DE2342563A1

DE2342563A1 - Schmierzubereitung fuer schiffsdieselmotoren

Info

Publication number: DE2342563A1
Application number: DE19732342563
Authority: DE
Inventors: Frederic Van Quaethoven; Georges Souillard
Original assignee: Labofina SA
Current assignee: Labofina SA
Priority date: 1972-12-19
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1974-06-20
Also published as: GB1408369A; SE383641B; US3878115A; IT992752B; BE792976A; NL7313036A; CH578613A5; DK142060C; ZA737795B; JPS532442B2; NO135252B; FR2210659B1; DE2342563C2; FR2210659A1; NO135252C; DK142060B; JPS49102703A

Description

dr. W.Schalk · dipl.-ino.p.Wirth · dipl.-inc.G. Dannenierc

: · dr. P. Weinhold · dr. D. Gudel

« FRANKFURT AM MAIN

•ft. ItCMINHIlMt* «THAIII1·

IABOPINA S.A.

33t rue de la Loi ^:

1040 Brüssel, Belgien

Schmierzubereitung für Schiffsdieselmotoren

Die Erfindung betrifft SchmierZubereitungen, die sich besonders gut zum Schmieren von Dieselmotoren eignen. . ·

Bei den heutigen Schiffsdieselmotoren handelt es sich meistens um niedertourige Motoren ( höchstens 120 UpM) mit einer hohen Leistung, die 4.000 PS pro Zylinder erreichen kann. Diese Motoren weisen, zwei getrennte Schmiersysterne auf: ein System für den unteren Teil des Motors (Lager, Kreuzkopf, Kurbelköpfe.) und das andere System für die Zylinder.

Die getrennte Schmierung der Zylinder funktioniert in der Weise, daß das Schmiermittel während jeder Umdrehung direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Die Schmiermittelzubereitung wird

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clurch Düsen, die um den Zylinder herum angeordnet sind, .radial eingespritzt.. Die Anzahl der Schmiermitteleinlaßöffnungen ist aus praktischen Gründen begrenzt; so beträgt beispielsweise der Abstand zwischen zwei Einlaßöffnungen in großen Motoren mit Zylindern mit einer Bohrung bis zu 100 cm etwa 35 cm.

In diesen Motoren bewirken die hohen Drucke, die. zwischen den Zyli.ndtrwänden und den Kolbenringen herrschen, und auch der größere Abstand der Schmiermitteleinlaßöffnungen, daß das eingespritzte Schmiermittel nur mit großer Schwierigkeit verteilt werden kann. Dies verhindert eine gleichmäßige und vollständige Schmierung und führt deshalb zu einem übermäßigen Verschleiß des Motors. Darüber hinaus ^: ist es üblich, Schiffsdieselmotoren mit billigen Treibstoffen, insbesondere mit schweren Brennstoffen zu betreiben, die beträchtliche Mengen an Schwefel und Asche bildenden Verunreinigungen enthalten. Diese Treibstoffe führen direkt oder indirekt zu einem schnellen Verschleiß der Zylinder durch Korrosion und durch Abrieb. Es ist bekannt, daß diese Treibstoffe in diesen Motoren unter Bildung von Schwefeloxyden verbrennen, die durch Kondensation an den Zylinderwänden zur Bildung von korrosiver Schwefliger Säure und Schwefelsäure führt. Diese Säuren verkürzen die Lebensdauer des Motors, nicht nur wegen ihrer korrosiven Wirkung, sondern auch deshalb, weil diese Säuren die Bildung von Ablagerungen (insbesondere Sulfaten) fördern, welche den Verschleiß der Kolbenringe und Zylinderwände verstärken.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue Schmier- . Zubereitungen für Schiffsdieselmotoren anzugeben. Ziel der ,

' Erfindung ist es ferner, Schmierzubereitungen antugeben, die spezifischen Anforderungen genügen und vorteilhafte Eigenschaften für Schiffsdieselmotoren aufweisen. Ziel der Erfindung ist es ferner, Schmierzusammensetzungen für Dieselmo-

. toren anzugeben, die auch zwischen den Schraiermitteieinlaß-Öffnungen einen kontinuierlichen und homogenen Film bilden und die Metalloberflächenjfeegen Korrosion und Erosion schützen und den Verschleiß vermindern,

Gegenstand der Erfindung sind demzufolge Schmierzubereitungen für Schiffsdieselmotoren, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie bestehen ( bzw. enthalten ).

zu 50 - 90 Gew.-% aus einem mineralischen GrundÖl und zu 50 - 10 Gew.-% aus einer Mischung aus einem Polymerisat ♦ aus der Gruppe der hydrierten und nicht-hydrierten Polybutene und Polyisobutene, wobei die Mischung aus einem Polymerisat ·' mit einer Saybolt-Viskosität bei 99⁰C (210°F) zwischen 150 und 3.000 SSU und einem Polymerisat mit einer Saybolt-Viskosität bei 99°C (210⁰F) zwischen 40 und 100 SSU besteht, und

einem superbasischen Zusatz_vund daß die Gesamtzubereitung einen Alkalinitatsindex zwischen 60 und 70 aufweist.

Das mineralische Grundöl, daß in den erfindungsgemäßen Schmierzubereitungen verwendet wird, hat eine Saybolt-Viskosität. bei 38⁰C <lOO°F),die im allgemeinen zwischen 50 und 1.000 SSU liegt. Mineralische öle, die Zersetzungsprodukte liefern,¹ die nicht als Bindemittel (Verknüpfungsmittcl) für die aus

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der Treibstoffverbrennung stammenden Feststoffpartikel wirken, werden bevorzugt verwendet. Ein mineralisches. Grundöl vom Napht4n-Typ wird deshalb bevorzugt verwendet. Die Bedeutung der chemischen Natur der Zusätze ist jedoch höher als die Bedeutung der chemischen Natur des Grundöls und es können auch paraffinische Grundöle verwendet werden.

Um den Zylinderverschleiß durch Korrosion herabzusetzen, v/erden den Schmierzubereitungen im allgemeinen basische Zusätze einverleibt. Diese Zusätze wirken als Neutralisationsmittel für die korrosiven Säuren, die bei der Verbrennung des Treibstoffs gebildet werden. Die Wirksamkeit des Schmiermittels in Bezug auf seine antikorrosiven Eigenschaften hängt von dem Alkalinitätsindex dieses Schmiermittels ab.

Der Alkalinitätsindex (der auch als Gesamtbasenzahl TBN bezeichnet wird) ist die die Anzahl der KOll-Äquivalente in Milligramm pro Gramm Schmiermittel. Die Schmierzubereitung sollte eine TBN aufweisen, die so hoch wie möglich ist, um die beträchtlichen Mengen an sauren Verbrennungsprodulcten zu neutralisieren. Vergleichsversuche haben jedoch gezeigt, daß für diese TBN ein Grenzwert existiert und daß eine TBN, die oberhalb dieses Grenzwertes liegt, zu keiner Verbesserung der antikorrosiven Wirksamkeit des Schmiermittels führt. Eine überschüssige Menge an basischen) Zusatz ist sogar nachteilig, da dadurch die Menge an Ablagerungen erhöht wird. Schmierzubereitungen mit einer

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Alkalinität, die den Wert 70 nicht übersteigt und die im allgemeinen zwischen 60 und 70 liegt, sind deshalb bevorzugt.

Die basischen Zusätze werden aus der Gruppe dersuperbasischen Sulfonate oder Phenolate von Magnesium oder Erdalkalimetallen, insbesondere der superbasischen Petroleumsulfonate von Kalzium oder Barium ausgewählt. Ein superbasisches Bariumsulfonat wird beispielsweise hergestellt durch Umsetzung einer Petroleumsulf onsäure mit Bariummethylat und anschließendes Einleiten von CO-. Diese superbasischen Sulfonate unterscheiden sich somit von den Petroleumsulfonaten von Kalzium, die im alIge-

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meinen als Dispergiermittel in Schmicrzubereitungen für Zwei-Takt-und-Vier-Talct-Motorcn verwendet werden. Die superbasischen Sulfonate oder Phenolate weisen einen Viskositätsindex von 250 - 400 auf. Die erfindungsgeraäßen Schmierzubereiturigen enthalten im allgemeinen 15 - 30 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Gesamtzubereitung) an superbasischem Zusatz.

Der Verschleiß durch Korrosion wird herabgesetzt durch Schmierzubereitungen, die-aus einem mineralischen Grundöl und einem superbasischen Zusatz bestehen. Um auch den durch' Ablagerungen und durch inhomogene Schmierfilme hervorgerufenen Verschleiß zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, Schmiermittel zu verwenden, die Polymerisate von Buten oder Isobuten mit einer Viskosität bei 99°C (2l0°F) zwischen 30 und 600 SSU und ein Molekulargewicht aufweisen, das 1.000 nicht übersteigt. Der Verschleiß bei Schiffsdieselmotoren und die Bildung von Ablagerungen, die für die Lebensdauer und für den Wirkungsgrad dieser Motoren nachteilig sind, werden durch

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diese Schraierzubereitungen verringert.

Es wurden weitere Versuche durchgeführt, um die neuerdings · aufgestellten Bedingungen zu erfüllen, die aus der Verwendung von Hochleistungsmotoren und aus der Größe dieser Motoren resultieren. Dabei wurde gefunden, daß der mechanische Verschleiß noch wichtiger ist als der durch die Verbrennungsprodukte hervorgerufene Verschleiß. Heutzutage müssen Schmierzubereitungen strengen Anforderungen in Bezug auf Homogenität und Stabilität des Schmierfilmes bei den hohen Drucken und Temperaturen, bei denen die Motoren arbeiten, genügen.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß der Motorvarschleiß wesentlich verringert wird, wenn dem mineralischen Grundöl eine Mischung aus Polybutene^ und/oder Polyisobutenen einverleibt wird. Vergleichsversuche haben gezeigt, daß eines der Polymerisate bei 99 C (210 F) eine Saybolt-Viskosität von nicht mehr als 100 SSU und im allgemeinen zwischen 40 und 95 SSU aufweisen muß und
daß das andere Polymerisat bei 99°C (210°F) eine Saybolt-Vis-

kosität zwischen 150 und 3.000 SSU aufweisen muß. Diese Polymerisate haben deshalb ein verhältnismäßig niedriges Molekulargewicht, das 1500 nicht übersteigt. Bei diesen Polymerisaten handelt es sich um Polybutene oder Polyisobutene, die durch Polymerisieren von Kohlenwasserstofffraktionen in Gegenwart von Friedel-Crafts-Katalysatoren hergestellt werden, die hauptsächlich Olefine mit vier Kohlenstoffatomen enthalten. Da Isobuten das reaktivste Monomere ist, ergibt eine erste Polymerisation ein Produkt, das hauptsächlich aus Polyisobuten besteht. Die restliche Fraktion wird

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dann unter Bildung eines Polymerisats polymerisiert, das hauptsächlich aus Polybuten und einem niedrigen Prozentsatz an Polyisobuten besteht. Erfindungsgemäß enthalten die Schmierzubereitungen sowohl Polyisobutene als auch Polybutene, unabhängig davon, ob diese Polymerisate vorher hydriert worden sind oder nicht. Der wichtigste Faktor ist die Viskosität der Polymerisate. Diese Polymerisate werden nachfolgend als C,-Polymerisate bezeichnet.

Die erfindungsgemäßen Schmierzubereitungen enthalten im allgemeinen 50 - 90 Gew.-7_O eines mineralischen Grundöls, wie es oben definiert ist, und 50 - 10 Gew.-% einer Mischung aus C,-Polymerisaten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Zubereitungen 80 - 65 Gew."-% eines mineralischen Öls und 20 - 35 Gew.-% einer C,-Polymerisatmischung. '

Vergleichsversuche haben gezeigt, daß durch Zugabe einer C.-Polymerasatmischung zu einem mineralischen Grundöl die dabei erhaltenen Zubereitungen besonders wertvolle Schmier-' mittel für Schiffsdieselmotoren sind, obv/ohl.es sich bei diesen C,-Polymerisaten um Polymerisate mit einem verhältnismäßig niedrigem Molekulargewicht handelt. Tätsächlich waren bisher nur Schmieröle bekannt, die mineralische Grundöle und C,-Polymerisate mit einem hohen Molekulargewicht von mehr als etwa 5.000 oder Mischungen von C,-Polymerisaten und Öle f inmischpolymerisaten enthalten. Darüber hinaus war vorgeschlagen worden, für die Schmierung bei hoher Temperatur durch kontinuierliche Einführung des Schmiermittels, wie z.B. in Dieselmotoren, Zubereitungen zu ver-

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wenden, die ein Grundöl und eine Mischung enthalten, die als Hauptanteil C,- Polymerisate mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 5.000 und als kleineren Anteil Copolymerisate mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 150.000 enthält. Hauptzweck dieser Zubereitungen, die Polymerisate mit einem hohen Molekulargewicht enthalten, ist es, Viskositätsänderungen als Funktion der Temperatur zu vermeiden und die Bildung von Kohlenstoffablagtrungen bei hohen Temperaturen zu verringern.

Bei modernen Dieselmotoren ist der Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen nur eine der an sie gestellten Anforderungen und die oben genannten Schmieröle sind nicht zufrieden- ' stellend. Das Schmieröl muß einen kontinuierlichen und homogenen Film bildenj ein gutes Ausbreitungsvermögen, eine gute Schmierfähigkeit, mechanische Stabilität und Verdampfungsgeschwindigkeit sind weitere wichtige Kriterien. Durch Verwendung der oben definierten C.-Polymerisatmischungen mit einem verhältnismäßig niedrigen Molekulargewicht werden diese Bedingungen erfüllt.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Das Leistungsvermögen der in diesen Beispielen beschriebenen Schmierzubereitungen wurde unter Verwendung dieser Zubereitungen zum Schmieren eines Schiffsdieselmotors BOLNES 3DNL bewertet. Bei diesem Motor handelt es sich um einen Zwei-

Takt-Motor mit drei Zylindern. Der Zylindcrdtjrchmesser beträgt 190 mm und der Kolbenhub beträgt 350 mm. Ein solcher

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Motor rait Kompressor (Vorverdichter) hat eine Leistung von 350 PS bei 500 UpM.

Die Schmierung der Kolben und der Lager wurde durch eine getrennte Zufuhr für jeden Zylinder durch einzelne Pumpen und Ölgefäße bewirkt, so daß die Öle für die drei Zylinder während des Tests miteinander verglichen werden konnten. Jeder Zylinder hatte zwei einander gegenüberliegende Einlaßöffnungen für die Schmierung. Die Laufbuchsen und die anderen Hilfseinrichtungen wurden durch das Öl in dem Kurbelgehäuse geschmiert, das auch zum Kühlen des Innern der Kolben verwendet wurde.

Zur Bewertung des Leistungsvermögens der Schmierzubereitungen wurde der Gewichtsverlust jedes Ringes bestimmt durch Wiegen der Ringe vor und nach jedem Versuch. Darüber hinaus wurde ' die Sauberkeit des Motors nach jedem Versuch entsprechend dem Verfahren CECM-O2-T-7O (European Coordination Council for the development of performance tests for engines lubricants and fuels) bestimmt. Bei diesem Verfahren wird der Motor im Hinblick auf mechanischen und chemischen Abbau und im Hinblick auf mechanische und chemische Ablagerungen untersucht. Die Bewertungszahl wurde einer Skala entnommen, in der der Wert 100 eine absolut saubere Oberfläche bedeutet.

Beispiel 1 ·

Es wurde eine Schmierzubereitung hergestellt, in-dem man die folgenden Bestandteile miteinander mischte:

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70 Gewichtsteile Naphtheriöl mit einer Viskosität bei 38°C (100°F) von 185 cSt- — 24 Gewichtsteile Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von 610 (Saybolt-Viskosität bei 99°G (210°F) : 259 SSU) — 6 Gewichts· •teile Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von 420 (Saybolt-Viskosität bei 99^OC*(210°F) : 64 SSU).

Zu'dieser Mischung wurden 25 Gewichtsteile superbasisches Kalziumsulfonat (Lubrizol 56) mit einem Alkalinitätsindex von 285 zugegeben. Die Schrnierzubereitung hatte einen Alkalinitätsindex oder eine TBK von 62. Diese Zubereitung, nachfolgend als "Zubereitung A" bezeichnet, wurde, wie oben angegeben, in einem Dieselmotor getestet.

• Zum Vergleich wurde eine ähnliche Zubereitung hergestellt, wobei diesmal jedoch anstelle der Polybuten-Mischung 30 Teile Polybuten mit einem Molekulargewicht von 400 verwendet wurden. -Diese Zubereitung wird nachfolgend als " Zubereitung B" bezeichnet.

Die Leistungsfähigkeit dieser Zubereitungen wurde mit der Leistungsfähigkeit eines handelsüblichen Schmieröls oder Ver gleichöls verglichen. Der Gewichtsverlust dieses Öles wurde auf den Wert 100 festgesetzt und die Gewichtsverluste der Zubereitungen A und B sind in relativen Gewichtsverlustwert ;n unter Bezugnahme auf diesen Vergleichsindex 100 angegeben. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:

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	M	23A25ß3
	Bewertungszahl	Gewichtsverlust
Vergleichsöl	78,8	100
Zubereitung A	91	77
Zubereitung B	70	71

Daraus ist zu ersehen, daß durch Verwendung der Zubereitung A oder der erfindungsgemäßon Zubereitung der Gewichtsverlust * durch Verschleiß wesentlich verringert wurde und daß darüber hinaus die Bewertungszahl hoch war. Eine hohe Bewertungs- zahl bedeutet eine sehr niedrige Korrosion oder geringe . Bildung von Ablagerungen. ^! _;

Die nur ein (!,-Polymerisat enthaltende Zubereitung B, war c bezüglich des Gewichtsverlustes ebenfalls brauchbar, sie , \ war jedoch weniger vorteilhaft, da die Bewertungszahl niedriger lag. .'

»;■ Beispiel 2 ' ; - -»■

Es wurde eine Zubereitung ähnlich der Zubereitung A ' " \ des Beispiels 1 unter Verwendung der folgenden Komponenten , hergestellt .

15 Gewichtsteile von gleichen Teilen Polybuten und Polyisobuten mit einem mittleren Molekulargewicht von 1290 (Saybolt- - "

Viskosität bei 99⁰G (210⁰F) von 3.000)

15 Gewichtsteile Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von 420 (Saybolt-Viskosität bei 99⁰C (210°F) : 64)

Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: >

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ORfGlNAL fNSPECTED

- 12 -

Bewertungszahl:81
Gewichtsverlust: 95

Beispiel 3

Unter Verwendung der folgenden Komponenten wurde eine Schmierzubereitung hergestellt:

65 Gewichtsteile eines mineralischen Grundöls mit einer Viskosität bei 3S°C (IGO⁰F) von 192 cSt, 20 Gewichtsteile hydriertes Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von 925 und einer SayboIt"-Viskosität

bei 99°C (210⁰F) von 1008 SSU,

15 Gev7ichtsteile hydriertes Polybuten mit einem mittleren Molekulargextficht von 635 und einer Saybolt-Viskosität bei

99°C (210°F) von 255 SSU.

Diese Zubereitung wurde in drei Portionen aufgeteilt und zu jeder Portion wurde superbasisches Magnesiumsulfat zugegeben, urn den Alkalinitätsindex auf 50, 65 bzw. 85 zu "bringen. Das Leistungsvermögen dieser drei Zubereitungen wurde dann getestet, .wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:

	Bewertungszahl	einem	79	Gewichtsverlust
Zubereitung mit	von 50	92
Alkalinitätsindex	von 65	74	93
- ·	von 85	72
		84

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Claims

P atenta η sprüche

1. Schmierzubereitung für .Schiffsdieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht

zu 50 bis 90 Gewichts - % aus einem mineralischen Grundöl, zu 50 bis 10 Gewichts - % aus einer Mischung aus Polymerisaten aus der Gruppe der hydrierten und nicht-hydrierten Polybutene und Polyisobutylene, die aus einem Polymerisat mit einer Saybolt-Viskosität bei 99°C (210°F) zwischen 150 und 3.000 SSU und einem Polymerisat mit einer Saybolt-•Viskosität bei 99°C (210°F) zwischen 40 und 100 SSU besteht, und

einem superbasisehen Zusatz, wobei die Zubereitung einen Alkalinitätsindex zwischen 60 und 70 aufweist.

2· Schmierzubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als mineralisches Grundöl ein Naphthenöl mit einer Saybolt-Viskosität bei 38⁰C (100°F) zwischen 50 und 1.000

' SSU enthält.

3. Schmierzubereitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 15 bis 30 % eines superbasischen Zusatzes, bezogen auf das Gewicht der Zubereitung, enthält.

4. Schmierzubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - äi_e 65 bis 80 % von einem mineralischen Grundöl und 35 bis 20 % von der Polymerisatmischung umfaßt. ·

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