СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2005 года по МПК C10M169/04 C10M129/68 C10M129/68 C10M129/70 C10M129/74 C10N30/00 C10L1/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области смазок. Более конкретно, оно относится к новой смазочной композиции, которая, как было установлено, обладает превосходными свойствами, особенно в связи с двухтактными двигателями. Соответственно, изобретение также относится к применению указанной смазочной композиции в качестве смазки для двухтактного двигателя. Кроме того, изобретение относится к топливу для двухтактного двигателя, содержащему указанную новую смазочную композицию.

Предпосылки создания изобретения

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием находят все более широкое применение. Примерами устройств или оборудования, в связи с которыми используются такие двигатели, являются газонокосилки и другие части садового оборудования, цепные пилы, насосы, электрогенераторы, подвесные лодочные моторы, снегоходы, мотоциклы и т.п.

Расширение использования двухтактных двигателей в сочетании с увеличением жесткости тех условий, при которых они должны работать, привело к возросшей потребности в маслах для адекватной смазки таких двигателей. Кроме того, смазка двухтактных двигателей связана с уникальными проблемами и технологиями относительно смазок других типов двигателей. Так должно быть в целом отмечено, что в двухтактном двигателе смазка помимо придания двигателю надлежащего смазывающего эффекта должна сгорать или сжигаться как можно полнее в процессе рабочего цикла двигателя. Другими словами, желательные характеристики такой смазки являются до некоторой степени несовместимыми.

Что касается проблем, связанных с двухтактными двигателями, и различных попыток решить такие проблемы, ссылка может быть сделана на следующие патенты США: 3004837, 3753905 и 5866520. Хотя отдельные проблемы и отдельные решения таких проблем могут быть предметами указанных патентов США, должно быть в целом отмечено, что проблемы смазывающей способности, истирания и заедания регулируются добавлением масел с относительно высокой вязкостью, таких как брайтсток или высокомолекулярные полимеры. Другие решения заключаются во введении очень специальных добавок.

Таким образом, вязкость используемого смазочного масла обычно относится к его характеристикам смазывающей способности. Поэтому определенная вязкость считается обязательной для достижения адекватного смазывания.

Настоящее изобретение основано на совершенно ином подходе к решению указанных проблем. Так, неожиданно было установлено, что отдельная группа сложных алкиловых эфиров жирных кислот может заменить базовое смазочное масло в значительной его части с получением превосходной смазочной композиции для двухтактных двигателей несмотря на то, что указанной смазочной композиции может быть придана намного более низкая вязкость, чем до настоящего времени считалось необходимым или подходящим для двигателей указанного типа. Как описано более полно ниже, указанные сложные алкиловые эфиры могут быть получены из растительных масел, например рапсового масла, и, что касается таких сложных эфиров как таковых, ссылка может быть сделана, например, на ЕР 626442 А1 и US 5713965 в качестве ближайшего аналога. Из указанного ближайшего аналога можно видеть, что такие сложные эфиры были предложены, главным образом, как топливо для дизельных двигателей. Однако, хотя они упомянуты между прочим также в связи со смазками, специальное использование согласно настоящему изобретению нигде не рассматривается и не предполагается.

Краткое описание изобретения

В противоположность прежнему мнению, что адекватная смазка двигателя обычно достигается с помощью довольно вязкого смазочного масла, настоящее изобретение, таким образом, основано на установлении того, что отдельная группа сложных алкиловых эфиров жирных кислот может заменить значительную часть ранее используемых базовых смазочных масел с получением превосходной новой смазочной композиции, особенно хорошо подходящей для двухтактных двигателей. Указанные сложные эфиры могут даже представлять главный ингредиент базовых масел таких смазочных композиций несмотря на то, что такие пропорции могут дать смазочную композицию, имеющую в четыре-пять раз более низкую вязкость, чем смазочные композиции, используемые в настоящее время.

Кроме того, что превосходные характеристики смазывающей способности еще достигаются, это по существу означает, что новая смазочная композиция согласно настоящему изобретению будет высоко горючей и биоразлагаемой.

В данном контексте можно отметить, что при использовании в двухтактных двигателях смазок на основе минерального масла, применяемых в настоящее время, получают значительные выбросы в окружающую среду в виде продуктов, плохо поддающихся биоразложению.

Другое значительное преимущество в связи с настоящим изобретением относится к тому, что указанные сложные алкиловые эфиры жирных кислот могут быть получены из недорогих и возобновляемых растительных источников. Другими словами, новая смазочная композиция согласно изобретению является дешевой, а также менее вредной для окружающей среды. В противоположность этому доступные в настоящее время смазки, содержащие природные или синтетические минеральные масла, являются довольно дорогими, что фактически сдерживает использование продуктов, более адаптированных к окружающей среде.

Другие преимущества новой смазочной композиции будут видны специалистам в данной области техники после прочтения более подробного описания изобретения, представленного ниже.

Подробное описание изобретения

Более конкретно, согласно первому аспекту настоящего изобретения предусматривается новая смазочная композиция, содержащая

90-20 масс.% А) базового смазочного масла и

10-80 масс.% В) по меньшей мере, одного сложного (С₁-С₄)- алкилового эфира жирной кислоты,причем указанное процентное содержание относится к общей массе А) + В).

Помимо вышеуказанных главных ингредиентов смазочная композиция также дополнительно содержит 0,1-20 масс.% С) добавки (добавок) традиционного смазочного масла, причем указанное процентное содержание относится к общей массе смазочной композиции, т.е. к А) + В) + С).

Согласно одному варианту воплощения изобретения смазочная композиция содержит 50-80, например 60-80 или 60-75, масс.% указанного сложного (С₁-С₄)-алкилового эфира жирной кислоты.

Что касается указанного сложного (С₁-С₄)-алкилового эфира жирной кислоты, его предпочтительный вариант представлен случаем, когда часть жирной кислоты указанного сложного эфира содержит не менее 60 масс.%, предпочтительно не менее 70 масс.% С₁₆-С₁₈-жирной кислоты (кислот).

Согласно одному особенно предпочтительному варианту воплощения смазочной композиции сложный (С₁-С₄)-алкиловый эфир жирной кислоты получают из растительного масла. Примерами интересующих растительных масел в этой связи являются оливковое, арахисовое, кукурузное, хлопковое, рапсовое, соевое, льняное, касторовое, кокосовое, пальмовое, сафлоровое, кунжутное, подсолнечное и талловое масла.

(С₁-С₄)-алкильной частью указанного сложного (С₁-С₄)-алкилового эфира жирной кислоты может быть метил, этил, пропил и бутил (с прямыми или разветвленными цепями, где применимо). Метил и этил являются, однако, предпочтительными, причем метил является особенно предпочтительным.

Поскольку рапсовое масло является распространенным, например, в Швеции, данное растительное масло является дешевым и легко доступным сырьевым материалом для указанного сложного эфира. Помимо этого, например, сложный метиловый эфир рапсового масла является легко доступным коммерческим продуктом, который может быть прямо использован в смазочной композиции настоящего изобретения. Помимо того, что указанный сложный метиловый эфир является дешевым и легко доступным, установлено, что он придает превосходные свойства (смазывающую способность, горючесть и т.д.) смазочной композиции, как будет представлено ниже в экспериментальной части описания. Способы этерификации рапсового масла также известны как таковые и могут быть использованы для получения указанного сложного эфира. Подобные способы могут быть использованы для других сложных алкиловых эфиров и других растительных масел. В качестве ближайшего аналога в этой связи ссылка может быть сделана на US 5713965.

Базовым смазочным маслом, используемым в композиции, может быть любое масло или смесь традиционных базовых масел, используемых в смазочных композициях, предпочтительно двухтактных. Другими словами, его обычно выбирают из смазочных природных, например минеральных, или синтетических масел.

Некоторыми примерами видов масел в данном отношении являются углеводородные масла, алкиленоксидные полимеры, сложные эфиры одно- или многофункциональных карбоновых кислот и многофункциональных спиртов, поли(алкилен)гликоли и т.д.

Особенно интересующие сложные эфиры могут быть найдены в следующих группах:

природные триглицеридные сложные эфиры, например, из следующих источников: касторовое, кокосовое, кукурузное, хлопковое, льняное, оливковое, пальмовое, косточковое пальмовое, арахисовое, рапсовое, сафлоровое, кунжутное, соевое, подсолнечное и талловое масла;

синтетические полиольные сложные эфиры на основе полиолов, таких как неопентилгликоль (NPG), триметилолпропан (ТМР) и пентаэритрит (РЕ), этерифицированных жирной кислотой (кислотами), например, из следующих источников: касторовое, кокосовое, кукурузное, хлопковое, льняное, оливковое, пальмовое, косточковое пальмовое, арахисовое, рапсовое, сафлоровое, кунжутное, соевое, подсолнечное и талловое масла;

синтетические сложные эфиры на основе полиспирта (полиспиртов), производные из частиц сахаров, этерифицированных жирной кислотой (кислотами), например, из следующих источников: касторовое, кокосовое, кукурузное, хлопковое, льняное, оливковое, пальмовое, косточковое пальмовое, арахисовое, рапсовое, сафлоровое, кунжутное, соевое, подсолнечное и талловое масла; и

димератные сложные эфиры, такие как сложные эфиры на основе димеризованных жирных кислот (например, сложные эфиры С₃₆-димеркислоты) и спиртов (например, монофункциональных спиртов).

Предпочтительно, базовое смазочное масло выбирают из экологически дружественных природных или синтетических сложных эфиров, таких как сложные эфиры рассмотренных выше типов. Наиболее предпочтительно такие сложные эфиры выбирают из вышеуказанных синтетических сложных эфиров жирных кислот и полиола и полиспирта сахара. Таким образом, по настоящему изобретению становится возможным заменить значительную часть таких обычно дорогих сложных эфиров легко доступными и недорогими сложными алкиловыми эфирами жирных кислот без какого-либо значительного ухудшения характеристик смазывающей способности.

Другими словами использование экологически дружественных смазок значительно облегчается настоящим изобретением.

Что касается добавки (добавок) С), их предпочтительный интервал составляет 0,1-10 масс.%, например 0,1-5 масс.%, по отношению к массе А) + В) + С).

Как указано выше, такая добавка (добавки) могут быть выбраны в полном соответствии с предшествующим уровнем техники, например, в связи с двухтактными двигателями и для целей, подобных целям ближайшего аналога. Однако, следует подчеркнуть еще раз, что обладающие смазывающей способностью ингредиенты А) и В) смазочной композиции придают такие хорошие свойства смазочной композиции, что содержание некоторых или многих традиционных добавок может быть снижено, или они могут даже отсутствовать в композиции. В случае использования, однако, их выбирают, предпочтительно, среди добавок, улучшающих смазывающую способность, добавок, улучшающих вязкость, добавок, улучшающих горючесть, добавок, ингибирующих коррозию и/или окисление, добавок, понижающих точку застывания, добавок сверхвысокого давления, противоизносных добавок, противовспенивающих добавок, детергентов, диспергаторов, антиоксидантов и пассиваторов металлов в полном соответствии с ближайшим аналогом.Одной предпочтительной добавкой, используемой в патентуемой смазочной композиции, является, однако, полиизобутилен и его производные, например, в количестве 2-10, например 3-8, масс.% по отношению к массе А) + В) + С). Примерами производных полиизобутилена являются его производные амина и янтарной кислоты.

Как указано выше, вязкость смазочной композиции обычно намного ниже вязкости ранее известных смазок для подобных целей. Обычно это означает, что ее (кинематическая) вязкость при 100°C находится в интервале 1-10 сСт. Предпочтительно указанная вязкость находится в интервале 1-6 сСт и более предпочтительно в интервале 2-5 сСт.

Хотя смазочная композиция согласно настоящему изобретению представлена, главным образом, в связи со смазкой двухтактных двигателей, она сама по себе не ограничивается только таким использованием. Так, она может успешно использоваться в качестве смазки для других двигателей или в промышленных применениях. Однако, поскольку смазка двухтактных двигателей представляет наибольший интерес, другим аспектом настоящего изобретения является применение смазочной композиции, как определено выше, для смазывания или в качестве смазки для двухтактного двигателя.

Одним из преимуществ смазочной композиции является то, что она имеет относительно низкую вязкость, один предпочтительный вариант указанного использования связан с двигателем, когда смазочную композицию подают к указанному двигателю отдельно от топлива для него. То есть, раздельная смазка двухтактного двигателя более легко осуществляется с помощью низковязкой смазочной композиции, причем способность к перекачиванию насосом при низкой температуре является большим преимуществом по сравнению с существующими высоковязкими смазками.

Однако, как можно сделать вывод из вышеуказанного, смазочную композицию можно успешно комбинировать или смешивать непосредственно с топливом для двухтактного двигателя, как имеет место в современной практике. Поэтому еще один аспект настоящего изобретения представлен топливной композицией для двухтактного двигателя, которая содержит топливо для указанного двигателя вместе со смазочной композицией, как определено выше.

Предпочтительным вариантом такой топливной композиции является композиция, в которой указанная смазочная композиция составляет 0,5-4, более предпочтительно 1-3, например 1-2, масс.% по отношению к массе указанного топлива.

Настоящее изобретение будет далее дополнительно описано в следующих неограничивающих рабочих примерах, показывающих получение типичных смазочных композиций согласно изобретению, а также их характеристики и применение.

Примеры

Для оценки характеристик смазывающей способности смазочной композиции согласно настоящему изобретению получают ее образец S1 и испытывают в двух различных лабораториях. В одной лаборатории указанный образец S1 также сравнивают с коммерческим маслом на основе минерального масла для двухтактного двигателя S2, а в другой лаборатории образец S1 сравнивают с коммерческим маслом на основе синтетического и биоразлагаемого сложного эфира для двухтактного двигателя S3.

Другую смазочную композицию согласно настоящему изобретению S11 также получают и испытывают в независимой лаборатории, где ее также сравнивают с указанным коммерческим маслом на основе минерального масла для двухтактного двигателя S2.

Образцы S1 и S11 согласно настоящему изобретению получают смешиванием следующих компонентов в следующем процентном отношении:

КомпонентКоличество (масс.%)S1S11Базовое смазочное масло
(Сложный эфир сахара и С₄-С₁₈-жирной кислоты)25,015,0Сложный (С₁-С₄)-алкиловый эфир жирной кислоты:
(Рапсовый сложный метиловый эфир)
Добавки:62,377,7Парафиновый растворитель5,00,8Кальцийалкилфенат0,30,3Кальцийсульфонат0,30,3Полиизобутилен4,03,0Производное полиизобутилена и янтарной кислоты0,40,4Полиизобутиленамин2,52,5Полиалкилметакрилат0,2-

Кинематические вязкости S1 и S11 (в соответствии с ASTM D445) составляют 10,40 сСт при 40°C и 3,15 сСт при 100°C (S1) и 7,74 сСт при 40°C и 2,65 сСт при 100°C (S11) соответственно.

Пример 1

Испытание на моющую способность и залегание компрессионного кольца на двухтактном двигателе Husqvarna 346.

Данное испытание на двухтактном двигателе бензопилы Husqvarna 346 представляет собой высокотемпературное испытание на моющую способность с устойчивостью к залеганию компрессионного кольца в качестве главного результата информации. Образцы S1 и S2 испытывают в идентичных условиях, и результаты испытаний представлены ниже. Испытания проводят со смесью масло-бензин, содержащей 2 об.% масла. Кинематическая вязкость S2 (ASTM D445) составляет 58 сСт при 40°C и 9,2 сСт при 100°C.

Испытание состоит из фазы разрушения и фазы высокотемпературной нагрузки. Двигатель выдерживают при полном дросселировании при 8400 об/мин, за исключением 5 фаз холостого хода (5 мин).

Контрольное испытание считается успешным, если не имеют места ни залегания компрессионного кольца, ни заедания. Девять позиций оценивают в баллах от 1 (самая низкая оценка) до 5 (самая высокая оценка). Все оценки должны быть выше 2, (+/-) составляет 0,25.

Никакие коэффициенты не используются, но наиболее важной позицией является 4) Кольцо и фаска кольца. Чистое залегание компрессионного кольца автоматически дает оценку 1.

Иногда две оценки используются для одной и той же позиции. Тогда первая фокусируется на количестве отложений, а другая фокусируется на влиянии на работу двигателя.

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1Сравнение смазывающей способности
образцов S1 и S2Образец маслаS1S2Контрольное испытаниеДаДаЗалегание компрессионного кольцаНетНетИзносНетНетКлассификация  1) Верх поршня4-/34-/32) Верхняя кромка333) Юбка поршня3/2,53,54) Кольцо + фаска кольца3,53,55) Поршневой палец336) Шарнирно-неподвижная опора337) Камера сгорания3,5/3-3,5/3-8) Выхлопное отверстие339) Свеча зажигания33Сумма 1 (высокая)28,7529,25Сумма 2 (низкая)26,7527,75

Пример 2

Испытание двухтактного масла для двигателей снегоходов, тип Rotax 253

Определение технических характеристик двух образцов S1 и S3 проводят в соответствии с методикой, описанной в следующем опубликованном документе:

"Meddelande 3415, Tvätaktsoljor för snöskotermotorer", опубликованном by the Swedish Machinery Testing Institute, 1994.

Как в испытаниях лаборатории 1, испытания проводят со смесью масло-бензин, содержащей 2 об.% масла. Кинематическая вязкость S3 (ASTM D445) составляет 42 сСт при 40°C и 8,3 сСт при 100°C.

Оценку покрытий в двигателе проводят после цикла пробега 5 ч. Восемь позиций оценивают в баллах от 1 (самая низкая оценка) до 5 (самая высокая оценка). Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Кроме того, характеристики течения при охлаждении образцов S1 и S3 определяют следующим образом.

Скорости вытекания масел, охлажденных до -25°C, определенные при комнатной температуре (20°C), составляют 5,70 ±0,05 мл/мин для образца S1 и 0,97 ±0,05 мл/мин для образца S3.

Пример 3

Испытание на моющую способность и залегание компрессионного кольца на двухтактном двигателе бензопилы Husqvarna 242

Данное испытание на двухтактном двигателе бензопилы HVA 242 является аналогичным испытанию, рассмотренному в примере 1, проведенному на двухтактном двигателе бензопилы HVA 346, и относительно подробностей испытания ссылка может быть сделана на указанный пример 1.

Образцы S11 и S2 испытывают в идентичных условиях, и результаты испытаний представлены в таблице 3. Испытания проводят со смесью масло-бензин, содержащей 2 об.% масла. Значения в скобках показывают тенденцию и не включены в сумму.

Таблица 3Сравнение характеристик смазывающей
способности образцов S11 и S2Образец маслаS11S2Контрольное испытаниеДаДаЗалегание компрессионного кольцаНетНетИзносНетНетКлассификация  1) Верх поршня44/4-2) Верхняя кромка3(+)3+3) юбка поршня3+/3-3+(+)4) Кольцо + фаска кольца32,5+5) Поршневой палец336) Шарнирно-неподвижная опора3-3+(+)7) Камера сгорания33/3-8) Выхлопное отверстие3/3-39) Свеча зажигания33Сумма 1 (высокая)2828,75Сумма 2 (низкая)27,2528,5

Пример 4

Испытание двигателя кустоизмельчителя Husqvarna 232 E-tech

Образцы S11 и S2 также испытывают в соответствии со следующей методикой испытаний.

Данное испытание на двигателе для кустоизмельчителя HVA 232 E-tech разработано для определения моющей способности двухтактных масел при низких температурах двигателя. Методика испытания выбрана для создания интервала высоких об/мин при низкой нагрузке. Поскольку HVA 232 E-tech в указанных условиях имеет довольно высокое количество противотока из цилиндра вниз в трубопроводы, это создает тяжелые условия для масла в картере.

Более конкретно, испытание включает следующее.

Через 15 мин торможения в фазе Н-игла карбюратора устанавливается с получением: 3% СО при 8400 об/мин (установившийся режим).

Регулирование проводят с глушителем без какого-либо каталитического конвертера. В процессе фактического цикла испытания используют Cat-глушитель.

Испытательный цикл имеет следующую последовательность:

2 с полного дросселирования > 3 с холостого хода.

Это продолжается в течение 50 ч (36000 циклов). Единственной нагрузкой является сила инерции от 4-лезвийной газонокосилки. L-иглу устанавливают, чтобы получить максимум 12000 (+/-500) об/мин. Самая низкая скорость обычно составляет около 6000 об/мин.

После испытания оценивают три зоны, как указано ниже:

1) Кривошип и картер,

2) Юбку поршня,

3) Кольцо и канавку кольца.

Оценка составляет от 1 до 5 баллов, причем 1 - плохо, и 5 - превосходно.

Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4Образец
маслаКривошип/
КартерЮбка поршняКольцо/
Канавка кольцаВсегоS113,53,752,7510S23,52,752,759

Выводы

Как можно видеть из таблиц 1-4, новая смазочная композиция согласно настоящему изобретению работает чрезвычайно хорошо в двухтактных двигателях и соответствует используемым в настоящее время коммерческим маслам для двухтактных двигателей, которые являются маслами на основе минерального масла или синтетического сложного эфира. Кроме того, как указано выше, главные компоненты новой смазочной композиции являются легко биоразлагаемыми и получаются из возобновляемых источников, а также являются намного более дешевыми, чем используемые в настоящее время биоразлагаемые синтетические сложноэфирные продукты. Помимо этого ее низкая вязкость обычно означает преимущество в данной технической области.

Изобретение относится к области смазок, особенно к двухтактным двигателям. Смазочная композиция содержит 90-20% А) базового смазочного масла, 10-80% В) по меньшей мере, одного сложного (С₁-С₄)-алкилового эфира жирной кислоты по отношению к А) + В), и 0,1-20% С) добавок смазочного масла, причем процентное содержание С) относится к общей массе А) + В) + С). Предлагается также применение указанной смазочной композиции в качестве смазки для двухтактного двигателя и способ подачи указанной смазочной композиции отдельно от топлива. Предлагается также топливная композиция для двухтактного двигателя, содержащая топливо вместе с указанной смазочной композицией. Изобретение улучшает экологию окружающей среды, а также улучшает качество смазок и топлив. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Смазочная композиция для двухтактных двигателей, содержащая

90-20 мас.% А) базового смазочного масла,

10-80 мас.% В), по меньшей мере, одного сложного (С₁-С₄)-алкилового эфира жирной кислоты,

причем указанное процентное содержание относится к общей массе А) + В), и

0,1-20 мас.% С) добавки (добавок) смазочного масла,

причем указанное процентное содержание относится к общей массе А) + В) + С).