ES2861315T3 - Composiciones lubricantes para los motores de inyección directa - Google Patents

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Abstract

El uso de una composición lubricante que comprende un aceite base de viscosidad lubricante y un detergente con exceso de base de metal para reducir los eventos de ignición previa a baja velocidad en un motor de combustión interna de inyección directa y encendido por chispa que comprende suministrar la composición lubricante al motor de combustión interna de inyección directa y encendido por chispa equipado con un turbocompresor, en donde el motor se hace funcionar bajo una carga con una presión eficaz media de frenado (BMEP) superior o igual a 10 bars, en donde el motor se hace funcionar a velocidades inferiores o iguales a 3000 rpm; y en donde el detergente con exceso de base de metal comprende un detergente de sulfonato de magnesio y en donde el detergente con exceso de base de metal está presente en una cantidad de 0,2 a 8 por ciento en peso de la composición lubricante.

Description

DESCRIPCIÓN
Composiciones lubricantes para los motores de inyección directa
Antecedentes de la invención
La tecnología divulgada se refiere a los lubricantes para los motores de combustión interna, en particular aquellos motores de inyección directa de encendido por chispa.
Los diseños de los motores modernos se están desarrollando para mejorar el consumo de combustible sin sacrificar el rendimiento o la durabilidad. Históricamente, la gasolina se inyectaba a por un puerto de combustible (PFI), es decir, inyectada a través una toma de aire y que entra en la cámara de combustión a través de la válvula de entrada de aire. La inyección directa de la gasolina (GDI) implica la inyección directa de la gasolina en la cámara de combustión.
En determinadas situaciones, el motor de combustión interna puede mostrar una combustión anormal. La combustión anormal en un motor de combustión interna de encendido por chispa puede entenderse como una explosión incontrolada que sucede en la cámara de combustión como resultado de la ignición de los elementos del combustible en la misma por una fuente distinta del iniciador.
Puede entenderse la ignición previa como una forma de combustión anormal resultante de la ignición de la mezcla de aire-combustible antes de la ignición por el iniciador. En cualquier momento, la mezcla de aire-combustible en la cámara de combustión se enciende antes de la ignición por el iniciador, esto puede entenderse como la ignición previa.
Sin quedar vinculado a una teoría particular, tradicionalmente, la ignición previa ha sucedido durante el funcionamiento de un motor a alta velocidad, cuando un punto particular dentro de la cámara de combustión de un cilindro se vuelve lo suficientemente caliente durante el funcionamiento del motor a alta velocidad para funcionar eficazmente como una bujía de precalentamiento (por ejemplo, punta de bujía sobrecalentada, rebaba de metal sobrecalentada) para proporcionar una fuente de ignición que provoca que la mezcla de aire-combustible se encienda antes de la ignición por el iniciador. Tal ignición previa puede denominarse más comúnmente como la ignición previa de punto caliente y puede inhibirse simplemente al localizar el punto caliente y eliminarlo.
Más recientemente, los fabricantes de vehículos han observado una combustión anormal intermitente en su producción de motores de gasolina con turbocompresor, en particular a bajas velocidades y cargas de medias a altas. Más particularmente, cuando se hace funcionar el motor a velocidades inferiores o iguales a 3000 rpm y bajo una carga con una presión eficaz media de frenado (BMEP) mayor o igual a 10 bars, puede suceder una condición que puede denominarse ignición previa a baja velocidad (LSPI) de una manera muy aleatoria y fortuita.
El documento WO 2012/047949 describe una composición lubricante que comprende (a) un aceite de viscosidad lubricante, (b) una poliolefina con un número de peso molecular medio de al menos aproximadamente 20 000, en donde el polímero comprende de 0 a aproximadamente 20 por ciento en peso de las unidades del monómero derivado de etileno, dicha poliolefina está presente en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente 1 % en peso de la composición y (c) un metal con exceso de base que contiene un detergente. Kazuo Takeuchi y otros: "Investigation of Engine Oil Effect on Abnormal Combustion in Turbocharged Direct Injection - Spark Ignition Engines", SAE International Journal of Fuels and Lubricants, vol. 5, número 3, 30 de enero de 2012 (2012-01-30), páginas 1017-1024, XP055203823, ISSN: 1946-3960, DOI: 10.4271/2012-01-1615 evalúa la LSPI en vista de una composición de aceite para motores, en particular los efectos de los aditivos de los aceites para motores en base de metales o de aceite base.
La tecnología divulgada proporciona un método para reducir, inhibir o incluso eliminar los eventos de LSPI en los motores de inyección directa al hacer funcionar los motores con un lubricante que contiene un detergente con exceso de base de metal.
Resumen de la invención
La tecnología divulgada proporciona un uso de una composición lubricante que comprende un aceite base de viscosidad lubricante y un detergente con exceso de base de metal para reducir los eventos de ignición previa a baja velocidad en un motor de combustión interna de inyección directa de encendido por chispa que comprende suplementar la composición lubricante a un motor de combustión interna de inyección directa de encendido por chispa equipado con un turbocompresor, en donde el motor funciona bajo una carga con una presión eficaz media de frenado (BMEP) de mayor o igual a 10 bars, en donde el motor funciona a velocidades inferiores o igual a 3000 rpm y en donde el detergente con exceso de base de metal comprende un detergente de sulfonato de magnesio y en donde el detergente con exceso de base de metal está presente en una cantidad del 0,2 al 8 por ciento en peso de la composición lubricante.
La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que el motor se reposta con un combustible líquido de hidrocarburo, un combustible líquido distinto de hidrocarburo o las mezclas de los mismos. La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que el motor se reposta con gas natural, gas de petróleo licuado (LPG), gas natural comprimido (CNG) o las mezclas de los mismos.
La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que la composición lubricante incluye además, al menos otro aditivo seleccionado entre un dispersante sin cenizas, un antioxidante sin cenizas, un aditivo antidesgaste que contiene fósforo, un modificador de la fricción y un modificador polimérico de la viscosidad. La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que el detergente con exceso de base de metal tiene una proporción de metal de 5 a 30.
La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que la composición lubricante incluye además un dispersante de polialquenil succinimida en una cantidad de 0,5 a 4 % en peso de la composición. La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que la composición lubricante incluye al menos un 50 % en peso de un aceite base del Grupo II, un aceite base del Grupo III o las mezclas de los mismos.
La invención proporciona además el uso descrito en la presente descripción en la que el detergente con exceso de base de metal comprende un detergente de fenato acoplado con azufre.
Descripción detallada
Más abajo se describirán diversas modalidades y características preferidas por medio de una ilustración no limitante. Como se ha indicado anteriormente, cuando se hace funcionar el motor a velocidades inferiores o iguales a 3000 rpm y bajo una carga con una presión eficaz media de frenado (BMEP) mayor o igual a 10 bars, puede suceder un evento de ignición previa a baja velocidad (LSPI) en el motor. Un evento de LSPI puede consistir en uno o más ciclos de combustión LSPI y generalmente consiste en múltiples ciclos de combustión LSPI que suceden de una manera consecutiva o de una manera alternativa con los ciclos de combustión normales entre ellos. Sin estar unido a una teoría particular, la LSPI puede resultar de una combustión de una o más gotitas de aceite o una o más gotitas de la mezcla de aceite-combustible o las combinaciones de las mismas, que pueden acumularse, por ejemplo, en el volumen de las hendiduras de las región superior de un pistón o en las hendiduras de la región del anillo y de la estría del anillo del pistón. El aceite lubricante puede transferirse desde más abajo del anillo de control del aceite al área de la región superior del pistón debido a los movimientos inusuales del anillo del pistón. En las condiciones de baja velocidad y alta carga, las dinámicas de presión en el interior del cilindro (presiones de compresión y encendido) pueden diferir considerablemente de las presiones en el interior del cilindro a cargas bajas, en particular debido al ajuste de fase de la combustión fuertemente retardada y al alto empuje y las presiones de compresión máximas que pueden influir en las dinámicas del movimiento del anillo.
En las cargas anteriores, LSPI, que pueden estar acompañadas por detonación posterior y/o un martillado del motor grave, pueden producir un daño grave al motor muy rápidamente (habitualmente en 1 a 5 ciclos del motor). El martillado del motor puede suceder con una LSPI puesto que, después de que se proporcione una chispa normal por el iniciador, pueden estar presentes múltiples llamas. La presente invención está dirigida a proporcionar un método para inhibir o reducir los eventos de LSPI, que implica el método suministrar al motor un lubricante que comprende un detergente con exceso de base de metal.
En una modalidad de la invención, el motor se hace funcionar a velocidades entre 500 rpm y 3000 rpm o de 800 rpm a 2800 rpm o incluso de 1000 rpm a 2600 rpm. Además, el motor puede hacerse funcionar con una presión eficaz media de frenado de 10 bars a 30 bars o de 12 bars a 24 bars.
Los eventos de LSPI, aunque son poco frecuentes comparativamente, pueden ser de naturaleza catastrófica. Por tanto, es deseable una reducción drástica o incluso la eliminación de los eventos de LSPI durante un funcionamiento normal o prolongado de un motor de inyección directa del combustible. En una modalidad, el método de la invención es tal, que existen menos de 20 eventos de LSPI por 100000 eventos de combustión o menos de 10 eventos de LSPI por 100000 casos de combustión. En una modalidad, puede haber menos de 5 eventos de LSPI por 100000 eventos de combustión, menos de 3 eventos de LSPI por 100000 eventos de combustión o puede haber 0 eventos de LSPI por 100000 eventos de combustión.
En una modalidad, el método de la invención proporciona una reducción en el número de eventos de LSPI de al menos un 10 por ciento o al menos un 20 por ciento o al menos un 30 por ciento o al menos un 50 por ciento.
Combustible
El uso de la presente invención implica hacer funcionar un motor de combustión interna de encendido por chispa. Además de las condiciones de funcionamiento del motor y de la composición lubricante, la composición del combustible puede tener un impacto en los eventos de LSPI. En una modalidad, el combustible puede comprender un combustible que es líquido a temperatura ambiente y es útil en el repostaje de un motor de encendido por chispa, un combustible que es gaseoso a las temperaturas ambientales o las combinaciones de los mismos.
El combustible líquido es normalmente un líquido en las condiciones ambientales, por ejemplo, a temperatura ambiente (20 a 30 °C). El combustible puede ser un combustible de hidrocarburo, un combustible distinto de hidrocarburo o una mezcla de los mismos. El combustible de hidrocarburo según se define por la especificación D4814 de la ASTM puede ser gasolina. En una modalidad de la invención, el combustible es gasolina y en otras modalidades el combustible es una gasolina con plomo o una gasolina sin plomo.
El combustible distinto de hidrocarburo puede ser una composición que contiene oxígeno, denominada habitualmente como oxigenato, que incluye un alcohol, un éter, una cetona, un éster de un ácido carboxílico, un nitroalcano o una mezcla de los mismos. El combustible distinto de hidrocarburo puede incluir, por ejemplo, metanol, etanol, metil t-butil éter, metil etil cetona, las grasas y/o los aceites transesterificados de las plantas y los animales, tales como éster metílico de semilla de colza y éster metílico de semilla de soja y nitrometano. Las mezclas de los combustibles de hidrocarburo y distintos de hidrocarburo pueden incluir, por ejemplo, gasolina y metanol y/o etanol. En una modalidad de la invención, el combustible líquido es una mezcla de gasolina y etanol, en donde el contenido de etanol es al menos un 5 por ciento en volumen de la composición del combustible o al menos un 10 por ciento en volumen de la composición o al menos un 15 por ciento en volumen o del 15 al 85 por ciento en volumen de la composición. En una modalidad, el combustible líquido contiene un contenido de etanol de menos del 15 % en volumen, un contenido de etanol de menos del 10 % en volumen, un contenido de etanol de menos del 5 % en volumen o está sustancialmente libre de (es decir, menos del 0,5 % en volumen) etanol.
En varias modalidades de esta invención, el combustible puede tener un contenido de azufre en una base de peso que es 5000 ppm o inferior, 1000 ppm o inferior, 300 ppm o inferior, 200 ppm o inferior, 30 ppm o inferior o 10 ppm o inferior. En otra modalidad, el combustible puede tener un contenido de azufre en una base de peso de 1 a 100 ppm. En una modalidad, el combustible contiene de aproximadamente 0 ppm a aproximadamente 1000 ppm, de aproximadamente 0 a aproximadamente 500 ppm, de aproximadamente 0 a aproximadamente 100 ppm, de aproximadamente 0 a aproximadamente 50 ppm, de aproximadamente 0 a aproximadamente 25 ppm, de aproximadamente 0 a aproximadamente 10 ppm o de aproximadamente 0 a 5 ppm de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición o las mezclas de los mismos. En otra modalidad, el combustible contiene de 1 a 10 ppm en peso de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición o las mezclas de los mismos. El combustible gaseoso es normalmente un gas en condiciones ambientales, por ejemplo, a temperatura ambiente (20 a 30 °C). Los combustibles gaseosos adecuados incluyen gas natural, gas de petróleo licuado (LPG), gas natural comprimido (CNG) o las mezclas de los mismos. En una modalidad, el motor se reposta con gas natural.
Las composiciones del combustible de la presente invención pueden comprender además uno o más aditivos del rendimiento. Pueden añadirse los aditivos del rendimiento a una composición del combustible en dependencia de varios factores, que incluyen el tipo de motor de combustión interna y el tipo de combustible que se use en ese motor, la calidad del combustible y las condiciones del servicio en las que se esté haciendo funcionar el motor. En algunas modalidades, los aditivos del rendimiento añadidos están libres de nitrógeno. En otras modalidades, los aditivos del rendimiento adicionales pueden contener nitrógeno.
Los aditivos del rendimiento pueden incluir un antioxidante, tal como un fenol impedido o un derivado del mismo y/o una diarilamina o un derivado de la misma; un inhibidor de la corrosión, tal como un ácido alquenilsuccínico y/o un aditivo detergente/dispersante, tal como un detergente que contiene polieteramina o nitrógeno, que incluye, sin limitación, los dispersantes de amina de poliisobutileno (PIB), detergentes de Mannich, dispersantes de succinimida y sus sales de amonio cuaternario respectivas.
Los aditivos del rendimiento también pueden incluir un potenciador de flujo frío, tal como un copolímero esterificado de anhídrido maleico y estireno y/o un copolímero de etileno y acetato de vinilo; un inhibidor de la espuma, tal como un fluido de silicona; un desemulsionante, tal como un polioxialquileno y/o un alcohol de alquil poliéter; un agente de lubricación, tal como un ácido carboxílico graso, derivados de éster y/o amida de los ácidos carboxílicos grasos o los derivados de éster y/o amida de anhídridos succínicos sustituidos con hidrocarbilo; un desactivador metálico, tal como un triazol aromático o un derivado del mismo, que incluye, pero sin limitación, un benzotriazol, tal como tolitriazol y/o un aditivo de retroceso del asiento de válvulas, tal como una sal de sulfosuccinato de metal alcalino. Los aditivos también pueden incluir un biocida, un agente antiestático, un anticongelante, un fluidificante, tal como un aceite mineral y/o una poli(alfa-olefina) y/o un poliéter y un potenciador de la combustión, tal como un potenciador de octano o cetano.
El fluidificante puede ser un compuesto de polieteramina o un poliéter. La polieteramina puede estar representada por la fórmula R[-OCH2CH(R1)]nA, donde R es un grupo hidrocarbilo, R1 se selecciona entre el grupo que consiste en hidrógeno, grupos hidrocarbilo de 1 a 16 átomos de carbono y las mezclas de los mismos, n es un número de 2 a aproximadamente 50 y A se selecciona entre el grupo que consiste en --OCH2CH2CH2NR2R2 y --NR3R3, donde cada R2 es independientemente hidrógeno o hidrocarbilo y cada R3 es independiente hidrógeno, hidrocarbilo o -[R4N(R5)]pR6, donde R4 es alquileno de C2-C10, R5 y R6 son independientemente hidrógeno o hidrocarbilo y p es un número de 1-7.
El fluidificante puede ser poliéter, que puede estar representado por la fórmula R7O[CH2CH(R8)O]qH, donde R7 es un grupo hidrocarbilo, R8 se selecciona entre el grupo que consiste en hidrógeno, grupos hidrocarbilo de 1 a 16 átomos de carbono y las mezclas de los mismos y q es un número de 2 a aproximadamente 50. El fluidificante puede ser un aminocarbamato de poli-(oxialquileno) terminado en hidrocarbilo como se describe en la Patente de Estados Unidos número 5,503,644. El fluidificante puede ser un alcoxilato, en donde el alcoxilato puede comprender: (i) un poliéter que contiene dos o más grupos éster terminales; (ii) un poliéter que contiene uno o más grupos éster y uno o más grupos éter terminales o (iii) un poliéter que contiene uno o más grupos éster y uno o más grupos amino terminales, en donde un grupo terminal se define como un grupo localizado dentro de cinco átomos de carbono u oxígeno conectores del extremo del polímero. Conectores se define como la suma de los átomos de carbono y oxígeno conectores en el polímero o grupo terminal.
Los aditivos del rendimiento que pueden estar presentes en las composiciones del aditivo del combustible y en las composiciones del combustible de la presente invención también incluyen di-éster, diamida, éster-amida y modificadores de la fricción de éster-imida preparados al hacer reaccionar un ácido dicarboxílico (tal como el ácido tartárico) y/o un ácido tricarboxílico (tal como el ácido cítrico), con una amina y/o alcohol, opcionalmente en presencia de un catalizador de esterificación conocido. Estos modificadores de la fricción a menudo se derivan del ácido tartárico, ácido cítrico o los derivados de los mismos, pueden derivarse de las aminas y/o alcoholes que son ramificados por lo que el modificador de la fricción tiene en sí mismo cantidades significativas de los grupos hidrocarbilo ramificados presentes dentro de su estructura. Los ejemplos de los alcoholes ramificados adecuados usados para preparar estos modificadores de la fricción incluyen 2-etilhexanol, isotridecanol, alcoholes de Guerbet o las mezclas de los mismos.
En diferentes modalidades, la composición del combustible puede tener una composición como se describe en la siguiente tabla:
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Aceite de viscosidad lubricante
La composición lubricante comprende un aceite de viscosidad lubricante. Tales aceites incluyen los aceites naturales y sintéticos, aceite derivado del hidrocraqueo, hidrogenación y refinación con hidrógeno, sin refinar, aceites refinados o re-refinados o las mezclas de los mismos. Una descripción más detallada de los aceites sin refinar, refinados y re­ refinados se proporciona en la publicación internacional WO2008/147704, párrafos [0054] a [0056] (una divulgación similar se proporciona en la Publicación de Patente de Estados Unidos 2010/0197536, véase [0072] a [0073]). Una descripción más detallada de los aceites lubricantes naturales y sintéticos se describe en los párrafos [0058] a [0059], respectivamente, del documento WO2008/147704 (una divulgación similar se proporciona en la Publicación de Patente de Estados Unidos 2010/0197536, véase [0075] a [0076]). También pueden producirse los aceites sintéticos por las reacciones de Fischer-Tropsch y típicamente pueden ser ceras o hidrocarburos de Fischer-Tropsch hidroisomerizados. En una modalidad, pueden prepararse los aceites por un procedimiento sintético gas-a-líquido de Fischer-Tropsch, así como también otros aceites de gas-a-líquido.
También pueden definirse los aceites de viscosidad lubrificante como se especifica en la versión de abril de 2008 de "Appendix E - API Base Oil Interchangeability Guidelines for Passenger Car Motor Oils and Diesel Engine Oils", sección 1.3, Sub-encabezado 1.3. "Base Stock Categories". Las directrices de la API también se resumen en la Patente de Estados Unidos US 7,285,516 (véase columna 11, línea 64 a columna 12, línea 10). En una modalidad, el aceite de viscosidad lubricante puede ser un aceite del Grupo II, Grupo III o Grupo IV de la API o las mezclas de los mismos. Los cinco grupos de aceite base son de la siguiente manera:
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La cantidad del aceite de viscosidad lubricante presente es típicamente el resto restante después de restar del 100 % en peso (% en peso) la suma de la cantidad del compuesto de la invención y los otros aditivos del rendimiento. La composición lubricante puede estar en forma de un concentrado y/o un lubricante totalmente formulado. Si la composición lubricante de la invención (que comprende los aditivos divulgados en la presente descripción) está en la forma de un concentrado que puede combinarse con un aceite adicional para formar, en todo o en parte, un lubricante terminado, la proporción de estos aditivos con respecto al aceite de viscosidad lubricante y/o con respecto al aceite diluyente incluyen los intervalos de 1:99 a 99:1 en peso o de 80:20 a 10:90 en peso.
En una modalidad, el aceite base tiene una viscosidad cinemática a 100 °C de 2 mm2/s (centiStokes - cSt) a 16 mm2/s, de 3 mm2/s a 10 mm2/s o incluso de 4 mm2/s a 8 mm2/s.
La capacidad de un aceite base de actuar como un disolvente (es decir, solvencia) puede ser un factor contribuyente en el aumento de la frecuencia de los eventos de LSPI durante el funcionamiento de un motor de inyección directa de combustible. La solvencia del aceite base puede medirse como la capacidad de un aceite base sin aditivos de actuar como un disolvente para los constituyentes polares. Por lo general, la solvencia del aceite base disminuye según el grupo del aceite base se mueve del Grupo I al Grupo IV (PAO). Es decir, la solvencia del aceite base puede clasificarse de la siguiente manera para un aceite de una viscosidad cinemática dada: Grupo I > Grupo II > Grupo III > Grupo IV. La solvencia del aceite base también disminuye según aumenta la viscosidad dentro de un grupo de aceite base; el aceite base de baja viscosidad tiende a tener una mejor solvencia que un aceite base similar de mayor viscosidad. La solvencia del aceite base puede medirse mediante el punto de anilina (ASTM D611).
En una modalidad, el aceite base comprende al menos un 30 % en peso del aceite base del Grupo II o Grupo III. En otra modalidad, el aceite base comprende al menos un 60 % en peso del aceite base del Grupo II o Grupo III o al menos un 80 % en peso del aceite base del Grupo II o Grupo III. En una modalidad, la composición lubricante comprende menos del 20 % en peso del aceite base del Grupo IV (es decir, polialfaolefina). En otra modalidad, el aceite base comprende menos del 10 % en peso del aceite base del Grupo IV. En una modalidad, la composición lubricante está sustancialmente libre (es decir, contiene menos del 0,5 % en peso) del aceite base del Grupo IV. Los fluidos con base de éster, que se caracterizan como los aceites del Grupo V, tienen altos niveles de solvencia como resultado de su naturaleza polar. La adición de bajos niveles (típicamente menos del 10 % en peso) de éster a la composición lubricante pueden aumentar significativamente la solvencia resultante de la mezcla del aceite base. Los ésteres pueden agruparse ampliamente en dos categorías: sintéticos y naturales. Un fluido con base de éster tendría una viscosidad cinemática a 100 °C adecuada para su uso en un lubricante de aceite para motor, tal como entre 2 cSt y 30 cSt o de 3 cSt a 20 cSt o incluso de 4 cSt a 12 cSt.
Los ésteres sintéticos pueden comprender los ésteres de los ácidos dicarboxílicos (por ejemplo, ácido ftálico, ácido succínico, ácidos alquil succínicos y ácidos alquenil succínicos, ácido maleico, ácido azelaico, ácido subérico, ácido sebácico, ácido fumárico, ácido adípico, dímero de ácido linoleico, ácido malónico, ácidos alquil malónicos y ácidos alquenil malónicos) con cualquier diversidad de alcoholes monohídricos (por ejemplo, alcohol butílico, alcohol hexílico, alcohol dodecílico, alcohol 2-etilhexílico, etilenglicol, monoéter de dietilenglicol y propilenglicol). Los ejemplos específicos de estos ésteres incluyen el adipato de dibutilo, sebacato de di(2-etilhexilo), fumarato de di-nhexilo, sebacato de dioctilo, azelato de diisooctilo, azelato de diisodecilo, ftalato de dioctilo, ftalato de didecilo, sebacato de dieicosilo, el diéster de 2-etilhexilo del dímero del ácido linoleico y el éster complejo formado al hacer reaccionar un mol del ácido sebácico con dos moles de tetraetilenglicol y dos moles del ácido 2-etilhexanoico. Otros ésteres sintéticos incluyen aquellos hechos de los ácidos monocarboxílicos de C5 a C12 y polioles y éteres de poliol, tales como neopentil glicol, trimetilolpropano, pentaeritritol, dipentaeritritol y tripentaeritritol. Los ésteres también pueden ser monoésteres de los ácidos monocarboxílicos y alcoholes monohídricos.
Los ésteres naturales (o bio-derivados) se refieren a los materiales derivados de una fuente biológica, organismo o entidad renovables, distinta de los materiales derivados del petróleo o de los materiales de partida equivalentes. Los ésteres naturales incluyen los triglicéridos de los ácidos grasos, triacilglicéridos hidrolizados o parcialmente hidrolizados o ésteres de triglicérido transesterificados, tales como el éster metílico de ácido graso (o FAME). Los triacilglicéridos adecuados incluyen, pero sin limitación, aceite de palma, aceite de soja, aceite de girasol, aceite de colza, aceite de oliva, aceite de lino y los materiales relacionados. Otras fuentes de triglicéridos incluyen, pero sin limitación, algas, sebo de animales y zooplancton. Se describen los métodos para producir los biolubricantes a partir de los triacilglicéridos naturales en, por ejemplo, la Publicación de Patente de Estados Unidos 2011/0009300A1. En una modalidad, la composición lubricante comprende al menos un 2 % en peso de un fluido con base de éster. En una modalidad, la composición lubricante de la invención comprende al menos un 4 % en peso de un fluido con base de éster o al menos un 7 % en peso de un fluido con base de éster o incluso al menos un 10 % en peso de un fluido con base de éster.
Detergente con exceso de base de metal
La composición lubricante usada en la presente invención contiene un detergente con exceso de base de metal, que comprende un detergente de sulfonato de magnesio. Los detergentes con exceso de base de metal, denominados de otro modo como detergentes con exceso de base, detergentes exceso de bases que contienen metal o sales con exceso de base, se caracterizan por un contenido de metal en exceso de lo que sería necesario para la neutralización de acuerdo con la estequiometría del metal y del compuesto orgánico ácido particular, es decir, el sustrato, reaccionado con el metal. El detergente con exceso de base puede comprender uno o más fenatos que no contienen azufre, fenatos que contienen azufre, sulfonatos, salicilatos y las mezclas de los mismos.
La cantidad de metal en exceso se expresa normalmente en términos de proporción de sustrato con respecto al metal. La terminología “proporción de metal” se usa en la técnica anterior y en la presente descripción para definir la proporción de los equivalentes químicos totales del metal en la sal con exceso de base con respecto a los equivalentes químicos del metal en la sal que se esperaría que resultara de la reacción entre el ácido orgánico sustituido con hidrocarbilo; el fenol sustituido con hidrocarbilo o las mezclas de los mismos que estarán con exceso de base y el compuesto metálico básico de acuerdo con la reactividad química conocida y la estequiometría de los dos reactantes. Por lo tanto, en una sal normal o neutra (es decir jabón) la proporción de metal es uno y en una sal con exceso de base, la proporción de metal es superior a uno, especialmente superior a 1,3. El detergente con exceso de base de la invención puede tener una proporción de metal de 5 a 30 o una proporción de metal de 7 a 22 o una proporción de metal de al menos 11.
El detergente que contiene metal también puede incluir detergentes "híbridos" formados con sistemas de tensioactivo mixtos que incluyen componentes de fenato y/o sulfonato, por ejemplo, fenato-salicilatos, sulfonatofenatos, sulfonato-salicilatos, sulfonatos-fenatos-salicilatos, como se describe, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos 6,429,178; 6,429,179; 6,153,565 y 6,281,179. Donde, por ejemplo, se emplea un detergente híbrido de sulfonato/fenato, el detergente híbrido se consideraría equivalente a las cantidades de los detergentes de fenato y sulfonato distintos, al introducir cantidades similares de jabones de fenato y sulfonato, respectivamente. Los fenatos y salicilatos con exceso de base tienen típicamente un número total de base de 180 a 450 TBN. Los sulfonatos con exceso de base tienen típicamente un número total de base de 250 a 600 o de 300 a 500. Los detergentes con exceso de base son conocidos en la técnica.
Habitualmente se usan los alquilfenoles como constituyentes en y/o componentes básicos para los detergentes con exceso de base. Pueden usarse los alquilfenoles para preparar los detergentes de fenato, salicilato, salixarato o saligenina o las mezclas de los mismos. Los alquilfenoles adecuados pueden incluir los fenoles de hidrocarbilo para­ sustituidos. El grupo hidrocarbilo puede ser grupos alifáticos lineales o ramificados de 1 a 60 átomos de carbono, de 8 a 40 átomos de carbono, de 10 a 24 átomos de carbono, de 12 a 20 átomos de carbono o de 16 a 24 átomos de carbono. En una modalidad, el detergente con exceso de base de alquilfenol se prepara a partir de un alquilfenol o una mezcla de los mismos, que está libre o sustancialmente libre de (es decir, contiene menos del 0,1 por ciento en peso) p-dodecilfenol. En una modalidad, la composición lubricante de la invención contiene menos del 0,3 por ciento en peso de alquilfenol, menos del 0,1 por ciento en peso de alquilfenol o menos del 0,05 por ciento en peso de alquilfenol.
En una modalidad, el detergente con exceso de base es un detergente de magnesio o las mezclas de los mismos con un detergente de calcio. En una modalidad, el detergente de calcio con exceso de base puede estar presente en una cantidad para liberar al menos 500 ppm de calcio en peso y no más de 3000 ppm de calcio en peso o al menos 1000 ppm de calcio en peso o al menos 2000 ppm de calcio en peso o no más de 2500 ppm de calcio en peso a la composición lubricante. En una modalidad, el detergente con exceso de base está presente en una cantidad para liberar no más de 500 ppm en peso de magnesio a la composición lubricante o no más de 330 ppm en peso o no más de 125 ppm en peso o no más de 45 ppm en peso. En una modalidad, el detergente con exceso de base puede estar presente en una cantidad para liberar al menos 200 ppm en peso de magnesio o al menos 450 ppm en peso de magnesio o al menos 700 ppm en peso de magnesio con respecto a la composición lubricante. En una modalidad, los detergentes que contienen tanto calcio como magnesio pueden estar presentes en la composición lubricante. Los detergentes de calcio y magnesio pueden estar presentes de manera que la proporción en peso de calcio a magnesio es de 10:1 a 1:10 o de 8:3 a 4:5 o de 1:1 a 1:3. En una modalidad, el detergente con exceso de base está libre o sustancialmente libre de sodio.
En una modalidad, el detergente de sulfonato puede ser predominantemente un detergente de sulfonato de alquilbenceno lineal que tiene una proporción de metal de al menos 8 como está descrito en los párrafos [0026] a [0037] de la Publicación de Patente de Estados Unidos 2005/065045 (y concedida como US 7,407,919). El detergente de sulfonato de alquilbenceno lineal puede ser particularmente útil para asistir en la mejora del consumo de combustible. El grupo alquilo lineal puede estar unido al anillo benceno en cualquier parte a lo largo de la cadena lineal del grupo alquilo, pero habitualmente en la posición 2, 3 o 4 de la cadena lineal y en algunos casos, predominantemente en la posición 2, lo que resulta en el detergente de sulfonato de alquilbenceno lineal.
Pueden prepararse los detergentes de salicilato y los detergentes de salicilato con exceso de base de al menos dos maneras diferentes. La carbonilación (también denominada como la carboxilación) de un p-alquilfenol se describe en muchas referencias, que incluye la Patente de Estados Unidos 8,399,388. La carbonilación puede seguirse de exceso de base para formar un detergente de salicilato con exceso de base. Los p-alquilfenoles adecuados incluyen aquellos con grupos hidrocarbilo lineales y/o ramificados de 1 a 60 átomos de carbono. Los detergentes de salicilato también pueden prepararse por alquilación del ácido salicílico, seguido de exceso de base, como se describe en la Patente de Estados Unidos 7,009,072. Los detergentes de salicilato preparados de esta manera pueden prepararse a partir de los agentes de alquilación lineales y/o ramificados (habitualmente 1-olefinas) que contienen de 6 a 50 átomos de carbono, de 10 a 30 átomos de carbono o de 14 a 24 átomos de carbono. En una modalidad, el detergente con exceso de base de la invención es un detergente de salicilato. En una modalidad, el detergente de salicilato de la invención está libre de p-alquilfenol sin reaccionar (es decir, contiene menos del 0,1 por ciento en peso). En una modalidad, el detergente de salicilato de la invención se prepara por alquilación del ácido salicílico. El detergente con exceso de base está presente de un 0,2 % en peso a un 8 % en peso o del 0,3 % en peso al 8 % en peso o del 0,3 % en peso al 8 % en peso o del 0,4 % en peso al 3 % en peso. Por ejemplo, en un motor diésel de alto rendimiento, el detergente puede estar presente del 2 % en peso al 3 % en peso de la composición lubricante. Para un motor de un carro de pasajeros, el detergente puede estar presente del 0,2 % en peso al 1 % en peso de la composición lubricante.
Los detergentes que contienen metal contribuyen a la ceniza sulfatada para una composición lubricante. La ceniza sulfatada puede determinarse mediante ASTM D874. En una modalidad, la composición lubricante de la invención comprende un detergente que contiene metal en una cantidad tal, para entregar al menos un 0,4 por ciento en peso de ceniza sulfatada a la composición total. En otra modalidad, el detergente que contiene metal está presente en una cantidad para entregar al menos un 0,6 por ciento en peso de ceniza sulfatada o al menos un 0,75 por ciento en peso de ceniza sulfatada o incluso al menos un 0,9 por ciento en peso de ceniza sulfatada a la composición lubricante. En una modalidad, el detergente con exceso de base que contiene metal está presente en una cantidad para liberar del 0,1 por ciento en peso al 0,8 por ciento en peso de ceniza sulfatada a la composición lubricante. Además de ceniza y TBN, los detergentes con exceso de base contribuyen al jabón del detergente, también denominado como sal detergente neutra, a la composición lubricante. El jabón, que es una sal del metal del sustrato, puede actuar como un tensioactivo en la composición lubricante. En una modalidad, la composición lubricante comprende del 0,05 por ciento en peso al 1,5 por ciento en peso del jabón del detergente o del 0,1 por ciento en peso al 0,9 por ciento en peso del jabón del detergente. En una modalidad, la composición lubricante no contiene más del 0,5 por ciento en peso del jabón del detergente. El detergente con exceso de base puede tener una proporción en peso de ceniza:jabón de 5:1 a 1:2,3 o de 3,5:1 a 1:2 o de 2,9:1 a 1:1:7.
Otros aditivos del rendimiento
Las composiciones de la invención pueden comprender opcionalmente uno o más aditivos del rendimiento adicionales. Estos aditivos del rendimiento adicionales pueden incluir uno o más desactivadores de metal, modificadores de la viscosidad, antioxidantes, modificadores de la fricción, agentes antidesgaste, inhibidores de la corrosión, dispersantes, modificadores de la viscosidad del dispersante, agentes para presión extrema, antioxidantes (distintos a los de la invención), inhibidores de espuma, desemulsionantes, depresores del punto de licuefacción, agentes de hinchamiento de cierres y cualquiera combinación o mezcla de los mismos. Típicamente, el aceite lubricante totalmente formulado contiene uno o más de estos aditivos del rendimiento y habitualmente un paquete de múltiples aditivos del rendimiento.
En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que comprende además un dispersante, un agente antidesgaste, un modificador de la viscosidad del dispersante, un modificador de la fricción, un modificador de la viscosidad, un antioxidante, un detergente (diferente del de la invención) o una combinación de los mismos, donde cada uno de los aditivos enumerados pueden ser una mezcla de dos o más de dicho tipo de aditivos. En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que comprende además un dispersante de poliisobutilen succinimida, un agente antidesgaste, un modificador de la viscosidad del dispersante, un modificador de la fricción, un modificador de la viscosidad (típicamente un copolímero de olefina, tal como un copolímero de etileno-propileno), un antioxidante (que incluyen los antioxidantes fenólicos y amínicos), un detergente con exceso de base (que incluyen los sulfonatos y los fenatos con exceso de bases) o una combinación de los mismos, donde cada uno de los aditivos enumerados puede ser una mezcla de dos o más de dicho tipo de aditivos.
En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que comprende además un antioxidante sin cenizas. Los antioxidantes sin cenizas pueden comprender una o más arilaminas, diarilaminas, arilaminas alquiladas, diaril aminas alquiladas, fenoles, fenoles impedidos, olefinas sulfurizadas o las mezclas de los mismos.
En una modalidad, la composición lubricante incluye un antioxidante o las mezclas de los mismos. El antioxidante puede estar presente del 0 % en peso al 15 % en peso o del 0,1 % en peso al 10 % en peso o del 0,5 % en peso al 5 % en peso o del 0,5 % en peso al 3 % en peso o del 0,3 % en peso al 1,5 % en peso de la composición lubricante. La diarilamina o diarilamina alquilada puede ser una fenil-a-naftilamina (PANA), una difenilamina alquilada o una fenilnaftilamina alquilada o las mezclas de los mismos. La difenilamina alquilada puede incluir la difenilamina dinonilada, nonil difenilamina, octil difenilamina, difenilamina di-octilada, difenilamina di-decilada, decil difenilamina y las mezclas de las mismas. En una modalidad, la difenilamina puede incluir la nonil difenilamina, dinonil difenilamina, octil difenilamina, dioctil difenilamina o las mezclas de los mismos. En una modalidad, la difenilamina alquilada puede incluir la nonil difenilamina o dinonil difenilamina. La diarilamina alquilada puede incluir octil, di-octil, nonil, di­ nonil, decil o di-decil fenilnaftilaminas.
El antioxidante de diarilamina de la invención puede estar presente en una base en peso de esta composición lubricante del 0,1 % al 10 %, del 0,35 % al 5 % o incluso del 0,5 % al 2 %.
El antioxidante fenólico puede ser un alquil fenol simple, un fenol impedido o los compuestos fenólicos acoplados. El antioxidante de fenol impedido contiene habitualmente un grupo butilo secundario y/o butilo terciario como un grupo de impedimento estérico. El grupo fenol puede estar sustituido adicionalmente con un grupo hidrocarbilo (típicamente alquilo lineal o ramificado) y/o un grupo puente que se une a un segundo grupo aromático. Los ejemplos de los antioxidantes de fenol impedido adecuados incluyen 2,6-di-terc-butilfenol, 4-metil-2,6-di-tercbutilfenol, 4-etil-2,6-di-terc-butilfenol, 4-propil-2,6-di-terc-butilfenol o 4-butil-2,6-di-terc-butilfenol, 4-dodecil-2,6-di-tercbutilfenol o 3-(3,5-diterc-butil-4-hidroxifenil)propanoato de butilo. En una modalidad, el antioxidante de fenol impedido puede ser un éster y puede incluir, por ejemplo, Irganox™ L-135 de Ciba.
Los fenoles acoplados contienen habitualmente dos alquilfenoles acoplados con grupos alquileno para formar los compuestos de bisfenol. Los ejemplos de los compuestos de fenol acoplado adecuados incluyen 4,4'-metilen bis-(2,6-di-terc-butil fenol), 4-metil-2,6-di-terc-butilfenol, 2,2'-bis-(6-t-butil-4-heptilfenol); 4,4'-bis(2,6-di-t-butil fenol), 2,2'-metilenbis(4-metil-6-t-butilfenol) y 2,2'-metilen bis(4-etil-6-t-butilfenol).
Los fenoles de la invención también incluyen los compuestos aromáticos polihídricos y sus derivados. Los ejemplos de los compuestos aromáticos polihídricos adecuados incluyen los ésteres y las amidas del ácido gálico, ácido 2,5-dihidroxibenzoico, ácido 2,6-dihidroxibenzoico, ácido 1,4-dihidroxi-2-naftoico, ácido 3,5-dihidroxinaftoico, ácido 3,7-dihidroxi naftoico y las mezclas de los mismos.
En una modalidad, el antioxidante fenólico comprende un fenol impedido. En otra modalidad, el fenol impedido se deriva del 2,6-ditercbutil fenol.
En una modalidad, la composición lubricante de la invención comprende un antioxidante fenólico en un intervalo del 0,01 % en peso al 5 % en peso o del 0,1 % en peso al 4 % en peso o del 0,2 % en peso al 3 % en peso o del 0,5 % en peso al 2 % en peso de la composición lubricante.
Las olefinas sulfurizadas son materiales comerciales bien conocidos y aquellas que están sustancialmente libres de nitrógeno, es decir, que no contienen funcionalidad de nitrógeno, están fácilmente disponibles. Los compuestos olefínicos que pueden sulfurizarse son de naturaleza diversa. Estos contienen al menos un doble enlace olefínico, que se define como un doble enlace no aromático; es decir, uno que conecta dos átomos de carbono alifáticos. Estos materiales tienen generalmente enlaces de sulfuro que tienen de 1 a 10 átomos de azufre, por ejemplo, de 1 a 4 o 1 o 2.
Los antioxidantes sin cenizas pueden usarse por separado o en combinación. En una modalidad de la invención, dos o más antioxidantes diferentes se usan en combinación, de manera que hay al menos un 0,1 por ciento en peso de cada uno de los al menos dos antioxidantes y en donde la cantidad combinada de los antioxidantes sin cenizas es del 0,5 al 5 por ciento en peso. En una modalidad, hay al menos del 0,25 al 3 por ciento en peso de cada antioxidante sin cenizas.
En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que comprende además un compuesto de molibdeno. El compuesto de molibdeno puede seleccionarse entre el grupo que consiste en dialquilditiofosfatos de molibdeno, ditiocarbamatos de molibdeno, sales de amina de los compuestos de molibdeno y las mezclas de los mismos. El compuesto de molibdeno puede proporcionar a la composición lubricante de 0 a 1000 ppm o de 5 a 1000 ppm o de 10 a 750 ppm o de 5 ppm a 300 ppm o de 20 ppm a 250 ppm de molibdeno.
Los dispersantes adecuados para su uso en las composiciones de la presente invención incluyen los dispersantes de succinimida. En una modalidad, el dispersante puede estar presente como un solo dispersante. En una modalidad, el dispersante puede estar presente como una mezcla de dos o tres dispersantes diferentes, en donde al menos uno puede ser un dispersante de succinimida.
El dispersante de succinimida puede ser un derivado de una poliamina alifática o las mezclas de las mismas. La poliamina alifática puede ser una poliamina alifática, tal como una etilenpoliamina, una propilenpoliamina, una butilenpoliamina o las mezclas de las mismas. En una modalidad, la poliamina alifática puede ser etilenepoliamina. En una modalidad, la poliamina alifática puede seleccionarse entre el grupo que consiste en etilendiamina, dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina, pentaetilenhexamina, destilados de poliamina y las mezclas de las mismas.
El dispersante puede ser una alquenil succinimida de cadena larga N-sustituida. Los ejemplos de la alquenil succinimida de cadena larga N-sustituida incluyen la poliisobutilen succinimida. Típicamente, el poliisobutileno del que se deriva el anhídrido succínico de poliisobutileno tiene un número de peso molecular promedio de 350 a 5000 o de 550 a 3000 o de 750 a 2500. Se divulgan los dispersantes de succinimida y su preparación, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos 3,172,892, 3,219,666, 3,316,177, 3,340,281, 3,351,552, 3,381,022, 3,433,744, 3,444,170, 3,467,668, 3,501,405, 3,542,680, 3,576,743, 3,632,511, 4,234,435, Re 26,433 y 6,165,235, 7,238,650 y en la Patente EP 0355895B1.
El dispersante también puede tratarse con posterioridad por los métodos convencionales mediante una reacción con cualquiera de una diversidad de agentes. Entre estos están los compuestos de boro, urea, tiourea, dimercaptotiadiazoles, disulfuro de carbono, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, anhídridos succínicos sustituidos con hidrocarburo, anhídrido maleico, nitrilos, epóxidos y compuestos fosforosos.
El dispersante puede estar presente del 0,01 % en peso al 20 % en peso o del 0,1 % en peso al 15 % en peso o del 0,1 % en peso al 10 % en peso o del 1 % en peso al 6 % en peso de la composición lubricante.
En una modalidad, la composición lubricante de la invención comprende además un modificador de la viscosidad del dispersante. El modificador de la viscosidad del dispersante puede estar presente del 0 % en peso al 5 % en peso o del 0 % en peso al 4 % en peso o del 0,05 % en peso al 2 % en peso de la composición lubricante.
Los modificadores de la viscosidad del dispersante adecuados incluyen las poliolefinas funcionalizadas, por ejemplo, los copolímeros de etileno-propileno que se han funcionalizado con un agente de acilación, tal como anhídrido maleico y una amina; los polimetacrilatos funcionalizados con una amina o los copolímeros de anhídrido maleico de estireno esterificado reaccionados con una amina. Una descripción más detallada de los modificadores de la viscosidad del dispersante se divulga en la Publicación Internacional WO2006/015130 o en las Patentes de Estados Unidos 4,863,623; 6,107,257; 6,107,258 y 6,117,825. En una modalidad, el modificador de la viscosidad del dispersante puede incluir aquellos descritos en la Patente de Estados Unidos 4,863,623 (véase columna 2, línea 15 a columna 3, línea 52) o en la Publicación Internacional WO2006/015130 (véase página 2, párrafo [0008] y se describen los ejemplos preparativos en los párrafos [0065] a [0073]).
En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que incluye además un agente antidesgaste que contiene fósforo. Típicamente, el agente antidesgaste que contiene fósforo puede ser un dialquilditiofosfonato de cinc. Los dialquilditiofosfatos de cinc son conocidas en la técnica. El agente antidesgaste puede estar presente del 0 % en peso al 3 % en peso o del 0,1 % en peso al 1,5 % en peso o del 0,5 % en peso al 0,9 % en peso de la composición lubricante.
En una modalidad, la invención proporciona una composición lubricante que comprende además un modificador de la fricción. Los ejemplos de los modificadores de la fricción incluyen los derivados de ácido graso de cadena larga de las aminas, ésteres grasos o epóxidos; imidazolinas grasas, tales como los productos de la condensación de los ácidos carboxílicos y polialquilen-poliaminas; las sales de amina de los ácidos alquilfosfóricos; alquil tartratos grasos; alquil tartrimidas grasas o alquil tartramidas grasas. El término graso, como se usa en la presente descripción, puede significar que tiene un grupo alquilo de C8-22 lineal.
Los modificadores de la fricción también pueden abarcar materiales, tales como los compuestos grasos sulfurizados y olefinas, dialquilditiofosfatos de molibdeno, ditiocarbamatos de molibdeno, aceite de girasol o monoéster de un poliol y un ácido carboxílico alifático.
En una modalidad, el modificador de la fricción puede seleccionarse entre el grupo que consiste en los derivados de ácido graso de cadena larga de las aminas, ésteres grasos de cadena larga o epóxidos grasos de cadena larga; imidazolinas grasas; sales de amina de ácidos alquilfosfóricos; alquil tartratos grasos; alquil tartrimidas grasas y alquil tartramidas grasas. El modificador de la fricción puede estar presente del 0 % en peso al 6 % en peso o del 0,05 % en peso al 4 % en peso o del 0,1 % en peso al 2 % en peso de la composición lubricante.
En una modalidad, el modificador de la fricción puede ser un éster de ácido graso de cadena larga. En otra modalidad, el éster de ácido graso de cadena larga puede ser un mono-éster o un diéster o una mezcla de los mismos y en otra modalidad, el éster de ácido graso de cadena larga puede ser un triglicérido.
Otros aditivos del rendimiento, tales como los inhibidores de la corrosión, incluyen aquellos descritos en los párrafos 5 a 8 de la Solicitud de Estados Unidos US05/038319, publicada como WO2006/047486, octil octanamida, productos de la condensación del ácido o anhídrido dodecenil succínico y un ácido graso, tal como el ácido oleico con una poliamina. En una modalidad, los inhibidores de la corrosión incluyen el inhibidor de la corrosión Synalox® (una marca registrada de The Dow Chemical Company). El inhibidor de la corrosión Synalox® puede ser un homopolímero o copolímero del óxido de propileno. El inhibidor de la corrosión Synalox® se describe con mayor detalle en un folleto del producto con el Formulario número 118-01453-0702 AMS, publicado por la The Dow Chemical Company. El folleto del producto se titula “SYNALOX Lubricants, High-Performance Polyglycols for Demanding Applications” .
La composición lubricante puede incluir además los desactivadores de metal, que incluyen los derivados de benzotriazoles (típicamente toliltriazol), derivados del dimercaptotiadiazol, 1,2,4-triazoles, bencimidazoles, 2-alquilditiobencimidazoles o 2-alquilditiobenzotiazoles; inhibidores de espuma, que incluyen los copolímeros de acrilato de etilo y 2-etilhexilacrilato y los copolímeros de acrilato de etilo y 2-etilhexilacrilato y acetato de vinilo; desemulsionantes, que incluyen los trialquil fosfatos, polietilenglicoles, óxidos de polietileno, óxidos de polipropileno y polímeros de (óxido de etileno-óxido de propileno) y los depresores del punto de licuefacción, que incluyen los ésteres del anhídrido maleico-estireno, polimetacrilatos, poliacrilatos o poliacrilamidas.
Los depresores del punto de licuefacción que pueden ser útiles en las composiciones de la invención incluyen además las polialfaolefinas, ésteres de anhídrido maleico-estireno, poli(met)acrilatos, poliacrilatos o poliacrilamidas. En diferentes modalidades, la composición lubricante puede tener una composición como se describe en la siguiente tabla:
Figure imgf000011_0001
La presente invención proporciona una capacidad sorprendente para prevenir el daño a un motor en funcionamiento debido a los eventos de ignición previos resultantes de la inyección directa de la gasolina en la cámara de combustión. Esto se consigue mientras se mantiene el rendimiento del consumo de combustible, bajos niveles de ceniza sulfatada, control de depósito mejorado y otras limitaciones, requeridas por las regulaciones gubernamentales cada vez más estrictas.
Aplicación industrial
Como se describió anteriormente, la invención proporciona un método de lubricación de un motor de combustión interna que comprende suministrar al motor de combustión interna una composición lubricante como se divulga en la presente descripción. En general, el lubricante se añade al sistema de lubricación del motor de combustión interna, que luego libera la composición lubricante en las partes críticas del motor, durante su funcionamiento, que requieren lubricación.
Las composiciones del lubricante descritas anteriormente pueden utilizarse en un motor de combustión interna. Los componentes del motor pueden tener una superficie de acero o aluminio (típicamente una superficie de acero) y también pueden estar recubiertos, por ejemplo, de un recubrimiento de carbono similar al diamante (DLC).
Una superficie de aluminio puede comprenderse de una aleación de aluminio que puede ser una aleación de aluminio eutéctica o hiper-eutéctica (tal como las obtenidas a partir de los silicatos de aluminio, óxidos de aluminio u otros materiales cerámicos). La superficie de aluminio puede estar presente en una pared interior de cilindro, el bloque del cilindro o anillo del pistón que tenga una aleación de aluminio o un material compuesto de aluminio.
El motor de combustión interna puede estar equipado con un sistema de control de emisiones o un turbocompresor. Los ejemplos del sistema de control de emisiones incluyen los filtros de partículas de diésel (DPF) o los sistemas que emplean reducción catalítica selectiva (SCR).
El motor de combustión interna de la presente invención es distinto de una turbina de gas. En un motor de combustión interna, los eventos de combustión individuales convierten desde una fuerza recíprocamente lineal en un par de fuerzas rotacional a través del vastago y el cigüeñal. Por el contrario, en una turbina de gas (que también se denomina como motor a reacción) un proceso de combustión continua genera de forma continua un par de fuerzas rotacional sin conversión y también puede desarrollar empuje en la salida del escape. Estas diferencias en las condiciones de funcionamiento de una turbina de gas y un motor de combustión interna dan como resultado entornos y esfuerzos de funcionamiento diferentes.
La composición lubricante para un motor de combustión interna puede ser adecuada para cualquier lubricante de motor sin tomar en cuenta el contenido azufre, fósforo o ceniza sulfatada (ASTM D-874). El contenido de azufre del lubricante de aceite del motor puede ser 1 % en peso o inferior o 0,8 % en peso o inferior o 0,5 % en peso o inferior o 0,3 % en peso o inferior. En una modalidad, el contenido de azufre puede estar en el intervalo del 0,001 % en peso al 0,5 % en peso o del 0,01 % en peso al 0,3 % en peso. El contenido de fósforo puede ser 0,2 % en peso o inferior o 0,12 % en peso o inferior o 0,1 % en peso o inferior o 0,085 % en peso o inferior o 0,08 % en peso o inferior o incluso 0,06 % en peso o inferior, 0,055 % en peso o inferior o 0,05 % en peso o inferior. En una modalidad, el contenido de fósforo puede ser de 100 ppm a 1000 ppm o de 200 ppm a 600 ppm. El contenido total de ceniza sulfatada puede ser 2 % en peso o inferior o 1,5 % en peso o inferior o 1,1 % en peso o inferior o 1 % en peso o inferior o 0,8 % en peso o inferior o 0,5 % en peso o inferior o 0,4 % en peso o inferior. En una modalidad, el contenido de ceniza sulfatada puede ser 0,05 % en peso a 0,9 % en peso o de 0,1 % en peso a 0,2 % en peso o hasta 0,45 % en peso.
En una modalidad, la composición lubricante puede ser un aceite de motor, en donde la composición lubricante puede caracterizarse por tener al menos uno de (i) un contenido de azufre de 0,5 % en peso o inferior, (ii) un contenido de fósforo de 0,1 % en peso o inferior, (iii) un contenido de ceniza sulfatada de 1,5 % en peso o inferior o las combinaciones de los mismos.
Ejemplos
La invención se ilustrará adicionalmente por medio de los siguientes ejemplos, que establecen modalidades particularmente ventajosas. Aunque lo ejemplos se proporcionan para ilustrar la invención, no están destinados a limitarla.
Composiciones del lubricante
Unas series de lubricantes de motor 5W-20 en el aceite base del Grupo II de viscosidad lubricante se preparan para contener los aditivos descritos anteriormente, así como los aditivos convencionales, que incluyen los modificadores poliméricos de la viscosidad, dispersante de succinimida sin ceniza, detergentes con exceso de base, antioxidantes (combinación de éster fenólico y diarilamina), dialquilditiofosfato de cinc (ZDDP), así como también otros aditivos del rendimiento de la siguiente manera (Tabla 1). Los contenidos de fósforo, de azufre y de ceniza de cada uno de los ejemplos también se presentan en la tabla en parte para mostrar que cada ejemplo tiene una cantidad similar de estos materiales y así proporcionar una comparación correcta entre los ejemplos comparativos y de la invención.
Tabla 1 - Formulaciones de la composición del aceite lubricante1 Los ejemplos en la tablal no están de acuerdo a la invención:
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Tabla 2 - Formulaciones de la composición del aceite lubricante (5W-30) Los ejemplos 7-11 y 13 no están de acuerdo con la invención
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Pruebas
Se midieron los eventos de ignición previa a baja velocidad en dos motores, un motor Ford 2.0L Ecoboost y un GM 2.0L Ecotec. Ambos de estos motores son motores de inyección directa de gasolina con turbocompresor (GDI). El motor Ford Ecoboost se hace funcionar en dos etapas. En la primera etapa, el motor se hace funcionar a 1500 rpm y a una presión eficaz media de frenado (BMEP) de 14,4 bar. Durante la segunda etapa, el motor se hace funcionar a 1750 rpm y BMEP de 17,0 bar. El motor está en funcionamiento durante 25000 ciclos de combustión en cada etapa y se cuentan los eventos de LSPI.
El motor GM Ecotec se hace funcionar a 2000 rpm y BMEP de 22,0 bar con una temperatura de colector de aceite de 100 °C. La prueba consiste en nueve fases de 15 000 ciclos de combustión con cada fase separada por un periodo de inactividad. Por lo tanto, se cuentan los eventos de combustión a lo largo de 135 000 ciclos de combustión.
Los eventos de LSPI se determinan al controlar la presión máxima en el cilindro (PP) y el quemado de la fracción de masa (MFB) de la carga del combustible en el cilindro. Cuando se cumplen ambos criterios, se determina que ha sucedido un evento de LSPI. El umbral para la presión máxima en el cilindro es típicamente de 9000 a 10000 kPa. El umbral para el MFB es típicamente que al menos el 2 % de la carga del combustible se quema con retraso, es decir, 5,5 grados después del punto puerto superior (ATDC). Puede informarse de los eventos de LSPI como eventos por cada 100000 ciclos de combustión, eventos por ciclo y/o ciclos de combustión por eventos.
Tabla 4 - Pruebas de LSPI del GM Ecotec
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Los datos indican que una reducción en la ceniza del detergente total por debajo del 1 por ciento en peso da como resultado una reducción en los eventos de LSPI. El reemplazo parcial del detergente de calcio con el detergente de magnesio y/o sodio también proporcionan una reducción observada en los eventos de LSPI. Además, el reemplazo parcial del detergente de sulfonato con el detergente basado en fenato dio como resultado en una reducción en los eventos de LSPI observables.
Se sabe que algunos de los materiales descritos anteriormente pueden interactuar en la formulación final, por lo que los componentes de la formulación final pueden ser diferentes de los que se añaden inicialmente. Los productos así formados, que incluye los productos formados al emplear una composición lubricante de la presente invención en su uso previsto, pueden no ser susceptibles de una fácil descripción. Sin embargo, todas estas modificaciones y productos de reacción se incluyen dentro del alcance de la presente invención; la presente invención abarca una composición lubricante preparada al mezclar los componentes descritos anteriormente.
Salvo que se indique lo contrario, cada compuesto químico o composición al que se hace referencia en la presente descripción debe interpretarse como que es un material de calidad comercial que puede contener los isómeros, subproductos, derivados y otros de tales materiales, que se entiende normalmente que están presentes en la calidad comercial. Sin embargo, la cantidad de cada componente químico se presenta exclusiva de cualquier aceite disolvente o diluyente, que puede estar habitualmente presente en el material comercial, salvo que se indique lo contrario. Debe entenderse que la cantidad superior e inferior, intervalo y límites de proporción expuestos en la presente descripción pueden combinarse independientemente. Similarmente, los intervalos y cantidades para cada elemento de la invención pueden usarse junto con intervalos y cantidades para cualquier otro de los elementos. Como se usa en la presente descripción, el término "sustituyente hidrocarbilo" o "grupo hidrocarbilo" se usa con su sentido habitual, que es bien conocido para los expertos en la materia. Específicamente, se refiere a un grupo que tiene un átomo de carbono unido directamente al resto de la molécula y que tiene predominantemente un carácter de hidrocarburo. Los ejemplos de los grupos hidrocarbilos incluyen (i) sustituyentes de hidrocarburo, es decir, sustituyentes alifáticos (por ejemplo, alquilo o alquenilo), alicíclicos (por ejemplo, cicloalquilo, cicloalquenilo) y sustituyentes aromáticos sustituidos aromática, alifática o alicíclicamente, así como también los sustituyentes cíclicos en donde el anillo se completa a través de otra porción de la molécula (por ejemplo, dos sustituyentes forman juntos un anillo); (ii) sustituyentes de hidrocarburo sustituido, es decir, sustituyentes que contienen grupos distintos de hidrocarburo que, en el contexto de la presente invención, no alteran la naturaleza predominantemente de hidrocarburo del sustituyente (por ejemplo, halo (especialmente cloro y flúor), hidroxi, alcoxi, mercapto, alquilmercapto, nitro, nitroso y sulfoxi); (iii) sustituyentes hetero, es decir, sustituyentes que, aunque tienen un carácter predominantemente de hidrocarburo, en el contexto de la presente invención, contienen otros distintos de carbono en un anillo o cadena por lo demás compuesto de átomos de carbono.
Los heteroátomos incluyen azufre, oxígeno, nitrógeno y abarcan los sustituyentes como piridilo, furilo, tienilo e imidazolilo. Por lo general, no más de dos, preferentemente no más de un sustituyente distinto de hidrocarburo estará presenten por cada diez átomos de carbono en el grupo hidrocarbilo; típicamente, no habrá ningún sustituyente distinto de hidrocarburo en el grupo hidrocarbilo.
Aunque la invención se ha explicado en relación a sus modalidades preferidas, debe entenderse que diversas modificaciones de las mismas se volverán evidentes para los expertos en la materia tras la lectura de la especificación. Por lo tanto, se entiende que la invención divulgada en la presente descripción está destinada a cubrir tales modificaciones puesto que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    i. El uso de una composición lubricante que comprende un aceite base de viscosidad lubricante y un detergente con exceso de base de metal para reducir los eventos de ignición previa a baja velocidad en un motor de combustión interna de inyección directa y encendido por chispa que comprende suministrar la composición lubricante al motor de combustión interna de inyección directa y encendido por chispa equipado con un turbocompresor, en donde el motor se hace funcionar bajo una carga con una presión eficaz media de frenado (BMEP) superior o igual a 10 bars, en donde el motor se hace funcionar a velocidades inferiores o iguales a 3000 rpm; y en donde el detergente con exceso de base de metal comprende un detergente de sulfonato de magnesio y en donde el detergente con exceso de base de metal está presente en una cantidad de 0,2 a 8 por ciento en peso de la composición lubricante.
  2. 2. El uso de la reivindicación 1, en donde el motor se reposta con un combustible de hidrocarburo líquido, un combustible líquido distinto de hidrocarburo o mezclas de los mismos.
  3. 3. El uso de la reivindicación 2, en donde el motor se reposta con gas natural, gas de petróleo licuado (LPG), gas natural comprimido (CNG) o mezclas de los mismos.
  4. 4. El uso de la reivindicación 1, en donde la composición lubricante comprende además al menos un aditivo adicional seleccionado entre un dispersante sin cenizas, un antioxidante sin cenizas, un aditivo antidesgaste que contiene fósforo, un modificador de la fricción y un modificador polimérico de la viscosidad.
  5. 5. El uso de la reivindicación 1, en donde el detergente con exceso de base de metal tiene una proporción de metal de 5 a 30.
  6. 6. El uso de la reivindicación 1, en donde la composición lubricante comprende además un dispersante de polialquenil succinimida en una cantidad del 0,5 al 4 % en peso de la composición.
  7. 7. El uso de la reivindicación 1, en donde la composición lubricante comprende al menos un 50 % en peso de un aceite base del Grupo II, un aceite base del Grupo III o mezclas de los mismos.
  8. 8. El uso de la reivindicación 1, en donde el detergente con exceso de base de metal comprende un detergente de fenato acoplado con azufre.
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