(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) PL B1. (54) Półsyntetyczny olej silnikowy BUP 22/

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) IntCl7: C10M 169/04 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Półsyntetyczny olej silnikowy (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/96 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/00 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Technologii Nafty im. prof.stanisława Pilata, Kraków, PL Rafineria TRZEBINIA Spółka Akcyjna, Trzebinia, PL (72) Twórcy wynalazku: Winicjusz Stanik, Kraków, PL Kazimierz Chłobowski, Kraków, PL Wiesława Urzędowska, Kraków, PL Bogusław Szczerski, Kraków, PL Kazimierz Trębacz, Karniowice, PL Andrzej Baliś, Chrzanów, PL Wiesława Woźniczko-Kadela, Kraków, PL Tadeusz Fijołek, Karniowice, PL Józef Mucha, Czechowice-Dziedzice, PL Marian Dytko, Bielsko-Biała, PL Krystyna Gutan, Jaworze, PL Janina Skaźnik, Pszczyna, PL Piotr Glinka, Czechowice-Dziedzice, PL Marek Pindel, Brzeszcze, PL PL B1 (57) 1. Półsyntetyczny olej silnikow y do sm arow ania m ieszankow ego tłokow ych silników dwusuwowych z zapłonem iskrow ym, zn am ien n y tym, że zaw iera 40,0 do 70,0 części m asow ych m ineralnych olejów bazow ych o lepkości kinem atycznej 5 do 30 m m 2/s w tem peraturze 100 C uszlachetnionych m odyfikatoram i płynięcia, 10,0 do 30,0 części m asow ych polibutenów o średniej liczbowej masie cząsteczkow ej do 1000 daltonów i lepkości kinem atycznej 100 do 300 m m 2/s w temperaturze 100 C, 5,0 do 30,0 części rozpuszczalnika o zakresie destylacji początek wrzenia od 150 C i koniec w rzenia do 300 C i zawartości węglow odorów arom atycznych do 40% objętościowych oraz 5,0 do 10,0 części m asowych kompozycji smarowej, zawierającej dodatki detergentowo-dyspergujące w postaci polibutenobursztynoim idów w ilości do 90,0 części masowych, zw iązków m etalicznych w apnia w ilości 5,0 do 40,0 części m asow ych i/lub olejorozpuszczalnych polieterów w ilości do 30,0 części m asowych.

2 Półsyntetyczny olej silnikowy Zastrzeżenia patentowe 1. Półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym, znamienny tym, że zawiera 40,0 do 70,0 części masowych mineralnych olejów bazowych o lepkości kinematycznej 5 do 30 mm2/s w temperaturze 100 C uszlachetnionych modyfikatorami płynięcia, 10,0 do 30,0 części masowych polibutenów o średniej liczbowej masie cząsteczkowej do 1000 daltonów i lepkości kinematycznej 100 do 300 mm2/s w temperaturze 100 C, 5,0 do 30,0 części rozpuszczalnika o zakresie destylacji początek wrzenia od 150 C i koniec wrzenia do 300 C i zawartości węglowodorów aromatycznych do 40% objętościowych oraz 5,0 do 10,0 części masowych kompozycji smarowej, zawierającej dodatki detergentowo-dyspergujące w postaci polibutenobursztynoimidów w ilości do 90,0 części masowych, związków metalicznych wapnia w ilości 5,0 do 40,0 części masowych i/lub olejorozpuszczalnych polieterów w ilości do 30,0 części masowych. 2. Półsyntetyczny olej silnikowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera mineralny olej bazowy o lepkości kinematycznej 5 do 30 mm2/s w temperaturze 100 C otrzymany z frakcji ropy naftowej selektywnie rafinowanych, odparafinowanych, korzystnie hydrorafinowanych uszlachetnionych znanymi handlowymi modyfikatorami płynięcia. 3. Półsyntetyczny olej silnikowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera polibutenobursztynoimidy stanowiące monopolibutenobursztynoimidy i/lub bispolibursztynoimidy. 4. Półsyntetyczny olej silnikowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera metaliczne związki wapnia, którymi są niskozasadowe i/lub wysokozasadowe alkiloarylosulfoniany wapnia o współczynniku rezerwy alkalicznej 0,01 do 30,0, i/lub siarkowane alkilofenolany wapnia, w których stosunek zawartości metalu w rezerwie alkalicznej do zawartości metalu w normalnym alkilofenolanie wapnia wynosi 1,05 do 20,0. 5. Półsyntetyczny olej silnikowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera olejorozpuszczalne polietery jako produkty etoksylacji i/lub propoksylacji, i/lub butoksylacji alkoholi, i/lub alkilofenoli. * * * Przedmiotem wynalazku jest półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym klasy jakościowej API TA, TB, TC lub odpowiednio klasy jakościowej TSC-1, TSC-2, TSC-3 według klasyfikacji CEC w klasach lepkości SAE 20, SAE 30 i SAE 40. Silniki dwusuwowe z zapłonem iskrowym stosowane są w urządzeniach mechanicznych, w których pożądany jest wysoki stosunek mocy użytecznej do ciężaru silnika. Zakres wielkości tych silników leży pomiędzy chłodzonymi wodą silnikami zaburtowymi o objętości skokowej do 4000 cm3, a chłodzonymi powietrzem silnikami do narzędzi ręcznych o objętości skokowej rzędu 20 cm3. W obrębie tego zakresu występują silniki o różnej objętości skokowej i mocy. Silniki te są stosowane najczęściej do napędu mopedów, motocykli, skuterów, kosiarek do trawy, pił łańcuchowych, pomp, małych generatorów, pojazdów śnieżnych, małych traktorów stosowanych do prac w ogrodnictwie, parkach miejskich oraz pracach komunalnych do mycia i czyszczenia dworców kolejowych, peronów, placów i skwerów itp. Specyfika smarowania silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym polega na tym, że olej smarowy jest w sposób pośredni lub bezpośredni mieszany z benzyną i po wykonaniu swego zadania powinien ulec całkowitemu spaleniu wraz z paliwem. Najczęściej zalecanym przez producentów silników i wytwórców olejów silnikowych stosunkiem objętościowym zmieszania

3 oleju z paliwem są następujące stosunki 1:16, 1:24 i 1:50. Wiąże się to z jakością spalin i ich wpływem na stopień zanieczyszczania atmosfery. Zawartość ciężkich frakcji olejowych w mieszance paliwowej oraz udział detergentów zawierających metale powoduje bowiem zwiększenie stopnia zadymienia spalin. Ponadto olej smarowy do silników dwusuwowych o zapłonie iskrowym, powinien zapewnić odpowiednie smarowanie współpracujących powierzchni roboczych, tworząc odpowiednio wytrzymały film olejowy, zapobiegający nadmiernemu ich zużyciu, wykazywać odporność na utlenianie i wysokie temperatury, wykazywać minimalną tendencję do tworzenia nagarów i laków, zwłaszcza na tłokach, głowicy silnika i oknach wydechowych, nie powodować mostkowania świec zapłonowych, dobrze rozpuszczać się w paliwie, wykazywać należytą płynność oraz mieszalność z innymi olejami. Z opisu patentowego RP znany jest olej silnikowy do silników dwusuwowych składający się z 96,5 do 98,6 części masowych bazy olejowej o lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C od 11 do 15 mm2/s, temperaturze wrzenia od 350 do 590 C, pozostałości po koksowaniu do 0,4%, zawartości żywic do 2,0% i zawartości węglowodorów aromatycznych do 50% i od 1,4 do 3,5 części masowych kompozycji dodatków uszlachetniających, tak dobranych, aby całkowita liczba zasadowa wynosiła nie mniej niż 1 mg KOH/g, popiół siarczanowy nie więcej niż 0,35%, pozostałość po koksowaniu nie więcej niż 0,5%, temperatura krzepnięcia nie wyższa niż -20 C, oraz 20 do 30 części masowych frakcji benzynowo-nafitowej o temperaturze wrzenia od 160 do 220 C, temperaturze krzepnięcia nie wyższej niż -50 C, a temperaturze zapłonu nie niższej niż 45 C, przy czym baza olejowa składa się z 25 do 35 części masowych oleju podstawowego o temperaturze wrzenia od 350 do 590 C, lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C od 8,5 do 12,0 mm2/s, pozostałości po koksowaniu od 0,03 do 0,05%, zawartości żywic od 1,0 do 2,0% i zawartości węglowodorów aromatycznych od 35 do 45%, 40 do 50 części masowych oleju podstawowego o temperaturze wrzenia od 370 do 590 C, lepkości kinematycznej w tem peraturze 100 C od 11 do 15 mm2/s, pozostałości po koksowaniu od 0,1 do 0,3%, zawartości żywic od 1,5 do 3,0% i zawartości węglowodorów aromatycznych od 38 do 50% oraz 20 do 30 części masowych oleju pozostałościowego o temperaturze wrzenia od 430 do 590 C, lepkości kinematycznej w temperaturze 100 C powyżej 30 mm2/s, pozostałości po koksowaniu od 0,6 do 1,0%, zawartości żywic od 2 do 4% i zawartości węglowodorów aromatycznych od 45 do 60%. Natomiast kompozycja dodatków uszlachetniających według wynalazku RP składa się z 1 do 2 części masowych nadzasadowych sulfonianów wapnia otrzymanych przy użyciu kwasów alkiloarylosulfonianowych i/lub kwasów naftosulfonowych o współczynniku rezerwy alkalicznej 3 do 25 i zawartości przeciwjonu wapniowego od 0,1 do 0,5 mola/kg detergentu, 0,2 do 0,7 części masowych soli cynkowej 0,0-diestrów kwasu ditiofosforowego otrzymanej z alkoholi pierwszorzędowych zawierających od 4 do 10 atomów węgla w łańcuchu alkoksylowym i/lub alkoholi drugorzędowych zawierających od 3 do 8 atomów węgla w łańcuchu alkoksylowym, 0,05 do 0,3 części masowych alkoksylowanych alkilofenoli, i/lub pochodnych fenolowych z rodnikami butylowymi zawierającymi węgiel trzeciorzędowy, i/lub pochodnych aminowych zawierających drugorzędowy lub trzeciorzędowy azot, 0,15 do 0,5 części masowych kopolimeru estrów metakrylanowych wyższych alkoholi tłuszczowych, metakrylanu metalu, styrenu oraz do 0,01 części masowych inhibitora pienienia typu związków metylosilikonowych. W istocie wynalazku RP podkreśla się, że zastosowanie tak dobranej kompozycji dodatków uszlachetniających wprowadzonej do oleju bazowego spowodowało uzyskanie wyższych efektów poprawy własności użytkowych gotowego oleju, niż oczekiwana suma efektów uzyskanych z zastosowania poszczególnych dodatków, co pozwoliło na rozcieńczenie uzyskanego oleju 20 do 30 częściami masowymi frakcji benzynowo-nafitowej o temperaturze wrzenia od 160 C do 220 C, temperaturze krzepnięcia nie wyższej niż -50 C i temperaturze zapłonu powyżej 45 C, zapewniając dobrą samomieszalność oleju silnikowego paliwem. Głównym celem wynalazku jest opracowanie półsyntetycznego niskoemisyjnego oleju silnikowego do tłoków silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym, zwłaszcza chłodzonych powietrzem co najmniej klasy jakościowej TC bez konieczności stosowania w kompozycji

4 smarowej ditiofosforanów cynku oraz innych inhibitorów utleniania typu fenolowego i/lub aminowego. Dodatkowym celem wynalazku było, znalezienie takiego sposobu komponowania oleju nośnego by wyeliminować konieczność selektywnego wyboru wielu olejów podstawowych do zestawiania gotowego oleju silnikowego, upraszczając i potaniając całą procedurę formulacji oleju silnikowego, w stosunku do sposobu przedstawionego w wynalazku RP Nieoczekiwanie stwierdzono, że można uzyskać półsyntetyczny niskoemisyjny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym, który wykazuje dobre własności smarne i detergencyjne, zapobiega zablokowaniu kanałów wylotowych, wykazuje niskie zadymienie spalin oraz przeciwdziała mostkowaniu świec zapłonowych i wykazuje mieszalność oraz płynność oleju w niskich temperaturach oznaczaną według ASTM D 4682, przez zastosowanie 5,0 do 10,0 części masowych kompozycji smarowej, która zawiera dodatki detergentowo-dyspergujące w postaci polibutenobursztynoimidów w mieszaninie ze związkami metalicznymi wapnia i/lub olejo-rozpuszczalnych polieterów. Półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym, według wynalazku, zawiera 40,0 do 70,0 części masowych mineralnych olejów bazowych o lepkości 5 do 30 mm2/s w temperaturze 100 C uszlachetnionych modyfikatorami płynięcia, 10,0 do 30,0 części masowych polibutenów o średniej liczbowej masie cząsteczkowej do 1000 daltonów i lepkości kinematycznej 100 do 300 mm2/s w temperaturze 100 C, 5,0 do 30,0 części rozpuszczalnika o zakresie destylacji, początek wrzenia od 150 C i koniec wrzenia do 300 C i zawartości węglowodorów aromatycznych do 40% objętościowych oraz 5,0 do 10,0 części masowych kompozycji smarowej, zawierającej dodatki detergentowo-dyspergujące w postaci polibutenobursztynoimidów, które są zawarte w kompozycji smarowej w ilości do 90,0 części masowych w mieszaninie związków metalicznych wapnia, o zawartości w kompozycji smarowej w ilości 5,0 do 40,0 części masowych i/lub olejorozpuszczalnych polieterów zawartych w kompozycji smarowej w ilości do 30,0 części masowych. Mineralne oleje bazowe o lepkości kinematycznej 5 do 30 mm2/s w temperaturze 100 C otrzymuje się z frakcji ropy naftowej przez selektywną rafinację, odparafmowanie, korzystnie hydrorafinowanie i uszlachetnia się znanymi handlowymi modyfikatorami płynięcia. Zastosowane polibutenobursztynoimidy są monopolibutenobursztynoimidami i/lub bispolibutenobursztynoimidami. Jako metaliczne związki wapnia zastosowano niskozasadowe i/lub wysokozasadowe alkiloarylosulfoniany wapnia o współczynniku rezerwy alkalicznej 0,01 do 30,0 i/lub siarkowane alkilofenolany wapnia, w których stosunek zawartości metalu w rezerwie alkalicznej do zawartości metalu w normalnym alkilofenolanie wapnia wynosi 1,05 do 20,0. Olejorozpuszczalnymi polieterami są produkty etoksylacji i/lub propoksylacji, i/lub butoksylacji alkoholi, i/lub alkilofenoli. Stwierdzono, że półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym zapobiega tworzeniu się nagarów i laków, zwłaszcza na tłokach, głowicy silnika i oknach wydechowych, charakteryzuje się minimalną skłonnością do zapiekania pierścieni tłokowych i mostkowania świec zapłonowych. Ponadto stwierdzono, że półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym według wynalazku, korzystnie jest stosować przy stosunku objętościowym zmieszania oleju z paliwem 1:50 i już przy tak niskim stosunku zmieszania olej tworzy odpowiednio trwały film olejowy, zapobiegający nadmiernemu zużyciu elementów trących oraz zatarciu tłoka. Te nieoczekiwane i nieoczywiste dobre własności użytkowe półsyntetycznego oleju silnikowego do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych, wynikające ze składu zastosowanej kompozycji smarowej, synergizmu i kompatybilności zastosowanych w kompozycji smarowej dodatków uszlachetniających stwierdzono, wykonując badania silnikowe.

5 Wynalazek jest bliżej wyjaśniony w poniższych przykładach ilustrujących skład oleju oraz ocenę własności użytkowych tego oleju w próbach testowych silnikowych, nie można ich zatem traktować za ograniczenie wynalazku, ponieważ mają one charakter ilustrujący. Przykład I Z kompozycją smarową dodatków uszlachetniających charakteryzującą się następującymi poniższymi własnościami: - Lepkość kinematyczna w temperaturze 100 C, mm2/s 78,70 - Zawartość azotu, % m/m 1,50 - Zawartość wapnia, % m/m 0,54 - Całkowita liczba zasadowa, mg KOH/g 39 - Popiół siarczanowy, % m/m 1,88 Zestawiono półsyntetyczny olej silnikowy klasy API TC SAE 30, do mieszankowego smarowania tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym, poprzez zmieszanie w temperaturze 60 C w mieszalniku 66,8 części masowych oleju mineralnego o lepkości kinematycznej 9,1 mm2/s w temperaturze 100 C, o wskaźniku lepkości 91, pozostałości po koksowaniu według Conradsona 0,022% m/m i odporności w teście Noacka 3,6% m/m, 15,0 części masowych polibutenu o średniej liczbowej masie cząsteczkowej 980 daltonów lepkości kinematycznej 229 mm2/s w temperaturze 100 C, i pozostałości po koksowaniu według Conradsona 0,009% m/m, 8,2 części masowych kompozycji dodatków uszlachetniających o własnościach podanych wyżej oraz 10,0 części masowych rozpuszczalnika o początku destylacji 165 C i końcu destylacji 240 C, temperaturze mętnienia poniżej -54 C i zawartości aromatów 18% v/v. Otrzymany tym sposobem półsyntetyczny olej silnikowy do smarowania mieszankowego tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym posiadał lepkość kinematyczną 9,6 mm2/s w temperaturze 100 C, temperaturę płynięcia -30 C, temperaturę zapłonu 146 C, zawartość wapnia 450 mg/kg, popiół siarczanowy 0,16% m/m, zawartość azotu 1230 mg/kg oraz lepkość dynamiczną w temperaturze -25 C mierzoną w aparacie Brookfielda 5850 mpa s. Przykład II Uwzględniając warunki pracy silników dwusuwowych stosowanych do najczęściej eksploatowanych urządzeń w zakresie obciążeń mechanicznych (obroty) i cieplnych (temperatura świecy zapłonowej), specjaliści europejscy uznali, że silniki stosowane w piłach łańcuchowych stawiają najwyższe wymagania odnośnie jakości olejów stosowanych do mieszankowego smarowania tych silników, mogą jedynie przewyższać wymagania ze strony najnowszych konstrukcji japońskich silników motocyklowych według specyfikacji JASO. W tym celu do oceny jakości półsyntetycznego przeznaczonego do mieszankowego smarowania tłokowych silników dwusuwowych z zapłonem iskrowym zastosowano silnik piły łańcuchowej HUSQUARNA CS 42 o pojemności skokowej 42 cm3. Cykl badawczy obejmował: minut pracy przy 7200 obr/min minut pracy przy 8400 obr/min. przy regulacji gaźnika tak, aby temperatura mierzona termoparą w ściance kanału wylotowego wynosiła C, co odpowiada optymalnej proporcji mieszanki powietrza/paliwo, wynoszącej 13,3. W badaniach silnikowych stanowiskowych prowadzonych przy stosunku olej : paliwo równym 1:50 porównawczo do oleju wzorcowego firmy HVA. Uzyskane wyniki oceny punktowej elementów silnika w 5-cio punktowej skali wyceny przedstawiono w tabeli 1.

6 Tabela 1 Porównawcze własności użytkowe olejów silnikowych do smarowania mieszankowego silników tłokowych dwusuwowych z zapłonem iskrowym. Test na silniku HVA CS 42. Przedmiot oceny Własności detergentowe i smarne Olej wzorcowy Olej według wynalazku * Olej według wynalazku RP * - unieruchomienie pierścienia tłokowego nie występuje nie występuje pierścień unieruchomiony - objawy zacierania tłoka nie występuje nie występuje objawy zacierania - górna powierzchnia denka tłoka, pkt 4 4 ** 1 - korona tłoka, pkt 4 4 (-) 2 - płaszcz tłoka, pkt rowek pierścieniowy, pkt sworzeń tłoka, pkt ułożyskowanie sworznia tłoka, pkt 3 3(-) 2 - komora spalania, pkt kanał wylotowy, pkt świeca zapłonowa, pkt Suma (wyższa), pkt 31,0 29,5 14,0 Suma (niższa), pkt 31,0 28,75 14,0 ** Zgodnie z metodyką oceny, żadna ocena cząstkowa nie może być niższa niż 2+ pkt Według wynalazku RP oraz dla oleju silnikowego otrzymanego w przykładzie I według wynalazku. Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.