DE69732886T3

DE69732886T3 - Motorölzusammensetzung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69732886T3
Application number: DE69732886T
Authority: DE
Inventors: Masashi Ichihara-shi Dasai; Masahiko Ichihara-shi Kido; Hiroshi Ichihara-shi Fujita
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: EP0835923B2; EP0835923A2; EP0835923B1; DE69732886D1; US5858932A; DE69732886T2; EP0835923A3; JPH10114895A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft auf eine Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren, und insbesondere auf eine Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren, die in reduzierter Menge in Verbrennungsmotoren verbraucht wird und exzellente Charakteristiken hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs (Brennstoffkosten) und der Kautschukabdichtung erzielt.
Stand der Technik:
Schmieröl, das an der Grenzfläche zwischen Kolben und Zylindern von Verbrennungsmotoren verwendet wird, wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors zusammen mit dem Brennstoff verbraucht. Allgemein gesprochen nimmt der Verbrauch an Schmieröl mit der Zunahme der Motorgeschwindigkeit oder der Abgabeleistung des Verbrennungsmotors zu. Eine bevorzugte Maßnahme, den Schmierölverbrauch zu reduzieren, kann darin bestehen, ein Öl mit höchstmöglicher Viskosität zu verwenden.
In der Zwischenzeit, wenn Schmieröl mit hoher Viskosität verwendet wird, nimmt der Brennstoffverbrauch der Verbrennungsmotoren aufgrund von Reibungsverlusten und Leistungsverlusten zu, was zu einer Steigerung der Brennstoffverbrauchsrate führt. Ferner können die Abdichteigenschaften von Kautschuk manchmal herabgesetzt werden.
Unter den obigen Umständen wurde, um den Verbrauch von Schmierölen zu reduzieren und die Abdichteigenschaften von Kautschuk beizubehalten oder zu verbessern, eine Vielzahl von Schmierölen, wie solche, die verschiedene Arten von Schmierbasisölen zum Zwecke der Viskositätseinstellung und eine Vielzahl von Additiven enthalten, zur Verwendung mit Verbrennungsmotoren entwickelt und in der Praxis verwendet.
Da jedoch Schmieröl, das auf herkömmlichem Wege entwickelt und für Verbrennungsmotoren verwendet wurde, wie solches, das in GB-A-2292747 , EP-A-71 9851 , EP-A-1 36377 und EP-A-280260 offenbart ist, nicht all die zuvor genannten Anforderungen erfüllt, besteht der Bedarf an Schmieröl für Verbrennungsmotoren, oder Verbrennungsmotoröl weiter, welches all die obigen Anforderungen gleichzeitig erfüllt.
Die vorliegenden Erfinders haben sorgfältige Studien durchgeführt, um die obige Aufgabe zu lösen und haben gefunden, dass die Aufgabe effektiv durch eine Zusammensetzung gelöst wird, die ein Basisöl und ein spezifiziertes Additiv beinhaltet, wobei das Basisöl Folgendes enthält: (A) ein Mineralöl mit einer spezifizierten Viskosität und (B) Poly-α-Olefin, welches eine Art eines synthetischen Öls ist.
Bisher waren Schmierölzusammensetzungen für Verbrennungsmotoren, die aus Gemischen aus einem oder mehreren Arten von Mineralölen hergestellt wurden (zum Beispiel: die japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer (Kokai) 64-6094 ) und eine weitere Art von Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren bekannt, die Poly-α-Olefin (B) in Kombination mit anderen Polymeren enthält (zum Beispiel: die japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer (Kokai) 59-89397 ). Vor dem Hintergrund des zuvor beschriebenen Standes der Technik haben die Erfinder herausgefunden, dass die Verwendung eines spezifizierten Mineralöls (A) und eines Poly-α-Olefins (B) in Kombination die zuvor erwähnten Ziele auf effektive Weise erreichen können, d. h. Reduktion des Verbrauchs des Motoröls, Verbesserung der Brennstoffverbrauchsrate, usw. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf dem Festgestellten gemacht,
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, welche im Wesentlichen aus einem Basisöl besteht, enthaltend (A) 30–98 Gew.-% eines Mineralöls mit einer kinematischen Viskosität von 2–30 mm²/s bei 100°C und einem Viskositätsindex von nicht weniger als 100 und (B) 2–70 Gew.-% eines Poly-α-olefins, und Zinkdithiophosphat in einer Menge entsprechend, reduziert auf die Menge an P (Phosphor), 0,02–0,15 Gew.-Teilen bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls.
Die kinematische Viskosität des Poly-α-olefins beträgt bei 100°C 2–30 mm²/s.
Das Poly-α-olefin ist bevorzugt ein Polymer von mindestens einem α-Olefin, das aus der aus Octen-1, Nonen-1, Decen-1 und Dodecen-1 bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Die Menge an Zinkdithiophosphat beträgt bevorzugt 0,04–0,12 Gew.-Teile, reduziert auf die Menge an P (Phosphor), bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls.
Darüber hinaus enthält die Schmierölzusammensetzung der vorliegenden Erfindung 0,1–20 Gew.-Teile eines Viskositätsindexverbesserers, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Mineralöl (A), das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine kinematische Viskosität von 2–30 mm²/s bei 100°C und einen Viskositätsindex von 100 oder mehr auf. Wenn die kinematische Viskosität bei 100°C kleiner als 2 mm²/s ist, verdampft das Schmieröl erheblich, wohingegen bei Überschreiten von 30 mm²/s aufgrund des Strömungswiderstands der Leistungsverlust beachtlich zunimmt, wobei beides nicht bevorzugt ist. Mineralöle mit einem Viskositätsindex von weniger als 100 sind nicht zur Verwendung als Komponenten einer Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren geeignet, da die Temperaturabhängigkeit der Viskositätsänderung des Schmieröls erheblich ist. Der Viskositätsindex beträgt bevorzugt 100 bis 150 und insbesondere bevorzugt 110 bis 140.
Vielfältige Arten des Mineralöls (A) können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, so lange sie die zuvor genannten Eigenschaften aufweisen. Erläuternde Beispiele des Mineralöls können durch Hydrieren (insbesondere Hydrocracken unter scharfen Bedingungen) eines Destillates, eines entasphaltierten bis oder eines Gatsches, die mittels Destillation unter Normaldruck oder Unterdruck aus verschiedenen Rohölen, wie paraffinbasierte Rohöle und Rohöle mit gemischter Basis; falls erwünscht, Destillation des erhaltenen Materials; und nachfolgendes Entwachsen (Entwachsen mit Lösungsmitteln und/oder hydrierendes Entwachsen) des resultierenden Materials erhalten werden.
Die Mineralöle können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Wenn zwei oder mehr Arten der Mineralöle verwendet werden, ist im Allgemeinen bevorzugt, dass jedes Mineralöl einen Viskositätsindex von 100 oder mehr hat. Es können jedoch Mineralöle mit einem Viskositätsindex von nicht weniger als 100 und Mineralöle mit einem Viskositätsindex von weniger als 100 im Gemisch verwendet werden, so lange die resultierende Mineralölmischung einen Viskositätsindex von nicht weniger als 100 hat.
Wenn in diesem Zusammenhang die Mineralöle mit Schwefelsäure, Bleicherde usw. behandelt werden, um die darin enthaltenden basischen Stickstoffkomponenten zu beseitigen, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich verstärkt.
Das Poly-α-olefin (B), das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird dadurch erhalten, dass α-Olefine einer kotionischen Polymerisation oder Radikalpolymerisation unter Verwendung einer Vielfalt von Katalysatoren, wie einem Ziegler-Katalysator, Aluminiumchloridkatalysator oder einem Katalysator, der aus Bortrifluorid und einem Alkohol gebildet wird, ausgesetzt wird. Im Allgemeinen ist das Poly-α-olefin (B) ein Oligomer, das größer als Trimere ist. Das Poly-α-olefin (B) hat eine kinematische Viskosität von 2–30 mm²/s bei 100°C und bevorzugt 3–15 mm²/s. Dies ist der Fall, weil das Schmieröl signifikant verdampft, wenn die kinetische Viskosität weniger als 2 mm²/s beträgt, wohingegen bei Überschreiten von 30 mm²/s der Leistungsverlust aufgrund des Strömungswiderstandes erheblich zunimmt.
Bevorzugte Poly-α-olefine sind solche die durch Polymerisation von einem oder mehr Ausgangs-α-olefinen mit 2–16, bevorzugter 8–12, Kohlenstoffatomen erhalten werden. Spezifische Beispiele für α-Olefine umfassen Ethylen, Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, Nonen-1, Decen-1, Undecen-1 und Dodecen-1. Von diesen sind Octen-1, Nonen-1, Decen-1, Undecen-1 und Dodecen-1 besonders bevorzugt.
Die Mengen an Mineralöl (A), das als ein Basisöl für die vorliegende Erfindung dient, und an Poly-α-olefin (B) sind so gewählt, dass das Mineralöl (A) 30–98 Gew.-% und das Poly-α-olefin (B) 2–70 Gew.-% ausmachen. Bevorzugt machen das Mineralöl (A) 40–98 Gew.-% und das Poly-α-olefin (B) 2–60 Gew.-% aus. Noch bevorzugter machen das Mineralöl (A) 60–95 Gew.-% und das Poly-α-olefin (B) 5–40 Gew.-% aus. Wenn die Menge des Mineralöls (A) weniger als 30 Gew.-% ausmacht, verhärtet Kautschuk, was zu schlechten Abdichteigenschaften führt. Auf der anderen Seite, wenn die Menge an Mineralöl 98 Gew.-% übersteigt, tendiert der Ölverbrauch dazu, zuzunehmen. Folglich sollte beides vermieden werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird Zinkdithiophosphat (Zn-DTP) dem Basisöl zugesetzt.
Zinkdithiophosphat wurde weitreichend als ein Mittel vermarktet, um Schmierbasen mit verschiedenen Funktionen zu versehen, wie solchen von Antioxidantien, verschleißmindernden Mitteln, Hochdruckadditiven und Antikorrosionsmitteln. Diese Verbindung wird im Allgemeinen durch die Formel Zn[P(OR)₂S₂]₂ wiedergegeben, wobei R ein Wasserstoffatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe, wie Alkyl, Aryl usw. repräsentiert. Bei den Alkylgruppen sind solche mit 1–6 Kohlenstoffatomen bevorzugt, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, n-Pentyl und i-Pentyl; und noch bevorzugter sekundäre Alkylgruppen, wie i-Propyl, n-Butyl und i-Pentyl.
Die Menge an Zinkdithiophosphat beträgt 0,02 bis 0,15, bevorzugt 0,04 bis 0,12 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des zuvor genannten Basisöls, das aus dem Mineralöl (A) und Poly-α-olefin (B) gebildet wird, berechnet auf Grundlage des P-Gehalts (Phosphor). Mengen von weniger als 0,02 Gewichtsteilen liefern nicht den Effekt des Additivs, wohingegen Mengen über 0,15 Gewichtsteilen Probleme hervorrufen, wie Toxizität gegenüber den Katalysatoren für die Abgasreinigung und gegenüber O₂-Sensoren.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Viskositätsindexverbesserer eingearbeitet, um dadurch den Viskositätsindex des Basisöls, gebildet aus dem Mineralöl (A) und Poly-α-olefin (B), auf ein gewünschtes Maß zu verbessern.
Viskositätsindexverbesserer, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden geeignet aus herkömmlichen Viskositätsindexverbesserern ausgewählt, die umfassen: Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyisobutylen, Polyolefin, Polyolefincopolymere (zum Beispiel Ethylenpropylencopolymere), Polyalkylstyrol (zum Beispiel Polystyrol, Poly-α-methylstyrol), phenolische Kondensate, Naphthalinkondensate und Styrol-Butadiencopolymere. Davon ist Poly(meth)acrylat bevorzugt.
Spezifische Beispiele der Poly(meth)acrylate umfassen solche mit 1–20 Alkylgruppen (z. B. Polymethyl(meth)acrylat, Polyethyl(meth)acrylat, Polypropyl(meth)acrylat, Polybutyl(meth)acrylat, Polypentyl(meth)acrylat, Polyhexyl(meth)acrylat, Polyheptyl(meth)acrylat, Polyoctyl(meth)acrylat, Polydecyl(meth)acrylat, Polylauryl(meth)acrylat, Polytridecyl(meth)acrylat, Polytetradecyl(meth)acrylat, Polyhexadecyl(meth)acrylat, Polyoctadecyl(meth)acrylat); und solche mit 21–24 Alkylgruppen, wie (Meth)acrylate der höheren Alkohole. Diese Arten des Poly(meth)acrylat können vorteilhaft verwendet werden, nachdem sie mit 3–8 Gew.-%, bevorzugt 4–6 Gew.-%, N,N-Dialkylaminoalkyl(meth)acrylat copolymerisiert wurden. Beispiele für bevorzugte Arten des Copolymersationspartners, des N,N-Dialkylaminoalkyl(meth)acrylats, umfassen N,N-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat, N,N-Diethylaminohexyl(meth)acrylat und N,N-Dibutylaminooctyl(meth)acrylat. Diese (Meth)acrylat-Verbindungen können einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Der Viskositätsindexverbesserer wird in einer Menge von 0,1–20 Gewichtsteilen, bevorzugt 1–15 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Basisöls, gebildet aus dem Mineralöl (A) und dem Poly-α-olefin (B), verwendet. Wenn die Menge an Viskositätsverbesserer weniger als 0,1 Gewichtsteile ausmacht, kann keine Verbesserungswirkung des Viskositätsindex erreicht werden. Wenn umgekehrt die Menge mehr als 20 Gewichtsteile ausmacht, wird der Viskositätsindex übermäßig groß, was zu zunehmenden Reibungs- und Leistungsverlusten führt, was zu einer Zunahme des Brennstoffverbrauchs oder der Brennstoffverbrauchrate von Verbrennungsmotoren führt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen beschrieben.
BEISPIELE:
Beispiel 1 und 2, und Vergleichsbeispiele 1 und 2:
Verbrennungsmotorölzusammensetzungen wurden unter Verwendung der Bestandteile mit den Eigenschaften gemäß Tabelle 1 hergestellt. Der Ölverbrauch und die Abdichteigenschaften von Kautschuk wurden gemessen oder beobachtet. Der Schmierölverbrauch wurde gemäß JPI 55-41-93 („Japan Petroleum Institute") bestimmt. Brennstoffverbrauchsraten von nicht mehr als 22 Gew.-% wurden als bevorzugte Bereiche angesehen, wohingegen Raten oberhalb 22 Gew.-% als „nicht bevorzugte" Bereiche betrachtet wurden. Die Abdichteigenschaften von Kautschuk wurden durch Messen der Härteänderung (Grad der Quellung) von Nitrilkautschuk gemäß JIS K6301 ermittelt. Positive Zahlen deuten auf eine Verhärtung des Kautschuks hin, wohingegen negative auf ein Aufweichen des Kautschuks hindeuten. Die Abdichteigenschaften können anhand der Verwendung der Absolutwerte aus den Messungen der Härteänderung bestimmt werden, und Absolutwerte nahe bei „0" weisen auf stärker bevorzugte Resultate hin, wobei der Absolutwert „0" das beste Resultat ist.
Es ist wohlbekannt, dass Brennstoffverbrauchseigenschaften durch die Viskositätsgrade, Arten der Viskositätsindexverbesserer und Gegenwart und Fehlen von Reibwertveränderern beeinflusst werden.
Demzufolge, um den Effekt, der der Kombination aus Mineralöl (A) und Poly-α-olefin (B) zugerechnet wird, deutlich zu erkennen, wurden die Messbedingungen dadurch vereinheitlicht, dass eine einzelne Art Viskositätsindexverbesserer verwendet wurde, kein Reibwertveränderer verwendet wurde, um so die kinematische Viskosität jeder Schmierölzusammensetzung auf 10 mm²/s bei 100°C und die CCS-Viskosität auf 3.000 mPa·s bei –25°C einzustellen.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3
Verbrennungsmotorölzusammensetzungen wurden unter Verwendung der Bestandteile mit den in Tabelle 2 gezeigten Eigenschaften hergestellt. Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme, dass die kinematische Viskosität jeder Ölzusammensetzung auf 10 mm²/s bei 100°C und die CCS-Viskosität auf 3.000 mPa·s bei –30°C eingestellt wurden, wiederholt, und die Brennstoffverbrauchscharakteristiken und Abdichteigenschaften von Kautschuk wurden ermittelt.
Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 4
Verbrennungsmotorölzusammensetzungen wurden unter Verwendung der Bestandteile mit den in Tabelle 2 gezeigten Eigenschaften hergestellt, Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme, dass die kinematische Viskosität jeder Ölzusammensetzung auf 8,7 mm²/s bei 100°C und die CCS-Viskosität auf 3.000 mPa·s bei –25°C eingestellt wurden, wiederholt, und die Brennstoffverbrauchscharakteristiken und Abdichteigenschaften von Kautschuk wurden ermittelt,
Wie hier zuvor beschrieben, wenn eine spezifizierte Art von Mineralöl (A) und eine spezifizierte Art von Poly-α-Olefin (B) in einem spezifizierten Verhältnis in Kombination verwendet werden und das erhaltene Basisöl mit einer spezifizierten Menge an Zinkdithiophosphat und an Viskositätsindexverbesserer kombiniert wird, kann eine Zusammensetzung erhalten werden, die dazu geeignet ist, als Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren verwendet zu werden, die exzellente Wirkungen hinsichtlich des Verbrauchs der Ölzusammensetzung, der Brennstoffverbrauchsrate und Abdichteigenschaften von Kautschuk zeigt.

Claims

Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren, welche im Wesentlichen aus einem Basisöl besteht, enthaltend (A) 30–98 Gew.-% eines Mineralöls mit einer kinematischen Viskosität von 2–30 mm²/s bei 100°C und einem Viskositätsindex von nicht weniger als 100 und (B) 2–70 Gew.-% eines Poly-α-olefins. Zinkdithiophosphat in einer Menge entsprechend, reduziert auf die Menge an P (Phosphor), 0,02–0,15 Gew.-Teilen bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls, und 0,1–20 Gew.-Teile eines Viskositätsindexverbesserers, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls, wobei die kinematische Viskosität des Poly-α-olefins bei 100°C 2–30 mm²/s beträgt.
Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei das Poly-α-olefin ein Polymer von mindestens einem α-Olefin ist, das ausgewählt wird aus der aus Octen-1, Nonen-1, Decen-1 und Dodecen-1 bestehenden Gruppe.
Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, wobei die Menge an Zinkdithiophosphat 0,04–0,12 Gew.-Teile, reduziert auf die Menge and P (Phosphor), bezogen auf 100 Gew.-Teile des Basisöls beträgt.