NO148782B - Tilsetningsmiddel for motorolje for forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører tilsetningsmidler for mineraloljer eller syntetiske oljer for forbrenningsmotorer.

Et hovedproblem for konstruktører av forbrenningsmotorer og produsenter av olje for motorer, er å benytte nye mekaniske teknikker og nye smørepreparater som gjør det mulig å redusere forbruket av drivstoff.

Man har spesielt ønsket å redusere viskositeten i smøreolje, men risikoen er at man da får for tidlig slitasje på motorene. For å redusere denne slitasjen er det foreslått å benytte produkter som justerer viskositeten såsom poly-metakrylater, polyisobutylener, og tilsetningsmidler som be-nevnes antislitasjemidler, med utgangspunkt i svovel, fosfor og et tungmetall slik som metall-ditiofosfater.

De regulerende midler for viskositeten har den

ulempe at de skjærer seg ved bruk, noe som reduserer virkningen, og at de dekomponerer termisk og danner belegg som er ugunstige for motorens levetid. Videre har antislitas j eti.l-setningsmidler med utgangspunkt i svovel, fosfor og et tungmetall, en begrenset levetid.

Det er likeledes foreslått som antislitasjestoffer

å tilsette oljene mikrodispersjoner av faste smøremidler såsom molybdenbisulfid, M0S2 og grafitt, men resultatene er begrenset når det gjelder den brennstofføkonomi man får.

En vesentlige forbedring er blitt frembragt ved å forsterke virkningen av tilsetningsmidlene av svovel, fosfor og tungmetall ved hjelp av polare derivater såsom estere av fettsyrer og alkohol, f.eks. isopropyloleat.

Det er nu frembragt et preparat som gjør det mulig

i vesentlig grad å øke smøreegenskapene i oljer slik at bren-selsøkonomien, alt etter motortype, kan øke med 5 - 12%, mens man får en stabilisering av temperaturene i olje og vann på

en verdi som er 5 - 10°C lavere enn man får med de oljer som faktisk er i bruk.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse tilsetningsmidler for motorolje for forbrenningsmotorer og disse tilsetningsmidler karakteriseres ved at de samtidig inneholder sinkditiofosfat, minst ett fettamid med formelen:

hvor R og R' er en alkylgruppe med fra 8-36 karbonatomer og R" er en alkylgruppe med fra 2-6 karbonatomer, eller eventuelt en blanding av en fettsyre og et fettamin eller det tilsvarende salt derav, og fluorgrafitt, CF^, hvor x er mellom 0,8 og 1, idet det benyttede fluorgrafitt er mikrodispergert i et dispergerende miljø som er blandbart med motoroljer for forbrenningsmotorer.

Anvendelsen av sinkditiofosfater er spesielt anbefalt p.g.a. effektiviteten ved høye temperaturer av disse produktene.

Mengdene ditiofosfater som skal tilføres oljene gjennom preparatene ifølge oppfinnelsen varierer med oljen. Vanlidvis anbefales å benytte 0,05-0,2% ditiofosfat, uttrykt som sink, be-regnet på grunnlag av vekten av oljebasen. Man legger vekt på at disse mengder er meget større enn de som faktisk benyttes i tilgjengelige antislitasjeoljer, 0,03-0,07%, uttrykt som sink, noe som gjør det mulig å tilføre ditiofosfat i preparatene ifølge oppfinnelsen.

Innholdet av et fettamid som angitt ovenfor og som skal tilføres preparatet, varierer etter oljen og bør vanligvis til-svare 0,05 - 1 vekt-% av oljebasen.

Av økonomiske grunner er det vanligvis foretrukket å erstatte amidet i preparatet av produkter hvorfra man kan frem-stille dette, nemlig fettsyre og amin eller det korresponderende salt. Under de første timers bruk i motoren hvor oljen inneholder tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen, omdannes disse produkter til det korresponderende amid. Innholdet av fettaminsalt som skal benyttes er fortrinnsvis 0,05 - 1 vekt-% av motoroljebasen.

Den tredje bestanddel i tilsetningsmidlet er fluorgrafitt som er et fast smøremiddel med formel CF^, hvor karbon som bentytes for å syntetisere CF^ er naturlig grafitt eller kunstig grafitt, koks eller aktivt kull og hvor x ligger mellom 0,8 og 1.

For å få en god dispersjon av fluorgrafitt, anbefales det å mikrodispergere på forhånd i et dispergerende miljø som er blandbart med oljer og spesielt i polyglykoleter, og mineraloljer. Polygylkoletere med viskositet fra 200 - 400 centistokes ved 40°C og spesielt med viskositet på 100 centistokes, har vist seg å passe godt.

Innholdet CF^ i preparatene kan variere ifølge

den ønskede virkning, det tilsvarer vanligvis 0,01 - 1 vekt-% CF^ i motoroljen og ligger fortrinnsvis mellom 0,0 2 og 0,5%.

Den synergistiske virkning man får med de forskjellige bestanddeler i tilsetningsmidlene for motorer er spesielt viktig.

Sammenlignende prøver har f.eks. vist at tilsetning av de første bestanddeler i preparatet, ditiofosfat og fettamid eller fettsalt av aminsalt, til et fast smøremiddel som er kjent, såsom molybdensulfid, som meget ofte benyttes sammen méd grafittet, gir resultater som er meget dårligere enn de man får ved tilsetning av de samme bestanddeler til graf ittfluorid.

Preparatene ifølge oppfinnelsen fremstilles ved enkel blanding av bestanddelene. Tilsetning av preparatene til motoroljer skjer uten vanskelighet ganske enkelt ved å tilsette et på forhånd fremstilt tilsetningsmiddel eller å tilsette enkeltkomponentene til oljene.

De følgende eksempler illustrerer tilsetningsmidlene ifølge oppfinnelsen for tilsetning til motoroljer for forbrenningsmotorer. Eksemplene tilsvarer prøver som er ut-ført i laboratoriet under anvendelse av kjente prøvemaskiner for oljer som maskiner med fire kuler, Faville og Reichert, og praktiske prøver som utføres på véien med motorkjøretøyer som benytter bensin eller diesel av vanlig type.

Eksempel 1: Laboratorieprøver

Smørepreparatene hadde en sammensetning som vist

i tabell I og fremstilles med følgende bestanddeler:

A - Oljebase, består av en blanding av:

B - Tilsetningsstoff 1:

2 vekt-% sinkditiofosfat med 10% sink

1% blanding (70% BSS

(30% oljesyrediamindioleat

C - Tilsetningsstoff 2;

Mikrodispersjon av grafittfluorid, CFQ g på 10 vekt-% i polyglykoleter med viskositet på 100 centistokes ved 40°C

eller for prøve 8, mikrodispersjon av molybdenbisulfid, 10% i polyglykoleter.

Preparat 1 er oljebasen alene, uten tilsetningsmidler. Preparatene 3 og 4 inneholder oljebasen og tilsetningsmiddel 1, sinkditiofosfat og aminsalt, preparat 2 inneholder oljebasen og tilsetningsmiddel 2, fluorgrafitt. Preparatene 5, 6 og 7 inneholder oljebase, tilsetningsmiddel 1, ditiofosfat og aminsalt og tilsetningsmiddel 2, fluorgrafitt og i preparat 8 er fluorgrafittet i preparat 5 erstattet med molybdenbisulfid.

De forskjellige preparater i tabell I fremstilles uten vanskelighet ved simpel tilsetning til oljebasen av de forskjellige tilsetningsmidler. Deres egenskaper understrekes på kjent måte ved hjelp av prøver som utføres i maskiner med fire kuler, nemlig Faville og Reichert.

1.1 - Prøver i maskin med fire kuler SHELL

Denne maskinen angir effektiviteten av et smøre-middel til å hindre slitasje ved påførte belastninger.

Tre kuler som er blokkert i en renne som inneholder smøremidler underkastes, ved hjelp av den fjerde kulen som er festet til aksen på en motor som roterer med gitt hastighet, en vertikal belastning som er kjent og varierbar. Man måler slitasjespor som dannes på de tre faste kulene og som en funksjon av belastningen bestemmes slitasje-belastnings-indeksen (ICU) etter ASTM D 2783. Jo høyere ICO er, desto bedre er smøremidlet.

Man legger likeledes merke til gripebelastningen

i kg, som tilsvarer en brutal økning av slitasjen utover den verdi som på forhånd var registrert, og brennebelastningen i kg, som er definert som det trykk hvorved fire kuler brennes fast til hverandre.

Alle prøvene utføres ved å påføre de økende belastninger hver 10 sekunder.

Resultatene av prøvene med de forskjellige preparater er gjengitt i tabell II.

Man legger vekt på innflytelsen av grafittfluorid

på brennebelastningen; mens tilsetning fra 0,1% molybdensulfid til oljebasen (preparat 8) gir en brennebelastning på 250 kg, ved tilsetning av 0,1% grafittfluorid, dvs. 1% tilsetningsmiddel 2 (preparat 5) gir en brennebelastning på

315 kg. Man legger likeledes merke til at slitasje-belast-ningsindeksen øker på vesentlig måte ved tilsetning av grafittfluorid. Med preparat 3 hvor oljebasen allerede er tilsatt sinkditiofosfat og diaminoleat, er slitasje-belastningsindek-sen 40,9 og den øker til 44,3 ved tilsetning av 0,1% grafittfluorid (preparat 5).

1.2 - Prøve i FAVILLE- maskin

Denne maskinen skal bestemme antislitasjeegenskaper under ekstremt trykk på smøremidlet.

Et sylindrisk prøvestykke som er knyttet til motor-aksen som dreier med variabel hastighet (fra 120 - 3000 omdr./min.) føres inn mellom to kjever som er utsatt for et variabelt trykk. Systemet prøvestykke-kjever nedsenkes enten fullstendig i væsken, eller overrisles av den samme væske.

Ved påføring av belastning registrerer man det tangensiale dreiemoment, hvorfra friksjonskoeffisienten beregnes. Man beregner likeledes tapet i prøvestykket og kjevene. Prøven som utføres er en varighetsprøve, hvor man påfører økende belastninger i et gitt tidsrom.

- hastighet: 178 omdr./min.

- prøvestykke og kjever: stål 16 NC6

påføring av belastninger:

9 bar: 3 minutter

15 bar: 1 minutt

23 bar: 1 minutt

30 bar: 40 minutter

3

- oljemengde: 80 cm

Systemet prøvestykke-kjever overrisles kontinuerlig med olje. Oljesirkulasjonen foregår med konstant hastighet.

Resultatene fra Faville-maskinen er gjengitt i tabell III.

Man legger merke til at samtidig nærvær av sinkdi-tiof osf at, aminoleat og grafittfluorid (preparat 6 og 7) i vesentlig grad reduserer friksjonskoeffisienten, og betraktelig reduserer slitasjen målt som vekttap i prøvestykket og de to kjever.

Mens man med sinkditiofosfat og aminoleat (preparat 3) har vekttap på henholdsvis 3,8, 1,4 og 1, får man med tilsetning av grafittfluorid (preparat 5) tap som ikke er større enn 2,1, 0,2 og 0,5.

Man legger likeledes merke til at tilsetning av molybdensulfid gir dårligere resultater.

1.3 - Prøver i REICHERT- maskin

Denne maskin skal studere slitasje ved gnidning av metallstykker, dvs. motstanden i den smørende filmen.

En ring som er halvveis nedsenket i væsken som skal undersøkes roterer med fast hastighet 900 omdr./min., den er i kontakt med en fast sylinder, hvor det er påført en belastning på 1500 g (eller 15000 kg/cm 2 trykkontakt Hertz). Ringen dreier i et bestemt tidsrom tilsvarende 100 meter rett-linjet bane for ringen (eller uttrykt som tid på 1 minutt). På slutten av dette tidsrom er et ellipsoidalt slitasjemerke dannet på sylinderen. Man måler overflaten på merket og beregner smøremidlets belastningskapasitet.

Man bestemmer belastningskapasiteten som er for-holdet belastning i kg/overflate på merket i cm 2.

Man legger merke til at belastningskapasiteten i oljebasen som økte betraktelig ved tilsetning av sinkditiofosfat og diaminoleat, økes ytterligere ved tilsetning av grafittfluorid. Man går således f.eks. fra en kapasitet på 90 kg/cm 2 i oljebasen (preparat 1) til 170 kg ved tilsetning av sinkditiofosfat og oleat (preparat 3) og til 210 kg ved en ytterligere tilsetning av 0,1% grafittfluorid (preparat 5). Preparat 7 som inneholder 3% tilsetningsmiddel 1 og 5% tilsetningsmiddel 2, eller 0,5 vekt-% fluorgrafitt, gir en be-merkelsesverdig belastningskapasitet på 400 kg/cm 2.

Utførte prøver viser at oppfinnelsens tilsetningsmidler for motoroljer gir en rekke egenskaper som er spesielt interessante; økning av brennebelastningen og belastningskapasiteten for smøremidlet og reduksjon av slitasjen av metallstykket ved friksjon, noe som fører til en reduksjon av friksjonskoeffisienten i motoren og motorens slitasje.

Eksempel 2: Prøver på motorkjøretøyer med bensinmotor.

En vogn av typen Renault 16 TS hvor motoren har

gått 9000 km benyttes med to passasjerer for å utføre en prøve på forbruket av superbensin med normal motorolje, og deretter en sammenligning av denne samme oljen tilsatt et tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen.

Disse prøvene er utført på motorveien med en hastighet på 120 kg/time. Følgende kjøringer er gjennomført: - Paris - Poitiers frem og tilbake uten tilsetningsmiddel, ettersyn av vognen og tilsetning av 4 liter LABO-olje, eller 557,8 km; - tilførsel av 100 g tilsetningsmiddel som består av en blanding av

- 60% tilsetningsmiddel 1 definert i eksempel 1

- 40% tilsetningsmiddel 2 definert i eksempel 1

- 416 km på motorveien Paris - Dieppe for å få den optimale effektivitet av tilsetningsmidlene; - Paris - Poitiers frem og tilbake med en motorolje som på forhånd er tilsatt tilsetningsmiddel som angitt eller 558,9 km.

De tilveiebragte resultater ved disse forbruks-prøyene er gjengitt i tabell V. Man kan legge merke til at under de to løpene Poitiers - Paris, blåste en stabil vind i retningen nord-syd.

Man legger merke til at gevinsten i drivstoffor-bruk man får av denne prøven ved tilsetning til motoroljen av tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen er gjennomsnittlig 5,4%.

Eksempel 3: Prøve med dieselkjøretøy

En Citroen CX Diesel 2 50 0 D av standard type, hvor motoren har gått 3500 km, benyttes for å utføre en forbruks-prøve for gassolje med en normal olje, nemlig oljen TOTAL 20W40, og deretter for sammenligningens skyld med den samme oljen tilsatt et smørende tilsetningsmiddel ifølge oppfinnelsen .

Forbruksprøven utføres på strekningen Lille - Le Puy frem og tilbake, noe som utgjør 1300 km på motorvei og 400 km på fjellvei, med en hastighet som varierer etter veistrekning og vanskelighetsgrad, med en gjennomsnitt på 120 km/time

på motorveien og 70 kg/time på riksveien.

På fremturen var det én person i vognen, og forbruket av gassolje var 8,1 liter pr. 100 km. Foran tilbaketuren, som ble gjennomført med 5 personer i vognen, tilførte man i 5 liter olje 200 g av tilsetningsmiddel med følgende sammensetning :

- 75% tilsetningsmiddel 1 definert i eksempel 1

- 25% tilsetningsmiddel 2 definert i eksempel 1

Forbruk gassolje er 7,2 liter pr. 100 km, noe som tilsvarer en bedring i brenselsøkonomien på 11%.

Claims (2)

1. Tilsetningsmiddel for motorolje for forbrenningsmotorer, karakterisert ved at det samtidig inneholder sinkditiofosfat/ minst ett fettamid med formelen: R-CO - NH - R' eller R-CO - [HN-R"-NH]- CO-R' hvor R og R' er en alkylgruppe med fra 8-36 karbonatomer og hvor R" er en alkylgruppe med fra 2-6 karbonatomer, eller eventuelt en blanding av en fettsyre og et fettamin eller det tilsvarende salt derav, og fluorgrafitt, CF^, hvor x er mellom 0,8 og 1, idet det benyttede fluorgrafitt er mikrodispergert i et dispergerende miljø som er blandbart med motoroljer for forbrenningsmotorer.

2. Tilsetningsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes en fluorgrafitt som er mikrodispergert i en polyglykoleter med en viskositet på 100 centistokes ved 4 0°C.