CN101245279A - 润滑传动装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种润滑在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法。所述方法包括向该传动装置提供由(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂制成的润滑油组合物。

Description

润滑传动装置的方法
发明领域
本发明涉及润滑传动装置的方法，特别是润滑在单一壳体(housing)中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法。
背景技术
对于车辆燃烧效率的要求已导致许多汽车公司对混合动力车辆的开发。本文使用的术语“混合动力车辆”是指具有两种推进方式的车辆，例如(1)以汽油或柴油为燃料的内燃机和(2)从通过发动机(1)或通过再生制动而充电的车载电池(on-board battery)接收动力的电动机。
混合动力车辆可以包括常规的分级自动变速器、无级变速器或其他类型的车辆传动装置。一种特定类型的混合动力车辆用传动装置在具有常用润滑油装料的单一单元中容纳有电机部件例如电力传动电动机和发电机与机械部件例如减速齿轮。所述传动装置的一个实例是用于Toyota混合动力车辆中的电控无级变速器(Toyota将这种传动装置称为“ECVT”)。
本发明提供了一种润滑在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法，该方法包括提供特定的润滑油组合物。由于该传动装置在单一单元中包括电机部件和机械装置，因此本发明的润滑油组合物必须向该单元提供电绝缘、润滑和冷却作用。
发明概述
在一种非限制性的实施方案中，本发明为一种润滑具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法，其包括向所述传动装置提供润滑油组合物，该组合物包含：(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂。
在另一非限制性的实施方案中，本发明为润滑油组合物，其包含(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂，其中所述润滑油组合物被用于具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置中。
在另一非限制性的实施方案中，本发明为润滑油组合物，其包含(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂，其中所述润滑油组合物被用于具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置中。
在另一非限制性的实施方案中，本发明为润滑油组合物用的添加剂包(additive package)，其包含：(a)无灰分散剂；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂。
发明详述
除非另作说明，说明书和权利要求书中使用的所有表示成分用量、反应条件、尺寸、物理特性、工艺参数等的数字应被理解为在一切情况下都由术语“约”来修饰。因此，除非有相反指示，否则在下面的说明书和权利要求书中给出的数值可以根据本发明希望获得的所需性能而变化。最起码，以及并非旨在限制将等同原则应用于权利要求书的范围，各数值应当至少按照所报道的有效数字并采用一般的舍入技术来解释。此外，本文公开的所有范围应被理解为包括起始和终止范围值以及包含在其中的任何及所有的子范围。例如，“1至10”的指定范围应被认为包括在最小值1和最大值10之间(包括端值)的任何的及所有子范围；即，所有以最小值1或更大起始并以最大值10或更小终止的所有子范围，例如5.5-10。在以下说明中对美国专利或专利文件或参考文献的任何提及也通过引用将该文献并入本文并且应理解为全文并入。
本发明是一种润滑传动装置的方法。在一种非限制性的实施方案中，本发明是一种润滑在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法，其包括向所述传动装置提供润滑油组合物，该组合物包含：(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂。
合适机械部件的实例包括但是不限于(1)减速齿轮；(2)差速器；(3)功率分配装置；和(4)扭矩限制装置。在一种非限制性的实施方案中，差速器在设计上可以是行星式、螺旋式、圆柱式(spur)或准双曲面式。在一种非限制性的实施方案中，功率分配装置可以是机械操作的(例如行星齿轮)或摩擦操作的(例如滑磨湿式离合器(slipping wet clutch))或是同步器。在一种非限制性的实施方案中，扭矩限制装置可以是机械操作的(例如棘轮)或摩擦操作的(例如滑磨湿式离合器)。在本发明非限制性的实施方案中，可以包括所述机械部件中的一种或多种。
合适电机部件的实例包括但是不限于(1)电力传动电动机；(2)发电机(generator)；(3)电动机-发电机(generator)组合单元；和(4)交流发电机(alternator)。在本发明的非限制性的实施方案中，可以包括所述电机部件中的一种或多种。根据本发明下列不被认为是“电机部件”：通常归类为“伺服电动机”或“执行器”的用于运行滑阀或实现其他电机作用的分马力电动机以及用于实现机械功能的螺线管。
在一种非限制性的实施方案中，所述基础油具有以根据ASTM D877测定的大于或等于30KV的介质击穿电压表示的纯度。
合适的基础油包括润滑粘度的天然和合成润滑油及其混合物。可用于本发明的天然油类的实例包括但是不限于(1)动物油；(2)植物油；和(3)矿物基础油。合适的矿物基础油包括液体石油类和经过溶剂处理或酸处理的链烷型、环烷型和混合链烷/环烷型矿物基础油。所述天然油类可以通过公知技术例如加氢裂化和加氢精制而被进一步精炼。
适合本发明的合成基础油的实例包括但是不限于下列油料：(1)烃油和卤代烃油；(2)聚苯类；(3)烷基化二苯醚；(4)氧化烯聚合物和互聚物及其衍生物，其中所述末端羟基可以已经通过酯化或醚化而改性；(5)二羧酸与多种醇类的酯，或由C5-C12一元羧酸与多聚醇和多聚醇醚制成的酯；(6)硅基油类；和(7)它们的衍生物、类似物和同系物。所述烃油和卤代烃油的实例为经聚合和互聚的烯烃，也称作聚α-烯烃。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述天然或合成油类可以是未精炼的油类、精炼的油类(refined oil)和再精炼的油类(rerefined oil)。如这里使用的，“未精炼的油类”是直接从天然或合成来源得到不经进一步提纯处理的那些油。如这里使用的，“精炼的油类”是已经在一个或多个提纯步骤中进一步处理以改善一种或多种性能的油类。例如，精炼的油类可以被氢化以获得改进的氧化稳定性。
在本发明的非限制性的实施方案中，所述基础油可以是II类油、III类油或其混合物。II类和III类油是由API基础油互换规则建立的分类结果。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述基础油可以是源自蜡例如疏松石蜡或费-托合成蜡的加氢异构化的气体至液体(GTL)基础油，如本领域中公知的。
在本发明的另一非限制性的实施方案中，所述基础油包含至少50质量％的合成润滑油。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述基础油包含有限量的水和能够导电的任何金属例如铁、铜、锌、钙等。例如，水可以以小于或等于100PPM、或者小于或等于50PPM的量存在于所述基础油中。例如，能够导电的金属可以以小于或等于10PPM，或者小于或等于5PPM的量存在于所述基础油中。
根据本发明，所述基础油可以以大于所述润滑油组合物的50质量％、例如该组合物的75-95质量％的量存在。
根据本发明，所述润滑油组合物包含油溶性的含磷物质。合适的含磷化合物包括价态为III或V的磷的酸的酯。在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述含磷化合物是中性化合物，即其不含酸性质子，例如但不限于亚磷酸二烷基酯、亚磷酸三烷基酯或磷酸三烷基酯。根据本发明，烷基可以是取代的或未取代的以及除碳和氢以外还含有取代杂原子例如氯、硫、氧或氮。
合适的油溶性的含磷物质包括亚磷酸烷基酯、用含磷酸类和任选地用硼后处理的无灰分散剂。
可用于本发明的亚磷酸烷基酯的实例包括如US 5,750,476第5栏第30-65行中所述的亚磷酸二-和三烷基酯。
在一种非限制性的实施方案中，所述亚磷酸酯包含亚磷酸三烷基酯和亚磷酸三芳基酯。根据本发明，芳基可以是苯基或取代的苯基。
在本发明的另一非限制性的实施方案中，所述油溶性的含磷物质是如US 5,185,090中所述的混合的磷酸硫代烷基酯。
油溶性的含磷物质的实例包括通过用含磷的酸或酐和任选地用硼后处理一种或多种无灰分散剂而得到的那些。来自无灰分散剂及其硼化类似物的油溶性的含磷物质的制备的详细描述包含在US 3,502,677和US4,857,214中。合适的无灰分散剂包括烃基琥珀酰亚胺类、烃基琥珀酰胺类、烃基取代的琥珀酸的混合酯/酰胺类、烃基取代的琥珀酸的羟基酯类、烃基取代的酚类、甲醛、多聚胺类的曼尼希缩合产物以及它们的组合和混合物。
在一种非限制性的实施方案中，所述油溶性的含磷物质包含用磷来源和任选地用硼后处理的含有多聚胺(例如四亚乙基五胺)的聚异丁烯琥珀酰亚胺(或由其组成)的无灰分散剂。所述聚异丁烯部分可以具有300-3000的分子量。合适的磷来源包括无机含磷酸和酐例如亚磷酸、磷酸、连二磷酸、三氧化二磷、四氧化二磷、磷酸酐。合适的磷来源还包括所述无机含磷酸和酐的部分和完全的硫类似物例如四硫代磷酸(phosphorotetrathiocacid)、单硫代磷酸(phosphoromonothioc acid)、二硫代磷酸(phosphorodithioc acid)和三硫代磷酸(phosphorotrithioc acid)。
在本发明的非限制性的实施方案中，所述润滑油组合物中含磷物质的量小于或等于200ppm，或者小于或等于150ppm，或者小于或等于100ppm。
根据本发明，所述润滑油组合物包含腐蚀抑制剂。合适的腐蚀抑制剂包括三唑类，例如苯并三唑、甲基苯并三唑(tolytriazole)和芳族三唑类。合适的腐蚀抑制剂还包括基于噻二唑类的物质例如巯基噻二唑类。本发明的腐蚀抑制剂可以包含上述物质的组合和混合物。
如这里提及的，芳族三唑类具有下列通式结构：
Figure S2008100099172D00061
其中R是氢或含有1-8个碳的烃基。如上所示，该芳族三唑是取代的苯并三唑。可以基于萘和其他芳族结构的类似芳族物质也包括在本发明中。在一种非限制性的实施方案中，所述芳族三唑是甲基苯并三唑或苯并三唑。
如这里提及的，巯基噻二唑类具有下列通式结构：
Figure S2008100099172D00062
其中各个R是(1)氢或具有1-30个碳原子、例如6-15个碳原子的烃基或(2)含硫基团R’S-，例如二烃基二硫代噻二唑类以使得可以存在将所述噻二唑核连接至所述烃基上的两个硫原子的链。在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述巯基噻二唑是2，5-二(叔壬基二硫代)-1，3，4-噻二唑或2，5-二巯基噻二唑类(“DMTD”)的衍生物如(a)2-烃基二硫代-5-巯基-1，3，4-噻二唑或2，5-二(烃基二硫代)-1，3，4-噻二唑及其混合物；(b)DMTD的羧酸酯；(c)α-卤代的脂族单羧酸与DMTD的缩合产物；(d)不饱和环状烃和不饱和酮与DMTD的反应产物；(e)醛和二芳基胺与DMTD的反应产物；(f)DMTD的胺盐；(g)DMTD的二硫代氨基甲酸酯衍生物；(h)醛、和醇或芳族羟基化合物和DMTD的反应产物；(i)醛、硫醇和DMTD的反应产物；(j)2-烃基硫代-5-巯基-1，3，4-噻二唑；(k)将油溶性分散剂与DMTD结合的产物；以及它们的混合物。组合物(a)-(k)是本领域技术人员已知的而且在US 4,612,129及其中引用的专利文献中有述。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述润滑油组合物中的腐蚀抑制剂包含芳族三唑类和巯基噻二唑类这两者。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述腐蚀抑制剂的存在量小于或等于所述润滑油组合物的0.5质量％或者小于或等于0.2质量％。
根据本发明，所述润滑油组合物可以任选地包含第二无灰分散剂。所述第二无灰分散剂可以是本领域公知的任何无灰分散剂。适合于所述第二无灰分散剂的物质包括由聚烯基琥珀酸酐和多聚胺制成的琥珀酰亚胺类，由烷基化(alylated)酚类、甲醛和多聚胺制成的曼尼希碱型分散剂也是可用的。
适合于所述第二无灰分散剂的物质包括烃基琥珀酰亚胺类、烃基琥珀酰胺类、烃基取代的琥珀酸的混合酯/酰胺类、烃基取代的琥珀酸的羟基酯类、烃基取代酚、甲醛和多聚胺的曼尼希缩合产物、多聚胺和烃基取代的苯基酸类的缩合产物以及它们的组合和混合物。
在本发明的一种非限制性的实施方案中，所述第二无灰分散剂在所述润滑油组合物中的存在量小于或等于5质量％，或者小于或等于3质量％，或者小于或等于2质量％。
本发明还包括上述润滑油组合物。所述润滑油组合物可以用于绝缘和冷却在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置。进而，本发明包括含有上述润滑油组合物的传动装置。
本发明另外包括用于上述润滑油组合物的添加剂包。所述添加剂包含有(a)无灰分散剂、(b)油溶性的含磷化合物和(c)腐蚀抑制剂。
实施例
通过下列非限制性的实施例来说明本发明。下表1的实施例是本发明润滑油组合物的理论实施例。表1显示成品润滑剂中以质量百分数表示的实施例1-8中各组分的含量。
            表1用于本发明润滑油组合物的添加剂包
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8
  亚磷酸二丁酯   0.030   0.100   0.075   0.050
  亚磷酸三苯基酯   0.100   0.100   0.200
  亚磷酸三月桂基三硫代酯   0.440   0.220   0.250
  Hitec 4313(噻二唑腐蚀抑制剂)   0.010   0.020   0.025   0.010   0.010
  甲基苯并三唑   0.050   0.030   0.025   0.050   0.010   0.010   0.010
  Infineum C9201(PIBSA/PAM分散剂)   0.500   0.250   2.000   1.500   3.000   1.000   1.500
  Irganox L-135(酚类抗氧化剂)   0.100   0.200   0.150
  ExxonMobilSolvent 100中性油(37.1)*   99.960   50.000   25.000   25.000
  Yubase 4(40.5)*   99.350   98.155   46.840   25.000   48.080
  PAO 4(37.8)*   99.260   48.580   25.000
  Phillips 66变压器油(39)*   97.850
*括号中的值是用盘形电极根据ASTM D877在60Hz下以kVs计的介质击穿电压
在表1中，来自ExxonMobil[Houston，TX]的ExxonMobil Solvent 100中性油，来自SK Corporation[韩国]的Yubase 4，以及IV类-聚α-烯烃(PAO4)是根据本发明的基础油；亚磷酸二丁酯、亚磷酸三苯基酯和亚磷酸三月桂基三硫代酯是本发明的油溶性的含磷物质；而Hitec4313(可购自AftonChemical[Richmond，VA]的噻二唑)和甲基苯并三唑是根据本发明的腐蚀抑制剂。
如实施例4所示，本发明的添加剂包可以加入到市售变压器油例如Phillips 66变压器油中。

Claims (21)

1.一种润滑在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置的方法，其包括向所述传动装置提供润滑油组合物，该组合物包含：(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂。
2.权利要求1的方法，其中所述基础油具有根据ASTM D877测定的大于或等于30KV的介质强度。
3.权利要求1的方法，其中所述基础油选自天然润滑油、合成润滑油及其混合物。
4.权利要求3的方法，其中所述基础油是包含矿物油的天然润滑油。
5.权利要求3的方法，其中所述基础油包含至少50质量％的合成润滑油。
6.权利要求1的方法，其中所述油溶性的含磷物质包含价态为III或V的磷的酸的酯。
7.权利要求6的方法，其中所述油溶性的含磷物质是中性化合物。
8.权利要求1的方法，其中所述油溶性的含磷物质是混合的磷酸硫代烷基酯。
9.权利要求1的方法，其中所述含磷物质在所述润滑油组合物中的量小于或等于200ppm。
10.权利要求1的方法，其中所述腐蚀抑制剂选自三唑类和基于噻二唑类的物质以及它们的组合和混合物。
11.权利要求10的方法，其中所述腐蚀抑制剂包含芳族三唑类和巯基噻二唑类。
12.权利要求1的方法，其中所述腐蚀抑制剂的存在量小于或等于所述组合物的0.5重量％。
13.权利要求1的方法，其中所述润滑油组合物进一步包含第二无灰分散剂。
14.权利要求13的方法，其中所述第二无灰分散剂选自(a)由聚烯基琥珀酸酐和多聚胺制成的琥珀酰亚胺类和(b)由烷基化酚、甲醛和多聚胺制成的曼尼希碱型分散剂。
15.权利要求13的方法，其中所述第二无灰分散剂在所述润滑油组合物中的存在量小于或等于5质量％。
16.权利要求1的方法，其中所述机械部件包括下列中的至少一种：(1)减速齿轮；(2)差速器；(3)功率分配装置；和(4)扭矩限制装置。
17.权利要求1的方法，其中所述电机部件包括下列中的至少一种：(1)电力传动电动机；(2)发电机；(3)电动机-发电机组合单元；和(4)交流发电机。
18.权利要求1的方法，其中所述传动装置包含在混合动力车辆中。
19.润滑油组合物，其包含(a)基础油；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂，其中所述润滑油组合物被用于在单一壳体中具有至少一个电机部件和至少一个机械部件的传动装置中。
20.含有权利要求19所述的润滑油组合物的传动装置。
21.润滑油组合物用的添加剂包，其包含：(a)无灰分散剂；(b)油溶性的含磷物质；和(c)腐蚀抑制剂。
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