NO135252B

NO135252B -

Info

Publication number: NO135252B
Application number: NO2999/73A
Authority: NO
Inventors: G Souillard; F Van Quaethoven
Original assignee: Labofina Sa
Priority date: 1972-12-19
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1976-11-29
Also published as: US3878115A; CH578613A5; ZA737795B; SE383641B; JPS532442B2; NL7313036A; FR2210659B1; FR2210659A1; IT992752B; NO135252C; DE2342563C2; BE792976A; DK142060C; DE2342563A1; GB1408369A; JPS49102703A; DK142060B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår smoremidler spesielt for anvendelse i marine dieselmotorer.

Nåværende marine dieselmotorer er som oftest motorer med lav hastighet (120 omdreininger maksimalt) og med stor styrke som kan opp-gå til ^4-000 héstekrefter pr. sylinder. Disse motorer har to separate smbresystemer: et system for den lavere del av motoren (lågere, krysshode, veivhoder) og det andre system for sylindrene.

Den separate smoring av sylindrene skjer ved at smoremidlet injiseres direkte inn i hver sylinder under hver cyklus. Smoremidlet injiseres radialt ved hjelp av dyser rundt sylinderen. Antall smore-innlop er begrenset av praktiske grunner, f.eks. er avstanden mellom to innlop ca. 35 cm i store motorer med sylindere med en diameter opp til 100 cm.

I disse motorer foreligger okende trykk mellom sylinderveggene og stempelringene og også storre avstand mellom smoreinnlopene bevirker at det innsprøytede smøremiddel spres utover med større vanskelig-het. Dette hindrer ens og fullstendig smøring og fører derfor til unormal slitasje av motoren.

Ennvidere er det vanlig å drive marine dieselmotorer med billig brennstoff, nærmere bestemt tunge brennstoff som inneholder betydelige mengder svovel og askedannende urenheter. Disse brennstoff bevirker direkte eller indirekte en hurtig slitasje av sylindrene ved korrosjon og avslipning. Det -er vel kjent at disse brennstoff forbrenner i disse motorer under dannelse av svoveloxy-der som ved kondensering på sylinderveggene føfer til dannelse av korrosiv svovelsyrling og svovelsyrer. Disse syrer nedsetter motorens levetid ikke bare på grunn av deres korrosive virkning, men også fordi disse syrer aktiverer dannelsen av avleiringer (nemlig sulfater) som øker slitasjen av stempelringer og sylindervegger.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe smøremidler for marine dieselmotorer. Det er ennvidere et mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe smøremidler som oppfyller spesifikke

krav og utviser spesielle egenskaper for marine dieselmotorer. Et annet mål er å tilveiebringe smøremidler for dieselmotorer, hvilke danner en kontinuerlig og homogen film, selv mellom smøremiddelinn-løpene, og som beskytter de metalliske overflater overfor korrosjon og'errosjon og som nedsetter slitasjen.

Oppfinnelsen angår følgelig et smøremiddel for marine dieselmotorer omfattende 59 - 90 v-ekt% mineralolje, 50 - 10 vekt% av en hydrogenert eller ikke-hydrogenert polymer av butylen eller isobutylen og et superbasisk tilsetningsstoff, hvilket smøremid-del er kjennetegnet ved at den hydrogenerte eller ikke-hydrogenerte polymer av butylen eller isobutylen har en molekylvekt mindre enn 1500 og er en blanding omfattende en polymer med en Saybolt viskositet ved 98,9°C på mellom 150 og 3000 SSU og en polymer med en Saybolt viskositet ved 98,9°C på mellom 40 og 100 SSU, og at det superbasiske tilsetningsstoff foreligger i en mengde av fra 15 til 30 %,basert på smøremidlets vekt, tilstrekkelig til å gi smøremid-let en alkalinitetsindeks på 60 - 70.

Den mineralolje som anvendes i smøremidlene ifølge oppfinnelsen har en Saybolt viskositet som vanligvis er mellom 50 og 1000 SSU ved 37,8°C. Mineraloljer som gir spaltningsprodukter som ikke virker som bindende midler for de faste partikler som resulterer fra stofforbrenningen foretrekkes. Mineralolje av nafthen-typen anvendes fortrinsvis. Additivets kjemiske natur er imidlertid av større viktighet enn den kjemiske natur av smøreoljen, og paraffiniske oljer kan også anvendes.

For å nedsette sylinderslitasjen med hensyn til korrosjon innarbeides basiske additiver vanligvis i de smørende komposisjoner. Disse tilsetningsstoffer virker som nøytraliserende midler for de korrosive syrer som dannes ved forbrenning av brenn-stoffet. Smøremidlets effektivitet med hensyn til anti-korrosive egenskaper avhenger av smøremidlets alkalinitetsindeks.

Alkalinitetsindeksen (som også kalles totalt basetall, TBN) er ekvivalenten i mg KOH pr. gram smøremiddel.- Følgelig bør smøremidlet ha så høyt TBN som mulig for å nøytralisere de viktige mengder sure forbrenningsprodukter. Sammenlignende forsøk har imidlertid vist at en bestemt grense foreligger for dette TBN, og at et TBN høyere enn denne grense ikke resulterer i en forbedring av smøremidlets anti-korrosive egenskap. En økende mengde basisk tilsetningsstoff er ofte skadelig, idet mengden av avleiringer

økes. Smøremidler med en alkalinitetsindeks som ikke overskrider 70, og som vanligvis er mellom 60 og 70, foretrekkes derfor.

De basiske additiver er valgt fra gruppen bestående av superbaiskse sulfonater eller fenater av magnesium eller jordal-kalimetaller, spesielt superbasiske petroleumsulfonater av kalsium eller barium. Et superbasisk sulfonat av barium fremstilles f.eks. ved å omsette en petroleumsulfonsyre med bariummethylat og derefter boble CO2 gjennom blandingen. Disse superbasiske sulfonater er således forskjellige fra petroleumsulfonatene av kalsium, som vanligvis anvendes som dispergeringsmidler i smøremidler for

2- og 4-takts motorer.

De superbasiske sulfonater eller fenater har en visko-sitetsindeks på ca. 250 til 400. Smøremidlene ifølge oppfinnelsen omfatter vanligvis 15 - 30 vekt% (basert på smøremidlets vekt) superbasisk tilsetningsstoff.

Slitasje grunnet korrosjon reduseres med smøremidler bestående av en mineralolje og et superbasisk tilsetningss toff. For også å redusere slitasjen som skyldes at avsetninger og smøre-filmer som ikke er homogene, har der allerede vært foreslått å bruke smøremidler inneholdende polymerer av butylen eller isobutylen med en viskositet mellom 30 og 600 SSU ved 98,9°C og med en molekylvekt som ikke overskrider 1000. Slitasje av marine dieselmotorer og dannelse av avsetninger som er skadelige for motorenes levetid og effektivitet nedsettes med disse smørende komposisjoner.

Ytterligere forsøk er blitt utført for å oppfylle de nye krav som er oppstått på grunn av bruk av motorer med høy styrke og på grunn av den større størrelse på disse motorer. Det er funnet at den mekaniske slitasje er viktigere enn slitasjen som skyldes forbrenningsprodukter. På det nuværende tidspunkt må smø-remidler oppfylle stringente krav med hensyn til homogenitet og stabilitet av den smørende film ved de høye trykk og temperaturer som motorene arbeider ved.

Det er ganske uventet blitt funnet at motorslitasjen ble betydelig nedsatt når en blanding av polybutylener og/eller polyisobutylener innarbeides i mineraloljen.

Sammenlignende forsøk har vist at:

- en av polymerene må ha en Saybolt viskositet ved 98,9°C på ikke høyere enn 100 SSU, og vanligvis mellom 40 og 95 SSU, - den annen polymer må ha en Saybolt viskositet ved 98,9°C på mellom 150 og 3000 SSU.

Disse polymerer har derfor en relativt lav molekylvekt som ikke overskrider 1500.

Disse polymerer er polybutylener eller polyisobutylener som fremstilles ved polymerisering av hydrocarbonfraksjoner inneholdende hovedsakelig olefiner med i nærvær av Friedel-Crafts katalysatorer. Isobutylen er den mest reaktive monomer,

og en førstepolymerisasjon gir et produkt bestående hovedsakelig av polyisobutylen. Restfraksjonen polymeriseres derefter under dannelse av en polymer bestående hovedsakelig av polybutylen med en liten prosent polyisobutylen. Ifølge oppfinnelsen inneholder smøremidlene såvel polyisobutylener som polybutylener, og disse polymerer kan på forhånd være hydrogenerte eller ikke-hydrogenerte. Den viktigste faktor er polymerenes viskositet. For enkelhets skyld vil disse polymerer herefter bli angitt som poly-C^.

Smøremidlene ifølge oppfinnelsen omfatter generelt

50 - 90 vekt% mineralolje slik som ovenfor angitt, og respektivt 50 - 10 vekt% av en blanding av poly-C^. Ifølge en foretrukken utførelsesform inneholder smøremidlene 80 — 65 vekt% av en mineralolje og 20 - 35 % av en blanding av poly-C^.

Sammenlignende forsøk har vist at ved å tilsette en blanding av poly-C4 til en mineralolje, er de resulterende komposisjoner spesielt egnede smøremidler for marine dieselmotorer, selvom disse poly-C^ er polymerer med en relativt lav molekylvekt. Ifølge teknikkens stand inneholder smøreoljer vanligvis mineraloljer og poly-C^ med en høyere molekylvekt enn 5000, eller blandinger av poly-C^ og olefincopolymerer. Ennvidere har der for smøring ved høye temperaturer med kontinuerlig innføring av smø-remidlet, som f.eks. i dieselmotorer, vært foreslått å bruke komposisjoner inneholdende en basisolje og en blanding inneholdende en hoveddel av.poly-C^ med en midlere molekylvekt på ca. 5000 og en mindre mentgde poly-C^ med en midlere molekylvekt på ca. 150.000. Hovedformålet med disse komposisjoner inneholdende polymerer med en høy molekylvekt er å forhindre viktige variasjoner i viskositet som funksjon av temperaturen og for å nedsette dannelsen av carbonavleiringer ved høye temperaturer.

I moderne dieselmotorer er effektiviteten ved høye temperaturer bare et av de krav som stilles, og de ovenfor angitte smøreoljer er ikke tilfredsstillende. Smøremidlet må danne en kontinuerlig og homogen film; evnen til å spres, oljebeskaffenhet, mekanisk stabilitet og fordampningshastighet er også viktige kri-terier.

Ved bruk av blandinger av poly-C^ som her angitt, og med relativt lav molekylvekt oppfylles disse krav.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen ytter-liggere.

Ydeevnen til de smøremidler som beskrives i disse eksempler er blitt bestemt ved bruk av smøremidlene ved smøring av

en marin dieselmotor BOLNES 3DNL. Denne motor er en 2-takts motor med 3 sylindre. Sylinderdiameteren er 190 mm, og stempelslaget er 350 mm. En slik motor med overladning har en styrke på 350 heste-krefter ved 500 omdreininger pr. minutt.

Smøring av stemplene og lagrene utføres ved en separat føding for hver sylinder ved individuelle pumper og oljekar, slik at oljene for de tre sylindre kan sammenlignes under forsøkene. Hver sylinder har to motsatt anordnede innløp for smøring.

F6ringene og andre hjelpeanordninger smøres av oljen

i veivkassen, og denne olje anvendes også for å kjøle stemplenes indre.

For å bedømme smøremidlenes ydeevne kontrolleres vekttapet på hver ring ved veining av ringene før og efter hver test. Ennvidere kontrolleres motorens renhet efter hver test ifølge CECM-02-T-70 (European Coordination Council for the development of performance tests for engines lubricants and fuels). Ifølge denne fremgangsmåte undersøkes motoren med hensyn til mekaniske og kjemiske nedbrytninger og avleiringer. Kvalitetskriteriene erholdes ved hjelp av en skala hvor 100 angir en absolutt ren overflate.

Eksempel 1

Et smøremiddel ble fremstillet ved å blande:

70 vektdeler av en nafthenisk baseolje med viskositet på 185 centistoke ved 37,8°C, 24 " polybutylen med midlere molekylvekt på 610 (Saybolt viskositet: 259 SSU ved 98,9°C). 6 " polybutylen med midlere molekylvekt på 420 (Saybolt viskositet: 64 SSU ved 98,9°C).

Til denne blanding ble tilsatt 25 vektdeler superbasisk kalsiumsulfonat (LUBRIZOL 56) med en alkalinitetsindeks på 285.

Smøremidlet hadde en alkalinitetsindeks eller TBN på 62.

Dette smøremiddel som kalles "Smøremiddel A", ble testet i den tidligere beskrevne dieselmotor.

For sammenligning ble et lignende smøremiddel fremstillet, men ved bruk av 30 deler polybutylen med en molekylvekt på 400 i stedet for blandingen av polybutylener. Dette smøremiddel kalles "Smøremiddel B".

Disse smøremidlers ydeevne ble sammenlignet med ydeevnen til en kommersiell smøreolje eller referanseolje.

Denne oljes vekttap ble fastsatt til 100, og vekttapet med smøremidlene A og B er gitt som relative tap sammenlignet med denne indeks 100.

Det fremgår at ved bruk av smøremiddel A ifølge oppfinnelsen er vekttapet ved slitasje.betydelig nedsatt, og kvaliteten er høy. En høy kvalitet angir en meget lav korrosjon eller dannelse av avleiringer.

Smøremiddel B inneholdende bare en poly-C^ type, er og-så meget verdifullt med hensyn til vekttap, men dette smøremiddel er imidlertid mindre fordelaktig, idet kvaliteten er lavere.

Eksempel 2

Et smøremiddel lik smøremiddel A i eksempel 1 ble fremstillet, men ved bruk av

15 vektdeler av like deler polybutylen og polyisobutylen med midlere molekylvekt på 1290 (Saybolt viskositet: 3000 ved 98,9°C), og 15 " polybutylen med midlere molekylvekt på 420 (Saybolt viskositet: 64 ved 98,9°C).

Eksempel 3

Et smøremiddel ble fremstillet fra:

65 vektdeler av en mineralolje med viskositet på 192 centistoke ved 37,8°C, 20 " hydrogenert polybutylen med midlere molekylvekt på 925 og en Saybolt viskositet på 1008 SSU ved 98,9°C, 15 " hydrogenert polybutylen med midlere molekylvekt på 635 og en Saybolt viskositet på 255 SSU ved 98,9°C.

Dette smøremiddel ble oppdelt i tre deler, og superbasisk magnesiumsulfonat ble tilsatt til hver del til alkalini-tetsindekser på 50, 65 og 85.

Claims

1. Smøremiddel for marine dieselmotorer omfattende 50 - 90 vekt% mineralolje, 50 - 10 vekt% av en hydrogenert eller ikke-hydrogenert polymer av butylen eller isobutylen og et superbasisk tilsetningsstoff, karakterisert ved at den hydrogenerte eller ikke-hydrogenerte polymer av butylen eller isobutylen har en molekylvekt mindre enn 1500 og er en blanding omfattende en polymer med en Saybolt viskositet ved 98,9°C på mellom 150 og 3000 SSU og en polymer med en Saybolt viskositet ved 98,9°C på mellom 40 og 100 SSU, og at det superbasiske tilsetningsstoff foreligger i en mengde av fra 15 til 30 % basert på smøremidlets vekt, tilstrekkelig til å gi smøremidlet en alkalinitetsindeks på 60 - 70.

2. Smøremiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at mineraloljen er en nafthenisk olje med en Saybolt viskositet ved 37,8°C på mellom 50 og 1000 SSU.

3. Smøremiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter 65 - 80 vekt% mineralolje og 35 - 20 vekt% av blandingen av polymerer.