JP4377244B2 - 潤滑油の希釈による潤滑油特性の制御方法 - Google Patents
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Description
(i)2つ以上の特性が“暖機”操作条件に最適である基流体を供給する工程、
(ii)全てのシステム操作条件下で該基流体と混和し得る希釈剤を供給する工程、及び
(iii)前記基流体を、システム操作条件の変化に応じて、前記希釈剤で可逆的に希釈する工程、
を含む。
特定の基準に従って基流体及び希釈剤を選択することにより、潤滑油又は作動流体の2つ以上の特性が、潤滑油又は作動流体の使用操作条件の変化に応じた可逆的な希釈により同時に制御できることが、今回、意外にも見い出された。
(i)作動流体の2つ以上の特性を制御する工程、及び
(ii)得られた作動流体を、操作条件が変化するシステムに適用する工程、
を含む、該システムへの作動油の供給方法が提供される。
制御すべき特性は、特定種類の機械で達成するには、潤滑油又は作動流体を必要とするという課題の性質に依存する。好ましくは、これら特性の1つは、殆どの潤滑油又は作動流体にとって重要な性質である粘度である。粘度とは、低せん断周囲圧力動力学粘度のことである。例えば油圧流体では、圧縮率及び/又は粘度の圧力レスポンス及び/又は潤滑膜厚が制御できる。例えば牽引流体では、牽引係数が制御できる。好ましい実施態様では、本発明方法は、操作条件が変化するシステム用潤滑油又は作動流体の1つ以上の他の性能(特性)の他、粘度を制御する。更に好ましい実施態様では、本発明方法は、潤滑流体又は作動流体の2つの特性を制御する。
牽引流体では、牽引係数値は、最適値に対し+/−30%以内に制御することが好ましく、更に好ましくは最適値に対し+/−15%以内である。
例えば基流体は、“暖機”操作温度では高い牽引係数及び低い粘度を有するが、冷時始動条件下では低い牽引係数及び高い粘度を有する牽引流体であってよい。
好適には、基流体は、希釈剤よりも高い粘度及び低い揮発性を有する。牽引駆動の場合、基流体の粘度は、通常、100℃で5mPaより大きく、また希釈剤の粘度は、100℃で1mPa未満、0℃で10mPa未満である。
この基燃料油は、直留ガソリン、重合ガソリン、天然ガソリン、二量化及び三量化ガソリン、熱改質又は接触改質した炭化水素或いは接触分解又は熱分解した石油原料から合成的に製造した芳香族炭化水素混合物、及びこれらの混合物から誘導される。
中間蒸留物燃料油である液体炭化水素燃料油の沸点範囲は、通常、100℃〜500℃、例えば150℃〜400℃である。石油誘導燃料油は、大気圧蒸留物又は真空蒸留物、或いは分解ガス油又は直留及び熱分解及び/又は接触分解蒸留物のいずれの割合の配合物を含有してよい。この種の燃料油としては、ケロシン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、加熱用油及び重質燃料油が挙げられる。
ディーゼル燃料油の初期蒸留温度は、燃料の等級や用途に従って、約160℃、最終蒸留温度は、290〜360℃である。
本発明の他の好ましい一実施態様では、油圧流体は、通常、操作すべき全温度範囲に亘って粘度の効果的な圧力レスポンスを有すると共に、同じ温度範囲に亘って効果的な粘度を有する。
本発明は、前記作動流体組成物の油圧システムへの使用法も提供する。
希釈剤は、水、炭化水素及び炭化水素混合物、アルコール、エステル並びにケトンから都合よく選択してよい。水は、希釈剤として特に好ましい。
ポリオキシアルキレングリコールは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド又はペンチレンオキシドのような低級アルキレンオキシドを、重合条件下で活性水素化合物に付加して得られる、末端キャップしたか、末端キャップしないか、又は半エーテルのポリ(オキシアルキレン)アルコールであってよい。
ブロック共重合体及びランダム共重合体は、活性水素化合物を、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物又はプロピレンオキシドとブチレンオキシドとの混合物のようなアルキレンオキシド混合物と接触させることにより製造できる。
R1O−[(R2O)m(R3O)n]−R4
のものである。ここで、R1及びR4は、各々独立にアルキル、アリール、アルキルアリール、アリールオキシ、アルコキシ、アルキルアリールオキシ又は水素であり、R2は、−CH2−CH2であり、R3は、−CH(CH3)−CH2−及び/又は−CH2−CH(CH3)−であり、またm及びnは、各ポリオキシアルキレングリコールにおいて、ポリオキシアルキレングリコールの分子量が700より大きい時、m/(m+n)が0.125〜1の範囲となり、n/(m+n)が0〜0.875の範囲となり、かつポリオキシアルキレングリコールの分子量が700以下の時、m/(m+n)が0〜1の範囲となり、n/(m+n)が0〜1の範囲となるようなR2O及びR3O部分の平均数を表わす。
好ましくは、前記作動流体組成物は、基流体を、基流体及び希釈剤の合計量に対し50〜100重量%の量で含有する。
(i)希釈剤を含むリザーバー手段、
(ii)基流体を含む混合帯、
(iii)リザーバー手段から希釈剤を混合帯に供給するための分配手段、
(iv)混合帯から希釈剤を除去するための分離手段、及び
(v)混合帯の内容物をシステムの操作部品と接触させるのを可能にする手段、
を備えてよい。
本発明の一実施態様では、請求項に記載の方法を実施するための装置が提供される。こ
の装置は、
(i)希釈剤を含むリザーバー手段、
(ii)基流体を含む混合帯、
(iii)リザーバー手段から希釈剤を混合帯に供給するための分配手段、
(iv)混合帯から希釈剤を除去するための分離手段、及び
(v)操作中のシステムにより発生したエネルギーを、分離手段により混合帯から希釈剤
を分離するために利用する手段、
を備える。
混合帯は、例えば変速機用の油溜め又は主流体リザーバー、或いは油圧システム中の主
流体リザーバーであってよい。混合帯の内容物をシステムの操作部品と接触させるのを可
能にする手段は、一連のポンプ、及び油回路を含んでよい。
(a)エンジン熱水段階:この段階では、入って来る混合物は、エンジン冷却システムの熱水との熱接触により、例えば現在の油溜め温度から約85℃に加熱される。このような熱水は、一般に約1分のエンジン操作後に得られる。この熱交換器は、例えば入って来る混合物が、水流をスイッチ止めできる温度である85℃に達するまで、受動的に操作できる。
(b)熱潤滑油段階:この段階では、入って来る混合物は、蒸発室を通過した潤滑油流又は作動流体流との熱接触により加熱される。
(c)希釈剤蒸気の凝縮段階:この段階では、蒸留室からの熱蒸気は凝縮し、入って来る混合物への気化熱が得られる。
(d)エンジン排気加熱段階:この段階では、殆ど100%の確率の間接的方法で、熱排気ガスから熱が得られる。この段階は、排気管の周りの熱伝達用管中で希釈剤を沸騰させることにより生じた蒸気を用いて、段階(c)と組合せてもよい。
(e)電気加熱段階:この段階は、殆ど100%の確率で蒸発室の一部を形成する。蒸発室では、入力流は、最終的に、蒸発による分離が所望速度で進行する温度に加熱される。
以下に本発明方法を実施例により説明する。
本例では、本発明による潤滑油の牽引係数及び粘度の温度変化を調べた。
粘度測定は、Rheolyst cone−on−plateレオメーターで行った。牽引係数は、ロンドンのPCS Insruments Ltd製の“Mini−Traction Machine”を用いて測定した。この装置では、磨いたスチールボール(直径3/4インチ)を、回転する磨いたスチールリングに押し付けて(against)、同様に回転させる。ボール及びリングの速度は、滑り動作と回転動作との比がこの機械で調節できるように制御する。接触圧は、回転バールを保持するアームに加える荷重で調節する。ボール及びリングを、温度制御した潤滑油に浸漬する。測定は、滑り対回転比(SRR)及び加える荷重を変えて行った。得られた結果の大部分は、潤滑接触において、1.125Gpa近くの圧力を発生する荷重下、2.2%SRRで行ったものである。残りの結果は、他の滑り対回転比値で得られた。これらの値は、2.2%SRRでの牽引係数の見積り値に修正した。
使用した希釈剤は、米国Shell Chemicalsから“CYPAR−9”の商標で市販されている溶剤である。この溶剤の主成分は、炭素原子数9のメチル置換及びエチル置換シクロヘキサンである。
基流体の粘度及び牽引係数は、温度の関数として測定した。その結果を第1表に示す。
m:直接測定
1:見積り
2:5%SSRで測定し、2.2%に修正。この修正を行うため、これらの値は、測定値から僅かに低下した。最大修正は、0.006である。
M:これらの条件で予測される最小牽引係数。修正条件では正確な測定値は得られない。これらの数値は、表記の温度で行った測定値であるが、完全に最適な濃度で行ったものではない。
本例は、可逆的希釈が、油圧流体として使用できる組成物の粘度を一定値で維持するのに使用できる方法を示す。周囲圧力での粘度又は高圧での粘度も、或る範囲に亘って一定に保持でき、しかも両圧力とも、一定組成の流体で可能な範囲よりも非常に狭い範囲内で保持できる。
粘度測定は、Rheolyst cone−on−plateレオメーターで行った。膜厚測定は、光学ball−on−plateレオメーターで行った。この装置では、スチールボールは、透明材料の回転ディスクに押し付けて回転させ、滑らせる。油の膜厚は、回転ディスクとボール間の流体充満間隙に形成された干渉フリンジを使用することにより測定できる。圧力粘性率は、膜厚から見積りできる。
本例の目的のため、混合物中の水含有量は、この3成分混合物に対し、5〜35重量%に制限した。即ち、“水35%”と記載した組成物は、水35重量%を基流体65重量%と混合したものを言う。この場合、基流体は、前述の90/10混合物である。
第3表に、水35%を含む混合物の粘度を、−40℃〜7.8℃の温度の関数として示す。なお、7.8℃では、粘度は30mPaに低下した。
この制御領域内で異なる組成の流体について測定した圧力粘性率を第5表に示す。
Hc=kα0.53(Uη0)0.67
を用いて、膜厚測定から計算した。式中、Hcは膜厚、kは装置定数、αは圧力粘性率、Uは連行(entrainment)速度、η0は周囲圧力での粘度である。
第5表で4つの流体の膜厚測定は、これらの周囲圧力粘度が30mPaに一定に又はほぼ一定に保持されているものと仮定して、各組成物を採用した時の温度で行った。例外は、水を35%含有する流体である。この組成物は、7.8℃の温度に対しては正しいが、膜圧は、低温では装置を操作できなかったので、室温で測定した。これを考慮すれば、圧力粘性率は、水含有量が低下するまで、制御領域に亘って徐々に変化することが判る。圧力粘性率(及び膜厚)は、水含有量が5%近くに低下すると、増大する。
(1)8.8℃未満の温度では、組成物は、水35%で一定になるものと推定された。膜厚は、この組成物について測定した圧力粘性率を用いてDowson−Hamrock式から見積もった。
(2)8.8〜64.5℃の制御領域の温度では、作動圧力が30mPaで一定に留まる程度に周囲粘度を僅かに傾けるように、組成物は変化するものと推定される。測定膜厚には、推定取り入れ粘度に対するこの小変化を考慮するため、少し調節を行った。
(3)64.5℃を超える温度では、組成物は、5%の水で一定になると推定された。また膜厚は、この組成物について測定した圧力粘性率を用いてDowson−Hamrock式から見積もった。
Claims (11)
- 潤滑を必要とする作動部品を備えた、操作条件が変化するシステムに使用される潤滑油又は作動流体の2つ以上の特性を制御する方法において、
(i)粘度特性と、牽引係数、圧縮率、潤滑膜の厚さ、又は粘度の圧力レスポンスから選ばれた1つ以上の追加特性との2つ以上の特性が前記システムの“暖機”操作条件に最適であって、かつ飽和環を含有するか、又はグリセロールと、アルキレングリコール及び/又はポリオキシアルキレングリコールから選ばれた1つ以上の追加成分とを含有する基流体を供給する工程、
(ii)全てのシステム操作条件下で該基流体と混和し得る希釈剤を供給する工程、及び
(iii)前記基流体を、システム操作条件の変化に応じて、前記希釈剤で可逆的に希釈する工程、
を含む前記方法。 - 前記基流体の牽引係数が、0.08(2.2%SRR及び1.125GPaで)より大で、粘度が90〜150℃の温度範囲で100mPa未満である請求項1に記載の方法。
- 前記基流体が、α−メチルスチレンの二量体と三量体との水素化混合物を含む請求項1又は2に記載の方法。
- 前記希釈剤が、デカヒドロナフタレンのcis異性体とtrans異性体との混合物を含む流体及び平均炭素原子数9のメチル置換−及びエチル置換−シクロヘキサンを含む流体から選ばれる請求項1又は2に記載の方法。
- 前記希釈剤が、沸点範囲50〜200℃の、炭化水素及び/又は有機エステルの混合物を含む請求項1又は2に記載の方法。
- 前記希釈剤が水である請求項1に記載の方法。
- (i)請求項1又は2に記載の方法に従って、潤滑油の前記2つ以上の特性を制御する工程、及び
(ii)得られた潤滑油を、潤滑を必要とする作動部品を備えた、操作条件が変化するシステムに適用する工程、
を含む、該システムの潤滑方法。 - (i)請求項1又は2に記載の方法に従って、作動流体の前記2つ以上の特性を制御する工程、及び
(ii)得られた作動流体を、潤滑を必要とする作動部品を備えた、操作条件が変化するシステムに供給する工程、
を含む、該システムへの作動流体の供給方法。 - 前記可逆的希釈工程が、蒸発又は蒸留により、基流体と希釈剤との混合物から希釈剤を除去する工程を含み、また前記システムにより発生したエネルギーが、該工程に必要なエネルギーの少なくとも一部を供給するために使用される請求項1又は2に記載の方法。
- 前記システムにより発生したエネルギーが、
(i)システム冷却システムからの熱水、
(ii)蒸発又は蒸留段階を既に通過した潤滑油又は作動流体、
(iii)蒸留又は蒸発室における熱蒸気の気化熱、
(iv)排気ガス、及び
(v)電気加熱段階、
の1つ以上から供給される請求項9に記載の方法。 - (i)希釈剤を含むリザーバー手段、
(ii)飽和環を含有するか、又はグリセロールと、アルキレングリコール及び/又はポリオキシアルキレングリコールから選ばれた1つ以上の追加成分とを含有する基流体を含む混合帯域、
(iii)前記リザーバー手段から希釈剤を前記混合帯域に供給するための分配手段、
(iv)前記混合帯域から希釈剤を、再使用のため蒸発、凝縮及び貯蔵により除去するための分離手段、及び
(v)前記混合帯域の内容物をシステムの操作部品と接触させるのを可能にする手段、
を備えた請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法を実施するための装置。
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