(57)【要約】      （修正有）【課題】ある高分子量ポリマーの有効量を燃料に添加することにより、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、炉やバーナーなどの燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法を提供する。【解決手段】燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されるような、有効量のポリマーを、燃料燃焼装置の燃料に添加する工程を有する。例えば、２％のポリイソブチレンを含む燃料添加剤を、１０ガロンのガソリン燃料に２オンスの比率で添加した場合、燃費改善が得られた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されるような、有効量のポリマーを、燃料燃焼装置の燃料に添加する工程を有することを特徴とする、燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法。
【請求項２】
前記ポリマーがポリイソブチレンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリイソブチレンは０．１〜１００重量ｐｐｍの濃度範囲で前記燃料に添加されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマーの有効量は１〜２０重量ｐｐｍの濃度範囲であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料燃焼装置で前記燃料を燃焼させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料燃焼装置は、ガソリン・エンジン、およびディーゼル・エンジンからなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されるような、有効量のポリマーを含むことを特徴とする燃料燃焼装置の機械的効率を改善するための燃料添加剤。
【請求項８】
溶媒を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料添加剤。
【請求項９】
前記溶媒が燃料成分であることを特徴とする請求項８に記載の燃料添加剤。
【請求項１０】
潤滑剤を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料添加剤。
【請求項１１】
前記潤滑剤がソルベント・ニュートラル・オイルであることを特徴とする請求項１０に記載の燃料添加剤。
【請求項１２】
前記燃料燃焼装置は、ガソリン・エンジン、およびディーゼル・エンジンからなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載の燃料添加剤。
【請求項１３】
ポリマーを溶媒に溶解する工程を有する燃料燃焼装置の機械的効率を改善するための燃料添加剤を製造する方法であって、前記ポリマーが、燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されるような有効量で存在することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記溶媒が燃料であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶媒がイソオクタンであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶媒およびポリマーを潤滑剤と混合する工程を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記潤滑剤がソルベント・ニュートラル・オイルであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記燃料燃焼装置がガソリン・エンジン、およびディーゼル・エンジンからなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法であって、燃料燃焼装置の燃料に有効量の高分子量ポリマーを添加する工程を含み、前記ポリマーが粘性平均分子量が６３０万〜７２０万ダルトンのポリイソブチレンであることを特徴とする、燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法。
【請求項２０】
前記ポリイソブチレンは０〜１００重量ｐｐｍの濃度範囲で前記燃料に添加されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリイソブチレンは１〜２０重量ｐｐｍの濃度範囲で前記燃料に添加されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
高分子量ポリマーを含む燃料燃焼装置の機械的効率を改善するための燃料添加剤において、前記ポリマーが粘性平均分子量が６３０万〜７２０万ダルトンのポリイソブチレンであることを特徴とする、燃料燃焼装置の機械的効率を改善するための燃料添加剤。
【請求項２４】
溶媒をさらに含むことを特徴とする、請求項２３に記載の燃料添加剤。
【請求項２５】
前記溶媒が燃料成分であることを特徴とする、請求項２４に記載の燃料添加剤。
【請求項２６】
潤滑剤をさらに含むことを特徴とする、請求項２３に記載の燃料添加剤。
【請求項２７】
前記潤滑剤が、溶剤精製パラフィン系潤滑油蒸留液から製造された基油である、ソルベント・ニュートラル・オイルであることを特徴とする、請求項２６に記載の燃料添加剤。
【請求項２８】
燃料燃焼装置の機械的効率を改善するための燃料添加剤の製造方法であって、高分子量ポリマーを溶媒に溶解する工程を含み、前記ポリマーが粘性平均分子量が６３０万〜７２０万ダルトンのポリイソブチレンであることを特徴とする、燃料添加剤の製造方法。
【請求項２９】
前記溶媒が燃料成分であることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記溶媒がイソオクタンであることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記溶媒および高分子を潤滑剤と混合する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記潤滑剤が、溶剤精製パラフィン系潤滑油蒸留液から製造された基油である、ソルベント・ニュートラル・オイルであることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１９９５年９月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／００４，２９５号の利点を請求するものである。
【０００２】
本発明は、エンジンや炉など燃料燃焼装置の効率を改善する液体燃料中の燃料添加剤の使用に関する。さらに詳しくは、本発明は、燃料微粒化および気化の動的条件下で燃料の物性を変化させる高分子量燃料添加剤に関する。また、本発明は、添加剤濃縮物および当該添加剤を含む燃料組成にも関する。
【背景技術】
【０００３】
ガソリンのエネルギーのうち６０％は燃焼過程で有用な機械エネルギーに変換されない。化学者はガソリンに多くのエネルギーを安全に追加することが出来ない。エンジニアは、エンジンの導入系、シリンダヘッドおよびピストンの設計変更を行って、エンジン効率を改善しているが、それらの選択肢は限られたものである。
【０００４】
既知の燃料添加剤は、その多くが幾つかの周知の商標名で市販されており、添加剤を添加する燃料の性能を、添加剤自体が燃料となる範囲においてのみ、改善する。さらに、従来技術の添加剤は、燃料に潤滑性を提供し、これによってエンジンの摩擦を減少すると、主張している。しかし、従来技術の燃料添加剤のいずれも、エンジン性能を向上させるために、燃料の物性を改変するとは、分かっていない。
【０００５】
高分子量ポリイソブチレンなどの比較的高分子量のポリマーの低濃度液は、渦流を減少させることが知られており、抗力減少(drag-reducing)添加剤として使用されている。米国特許第４，５４６，７４８号および第４，８３７，２４９号を参照されたい。高分子量アルファオレフィンは、航空機事故の際に発生する燃料飛抹の燃焼性を減少させる燃料用のミスト化防止(anti-misting)添加剤として知られている。本発明の譲受人に譲受された米国特許第４，７８９，３８３号を参照されたい。この特許番号を参照することにより、該公報の開示内容を本明細書中に併合するものとする。しかし、高分子量ポリマーを使用して燃料の物性を変更し、燃焼効率を改善することは、これまでのところ、示唆されていない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／００４，２９５号
【特許文献２】米国特許第４，５４６，７４８号
【特許文献３】米国特許第４，８３７，２４９号
【特許文献４】米国特許第４，７８９，３８３号
【特許文献５】米国特許第４，３８４，０８９号
【特許文献６】米国特許第４，５０８，１２８号
【特許文献７】米国特許第４，５７３，４８８号
【特許文献８】米国特許第５，０８０，１２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ある高分子量ポリマーの有効量を燃料に添加することにより、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、炉やバーナーなどの燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法を提供することによって、前述の従来技術の欠点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
燃料の性質を希望どおりに変更するための好適な添加剤は、超高分子量ポリイソブチレン（ポリイソブテン）である。このポリイソブチレン（ＰＩＢ）は、０．１〜１００ｐｐｍの重量比濃度範囲で、燃料に添加する。ＰＩＢは、純炭化水素であり、燃焼して二酸化炭素と水蒸気になるか、あるいは、完全に分解してガス状イソブチレンになり、これも燃焼して二酸化炭素と水蒸気になる。
【０００９】
ＰＩＢが燃焼効率を向上する燃料添加剤として使用するに優れた候補とする基本的なポリマー特性は、その長い分子長にある。つまり、他のモノマーは、イソブテンと重合でき、得られたコポリマーも充分に大きな分子量では燃焼改質剤となる。実際に、炭化水素燃料に溶解するあらゆる高分子量ポリマー、コポリマー、ターポリマー（またはもっと大きなモノマーの組み合わせ）は、作用の上で高分子量ＰＩＢと類似しており、燃料や燃料飛抹に非ニュートン特性を付与して燃料効率を改善する。
【００１０】
一例として、炭化水素の抗力減少のために開発された高分子量ポリマーは、燃料および燃料飛抹に非ニュートン性を付与し、本発明の方法に使用できるものである。米国特許第４，３８４，０８９号には、パイプラインを通って流れる炭化水素流体の流量を増加させるための、大変高分子量のポリアルファオレフィン・ポリマーを作成する方法が、教示されている。１つ、２つ、またはそれ以上のモノマーを反応させて溶液中に炭化水素ポリマー分子を作成する。
【００１１】
高分子量の抗力減少ポリマーは、炭素と水素以外にいくつかの元素も含み、本発明方法にも有用であろう。このような抗力減少ポリマーの一例が、米国特許第４，５０８，１２８号に、教示されている。米国特許第４，５７３，４８８号および第５，０８０，１２１号にも、炭素と水素以外にいくつかの元素を含む抗力減少ポリマーが、開示されている。
【００１２】
どのような特定の操作理論にも限定されることなく、本発明の有効性は、燃料が飛抹化した際に直径５０μｍ以下の液滴の形成が抑制されることに関連しているものと考えられる。さらに、本発明のこの理解に基づくと、本発明による添加剤は、たとえばエンジン燃料や燃焼系で見られるような条件で、燃料液滴の瞬間粘度または伸張粘度を増大させる。燃料のその他の物性も、液滴の表面張力や相対強度を含め、影響を受けると考えられる。標準オクタン価試験法により、低濃度の高分子量ポリイソブチレンでオクタン価の増加が、示された。
【００１３】
高分子量ポリイソブチレン添加による燃料の物性改質は、燃料成分の気化率を制御する。燃料液滴のサイズを更に均一にする。本発明のポリマー添加剤は、非常に小さな液滴の形成を抑制する。
【００１４】
低濃度の超高分子量粘弾性ポリマーを含む燃料の飛抹液滴の瞬間粘度は、純燃料の粘度に比べ大幅に増加する。添加剤による燃料の変化、とくに燃料の物性の変化は、エンジンの吸気行程での燃料の気化を減少させ、これによって、４サイクルならびに２サイクル点火エンジンの容積効率を増加させる。燃料液滴粘度の瞬間的増加は、さらに小さい燃料分子の分画蒸留(fractional distillation)も遅延させ、最終的な燃料空気混合物をより均質化する。
【００１５】
伸張ポリマー分子は、ミリ秒単位の時間で、ある熱的メカニズムにより緩和のみ可能となり、分子量を増大させる。この高分子量ポリマーでの第２の過渡的効果は、導入、気化、燃焼イベントが、たとえば、高負荷、急加速、負荷と加速の組み合わせなどの経時的に急速に変化する場合に、とくに有意である。添加剤の濃度は、非常に低い必要がある。
【００１６】
燃料中のポリマー濃度は、典型的には１ないし２０ｐｐｍである。このような低い濃度では、このポリマーが、意味的に、純粋な物理化学とは異なるものとして、厳密化学における燃焼過程に導入され得るとは思われない。しかし、この燃料添加剤に使用される該ポリイソブチレンが、今日入手可能な市販ポリイソブチレンでもっとも高純度であることが、知られている。真空中で２００℃まで加熱した場合、冷却トラップには純粋な水様白色イソブチレンが溜る。残留物は炭化の痕跡を示さず、むしろ、この工程は二酸化炭素の昇華に似ている。この特定のポリマー添加剤組成の非汚染作用を説明することはできるが（製品パイプラインの流量改善のための理想的な抗力減少剤）、この性質がどのようにそれ自身の燃焼を改善するかを知るのは困難である。
【００１７】
この添加剤は、また、（軽担体留出物とともに使用した場合）インジェクタの乾燥を防止し、燃料系全体の流動抵抗を減少する（抗力減少）。さらに、燃料系の潤滑部分にも用いられるが、これらの潜在的利点は容積効率および燃焼作用に対して副次的なものであると考えられる。
【００１８】
ディーゼル・トラックの試験では、低濃度の添加剤を使用した場合に、燃焼行程が改善されたことが示された。チャイナレーク(China Lake)において行った燃料容器による発火範囲試験では、ポリマー添加剤が存在した場合に通常見られる急速かつ非常に煙の多い爆発は起こらないことが分かった。これは、飛抹燃料中において４０μｍ以下の液滴が抑制されることに起因するものであった。１０μｍ以下の液滴が蒸気と同じように爆発し、４０μｍ以上の液滴は液滴間で伝播するように燃焼し、１０μｍから４０μｍの間に過渡的範囲が存在することは、周知である。同様の現象は、ディーゼルエンジン・シリンダ内の高温圧縮空気に高圧でディーゼル燃料を吹き込んだ場合にも、見られる。飛抹属性の改善によりシリンダ内の高温圧縮空気の薄い円盤内で高濃度燃料混合気の良好な燃焼が得られ、負荷時に持続注入時間が得られる。この結果は、特に高負荷および急速変化下において、ディーゼル燃料の水素と炭素から水と二酸化炭素へのより完全な燃焼であるものと、思われる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ある高分子量ポリマーの有効量を燃料に添加することにより、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、炉やバーナーなどの燃料燃焼装置の機械的効率を改善する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のその他の特徴および利点は、本発明の好適実施例についての以下の詳細な説明によって、明らかにする。
【００２１】
好適な実施例の詳細な説明
本発明の好適実施例は、全て、燃焼効率改善のために燃料の物性を変更するために、炭化水素エンジン燃料への高分子量ポリマーの添加に関するものである。
実験では、本発明による添加剤の使用により燃料効率の有意な増加が明らかになっている。幾つかの試験では２０％以上の増加が見られた。
【００２２】
操作理論は確実には分かっていないものの、効率の上昇は導入したポリマーに帰属する燃料の物性の瞬間的変化により得られたものと考えられる。したがって、燃料に対する添加剤の機械的および物理的影響の簡単な説明が適切であると考えられる。
【００２３】
希釈ポリマー溶液の静止粘度
非常に希釈したポリマー溶液のニュートン（静止）粘度は、溶媒のそれに近い。これは、次の２つの等式の結果である：
（ｉ）  ［η］＝ＫＭ1/2  かつ
（ii）  ηsp=［η］ｃ＋ｋ［η］2ｃ2
【００２４】
ここで、［η］はポリマー〜溶媒系の固有粘度、Ｍは分子量、Ｋは比例定数である。［η］は分子量に弱く依存する、つまり、任意の溶解濃度の比粘度もＭだけわずかに増加することに、注意されたい。これは、特にポリマー濃度ｃも、燃料添加剤に用いる場合などのように１０ｐｐｍまたは０．００１０グラム／デシリットルと小さい場合にも、当てはまる。ｃは１×１０-3ｇ／ｄｌであり、ｃ2は１×１０-6ｇ2／ｄｌである。つまり、処理済み燃料は、静止状態で未処理燃料と大きく異なるものではない。
【００２５】
伸張粘度(Extensional Viscosity)
伸展、延伸、または伸張ポリマー溶液の、揺動していない溶液に対する、粘度の比は、次式で与えられる：
（iii）  η′/ηo＝３＋εｃηoＫ2Ｍ(1+2a)／ＲＴ
【００２６】
伸張粘度η′は分子量に強く依存する。項Ｍ(1+2a)はポリマーに対して最悪の溶媒の場合にはＭ2となり、考えられる最良の溶媒の場合にはＭ3となる。ポリイソブチレンと燃料は、理想的には相溶であり、この項はＭ2よりＭ3に一層近付く。η′/ηoの分子量に対する強い依存性にもかかわらず、η′/ηoはｃが０に近付くと下限の値３に近付く。これは、この比が特定の種類のエンジンまたは燃焼条件に「調整」し得るためである（詳しい説明は次の章で行う）。
【００２７】
歪みεの割合は、毎秒単位長あたりの延伸の尺度、またはΔＬ／ＬΔｔである。このパラメータは、溶液が剪断、伸展、または変形されると、変化する。物理的には、大きなポリマー鎖はランダムコイル状配位から伸展された鎖状配位に変形する。歪みがない場合、鎖は熱的にランダムコイル状に緩和する。歪みは伸張分子の幾つかを中央で切断してしまうようなストレスを惹起する（中点破断理論）。しかし、破断が行なわれる際に、液体はもっとも剛性が大きくなる。言い換えれば、ΔＬ／ＬΔｔは非常に大きくなり、η′/ηoも最大になる。
【００２８】
ΔＬ／ＬΔｔが大きい領域は、渦流液流領域（抗力減少作用）、ノズルからの噴射（付着作用）、液滴の液流と高速空気との干渉とを含む。これらの条件は、最新型エンジン、特に条件がミリ秒単位で変化する場合に、存在する。
【００２９】
この等式中のＫは、実験室中で、固有粘度の対数を分子量の対数に対してプロットし、その線の傾きを測ることによって得られる。Ｋは、特定のポリマー溶媒系で一定である。ベンゼン中のポリイソブチレンでのＫは、２９７°Ｋで１．０７×１０-3である。Ｔは、η′/ηoについての前記式の、Ｒがガス定数である項１／ＲＴに、入っている。Ｔは、通常ほとんど２９８°Ｋ（２５℃）からの移動がないので、η′／５ηoに対してほとんど影響しない。Ｔは、か７３°Ｋ（０℃）または恐らく３２５°である場合もあろうが、その場合でも、η′/ηo対する影響は非常に小さい。
【００３０】
燃料物性に対する影響
幾つかの条件下で、η′/ηoは１０，０００に近付く場合がある。この値が、燃焼または容積効率、または遅延気化、または蒸気様液滴の抑制における最適な影響について大きすぎる場合、その濃度をゼロに向かって減少することが出来る。つまり、２サイクル・スパーク点火、４サイクル・スパーク点火、圧縮点火、タービンまたはその他の燃焼方式で、燃料を調整することが常に可能である。また、ｃは、異なるキャブレターまたは燃料噴射システムで変化することがある。高分子量は、「静止」燃料物性が事実上影響されないような低濃度で大きなη′/ηo値を生成するため、有利である。７．２×１０6モルＰＩＢの５ないし１０ｐｐｍ濃度物は、渦流状で流れる燃料のエネルギー損失を減少し、２０％以上の流量速度の増加をもたらすことは間違い無い。また、蒸気様液滴の形成が低濃度の高分子量ＰＩＢで抑制されることも間違い無い。これら２つの作用は、η′/ηoに相関する。
【００３１】
しかし、η′/ηoは、表面でまたは渦流空気中での剪断により発生する液滴の「絃節比(solidity)」と表面張力の過渡的増加にも関係する。一定温度と圧力の不活性大気中で個別液体の１０-6ｃｍより大きな半径の球体を考える。球体の表面から蒸発する毎秒あたりの分子量は、次式で与えられる：
（iv）  ｄＮ／ｄｔ＝４πｒＤｎ°
【００３２】
ｒは液滴の半径、Ｄは液滴内部の分子の拡散係数である。ｎ°は液滴とガス状大気の界面での飽和蒸気圧である。ｒmは分子半径である。Ｄとηの間の結合はストロークス相関による、または
（ｖ）  Ｄ＝ＲＴ／ｎ°６πｎｒm
【００３３】
定数と分子半径を累算すると、式（ｖ）は次のようになる：
Ｄ＝ｋ／η、または伸張粘度η′について
（vi）  Ｄ＝ｋ／η
【００３４】
（ｖ）に（vi）を代入すると、次式が得られる：
ｄＮ／ｄｔ＝４πｋｎ°／η′
【００３５】
つまり、ＤΔＬ／ＬΔｔが大きくなる区間に近い区間で、気化速度Ｄｎ／ｄｔは大きく低下する。同時に、液滴は、非常に硬く固体状になり、表面は均等に緊張または硬化する。η′がこの後で３ηoに近付くと、蒸発速度は急激に増加する。「硬化した」層では、液滴の表面張力と体積粘性両方が被覆または早期蒸発なしの輸送に適するようになる。これによって、ガソリンおよびディーゼル・エンジンの性能が改善される。
【００３６】
別の等式は、Ｄとγ、または表面張力を球状液滴の寿命についての式に含む。
この式は次の通りである：
（vii）  ｔ＝（ｒ2ｎL／２Ｄｎ°）（１−４γ／ｎLｒｋcＴ）
【００３７】
ここで、ｎLは液体ｃｍ3あたりの分子数、ｒは液滴の半径である。ここでも、Ｄをｋ／η′置き換えると、次式が得られる：
（viii）  ｔ＝（ｒ2η′ｎL）／（２ｋｎ°）（１−４γ／ｎLｒｋc）
【００３８】
式（viii）で、飽和蒸気が液滴界面の上に存在し、γが０に近付く場合には、表面張力が０に近付く。よって、液滴寿命の式（viii）はη′に比例する。
【００３９】
ＰＩＢとηの関係
εが増加すると、η′が大きくなる。同様に、εがゼロに近付くと、η′は減少する。伸展力が開放されると、伸張または延伸粘度が減少する。η′の増加または減少は、歪みεと、分子が非伸展配位に熱的に弛緩するのにかかる時間の逆数との積に、依存する。伸展速度または延伸速度の単位は逆数秒であり、ポリマー弛緩時間の単位は秒である。２つの因数の積は無次元である。次式は、η′をεとθに結合する。
η′＝３ηo＋（３ｃＲＴ／Ｍ）Σp(θp１（(１−２εθp)(１＋εθp)))
【００４０】
θpは連鎖反応のｐ次正規モードの弛緩時間である。θをもっとも長い弛緩時間としてε→１／２θでは、（１−２εθ1）項がゼロに近付くことに注意する。分母がゼロに近付くと、η′は無限に長い粘度に近付く。弛緩時間θ1は、  ［η］Ｍηo／ＲＴ  に比例する。
【００４１】
ここで、［η］はそれ自体がＫＭuに等しく、αは０．５（θ溶媒＝弱い溶媒）と１．０（完全溶媒）の間である。つまり、弛緩時間は良好な溶媒でＭ2ηoＲＴに比例する。弛緩時間はＭ2で増加し、そのため、高η′状態が低分子量の場合に見られるより長く存在することになる。ミスト液滴はエンジン運転中に所望の期間にわたり高η′を保持する。εが１／２θに近付くと、η′が∞に近付くので、良好な溶媒中の高分子量ポリマーは、粗悪な溶媒中の低分子量ポリマーより低い伸展速度で無限に近付く伸展粘度を発生する。前者はガソリンおよびディーゼル燃料中の本発明の燃料添加剤の場合である。濃縮は特定のεで所望のη′に対する最終調整を提供する
【００４２】
要約
１．  ガソリンおよびディーゼル燃料中の低濃度の７．２×１０6モルＰＩＢを用いることのできる大きなη′/ηoは、圧縮前イベントに影響し、そのため燃焼に影響する。
２．  ｃにより、η′/ηoを、数種類のエンジンの運転を改善するように、調整できる。
３．  η′/ηoの変化は、濃度およびΔＬ／ＬΔｔに線形依存しているので、
エンジン調整に別の次元を提供する。
４．  ｃにより、η′/ηoは、次の調整ができる：
ａ．  気化を僅かに遅延させることにより、容積効率を改善する（２ストロークおよび４ストローク・スパーク点火エンジン）；
ｂ．  表面および体積剛性の瞬間的増加により、望ましくない表面被覆作用を打ち消す；
ｃ．  ガソリン液滴の気化の均一性を向上させる；
ｄ．  拡散燃焼（ディーゼル）を促進する；
ｅ．  燃焼改善（ディーゼル）のために、均一な混合気を発生する；
ｆ．  着火および拡散燃焼前に、ディーゼル燃料ジェットの侵入を促進する。
【実施例】
【００４３】
本発明の様々な実施例は、下記実施例により、以下に詳細に記載および検討する。
【００４４】
実施例１
ポリエチレン・ワックスで被覆した超高分子量ポリイソブチレン（ＢＡＳＦ社製オパノールＢ２４６(Oppanol B246)を用いた）１６グラムを、約１／８インチの小片に切断した。小片は、各ＰＩＢペレットの中央から切り出して、開始溶液に持ち込まれることになるポリエチレン・ワックスの量を減少させるようにした。ポリマー小片を８００グラムのイソオクタンに添加した。ポリマーと溶媒を含む容器を２４時間にわたり平ブレードで混和した。得られた溶液（以下、ＰＩＢ原液と称する）は、２％のポリイソブチレン（オパノールＢ２４６）を含んでいた。８００グラムのＰＩＢ原液を８００グラムのエクソン１００ソルベント・ニュートラル・オイルと混合して、５０％ＰＩＢ原液と５０％ソルベント・ニュートラル・オイルからなる最終添加剤混液を形成した。添加剤混液を２オンス容器に入れた。ガソリンスタンドで燃料タンクを満タンまで給油するまえに、添加剤は１９８０年式日産２８０ＺＸの燃料タンクに添加した。１０ガロンの燃料に対して２オンスの比率で添加した。ガソリンをタンクに追加して混合を促進した。日産２８０ＺＸは、加速とエンジンのなめらかさの両面ですぐに性能改善を示し、燃費改善が得られた。
【００４５】
実施例２
実施例１で説明した通りのＰＩＢ原液を、１６液体オンスのエクソン１００ソルベント・ニュートラル・オイルにＰＩＢ溶液を１６オンスの比率で混合した。混合物を１０．７オンスのアモコ(Amoco)スーパー無鉛で希釈した。最終混合物を２オンス瓶に充填した。添加剤はクワド・エンジンを搭載するオールズモービルの燃料タンクに添加した。次に、ガソリンをタンクに給油して混合を促進した。クワド４は、燃費とエンジンの滑らかさにおいてすぐ有意な改善を示した。
【００４６】
実施例３
１６グラムのＰＩＢをアモコ・スーパー無鉛９３オクタンに加えた点を除き、実施例１の場合と同様にＰＩＢ溶液を調製したＰＩＢ溶液を、エクソン１００ソルベント・ニュートラルと容量比５０％−５０％に混和した。添加剤を実施例１で説明した２８０ＺＸに添加した。添加剤は給油後に直接燃料タンクへ添加した。添加剤は１０ガロンに対して２オンスの比率で添加した。実験車は出力向上、滑らかなエンジン、さらに良好な燃費を示した。
【００４７】
実施例４
フォード・コスワース(Ford-Cosworth)のレーシングカーに、実施例３で使用したのと同一のＰＩＢ原液を使用した。レースに必要な燃料の量を計算して、車両の燃料タンクに加えた。燃料１０ガロンに対して２オンスの比率で燃料タンクに添加剤を添加した。車両は最高速度でレースに出走した。レースの終りに燃料タンクからガソリンを抜き、２ガロン１／２の燃料が除去された。運転者は２０％以上の燃料称比率の改善と推定した。
【００４８】
実施例５
実施例４のレースカーを輸送したトートラックに、実施例３で用いたのと同じＰＩＢ原液を使用した。レーストラックの往路走行距離について燃費を計算した。添加剤は燃料１０ガロンあたり２オンスの割合でトートラック(tow truck)に添加した。復路では２５％以上の燃費改善が記録された。
【００４９】
実施例６
実施例１で説明したＰＩＢ溶液を、３２オンスのサンパー(Sunpar)ＬＷ１００原液に対して３２オンスの比率で混合した。得られた材料を２オンス容器に入れた。添加剤は１９９２年式日産３００ＺＸに添加し、ＥＧ＆Ｇ自動車研究センターのテキサス州サンアントニオにある走路で、加速および走破距離試験を行なった。３００ＺＸは加速と燃料消費率に有意な改善を示した。
【００５０】
実施例７
実施例６のＰＩＢ溶液を用いて、オクタン価試験のための燃料サンプルを調製した。３種類の燃料サンプルを調製した。サンプル番号１は１ガロンのモービル８７ガソリンだった。サンプル番号２は１ガロンのモービル８７ガソリンに対してＰＩＢ溶液２．９６ミリリットルを添加して作成した。サンプル番号３は１ガロンのモービル８７ガソリンに対してＰＩＢ溶液５．９２０ミリリットルを添加して作成した。３種類のサンプルは、メリーランド州ボルチモアにあるペニマン・アンド・ブラウン研究所に送付して、オクタン価を調べた。サンプル番号２では研究オクタン価が７％（Ｒ）だけ増加していた。モーターオクタン価は変化しなかった。ポンプでのオクタン価指数Ｒ＋Ｍ／２は４％増加していた。サンプル番号３はＲ数が１％減少していた。サンプル番号３のＭ数は変化しなかった。Ｒ＋Ｍ／２は０．０６％減少していた。
【００５１】
実施例８
実施例１のＰＩＢ原液を等量のガソリンで希釈した。得られた溶液は２オンス容器に入れた。原液を含まない添加材をアウディ４０００に添加した。給油前に添加剤の２オンス容器を燃料タンクに添加してから１０ガロンを給油した。エンジンの安定と出力増加がすぐに現われた。
【００５２】
実施例９
実施例６の添加剤混液を、ガソリン５ガロンに対して添加剤１オンスの濃度でガソリンに添加した。添加剤／ガソリン混合物を１９７６年式１２馬力芝刈機(Wheelhorse lawn)と耕運機トラクタ(garden tractor)の燃料タンクに添加した。エンジンはなめらかに安定して回転した。トラクタは高濃度で始動した。キャブレターは工場出荷時の設定に戻す必要があった。
【００５３】
実施例１０
実施例６の添加剤混液を計量済み４０：１の２サイクル・エンジン・オイルと混合した。最終溶液をトロ(Toro)草刈り機(weed trimmer)に添加した。トロ草刈り機は始動が難しく、運転中に過剰な煙を出す経歴があった。排気煙の大幅な減少に操作員がすぐに気付いた。草刈り機を再試験したところ、操作員は冷間と熱間両方の始動で簡単に始動することにも気付いた。
【００５４】
実施例１１
実施例１のＰＩＢ原液溶液を等量のアモコ・スーパー無鉛９３オクタン・ガソリンにて希釈した。溶液は１０ガロンのガソリンに対して２オンスの比率で添加した。添加剤／燃料混合物を１４フィート×８フィートのフロートつきボートに搭載した１９７８年式４０馬力ジョンソン船外機エンジンに使用した。青色排気煙の減少と併せて航行範囲の有意な増加が見られた。
【００５５】
実施例１２
ポリエチレン・ワックスで被覆されているＢＡＳＦ社製オパノールＢ２４６(Oppanol B246)を指定した超高分子量ポリイソブチレン１６グラムを、約１／８インチの小片に切断した。小片は各ＰＩＢペレットの中央から切り出して、初期溶液に持ち込まれることになるポリエチレン・ワックスの量を減少させるようにした。ポリマー小片を８００グラムのディーゼル燃料に添加した。ポリマーと溶媒を含む容器を２４時間にわたり平ブレードで混和した。得られた溶液（以下ＰＩＢ原液と称する）は、２％のオパノールＢ２４６を含んでいた。８００グラムのＰＩＢ原液を８００グラムのエクソン１００ソルベント・ニュートラル・オイルと混合して、５０％ＰＩＢディーゼル原液と５０％ソルベント・ニュートラル・オイルからなる最終添加剤混液を形成した。添加剤は１０．７オンスの純ディーゼル油で希釈した。添加剤は、ディーゼル燃料１０ガロンに対して添加剤２オンスの比率で、ケンワース(Kenworth)トラクタ／トレーラ群に使用した。１ガロンあたりの走行距離で平均９％の向上が見られた。
【００５６】
実施例１３
実施例１で説明したＰＩＢ溶液を３２オンスのサンパーＬＷ１００原液に対して３２オンスの比率で混合した。この実施例の添加剤は、メリーランド州ガイザースバーグにある環境研究開発社(Environmental Research and Development,Inc.)において、シャーシ・ダイナモメータでＥＰＡ基準ＨＷＦＥＴ放射試験に使用した。試験車両は１９８７年式日産３００ＺＸであり、エンジンと触媒コンバータは１８０，０００マイルを越えていた。被験車両は最初に未処理８７オクタン（レギュラー）モービル・ガソリン（夏用）で試験した。添加剤組成２液体オンスのレベルで燃料を処理してから、第２のＨＷＦＥＴ排出報告を作成した。未処理と処理済み燃料試験の間で、以下のような排出の変化が見られた：  １）１マイルあたり炭化水素（ＨＣ）グラム数で２１．２％減少、２）１マイルあたり一酸化炭素（ＣＯ）グラム数で６０．９％減少、３）１マイルあたり窒素酸化物（ＮＯｘ）６２．８％増加、１マイルあたり二酸化炭素（ＣＯ2）グラム数で１．９％減少。１マイルあたりの二酸化炭素の減少は、高速道路運転条件で１ガロンあたりの走行距離の増加を示している。排出データの変化は燃焼の改善を示している。
【００５７】
実施例１４
粘性平均分子量７２０万ダルトンのポリイソブチレンをコーティング剤としてのステアリン酸マグネシウムとともに凍結粉砕した。この粉体０．９５３グラムを４５０回転／分（ｒｐｍ）で撹拌中のエクソン１５０ベース・ニュートラル・オイル１６２．５グラムに添加した。４５０ｒｐｍで１０分間混和した後、速度を６０ｒｐｍに低下させた。重量比０．５０４９％ＰＩＢ溶液で、７５９ｐｐｍのステアリン酸マグネシウムと２９ｐｐｍのポリエチレン・ワックスも含む溶液に、一晩かけて平衡化させた。このＰＩＢ溶液は車両試験には使用しなかったが、本発明のガソリン添加剤の調製に適した溶液製造の一例として含まれる。
【００５８】
実施例１５
実施例１の粉体０．９５３グラムを無水メタノール５．３１９グラムに添加して、非溶媒で湿潤させたスラリを作成した。エクソン１００ベース・ニュートラル・オイル８７グラムを前記スラリに加え、この混合物を４．５時間２６０ｒｐｍで撹拌した。得られた溶液は非常に均質で非常に粘弾性があった。ＰＩＢ濃度は、０．５３２重量％であり、ステアリン酸マグネシウム７９９ｐｐｍ、ポリエチレン・ワックス３１ｐｐｍを含んでいた。この溶液を１９８７年式日産３００ＺＸおよび１９８３年式日産２８０ＺＸの試験に使用した。これら２台の車両での試験は、基本的に同じ運転経路で１９９５年４月７日から１９９５年５月２日まで、行なった。両者とも１ガロンあたりの走行距離（ｍｐｇ：miles per gallon：燃費）の改善と性能向上、特に停止状態からの加速の改良が見られた。車両はＰＩＢ濃度範囲（ガソリン中）０．４ｐｐｍから１６．４３ｐｐｍで燃費ｍｐｇの改善が見られた（１０％以上）。最高％燃費向上は２８０ＺＸで２５、３００ＺＸで２２．５だった。両車での別個の１２回の試験から、処理燃料は常に例外なく未処理燃料より高い燃費を提供していた。ＰＩＢ濃度を減少させると性能の悪化と燃費の悪化につながった。
【００５９】
実施例１６
粘度平均分子量７２０万ダルトンのＰＩＢをコーティング剤としてのステアリン酸マグネシウムとともに凍結粉砕した。粉体は、次に４２５μｍの篩、２５０μｍの篩、２００μｍの篩で選別した。４２５μｍと２５０μｍの篩の間の粉体を用いて、以下のように、エクソン１００ベース・ニュートラル・オイルでＰＩＢ溶液を調製した：粉体４４．４５グラムを、２分間の時間をかけて、１，５２６ｒｐｍで撹拌中の７２９．６グラムのオイルに、添加した。粉体全量を添加した後、ミキサー速度を４５０ｒｐｍまで落し、その後、２０分間隔で減速した。粘弾性は混和手順の最後で強く見られた。サンプルを広口瓶に移し換えて粘弾性ゲル保存液として平衡化させた。ＰＩＢ粉体濃度は重量比５．７３５％だった。このＰＩＢ溶液は車両試験には使用しなかったが、本発明のガソリン添加剤の調製に好適な溶液製造の一例として含まれる。
【００６０】
実施例１７
２５０μｍ篩以下の粉体画分を用いて、以下のように、エクソン１００ベース・ニュートラル・オイルにＰＩＢ溶液を調製した：２５．２３７グラムの粉体を２分間の時間をかけて、１，０００ｒｐｍで撹拌中の６６５．７グラムのオイルに、添加した。溶液は２５分間１，０００ｒｐｍで混和した。６０ｒｐｍで更に４．５時間混和した後、広口瓶に移し換えて粘弾性ゲル保存液に平衡化させた。ＰＩＢ粉体濃度は重量比３．６５３％だった。このＰＩＢ溶液は車両試験には使用しなかったが、本発明のガソリン添加剤の調製に好適な溶液製造の一例として含まれる。
【００６１】
実施例１８
５．７３５％ＰＩＢ粘弾性ゲル保存液を用いて、ガソリンまたはディーゼル燃料に急速拡散させるのに適した液体を、以下のように、調製した：保存溶液１６．４４グラムを、エクソン１００ベース・ニュートラル・オイル９８．１グラムに添加し、３．５時間７０ｒｐｍで、混和した。得られた溶液の濃度は０．８０６％だった。得られた希釈ＰＩＢ溶液は車両試験には使用しなかったが、本発明のガソリン添加剤の調製に好適な溶液製造の一例として含まれる。
【００６２】
実施例１９
低温磨砕および被覆した７２０万ダルトンのＰＩＢ３７．９６グラムを、１ガロンの市販トップシリンダ・オイル（マーベル(Marvel)）に、溶解した。反対方向に回転する「エッグ・ビーター」ブレードを取り付けたサンビーム・ミックスマスターの下のステンレス鋼混合ボール内で、ゆっくり撹拌中のオイル１ガロンに、粉体をゆっくり添加した。ミキサーは最低速度に設定した。粉体は噛合ブレードの引き込み側に投入し、同時にゆっくりとボールを回転させた。この方法により、オイル中にＰＩＢ粉体を良好に湿潤させ拡散させた。ミキサーは、粉体全量を添加した後、さらに１０分間にわたって運転した。混合物を透明な１ガロン容器に移し換えて２日間の期間にわたり観察した。均質な添加剤溶液はさらに１ガロン鉄製容器に移した。この添加剤は４台の自動車、すなわち、実施例４の２台の車両、１９９２年式フォード・ムスタング（５Ｌ）、および１９８７年式日産マキシマに、連続使用した。ムスタングの所有者も４気筒のホンダ製オートバイで添加剤を試験した。燃費の向上と結び付いた性能向上が自動車全部で見られ、燃費向上は１０から２０％の範囲にあった。オートバイは同一の高レベルの性能（レーシングスタイルのバイク）で燃費２０％向上を示した。この実施例の車両のいずれでも長期的連続使用で有害な作用は観察されなかった。
【００６３】
本発明をその特定の実施例との関連において説明したが、その他多数の変化および変更ならびにその他の使用方法は当該技術の熟練者には明らかである。したがって、本発明は本明細書の特定の開示にではなく、添付の請求項にのみ制限されることが望ましい。