CN104024587A - 具有连续释放添加剂容器的润滑油过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油过滤器，该油过滤器包括用于将添加剂物质引入通过该过滤器的流动油中的添加剂容器。该添加剂物质包括高碱性洗涤剂和任选的下列添加剂物质中的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

Description

具有连续释放添加剂容器的润滑油过滤器

技术领域

本发明涉及包括连续释放添加剂容器的润滑油过滤器，该添加剂容器将添加剂释放至油中以延长换油周期。

发明背景

因为最新的油品类别对灰分含量有限制，目前的润滑油不能满足发动机制造商所需的换油周期。由于在过去几年中对油料和发动机有多次更动，油料不能用于延长的维修周期。例如，目前许多现代柴油发动机配备了废气再循环(EGR)系统和柴油颗粒过滤器(DPF)，储油部容积降低，使用较低粘度的油料，并使用超低硫柴油(ULSD)和替代燃料或冷却剂(包括非水性)，所有这些改变了发动机的运转条件和油料降解的速率。

最新的石油类别，CJ-4、CI-4，将新油的灰分和硫含量分别限制为1.0％和1.5％，由于在化学组成中存在金属，这进而限制了高性能抗磨损添加剂(例如二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP))和高碱洗涤剂(例如镁或钙的磺酸盐或水杨酸盐)的用量。随着未来的石油种类的推出，预计这些限值将继续降低或至少保持相同，从而持续限制石油生产商延长油品使用寿命的能力。

柴油发动机的曲轴箱中发生反应驱动对额外添加剂的需要。最常见的油品寿命主要限制因素是总碱值(TBN)无法保持在2.5mgKOH/g的废弃界限之上或保持在总酸值(TAN)水平之上。这可能是由于在曲轴箱中发生的各种化学反应，包括：高温和高压环境中油的氧化、在来自燃料的油(包括生物柴油)中强酸和弱酸的形成、冷却剂泄漏、水分和其它污染物、污泥或碳烟的生成及各种其他机制。

基于生物柴油的燃料的燃烧产物窜气导致弱酸(如乙酸、乙酸甲酯、乙酸乙酯、羧酸等)产生。这些酸最好被弱碱(如金属氧化物或甲胺)中和。还形成强酸，最好被油中的强碱材料中和，因此消耗了初始TBN值。

阻止油达到所需换油期限的其他原因包括油粘度的增稠或稀释(如，最大偏移等值±1级别)，无法驱散油内微粒和煤烟，以及过度硝化。就以往的油品种类而言，CI-4，灰分含量至多为1.5％是可接受的，对硫含量没有限制。这使得添加剂要包括高水平的高碱性洗涤剂和其他添加剂，从而达到较长的工作周期。因为油中的添加剂随时间不断消耗，部分原因是在于酸中和以及与机油内生成的过氧化物(氧化产物)反应，因此，将添加剂持续计量加入油内以延长油品使用寿命的改进技术将会是有用的。

发明内容

本发明描述了一种发动机油过滤器，该发动机油过滤器能够向发动机油中持续释放高浓度的添加剂，通过延长换油周期来减少油使用量从而降低维护成本。该添加剂可包括，但不限于，高碱性洗涤剂、弱碱性物质、抗氧化剂、抗磨损添加剂、摩擦改进剂、分散剂、粘度调节剂、防泡沫添加剂、纳米添加剂，或对发动机油有利的其它添加剂，它们的单独一种或组合。

在一个实施例中，该油过滤器包括壳体，该壳体界定内部腔室并具有第一端和第二端、在壳体的第一端的油入口和油出口，以及在入口和出口之间供油流动通过内部腔室的油流动通道。过滤介质设置在内部腔室中，在入口和出口之间的油流动通道中，过滤介质构造成用于过滤流动通过所述内部腔室的油。添加剂容器布置在内部腔室中，添加剂容器构造成将其中所包含的添加剂物质引入流动通过内部腔室的油中。

在一优选实施例中，添加剂物质包括高碱性洗涤剂和任选的下列添加剂物质中的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。例如，在一个示例中，以添加剂物质的重量计，添加剂物质包括，例如约10重量％至约90重量％的高碱性洗涤剂、例如约0.2重量％至约3重量％的摩擦改进添加剂、例如约0.5重量％至约3重量％的抗氧化添加剂、例如约1.0重量％至约5重量％的抗磨损添加剂和例如约0至约88.3重量％的惰性溶剂。

可根据一些因素使用其它添加剂和添加量，这些因素包括但不限于：油品的种类、油品的类别、想要提高的油品特性和添加剂的有效性。添加剂可以自身单独使用，或者以任何所需比率的多组分混合物的形式使用。这些添加剂可与惰性溶剂例如基础油相结合，用于粘度调节。

在一个实施例中，油过滤器包括全流式折叠过滤介质、旁路介质、文丘里喷嘴、以及向流经油过滤器的油中持续释放油添加剂的添加剂容器。然而，可考虑各元件的其它组合，这些组合包括但不限于：a)含有全流式折叠介质的油过滤器、文丘里管和添加剂容器；b)旁路介质和添加剂容器；和c)全流式折叠过滤介质，旁路介质和添加剂容器。

附图说明

图1示出了具有如本文所述的添加剂容器的油过滤器的示例。

图2示出图1中的油过滤器的添加剂容器的操作方式。

图3是具有添加剂容器的油过滤器的另一示例的剖视图。

具体实施方式

参照图1，描绘了结合本文中所描述的概念的润滑油过滤器10。过滤器10是包括壳体12的旋转式油过滤器，壳体12具有开放的第一端和圆顶形、封闭的第二端，第二端与固定到壳体12的开放的第一端的螺母板16共同界定内部腔室14。过滤元件18，例如纤维质、折叠、全流式过滤介质，布置在腔室14内，用于从油中过滤污染物。过滤元件18包括中空的内部、下部端板20和上部端板22。这两个端板横跨其相应的过滤元件端部并作密封以防止流体通过过滤元件18的端部流出。

过滤元件18的旁边是旁路过滤介质24。旁路过滤介质24可包括，例如，由例如纤维材料制成的堆叠环形盘的组件。旁路过滤介质24配置成当油经旁路介质朝向其中心的油通道26流动时过滤油。旁路过滤器介质24抵靠下部端板20，并包括封闭基端板28。过滤器10可包括任意比例的全流式过滤介质18与旁路过滤介质24。

过滤元件18包括内套筒30，内套筒30支撑过滤介质的内表面并界定内部空间32。下部端板20在其中心开口，并形成有短的圆柱形通道34，通道34向上延伸进入内部空间32。管36环绕通道34安装上并提供从旁路过滤介质24的中心油通道26至设置在内部空间32内的文丘里喷嘴38的流体连通。

上部端板22形成有内环形凸缘40，凸缘40提供内密封件42的固定器。文丘里喷嘴38包括安装在内环形凸缘上的向外扩径端。当过滤器10在使用过程中安装时，内密封件42的内环形表面紧靠过滤器头的杆安装，如美国专利5,906,736所述。可冲压、模制或机加工而成的螺母板16具有内螺纹并组装到过滤器头的外螺纹部。

壳体12是金属的并具有大致圆柱形侧壁，该侧壁包括成形的上凸缘，该上凸缘为具有倒置的接纳通道的形状。螺母板16的环形上侧外凸缘紧密和牢固地固定到该通道中。

螺母板16上设有至少一个油入口开口48，以允许待过滤的油进入过滤器。螺母板16还界定了中心的螺纹出口开口50，通过该出口开口50过滤器螺纹连接到过滤器头的相应螺纹安装柱上，通过该出口开口50油排出过滤器。该类过滤器的一般结构和操作的进一步细节可见美国专利5,906,736，美国专利5,906,736以整体参见地纳入本文。

添加剂容器60被设置在腔室14内，在旁路过滤介质和壳体12的第二端之间靠近旁路过滤介质24。添加剂容器60容纳一种或多种添加剂物质并构造成以受控速率向油中连续释放添加剂。

在壳体12内的螺旋弹簧62直接或间接地推压添加剂容器60的底部，迫使添加剂容器60与端板28接合。

释放到油内的添加剂意在以某些方式提高油品质，包括但不限于，补充储备碱度(RA)，降低氧化磨损，稳定油粘度，和/或中和油内的酸。通过如下所示的磺酸与羧酸反应生成中性盐和水，从而阻止油的TAN升高是添加剂藉此提高油使用寿命的实例。

添加剂可以包括，但不限于以下任何添加剂，为粘度调整，添加剂可以与基础油或溶剂组合。

表1：潜在的油添加剂——示例A

潜在的油添加剂——示例B

表1中的百分比是体积比或重量比。列出的添加剂中的一个或多个可以与惰性溶剂，如基础油混合，从而达到100％组成。列出的添加剂可以作为一纯的添加剂单独使用，或以任何组合使用，从而形成任意比例的多组分混合物。

确认有用的多组分添加剂混合物的一典型实施方式列于表2(体积％或重量％)，可与或不与惰性溶剂，如基础油混合从而调节粘度。

表2

实施例A

实施例B

下表3-6示出用于添加剂容器的可能的添加剂组成。全部组成和处理率(TR)是体积％或重量％(两者都是可用的)。以下的混合物还可以与惰性溶剂，如基础油混合，从而达到100％组成。

表3(高碱性洗涤剂/强碱)

TBN为10-500mgKOH/g的高浓度碱的浓度范围应在全部配制的添加剂的约80％-90％。

实施例A

化学名称	最小处理率	最大处理率
			磺酸钙	10	90
水杨酸钙	10	90
			油酸钙	10	90
苯酚钙	10	90
			磺酸镁	10	90
水杨酸镁	10	90
			油酸镁	10	90
苯酚镁	10	90

实施例B

化学名称

最小处理率

最大处理率

	(％未稀释的)	(％未稀释的)
			磺酸钙	20	90
水杨酸钙	20	90
			油酸钙	20	90
苯酚钙	20	90
			磺酸镁	20	90
水杨酸镁	20	90
			油酸镁	20	90
苯酚镁	20	90
			伯、仲和叔胺	20	90
阻仲胺和叔胺	20	90
			叔阻胺	20	90
1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇	20	90
			4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶	20	90

表4(抗氧化剂)

抗氧化剂的功能是降低油内氧化速率，进而有助于减少酸形成，延长油寿命和控制粘度。

实施例A

化学名称	最小处理率％	最大处理率％
			胺抗氧化剂	0.5	3
酚抗氧化剂	0.5	3
			胺抗氧化剂和H.Mo.Wt.酚抗氧化剂	0.5	3
H.Mo.Wt.酚抗氧化剂	0.5	3
			芳香胺	0.5	3

实施例B

表5(多功能摩擦改进剂)

多功能摩擦改进剂可以存在，从而减少发动机磨损和摩擦，导致改善燃料经济性。

实施例A

化学名称	最小处理率	最大处理率
			油酰胺	0.2	3.0
聚合物(多元醇偏酯)	0.2	3.0
			脂肪酰胺	0.2	3.0
链烷醇胺	0.2	3.0
			H.Mo.Wt.酚聚合物	0.2	3.0
硼酸酯	0.2	3.0
			氨基官能化丙烯酸聚合物	0.2	3.0
钼三聚物	0.2	3.0
			二硫代氨基甲酸钼	0.2	3.0

实施例B

表6(抗磨损添加剂)

抗磨损添加剂可以存在，从而助于在延长的换油期限期间减少发动机磨损。

实施例A

实施例B

参考图2，所述添加剂容器60包括单向阀70和毛细管72，毛细管72实现从添加剂容器的内部释放添加剂。毛细管包括设置在添加剂容器内部的入口端74和设置在旁路介质的中心油通道26内的出口端76。中空套筒78在容器60形成并从容器60向上延伸，可移动的插塞80安装到套筒78中并与套筒78密封以封闭套筒78。毛细管72通过套筒78和插塞80延伸。如图1所示，当容器60在过滤器中就位，插塞80和套管78通过旁路过滤介质24的底部延伸进入中心油通道26，使得毛细管的出口端76置于通道26中并向通道26排料。此外，插塞80可从套筒78移除以便对容器60作填充和再填充。

图3示出了与过滤器10类似的变型过滤器10’。过滤器10’包括具有单向阀70’和毛细管72’的添加剂容器60’。然而，在过滤器10’中，旁路过滤器24’轴向长度短于旁路过滤器24。此外，毛细管72’的端部相邻于容器60’的底部布置。管36’也设有流量限制。图3中的过滤器10’的操作方式与过滤器10的下述操作大致相同。

除了文丘里管38在折叠过滤介质18的清洁侧产生的真空效应，容器60利用过滤元件上的压力梯度来驱动添加剂沿毛细管72向上并进入油中。根据熟知的毛细管层流哈根-泊肃叶方程，通过仔细选择毛细管内径(释放速度率与内径ID的四次方成正比)和毛细管长度(释放速率与与长度成反比)来控制添加剂的释放速率：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{128\mathrm{\μLQ}}{\mathrm{\π}{d}^4}$

其中：

ΔP是压降

L是管的长度

μ是动力粘度

Q是体积流率

r是半径

d是直径

参照图1和图2，污油通过单向阀70进入添加剂容器60。区域1的压力称为P1。油与添加剂在容器(区域2)中混合。油/添加剂混合物然后流过毛细管72(区域3)进入旁路介质中心的通道26(区域4)。油/添加剂混合物接着与干净的油相结合并从过滤器分散。区域4中的压力称为P2。

P1和P2之间的差异随着过滤器10的寿命而变化，因为过滤介质变得更加堵塞。然而，P1将始终大于P2。当P1-P2增加时，该添加剂释放速率也将增加，从而补偿添加剂的稀释作用。

约85-95％的油流过过滤介质18，除了少量流入添加剂容器，大部分的剩余部分流过旁路介质24。

毛细管72的内径非常小，从而使得它无法承受可能堵塞或损坏管道的颗粒。因此，在容器60中的添加剂是液体形式。

文丘里管38有助于驱动经过毛细管72的流动。此外，旁路过滤介质不包括要引入油中的添加剂物质，是有益的。在旁路过滤介质部分使用静态的添加剂物质因减少孔隙率而可导致介质容量减少。因此，从旁路介质消除添加剂物质，能够使用减少的旁路介质区域获得等效容量，从而允许更大的化学品容器。此外，与使用旁路介质中的静态添加剂相比，使用在容器60中的液体添加剂提高了反应活性，因为旁路介质中所含的化学品添加剂的活性位点被烟尘、油泥和其它污染物涂覆，因此中和酸的能力下降。然而，当人们发现这样做有利时，旁路介质或全流式过滤介质可包括任选的静态添加剂物质，例如要引入油中的颗粒形式的强碱性或弱碱性添加剂物质。

旁路介质的中心油通道26也是有利的。如果没有这个开放流路，毛细管上污染侧和清洁侧的压力会非常接近，因此将不会有任何作用力驱动液体流过毛细管。缺乏此类中心通道26也最大限度减少了文丘里管38对添加剂容器的作用，进一步阻碍了流动的驱动力。

虽然将过滤器10描述为在过滤器的底部具有添加剂容器，但过滤器10可包括其他结构，例如添加剂容器在过滤器的其他位置，例如，位于旁路介质24和全流式介质18之间。

此外，尽管将过滤器10描述为具有全流式过滤介质18、文丘里管38、旁路介质24和添加剂容器60的组合，其他配置也是可能的。例如，过滤器可包括全流式折叠介质18、文丘里管38和添加剂容器60，而没有旁路介质。在另一个例子中，过滤器可包括旁路介质24和添加剂容器60，而没有折叠介质18。在另一个例子中，过滤器可包括全流式折叠过滤介质18、旁路介质24和添加剂容器60，而没有文丘里喷嘴38和套管30。元件的其他结构和组合都是可能的。

本发明可以以其它形式实施而不脱离其精神或新颖的特征。在本申请中所公开的实施例应被认为在各方面均是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求而不是由前面的描述描述，权利要求的等同含义和范围内的所有变化都旨在被包含于其中。

Claims (16)

1.一种油过滤器，包括：

壳体，所述壳体界定内部腔室并具有第一端和第二端，在所述壳体的第一端的油入口和油出口，以及在所述入口和出口之间供油流动通过所述内部腔室的油流动通道；

过滤介质，所述过滤介质设置在所述内部腔室中，在入口和出口之间的油流动通道中，所述过滤介质构造成用于过滤流动通过所述内部腔室的油；

在内部腔室的添加剂容器，所述添加剂容器构造成将其中所包含的添加剂物质引入流动通过所述内部腔室的油中，所述添加剂物质包括高碱性洗涤剂和任选的下列添加剂物质中的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

2.根据权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述过滤介质包括折叠过滤介质和布置在所述折叠过滤介质和所述第二端之间的旁路介质，所述旁路介质包括通过其延伸的中心油通道，所述中心油通道与所述折叠过滤介质的内部连通，且所述旁路介质不包括要引入油中的添加剂物质；

布置在所述折叠过滤介质内部的文丘里管；

所述添加剂容器包括毛细管，所述毛细管具有布置在所述添加剂容器内的入口端和设置在所述旁路介质的中心油通道内的出口端，和连通所述壳体的内部腔室与添加剂容器内部的单向油入口。

3.根据权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述过滤介质包括折叠过滤介质和布置在所述折叠过滤介质和所述第二端之间的旁路介质；所述添加剂容器布置在所述旁路介质和所述第二端之间；所述旁路介质包括通过其延伸的中心油通道，所述中心油通道与所述折叠过滤介质的内部连通；以及

所述添加剂容器包括毛细管，所述毛细管具有布置在所述添加剂容器内的入口端和布置在所述旁路介质的中心油通道内的出口端，和连通所述壳体的内部腔室与所述添加剂容器内部的单向油入口。

4.如前述权利要求中任一项所述的油过滤器，其特征在于，以添加剂物质的重量计，所述添加剂物质包括约10重量％至约90重量％的高碱性洗涤剂，约0.2重量％至约3重量％的摩擦改进添加剂，约0.5重量％至约3重量％的抗氧化添加剂，约1.0重量％至约5重量％的抗磨损添加剂，和约0至约88.3重量％的惰性溶剂。

5.如权利要求1-3所述的油过滤器，其特征在于，以添加剂物质的重量计，所述添加剂物质包括约20重量％至约90重量％的高碱性洗涤剂，约0％至约90重量％的阻胺类，约0.5重量％至约30重量％的摩擦改进添加剂，约1.0重量％至约30重量％的抗氧化添加剂，约1.0重量％至约30重量％的抗磨损添加剂，和约0至约77.5重量％的惰性溶剂。

6.如权利要求1-3中任一项所述的油过滤器，其特征在于，添加剂物质包括高碱性洗涤剂和下列添加剂物质中的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

7.如权利要求6所述的油过滤器，其特征在于，所述添加剂物质包括高碱性洗涤剂和下列添加剂物质中的两种或更多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

8.如权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述过滤介质包括折叠过滤介质。

9.如权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述过滤介质包括堆叠的具有中心通道的环形圆盘。

10.如权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述添加剂容器包括位于暴露于第一压力的区域的入口和位于暴露于第二压力的区域的出口，且所述第一压力大于所述第二压力。

11.一种添加剂容器，所述添加剂容器构造成将添加剂引入在油过滤器的油中，所述添加剂容器包括：

界定内部空间的壳体，进入所述内部空间、位于在使用中暴露于第一压力的区域的单向油入口，和毛细管，所述毛细管具有安置在所述内部空间内的入口端和安置在所述内部空间外侧、在使用中暴露于第二压力的区域的出口端；所述第一压力大于所述第二压力；和

包含在所述内部空间内的添加剂物质，所述添加剂物质包括高碱性洗涤剂和任选的下列添加剂物质中的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、防泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

12.如权利要求11所述的添加剂容器，其特征在于，以添加剂物质的重量计，所述添加剂物质包括约10重量％至约90重量％的高碱性洗涤剂，约0.2重量％至约3重量％的摩擦改进添加剂，约0.5重量％至约3重量％的抗氧化添加剂，约1.0重量％至约5重量％的抗磨损添加剂，和约0至约88.3重量％的惰性溶剂。

13.如权利要求11所述的添加剂容器，其特征在于，以添加剂物质的重量计，所述添加剂物质包括约20重量％至约90重量％的高碱性洗涤剂，约0％至约90重量％的阻胺类，约0.5重量％至约30重量％的摩擦改进添加剂，约1.0重量％至约30重量％的抗氧化添加剂，约1.0重量％至约30重量％的抗磨损添加剂，和约0至约77.5重量％的惰性溶剂。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述添加剂物质包括高碱性洗涤剂和下列添加剂物质的一种或多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀剂添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

15.如权利要求14所述的添加剂容器，其特征在于，所述添加剂材料包括高碱性洗涤剂和下列添加剂物质中的两种或更多种：弱碱添加剂、抗氧化添加剂、抗磨损添加剂、摩擦改进添加剂、分散添加剂、抗泡沫添加剂、纳米添加剂、缓蚀添加剂、倾点抑制添加剂和表面活性添加剂。

16.如权利要求11所述的添加剂容器，其特征在于，所述毛细管沿所述壳体的中心轴布置，且所述油入口位于毛细管的径向外侧。