分散剤の簡潔な歴史と今後のニーズ

分散剤は不溶性物質や煤をオイル中に浮遊させて、次回のオイル交換時に除去できるようにします。廃棄物が凝集してエンジン周囲に堆積物が発生し、運転効率が低下するのを防ぎます。  

ガソリン エンジンでは、低速、低温、ストップゴー条件下でのスラッジの形成が問題となる場合があります。油不溶性の極性物質や汚染物質が油中に蓄積します。チェックを怠ると、エンジンの低温領域にスラッジやワニスが発生し、動作上の問題が発生します。 

分散剤は、主に HDD エンジンだけでなく一部のガソリン直噴エンジンでも、すすの形成によって引き起こされる粘度の上昇を制御します。すすは燃焼プロセス中に生成され、バルクオイルに入り込み、オイルの粘度を高めます。 

天然ガス エンジンは、潤滑油の灰レベルに非常に敏感です。さまざまな設計があり、さまざまな燃料源で動作します。灰分を含まない潤滑剤、または灰分が非常に少ない潤滑剤は、不溶物や堆積物を最大限に制御するために無灰分散剤に依存しています。 

オートマチック トランスミッション液には通常、ある程度の分散性が含まれています。米国に拠点を置く元工業用化学エンジニアのリカルド・ブロッホ氏は、分散剤の役割は「酸化副生成物を分散させてクラッチに破片が付着しないようにすることである。クラッチが詰まったり、ガラスが付着したりすると、トランスミッションは時間どおりにシフトしなくなる。これらの要因により、これらの分散剤はクランクケース分散剤とは異なる」と語った。 

分散剤の化学

従来の分散剤は、油溶性ポリマー尾部 (通常はポリイソブチレン) と極性基が結合した有機材料です。極性基は、通常は無水マレイン酸である架橋基と、通常は窒素をベースとする官能基から構成されます。 

従来の最も一般的な分散剤タイプは、油溶性基としてPIBを使用しています。分子量は分散特性の重要な変数です。 「PIBはイソブチレンのオリゴマー化によって作られ、数百から数万までのさまざまな分子量で入手可能です」とブロック氏は述べた。

「ポリマー基は油溶性でなければならず、極性基は油中の老廃物に結合して油溶液中に残る必要がある」と彼は付け加えた。 「アルキルポリマー基が小さすぎると、分散剤は不溶性物質の分散を維持できなくなります。」 

PIB を分散剤に変換するには、PIB に無水マレイン酸をグラフト化して (ブリッジ)、ポリイソブチレン無水コハク酸を形成します。無水マレイン酸との反応は、高反応性 PIB (HR-PIB) を使用して「熱」で行うことも、塩素ガスで促進することもできます。分子あたりの機能を最大化するために、PIB の分子に複数の無水マレイン酸を追加できます。

次に、PIBSA はアミンと反応して機能性を与えます。アミンの種類と窒素レベルはさらに変数であり、多くの分散剤ではこれはポリアミンです。ホウ素の追加など、他の変更を加えて特性を修正することもできます。

一部のエンジン オイル配合物には分散剤粘度調整剤が使用されています。 PIB ポリマーは使用せず、代わりに無水マレイン酸と反応して機能性を発揮するオレフィンコポリマーなどの標準的なポリマーを使用します。これらは従来の分散剤よりもはるかに長い鎖長を持っています。

分散剤ポリメタクリレートは、アルキルメタクリレートモノマーを使用して油溶性ポリマー基を作成します。モノマーのカルボン酸基は、窒素含有官能基を付加するための架橋として使用されます。架橋基と官能基はポリマー鎖に沿って規則的に結合しています。

分散剤 PMA の特性は、メタクリレートベースのモノマー、ポリマーの分子量、官能性アミン基の種類と窒素レベルの選択によって変えることができます。これらは、流体の粘度特性を高めるプロセスと分散性制御を組み合わせています。 PMA VM テクノロジーは、他の VM タイプに比べて低温流動特性が非常に優れているため、トランスミッション液に使用されています。 PMA は、残りの添加剤パッケージと組み合わせて、単一の安定した伝送性能パッケージにすることができます。

分散剤の簡単な歴史

分散剤は、ジアルキルジチオリン酸亜鉛やクランクケース潤滑剤用の金属清浄剤といった古い技術に加えて、1950 年代に広く使用され始めました。 「自動車が短距離を走行するとスラッジの形成が発生しましたが、低分子量のPIBSA/PAM分散剤を使用することで改善されました」とブロック氏は述べた。

分散剤の使用は 1970 年から 2000 年にかけて、特に低温スラッジとワニスに対するシーケンス V 乗用車エンジン試験の導入に応じて増加しました。主な分散剤技術は PIB に基づいており、これを塩素化して無水マレイン酸を添加し、その後アミンと反応させました。 「分散剤 PMA は 1960 年代に導入され、続いて 1970 年代後半に分散剤 OCP が導入されました。」ブロッホ氏は語った。 「これらの材料は、低温のスラッジやワニスの処理に優れていました。」

2000 年以降、世界の乗用車販売におけるディーゼル エンジンの市場シェアが大きくなり、HDD エンジンによりすすの量が増加したため、すすの処理がより重視されるようになりました。 「1990年代後半、ディーゼル中のすすはOEMメーカーがNOX排出量を制御しようとした結果だった」と米国に本拠を置くサンジェモン・コンサルティングのロルフ・ハートレー氏はLubes’n’Greasesに語った。 「エンジンのタイミングを遅らせるとピーク燃焼温度が低下し、不完全燃焼と煤が発生しました。」

同氏は、「NOXを削減するために冷却排気ガス再循環（EGR）も使用されましたが、その結果、酸性度の高い凝縮水がオイルに導入され、煤の濃厚化が悪化しました。」と付け加えた。 

高分子量の分散剤技術が開発され、より優れた煤処理能力が示されました。配合者は、低温のスラッジとワニス、および高温のすすの処理をカバーするために分散剤成分のバランスをとり、その結果、分散剤の処理率と分散剤の混合物が増加しました。 

歴史的には洗浄力の方が重要でしたが、分散剤は 2 ストローク船舶用シリンダー油にしばらく使用されてきました。 

API グループ II およびグループ III ベースストックの導入と従来の分散剤の改良により基油の揮発性が改善したため、エンジンオイルにおける分散剤 VM の使用量は減少しました。配合分散レベルは粘度グレードごとの VM 処理率に応じて変化するため、分散剤 VM のエンジン試験プロトコルは複雑です。一定の分散性を実現するには、目標の粘度グレードを達成するために、固定レベルの分散剤 VM と 2 番目の非分散剤 VM の添加が必要です。

潤滑油中の残留塩素含有量に対する環境意識の高まりにより、一部の OEM 潤滑油仕様に塩素制限が導入されました。 「自動車OEMは、潤滑剤中の塩素化化合物が排気ガス中にダイオキシンを発生させる可能性があると懸念していた」と英国を拠点とするコンサルタントのトレバー・ガントレット氏はLubes'n'Greasesに語った。 「ダイオキシン類は非常に安定しています。多くは残留性があり、生物蓄積性があり、強力な発がん性物質であるなど有毒です。」 

HR-PIB ベースの分散剤は、これらの塩素制限を満たすために必要であり、高級エンジン潤滑性能においても利点を示しました。その結果、HR-PIB の需要が大幅に増加し、分散剤として塩素化 PIB に取って代わりました。  

将来の分散性要件

新しいクランクケース潤滑剤の現在の推進要因には、排出ガスの削減と燃費の向上が含まれます。分散剤は、排気触媒や微粒子フィルターなどの排出ガス制御ハードウェアに重大な影響を与えず、硫酸灰、硫黄、リンの化学的制約にも寄与しません。したがって、それらは、排出が制限された配合物において有益な成分である。分散剤は低温粘度の増粘に大きく寄与するため、燃費を改善するために低粘度オイルを求めることは分散剤にとっての課題です。研究者らは、粘度の増粘に対するポリマーの寄与を軽減しながら、スラッジ、ワニス、すす制御の利点を維持しようと努めています。 

米国に本拠を置くSGHコンサルティングのスティーブ・ハフナー氏は、「今日の高レベルの保護を考慮すると、新たに登場する北米の乗用車仕様において、低温または高温の分散性をさらに高める必要はないと予想される」と、米国に本拠を置くSGHコンサルティングのスティーブ・ハフナー氏は語った。乗用車のディーゼルエンジンの使用は大幅に減少しています。 2021年のEUの新車販売に占めるディーゼルの割合はわずか17％だった。 

「排気後処理装置のおかげで、オイル中の煤のレベルは大幅に減少しました」とハートレー氏は語った。 「オイル中のすすレベルが低いということは、追加のすす制御が必要ないことを意味します。」 

内燃エンジンと電気モーターの両方を備えたハイブリッド エンジンは、ますます注目を集めている分野です。ハイブリッドでのエンジン運転時間の短縮や低温運転は、結露やスラッジの問題を引き起こす可能性があり、分散性をより適切に制御する機会が得られます。 

HDD についてハフナー氏は、「今日の保護レベルは OEM が新しいエンジンに必要とするものと同等かそれ以上であると予想されるため、既存の分散剤またはより最適化されたバージョンで十分です。」と述べました。 

ハートレー氏も同意した。 「現在、NOX 排出量は尿素による選択的触媒還元によって制御されており、最先端のエンジン設計においてタイミングを遅らせたり EGR を使用したりする必要がなくなりました。」と同氏は述べました。 「これらのエンジンはオイル中のすすの生成が少なく、必要な分散性も低くなります。」 

ハートレー氏はさらに、「HDD の分散剤処理率が高いままである主な理由は、初期のエンジン設計との下位互換性がなければならないからです。」と付け加えました。

塩素系分散剤の使用量が大幅に減少する中、HR-PIB の需要は増加し続けています。ガントレット氏は、「製造業者にとって、塩素自体が非常に反応性の高い有毒ガスであり、非常に低濃度で皮膚、目、呼吸器への刺激を引き起こす可能性があるという問題がある。塩素は鉄や一部のポリマーと反応するため、輸送、保管、製造に専門の設備が必要となる。」とコメントした。

クランクケース用分散剤 VM は、配合中の従来の分散剤の量を減らし、燃料効率を高めます。ただし、非常に低粘度のグレードでは VM がほとんどまたはまったく必要ないため、達成できる分散性は低くなります。分散剤 VM に対する顧客の抵抗感は依然として残っています。製品は独特である傾向があるため、ブレンド工場での追加の VM 在庫とともに供給の安全性が懸念されます。

船舶用エンジンオイルの場合、低硫黄燃料への移行、留出グレードの使用増加、新しいエンジン設計により、効果的な分散剤の使用の重要性が高まっています。これは、新製品を配合する際の洗浄力の継続的な必要性とのバランスを取る必要があります。

ATF にとっても、e-トランスミッションにおける電気的およびハードウェアの互換性の向上とともに、燃費が重要な推進力となります。粘度は非常に低くなり、電子トランスミッションにおける VM の必要性と使用の可能性が制限されています。  ただし、分散剤 PMA は、潜在的に高い導電率を若干犠牲にして、より優れた酸化保護を確保する役割を果たすことができます。電子トランスミッションにクラッチやシンクロナイザーが付いている場合は、摩擦特性も必要になる場合があります。  

ビクトリー® アビエーション オイル 100AW

無灰分散剤、耐摩耗添加剤を配合した航空機ピストンエンジン用シングルグレードエンジンオイル

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW は、ライカミング サービス ブリテン 446E および 471B およびサービス指示 1409C によって義務付けられている、適切な濃度の擦り傷防止/耐摩耗添加剤 (LW-16702) が事前にブレンドされた無灰分散剤のシングル グレード エンジン オイルです。カムリフターの摩耗が懸念される対向ピストンおよびラジアルピストン航空機エンジンでの使用をお勧めします。

一般航空航空機のピストン エンジンで使用される FAA 承認の航空オイルには 2 つの基本的なタイプがあります。

1. ストレートミネラル

2. 無灰分散剤(AD)

ライカミング エンジンの多くは、新しいエンジン、再構築されたエンジン、またはオーバーホールされたエンジンの「慣らし運転」目的でストレート ミネラル オイルを使用します。オペレータは「ならし運転」が完了した後、AD オイルに切り替える必要があります。通常の慣らし期間 (25 ～ 50 時間) を超えてストレート鉱油を使用するエンジンでは、緩んだスラッジ堆積物がオイル通路を詰まらせる可能性があるため、後で AD オイルに切り替える場合は注意して行う必要があります。オイルスクリーンは、飛行後にスラッジの塊が現れなくなるまで点検する必要があります。

AD オイルを使用して慣らし運転を行うライカミング エンジンには、すべてのターボチャージャー付きモデル、O-320-H および O/LO-360-E が含まれます。

現在の FAA 承認の無灰分散剤オイルには、ストレート鉱油よりも優れた添加剤がすでに含まれているため、ライカミング エンジンでの追加のオイル添加剤の使用は非常に制限されています。 The only additive approved by Lycoming is Lycoming part number LW-16702, an anti-scuffing, anti-wear oil additive.このオイル添加剤の使用を管理するポリシーは、Service Bulletins 446 および 471 の最新版、および Service Instruction 1409 に詳しく説明されています。これらの出版物では、トランスミッションとクラッチ アセンブリに摩擦タイプのクラッチと共通のエンジン オイル システムを使用するものを除く、すべてのライカミング レシプロ エンジンに LW-16702 を使用することが承認されています。 The use of LW-16702 is required in certain engine models. These models are the 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO- 360-E, TIO and TIGO-541.

Clean engine oil is essential to long engine life, and the full-flow oil filter is an added improvement over older methods of filtration.一般に、オイル交換のたびにフィルターエレメントを交換すると、外部オイルフィルターを使用すると、オイル交換の間隔が長くなる可能性があることがサービス経験からわかっています。 ただし、ほこりの多い地域、寒冷地、およびアイドル期間が長く不定期な飛行が発生する場所での運用では、オイルフィルターを使用しているにもかかわらず、それに比例してより頻繁なオイル交換が必要になります。。オイルとオイル フィルター エレメントは、エンジンを 50 時間運転した後、定期的に交換する必要があります。また、エンジン内部の損傷の証拠がないかフィルター内に捕らえられた物質を検査するためにフィルターを切り開いてください。新しいエンジンや最近オーバーホールしたエンジンには、金属の削りくずの小さな粒子が見つかる場合がありますが、危険ではありません。最初の 2 ～ 3 回のオイル交換後に金属が見つかった場合は、重大な問題が発生していることを示すものとして扱い、徹底的な調査を行う必要があります。 The oil filter does not remove contaminants such as water, acids or lead sludge from the oil.これらの汚れはオイルを交換することで除去されます。

The oil filter is even more important to the high compression or higher-power engine.一部の航空機メーカーは、フルフロー フィルターを使用せずに、小型で低圧縮の 4 気筒エンジンで成功を収めています。一般的に、これらのエンジンは、オイルが継続的に交換され、機体とエンジンのメーカーの推奨に従って操作とメンテナンスが行われている限り、予想されるオーバーホール寿命を達成することができます。

The latest revision to Lycoming Service Instruction 1014 gives recommendations for lubricating oils, oil change intervals and engine break-in.パイロットと整備士は、整備中のエンジンに使用されているオイルの重量、種類、ブランドを知っておく必要があります。オイル交換のたびに、この特定の情報をエンジン日誌に記録する必要があります。 Except as a temporary measure in an emergency, different oils should not be mixed.オイルを一貫して無差別に混合すると、オイル消費量が多くなる問題や、オイル コントロール リングやオイル スクリーンの詰まりが発生する可能性があります。

オイル消費量は、エンジンの健全性の傾向を監視するために非常に重要です。オペレーターとメンテナンス担当者は、エンジンの寿命中のオイル消費の一般的な履歴を知っておく必要があります。新しいピストンリングを装着する際のエンジンの典型的な例として、オイルの消費量が不安定になったり、消費量が多くなったりすることがあります。しかし、リングが装着された後、通常は最初の 25 ～ 50 時間以内に、オイル消費量はメーカーが設定した最大制限値を下回って横ばいになるはずです。その後、エンジンの耐用期間中に、25 時間以内にオイル消費量が顕著に増加した場合は、危険信号の可能性があるため、調査が必要です。オイルスクリーンとフィルターに金属の痕跡がないか注意深く観察する必要があります。メンテナンス担当者は、差圧装置を使用してシリンダーの圧縮チェックを行うとともに、ボアスコープまたはグースネック ライトでシリンダー内部を観察して、異常な状態を検出する必要があります。