HU177466B - Többfokozatú motorolaj kompozíció nagy fajlagos teljesítményű gépjármű motorokhoz - Google Patents

Description

A találmány tárgya többfokozatú motorolaj kompozíció nagy fajlagos teljesítményű gépjármű motorokhoz.

Ismeretes, hogy a belsőégésű motorok élettartamát alapvetően a rendszer egészének konstrukciója, valamint az üzemeltetés körülményei határozzák meg. A motor élettartama szempontjából jelentős szerepe van a kenőrendszernek, amelynek egyes elemeit (pl. motorolaj, szűrő, stb.) a motor élettartama során több alkalommal újakkal cserélik fel. Egyik nagy eredménye a kenőanyagok fejlesztésének, hogy az 5-8OQO üzemóra motor élettartam során a motorolajokat az utóbbi években a korábban szokásos 20-50 üzemórás csereidőkkel szemben már 100-300 üzemóránként cserélik, amely í 5-20 000 km futás teljesítménynek felel meg. Azonban további anyag, munkaidő és gépidő megtakarítást jelentene a csereidő még jelentősebb növelése.

Ezért törekvésünk az volt, hogy tisztázzuk a nagy fajlagos teljesítményű gépjármű motorokhoz hasonló csereperiódussal alkalmazható motorolajok lehetséges összetétel variánsait.

Megvizsgáltuk a jelenleg használatos nagy teljesítményű motorolajok komponenseit, s összegezve a vizsgálataink eredményeit, az alábbiakat állapítottuk meg.

A nagy teljesítmény szín tű motorolajok esetében a szükséges kedvező reológiai tulajdonságok alapvetően az alapolaj jó viszkozitás-hőmérsékleti (VT) tulajdonságaitól, továbbá az alapolaj és a folyási tulajdonságokat javító adalékok kölcsönhatásaitól függenek. Az alapolaj megfelelő tulajdonságainak kialakítása szempontjából kedvező eredményeket értek el, ha az alkalmazott alapolajoknál a különböző szénhidrogén csoportosszetételű, különböző forrponthatárú és finomítás» fokú kenőolaj finomítványokat gondosan megválogatták és szigorú keverési arányokat írtak elő (GB 1244477, US 3873455).

Az utóbbi időben a megfelelő folyási tulajdonságok biztosítására, vagy az ún. szénhidrogén típusú, vagy az észter típusú nagy molekulatomegű polimereket alkalmazzák. Ezek a reológiai tulajdon15 Ságokat módosító adalékok.

A szénhidrogén típusú adalékoknak az az előnye, hogy jól oldódnak a kenőolaj finomítványokban, kedvező a hő- és mechanikai stabilitásuk. A folyási tulajdonságokat javító hatásukat tekintve azonban elmaradnak az észtertípusú ak mögött, továbbá kicsi a dermedéspont-aökkentő hatásuk, igy az ilyen tulajdonságú adalékot külön keli a motorolajhoz adni.

Ma már gyártanak olyan észtertípusú polimere25 két, melyek a szénhidrogén típusúakhoz hasonlóan kielégítő mechanikai- és hőstabOitással rendelkeznek (162-435 sz. magyar szabadalom). Az ilyen típusú adalékoknak egyidejűleg kiváló a VT tulajdonságuk, javítják a dermedéspontot (így külön dermedés30 pont-javító adalékról nem kell gondoskodni).

Hátrányuk, hogy a felhasználás során keletkező bomlástermékeik lekötik a detergensdiszpergens adalékok hatóanyagának egy részét. Ezt a tényt a motorolaj adalékok minőségének és koncentráció-tartományának kiválasztásánál figyelembe kell venni.

A motorolajok kedvező tulajdonságait az alapolajok és a VT módosító adalékok mellett a különböző ún. funkcionális adalék anyagok alkalmazásával biztosítják.

Ezek az adalékok hatásaik és típusaik szerint lehetnek oxidáció, kopás- és korróziógátlók úgy, mint cink-dialkil-ditiofoszfátok, cink-diaril-ditiofoszfátok, alkü-fenolok, aromás aminok, stb., fémtartalmú detergens-diszpergens adalékok, amelyek meggátolják a nagy hőmérsékleten a dugattyúra történő lerakódást, mint pl. a hiperbázikus Ca- és Ba-szulfonátok, Ca-fenolátok, Ba-fenolátok, foszforszulfurált-poliolefin sók, stb., vagy pedig hamumentes detergens-diszpergens adalékok, amelyek az alacsony hőmérsékleti körülmények között (pl. városi forgalomban) meggátolják az ún. hidegiszap keletkezését és lerakódását, ezeknek az adalékoknak a főbb típusa a polialkenil-szukdnimidek, poláros csoportokat tartalmazó kopolimerek, nagy szénatomszámú karbonsavak amidjai, poliészterek, stb.

Korábban ahhoz, hogy az olajnak valamennyi lényeges tulajdonságát biztosítani lehessen, a különböző funkciójú adalék anyagok elegyét alkalmazták (US 3 243 371, GB 906 420). Később a funkcionális adalékok hatékonyságát sikerült azáltal növelni, hogy olyan adalékokat elegyítettek, melyek szinergetikus hatást mutattak (US 3 254 025, 3 377 281, GB 1 092 847). Az ilyen adalék elegyek

5—15%-át tartalmazó motorolaj kompozíciók már 10-15 000 km megtételéig is kielégítően biztosították az Ottó és Diesel motorok zavarmentes működését.

A motorolajok teljesítményszintjének és felhasználási időtartamának további növelésének gátja az a jelenség, hogy az általában alkalmazott mennyiségben jelen levő adalékok idővel arányosan hőbomlás és egyéb kémiai reakciók miatt elvesztik funkcionális hatásukat.

A motorolaj öregedése során keletkező savas termékek semlegesítéséhez és diszpergált állapotban tartásához nagyobb mennyiségű és egyúttal nagyobb savsemlegesítő hatással rendelkező funkcionális adalékokból álló kompozíciót szükséges alkalmazni. Ezt a hagyományos hiperbázikus adalékok mennyiségének növelésével, viszonylag kisebb kémiai- és kolloid stabilitásuk miatt eddig nem sikerült megoldani. Ennek egyik oka az, hogy az ismert egyedi hamumentes detergens-diszpergens adalékok szénhidrogén olajokban már nem képesek a különböző fizikai-kémiai változásokkal szemben stabilizálni a kb. 5—10% mennyiségű fémtartalmú bázikus adalékok elegyét.

A nagy savsemlegesítő hatás biztosításának korlátját másrészről az jelentette, hogy a nagy hamutartalmú motorolajok (3—4% szulfáthamu) esetében tapasztalt káros jelenségek miatt (előgyuíladás, dugattyúbeégési jelenségek) a különböző funkcionális adalék elegyekben szükség volt a hamumentes adalékok részarányának növelésére. Az ismert hamumentes detergens-diszpergens adalékok azonban vagy nem rendelkeztek nagy hőmérsékleten megfelelő hatékonysággal, vagy ha ezt sikerült biztosítani, akkor túl kicsi volt a diszperziót stablizáló hatásuk.

A leírt szempontok figyelembevételével tehát egy megfelelően hosszú élettartamú motorolaj kompozíció azáltal készíthető el, hogy egy széles fokozathatárú (ismert adatok alapján legkedvezőbb az SAE 15W-40 fokozatú) motorolajat állítunk elő, amelyben az alapolajok és reológiai tulajdonságokat javító adalékok rendszere kémiailag, mechanikailag rendkívül stabil, az oxidációgátló adalék önmagában is magas hőstabilitású, ugyanakkor a kopásgátló hatású adalékot kellően magas arányban tartalmazza. Ezen kívül olyan kiválasztott összetételű és mennyiségű, a fizikai-kémiai hatásokkal szemben rendkívül stabil detergens-diszpergens adalékelegyet tartalmaz, amelynek nagy kémiai semlegesítő hatása van, ezáltal gátolja a különböző adalékok kémiai bomlását és ugyanakkor a hosszú és nagy igénybevételű felhasználás során is képes az olajoldhatatlan anyagok diszpergált állapotban tartására.

Felismerésünk alapján az említett adalékanyagok és alapolajok felhasználásával a jelenlegi 100—300 üzemórával, vagy 15—20 000 km-el szemben hosszabb csereperiódusú 2000 üzemóra vagy 100 000 km feletti motorolaj kompozíciók előállítását azáltal értük el, hogy az alapolajat és az adalékokat a hosszú élettartamú igények kielégítése érdekében úgy állítottuk össze, hogy a felhasználás szempontjából döntő alkalmazástechnikai vizsgálatoknál egyidejűleg jó mechanikai, hő és oxidációs stabilitása, kimagasló kopásgátló tulajdonsága és kiváló detergens-diszpergens hatékonysága legyen.

Vizsgálataink alapján ugyanis úgy találtuk, hogy az emelt követelményeket kielégítő motorolaj kompozíciót akkor tudjuk előállítani, ha alapolajként paraffinbázisú, oldószeres paraffinmentesítéssel és oldószeres finomítással, továbbá hidrogénező vagy derítőföldes befejező finomítással előállított olyan olajat, vagy több alapolaj finomítvány olyan keverékét alkalmazzuk, amely a következő feltételeknek tesz eleget: kinematikai viszkozitás 100^eC-on,

6-8 mm²/s, viszkozitás! index, 95—105, dermedéspont, —10 alatt °C.

Viszkozitás-módosítóként olyan nagy nyírási stabilitású polimert alkalmazunk, amellyel előnyösen teljesíthető a fenti alapolajjal a SAE 15W és SAE 40 fokozatoknak megfelelő viszkozitás! előírás és az MI—09 64024 sz. vizsgálat szerinti nyírás után a kompozíció kinematikai viszkozitása 100°C-on 12—13mm²/s közötti érték marad, ezáltal biztosítható a lenyíródásból adódó viszkozitás csökkenés és az oxidáció miatt bekövetkező viszkozitás növekedés állandó értéket eredményező egyensúlya. Az ilyen követelmények kielégítésére ΗΓ-10⁶ molekulatömegű és 3 · 10⁴ —5 · 10^s súlyszerinti átlagmolekulatömegű észter illetőleg szénhidrogén típusú polimereket, mint 1-25, célszerűen 1—18 szénatomszámú alkohollal, vagy azok elegyével szintetizált metakrilátok kopolimeijét (észter típusú), és/vagy etilén-propilén kopdimert és/vagy sztirol-diolefin kopolimert (utóbbiak szénhidrogén típusúak) találtunk alkalmasnak. A viszkozitásmódosítót - ha szénhidrogén típusú adalék a készter2 mékre vonatkoztatva: 0,5-15, előnyösen 0,8-10%ban, ha észter típusú adalék: 2-5%-ban kell alkalmazni.

Oxidáció-, korrózió- és kopásgátló adalékként a kompozíciónak 1,0—2,2% cink-dialkil-ditiofoszfátot ⁵ és/vagy cink-diaril-ditiofoszfátot kell tartalmaznia olyan kombinációban, hogy a kompozíció Zn-tartalma 0,1% felett legyen, ezáltal tartósan magas hőmérsékleten is biztosítható a kompozíció oxidációs stabilitása és a motor részeinek korrózió- és¹⁰ kopás elleni védelme.

A fémtartalmú detergens-diszpergens hatású adalékként hiperbázikus Ca- és/vagy Mg-szulfonátot, bázikus Ca- és/vagy Mg-szulfonátot, adott esetben Ca- és/vagy Mg-fenolátot, valamint kis és nagy¹⁵ hőmérsékleten hatékony alkenil-szukdnimidek elegyét tartalmazza a kész olajkompozícióra vonatkoztatva összesen 8—20% mennyiségben olyan összetételben, amelyben az egyedi komponensek külön-külön is nagy hőstabilitással rendelkeznek,²⁰ egymás hatását előnyösen kiegészítik, gátolják a polimer típusú adalékok bomlását, illetve a motorolaj öregedésénél keletkező bomlástermékeket semlegesítik a felhasználás során. Az adalékok összetételét úgy választjuk meg, hogy a kompozíció teljes bázisszáma (TBN) 7-18 célszerűen 10-13 mg KOH/g közé esik, ugyanakkor a detergens-diszpergens hatékonyságra jellemző PDDH értékszám a később részletezett módszer szerint 80 feletti legyen.

A találmány tárgyát képező adalékolt kenőolaj felhasználásának előnyeit az alábbi példák, valamint az 1. és 2. táblázatok adatainak segítségével mutatjuk be.

1. példa

Találmányunk 1. példája szerinti motorolaj kompozíció (összetétel az 1. táblázatban) és az összehasonlító 5. sz. olaj funkcionális adalék tartalma azonos. Az összehasonlító olaj a SAE 10W-50

1. táblázat

Motorolajok összetétele és vizsgálati adatai

Találmány szerinti példák összehasonlító példák

Példaszám

	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.
összetétel, súly% A jelű alapolaj	43,2	_	_		80,4	—	—	—
xB jelű alapolaj	43,2	-	-	-	-	-	-	—
C jelű alapolaj	-	83,0	82,1	79,8	-	83,0	82,1	79,8
Észter típusú viszkozitás módosító Szénhidrogén típusú viszkozitás	4,5	5,0	5,0	““	10,5	5,0	5,0	8,0
módosító	—	—	—	8,0	-	—	—
Cink-dialkil-ditiofoszfát	0,8	0,6	0,9	0,7	1,1	0,8	0,8	0,7
Cink-diaril-ditiofoszfát	0,3	0,6	0,5	0,5	-	0,5	-	0,5
Hiperbázikus Mg-szulfonát	1,4	—	3,0	1,5	1,4	3,0	3,0	1,5
Ca-szulfonát	0,4	3,8	2,0	3,0	0,4	—	2,0	3,0
Bázikus Ca-szulfonát	—	—	-	-	-	2,0	-	—
Mg-szulfonát	—	-	-	-	-	—	0,6	—
Ca-fenolát	2,6	3,0	2,0	2,5	2,6	2,0	2,0	2,5
Alkenil-szukcinimid	3,6	4,0	4,5	4,0	3,6	3,5	4,5	4,0
Alapolaj (keverék) -kinematikai viszkozitás
100 °C-on, mm2/s	7,1	7,3	7,3	7,3	5,3	7,3	7,3	7,3
-viszkozitási index	100	99	100	100	100	XX)	100	100
-dermedéspont, °C Motorolaj viszkozitási	-16	-17	-17	-17	-16	-17	-17	-17
fokozata, API	15W-	15W-	15W-	15W-	10W-	15W-	15W-	15W-
	—40	-40	-40	—40	-50	-40	—40	-40
Motorolaj viszkozitása 100°C-on MI-09 64024 nyírás után, mm2/s	12,8	12,6	12,2	12,5	16,9	12,0	12,3	11,6
Cinktartalom, %	0,1	0,12	0,12	0,1	0,1	0,12	0,07	0,12
Teljes bázisszám, mg KOH/g	7,9	11	13	10,5	7,9	6,5	14	10
XB alapolaj jellemzői: Kinematikus viszkozitás, 100 °C-on,	mm2/s	9,1

Viszkozitás index 98

Dermedéspont, °C -15

ΠΊ466 fokozatnak megfelelő viszkozitású és ennek megfelelően alacsonyabb viszkozitású alapolajat és nagyobb mennyiségben tartalmazott metakrilát típusú polimert.

A példák során a funkcionális adalékok hatékonysági vizsgálatára alkalmazott mérési módszerek:

— az adalék anyagok diszperziót stabilizáló hatása (detergens index: Dl): fotometriás vizsgálati 10 módszer (Faust: Lubr. Eng. 1954. 10.6. 354.), lágkongresszuson (1959) tartott „Laboratóriumi szelekciós vizsgálati kenőolajok detergens adalék anyagai számára” c. előadásában közölt módszer szerint végeztük, — a lerakódást lemosó hatás (M) vizsgálatát a

KKVSZ-0441/77 szerint végeztük, — a Petter W.l vizsgálatokat az IP 176, a Petter AVB vizsgálatokat pedig az IP 269 sz. szabványok szerint végeztük.

A fizikai és kémiai tulajdonságok (1. táblázat), valamint a hatékonysági vizsgálati adatok (2. és 3. táblázat) az 1. példa szerinti olaj kevesebb lerakódást eredményező, jobb tulajdonságát bizonyítják.

2. táblázat

Kenőolajok DD tulajdonságainak és oxidációs stabilitás laboratóriumi vizsgálatainak adatai

Jellemző	1.	Példaszám
5. (össze- hason- lító)	2.	6. (össze- hason- lító)	3.	7. (össze- hason- lító)	4.	8. (össze- hason- lító)
Dl (max. 100)	86	84	86	72	88	86	87	76
M (max. 125)	110	105	105	107	108	105	110	100
PDDH (max. 100)	87	84	85	79	87	85	88	78

Lemezes kokszolóval végzett vizsgálat

	3 óra után	2,9	2,2	1,4	1,5	1,3	4,5	1,1	2,7
Lerakódás a	6 óra után	5,9	10,5	1,6	9,2	1,5	6,7	3,2	8,9
lemezen (mg)	9 óra után	6,8	18,7	1,7	15,7	1,8	15,8	4,3	10,5
	3 óra után	104	105	105	107	110	110	100	100
M (max. 125)	6 óra után	104	95	106	59	107	102	108	98
	9 óra után	98	75	104	42	106	97	105	95

Megjegyzés: A Dl, M, és PDDH értékszámoknál a nagyobb, a lerakódás mennyisége szempontjából pedig a kisebb értékek jelölnek jobb minőséget.

2. példa

A találmány szerint összeállított (2. példa) motorolaj kompozíció és a 6. sz, összehasonlító olaj alapolaja és adaléktartalma azonos. Az összehasonlító példában szereplő detergens-diszpergens-adalék kereskedelmi termék elegy, amelynek TBN mutatója nem felel meg az általunk meghatározott határértéknek. A vizsgálati adatok (1. és 2. táblázat) alapján megállapítható, hogy a példában alkalmazott adalékok arányainak megfelelő megválasztásával a fizikai és kémiai jellemzők megfelelő szinten tartása mellett a detergens index és a lerakódást gátló hatás tekintetében lényegesen kedvezőbb hatás érhető el, mint az összehasonlító kompozícióval.

3. példa

A találmány szerinti 3. példában szereplő össze60 tétel az oxidációgátló adalék koncentrációját tekintve, különbözik a 7. sz. alatt feltüntetett összehasonlító olajétól. A vizsgálati adatok (1. és 2. táblázat) tanúsága szerint az oxidációgátló adalék koncentrációjának találmányunk szerinti megválasztásával számottevő javulást lehetett elérni.

3. táblázat órás Petter AVB vizsgálat (IP 269/72 T szerint) eredményei 5

A vizsgálati adatok (1., 2. és 4. táblázat) alap ján a 4. példa szerinti olaj lényegesen jobban ellen áll a tartós, szigorú igénybevétel során fellépő hatá soknak.

Jellemző	1. példa	5. példa (összehason- lító)
Kokszkitöltés az 1. sz. horonyban, % 100-ra vonatkoztatott összértékelési szám (max. 100)	44,9 69	68,8 40
4. táblázat
144 órás Petter W.l. vizsgálat (IP 176/69 szerint) eredményei
Jellező	4. példa	8. példa (összehasonlító)

Viszkozitás növekedés, % Csapágysúlyveszteség, mg 100-ra vonatkoztatott lerakodási értékszám (max. 100)

102

9,5 32

70

4. példa

A találmány szerinti 4. sz. olaj és az ugyanakkora adaléktartalommal, de nem a találmány sze- ⁴⁵ rinti mechanikai stabilitású polimerrel készített 8. sz. összehasonlító olaj adatait hasonlítjuk össze. A

8. sz. olajban funkcionális adalékaként egy kereskedelmi forgalomban levő, a detergens-diszpergens hatékonyság szempontjából nem a találmányunk sze- ⁵⁰ rinti követelményeknek megfelelő összetételű kompozíciót használtunk.

Claims (5)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Adalékolt, többfokozatú, motorolaj kompozíció, amely paraffinbázisú alapolajból, folyási tulajdon Ságokat javító, antioxidáns-, kopás- és korróziógátló, valamint fémtartalmú és hamumentes detergens-diszpergens, habzásgátló, továbbá egyéb ismert kiegészítő adalékokból áll, és az olajkompozíció teljes bázisszáma 7—18, célszerűen 10-13, mg KOH/g, a detergens-diszerpegens hatékonyság mutatója 80 feletti és 30 ciklusos dízel poriasztós nyírás után a viszkozitása legalább 12mm²/s, azzal jellemezve, hogy a kész kompozícióra vonatkoztatva 78—92%, 95—105-ös viszkozitásindexű, 6—8 mm²/s viszkozitású, —10 °C alatti dermedéspontú kőolajfinomítványt, folyási tulajdonságokat javító adalékként észter típusú és/vagy szénhidrogén típusú polimereket 0,5—15, célszerűen 0,8—10%-ban, észter típusút előnyösen 2—5%-ban, oxidáció-, kopás- és korróziógátló adalékként cink-dialkil-ditiofoszfátot és/vagy cink-diaril-ditiofoszfátot 1,0—2,2%-ban, detergens-diszpergens adalékként hiperbázikus Ca-, és/vagy Mg-szulfátot, adott esetben Ca-, vagy Mg-fenolátot, valamint alkenil-szukdnimidet komponensként, vagy elegy formájában összesen 8—20%-ban, továbbá egy vagy több ismert egyéb kiegészítő hatású adalékot 0,001-2% mennyiségben tartalmaz.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kompozíció kiviteli alakja, .azzal jellemezve, hogy az észter típusú adalék 1—25, célszerűen 1—18 szénatomszámú alifás alkohollal, vagy azok elegyével szintetizált metakrilátok kopolimeije.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti kompozíció kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a szénhidrogén típusú adalék etilén-propilén kopolimer, vagy sztiroldiolefm kopolimer.
4. 4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti kompozíció kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kompozíció cinktartalma 0,1-0,3% között van.
5. 5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti kompozíció kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy ismert kiegészítő hatású adalékként dermedéspontcsökkentő és habzásgátló anyagokat legfeljebb 0,5%-ban tartalmaz.