DK142060B - Smøremiddel til dieselmotorer til maritim brug. - Google Patents

Description

OD FREMLÆGGELSESSKRIFT 142060

Mrø\

I W I

\Ra/ DANMARK lnt cl·3 c 10 " 1/18 «(21) Ansøgning nr. 6537/75 (22) Indleveret den 4. deC. 1973 (23) Løbedag 4. deC. 1973 (44) Ansøgningen fremlagt og p

fremlæggelsesskriftet offentliggjort den lo. SU g · 1 9 OO

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Pnoritet begæret fra den

19. dec. 1972, 125511, BE

(71) LABQFINA S.A., 55, rue de la Loi, 1040 Bruxelles, BE.

(72) Opfinder: Georges Souillard, 7a avenue Bel-Air, 1970 Wezembeek-Qppen, BE: Frederic van Quaethoven, 42, avenue de 1'Esplanade, 1970 Wezemf= beek-Oppen, BE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Bout ard.___ (54) Smøremiddel til dieselmotorer til maritim brug.

Opfindelsen angår et smøremiddel til dieselmotorer til maritim brug af den i indledningen til krav 1 angivne art.

De her omhandlede dieselmotorer til maritim brug er oftest motorer med lav hastighed (maximalt 120 omdrejninger/minut) med høj effekt, der kan være så stor som 4000 hestekræfter pr. cylinder.

Disse motorer har to separerede smøresystemer: et system til den lavere del af motoren (lejer, krydshoved, krumtaphoveder) og et andet system til cylindrene.

Den separerede smøring af cylindrene arbejder på den måde, at smøremidlet indsprøjtes direkte i hver cylinder under hver cyklus. Smøremidlet indsprøjtes radialt ved hjælp af dyser rundt omkring 2 142060 cylinderen. Antallet af indgange for smøremidlet er af praktiske årsager begrænset. For eksempel er afstanden mellem to indgange ca. 35 cm i store motorer med cylindre med en udboring på op til 100 cm.

I disse motorer bevirker de voksende høje tryk, der foreligger mellem cylindervæggene og stempelringene, og også den større afstand mellem indgangsåbningerne for smøremiddel, at det indsprøjtede smøremiddel kun udspredes derover med stor vanskelighed. Dette forhindrer ensartethed og fuldstændig smøring og fører derfor til et abnormt højt motorslid.

Det er desuden almindeligt til dieselmotorer til maritim brug at tilføre billigt brændsel, især tungt brændsel, der indeholder signifikante mængder svovl- .og askedannende urenheder. Disse brændselsarter frembringer direkte eller indirekte et hurtigt slid af cylindrene ved korrosion og ved slid. Det er velkendt,-at disse brændsler i disse motorer brænder under produktion af svovloxider, der ved at kondensere på cylindervæggene fører til dannelse af korroderende svovlsyrling og svovlsyre. Disse syrer forkorter livslængden af motoren, ikke blot på grund af deres korroderende virkning, men også fordi disse syrer fremmer dannelsen af udfældninger (nemlig sulfater), der forøger sliddet af stempelringene og af cylindervæggene.

Det er opfindelsens formål at angive et smøremiddel til dieselmotorer til maritim brug, af den i indledningen til krav 1 angivne art, der opfylder specifikke krav og udviser specielle egenskaber i forbindelse med sådanne dieselmotorer, hvorved dette smøremiddel tillige skal danne en kontinuerlig og homogen film, selv mellem indgangsåbningerne for smøremiddel, beskytte de metalliske overflader mod korrosion og erosion og reducere sliddet.

Smøremidlet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

Den mineralske basisolie, der anvendes i smøremidlet ifølge opfindelsen, har en Saybolt-viskcsitet, der sædvanligvis ligger mellem 50 og 1000 SSU ved 38~ 0. Man anvender fortrinsvis mine 3 U2060 ralolier, der giver anledning til dannelsen af dekompositionsprodukter, der ikke fungerer som bindingsmidler for de faste partikler, der er et resultat af forbrændingen af brændselet. Derfor anvender man fortrinsvis en olie på mineralbasis og af den naph- < theniske type. Betydningsfuldheden af den kemiske natur af addir-tiverne er dog større end betydningsfuldheden af den kemiske natur af basisolien, og olier på paraffinbasis kan også anvendes*

For at reducere cylindersliddet hidrørende fra korrosion inkorporerer man basiske additiver i smøremidler. Disse additiver fungerer som neutralisationsmidler for de korroderende syrer, der dannes ved forbrænding af brændselet. Effektiviteten af smøremidlet, hvad angår de antikorroderende egenskaber, afhænger af alkalinitetsindexet af dette smøremiddel.

Alkalinitetsindexet (der også benævnes det totale basetal TBN) er ækvivalentet udtrykt i mg KOH pr. g smøremiddel. Som resultat ; deraf bør smøremidlet have et TBN, der er så højt som muligt for at neutralisere de betydningsfulde mængder af sure forbrændingsprodukter. Sammenlignende forsøg har dog vist, at der bør foreligge et niveau for dette TBN, og at et TBN, der er større end dette niveau, ikke resulterer i en forbedring af den antikorroderende effektivitet af smøremidlet. En overdrevent stor mængde ' basisk additiv er endog detrimental, idet mængden af udfældninger forøges. Smøremidlet ifølge opfindelsen har derfor en alkalinit et, der ligger mellem 60 og 70.

De basiske additiver udvælges fra den gruppe, der består af superbasiske sulfonater eller phenater af magnesium eller Jordalkali-metaller, især superbasiske petroleum-sulfonater af calcium eller barium. Et superbasisk sulfonat af barium fremstilles for eksempel ved at omsætte en petroleum-sulfonsyre med barium-methylat og ved derpå at gennemboble COg. Disse superbasiske sulfonater er således forskellige fra petroleum-sulfonateme af calcium, der generelt anvendes som dispergeringsraidler i smøremidler til to- og fire-taktsmotorer.

De superbasiske sulfonater eller phenater har et viskositetsin-dex på ca. 250-400. Smøremidlet ifølge opfindelsen omfatter mellem 15 og 50 vægtpct. (beregnet i forhold til vægten af hele smøremidlet) superbasisk additiv.

4 142060

Korrosionsslid reduceres med smøremidler bestående af en olie på mineralbasis og et superbasisk additiv. For også at reducere det slid, som frembringes af udfældninger og smøremiddelfilm, der ikke er homogene, har det allerede været foreslået at anvende smøremidler, der indeholder polymere af buten eller isobuten, med en viskositet, der ligger mellem 30 og 600 SSU ved 99° C og med en molekylvægt, der ikke overskrider 1000. Sliddet af dieselmotorer til maritim brug og dannelsen af udfældninger, der er detrimentale for livslængden og effektiviteten af disse motorer, forringes under anvendelse af disse smøremidler.

Man har gennemført yderligere forsøg for at opfylde de krav, der for nyligt er blevet opstillet, og som er et resultat af anvendelsen af motorer med høj effekt og fra de større størrelser af disse motorer. Det har vist sig, at mekanisk slid nu var vigtigere end slid, som blev frembragt af forbrændingsprodukterne.

For tiden skal smøremidler opfylde strenge krav, hvad angår homogeniteten og stabiliteten af den smørende film ved de høje tryk og de høje temperaturer, ved hvilke motorerne arbejder.

Det har overraskende vist sig, at motorsliddet blev betydeligt reduceret, når man i olien på mineralbasis inkorporerede en blanding af polybutener og/eller polyisobutener.

Sammenligningsforsøg har vist, at en af de polymere må have en Saybolt-viskositet ved 99° C, der ikke er højere end 100 SSU, og som i almindelighed ligger mellem 40 og 95 SSU, den anden polymer må have en Saybolt-viskositet ved 99° C, der ligger mellem 150 og 3000 SSU.

Disse polymere er polybutener eller polyisobutener, der fremstilles ved at polymerisere carbonhydridfraktioner, der hovedsageligt indeholder alkener med 4 C, i nærværelse af katalysatorer af Friedel-Crafts-typen. Da isobuten er den mest reaktive monomer, frembringer en første polymerisation et produkt, der hovedsageligt består af polyisobutylen. Den residuale fraktion bliver derpå polymeriseret under fremstilling af en polymer, der hovedsageligt består af polybuten med en ringe procentdel af polyisobuten.

; *'* 5 142060

Ifølge opfindelsen indeholder smøremidlet både polyisobutener og polybutener, hvorved disse polymere kan være hydrogenerede på et tidligere tidspunkt. Den vigtigste faktor er viskositeten af de polymere. For kortheds skyld vil betegnelsen poly-C^ blive anvendt for disse polymere.

Smøremidlet ifølge opfindelsen omfatter før tilsætningen af det superbasiske additiv mellem 50 og 90 vægtpct. af olie på mineralbasis, som defineret i det foregående, og mellem 50 og 10 vægtpct. af en blanding af poly-C^, ved en foretrukken udførelsesform for smøremidlet ifølge opfindelsen mellem 80 og 65 vægtpct. mineralolie og mellem 20 og 35% af en blanding af poly-C^.

Sammenlignende forsøg har vist, at man ved at tilsætte en blanding af poly-C^ til en olie på mineralbasis opnår blandinger, der er særligt velegnet som smøremidler til dieselmotorer til maritim brug, skønt disse poly-C^ er polymere med en relativt lav ; molekylvægt. Det hører faktisk til teknikkens kendte stade, at smøreolier generelt indeholder olier på mineralbasis og poly-C^ med en høj molekylvægt, der er højere end ca. 5000, eller blandinger af poly-C^ og alken-copolymere. Til smøring ved høj temperatur med kontinuerlig indføring af smøremidlet, såsom for eks- -empel i dieselmotorer, har det imidlertid været foreslået at anvende blandinger, der indeholder en basisolie og en blanding, hvoraf størstedelen består af poly-C^ med en gennemsnitlig molekylvægt på ca. 5000, og hvoraf mindre end halvdelen består af poly-C^ med en gennemsnitlig molekylvægt på ca. 150.000. Hovedformålet med disse blandinger, der indeholder polymere med en høj molekylvægt, er at undgå for store variationer af viskositeten som funktion af temperaturen og at reducere dannelsen af carbon-udfældninger ved høje temperaturer.

I de moderne dieselmotorer er effektiviteten ved høje temperaturer kun et af kravene, og de ovenfor angivne smøreolier er ikke tilfredsstillende. Smøremidlet må danne en kontinuerlig og homogen film, udspredningsevne, olieagtig natur, mekanisk stabilitet og fordampningshastighed er andre vigtige kriterier.

6 142060

Ved et anvende "blandinger af poly-C^, som defineret i det foregående, hvilke har relativt lav molekylvægt, opfyldes disse krav.

Opfindelsen skal illustreres ved de følgende eksempler.

Egenskaberne af de smøremidler, der er beskrevet i disse eksmpler, er blevet evalueret ved at anvende disse blandinger til smøring af en dieselmotor BOLNES 5DNL til maritim brug. Denne motor er en totaktsmotor med tre cylindre. Cylinderdiameteren er 190 mm, og stempelslaglængden er 350 mm. En sådan motor med forkompression har en effekt på 350 hestekræfter ved 500 omdrejninger/mi-nut.

Smøring af stemplerne og af lejerne gennemføres ved en separat tilførsel for hver cylinder ved hjælp af individuelle pumper og oliebeholdere, således at olierne til de tre cylindre kan sammenlignes under prøverne. Hver cylinder har to modsatte indgangsåbninger til smøring.

Bøsningerne og andre hjælpeorganer smøres af olien i krumtaphuset, idet denne olie også anvendes til at afkøle det indre af stemplerne.

For at evaluere egenskaberne af smøremidlerne kontrolleres vægttabet af hver ring ved at veje ringene før og efter hver prøve. Desuden er renhedsgraden af motoren efter hver prøve blevet kontrolleret i overensstemmelse med CECM-02-T-70 metoden (European Coordination Council for the development of performance tests for engines lubricants and fuels). I henhold til denne metode undersøges motoren for mekaniske og kemiske nedbrydninger og udfældninger. Karakteren fremkommer på basis af en karakterskala, hvor 100 betyder en absolut ren overflade.

142060 EKSEMPEL 1

Man fremstillede et smøremiddel ved at blande; 70 vægtdele af en olie på naphthenisk basis med en viskositet på 185 centistoke ved 38° C.

24 vægtdele polybuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 610 (Saybolt-viskositet: 259 SSU ved 99° C).

6 vægtdele polybuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 420 (Saybolt-viskositet: 64 SSU ved 99° C).

Til denne blanding tilsatte man 25 vægtdele superbasisk calcium-sulfonat (LUBRIZ0L 56) med et alkalinitetsindex på 285.

Den smørende blanding havde et alkalinitetsindex eller TBN på 62.

Denne blanding, der benævnes "Blanding A", blev undersøgt i den før angivne dieselmotor.

Det kan som sammenligning anføres, at der fremstilledes en lignende blanding, men under anvendelse af 30 dele polybuten med en molekylvægt på 400, i stedet for blandingen af polybutener.

Denne blanding kaldes "blanding B".

Egenskaberne af disse blandinger er blevet sammenlignet med egenskaberne af en kommerciel smøreolie eller referenceolie.

Vægttabet i forbindelse med denne olie antages at være 100, og vægttabene i forbindelse med blandingerne A og B er angivet som relativt tab ved sammenligning med dette index på 100.

Resultaterne var følgende: 8 142060

Karakter Vægttab

Referenceolie 78,8 100

Blanding A 91 77

Blanding B 70 71

Det fremgår heraf, at det vægttab, der fremkommer ved slid, er betydeligt reduceret, når man anvender blanding A eller blandingen ifølge opfindelsen, og desuden er karakteren høj. En høj karakter betyder en meget lav korrosion eller dannelse af udfældning.

Blandingen B, der kun indeholder en type poly-C^, er også meget værdifuld hvad angår vægttabet, men denne blanding er dog mindre fordelagtig, idet karakteren er lavere, EKSEMPEL 2

Man fremstillede en blanding af lignende art som blanding A i eksempel 1, men under anvendelse af 15 vægtdele lige store dele af polybuten og polyisobuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 1290 (Saybolt-viskositet: 3000 ved 99° C), og 15 vægtdele polybuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 420 (Saybolt-viskositet: 64 ved 99° C),

Resultaterne var følgende:

Karakter: 81 Vægttab: 95 *.

EKSEMPEL 3

Man fremstillede et smøremiddel på basis af: 65 vægtdele olie på mineralsk basis og med en viskositet på 192 centistoke ved 38° 0, 9 142060 20 vægtdele hydrogeneret polybuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 925 og en Saybolt-viskositet på 1008 SSU ved 99° C, 15 vægtdele hydrogeneret polybuten med en gennemsnitlig molekylvægt på 635 og en Saybolt-viskositet på 255 SSU ved 99° C.

Denne blanding blev delt i tre dele, og der blev tilsat supep-< basisk magnesiumsulfonat til hver del, således at alkalinitets-indices blev henholdsvis 50, 65 og 85·

Egenskaberne af de tre blandinger var følgende:

Karakter_____Υ®βϋ£Ϊ2

Blanding med alkalinitetsindex 50 79 93

Blanding med alkalinitetsindex 65 92 72

Blanding med , .

alkalinitetsindex 85 74 84