Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LUBRIFICANTE".
A presente invenção refere-se a óleos lubrificantes para moto-res, em particular a óleos lubrificantes para motores a diesel, que são forrna-dos usando-se pelo menos dois inensificadores de combustão que contêmdiferentes íons de metal. Preferivelmente, os intensificadores de combustãocontêm íons de cério e íons de ferro, respectivamente.
Emissões provenientes de veículos tais como carros, caminhõese ônibus, motores para estradas de ferro a diesel, porém, especialmente ô-nibus e caminhões antigos, freqüentemente compreendem uma quantidadesubstancial de fuligem e hidrocarbonetos que não sofreram combustão ouque sofreram combustão parcial, óxidos de nitrogênio (NOx), enxofre (SOx esais de enxofre) e metais como cálcio (óxidos e sais).
A maior parte da poluição do ar nas áreas urbanas provém des-tes veículos, especialmente de caminhões e de ônibus, tanto da fumaça doóleo do motor como da fumaça proveniente do próprio combustível. Esteproblema é mais grave ainda em grandes áreas metropolitanas em que sãousados ônibus e caminhões antigos, tais como na America Central e na A-merica do Sul e em muitas áreas do mundo em desenvolvimento. Em todo omundo, porém, em particular, nas cidades em desenvolvimento, há uma de-manda de ar mais limpo para aliviar os problemas da poluição do ar.
Muitos inventores tentaram produzir veículos com menores e-missões. Os governos no Ocidente agora forçam os fabricantes de veículose de combustíveis a fabricar veículos e combustíveis que dêem origem aníveis muito baixos de emissões. A tecnologia moderna dos motores combi-nada com a moderna preparação de combustíveis permite que isto ocorra. Émais comum, portanto, que os inventores reduzam as emissões através douso de um motor altamente eficiente ou pelo uso de um combustível ultra-moderno.
As emissões também são reduzidas, porém, pela adição de adi-tivos ao combustível. A US 2004/0261313 descreve um combustível quecompreende um composto de ferro e/ou de cério que é usando em associaçãocom um gel. A US 4474580 descreve o uso de uma mistura de enolato deferro e enolato de cério como um aditivo para combustível. A US 4568360descreve outras composições de aditivos para combustível formadas partin-do de composições organometálicas mistas. A US 6096104 descreve umamistura de pelo menos três compostos de metal diferentes como aditivospara combustíveis. A US 2005/0160663 descreve um combustível diesel decombustão mais limpa que emprega um catalisador de metal contido nocombustível.
O problema com a adição destes materiais aos combustíveis éque os veículos usam uma grande quantidade de combustível. Até mesmo aconcentrações muito baixas, portanto, os veículos ainda estão usado quanti-dades muito significativas do aditivo para o combustível.
As maneiras acima de reduzir as emissões se baseiam, no en-tanto, na tecnologia moderna. No Mundo em Desenvolvimento, tal tecnologiaé freqüentemente demasiadamente onerosa para ser usada de modo que ospresentes inventores procuraram maneiras de reduzir as emissões em moto-res mais antigos usados em todo o Mundo em Desenvolvimento que pudes-sem funcionar em um combustível de qualidade inferior. Seria bastante van-tajoso, portanto, se as emissões pudessem ser reduzidas sem recorrer anovos motores, aditivos para combustível ou combustível de alto grau.
Os presentes inventores constataram surpreendentemente quepodem ser conseguidas a redução das emissões e numerosas outras vanta-gens pela adição de certos melhoradores de combustão ao óleo lubrificantepara motor em oposição ao combustível. Como os motores usam muito me-nos óleo lubrificante do que combustível, as quantidades de aditivo que umveículo utiliza são maciçamente reduzidas. Além disso, foi descoberto que aadição da embalagem para melhoria da combustão melhora as emissões emveículos mais antigos tornando-os ideais para uso no Mundo em Desenvol-vimento.
Há, evidentemente, numerosos pedidos de patente depositadospara óleos lubrificantes para motores de veículos. A US 2149856 descreveum óleo lubrificante que contém uma mistura de sais de de metal beta dice-tona para evitar a formação de depósitos de carbono endurecido que pos-sam bloquear as válvulas e provocar perda de compressão. Alguns invento-res procuraram reduzir as emissões pela adição de material ao lubrificanteem um motor. Na DE 3926817, são descritos óleos lubrificantes que com-preendem cério ou ligas de cério para reduzir o teor de poluente nos gasesde exaustão. A EP-A-334248 descreve um óleo lubrificante para motor quecontém um composto de ferro tal como um ferroceno para ajudar a prolongara vida útil do filtro de partícula para diesel.
É evidentemente desejável que se seja capaz de fornecer umlubrificante para motor que reduza as emissões, em particular pequenos par-ticulados tais como fuligem, hidrocarbonetos que sofreram combustão parci-al e hidrocarbonetos que não sofreram combustão que contribuem para afumaça do motor. Além disso, seria desejável um lubrificante para melhorara vida útil de um motor e manter limpas as válvulas do motor.
Os inventores descobriram surpreendentemente que um óleolubrificante que compreende uma mistura especial de melhoradores de com-bustão tem a capacidade de não apenas reduzir as emissões, mas tambémde limpar o motor em um veículo.
Sumário da Invenção
Desse modo, observado de um aspecto a invenção fornece umóleo lubrificante que compreende um primeiro melhorador de combustão quecompreende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lantanídeosou os actinídeos;
e um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição, Sn, Pb,SbeBi.
Mais especificamente, a invenção fornece um óleo lubrificanteque compreende um primeiro melhorador de combustão que compreendeíons de cério; e
um segundo melhorador de combustão que compreende íons deferro.
Observado de um outro aspecto é fornecido o uso de um óleolubrificante que compreende um primeiro melhorador de combustão quecompreende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lantanídeosou os actinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição, Sn, Pb,Sb e Bi;
para reduzir emissões, em particular emissões de fumaça de ummotor.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece o uso deum óleo lubrificante que compreende um primeiro melhorador de combustãoque compreende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lanta-nídeos ou os actinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição, Sn, Pb,SbeBi;
para limpar um motor, por exemplo, para reduzir depósitos car-bonáceos dentro de um motor.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece o uso deum óleo lubrificante que compreende pelo menos dois melhoradores decombustão tanto para limpar o motor como para reduzir as emissões prove-nientes do motor em que cada melhorador de combustão compreende inde-pendentemente um íon de metal selecionado dentre os lantanídeos ou osactinídeos, metais de transição, Sn, Pb, Sb e Bi.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece o uso deum óleo lubrificante que compreende um primeiro melhorador de combustãoque compreende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lanta-nídeos ou os actinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição, Sn, Pb,Sb e Bi;
para aumentar a vida útil de um motor, por exemplo, para au-mentar a distância percorrida por um veículo que faz funcionar o motor entreserviços.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece um proces-so de reduzir as emissões de um motor, em particular as emissões de fuma-ça, que compreende fazer funcionar o dito motor usando um óleo lubrificanteque compreende um primeiro melhorador de combustão que compreendepelo menos um íon de metal selecionado dentre os lantanídeos ou os actiní-deos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal diferente do primeiro melhorador de combustão se-lecionado dentre os metais de transição Sn, Pb, Sb e Bi.
Em particular, a invenção fornece um processo de reduzir asemissões de fumaça de um motor pelo menos uns 5 % que compreende fa-zer funcionar o dito motor usando um óleo lubrificante que compreende umprimeiro melhorador de combustão que compreende pelo menos um íon demetal selecionado dentre os lantanídeos ou os actinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal diferente do primeiro melhorador de combustão se-lecionado dentre os metais de transição Sn, Pb, Sb e Bi.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece um proces-so para limpeza de um motor, por exemplo, remoção de depósitos carboná-ceos de um motor que compreende fazer funcionar o dito motor usando umóleo lubrificante que compreende um primeiro melhorador de combustão quecompreende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lantanídeosou os actinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição Sn, Pb,SbeBi.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece um proces-so que aumenta a vida útil de um veículo que compreende fazer funcionar odito motor no dito veículo usando um óleo lubrificante que compreende umprimeiro melhorador de combustão que compreende pelo menos um íon demetal selecionado dentre os lantanídeos ou os actinídeos; eum segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição Sn1 Pb,Sb e Bi.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece um proces-so para reduzir o consumo de um óleo lubrificante em um motor que com-preende fazer funcionar o dito motor no dito veículo usando um óleo lubrifi-cante que compreende üm primeiro melhorador de combustão que compre-ende pelo menos um íon de metal selecionado dentre os lantanídeos ou osactinídeos; e
um segundo melhorador de combustão que compreende pelomenos um íon de metal selecionado dentre os metais de transição Sn, Pb,SbeBi.
Observado de um outro aspecto, a invenção fornece o uso deíons de cério e de ferro como um aditivo para um óleo lubrificante para Iim-peza de um motor ou para redução das emissões provenientes do mesmo.
Descrição Detalhada da Invenção
A expressão "um óleo lubrificante" abrange qualquer óleo lubrifi-cante útil em um motor de combustão tal como um motor de quatro cilindrosou de dois cilindros, especialmente um motor a diesel. O óleo lubrificantepode ser um lubrificante sintético ou mineral tal como HDDO mineral (ÓleoDiesel Para Serviço Pesado). A natureza real do óleo do motor não é por simesma crítica. Os óleos para motores são tipicamente formados de umafração de gás óleo a vácuo de óleo bruto. Um óleo adequado para uso nestainvenção é o StatoiI1S PowerWay 15W-4Q.
Por "redução das emissões de um motor" entende-se que pelomenos um dos componentes indesejáveis de exaustão do motor é reduzidoem relação a um motor que opera na ausência de um óleo lubrificante quecontém os aditivos da invenção (isto é, um que opera com o óleo lubrificante,porém sem aditivos). Assim, por exemplo, os particulados de NOx, e/ou afumaça liberada pelo motor durante a operação são reduzidos em relação aum motor que opera na ausência de um lubrificante que contém os aditivosda invenção. Em particular, o óleo lubrificante com os aditivos melhoradoresde combustão da invenção reduz as emissões de fumaça de um motor.
Pela limpeza do motor entende-se que os depósitos carboná-ceos que se formam durante a operação do motor, por exemplo, nas tampasda válvula ou na caixa do cárter do motor, são evitados, reduzidos ou elimi-nados em relação a uma operação do motor que opera na ausência de umóleo lubrificante com os aditivos da invenção (isto é, um que opera com oóleo lubrificante, porém, sem aditivos).
Por "aumento da vida útil de um motor / veículo" entende-se quea distância percorrida por um veículo ou o numero de horas de operação doveículo, entre serviços é aumentada em relação a um motor que opera naausência de um óleo lubrificante da invenção (isto é, um que opera com oóleo lubrificante, porém, sem aditivos).
Por "redução de um consumo de óleo lubrificante" entende-seque um motor que usa o óleo lubrificante da invenção usa menos óleo Iubri-ficante do que operando na ausência de um óleo lubrificante da invenção(isto é, um que opera com o óleo lubrificante, porém, sem aditivos).
O óleo lubrificante da invenção compreende uma mistura de me-Ihoradores de combustão que compreende íons de metal selecionados entreos metais de transição, actinídeos, lantanídeos ou Sn, Pb, Sb e Bi. A com-posição, portanto compreende pelo menos um primeiro melhorador de com-bustão e um segundo melhorador de combustão.
O primeiro melhorador de combustão preferivelmente compre-ende pelo menos um íon de metal selecionado entre lantanídeos ou actiní-deos. Embora o primeiro melhorador de combustão possa compreender umamistura de íons de metal, preferivelmente o primeiro melhorador de combus-tão compreende um único íon de metal (isto é, íons de cério somente emoposição a uma mistura de íons de cério e de európio, por exemplo).
É preferível que este primeiro melhorador de combustão com-preenda um íon de metal que tem vários estados de oxidação estável, porexemplo, dois ou três estados de oxidação estável. Os íons de metal ade-quados, portanto incluem particularmente aqueles da série dos lantanídeos.Os íons de metal altamente preferidos incluem íons de Ce ou de Eu, especi-almente Ce3+. Ce pode assumir o estado de oxidação 3+ ou 4+ e é o íon demetal mais preferido de todos de uso no primeiro melhorador de combustão.
É também altamente preferível que o íon de metal esteja presen-te no melhorador de combustão em uma forma que seja facilmente solúvelou dispersível no óleo lubrificante. Os íons de metal podem, portanto, estarem uma forma molecular ou particulada que seja solúvel ou dispersível noóleo lubrificante. O melhorador de combustão é preferivelmente um sal ouum complexo. Os contra-íons preferidos ao íon de metal, portanto incluemalquil sulfonatos (por exemplo, etil sulfonato), alquilbenzeno sulfonatos e fe-natos. Alternativamente, o íon pode ser coordenado como parte de um com-plexo tal como um metaloceno, um enolato, carboxilatos ou acetilacetonato eoutros tais ligandos. Mais preferivelmente ainda, o primeiro melhorador decombustão é um alquilbenzeno sulfonato de cério.
Foi descoberto surpreendentemente que o primeiro melhorador decombustão opera mais eficazmente dentro da área do cilindro de um motor.
O segundo melhorador de combustão compreende um íon demetal preferivelmente selecionado entre metais de transição, Sn, Pb, Sb eBi. Embora o segundo melhorador de combustão possa compreender umamistura de íons de metal, preferivelmente o segundo melhorador de combus-tão compreende um único íon de metal (por exemplo, íons de ferro em opo-sição a uma mistura de íons de ferro e de vanádio, por exemplo).
É preferível que este segundo melhorador de combustão com-preenda um íon de metal que tenha vários estados de oxidação, por exem-plo, dois ou três estados de oxidação estáveis. Os íons de metal adequados,portanto incluem particularmente aqueles provenientes da primeira série detransição (Sc a Zn), em particular aqueles da primeira fileira de elementos detransição e aqueles dos grupos 8 e 10.
Especialmente preferidos são os compostos de vanádio (V), demanganês (Mn) e de níquel (Ni), de paládio (Pd), de platina (Pt) e os com-postos do Grupo 8: ferro (Fe), rutênio (Ru) e ósmio (Os). Mais preferivelmen-te ainda, o segundo melhorador de combustão compreende íons de ferro,especialmente íons de Fe2+.De novo, é altamente preferível que o segundo melhorador decombustão esteja em uma forma que é solúvel ou dispersível no óleo lubrifi-cante. Os contra-íons preferidos, portanto incluem sulfonatos, alquil sulfona-tos, alquilbenzeno sulfonatos, naftenatos, hidróxidos e carbonatos. Alternati-vãmente, o íon pode ser coordenado como parte de um complexo tal comoum metaloceno como ferroceno, enolato, carboxilatos, alquil carboxilatos,acetilacetonato ou bipiridina. Mais preferivelmente ainda, o segundo melho-rador de combustão é um alquil carboxilato de ferro ou ferroceno.
Foi descoberto surpreendentemente que o segundo melhoradorde combustão opera mais eficazmente dentro do sistema de ventilação docárter de um motor.
Os aditivos adequados que contêm, por exemplo, íons de cérioou íons de ferro são comercialmente disponíveis pelos fornecedores.
Os aditivos melhoradores de combustão de uso no óleo Iubrifi-cante agem como pró-catalisadores. Quando o motor estiver em operação,os melhoradores de combustão entram em combustão no local pretendido,por exemplo, na câmara de ventilação do cárter ou nos cilindros do motor,gerando o catalisador ativo.
O catalisador ativo é assim tipicamente um metal, por exemplo,óxido de ferro ou de cério, por exemplo, Fe2O3, CeO2, Ce2O3. Ele podia estarem forma molecular, nanoparticulada, particulada ou em qualquer outra for-ma de óxido de metal agregado. Teoricamente, entretanto, o catalisador ge-rado pelos aditivos melhoradores de combustão da invenção é nanoparticu-lado, por exemplo, de tamanho da partícula menor do que 500 nm, especi-almente menor do que 250 nm de tamanho da partícula.
A reação catalisada pelo óxido de metal é a formação de dióxidode carbono (CO2) e/ou de monóxido de carbono (CO) pela combustão auxili-ada por catalisador de hidrocarboneto pesado e/ou por resíduos de coqueque se originam do combustível incompletamente queimado e/ou do óleolubrificante base, eliminando assim todas as formas de partículas geradorasde fumaça à base de carbono ou que contenham carbono, agregados, ae-rossóis etc.A razão em peso dos melhoradores de combustão entre si podevariar de desde 1:1000 até 1000:1 em peso, preferivelmente de 1:100 até100:1, mais preferivelmente de desde 1:50 até 50:1, especialmente de desde1:25 até 25:1, mais especialmente ainda de desde 1:10 até 10:1. É preferívelque o segundo melhorador de combustão esteja presente em excesso com-parado ao primeiro melhorador de combustão. As razões em peso mais pre-feridas são, portanto, primeiro melhorador: segundo melhorador de 1:100 até1:1, preferivelmente de 1:50 até 1:5, mais preferivelmente de 1:25 até 1:8,por exemplo, até 1:10.
A quantidade de cada melhorador de combustão empregado(em termos de peso) no óleo lubrificante pode estar na faixa de desde 0,1até 2000 ppm, por exemplo, de 1 até 1000 ppm, preferivelmente de 1 até100 ppm em relação ao íon de metal em questão.
De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspectoda presente invenção, é fornecido um lubrificante em que o primeiro melho-rador de combustão, que opera preferivelmente na área do cilindro de ummotor, está presente em uma concentração de desde 0,1 até 1000 ppm, pre-ferivelmente de desde 1 até 100 ppm, mais preferivelmente de 2 até 50,mais preferivelmente ainda de 5 até 12 ppm em relação ao íon de metal emquestão.
Preferivelmente, o segundo melhorador de combustão, que ope-ra teoricamente na ventilação do cárter de um motor, está presente em umaconcentração de desde 0,1 até 2000 ppm, preferivelmente de desde 1 até1000 ppm, mais preferivelmente de desde 2 até 200 ppm, especialmente de5 a 150 ppm, mais especialmente ainda de desde 10 até 120 ppm em rela-ção ao íon de metal em questão.
O óleo lubrificante da invenção pode conter outros aditivos paraóleo lubrificante além dos melhoradores de combustão aqui descritos. Deacordo com uma modalidade preferida da invenção, é fornecido um óleo Iu-brificante que adicionalmente compreende um agente de redução de ruído,preferivelmente um abaixador de ponto de fluidez (PPD). O dito PPD é prefe-rivelmente um poli (metacrilato de alquila) de cadeia curta (PAMA). Mais pre-ferivelmente ainda, o dito PPD é adicionado de modo que seja obtida umaconcentração relativamente alta, por exemplo, de 1 a 5 % aproximadamente 3% em peso no óleo. Sem que se deseje ficar limitado à teoria, acredita-se que aadição destas altas quantidades de agente de redução de ruído torne o óleomais pegajoso ao mesmo tempo que também serve para reduzir o ruído.
Observado de um outro aspecto, portanto, a invenção fornece ouso de um abaixador de ponto de escoamento como um aditivo para redu-ção de ruído.
O combustível no motor no qual pode ser usado o lubrificante,de acordo com a invenção, pode ser qualquer combustível usado para moto-res em veículos e pode preferivelmente ser um combustível d hidrocarbonetolíquido que pode ser um combustível destilado hidrocarbonáceo de petróleotal como gasolina para motor como definida pela ASTM Specification D481ou combustível diesel ou óleo combustível como definido pela ASTM Speci-fication D975. Normalmente, os combustíveis hidrocarbonetos líquidos quecompreendem materiais não hidrocarbonáceos tais como álcoois, éteres,compostos organo-nitro e similares (por exemplo, metanol, etanol, dietil éter,dimetil éter, metil etil éter, metil terc-butil éter, nitrometano) também estãoincluídos como combustíveis líquidos derivados de fontes vegetais ou mine-rais tais como milho, alfalfa, xisto e carvão mineral.
Normalmente, também estão incluídos os combustíveis de hi-drocarboneto líquido, que são misturas de um ou mais combustíveis hidro-carbonáceos e de um ou mais materiais não hidrocarbonáceos. Exemplos detais misturas são combinação de gasolina e etanol, combustível diesel e é-ter, diesel combustível e metil ésteres de óleos vegetais ou animais. Estãoincluídos os combustíveis conhecidos como combustíveis Gás-para-Liquidos, GTL. O combustível também pode conter chumbo ou ser isento dechumbo. O combustível também pode ser um combustível emulsificado, sejauma macroemulsão, a microemulsão ou combinações das mesmas.
Será considerado que quando um motor estiver operando have-rá um grau de misturação entre o óleo lubrificante e o combustível. Se ocombustível contiver aditivos melhoradores de combustão como aqui descri-tos, estes podiam, portanto, acidentalmente ser misturados com o óleo lubri-ficante. Uma tal mistura de combustível e um óleo lubrificante não constituium óleo lubrificante da invenção. A invenção requer que os aditivos estejampresentes no óleo lubrificante adicionado ao veículo, não no combustíveladicionado ao veículo. A invenção, portanto, refere-se a um óleo lubrificante,como descrito aqui anteriormente sem estar no motor, por exemplo, embala-do em um recipiente.
O óleo lubrificante da invenção pode ser usado em associaçãocom qualquer motor de combustão interna, por exemplo, motores de quatrotempos, mas também motores de dois tempos, especialmente um motor adiesel. O veículo pode ser um veículo para estrada de rodagem ou para es-trada de ferro, navio / embarcação ou aeronave, especialmente um ônibus.O óleo lubrificante da invenção é de especial utilidade com motores maisantigos, por exemplo, motores anteriores a 2000, preferivelmente motoresanteriores a 1997, mais preferivelmente motores anteriores a 1995, especi-almente motores anteriores a 1993.
Será considerado que um motor antigo irá ser submetido a re-condicionamento e reparos, no entanto, isto não diminui o fato de que o mo-tor ainda é antigo. A data do motor para as finalidades acima, portanto, é adata na qual ele primeiro começou a funcionar, por exemplo, como evidenci-ado pelo número de série do motor.
Observado alternativamente, o motor é um que já percorreu umagrande quilometragem, por exemplo, pelo menos de 75.000 km, preferivel-mente de pelo menos 100.000 km, preferivelmente pelo menos 125.000 km.Tais motores são usados em veículos em todo o Mundo em Desenvolvimen-to. É especialmente preferível que o óleo lubrificante seja empregado em umgrande veículo com motor a diesel tal como um ônibus ou caminhão ou umveículo agrícola ou um motor para estrada de ferro.
Observado por um outro aspecto, portanto, a invenção forneceum motor que compreende o óleo lubrificante da invenção.
Foi descoberto, surpreendentemente, que quando for empre-gado o óleo lubrificante da invenção em um motor, especialmente em ummotor antigo, melhorias notáveis são observadas. Em primeiro lugar, as e-missões do motor, em particular emissões de fumaça, são bastante reduzi-das. Além disso, a limpeza do motor é acentuadamente melhorada. Dessemodo, quando anteriormente se formarem depósitos de lama, nenhum de-pósito será formado. De fato, os exemplos demonstram que o óleo lubrifican-te da invenção pode realmente permitir a remoção ou a redução nos depósi-tos de lama de um motor. Quando aplicado em motores mais novos, a lim-peza é melhorada de modo a permitir a utilização de combustíveis de umafaixa mais ampla de especificação e/ou de qualidade mais baixa.
Como observado a seguir, isto leva a muitas vantagens resultan-tes, tais como maior economia de combustível, menos necessidade de revi-sões, menos trocas de óleo, menos período de tempo parado, menos traba-lho para a manutenção de uma frota de veículos etc.
A redução em emissões de fumaça, medida como descrito noexemplo 7 utilizando um medidor de fumaça, pode ser pelo menos de 3 %,por exemplo, de pelo menos 5 %, por exemplo, de pelo menos 10 %, preferi-velmente de pelo menos 20 % em relação a um motor que funcione de modoidêntico com um óleo lubrificante idêntico sem os melhoradores de combus-tão da invenção. A fumaça eliminada pela invenção pode derivar da combus-tão incompleta do próprio óleo ou do combustível. A redução de fumaça pro-veniente do combustível é particularmente eficaz em motores que usem umsistema de ventilação fechado do cárter.
Os aditivos da presente invenção podem reduzir o consumo deum óleo lubrificante em pelo menos de 3 %, por exemplo, pelo menos de 5%, por exemplo, pelo menos de 10 %, preferivelmente pelo menos de 20 %em relação a um motor que funcione com um óleo lubrificante de outra ma-neira idêntico sem os melhoradores de combustão da invenção.
Os aditivos da presente invenção podem aumentar a vida útil deum motor em pelo menos 3 %, por exemplo, pelo menos 5 %, por exemplo,pelo menos 10 %, preferivelmente pelo menos 20 % em relação a um motorque funcione com um óleo lubrificante de outra maneira idêntico sem os me-lhoradores de combustão da invenção.Os aditivos da presente invenção podem reduzir os depósitoscarbonáceos dentro de um motor, por exemplo, os depósitos carbonáceosem um cilindro em pelo menos 3 %, por exemplo, pelo menos 5 %, por e-xemplo, pelo menos 10 %, preferivelmente pelo menos 20 % em relação aum motor que funcione com um óleo lubrificante de outra maneira idênticosem os melhoradores de combustão da invenção.
Os aditivos da presente invenção podem aumentar a distânciapercorrida por um veículo entre trocas de óleo em pelo menos 3 %, por exem-plo, pelo menos 5 %, por exemplo, pelo menos 10 %, preferivelmente pelo me-nos 20 % em relação a um motor que funcione com um óleo lubrificante de ou-tra maneira idêntico sem os melhoradores de combustão da invenção.
O lubrificante da invenção pode ser fabricado simplesmente pelaadição dos melhoradores de combustão da invenção em quantidades apro-priadas a um óleo de motor. O mercado está repleto de óleos de motor a-propriados tais como o PowerWay 15W-40 comercializado pela Statoil.
Também se encontram dentro do âmbito de alguns aspectos dainvenção aditivos melhoradores de combustão a serem comercializados emuma forma pronta para adição pelo usuário a um óleo de motor padronizado,por exemplo, um óleo diesel. Desse modo, observada por um outro aspectoa invenção fornece um kit que compreende uma fonte de íons de cério euma fonte de íons de ferro separada com instruções em relação à quantida-de de cada uma a adicionar a uma quantidade fixa de óleo de motor, porexemplo, para se conseguir uma concentração de 10 ppm de íons de Ce e100 ppm de íons de Fe.
A invenção é descrita ainda nos seguintes exemplos não Iimitati-vos em associação com as Figuras anexas.
Breve Descrição das Figuras
A figura 1 apresenta a instalação de um arranjo principal do testeno exemplo 1.
As figuras 2 - 7 apresentam os resultados do teste apresentadono exemplo 5. Mais especificamente, as Figuras 2 a 4 descrevem CO, CO2,fumaça e teores de hidrocarboneto para ventilação de cárter fechado paraóleos lubrificantes da invenção em comparação a um óleo sem os aditivos.
As figuras 5 a 7 descrevem CO, CO2, fumaça e teores de hidrocarbonetopara ventilação de cárter fechado para óleos lubrificantes da invenção emcomparação a um óleo sem os aditivos.
As figuras 8 a 18 são fotografias de várias partes do motor dosônibus usados nos testes no Exemplo 6 antes, durante depois dos testes.
Mais especificamente, as Figuras 8a e 8b apresentam a tampada válvula do ônibus 05178 antes do uso do óleo lubrificante da invenção(denominado Cityway nas Figuras). A lama estava presente até uma profun-didade de 15 mm.
As figuras 9a e 9b apresentam o cabeçote do cilindro do ônibus05178 antes do uso do óleo lubrificante da invenção. Como é evidente, ascaracterísticas do cabeçote do cilindro não estão visíveis.
A figura 10 apresenta a tampa da válvula de Bus 05178 depoisde 28.000 km usando o óleo lubrificante da invenção.
As figuras 11 a e 11b apresentam o cabeçote do cilindro de Bus05178 depois de 28.000 km usando o óleo lubrificante da invenção. As ca-racterísticas do cabeçote do cilindro agora estão visíveis.
A figura 12 apresenta a tampa da válvula de Bus 05178 depoisde 33.000 km usando o óleo lubrificante da invenção.
As figuras 13a e 13b apresentam o cabeçote do cilindro de Bus05178 depois de 33.000 km usando o óleo lubrificante da invenção. As ca-racterísticas do cabeçote do cilindro agora estão visíveis.
As figuras 14 a-c apresentam uma comparação lado a lado datampa da válvula antes, depois de 28.000 km e depois de 33.000 km usandoo óleo lubrificante da invenção.
As figuras 15a, 15b, 16a e 16b apresentam a tampa da válvulade Bus 01801 depois de 13.000 km e 26.000 km usando o óleo lubrificanteda invenção.
A figura 17 apresenta o cabeçote do cilindro de bus 01801 de-pois de 13.000 km usando o óleo lubrificante da invenção.
As figuras 18a e 18b apresentam o cabeçote do cilindro de Bus01801 depois de 13.000 km e 26.000 km usando o óleo lubrificante da invenção.
As figuras 19 a 31 apresentam os resultados de emissão do Exem-plo 7 na forma gráfica. Mais especificamente, a Figura 19 apresenta emis-sões de CO provenientes do teste a 60 km/h.
A figura 20 apresenta emissões de CO provenientes do teste deBraunschweig.
A figura 21 apresenta emissões de hidrocarboneto provenientesdo teste a 60 km/h.
A figura 22 apresenta emissões de hidrocarboneto provenientesdo teste de Braunschweig.
A figura 23 apresenta emissões de NOx provenientes do teste a60 km/h.
A figura 24 apresenta emissões de NOx provenientes do testede Braunschweig.
A figura 25 apresenta emissões de partícula provenientes doteste a 60 km/h.
A figura 26 apresenta emissões de partícula provenientes doteste de Braunschweig.
A figura 27 apresenta consumo de combustível proveniente doteste a 60 km/h.
A figura 28 apresenta consumo de combustível proveniente doteste de Braunschweig.
A figura 29 apresenta distribuição de número e de tamanho dapartícula provenientes do teste a 60 km/h.
A figura 30 apresenta distribuição de número e de tamanho dapartícula provenientes do teste de Braunschweig.
A figura 31 apresenta medida de fumaça proveniente do teste a60 km/h.
A figura 32 apresenta o ciclo de teste de ônibus de Braunschweig.
Exemplos
Exemplo 1
Testes primários foram realizados em uma companhia de des-manche de ônibus na Suécia. A companhia de desmanche de ônibus forne-ceu 3 ônibus que estavam prontos para virar sucata tendo motores inclina-dos da Volvo. Foi usado um processo do teste especialmente adaptado paraaquecimento do óleo, com uma modificação mínima. O óleo é queimado emum forno para aquecimento de óleo (1) e foram retiradas amostras pela exaus-tão do mesmo (2) usando-se um testador de fumaça True Spot (3). Foram usa-dos 15 cilindros de bomba para amostragem, (ver na Figura 1). O gás de e-xaustão é retirado através de uma membrana do filtro por ação de bombea-mento. Este filtro é então examinado para variações de cor e/ou aparência daspartículas. Quaisquer partículas encontradas podem ser contadas e dimen-sionadas por microscopia óptica. O resultado do teste é uma classificação dotipo passa / falha. Foram adicionados aditivos ao óleo do motor em diferen-tes concentrações e foi observado o efeito sobre a geração de fumaça.
Emum primeiro teste de seleção, foi usado um aditivo como re-Iacionado a seguir:
Ônibus Ne Número de Registro: Solução de Estoque para tes-te contendo:
1 MMT 082 Ferroceno, 150 ppm de íons de Fe
2 DHA 422 Alquilbenzeno sulfonato de cério (III), 30 ppm íons dé Ce
3 OSA 091 PIB (poliiso-butileno) + detergente
Neste primeiro teste, foi descoberto que tanto ferroceno comocomposto de cério tinha um efeito positivo sobre a supressão da fumaça,porém o PIB e o detergente não forneceram efeito (Ônibus 3).
Exemplo 2
Em um segundo teste de seleção, foram testados vários aditivosem várias concentrações e foi descoberto que a combinação de aditivos decério e ferrosos funcionava melhor. A geração de fumaça foi suprimida comouma função do aumento da concentração de íon de cério até que fosse al-cançado um patamar e o efeito nivelado. O aditivo de cério usado foi alquil-benzeno sulfonato de cério. O efeito do aditivo de ferro adicionado era simi-lar ao de cério, com a adição de um efeito de segunda fase em que o aditivode ferro começou a afetar a fumaça gerada pelo combustível (isto é, um ou-tro mecanismo). Este efeito podia ser ligado e desligado por abertura e fe-chamento da ventilação do cárter. O aditivo de ferro usado foi o ferroceno.Foi observado que a fumaça proveniente do combustível foi diminuída signi-ficativamente. Isto pareceu estar relacionado à ventilação do cárter para osistema de entrada. Foi observada uma relação possível envolvendo o fatode que o aditivo de cério funcionou na fase fluida nos cilindros e as válvulasde entrada e o aditivo férroso funcionou na fase de névoa na ventilação docárter e influenciou a combustão do combustível de uma maneira positiva.
Exemplo 3
Foi realizado um terceiro conjunto de testes nos ônibus 1 e 2. Osônibus começaram a funcionar já depois de o motor aquecido, deixando fun-cionar parados durante aproximadamente 40 minutos depois do que foi reti-rada uma primeira amostra de fumaça do tubo de exaustão e ao mesmotempo foi adicionada uma primeira dose com o respectivo aditivo diretamen-te para o tanque de lubrificante do ônibus. O aditivo era uma pré-mistura deaproximadamente 1 dl de óleo do motor com aditivos de cério e de ferro (osmesmos componentes que nos Exemplos 1 e 2) fornecendo uma concentra-ção final no óleo do motor (aproximadamente 18 litros de óleo no motor) de 4ppm de íons de cério e 10 ppm de íons de Fe. Depois de mais uns 70 minu-tos aproximadamente, foi retirada uma segunda amostra de fumaça damesma maneira como acima e foi adicionada uma outra dose do mesmoaditivo, resultando em uma concentração no motor de aproximadamente 8ppm de íons de cério e 20 ppm de íons de Fe.
Aproximadamente 35 minutos depois, foi retirada uma terceira eúltima amostra de fumaça e foi interrompido o funcionamento dos motoresdos ônibus.
Os testes nos dois ônibus apresentaram resultados acentua-damente melhorados. Depois da adição da segunda dose, a fumaça desapa-receu e assim foi eliminado o problema da fumaça visual.
Foi realizado um teste de oxidação separado em um óleo de motorcom estes aditivos. O óleo do motor PowerWay 15W-40 com estes aditivos foitestado com estes aditivos em relação ao RBOT (Teste de Oxidação de BombaGiratória) e ponto de fulgor sem quaisquer variações mensuráveis.Exemplo 4
Progressão do Desgaste do Cilindro Durante a Combustão doÓleo.
O teste foi realizado em um motor a diesel Lister Petter1 modelo4X90, que realiza um ciclo simulando o tráfico de ônibus em uma cidade,durante 536 horas. O motor era um motor novo que tinha um tempo de ro-dagem de apenas aproximadamente 100 horas antes do teste. O óleo doteste era o novo óleo reivindicado na invenção, em uma formulação que con-tém alquilbenzeno sulfonato de cério (10 ppm de íons de cério (III)) e alquil-carboxilato de ferro (II) (100 ppm de íons de ferro) adicionados a um óleopadronizado para motor PowerWay 15W-40. O óleo do teste foi colocado nocárter. O combustível do teste continha 440 ppm de enxofre.
Como se pode observar pela Tabela 1 a seguir que apresenta odesgaste, não ocorreu desgaste durante o teste.
Tabela 1. Teste de desgaste em um motor a diesel de Lister Petter depois de536 horas funcionando com um ciclo simulando ônibus em tráfico de cidade.Medidas do cilindro no motor de Lister Petter em associação com o lubrifi-cante do teste.
<table>table see original document page 20</column></row><table>A hipótese investigada neste teste foi uma preocupação de queo filme de lubrificante iria desaparecer e que isto resultaria em maior desgas-te nos cilindros. Esta hipótese foi assim falsificada.
Exemplo 5
Análise do Gás de Exaustão
Usando-se o motor do Exemplo 4, foi feita a análise dos gasesde exaustão utilizando-se um instrumento especial para análise de emissõesfornecidas por Boo Instrument AB em Nacka, Suécia, um chamado multiins-trumento. O óleo do teste era idêntico ao óleo utilizado no Exemplo 4 e foitestado sob o nome "PowerWay Low Smoke" (abreviado LS)
As características de PowerWay Low Smoke 15W-40 são forne-cidas a seguir, na Tabela 2. PowerWay é uma marca registrada possuídapela Statoil. No teste, havia uma concentração de 10 ppm dos Tons de cérioe 100 ppm dos íons de ferro no dito PowerWay Low Smoke 15W-40.
<table>table see original document page 21</column></row><table>Tabela 2. Características
<table>table see original document page 22</column></row><table>
Foram usadas durante o teste as seguintes qualidades dos pro-dutos de óleo para motor / produto combustível a diesel;
1 PowerWay LS, 440 ppm S, com ventilação do cárter fechada
2 PowerWay LS, 440 ppm S, sem ventilação do cárter fechada
3 PowerWay LS, 919 ppm S, com ventilação do cárter fechada
4 PowerWay LS, 919 ppm S1 sem ventilação do cárter fechada
5 PowerWay Standard, 440 ppm S, com ventilação do cárter fechada
6 PowerWay Standard, 440 ppm S, sem ventilação do cárter fechada
Os produtos 1, 2, 3 e 4 correspondem a um óleo (PowerWay)com aditivos de baixo teor de fumaça de acordo com a presente invenção,em combinação com duas qualidades diferentes de diesel contendo 440ppm de enxofre (S) e 919 ppm de enxofre, respectivamente. Os aditivos u-sados em PowerWay foram 10 ppm de íons de cério como o alquilbenzenosulfonato e 10O ppm de íons de ferro, como o alquilcarboxilato. Os produtos5 e 6 representam óleo HDDO padronizado sem quaisquer aditivos da in-venção.
Tabela 3. Comparação de diferentes produtos em relação à composição dogás de exaustão
<table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table>
Os resultados do teste na Tabela 2, com ventilação do cárterfechada, também estão ilustrados nas Figuras 2 - 4. Os resultados do testena Tabela 2, com ventilação do cárter aberta, estão ilustrados nas Figuras 5-7. Nestas Figuras são usadas as abreviações a seguir:
PW Standard PowerWay 15W-40
PW LS 1 PowerWay Low Smoke e 440 ppm de combustível de enxofre
PW LS 2 PowerWay Low Smoke e 919 ppm de combustível de enxofre
Os resultados do teste do gás de exaustão demonstram que afumaça foi influenciada em uma direção positiva. Os resultados na Tabela 2demonstram melhor economia de combustível, pois a concentração de CO eCO2 é mais baixa quando forem usados aditivos do que sem aditivos. Asconcentrações de NOx e HC também são reduzidas, resultando em emis-sões que são menos prejudiciais ao ambiente. Também é sabido e pode serobservado pela Tabela 2, que o índice de fumaça irá aumentar quando dimi-nuir a quantidade de enxofre no combustível.
Estes resultados são obtidos usando-se um motor moderno no-vo. Para motores antigos usados, é provável que as vantagens da invençãosejam muito maiores. Desse modo, pode ser concluído que a presente in-venção pode fazer uma contribuição substancial para resolver o problema degases de exaustão com odor e pouco saudáveis e fuligem em grandes cida-des e em áreas densamente populosas, em particular quando os veículossão de uma data anterior e, portanto os problemas com a poluição do ar sãosubstantivos.
Exemplo 6
Teste com Ônibus de Moscou - Limpeza do Motor
Foi usado o óleo lubrificante da invenção em testes em ônibusMosgotrans. O ônibus Mosgotrans Depot Ne 5 referência 05178 tinha com-pletado 135.600 km antes do início da experiência. O óleo lubrificante foitrocado pelo óleo da invenção (PowerWay 15W-40 com 10 ppm de íons decério como o alquilbenzeno sulfonato e 100 ppm de íons de ferro como oalquil carboxilato. Depois de 8000 km, o óleo foi mudado por causa dos injeto-res defeituosos. Depois de 33.000 km foi feita a revisão do estado do motor.
As fotografias nas Figuras 8 a 13 apresentam várias partes domotor antes do uso do óleo da invenção e depois de 28.000 km e 33.000 km.
A remoção da lama do motor é apresentada claramente.
Foi conduzido um teste similar no Ônibus Mosgotrans Depot 18Bus Ng 18101. Depois da troca do óleo lubrificante da invenção e de umaoutra troca de óleo depois de 13.000 km, são apresentados resultados de-pois de 26.000 km e são apresentados nas Figuras 14 a 18.
As capacidades notáveis de limpeza do motor do óleo Iubrifican-te da invenção o tornam muito atraente para uso em companhias de ônibuse similares. Um motor mais limpo significa um motor que pode usar menoscombustível e um que tem emissões significativamente menores. Um motorlimpo significa um motor com maior vida útil, uso de menos peças de reposi-ção, menos necessidades de reparos e conseqüente redução na mão-de-obra de reparos. Em virtude do motor limpo, um óleo lubrificante necessitarealmente ser trocado menos freqüentemente do que os óleos convencionais
O que significa menos óleo lubrificante usado e menos trabalho para troca deóleo. Menos trocas de óleo significam menos tempo de interrupção de fun-cionamento para um veículo e, portanto a possibilidade de manutenção deuma frota menor.
Exemplo 7
Emissões de Ônibus Antigo
Foi usado neste teste um Ônibus Volvo B10M-70 juntamentecom combustível diesel Comercial com 500 ppm de enxofre. Foram testadostrês óleos lubrificantes diferentes.
1 PowerWay 15W-40
2. PowerWay 15W-40 com 10 ppm de íons de Ce (como o alquilbenzenosulfonato) e 100 ppm de íons de Fe (como o alquilcarboxilato)
3. PowerWay 15W-40 combinado com 20 ppm de íons de Ce (como oalquilbenzeno sulfonato) e 200 ppm de íons de Fe (como o alquilcarbo-xilato de ferro).
A especificação do veículo é fornecida na Tabela 4.
Tabela 4
<table>table see original document page 25</column></row><table>
Dinamômetro do Chassis
O ônibus foi testado em um dinamômetro do tipo "berço" comdiâmetros do cilindro de 515 mm à temperatura ambiente de 22°C. O ajuste10 do dinamômetro foi feito por simulação das condições na Estrada de um veí-culo sobrecarregado (usando inércia típica do veículo e curva de carga naestrada).
Ciclo de Direção
Teste no estado estacionário e teste transiente foram realizados15 neste projeto. O teste no estado estacionário foi realizado com o veículo a 60km/h durante 10 minutos. O teste transiente foi feito usando-se um ciclo deteste de Braunschweig para ônibus. O ciclo transiente de Braunschweig paraveículo simula condições realistas de carga na estrada como apresentado naFigura 32.
Amostragem e Medição da Emissão de Exaustão
Foram medidas emissões de CO, CO2, HC1 NOx, massa da par-tícula (PM), distribuição de número e de tamanho da partícula e fumaça. Amedição da fumaça foi realizada apenas nos testes de velocidade constantea 60 km/h.
A medição de fumaça foi realizada por amostragem direta dacorrente de gás bruto de exaustão. A medida de CO, CO2, HC, NOx, massada partícula (PM), distribuição de número e de tamanho da partícula são rea-lizadas usando-se um método de amostragem diluída.
O método de amostragem diluída está baseado em um sistemade diluição de fluxo completo, isto é, a exaustão total é diluída usando-se oconceito da Amostra de Volume Constante (CVS). O volume total da misturade gás de exaustão e de ar de diluição é medido por um sistema de Fluxo deVenturi Crítico (CFV).
Foi usado Horiba Mexa 9000 série (9400D) par análise de CO,HC, NOx e COx. O consumo de combustível foi calculado usando-se um mé-todo de balanço de carbono. Foi usado o AVL Smoke Meter 415S para me-dição da fumaça. As medições de distribuição do número e do tamanho dapartícula foram realizados usando-se um Electrical Low-Pressure Impactor(ELPI) (Dekati). O instrumento fornece uma resolução do tamanho da partí-cula de 7 nm a 6 μηη.
Os princípios de medição para os diferentes componentes sãofornecidos na Tabela 5 a seguir.
Tabela 5: Princípios de Medição
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Programa do Teste
A testagem de um óleo lubrificante foi realizada de acordo comas etapas a seguir:1. PowerWay 15W-40
2. PowerWay 15W-40 mais 100 ppm de íons de ferro (como o alquilcar-boxilato) e 10 ppm de íons de cério (como o alquilsulfonato). (Nesteteste, o óleo foi chamado Cityway nas Figuras)
3. PowerWay 15W-40
4. PowerWay 15W-40 mais 200 ppm de íons de ferro (como o alquilcar-boxilato) e 20 ppm de íons de cério (como o alquilbenzeno sulfonato)(Denominado SL 06-306 nas Figuras)
5. PowerWay 15W-40
Para cada etapa foi realizado um programa de teste de acordocom o procedimento a seguir:
1. Trocar o óleo (drenar-lavar-drenar-recarregar)
2. Condicionamento do veículo a 60 km/h durante 30 minutos
3. Teste de emissão a 60 km/h durante 10 minutos
4. Teste de emissão usando ciclo do teste de ônibus de Braunschweig
Resultados
Os resultados de emissão dos testes de velocidade constante edos testes de ciclo de ônibus de Braunschweig estão ilustrados nas Figuras19-31 e nas Tabelas 6 - 9. Para o PowerWay 15W-40 foram realizados tes-tes triplos, assim os desvios padrão estão ilustrados nas Figuras.
Tabela 6: Emissões de CO, HC, NOx, CO2 PM, consumo de combustível efumaça de testes a 60 km/h.
<table>table see original document page 27</column></row><table><table>table see original document page 28</column></row><table>Tabela 8: Emissões de CO, HC1 NOx, CO2 PM, consumo de combustívelprovenientes de testes de Braunschweig.
<table>table see original document page 29</column></row><table><table>table see original document page 30</column></row><table>