(57)【要約】本発明は、内燃機関で使用するための燃料フィルターに関する。前記燃料フィルターは、燃料中に放出され得る燃料添加剤を含む。燃料に対する放出速度は、制御され得る。一態様では、燃料添加剤がマトリックス材料と混合され、実質的に一定な速度で放出されて、燃料中の燃料添加剤の均一な値を維持し得る。本発明の使用は、燃焼機関で典型的に用いられる燃料フィルターよりも長い延長寿命を有する燃料フィルターを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料中に燃料添加剤を放出する方法であって、
燃料添加剤組成物においてマトリックス材料と混合されている燃料添加剤を含む燃料フィルターを提供する工程であって、前記燃料添加剤がマトリックス材料に分配されて且つ燃料中に放出される場合に燃料に少なくとも一つの利益を提供することに有効であり、前記燃料フィルターが燃料供給源と内燃機関との間に置かれている前記工程；
前記燃料添加剤組成物の一部分を前記燃料の一部分に接触させ、前記燃料の一部分に溶解している燃料添加剤を含む燃料組成物を提供する工程；及び
前記燃料組成物を前記燃料と混合させる工程：
を含む前記方法。
【請求項２】
燃料添加剤が、炭化水素不溶性コーティングで被覆されている、請求項１の方法。
【請求項３】
混合させる工程が、燃料組成物と燃料との間に拡散制御オリフィスを置くことを含む、請求項１の方法。
【請求項４】
混合させる工程が、燃料組成物と燃料との間に少なくとも一つのバッフル板を置くことを含む、請求項１の方法。
【請求項５】
混合させる工程が、燃料が所定の温度範囲内の温度レベルを示す場合に燃料組成物を前記燃料中に拡散させることを含む、請求項１の方法。
【請求項６】
マトリックス材料が燃料に実質的に不溶性である、請求項１の方法。
【請求項７】
マトリックス材料が高分子材料を含む、請求項１の方法。
【請求項８】
燃料添加剤組成物が、添加剤成分及びマトリックス成分の少なくとも一部分を取り囲んでいるコーティング材料を更に含む、請求項１の方法。
【請求項９】
コーティング材料が、コーティング材料を含まない同一燃料添加剤組成物に対して、添加剤成分の燃料中への放出速度を減少させることに有効な量で存在する、請求項８の方法。
【請求項１０】
コーティング材料が燃料に実質的に不溶性である、請求項８の方法。
【請求項１１】
燃料中へ燃料添加剤を放出する方法であって、
マトリックス材料及び添加剤成分を含む燃料添加剤組成物を提供する工程であって、前記添加剤成分が前記マトリックス材料中に位置し且つ燃料中に放出される場合に燃料に少なくとも一つの利益を提供し、前記マトリックス材料が（１）燃料に実質的に不溶性であり、（２）マトリックス材料を含まない同一組成物に対して、添加剤成分の燃料中への放出速度を減少させることに有効である前記工程；及び
燃料添加剤組成物から燃料中へ添加剤成分を放出することに有効な条件にて、燃料添加剤組成物と燃料を接触させる工程：
を含む前記方法。
【請求項１２】
マトリックス材料が少なくとも一つの高分子材料を含む、請求項１１の方法。
【請求項１３】
燃料が液体である、請求項１１の方法。
【請求項１４】
燃料がディーゼル燃料である、請求項１１の方法。
【請求項１５】
マトリックス材料が最初は、固体、ゲル又はペーストからなる群より選択される形態で燃料添加剤組成物に存在する、請求項１１の方法。
【請求項１６】
マトリックス材料が少なくとも約82℃の融点を有する、請求項１１の方法。
【請求項１７】
マトリックス材料が二つ以上の高分子材料を含む、請求項１１の方法。
【請求項１８】
高分子材料が、分子あたり2から約12の炭素原子を有するオレフィン成分に由来するポリマー反復単位を含む、請求項１２の方法。
【請求項１９】
高分子材料がエチレンのポリマーを含む、請求項１２の方法。
【請求項２０】
高分子材料がエチレンとビニル アセテートとの共重合体を含む、請求項１２の方法。
【請求項２１】
高分子材料がエチレンとブチレンとの共重合体を含む、請求項１２の方法。
【請求項２２】
高分子材料が少なくとも部分的に酸化されている、請求項１２の方法。
【請求項２３】
高分子材料が酸化ポリエチレン ワックスである、請求項１２の方法。
【請求項２４】
高分子材料が酸化ポリプロピレン ワックスである、請求項１２の方法。
【請求項２５】
マトリックス材料が脂肪酸成分を含む、請求項１１の方法。
【請求項２６】
脂肪酸成分が、約28から約36の炭素原子を有する脂肪酸分子を含む、請求項２５の方法。
【請求項２７】
脂肪酸成分がモンタン酸を含む、請求項２５の方法。
【請求項２８】
脂肪酸成分が少なくとも約80℃の融点を有する、請求項２５の方法。
【請求項２９】
燃料添加剤組成物が二つ以上の層を有し、各層が添加剤成分及びマトリックス材料の異なる混合物を含む、請求項１１の方法。
【請求項３０】
燃料添加剤組成物が、添加剤成分及びマトリックス材料の少なくとも一部分を取り囲んでいるコーティング材料を更に含み、前記コーティング材料が、コーティング材料を含まない同一添加剤組成物に対して、添加剤成分の燃料中への放出速度を減少させることに有効な量で存在している、請求項１１の方法。
【請求項３１】
コーティング材料が高分子材料である、請求項３０の方法。
【請求項３２】
高分子材料がポリエチレン ビニル アセテートである、請求項３１の方法。
【請求項３３】
マトリックス材料が、コーティング材料と異なる組成を有する、請求項３０の方法。
【請求項３４】
マトリックス材料が、コーティング材料と同じ組成を有する、請求項３０の方法。
【請求項３５】
マトリックス材料及びコーティング材料の少なくとも一つが、少なくとも約82℃の融点を有する、請求項３０の方法。
【請求項３６】
マトリックス材料が最初は液体で組成物中に存在している、請求項３０の方法。
【請求項３７】
燃料添加剤組成物が、放出エンハンサーを含まない同一組成物に対して、添加剤成分の燃料添加剤組成物からの放出速度を増加させることに有効な量の放出エンハンサー成分を更に含む、請求項１１の方法。
【請求項３８】
放出エンハンサー成分が、灯心材料、界面活性剤及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項３７の方法。
【請求項３９】
燃料添加剤組成物が、補強成分を含まない同一燃料添加剤組成物に対して、燃料添加剤組成物の構造強度を増加させることに有効な量の補強成分を更に含む、請求項１０の方法。
【請求項４０】
補強成分が、綿繊維、ポリプロピレン繊維及びファイバーグラス繊維からなる群より選択される、請求項３９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、1999年6月16日に出願された米国特許出願第09/333,556号の分割出願である2000年12月15日に出願され現在継続中である米国特許出願第09/737,900号の一部の継続出願である。前記出願の各開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする。
（背景技術）
本発明は一般的に、例えば商業用車両のディーゼルエンジン（これだけに限られないが）といった内燃機関で使用するための燃料フィルターに関する。より具体的には、本発明は、燃料中に放出され得る燃料添加剤を含む燃料フィルター及び燃料中に前記添加剤を放出する方法を対象とする。
燃料フィルターは、汚染物質を濾過して取り除くことによって燃料機関を保護することに用いられる必須構成部品であって、エンジン並びに弁、燃料噴射装置、燃料ライン及び関連構成部品のような他の下流の構成部品に対する損傷を防ぐ。燃料は、多数の供給源からの多種多様な汚染物質を飛沫同伴(entrain)し得る。しばしば燃料は酸化して、アスファルテンと一般的に呼ばれるニスのような樹脂材料を形成する。細菌は、燃料中、特に水分を含む燃料中で増殖し得る。増殖する細菌は、燃料タンク、燃料ライン及び燃料フィルターの内面上に“粘液”を形成する。前記粘液はしばしば前記内面を脱却し、燃料が燃料ラインを通じて遊離粘液を輸送する。燃料フィルターはアスファルテン及び細菌を濾過して取り除く；しかしながら、その過程において、アスファルテン及び細菌が燃料フィルター要素を遮断する。遮断されたフィルターは、燃料流量の減少を示し、フィルター要素の異なる側の圧力を増加させ、それによりエンジン性能及び燃料効率が減少させられる。エンジンの性能及び信頼性を維持するために、燃料フィルターは、しばしば2,000-4,000車両マイル(vehicle miles)毎に頻繁に取り換えられなければならない。多くの車両、特に一月に何千マイルも移動する商業用トラックに対して、このことが車両維持費及び操業費を有意に増加させ、信頼性を減少させ得る。
【０００２】
幸運なことに、アスファルテンの形成及び細菌の増殖は、抗酸化剤及び殺生剤のような燃料添加剤を燃料に添加することによって阻害され得る。分散剤が添加されて、フィルター及び他の燃料関連構成部品の既存する材料目詰まりの一部を粉砕し溶解させ得る。効果的には、前記添加剤が燃料中に継続して保持されなければならない。このことは多くの場合、困難である。冷却材システム及びオイルシステムのような他の流体システムと異なって、燃料システムは流体の全てを再循環させない。従って前記添加剤は、制御された速度で燃料に継続的に添加されなければならない。
一定レベル又は所望レベルの添加剤を燃料中に保持することは、困難である。典型的には運転者が、燃料を充填する毎に、瓶入りの添加剤を車両の燃料タンクに添加しなければならない。多くの瓶入り燃料添加剤が商業的に入手可能であるが、運転者が充填する毎に添加剤を堅実には添加しないことが多い。添加剤が容易に入手可能でないことや、運転者が添加剤を入れるのを忘れることがある。添加剤が燃料タンクに添加される場合に、添加剤が燃料と均質な混合物を常には形成しない。燃料タンクは、燃料を混合するための確実な方法を含まない。一般的に運転者は、充填の間及び車両の動作によって作り出される乱流が添加剤と燃料とを混合することを頼みにする。そのうえ、燃料中の添加剤濃度は、充填ごとに一定量の添加剤が添加されることを想定して添加される燃料の量に依存して、変動し得る。
【０００３】
次の参考文献は、添加剤を含む一般的なフィルターについての背景を提供する。
Davisの米国特許第5,372,942号は、ワックスに組み込まれた添加剤を有する加圧燃料フィルターを開示しており、前記のワックス/添加剤組成物は、燃料と接触する場合に溶解する。付加的な添加剤は、燃料フィルターの一部分が目詰まりする場合にのみ添加され、フィルター中の燃料レベルが上昇して、ワックス/添加剤組成物に接触し更なる量の前記組成物を溶解する。
Lefebvreの米国特許第5,591,330号は、オイルの酸化添加剤及び酸性化添加剤を有する熱可塑性材料を含むオイルフィルターを開示している。その熱オイルがエンジン及びフィルターを通って再循環しており、熱可塑性材料を溶解し、それによって添加剤がオイル中に放出される。
Hudgensの米国特許第5,662,799号は、再循環冷却材のための冷却材フィルターを開示している。前記冷却材フィルターは、補足冷却材添加剤（SCA）、及び再循環冷却材流体に既に溶解しているSCAの濃度を維持する放出手段を含む。
本発明によって取り組まれる設計上の課題の一つは、燃料添加剤の燃料中への放出をどうやって制御するかということである。本発明は幾つかの方法で前記課題を解決し、この方法の各々が新規かつ非自明な解決法であると信じている。この解決法は、先に記述した望ましくない副作用を回避し、保全間隔を増加させること、燃料フィルターの寿命を増加させること、並びにエンジン性能及び燃料効率を高めることに活用され得る。
【０００４】
（発明の要約）
一つの態様では、本発明は、制御速度で燃料添加剤を燃料中に放出することに適している、燃料を濾過するための燃料フィルターを提供する。前記燃料フィルターは、燃料の流入口及び流出口を含み内部チャンバーを規定しているハウジング組立て品(assembly)；内部チャンバーの中に配置されているフィルター要素；内部チャンバーの中に配置されている燃料添加剤供給源；及び燃料添加剤の燃料中への放出速度を制御するための徐放装置(slow release means)を含む。前記徐放装置は、燃料添加剤供給源と燃料流出口との間に置かれている。
別の態様では、本発明は、燃料添加剤を燃料中に放出することに適している、燃料を濾過するための燃料フィルターを提供する。前記燃料フィルターは、フィルターチャンバー、燃料の流入口及び流出口を規定する外部ハウジング組立て品(assembly)；フィルターチャンバーの中に配置され、燃料の流入口と流出口との間に置かれているフィルター要素；フィルターチャンバーの中に配置され、フィルターチャンバーによる流体の連絡(fluid communication)において内部チャンバーを規定している内部ハウジング組立て品；内部チャンバーの中に配置されている燃料添加剤供給源；及び燃料添加剤供給源と燃料流出口との間に置かれている拡散制御オリフィスを含む。
【０００５】
別の態様では、本発明は、燃料添加剤を燃料中へ放出する方法を提供する。前記方法は：燃料添加剤組成物を含み、燃料供給源と内燃機関との間に置かれている燃料フィルターを提供する工程；
燃料添加剤組成物の一部分を燃料の一部分と接触させて、燃料及び燃料添加剤を含む燃料組成物を提供する工程；及び
前記燃料組成物を燃料と混合させる工程：
を含む。
更なる態様では、本発明は、燃料添加剤を燃料中に放出する方法を提供する。この方法は、マトリックス材料及び添加剤成分を含む燃料添加剤組成物を提供することを含む。前記添加剤成分は、前記マトリックス材料中に置かれて、例えば分配されて、好ましくは実質的に均一に分配されており、燃料中に放出される場合に燃料に少なくとも一つの利益を提供することに有効である。前記マトリックス材料は、少なくとも一つの高分子材料を含み、（１）燃料に実質的に不溶性である及び/又は（２）マトリックス材料を含まない同一組成物に対して、添加剤成分の燃料中への放出速度を減少させることに有効である。前記燃料添加剤組成物は燃料と接触させられ、それによって添加剤成分が燃料添加剤組成物から燃料中へと放出される。
【０００６】
本発明の一つの目的は、燃料添加剤を含む改良した燃料フィルターを提供することである。
本発明の別の目的は、燃料添加剤の燃料中への効果的な放出、好ましくは徐放、より好ましくは制御された放出を提供することである。
整理番号（代理人整理番号D-2874）及び（代理人整理番号D-2912）を有し同一の日に出願された同一出願人による米国特許出願は、幾つかの関連する主題を対象としている。前記の同時係属する米国出願の各開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする。
本明細書で説明する特徴の各々及び全て、並びに前記特徴の二つ以上の組合せの各々及び全てが、前記特徴が相互に矛盾しないような組合せで含まれることを条件に、本明細書の範囲内に含まれる。
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、本明細書で提供される詳細な図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００７】
（発明の詳細な説明）
本発明の原理を理解することを容易にするために、図面で図示する態様への参照を行い、同じものを説明するために特定の専門用語を用いる。それにもかかわらず、これらによって本発明の範囲の限定が意図されないことは理解されるであろう。本明細書で説明される方法、システム又は装置における変更及び更なる改変のいずれも、並びに本発明の原理の更なる応用のいずれもが、本発明に関連する当業者にとって普通に思い浮かぶであろうことが予期される。
これと反対の特に明白な断りのない限り、本明細書で一つ以上のもの又は動作に言及して用いられる“含む”、“挙げられる”、“含まれる”及び“含まれている”という単語、並びに“例えば”という略語の各々は、その参照が具体的に言及される一つ以上のもの又は動作に限られないことを意味する。
図１を参照すると、本発明の一態様の燃料フィルター１０が図示されている。フィルター１０の図示する態様は、燃料添加剤及び燃料添加剤に関連する徐放装置を除いて、燃料フィルターに典型的な構成の基本的な構成部品を含むことが意図されている。フィルター１０の基本的な構成部品は、フィルターチャンバー１４を規定しているハウジング１２、フィルターチャンバー１４の中に配置されているフィルター要素１６、外見上ねじ込まれている壁(externally threaded wall)１９を有する水抜き１８、及び外見上ねじ込まれている壁１９に嵌ってかみ合うのに適しているめねじ(internal thread)を有するキャップ２０を含む。
【０００８】
ハウジング１２は、閉じた底面末端２２及び開いた流出口末端２４を含み、前記流出口末端はナットプレート２６の外縁の周囲に対して端を曲げられている。その端を曲げられた組合せが、フィルターハウス組立て品２３を作っている。ナットプレート２６は、フィルター１０に入る燃料に注入口開口(inlet opening)２８を提供する。ナットプレート２６によって規定されている内部ねじ込み流出口開口部(outlet aperture)３０が、濾過された燃料に流れの出口を提供する。
フィルター要素１６は、その一端を流出口端板３２によって支持されており、反対側の一端を底面板３４によって支持されている。フィルター要素１６は、端板３２に固定されて、流体密封を形成する。燃料は、注入口２８を通ってフィルターチャンバー１４に入り、円筒の内面と外面との間(annular space)３５へ流れる。燃料は、円筒の内面と外面との間３５から放射状に内部へフィルター要素１６を通って内部領域３７へ流れ込み、次に流出口３０の開口(opening)３９を通って流れ出る。燃料は、流出口３０から、キャブレーターシステム又は燃料噴射システム（図示せず）を含み得る内燃エンジンへと流れる。
底面端板３４は、フィルター要素１６及び本発明に付随する構成部品に支柱及び台座を提供し、前記構成部品は、複数個の錠剤又はペレット４２の形態で提供されるフィルター添加剤を含む。フィルター１０によって示される態様では、底面板３４がバネ４１によってハウジング１２から間隔を空けられている。
燃料フィルター１０の基本的なフィルター構成部品及び構成の先の説明は、図１に関連して提供され、また図３−６に描かれるフィルター要素に応用できる。従って、同じ参照番号は、同じ構成部品に使用される。図１と図３−６で示されるフィルターの間の相違は、複数個の被覆ペレット錠剤４２を収容する構造に具現されている。
【０００９】
図１を参照すると、燃料フィルター１０はキャップ３６及び底面板３４を含み、前記キャップ及び底面板は一緒に嵌め合わさって内部チャンバー４０を形成する。キャップ３６は、実質的に円筒形であり、同じ大きさの上部４３を含み、フィルターチャンバー１４の内径より小さい外径を有する。キャップ３６は、環状棚４５及び上板部分６２を含む。環状棚４５は、フィルター要素１６に支柱を提供し、フィルター要素１６の下方部分と共に流体密封を形成するのに適する。上板部分６２は、内部チャンバー４０と内部領域３７との間に流体の連絡を提供するオリフィス４４を含む。上板部分は、少なくとも一つ、好ましくは二つの通気口(vent opening)４６も含む。上板６２は、軸方向に突き出している先細りの拡散管４８を含む。拡散管４８は、オリフィス４４に対する先細りの拡散通路を規定し、それを通じて拡張して、内部チャンバー４０と内部領域３７との間に流体の連絡の通路を設置する。
さらに図２を参照すると、本発明で使用するための典型的なバッフル板５０が示されている。キャップ３６は少なくとも一つ、好ましくは複数個のバッフル板５０を含み得るが、バッフル板を含むことを必ずしも必要としない。各バッフル板５０は、バッフル板を通じて形成される複数個の開口５１を含む。バッフル板５０は、拡散管４８から間隔を空けている。好ましい態様では、キャップ３６が、相互に間隔を空けている三つのバッフル板５０を含み、各バッフル板が個々にその周辺端部をキャップ３６の内面５２に固定されている。別の態様ではキャップ３６が、少なくとも一つのバッフル板５０を含み、拡散制御オリフィス又は拡散管４８を含む必要がないことが、理解されるであろう。そのように提供される場合には、キャップ３６が、フィルターチャンバー１２と共に流体の連絡を提供する開口を有し、燃料の内部チャンバー４０への流れを減速する及び/又は燃料添加剤の放出速度を制御するために充分な数のバッフル板５０を含む。さらに、複数個のバッフル板５０は、内部チャンバー４０における乱流を減少させることを提供し得る。好ましくは、各バッフル板５０が隣接するバッフル板から間隔を空けて、隣接するバッフル板の複数個の開口５１を一直線上に並ばせない(misalign)。
【００１０】
図１に示されるように、キャップ３６は、底面板３４に嵌って、内部チャンバー４０を規定している内部ハウジング４３組立て品を形成する。内部チャンバー４０への開口は、拡散オリフィス４４及び通気口４６だけである。内部チャンバー４０は実質的には、錠剤４２の形態で示されている燃料添加剤組成物で充填されている。燃料添加剤組成物は、立方体、円筒形及び球形を含む種々の形状及びサイズで提供され得る。典型的には、錠剤４２が立方形で提供されて、内部チャンバー４０を充填する。
フィルター１０の中のフィルターチャンバー１４からの燃料は、拡散オリフィス４４を通って内部チャンバー４０へ移動する。内部チャンバー４０の中の燃料は、燃料添加剤の錠剤４２の外部コーティング４７と接触する。燃料は次にコーティング４７を通じて拡散して燃料添加剤組成物と接触し、前記燃料添加剤組成物は燃料に溶解して、溶解している添加剤を含む燃料組成物を提供する。前記燃料組成物は、コーティング４７を通って戻り、内部チャンバー４０の中へ拡散する。前記燃料組成物は、内部チャンバー４０で燃料と混合する。
【００１１】
燃料システムは、燃料システムが流体の全てを再循環させないことから、内燃機関で用いられる冷却材システム及びオイルシステムと異なっている。従って、そのような条件下ではフィルターチャンバー１４の中へ入る燃料のかなりの量が、フィルター１０を通って再循環させられておらず、実際には非常に少量の溶解している添加剤を含んでいる。いずれの理論によっても拘束されることを意図しないが、内部チャンバー４０の中の燃料組成物に溶解している添加剤の濃度は、内部チャンバー４０の外側のフィルターチャンバー１４の中の燃料に溶解している添加剤の濃度より非常に高いことが信じられている。このような濃度差は、再循環流体システムにおいて予想され得るよりも実質的に大きい。このような濃度差は、燃料組成物を内部チャンバー４０からフィルターチャンバー１４へと移動させる、より強力な推進力を作り出す。好ましい態様では、バッフル板５０及び/又は拡散オリフィス４４が提供されて、内部チャンバー４０へ流れ込む燃料の流れ及び内部チャンバー４０から流れ出る燃料の流れを阻害する又は減少させる。このことは、燃料フィルター１０の耐用寿命(useful lifespan)を増加させ、燃料添加剤組成物の燃料中への放出速度を制御する。
内部チャンバー４０は、フィルターチャンバー１４の内側の実質的に静止した領域を提供し、前記領域はフィルター１０を通って流れる燃料によって作り出される流れに直面しない。内部チャンバー４０の溶解している燃料添加剤の濃度がフィルターチャンバー１２の燃料添加剤の濃度に比例して増加することから、燃料組成物が平衡を達成するために内部チャンバー４０からフィルターチャンバー１４へ移動する又は拡散する。溶解している添加剤及び燃料を含む燃料組成物は、拡散管４８及び拡散オリフィス４４を通って拡散し、フィルターチャンバー１４で燃料と混合する。前記拡散オリフィスは、内部チャンバー４０の中からの高濃度溶液の移動に対して制限開口を規定している。
【００１２】
本発明で使用するための燃料添加剤は、液体又は固体の形態であり得る。二つ又はそれ以上の燃料添加剤が混合されてもよい。
燃料添加剤は、多種多様な結合剤、配合剤及び離型剤を更に含み得る。本明細書で用いられるように、燃料添加剤という用語は、燃料及び/又はエンジン及び関連する燃料取扱い構成部品に有益な特性を与える商業的に既知である及び/又は一般的に用いられる燃料添加剤のいずれをも含む。燃料添加剤の一般的な種類には、抗酸化剤、抗磨耗剤、セタン向上剤、腐食防止剤、乳化破壊剤、清浄剤、分散剤、流動性向上剤、潤滑剤及び金属活性低下剤が挙げられる。
本発明のある特に有利な態様では、燃料添加剤が適切なポリマーと組合わされて、燃料添加剤成分及び徐放性成分を有する燃料添加剤組成物を形成する。例えば、燃料添加剤組成物が、図１に示される被覆錠剤４２のような固体又は半固体材料の形態であり得る。あるいは又はさらに、燃料添加剤組成物がマトリックス材料と混合された燃料添加剤成分を含み、前記マトリックス材料は添加剤の燃料への放出速度を制御するように選択される。
燃料添加剤の錠剤４２は、燃料添加剤組成物の錠剤４２を包む炭化水素不溶性の外部コーティング４７を含む。炭化水素不溶性のコーティングは、炭化水素燃料混合物に実質的に不溶性であるように、しかし燃料に対して浸透性であるように選択されて、燃料がコーティングに浸透して燃料添加剤と接触することを可能にする。燃料添加剤の一部分は、燃料に溶解して、溶解している燃料添加剤を含む燃料組成物を提供する。コーティングは硬いコーティングであってもよく、又は軟らかい柔軟なコーティングであってもよい。一般に、燃料が燃料添加剤組成物へ接近することを可能にし、下流の燃料システム、燃料噴射器、弁及び関連するエンジン構成部品に悪影響を与えないコーティングであれば、どのコーティングも本発明で使用し得る。
【００１３】
コーティング材料は、燃料添加剤組成物の錠剤４２の徐放性成分を提供し、コーティング材料を含まない同様な添加剤に対して、燃料添加剤の燃料中への放出速度を減少させることに有効である。典型的かつ好ましいコーティング材料は、ポリエチレン又はポリビニル アセテート及びこれらの混合物を含む商業的に入手可能なポリマー、共重合体及びブロック共重合体であるが、これだけに限られない。好ましくは、コーティングが、添加剤の燃料中への効率的な放出速度を提供するように選択される。効率的な放出速度によって、燃料及び関連する燃料取扱い構成部品に有益な特性を提供するのに充分な濃度で添加剤が放出されることが理解されるであろう。
図１の別の設計は、複数個の被覆錠剤４２をより少ない数のより大きなペレット又は錠剤と置換えることを含む。特定の質量の燃料添加剤組成物に対して燃料添加剤の総表面積を減少させることによって、前記添加剤組成物がより遅い速度で溶解する。例えば、燃料添加剤組成物は、単一物の形態でフィルター１０に存在し得る（例えば図６を手短に参照）。燃料添加剤組成物は、また、例えば円筒形錠剤、立方体錠剤、球形錠剤及び“ドーナツ”型パックといった種々の形状の形態を含み得る。好ましくは、燃料添加剤組成物が円筒形である。異なる形状及びサイズは、徐放速度を制御し得る。
一態様では、添加剤組成物が、約9 mmの長さの寸法と約9 mmの直径を有する円筒形錠剤の形態である。錠剤は、全ての辺が約9 mmである立方体であってもよい。別の態様では、添加剤組成物が、中心に穴を有し、外径が約 8cm、内径が約5 cm、高さが約3 cmである平らなパックである。
【００１４】
あるいは又はさらに本明細書で説明される燃料添加剤組成物の錠剤を提供することに対して、マトリックス、例えば固形マトリックスに液体燃料添加剤を組込むことが特に有利である。このことは、添加剤が燃料へ放出される速度を制御する別の手段を提供する。より具体的には、例えば燃料添加剤が、炭化水素可溶性又は炭化水素不溶性のいずれかであるマトリックスの中に組込まれ得るか、又は前記マトリックスによって取り囲まれ得る。しかしながら、特にマトリックス材料が炭化水素不溶性である場合には、燃料が、例えばマトリックスに浸透することによって、燃料添加剤に接触可能でなければならない。
本明細書で用いられる“マトリックス材料”が、燃料添加剤又は燃料添加剤成分と混合されて燃料添加剤組成物を形成する徐放性成分に言及することを注意しておく。マトリックス材料は、被覆錠剤４２に関して上に記述されるような燃料添加剤成分の周りを被覆している徐放性成分と区別される。
好ましくは、マトリックス材料が、所望の放出速度、硬度、溶解度及び融解範囲を達成するように選択された適切なポリマー又はポリマー混合物のいずれをも含む高分子材料を含む。前記高分子材料は、最初に燃料添加剤と混合されるときに、固体、ゲル、ペースト、融解材料等であり得る。好ましくは、徐放性材料、すなわちマトリックス材料及びコーティング材料のいずれか又は両方が、少なくとも約82℃の融点を有する。
【００１５】
高分子材料は、例えば分子あたり2から約12の原子を有するオレフィン成分に由来するポリマー反復単位を含み得るが、これだけに限られない。有用なポリオレフィン類は、2から約12の炭素原子の未置換脂肪族炭化水素オレフィン類のポリマーを含み、例えば2から約12の炭素原子の未置換脂肪族炭化水素オレフィン及び2から約12の炭素原子の置換脂肪族炭化水素オレフィンのポリマーであるが、これだけに限られない。ある好ましい態様では、高分子材料が酸化されている。別の好ましい態様では、高分子材料がアミド化されている。
一態様では、マトリックス材料が脂肪酸成分、例えば約18又は約28から約36の炭素原子を有する脂肪酸分子を含む脂肪酸成分を含む。特に有用な脂肪酸成分は、通常はC28H56O2であるモンタン酸である。適切な脂肪酸成分、例えばモンタン酸は、好ましくは約76℃から約87℃、より好ましくは約76℃から約81℃の融点を有する。ある有用な態様では、脂肪酸成分が少なくとも約80℃又は少なくとも約82℃の融点を有する。
好ましい態様では、脂肪酸成分、例えばモンタン酸が、エステル化されて酸エステル ワックス、例えばモンタン酸エステル ワックスも形成し得る。脂肪酸エステル ワックスは、好ましくは、モンタン酸を含む約C20から約C30の脂肪酸のエステル類である主要な構成成分を有する。
【００１６】
別の態様では、モンタン酸が他の脂肪族カルボン酸と結び付いて、脂肪酸アミド類を形成し得る。例えば、一つ又は二つ以上のモンタン酸が、少なくとも約10の炭素原子、好ましくは約14から約25の炭素原子を有する少なくとも一つの脂肪族カルボン酸に対して、約60から約400、好ましくは約60から約200の分子量を有する少なくとも二官能性のポリアミン類、ポリオール類又はアルカノールアミン類で結び付けられ得る。
他の高分子材料も、マトリックス成分を形成し得る。そのような高分子材料には、セルロース、エチルセルロース、他のセルロース誘導体、シリコン、ゴム、脂肪性合成界面活性剤、熱可塑性樹脂、吸着剤等、これらの組合せ及びこれらの混合物が挙げられるが、これだけに限られない。
好ましいポリオレフィン類は未置換脂肪族炭化水素モノオレフィン類から調製され、前記未置換脂肪族炭化水素モノオレフィン類は、エチレン、プロピレン、ブテン-1、イソブテン、ペンテン、ヘキセン、へプテン、オクテン、イソブテン、3-メチルブテン-1、4-メチルペンテン-1、4-メチルへキセン-1及び5-メチルへキセン-1等のような直鎖及び分枝鎖化合物を含むが、これだけに限られない。
ポリオレフィンは、モノマー単位としてジエン又はトリエンのような未置換脂肪族炭化水素ポリエンを含み得る。前記未置換化合物は、直鎖化合物、分枝鎖化合物又は環式化合物であり得る。分子あたり約4から約12の炭素原子のポリエン類が使用され得る。
【００１７】
ポリオレフィン類を調製することに適するコモノマーは、プロペン若しくはブテン-1とエチレン、又はイソブリレンとイソプレン等のような上に記載のホモポリマーを調製することに利用されるものである。適切なターモノマー(termonomer)は、約15質量％まで、好ましくは約10質量％までのポリエンを含むプロペン、エチレン等のような上に開示されるホモポリマー及び共重合体を調製することに利用されるものである。前記ポリエンは、例えば、ジシクロペンタジエン、1,3-ブタジエン、1,5-シクロオクタジエン、2-エチリデンノルボルネン-5、1,4-ヘキサジエン、1,4-へプタジエン、ビシクロ(2,2,1)へプタ-2,5-ジエンのようなジエン、他の共役ジエン、及び特に直鎖又は環式鎖を有する非共役ジエンである。
イソプロピリデン シクロペンタジエンのようなトリエン類及びそれらとシクロペンタジエンとのDiels-Alderモノ-又はジ付加生成物が、ジエンの代わりに用いられ得る。
未置換脂肪族ジオレフィン類は、ブタジエン、イソプレン、オクタジエン等のような有用なポリオレフィン類を調製するためにも用いられ得る。特に有用なのは、スチレンのようなモノマーを用いて乳化法、懸濁法又は溶液法で作られる、ランダムポリマー、ブロックポリマー及びスターブロックポリマーのような種々の形態のポリブタジエンである。
別の態様では、高分子材料が、エチレン化不飽和モノマーに由来する異なるポリマー反復単位を更に含む。一態様では、前記高分子材料がポリエチレンである。高分子材料は、例えばClariantからLicowax PED 522の商標名の下で販売されているもののような酸化ポリエチレン ワックス、及び/又はアミド化ポリエチレン ワックスであり得る。
【００１８】
別の態様では、高分子材料が、エチレンとビニル アセテートとの共重合体、例えばポリエチレン/ビニル アセテート共重合体である。ポリエチレン/ビニル アセテート共重合体は、高度な燃料耐性保護膜を提供し、高い燃料温度及び/又はエンジン温度に耐え得る。一態様では、高分子材料がエチレンとブチレンとの共重合体である。
さらに別の態様では、高分子材料がポリプロピレン、ポリプロピレン オキシド及びそれらの混合物から選択され、例えばそれらの材料は約500,000の分子量を有する。有用なポリプロピレン オキシドの例は、ClariantからCoathylene PY 0787Fの商標名の下で販売されている材料を含む。他の有用な高分子材料は、分子量約200,000から約300,000であるエチレン-プロピレン共重合体、分子量約200,000から約300,000であるエチレン-エチルアクリレート共重合体等、それらの組合せ及びそれらの混合物を含む。有利であることが見出された一つのポリマーは、分子量約60,000から約135,000であるポリイソブチレンである。有用なポリイソブチレンの例は、Enjay Chemical Companyによって製造されVISTANEXの商標名の下で販売されているものである。
【００１９】
高分子材料を形成することに用いられるエチレン化不飽和モノマーに由来する反復単位は、次のものを含む：エチレン、プロピレン、3-メチルブテン-1、4-メチルペンテン-1、ペンテン-1、3,3-ジメチルブテン-1、4,4-ジメチルブテン-1、オクテン-1、デセン-1、スチレン、スチレンの中心のα-アルキル又はアリール置換誘導体、例えばo-、m-又はp-メチル、エチル、プロピル又はブチル スチレン、α-メチル、エチル、プロピル又はブチル スチレンのような材料を含むモノオレフィン炭化水素、すなわち炭素及び水素のみを含むモノマー類；フェニル スチレン及びα-シクロスチレンのようなハロゲン化スチレン類；例えばビニル アセテート、ビニル プロピオネート、ビニル ブチレート、ビニル ステアレート、ビニル ベンゾエート、ビニル-p-クロロベンゾエートといったビニルエステル類、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル及びラウリル メタクリレートといったアルキル メタクリレート類を含むモノオレフィン化不飽和エステル類；例えばオクチルといったアルキル クロトネート類；例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、2-エチルヘキシル、ステアリル、ヒドロキシエチル及びtert-ブチルアミノ アクリレートといったアルキル アクリレート類、例えばイソプロペニル アセテート、イソプロペニル プロピオネート、イソプロペニル ブチレート及びイソプロペニル イソブチレートといったイソプロペニル エステル類；
【００２０】
例えばイソプロペニル クロリドといったイソプロペニル ハライド類；例えばビニル α-クロロアセテート、ビニル α-クロロプロピオネート及びビニル α-ブロモプロピオネートといった、ハロゲン化された酸のビニルエステル類；例えばアリル クロリド、アリル アルコール、アリル シアニド、アリル クロロカーボネート、アリル ニトレート、アリル ホルメート及びアリル アセテート並びに対応するメタリル化合物といったアリル及びメタリル化合物類；例えばβ-エチル アリル アルコール及びβ-プロピル アリル アルコールといった、アルケニル アルコールのエステル類；例えばメチル α-クロロアクリレート、エチル α-クロロアクリレート、メチル α-ブロモアクリレート、エチル α-ブロモアクリレート、メチル α-フルオロアクリレート、エチル α-フルオロアクリレート、メチル α-ヨードアクリレート及びエチル α-ヨードアクリレートといった、ハロ-アルキル アクリレート類；例えばメチル α-シアノアクリレート及びエチル α-シアノアクリレートといったアルキル α-シアノアクリレート類、例えばモノメチル マレエート、モノエチル マレエート、ジメチル マレエート、ジエチル マレエートといった、マレエート類；例えばモノメチル フマレート、モノエチル フマレート、ジメチル フマレート、ジエチル フマレートといった、フマレート類；ジエチル グルタコネート(glutaconate)；
【００２１】
例えば、フマロニトリル(fumaronitrile)、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニロリル、1,1-ジシアノプロペン-1、3-オクテノニトリル、クロトノニトリル及びオレオニトリルを含むモノオレフィン化不飽和有機ニトリル類；例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、3-ブテン酸、ケイヒ酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸無水物等を含むモノオレフィン化不飽和カルボン酸。アクリルアミドのような前記酸のアミド類も有用である。例えばビニル メチル エーテル、ビニル エチル エーテル、ビニル プロピル エーテル、ビニル n-ブチル エーテル、ビニル イソブチル エーテル、ビニル 2-エチルヘキシル エーテル、ビニル-2-クロロエチル エーテル、ビニル プロピル エーテル、ビニル n-ブチル エーテル、ビニル イソブチル エーテル、ビニル-2-エチルヘキシル エーテル、ビニル 2-クロロエチル エーテル、ビニル セチル エーテル等といった、ビニル アルキル エーテル類及びビニル エーテル類；例えばビニル β-クロロエチル スルフィド、ビニル β-エトキシエチル スルフィド等といった、ビニル スルフィド類も、ジオレフィン化不飽和炭化水素として含まれ得る。前記ジオレフィン化不飽和炭化水素は、共役関係にある二つのオレフィン基及びそれらのハロゲン誘導体、例えばブタジエン-1,3、2-メチルブタジエン-1,3、2,3-ジメチルブタジエン-1,3、2-メチルブタジエン-1,3、2,3-ジメチルブタジエン-1,3、2-クロロブタジエン-1,3、2,3-ジクロロ-ブタジエン-1,3、及び2-ブロモ-ブタジエン-1,3等を含む。上記化合物の混合物も使用され得る。
【００２２】
特に有用なモノマー組成物は、スチレン、メチル メタクリレート、メチル アクリレート、ビニル アセテート、スチレンとアクリロニトリルとの混合物、及びスチレンと種々のマレエート類との混合物も含む。
本発明のある特に有利な態様では、マトリックス材料が、所望の放出速度、硬度、溶解度及び融点を達成するように選択されたポリマーの混合物を含む。前記混合物は、例えばポリエチレン/ポリプロピレンを含み、好ましくは、より優れた耐久性を有するエチレン/ブチレンを含み得る。マトリックス材料はさらに、組成物に対して構造剤としても役立ち得る。一態様では、マトリックス材料がゲルである。好ましい態様では、マトリックス材料が燃料添加剤組成物において最初は固体、例えばワックスである。
一態様では、燃料添加剤組成物が重構造である。例えば添加剤組成物の最も中心のコアが、添加剤成分と第一マトリックス材料との混合物であり得る。添加剤組成物の次の層は、添加剤成分と、前記第一のものと異なるマトリックス材料との混合物であり得る。あるいは次の層は、添加剤成分と第一層のマトリックス材料との混合物であるが、異なる混合比を有するものであってもよい。本発明の添加剤組成物は、二つ以上の層を含み得る。一態様では、添加剤組成物が三つ以上の層を含む。別の態様では、添加剤組成物が四つ以上の層を含む。前記のような重構造の添加剤組成物は、例えば速く、次は遅くといった種々の放出特徴を提供する。
【００２３】
他の配置計画(arrangement scheme)は、添加剤成分の放出パターンを変動させることに役立ち得る。例えば本発明の添加剤組成物は、例えば分散剤といった液体添加剤成分を含み得る。前記液体添加剤成分は、添加剤成分/マトリックス材料混合物の固形層で覆われており、放出パターンを制御する。
一態様では、添加剤成分及びマトリックス材料を含む燃料添加剤組成物が、放出エンハンサー(enhancer)成分をさらに含み、放出速度を増加させ得る。放出エンハンサー成分は、灯心材料(wicking material)であってもよい。前記灯心材料は、綿繊維及びポリエステル繊維を含み得るが、これだけに限られない。放出エンハンサー成分は、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン ブロック共重合体等のような非イオン界面活性剤を含む一つ以上の界面活性剤であり得る。
一態様では、添加剤成分及びマトリックス材料を含む添加剤組成物が補強成分をさらに含み、添加剤組成物の構造を補強して、燃料を流動させることによる侵食(erosion)に対する感受性をより低くし得る。そのような成分は、繊維を含み得るが、これだけに限られない。好ましい態様では、綿繊維、ポリエステル繊維及び/又はファイバーグラス繊維が、添加剤組成物のマトリックス、好ましくは融解マトリックスに添加される。
好ましい態様では、マトリックス材料がポリプロピレン、好ましくは、Licowax PP 230の商標名の下で販売されているポリプロピレン ワックスである。ポリプロピレン ワックスは、高温におけるその不溶性のために好ましい。またポリプロピレンは、高い軟化点、すなわち329℃を有することから好ましい。より高い軟化点は、高分子材料がユニットとしての原型を保持し、安定した放出速度を維持することを可能にすることが信じられている。
【００２４】
本明細書の他の場所で記述されるように、本発明に有用な添加剤組成物は、選択された添加剤成分を包む外部コーティング材料を含み得る。本発明の一態様では、添加剤組成物が、被覆添加剤組成物を形成している添加剤成分/マトリックス材料の混合物を含み、前記マトリックス材料がコーティング材料と同じ又は異なった組成を有する。より具体的な本発明の一態様では、添加剤成分及びマトリックス材料を含む混合物の少なくとも一部分が、コーティング材料によって取り囲まれている。言い換えると、燃料添加剤組成物は、例えば、マトリックス材料と混合されて固体又は半固体コーティング材料によって支持される錠剤又は他の形態に形成されている燃料添加剤成分を含み得る。マトリックス材料とコーティング材料の両方は、錠剤が燃料と接触させられる場合に添加剤成分の徐放を提供し、添加剤成分の放出速度を制御するように選択され得る。マトリックス-添加剤被覆添加剤組成物では、マトリックス成分が実質的な流体又は液体の材料を含み得ることが認識されるべきである。
添加剤が放出される速度は、コーティングの厚さによって調整され得る。好ましい態様では、コーティングが燃料添加剤組成物総重量の約5％から約50％を構成する。より好ましい態様では、コーティングが添加剤組成物総重量の約8％から約25％を構成する。
添加剤の放出速度は、燃料添加剤組成物におけるマトリックス材料の量によっても調整され得る。例えば燃料添加剤組成物のより多いマトリックス材料含有量は、添加剤の放出速度を減少させる。一態様では、マトリックス材料が添加剤組成物総重量の約10％から約90％を構成する。好ましい態様では、マトリックス材料が添加剤組成物総重量の約25％から約70％、より好ましくは50％を構成する。
コーティング材料は、上述のような徐放性成分のいずれかから選択され得る。一態様では、コーティング材料が融解材料（融解徐放性成分）、エマルジョンポリマー及び/又は溶媒材料を含む。好ましい態様では、コーティング材料が、Air ProductsによってAirflex 410の商標名の下で販売されているポリエチレン ビニル アセテートである。
【００２５】
外部コーティングは硬くても又は軟らかくてもよく、その様式(style)の各々は包んだ添加剤を燃料に対して曝露するためにそれぞれのメカニズムを有するが、いずれの様式も本発明で使用することに適する。例えば、ポリビニリデン クロリド（PVDC）がコーティング材料として用いられる。PVDCは硬いコーティングであって、燃料がコーティングを通じて染み込む場合に添加剤を放出する。燃料はコーティングの内側の添加剤を膨らませ、最終的には被覆ペレットが割られる。これにより、次に内側の添加剤が燃料に曝露される。軟らかいコーティング材料の例は、ポリビニル アセテート（PVA）である。燃料は軟らかいコーティングにも浸透するが、軟らかいコーティングは柔軟であることから割れない。前記燃料は、コーティングを通じて拡散するよりも、添加剤の一部を溶解してから被覆組成物を退いて脱出する。PVDC及びPVAコーティング材料の両方が、エンジン使用温度で燃料に不溶性である。
表１は他のポリプロピレン ワックス化合物及び混合物を示しており、これらは高温において不溶性であって、高い軟化点を有することから優れたマトリックス材料である。
一態様では、マトリックス材料が酸化ポリエチレン ワックスである。しかしながら表１に示すように、前記のようなマトリックス材料は、高温、例えば121℃で融解する。前記マトリックス材料は高温で溶解し得るが、それでもなお、添加剤組成物が例えばAirflex 410で被覆される場合にはマトリックス材料として有用である。表１は、マトリックス材料に分配されている添加剤が、18％のポリエチレン ビニル アセテートで被覆される場合に121℃で不溶性であることを示している。
【００２６】
【表１】
2005501194.tif 000002
【００２７】
好ましい態様では、添加剤組成物が分散剤を含む。好ましい分散剤は、ハイドロカルビル-カルボキシ アクリレート化剤でアクリレート化されたアミンである。米国特許第5,053,152号、第5,160,648号、第5,230,714号、第5,296,154号及び第5,368,615号は、アミン縮合物を用いて調製した前記のような種類の分散剤を記載している（前記特許の各内容は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。
特に有用な分散剤は、0276.6の商標名の下でLubrizol Corporationによって製造され販売されている。
より好ましい態様では、添加剤組成物が、約50質量％から約75質量％、好ましくは約66質量％の分散剤；約10質量％から約25質量％、好ましくは約17質量％のポリプロピレン ワックス；約10質量％から約25質量％、好ましくは約17質量％のポリプロピレンを含む。
0276.6分散剤に加えて、他の分散剤が本発明に有用である。例えば、Henlyらの米国特許第5,752,989号は、ポリアルキレン スクシニミド類及びポリアルキレン アミン類からなる群の少なくとも一つのメンバーを含む分散剤を開示している（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。
【００２８】
別の態様では、燃料添加剤組成物が、燃焼システム及び燃料に適合する微生物殺生剤(microbiocide)を含み、水より燃料により可溶性である。別の態様では、流動エンハンサーが燃料に添加される。例えば、Davisらの米国特許第5,833,722号によって開示されているように、コハク酸及びフタル酸に由来する脂肪酸アミド類がワックスの結晶成長抑制剤として用いられる（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。また、Feldmanの米国特許第3,790,359号によって記載されるように、約1000 MWの分枝炭化水素混合物が、エチレンと不飽和エーテルとの共重合体と共に用いられる（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。Langerらの米国特許第3,999,960号によって開示されるようなアルキルジフェニル エーテルも、流動エンハンサー、例えば燃料ワックスの結晶抑制剤として本発明で用いられ得る。
燃料に添加され得る適切な抗酸化剤は、金属ジチオフォスフェート類及び金属ジチオカーボネート類である。非常に申し分ないことが見出され、かつ好ましいある特定の抗酸化剤添加物は、ETHYL 702（Ethyl Corporation）の商標名の下で商業的に入手可能なフェノール系酸化防止剤の4,4’-メチレン-ビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)である。
硫黄、金属ナフテネート類、フォスフェート エステル類及び硫化炭化水素等のような抗磨耗剤も用いられ得る。ある非常に申し分なく、かつ好ましいEP添加剤は亜鉛ジブチルジチオ-カルバメートであって、ベアリング腐食防止剤として非常に申し分なく、BUTYL ZIMATE（R.T. Vanderbuilt Company）として商業的に入手可能である。
【００２９】
Feldmanらの米国特許第5,094,666号によって開示されるもののような流動性向上剤が用いられ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。例えば、前記のような抗ゲル室常温流動(cold flow)添加剤は、500-50,000の分子量を有する脂肪酸のビニル エステル類とエチレンとの共重合体；又は0.005-0.2％で用いられるフタル酸無水物の獣脂アミン塩；又は0.005-0.15％で用いられるジチオ-安息香酸の獣脂アミン塩；又は4-ヒドロキシ,3,5-ジ-t-ブチル ジチオ安息香酸；又はエチレン-ビニル アセテート共重合体を含む。
Herbstmanの米国特許第5,332,407号によって開示されるもののような分散剤/清浄剤、例えば4-アルキル-2-モルフォリン及びアルキルフェニル ポリオキシアルキレン アミンも用いられ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。
潤滑剤、例えばカルボン酸ポリオール エステル類、ダイマー酸、ポリオール エステル類、ひまし油、植物性油、脂肪族メチル エステル類（特にナタネ油）、グリコール エステル類、特に（不飽和の）オレエート類及びリノレエート類も用いられ得る。Careyらの米国特許第5,756,435号によって開示されるもののような潤滑剤が含まれ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。潤滑剤の例は、グリセロール モノオレエート、脂肪酸ホルメート類、脂肪酸アミド類又は1,2-アルカン ジオール類を含む。これらの添加剤は燃料の約0.02％から約0.2％の量で存在し得る。
【００３０】
Sweeneyらの米国特許第4,460,379号によって開示されるもののような安定剤が用いられ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。例えば、そのような添加剤は、ハイドロカルビル ポリオキシプロピレン ジ(ポリオキシエチレン) アミンを含む。
Bowersらの米国特許第4,892,562号に開示されるもののような排気（例えばCO及び窒素酸化物）還元剤が用いられ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。例えば、オクチル ニトレートのような酸素化溶剤中の0.01-1.0 ppmの燃料可溶性有機金属プラチナ化合物が、排気還元剤として用いられ得る。排気添加剤の別の例は、オクチルニトレート中のジベンジル シクロオクタジエン プラチナIIを含む。Coxの米国特許第4,294,586号も、ディーゼル燃料に使用するための排気還元剤を開示している。Coxの開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする。そのような添加剤は、アルコール、トルエン及び過酸化水素の混合物を含む。さらに、Vararuらの米国特許第4,857,073号は、約6％のジ-tert-ブチル ペルオキシド、約1％のタル油イミダゾリン、約0.5％のネオ-デカン酸、及び前記ペルオキシド、イミダゾリン及び酸と充分に混合された炭化水素溶剤担体である残余を混合形態で含む組成物を開示している。Vararuの特許の開示は、参照によりそのまま本明細書に含まれるものとする。
O’Brienらの米国特許第4,125,382号によって開示されるもののような乳化破壊剤、例えばポリオキシエチレン エーテル類が用いられ得る（前記特許の開示は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。
【００３１】
不溶性コーティング材料は既知であり、冷却材添加剤のような添加剤を被覆することに用いられている。例えばHudgensらの米国特許第5,662,799号は、不溶性コーティングのポリビニル アセテートで包まれた冷却材添加剤を含む冷却材フィルターを開示している（前記特許の内容は、参照により本明細書にそのまま含まれるものとする）。
冷却材システムで使用するための不溶性コーティング材料を有するコーティング添加剤が既知であるが、冷却材システムと燃料システムは非常に異なっていることから、同様なコーティングが燃料システムに応用し得ることは驚くべきことである。例えば、冷却材システムは閉ループである。燃料システムは、有意な再生利用を伴う半-再循環である。従って燃料システムは、燃料が（一旦）濾材を通り抜けるときに、燃料との即時的な組合せに充分な添加剤を放出し得るようなコーティング材料を必要とする。さらに添加剤は、燃料の流れに比例した速度で放出されることを必要とし得るが、このことは冷却材システムにおいて必須の要求ではない。また、冷却材システムの温度は、燃料システムの温度より低い場合が多い。そのうえ、これら二つのシステムは、化学的に異なっている。例えば、冷却材は本質的に水/エチレン又はプロピレン グリコールを含み、水性媒体である。燃料はしばしば炭化水素を含み、本質的には水を含まない。そのような燃料は、約140℃から約400℃の範囲で沸騰する炭化水素を主要な割合で、すなわち少なくとも約50質量％含むものとして一般的に特徴付けられ得る。
【００３２】
上記の添加剤組成物は、単一物の形態でハウジングの中に存在し得る。別の態様では、前記組成物が複数個の粒子として存在する。前記組成物は、種々のサイズであり得る。そのサイズに関わらず、添加剤組成物が円筒形錠剤、立方体錠剤、球形錠剤及び“ドーナツ”型のパックのような種々の形状で提供され得ることが理解される。添加剤組成物は、立方体であってもよい。添加剤組成物の形状及びサイズは、添加剤の徐放速度を制御することに用いられ得る。
ある好ましい態様では、添加剤組成物が錠剤の形態である。錠剤は、長さ約9 mm×直径約9 mmの円柱であり得る。錠剤は、全て約9 mmの辺を有する立方体であってもよい。別の態様では、添加剤組成物が中央に穴を有する平面状のパック様の構造であって、その外径が約8 cm、内径が約5 cm、高さが約3 cmである。
本発明のある広範な態様では、組成物を形成する方法が次のようである。実質的に固形ユニットである燃料添加物、例えば燃料分散剤のLubrizol 129093Aは、例えばポリエチレン ビニルアセテート共重合体といったコーティング材料の中に沈められるか、又は前記材料を吹き付けられる。前記コーティング材料は、前記燃料添加剤ユニットを包んで、その上を乾燥させる。本方法において使用される材料はコーティング材料を含み、最初は融解コーティング材料であるか又は溶媒材料に含まれるコーティング材料であり得る。
【００３３】
添加剤組成物を形成するために、添加剤、例えば燃料分散剤のLubrizol 129093Aは、融解マトリックス材料、例えば酸化ポリエチレン ワックスと混合される。本明細書の他の場所で記述される他のマトリックス材料も用いられ得る。一態様では、マトリックス材料が、単一成分又は多数成分の硬化ポリマーであり得る。例えば、触媒を伴うモノマー、又はエポキシ若しくはウレタンのような二部(two part)ポリマーが、添加剤と混合されて、固体への重合化又は硬化を可能にし得る。本明細書の他の場所で記述されるようなコーティングは、添加剤-マトリックス組成物に応用されて、被覆添加剤-マトリックス組成物を形成し得る。
次に図３を参照すると、本発明の別の態様が示されている。先に述べたように、フィルター１１０の基本的なフィルター構成部品はフィルター１０のものと同じであり、従って基本的な構成部品に対して同じ参照番号を用いた。選択的及び付加的な構成部品は、１００の接頭記号表示を用いて参照している。フィルター１１０の中に位置するのは、キャップ１３６と底面板３４である。キャップ１３６は、それによって形成されている開口１４４を含む。開口１４４は、拡散管１４８によって規定される拡散オリフィスの形態で提供され得る。サーモスタット１６４は、開口１４４の中に提供されている。サーモスタット１６４は、燃料の内部チャンバー４０への流れを制御するのに適しており、商業的に入手可能な多種多様のサーモスタットから選択され得る。例えば、ワックスタイプ・サーモスタットが本発明での使用に適し得る。好ましい動作では、サーモスタットがフィルター１１０の燃料の温度レベルに応答して開く。サーモスタットが開くときに、燃料の内部チャンバー４０への移動を可能にする。サーモスタット１６４は、充分に温かい燃料又は充分に冷たい燃料のいずれかに応答して開くことにも適し得る。
【００３４】
ある好ましい態様では、充分に温かい燃料に応答してサーモスタット１６４が開く。燃料添加剤は、燃料を温めるという付加利益を提供し、必要に応じた放出ベースで(on an as-needed release basis)放出され得る。例えば、抗酸化剤及び分散剤が温かい燃料に添加されて、フィルター要素１６上の樹脂材料の沈着を防ぎ得る。分散(dispersions)が提供されて、最終的にはエンジン（図示せず）で燃やされる前記樹脂材料を懸濁又は溶解し得る。別の態様では、フィルター１１０の燃料が充分に冷たい場合にサーモスタット１６４が開く。冷たい燃料は、最近充填したタンクであるか、又は燃料フィルターを通って再循環されていない燃料であることを示し得る。どちらの場合でも、冷たい燃料は、エンジン性能及び/又は燃料効率を高めるために更なる添加剤を必要とし得る。一定の条件の下で、燃料は燃料噴射器を通って循環させられ、加熱される。加熱された燃料は、燃料フィルターを通って再循環させられ得る。その燃料は既に燃料フィルターを通っているため、更なる添加剤は必要とされ得ない。従って、燃料が充分に温かい場合には、サーモスタット１６４が閉まって、加熱された燃料への燃料添加剤の添加を防ぎ得る。
更に有益なことには、燃料添加剤組成物がディーゼル燃料のための抗ゲル化剤を含み得る。サーモスタット１６４は、冷やされた、すなわち冷たい燃料に応答して開くように作動し得る。抗ゲル化添加剤は、要求性放出(need-release)ベースで燃料中に放出され、寒い気候においてエンジン性能を高め得る。燃料フィルター１１０は、一つ又はそれ以上のバッフル板１５０も含み得るが、これだけに限られない。燃料フィルター１０の設計と同様に、バッフル板１５０は、上板１６２の開口１４４に隣接して内部チャンバー４０の中に置かれている。
【００３５】
次に図４を参照すると、本発明の別の態様が示されている。フィルター２１０の基本的なフィルター構成部品はフィルター１０のものと同じであり、従って、基本的な構成部品に対して同じ参照番号を用いた。選択的及び付加的な構成部品は、２００の接頭記号表示を用いて参照している。フィルター２１０の中に位置するのは、キャップ２３６及び底面板３４である。キャップ２３６は二重壁構造２６７を含み、前記二重壁構造はその間に挟まれている半透膜ウエファーを含む。
キャップ２３６は内面２５２を含む。内面２５２は単一(unitary)上板２６２を含み、前記単一上板はその中央にオリフィス２６３を規定する。内面２５２はその上に成形された小型環状リップ２６４を含み、前記小型環状リップは円板２６５に対する保持装置として機能を果たす。板２６５は上板２６２と共同して第二の壁として機能し、実質的に円筒形の拡散ウエファー又は浸透ウエファー２４８をそれらの間の所定の位置に保持する。拡散ウエファー２４８にとって好ましい材料は多孔性のポリマー、共重合体又はブロック共重合体であり、ポリエチレン グリコール、ポリビニル アセテート及びこれらの混合物が挙げられるが、これだけに限られない。板２６５はその中央に開口２６６を規定し、前記開口は開口オリフィス２６３と一直線に並んでいる。このような組合せが燃料を内部チャンバー２４０への緩やかに移動させ、錠剤４２と接触させることを可能にする。浸透ウエファー２４８は燃料添加剤と流出口開口部３０との間に置かれており、燃料添加剤を含む濾過された燃料は、前記浸透ウエファーを通ってエンジン（図示せず）に向かって流れる。膜２４８の形態である半透膜の使用は、フィルターチャンバー１４の燃料の一部分を内部チャンバー２４０に緩やかに移動させることのみを可能にする。このことは燃料添加剤組成物の燃料中への徐放を提供し、燃料システムにおいて実質的に一定レベルの燃料添加剤を維持する。
【００３６】
図５では、本発明の更に別の態様が示されている。フィルター３１０の基本的なフィルター構成部品はフィルター１０のものと同じであり、従って、基本的な構成部品に対して同じ参照番号を用いた。選択的及び付加的な構成部品は３００の接頭記号表示を用いて参照している。フィルター３１０は、下壁部分３３８を有する底面板３３４を含む。下壁部分３３８はそれを通じて形成されているオリフィス３４４を含み、前記オリフィスは内部チャンバー３４０とフィルターチャンバー３１４との間に燃料の連絡を提供する。下壁３３８は、軸方向に突き出ている先細りの拡散管３４８も含み得る。拡散管３４８はオリフィス３４４に対する先細りの拡散通路を規定し、前記オリフィスは前記通路を通じて拡張して内部チャンバー３４０とフィルターチャンバー３１４との間に燃料の連絡通路を設置する。
好ましくは、キャップ３３６の上板３６２が少なくとも一つの通気口３４６を含む。ある別の態様では、流出口端板３３２が実質的に円形の中空通気管３７２を含み得る。前記通気管は流出口端板から斜めに拡張しており、流出口端板３３２から通気口３４６を通って伸びて、注入口３２８に最も近い領域３７０と内部チャンバー３４０との間に燃料の連絡を提供することに適している。別の態様では、流出口端板が通気管３７２を含まず、通気口３４６がフィルターチャンバー１４の内部領域３３７の中に通風し得る。内部チャンバー３４０の全ての空気が通気口３４６を通って逃げた後の動作では、内部チャンバー３４０の燃料混合物の一部分が通気口３４６から流れ出て内部領域３３７に流れ込み、好ましくは燃料がフィルター要素１６を通って円筒の内面と外面との間３５から流れ出て流出口３０から流れ出すよりも実質的に低い流速で、流出口３０から流れ出る。
図６では、本発明で使用するための燃料フィルター４１０の別の態様が示されている。燃料フィルター４１０は、たった一つの大きな錠剤又はカートリッジ４４２に含まれる燃料添加剤を含む。図１又は図３−５のいずれにおいても燃料添加剤カートリッジ４４２を含むことは可能であるが、より小さい被覆錠剤の使用が好ましい。より小さい錠剤の使用によって、チャンバーのサイズ又は形状を特に考慮することなく、より多くの質量の燃料添加剤が内部チャンバーの中に置かれ得る。
次の実施例は本発明の特定の側面を示すが、本発明の範囲を制限することを意図しない。
【００３７】
（実施例１）
Lubrizol OS♯69593 分散剤/清浄剤 500 g及び商業的に入手可能なポリエチレン ワックスを準備する。前記ポリエチレン ワックスを、その融点より高い温度、例えば約140℃まで加熱する。前記分散剤/清浄剤を融解ポリエチレン ワックスと、絶えず攪拌しながら、全ての分散剤/清浄剤が含まれて実質的に均質な混合物が形成するまで穏やかに混合する。その混合物を次に、通常の技術及び設備を用いて、冷却し錠剤へと形成する。その錠剤は、ポリエチレン ワックスのマトリックス中に実質的に均一に分配されている分散剤/清浄剤を含む。
（実施例２）
50質量％のLubrizol OS♯69593を50質量％のポリエチレン（PEワックス）に含む錠剤形態のもの600 gを、商業的に入手可能なポリエチレン/ビニル アセテート共重合体樹脂191 gで21分間にわたって被覆して、被覆錠剤を形成する。パン(pan)速度が20 rpm、気流(airflow)が38-52ft3/分、空気吸入温度が約42℃から約57℃（約45℃が好ましい）、排気温度が約27℃から約32℃である。錠剤はよく崩壊し、事実上“双晶形成”が存在しない。12.7％の乾燥コーティング重量を有する錠剤が得られる。その錠剤は無光沢仕上げを有し、顕微鏡下において均質なミカン肌(orange peel)の外観を有する。静置の後、錠剤のブロッキング(blocking)が明らかとなる。
【００３８】
（実施例３）
実施例２に示す組成を有する被覆のない錠剤800 gを、コーティングユニットの中に置く。商業的に入手可能なポリエチレン/ビニル アセテート共重合体樹脂を合計で365 g噴霧し、約25 gの被覆錠剤をおよそ10分間毎に取出して、次第に増加するコーティング質量を有する錠剤を得る。総実行時間は39分間である。パン速度が20 rpm、気流が38-42 ft3/分、空気吸入温度が43℃から56℃、排気温度が27℃から30℃である。3.2％、9.7％、15.6％及び18.3％のコーティング（乾燥質量）を有する錠剤が、10分間隔毎に得られる。その錠剤は無光沢仕上げを有し、顕微鏡下において均質なミカン肌の外観を有する。静置の後、錠剤のブロッキングが明らかとなる。
（実施例４）
可溶性マトリックス中に分配されている添加剤は、添加剤組成物を可溶性にし得る。しかしながら、前記組成物がポリエチレン/ビニル アセテートで被覆されている場合は、添加剤組成物は高温であっても不溶性となる。
例えば、ほぼ室温の28℃では、50％の分散剤/清浄剤及び50％のポリエチレン ワックスを含む被覆錠剤及び被覆のない錠剤の両方が燃料に不溶である。82℃では、被覆のない錠剤が完全に溶解する。しかしながら、18％のポリエチレン/ビニル アセテートで被覆された錠剤は、82℃での燃料における可溶化から保護される。
【００３９】
（実施例５）
添加剤放出速度は、添加剤組成物における添加剤の濃度に依存する。前記速度は、コーティング材料の厚さにも依存する。
被覆のない錠剤が64質量％の分散剤/清浄剤と36質量％のポリエチレン ワックスで構成される場合は、放出速度が約240 mg/L/hrである。より低い分散剤濃度では、前記速度が低下させられ得る。例えば50％又は35％の分散剤/清浄剤では、放出速度が約50 mg/L/hrである。従って、マトリックス/添加剤組成物中の添加剤濃度を減少させることは、放出速度を減少させる。
マトリックス/添加剤組成物を被覆することも、放出速度を減少させる。例えば、5％のポリエチレン/ビニル アセテートで被覆された64％の分散剤/清浄剤の錠剤は、32 mg/L/hrの放出速度を有する。
Fleetguard FS 1000の燃料フィルターに含まれる50％ 分散剤/清浄剤の錠剤の放出速度をテストする。重さが合計で約190 gである300錠が、フィルター中に置かれている。各錠剤は、50質量％の分散剤/清浄剤及び50質量％のポリエチレン ワックスを含む。前記錠剤は被覆されていない。テストでは、5.7 L/分のフィルター経由の燃料流速及び10ガロン（37.85 L）の総燃料容量が提供される。3週間の間、50 mlの燃料を毎日サンプリングする。燃料は、フィルターを通って継続的に循環する。
到達し得る最大の分散剤/清浄剤の濃度は、600時間で5,000 mg/Lである。このテストの結果は、2,200 mg/Lの分散剤/清浄剤が300時間で到達されることを示している。600時間について推定すると、濃度が4,400 mg/Lであって、用いられる錠剤の数に対して約4 ppmである。この放出速度は、30,000マイル（50 mphにて600時間）にわたって絶え間ない放出に必要とされる速度に近い。さらに燃料バイパスのために、真のシステムにおいて分散剤/清浄剤の濃度は、より高くなり得る。本シュミレーションは、マトリックス/添加剤の錠剤が、時間/マイル距離の実施期間にわたって有用な添加剤濃度を提供する効率的なアプローチであることの証拠を提供する。
【００４０】
先の説明は燃料添加剤組成物の燃料中への放出を制御することに対して種々の態様を提供したが、内部ハウジング組立て品が種々の構造物および開口を含み、燃料の内部チャンバー内への移動を可能にするように形成され得ることは理解されるであろう。好ましい態様では、内部チャンバーがフィルタチャンバーの内側に静止領域を提供し、前記静止領域では燃料添加剤の供給源が燃料フィルターを通って流れている燃料の一部分によって取り囲まれており、フィルターの中の燃料に作用している典型的な流体力から保護されている。
本発明は、内燃機関の動作を増強する方法を提供する。一態様では、その増強が燃料添加剤の燃料中への放出を制御することによって提供される。添加剤の制御された放出は、燃料において一定で均一な濃度の添加剤を維持する。好ましい態様では、添加剤が、燃料フィルターを通って再循環している燃料の量に関わらず、燃料において実質的に均一な濃度の添加剤を維持するような制御様式で放出される。本発明の使用は、保守時間及び保全費を減少させ、エンジン性能を高めて、燃料効率を増加させる。別の態様では、本発明は、ニス及びアスファルテンのような樹脂材料の形成を阻害して、燃料取扱い構成部品上に沈着した前記材料を分解する又は分散させることに役立つのに有効な燃料添加剤を提供することによって、燃料フィルターの耐用寿命及び/又は有効寿命を高める。
本発明によると、拡散管、拡散オリフィス及びバッフル板は、燃料添加剤の燃料中への放出を減速させることに用いられ得る。燃料添加剤と混合されているマトリックス材料及び/又は燃料添加剤上のコーティングも、添加剤が燃料中に溶解する速度を制限する。本発明の別の態様では、半透膜ウエファーが上板と保持板との間に挟まれており、前記ウエファーの組成によって機構に徐放手段を提供する。その機械的配置は、複数個の小型錠剤、大型錠剤又は他のいずれかの形態の燃料添加剤と共に用いられ得る。さらに、各態様に対してサーモスタットが開口と共に含まれて、本発明の要求性放出特徴を提供し得る。サーモスタットは、規定温度範囲内の温度レベルを示す燃料に応答して開き、燃料の内部チャンバーへの移動を可能にする。
本発明は、図面、先の説明及び実施例において詳細に示され説明されてきたが、それらは例証として考えられるべきであって、特性における制限として考えられるべきでない。示され、説明された好ましい態様及びその全ての変化及び改変であって本発明の真意の範囲に入るもののみが保護されることを望むことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の燃料フィルターの、一態様の全断面の正面図である。
【図２】図１の燃料フィルターで使用するためのバッフル板の平面図である。
【図３】本発明のサーモスタットを含む燃料フィルターの、他の態様の全断面の正面図である。
【図４】本発明の半透膜を含む燃料フィルターの、他の態様の全断面の正面図である。
【図５】本発明の燃料フィルターの、別の態様の全断面の正面図である。
【図６】本発明の燃料添加剤ブリケットを含む燃料フィルターの、更に別の態様の全断面の正面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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