티 등일 수 있다. 일부 실시형태에서, 마찰 조정제는 하나 초과의 극성 모이어티(예를 들어, 디올, 디에스테르, 알칸올 아미드 등)를 가질 수 있다.
마찰 조정제는 연료 용해성 (fuel soluble) 및/또는 유용성(oil soluble)일 수 있다. 본 발명의 마찰 조정제는 윤활 환경에서 아연 킬레이트제를 안정화시켜 아연 킬레이트제가 아연을 킬레이트화하고 또한 인산아연 마찰막 상에 흡착하여 마찰 감소층을 형성하도록 한다.
에스테르 모이어티를 갖는 특이적 마찰 조정제는 카르복실산의 에스테르, 아디페이트 에스테르, 트리메틸올프로판 트리에스테르, 폴리올 에스테르(예를 들어, 글리세롤 에스테르, 소르비탄 에스테르 등), 폴리에스테르, 및 고점도 지수(VI)를 갖는 에스테르를 포함하고/하거나 유체역학적 마찰을 변화시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 에스테르는 붕소화될 수 있다.
다른 적합한 마찰 조정제는 알칸올 아미드(극성기 캡핑된 지방 아미드 및 폴리올 아민 포함)를 포함한다. 특정 알칸올 아미드는 디에탄올아미드를 포함한다.
아민 마찰 조정제는 하이드로카르빌 아민, 지방산 아민(예를 들어, 올레일아민), 및 에톡실화 알킬 아민을 포함한다. 특정한 아민 마찰 조정제는 디에탄올아민 및 디이소프로판올아민을 포함한다.
특이적 마찰 조정제는 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함되는 US7678747, US8703680, 및 US9371499에 더 자세히 기술되어 있다.
특히, 폴리올 에스테르는 폴리올과 산(예를 들어, 분지된 산, 선형 포화된 산, 다염기산)으로부터 합성될 수 있는 합성 베이스스톡 오일로 종종 사용된다. 폴리올 에스테르의 예는 글리세롤 에스테르, 소르비탄 에스테르 등을 포함한다.
특이적 글리세롤 에스테르는 통상적으로 윤활제 조성물에 첨가되는 마찰 조정제인 글리세롤 모노올레에이트(또는 글리세릴 모노올레에이트)를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 번호 5,114,603 및 4,683,069는 글리세롤 모노올레에이트를 포함하는 윤활유 조성물을 기술하고 있으며, 이의 관련 부분은 참고로 본 명세서에 포함된다.
상업적으로 이용가능한 글리세롤 모노올레에이트의 예는 Priolube™ 1408 및 Radiasurf™ 7149(즉, 글리세롤 트리올레에이트를 포함하는 지방산의 에스테르)를 포함한다. 전형적인 상업용 제품에서, 생산된 에스테르의 단지 약 50-60 몰 퍼센트 만이 모노에스테르이다. 나머지는 주로 디에스테르로, 소량의 트리에스테르가 있다.
전형적으로, 본 발명의 연료 조성물은 적어도 0.015 중량%, 바람직하게는 0.15 내지 2.0 중량%의 마찰 조정제를 함유한다.
본 발명에 유용한 글리세롤 에스테르는 연료-용해성이고 바람직하게는 천연 생성물에서 발견되는 것과 같은 C12 내지 C22 지방산 또는 이의 혼합물로부터 제조된다. 지방산은 포화되거나 불포화될 수 있다. 천연 공급원의 산에서 발견되는 특정 화합물에는 하나의 케토기를 함유하는 리칸산이 포함될 수 있다. 가장 바람직한 C16 내지 C18 지방산은 식 R-COOH의 지방산이며 여기서, R은 알킬 또는 알케닐이다. 바람직한 지방산은 올레산, 스테아르산, 이소스테아르산, 팔미트산, 미리스트산, 팔미톨레산, 리놀레산, 라우르산, 리놀렌산 및 엘레오스테아르산이고, 천연 생성물로부터의 산은 우지, 팜유, 올리브유, 땅콩유, 옥수수유, 니트 족유 및 등이다. 특히 바람직한 산은 올레산이다.
글리세롤의 지방산 모노에스테르가 바람직하지만, 모노- 및 디에스테르의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는 모노- 및 디에스테르의 임의의 혼합물은 적어도 40%의 모노에스테르를 함유한다. 전형적으로 글리세롤의 모노- 및 디에스테르의 이들 혼합물은 40 내지 60 중량 퍼센트의 모노에스테르를 함유한다. 예를 들어, 시판되는 글리세롤 모노올레에이트는 45 중량% 내지 55 중량% 모노에스테르 및 55% 내지 45% 디에스테르의 혼합물을 함유한다. 그러나, 더 높은 모노에스테르는 회수된 증류 생성물의 모노에스테르 부분과 함께 통상적인 증류 기술을 사용하여 글리세롤 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르 혼합물을 증류함에 의해 달성될 수 있다. 이것은 본질적으로 모두 모노에스테르인 생성물을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료 조성물에 사용되는 에스테르는 모두 모노에스테르일 수 있거나, 혼합물 중 적어도 75 몰 퍼센트, 바람직하게는 적어도 90 몰 퍼센트가 모노에스테르인 모노- 및 디에스테르의 혼합물일 수 있다.
연료 조성물
본 개시내용의 화합물은 불꽃-점화식 내연 기관에서 엔진 노크 또는 사전-점화 현상을 방지하거나 감소시키기 위한 탄화수소 연료의 첨가제로서 유용할 수 있다.
본 개시내용의 화합물은 65℃ 내지 205℃의 범위에서 비등하는 불활성 안정 친유성(inert stable oleophilic)(즉, 탄화수소 연료에 용해성) 유기 용매를 사용하여 농축물로서 제형화될 수 있다. 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 고비점 방향족 또는 방향족 희석제와 같은 지방족 또는 방향족 탄화수소 용매가 사용될 수 있다. 탄화수소 용매와 조합하여, 에탄올, 이소프로판올, 메틸 이소부틸 카르비놀, n-부탄올 등과 같은 2 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 지방족 알코올이 또한 본 첨가제와 함께 사용하기에 적합하다. 농축물에서 첨가제의 양은 10 내지 70 중량%(예를 들어, 20 내지 40 중량%)의 범위일 수 있다.
가솔린 연료에서, 함산소제(oxygenates)(예를 들어, 에탄올, 메틸 tert-부틸 에테르), 기타 노킹 방지제, 및 세제/분산제(예를 들어, 하이드로카빌 아민, 하이드로카빌 폴리(옥시알킬렌) 아민, 숙신이미드, 만니히 반응 생성물, 폴리알킬페녹시알칸올의 방향족 에스테르, 또는 폴리알킬페녹시아미노알칸)을 포함한 기타 잘 알려진 첨가제가 이용될 수 있다. 부가적으로, 마찰 조정제, 항산화제, 금속 비활성화제 및 해유화제(demusifiers)가 존재할 수 있다.
디젤 연료에서, 유동점 강하제, 유동 개선제, 세탄 개선제 등과 같은 다른 잘 알려진 첨가제가 이용될 수 있다.
연료-용해성, 비-휘발성 담체 유체 (carrier fluid)또는 오일이 또한 본 개시내용의 화합물과 함께 사용될 수 있다. 담체 유체는 옥탄 요구량 증가에 압도적으로 기여하지 않으면서 연료 첨가제 조성물의 비-휘발성 잔류물(NVR) 또는 무-용매 액체 분획을 실질적으로 증가시키는 화학적으로 불활성 탄화수소-용해성 액체 비히클이다. 담체 유체는 천연 또는 합성 오일, 예컨대 미네랄 오일, 정제된 석유 오일, 수소화 및 비수소화 폴리알파올레핀을 포함한 합성 폴리알칸 및 알켄, 합성 폴리옥시알킬렌-유래 오일, 예컨대 미국 특허 번호 제3,756,793호; 제4,191,537호; 및 제5,004,478호; 및 유럽 특허 출원 공개 번호 제356,726호 및 제382,159호에 기술된 것일 수 있다.
담체 유체(carrier fluid)는 탄화수소 연료의 중량 기준으로 35 내지 5000 ppm(예를 들어, 연료의 50 내지 3000 ppm)의 범위인 양으로 이용될 수 있다. 연료 농축물에 이용될 때, 담체 유체는 20 내지 60 중량%(예를 들어, 30 내지 50 중량%)의 범위인 양으로 존재할 수 있다.
다음 비-제한적인 실시예는 본 발명의 하나 이상의 양태를 예시하기 위해 제공되었다.
실시예 1
연료 소모 시험
연료 조성물 샘플을 만들기 위해 첨가제를 연료에 첨가하였다. 샘플은 하기 표 1에 요약되어 있다. 표 2는 연료 소모 시험의 다양한 조건을 요약한다.
[표 1]
Figure pct00012
[표 2]
Figure pct00013
도 1은 다양한 엔진 조건에서 연료 샘플에 대한 연료 소모 시험의 결과를 나타낸다. 엔진 rpm 범위는 1100 내지 3000 rpm인 반면 압력 범위는 2 내지 14바(bar)이다.

Claims (20)

  1. 가솔린 또는 디젤 범위에서 비등하는 탄화수소 연료 50 중량% 초과;
    아연 킬레이트제 미량; 및
    적어도 하나의 극성기(polar group)를 포함하는 마찰 조정제 미량
    을 포함하는 연료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 극성기(polar group)가 알코올 모이어티(moiety), 아미드 모이어티, 아민 모이어티 또는 에스테르 모이어티인, 연료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 금속 킬레이트제는 25 내지 5000 ppm으로 존재하는, 연료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 마찰 조정제는 0.015 내지 2.0 중량%로 존재하는, 연료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 아연 킬레이트제가 디카르보닐 모이어티(moiety), 에스테르 모이어티, 아미드 모이어티, 아민 모이어티, 아미노 메틸 모이어티, 메틸 피리딜 모이어티, 퀴놀릴 모이어티, 피라질 모이어티, 질소 헤테로사이클 모이어티, 피롤 모이어티, 피롤리딘 모이어티, 이미다졸 모이어티, 이미다졸린 모이어티, 트리아졸 모이어티, 또는 카르복실레이트 모이어티를 함유하는, 연료 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 아연 킬레이트제가 아세틸 아세톤, 에틸 아세토아세테이트, 아세토아세트산 에스테르, 아세토아세트산 아미드, 하이드록삼산, 히드라지드, 스쿠아르산, 카르바모일포스포네이트, 옥사졸린, N-하이드록시우레아, N,N,N',N'-테트라키스(2-피리디닐메틸)-1,2-에탄디아민, 에틸렌디아민테트라아세트산, 히스티딘, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 알라닌, 글리신, 시스테인, 하이드록시프롤린, γ-카르복시글루타메이트, 시트룰린, 호모세린, 노르류신, 호모프롤린, 프롤린, 또는 2-에틸헥산산의 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘 염, 또는 디에탄올이소스테아르아미드인, 연료 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 마찰 조정제는 글리세롤 모노올레에이트, 디에탄올아미드, 디에탄올아민 또는 디이소프로판올아민인, 연료 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 함산소제(oxygenatates), 노킹 방지제, 세제, 분산제, 항산화제, 금속 불활성화제, 해유화제, 유동점 강하제, 유동 개선제 또는 세탄 개선제를 추가로 포함하는, 연료 조성물.
  9. (1) 65℃ 내지 205℃의 범위에서 비등하는 유기 용매 90 내지 30 중량% 및 (2) 아연 킬레이트제 및 적어도 하나의 극성기(polar group)를 갖는 마찰 조정제를 포함하는 연비 개선제 10 내지 70 중량%를 포함하는, 연료 농축 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 극성기가 알코올 모이어티, 아미드 모이어티, 아민 모이어티 또는 에스테르 모이어티인, 연료 농축 조성물.
  11. 제9항에 있어서, 아연 킬레이트제가 디카르보닐 모이어티, 에스테르 모이어티, 아미드 모이어티, 아민 모이어티, 아미노 메틸 모이어티, 메틸 피리딜 모이어티, 퀴놀릴 모이어티, 피라질 모이어티, 질소 헤테로사이클 모이어티, 피롤 모이어티, 피롤리딘 모이어티, 이미다졸 모이어티, 이미다졸린 모이어티, 트리아졸 모이어티, 또는 카르복실레이트 모이어티를 함유하는, 연료 농축 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 함산소제, 노킹 방지제, 세제, 분산제, 항산화제, 금속 불활성화제, 해유화제, 유동점 강하제, 유동 개선제 또는 세탄 개선제를 추가로 포함하는, 연료 농축 조성물.
  13. 불꽃-점화식 연소 엔진에서 연비를 개선하는 방법으로서,
    아연 킬레이트제 및 적어도 하나의 극성기를 갖는 마찰 조정제를 포함하는 연료 조성물을 엔진에 공급하는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 극성기가 알코올 모이어티, 아미드 모이어티, 아민 모이어티 또는 에스테르 모이어티인, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 아연 킬레이트제가 디카르보닐 모이어티, 에스테르 모이어티, 아미드 모이어티, 아민 모이어티, 아미노 메틸 모이어티, 메틸 피리딜 모이어티, 퀴놀릴 모이어티, 피라질 모이어티, 질소 헤테로사이클 모이어티, 피롤 모이어티, 피롤리딘 모이어티, 이미다졸 모이어티, 이미다졸린 모이어티, 트리아졸 모이어티, 또는 카르복실레이트 모이어티를 함유하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 아연 킬레이트제가 아세틸 아세톤, 에틸 아세토아세테이트, 아세토아세트산 에스테르, 아세토아세트산 아미드, 하이드록삼산, 히드라지드, 스쿠아르산, 카르바모일포스포네이트, 옥사졸린, N-하이드록시우레아, N,N,N',N'-테트라키스(2-피리디닐메틸)-1,2-에탄디아민, 에틸렌디아민테트라아세트산, 히스티딘, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 알라닌, 글리신, 시스테인, 하이드록시프롤린, γ-카르복시글루타메이트, 시트룰린, 호모세린, 노르류신, 호모프롤린, 프롤린, 또는 2-에틸헥산산의 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘 염, 또는 디에탄올이소스테아르아미드인, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 마찰 조정제가 0.015 내지 2.0 중량%로 존재하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서, 아연 킬레이트제가 연료 조성물의 25 내지 5000 ppm으로 존재하는, 방법.
  19. 제13항에 있어서, 연료 조성물이 함산소제, 노킹 방지제, 세제, 분산제, 항산화제, 금속 불활성화제, 해유화제, 유동점 강하제, 유동 개선제 또는 세탄 개선제를 추가로 포함하는, 방법.
  20. 제13항에 있어서, 엔진이 1000 내지 3000 rpm에서 작동하는, 방법.
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