潤滑油研究

次世代エンジンオイルの開発

超低粘度エンジンオイルの研究開発

図1 エンジンオイルの粘度規格(SAE粘度グレード)

近年、自動車のCO2排出量低減が強く求められており、エンジンオイルの省燃費性能を大きく向上させることが求められています。エンジンオイルの省燃費性能向上に有効な手法の一つとしてエンジンオイルの低粘度化があります。図1の通り、エンジンオイルの粘度規格であるSAE粘度グレードには低粘度の規格が追加されており、低粘度エンジンオイルに対応した自動車も増加しています。また、日本は低粘度エンジンオイルが世界に先がけて普及している地域でもあります。

図2 エンジンオイルの粘度と温度の関係

当社は今、次世代を見据えてさらに省燃費性能の高い超低粘度エンジンオイルの研究開発を行っています。超低粘度エンジンオイルの省燃費性能をさらに高めるための重要な性能が「高粘度指数」であることです。図2のエンジンオイルの粘度と温度の関係のとおり、エンジンオイルは温度が低くなると粘度が高くなりエンジン内部の抵抗を大きくするという特徴があります。粘度指数はその指標で、粘度指数が高いほど低温でも低い粘度を維持し、省燃費性能も高くなります。超低粘度エンジンオイルにおいて高粘度指数を実現するにはエンジンオイルのベースとなるベースオイルの高粘度指数化が非常に重要になります。当社では独自に開発した超高粘度指数ベースオイルWBASE技術を生かすことによって図2の赤線で示すような高粘度指数で省燃費性能に優れた超低粘度エンジンオイルを開発しています。

ZPテクノロジー(ZP:ジンクピー)

ZPなし
ZPあり

図3 エンジンヘッドカバーの汚れ(エンジン試験200時間後)

ZPは、当社のエンジンオイルに使用している添加剤の一種です。ZPの使用によって、エンジン内にスラッジやワニス等の汚れが付着しにくくなるとともに、エンジンオイルの長寿命化も実現しました。実際に、ZPを使用した当社のエンジンオイルは、清浄性能持続力が従来比で2倍となっています。

これまでの添加剤との違い

図4 ZDTPとZPの分子構造の違い

従来、エンジンオイルには多機能添加剤(酸化防止性能、摩耗防止性能など)として知られるZDTP(ジンクディーティーピー)という添加剤が長年使用されてきました。このZDTPは、分子構造に硫黄原子(S)を含んでおり、この硫黄がエンジン清浄性やオイルの寿命を低下させます。このZDTP中の硫黄原子を酸素原子(O)に置き換えたものがZPです。

ZPの発見

図5 ZDTPの加水分解機構

ZPはZDTPの分解機構に関する研究から発見されました。ZDTPの分解機構を詳しく調べたところ、エンジン内の燃焼行程で、ZDTPは酸化され、ZPと硫化水素などの硫黄化合物に分解することが分かりました。ここで生成した硫黄化合物はさらに水と反応して強酸性の硫酸となり、 エンジンオイル中にある塩基性清浄剤を消耗し、その結果としてエンジンオイルの清浄性能は低下します。そこで、硫黄を含まない(分解により硫黄化合物を生成しない)ZPをZDTPの代替添加剤として適用することで、硫酸も生成せず、清浄剤の機能維持を実現できると考えました。

図6 ENEOS SUSTINA

ただし、ZDTP中の硫黄はエンジンオイルの性能に寄与する効果もあります。当社は、ZPと各種添加剤とを組み合わせることでZDTP配合油同等以上の性能を発揮する技術(ZPテクノロジー)を確立しました。このZPテクノロジーと省燃費ベースオイルWBASEを組み合わせたエンジンオイルがENEOS SUSTINAです。

灰分軟質化技術(JAST;JXTG Ash Softening Technology)の開発

船舶用シリンダ油と船舶用燃料の多様化

エンジン油には様々な働きがありますが、燃料中に含まれる硫黄が反応することで発生する硫酸を中和して、エンジンを腐食から保護することも重要な役割のひとつです。この酸中和性能は、金属系清浄剤と呼ばれる添加剤に含まれるアルカリ成分(主に炭酸カルシウム)により発揮されます。特に船舶用エンジンには、含有する硫黄濃度の高い重油が燃料として用いられることが多いため、船舶用シリンダ油には金属系清浄剤が多く添加されることが一般的です。

しかし近年では海洋環境保全のため、使用する燃料の低硫黄化が求められるようになりました。現在、「一般海域」の他に、燃料硫黄分に対する規制の厳しい「指定海域(ECA; Emission Control Area)」が一部の海域で定められています。一般海域と指定海域とでは燃料硫黄分濃度の規制上限が異なるため、それぞれ高硫黄燃料と低硫黄燃料とが使い分けられています。高硫黄燃料に対して船舶用シリンダ油の金属系清浄剤が不足すると、硫酸の中和不足によりエンジンに腐食摩耗が発生してしまいます。逆に、低硫黄燃料に対して船舶用シリンダ油の金属系清浄剤が過剰な場合、灰分デポジットと呼ばれる硬い堆積物がエンジン内部のピストンに発生して摩耗(ポリッシング)の原因となってしまいます。そのため、船舶用エンジンで硫黄分濃度の異なる燃料を使い分ける場合には、それぞれ異なる酸中和性能を持つ複数の船舶用シリンダ油を切り替えながら使用する必要があります。

灰分軟質化技術(JAST;JXTG Ash Softening Technology)

当社では今、異なる燃料硫黄分の燃料を使い分ける場合であっても、一種類の船舶用シリンダ油で対応可能とするための独自技術の開発に取り組んでいます。そのひとつが灰分軟質化技術(JAST;JXTG Ash Softening Technology)です。この技術を適用した船舶用シリンダ油であれば、通常では硬質な灰分デポジットを軟らかくすることができます。軟らかい灰分デポジットであれば、ピストンに付着したとしても、ピストンの運動により容易に崩れるので堆積せず、ポリッシングによるダメージを防ぐことが出来ます。このJXTG独自技術は、実際のエンジンにおいても有効性が確認されており、良好なピストン清浄性を維持した長時間の運転実績を持っています。

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