NO135251B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår smøremiddel som er spe-

sielt godt egnet for forbrenningsmotorer med rotasjonsstempler, som heretter for letthets skyld vil bli kalt rotasjonsmotorer.

Mye arbeid er blitt nedlagt de siste år innen utvikling av rotasjonsmotorer av Wankel-typen, med en tresidet rotor montert på en eksenter som bæres på en sentral aksel. Slike motorer har den fordel at de genererer rotasjonen direkte, mens den klassiske stempelmotor må omdanne lineær bevegelse til rotasjonsbevegelse.

Enkelte forsbk har i det siste vært rettet mot smoring av rotasjonsmotorer som har reist spesielle krav på grunn av deres oppbygning.

I en rotasjonsmotor har det smorende materiale to formål: en liten mengde innfores i brennstoffet for smoring av statorflanker og ringer og for å sikre tetningene, slik som topp- og sidetetninger, mens hovedmengden sirkuleres under trykk på rotorbørstene og veivaksel-lagrene.

Den smørende olje i blanding med brennstoffet må fjernes fra forbrenningskamrene og må efterlate praktisk talt ingen avsetninger for å hindre eventuell fortenning og ringklebning. Ennvidere er temperaturen i rotasjonsmotorer ved normal drift høyere enn ved 4-takts motorer, slik at den smørende film må oppfylle spesielle egenskaper med hensyn til viskositetsstabilitet og termisk stabilitet. På den annen side holdes rotasjonsmotoren oppe bare av to lag-re, mens vanlige 4-takts motorer omfatter minst 4 lågere. Dette resulterer i at oljefilmen påføres mer forsterkede trykk i en rotasjonsmotor.

Som det fremgår må et smøremiddel for rotasjonsmotorer ikke bare utvise kvalitetene til både smøremidler for 2-taktsmotorer og smøremidler for 4-takts motorer, men må også oppfylle spesifikke og hårde krav til mekanisk og termisk motstandsevne.

For disse rotasjonsmotorer er der allerede beskrevet smøremidler inneholdende polyisobutylen som hovedkomponent, dvs. hvor polyisobutylen foreligger i blanding med en smørende olje i en mengde som er minst lik mengden av nevnte olje. Slike materialer har allerede gitt tilfredsstillende resultater, men ytterligere forskningsarbeide er blitt utført for ytterligere å heve kvalitetene til disse produkter og forbedre deres yteevne, nemlig under hårde betingelser og for forlengede driftsperioder.

Foreliggende oppfinnelse angår følgelig smøremiddel for rotasjonsmotorer fremstillet fra hydrogenert eller uhydrogenert polyisobutylen eller polybutylen eller blandinger derav med en midlere molekylvekt mellom 250 og 2000, en smøreolje og additiver, hvilket smøremiddel er kjennetegnet ved at det omfatter (A) fra 90 til 95 vekt% av en smørende blanding bestående av 15 til 80 vekt% hydrogenert eller uhydrogenert polyisobutylen eller polybutylen eller blandinger derav og 85 til 20 vekt% av en smøreolje hvis viskositet ved 99°C er mellom 8 og 18 centistoke, (B) fra 0,5 til 2,5 vekt% av et metallsalt av dialkylfosforsyre eller dialkylthiofosforsyre som antislitasjemiddel, og (C) det gjenværende av smøremidlet er vanlige additiver for 2-takts og 4-takts motorer.

Den smørende blanding som er hoveddelen i materialet og som inneholder fra 15 til 80 % polybutylen og/eller polyisobutylen, hydrogenert eller ikke-hydrogenert, med en midlere molekylvekt mellom 250 og 2000, kalles herefter poly-C^ for letthets skyld.

Disse polymerer fremstilles fra fraksjoner inneholdende hydrocarboner med h carbonatomer, idet hovedbestanddelene er mono-olefiner, i . blanding med mettede hydrocarboner. Disse fraksjoner som er fri for diolefiniske og acetyleniske hydrocarboner polymeriseres som oftest i nærvær av en Friedel-Crafts-katalysator, og i mange tilfeller inne-.holder polymerene polybutylen og polyisobutylen i varierende forhold. Vanligvis inneholder disse polymerer ca. 5 - 7®% polyisobutylen og 95 - 30$ polybutylener. De således erholdte polymerer inneholder en umettet endegruppe, som kan være mettet.

Sammenlignende tester har blitt utfort med smorende materialer ifolge denne oppfinnelse og inneholdende de respektive polymerer som ovenfor angitt, polymerer bestående hovedsakelig av -polybutylen og polymerer bestående hovedsakelig av polyisobutylen. Resultatene har vist at disse smorende materialer er i noen grad rike med hensyn til yteevne .

Disse poly-C^ har ingen Conradson carbonrest og de spaltes

ved hbye temperaturer og etterlater ikke noen faste avleiringer som er kjent for å være ansvarlig for reduksjon i motorens yteevne og som av og til bevirker dyre skader.

Termiske stabilitetstester har blitt utfort med mange grader

av poly-C^ og resultatene har vist at poly-C^ med en midlere molekylvekt mellom.2^0 og 2000 er mer stabile enn poly-C^ med hoyere molekylvekt. Rotasjonsmotorer med deres spesielle utforelse og deres termiske forhold under drift krever smoremidler hvis oppforsel ved hoye temperaturer er en meget viktig faktor. Av denne grunn inneholder smøre-midler ifolge denne oppfinnelse fortrinnsvis poly-C^ med en midlere molekylvekt som vanligvis er lavere enn 1000 og som spesielt er mellom 250 og 750.

Enkelte viskositetsstabilitetstester av poly-C^ med molekyl-vekter lavere enn 2000 har vist at ikke-hydrogenert poly-C^ ville være mer stabil enn hydrogenert poly-C^. I motsetning til dette har andre undersokelser ikke påpekt en forskjell mellom disse forskjellige typer av polymerer. Disse noe inkonsekvente resultater viser at laboratorietester ikke alltid" er egnet til å vurdere smoremidler som skal arbeide under strenge mekaniske og termiske betingelser, og at veiprover er de eneste tester det kan trekkes konklusjoner fra* Disse forsok har vist at hydrogenerte og ikke-hydrogenerte poly-C^ hår praktisk talt lik yteevne med hensyn til viskositetsstabiliteten.

Mengden av poly-C4 i smøremidlet kan varieres innen

relativt store områder fra 15 til 80 vekt% av den smørende blan-

ding som danner hoveddelen i materialet. Slitasjetester utført med materialer inneholdende varierende mengder poly-C4 har vist at materialer med minst 15 % poly-C4 har bedre antislitasjekarakteri-

stikk enn tilsvarende, men poly-C4~frie materialer. Denne forbed-ring øker når mengden av polymer økes og er spesielt viktig når denne mengde ligger mellom 25 og 55 vekt%. Ennvidere har en merk-

bar reduksjon av ugjennomskinnelighet og "brent olje" lukt av eks-haustgassene vært resultat av bruk av smøremidler inneholdende po-

ly-C4 i de ovenfor angitte mengder. Vanligvis kan poly-C4.med lav molekylvekt i mengder opp til 80 vekt% og poly-C4 med høyere molekylvekt innen området 1000 - 2000 fortrinsvis anvendes i lavere

. mengder, nærmere bestemt mellom 15 og 40 vekt%.

Motortester utført med smøremidler inneholdende 90 -

95 % poly-C4 og 10 - 5 % vanlige additiver har vist at disse oljer

i blanding med brennstoff brennes uten avsetninger av faste partik-

ler, men at enkelte deler av motoren var tørr og ble unormalt ut-

satt for slitasje. Denne ulempe kan unngåes ved tilsetning av smø-rende olje til disse materialer, idet oljen gjør det mulig å holde en stabil og oljeaktig smørende film på de bevegelige deler av mo-: - toren. Den nødvendige mengde olje er minst 20 % basert på vekten av den smørende blanding i materialene.

Smøreoljen kan være en mineral- eller syntetisk organisk

olje, slik som en adipin-, azelain-, sebacinsyreester av en alifa-

tisk alkohol inneholdende fra 8 til 20 carbonatomer, f.eks. 2-ethyl-hexanol, decanol, dodecanol, octadecanol. En blanding av mineral-

og syntetiske oljer i varierende mengder kan også anvendes. De fo-retrukne mineraloljer er oppløsningsmiddelraffinerte oljer, og der er blitt observert at med de ovenfor angitte additiver er paraffin-

iske oljer såvel som naftheniske oljer egnede. Oljer eller blandin-

ger av oljer med en viskositet vanligvis mellom ca. 80 bg 110 SSU

eller 8-18 centistoke ved 99°C foretrekkes.

Materialer inneholdende en smøreolje og poly-C4 innehar fordelr som allerede er interessante i sammenligning med vanlige og kjente smøremidler når de anvendes i rotasjonsmotorer. Imidlertid er enkelte deler av motoren, og spesielt lågere og féringer utsatt for høye trykk. Følgelig må smøremidler for visse motorer utvise anti-slitasjekarakteristikker som vanligvis ikke kreves av smøre-midler for 2-takts og 4-takts motorer. Følgelig er det nødvendig å innarbeide i blandingen av smøreolje og poly-C^ et antislitasjeadditiv, nærmere bestemt et metallsalt av dialkylfosforsyre eller dialkylthiofosforsyre, nemlig et sinksalt av disse syrer.

Imidlertid er der oppdaget at forbedringen med hensyn til antislitasjeegenskaper allerede er bemerkelsesverdig når mengden av dette additiv er så lav som 0,5 vekt% av materialet. Dette uventede resultat kan skyldes det faktum at poly-C^ allerede for-bedrer slitasjekarakteristikken til smøremidlet, og at resultatet av tilsetningen av enkelte produkter i poly-C^ forbedres. På basis av de erholdte resultater fra veiprøver er der funnet at mengden antislitasjeadditiv kan holdes lavere enn 2,5 % basert på materia-lets vekt, og at, på grunn av den synergistiske effekt mellom ad-ditivet og poly-C^, denne mengde kan være mellom 0,t og 1,5 vekt%.

Som et resultat av den spesielle utførelse på rotasjonsmotorer og de mekaniske og termiske betingelser smøremidlet må mot-stå, er det nødvendig å anvende et materiale inneholdende en smøre-olje, poly-C^ og antislitasjeadditiv i de ovenfor angitte mengder. Ennvidere må poly-C4 ha en midlere molekylvekt mellom 250 og 2000. Ved modifisering av mengdene av bestanddeler eller ved bruk av en poly-C^ med. en molekylvekt utenfor det angitte område vil yteevnen til smøremidlene for rotasjonsmotorer vesentlig forandres. F.eks. vil bruk av polyisobutylen med en molekylvekt høyere enn 2000, nemlig et polyisobutylen med en molekylvekt på 5000, gi grunnlag for dannelse av lakker i forbrenningskammeret. Den samme ulempe frem-kommer når en høymolekylær poly-C^ tilsettes materialene ifølge denne oppfinnelse. Ennvidere vil et materiale inneholdende en høy-molekylær poly-C^ eller en annen høymolekylær polymer gi ringklebning som leder til en økende slitasje. Således er det meget viktig å velge bestanddelene til smøremidlet og de respektive mengder for å forbedre rotasjonsmotorens yteevne.

Driftstemperaturen i disse motorer er noe høyere enn med vanlige stempelmotorer, og det er bekvemt å unngå eventuelle vanskeligheter med hensyn til varmeveksling. Når det nye smøre-middel anvendes med blyholdig motorbrennstoff, kan det være en fordel å tilsette et blyrensende middel for å unngå dannelsen av avsetninger på ringene. Disse avsetninger ville gi opphav til ikke bare skrubbing på disse ringer, men også en minskning av varmeveks-lingsvirkningen. Det blyrensende middel er som oftest et haloge-nert alifatisk eller alkylaromatisk hydrocarbon og anvendes vanligvis i en mengde varierende fra 0,5 til 1,5 vekt% av smøremidlet.

Andre vanlige additiver slik som vaske- eller disperger-ende midler, askemotvirkende midler, viskositetsindeksforbedrings-midler, oxydasjonsinhibitorer osv. og deres blandinger kan også tilsettes smøremidlene ifølge oppfinnelsen, idet den totale mengde av slike additiver ligger mellom 1 og 10 % av smøremidlet. Rense-midlene er vanlige oljeoppløselige petroleumsulfonater, nærmere bestemt kalsium eller bariumpetroleumsulfonater. Viskositetsin-deksforbedringsmidler, fortrinsvis oljeoppløselige polymerer av estere av umettede carboxylsyrer, f.eks. polymerer av estere av acryl- eller methacrylsyre og Cg til C, Q alkoholer anvendes i varierende mengder som kan være så høye som 6-7 vekt% av smøremid-let når det gjelder flergradsmidler. Smøremidlene ifølge denne oppfinnelse har en viskositet mellom 17 og 23 centistoke ved 99°C.

De etterfølgende eksempler illustrere oppfinnelsen ytterligere.

Eksempel 1

Smøremidler ble fremstillet fra følgende bestanddeler:

Mineralolje (oppløsningsmiddelraffinert kystolje)

75 SSU ved 38°C)

Poly-C4 med midlere molekylvekt på ca'. 300 (Poly-C4 300) Poly-C4 " " " 650 (Poly-C4 6 50) Hydrogenert poly-C4 med midlere molekylvekt

på ca. 500 (Poly-C4

H 500) Sinkdibutylthiofosfat

Blyrensemiddel

Ka1slumpetro1eumsu1f ona t

Viskositetsindeksforbedrer (polyacrylattype)

Disse bestanddeler er blitt brukt i varierende mengder som angitt i den etterfølgende tabell.

Disse smøremidler ble testet på R 100 motorer (av T0Y0K0GY0 CY) i 100 timer, og resultatene er også gitt i tabellen. For sammenlignings skyld ble den samme test utført med en høykvali-tets konvensjonell smøreolje som hadde tilfredsstillet FORD M2C 101B spesifikasjonene.

Disse tester viste at smøremidlene ifølge oppfinnelsen hadde eksepsjonell slitestyrke og termisk stabilitet og utviste en eksepsjonell grad av yteevne med hensyn til motorens renhet og ned-settelse av slitasje.

For å vise at bestanddelene i smøremidlene ifølge oppfinnelsen må tilfredsstille de ovenfor angitte spesifikasjoner med hensyn til de respektive mengder og valget av disse komponenter ble sammenlignende tester utført.

Sammenlignende test A - Smøremiddel 1 i tabellen ble anvendt, men ved bruk av poly-C^ med en molekylvekt på 6000 i stedet for poly-C4 300. Det totale vekttap av pakninger var 1257,8 mg, og lakk ble dannet på disse ringer. Sammenlignende test B - Smøremidlet var det samme som middel 1,

men uten tilsetning av blyrenser. Det totale vekttap var 1057,8 mg. Sammenlignende test C - Smøremidlet var det samme som middel 1,

men uten tilsetning av thiofosfat. Et høyt tap av olje ble observert efter 15,000 km test, dette tap resulterte fra en markert slitasje på lagrene. Sammenlignende test D - Et smøremiddel ble fremstillet uten mineralolje, men med 92,5 % poly-C^ 300 og additi-vene ifølge eksempel 1. En test på 4 timer viste at:

- slitasjen på pakningene var markert: 1402,3 mg - pakningene var tørre og brente. Sammenlignende test E - Et smøremiddel ble fremstillet fra 92,5 % mineralolje og 7,5 % additiv blanding som i smøremiddel 1. Dette sammenlignende smøre-middel ble således fremstillet uten tilsetning av poly-C^. Efter 100 timer var slitasjen på pakningene spesielt høy: 1953,2 mg.

Sammenligning av de erholdte resultater med smøremid-lene 1 - 5 på den ene side og smøremidlene C og E på den annen side vier klart den synergistiske effekt som er resultat av bruk av poly-C4 sammen med et antislitasjemiddel.

Den sammenlignende test B viser også forbedringen som resulterer fra bruk av blyrensemiddel når blyholdige bensiner anvendes til rotasjonsmotorer.

Ennvidere viser sammenlignende test D den fordelaktige effekt som oppnåes ved bruk av en mineralolje i samband med poly-C4, idet blandingen er mer oljeaktig og danner ens og stabile ol-jefilmer.

Eksempel 2

Et smøremiddel ble fremstillet fra:

46 % poly-C4 med en midlere molekylvekt på 600

46 % mineralolje (oppløsningsmiddelraffinert kystolje)

2 % sinkdibutylthiofosfat

1,5 % blyrensemiddel

3 % kalsiumpetroleumsulfonat

1,5 % viskositetsforbedrer

Veiprøver ble utført i løpet av 7 5,000 km med en rotasjonsmotor NSU KKM 502 (50 HK; 6,000 omdr./min).

Der ble observert at under disse forsøk øket ikke ok-tankravet, det anvendte brennstoff hadde en oktanindeks mellom 80 og 85 uten krafttap. En slik test viser klart at det ovenfor angitte smøremiddel gir minimale avleiringer i forbrenningskammeret og i ekshaustanlegget.

Med smøremidler ikke inneholdende poly-C4 var kraft-tapet til motoren bemerkelsesverdig ef ter ca. 40,000 kg.

Eksempel 3

Et smøremiddel ble fremstillet fra:

50 % poly-C^ med en midlere molekylvekt på 600

25 % mineralolje

21 % dioctylfthalat

7 % samme additiver som i eksempel 2

Tester ble utført på rotasj cnsmotor R 100, og de viste at det totale vekttap på pakninger bare var 787,4 mg.

Ennvidere var motoren eksepsjonelt ren, uten klebning eller lakk.

Eksempel 4

Smøremidlet ifølge eksempel 2 ble fremstillet, men ved bruk av polyisobutylen med en midlere molekylvekt på 900 i stedet for poly-C4 600.

En Mazda-bil med rotasjonsmotor R 100 ble kjørt 100,000 kgi med et smøremiddel uten noe problem. Intet kompresjonstap på grunn av ringklebning ble observert. Ennvidere var de indre motor-overflater fullstendig glatte.

Claims (3)

1. Smøremiddel for rotasjonsmotorer fremstillet fra hydrogenert eller uhydrogenert polyisobutylen eller polybutylen eller blandinger derav med en midlere molekylvekt mellom 250 og 2000, en smøreolje og additiver, karakterisert ved at smø-remidlet omfatter (A) fra 90 til 95 vekt% av en smørende blanding bestående av 15 til 80 vekt% hydrogenert eller uhydrogenert polyisobutylen eller polybutylen eller blandinger derav og 85 til 20 vekt% av en smøreolje hvis viskositet ved 99°C er mellom 8 og 18 centistoke, (B) fra 0,5 til 2,5 vekt% av et metallsalt av dialkylfosforsyre eller dialkylthiofosforsyre som antislitasjemiddel, og (C) det gjenværende av smøremidlet er vanlige additiver for 2-takts og 4-takts motorer.

2. Smøremiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at polymeren har en molekylvekt mellom 250 og 1000.

3. Smøremiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at mengden av anti-slitasjemiddel er mellom 0,5 og 1,5 vekt%.