Смазки с титаном и/или вольфрамом и их применение для уменьшения преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах - RU2719479C2

Описание

Область техники

Изобретение относится к композициям смазки, содержащим одну или более маслорастворимых титансодержащих и/или вольфрамсодержащих присадок, и способам применения таких композиций смазочного масла для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах.

Уровень техники

В двигателях с турбонаддувом или с нагнетателем (т.е. двигателях внутреннего сгорания с наддувом) может наблюдаться аномальное явление сгорания, известное как стохастическое преждевременное воспламенение смеси или преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах (или «LSPI»). LSPI представляет собой преждевременное воспламенение смеси, которое может включать очень высокие скачки давления, раннее сгорание во время ненадлежащего угла поворота коленвала и стук. Все эти явления, по отдельности и в комбинации, могут приводить к износу и/или серьезному повреждению двигателя. Однако поскольку случаи LSPI происходят лишь случайным и неконтролируемым образом, сложно идентифицировать причины этого явления и разработать решения для его подавления.

Преждевременное воспламенение является формой сгорания, приводящего к воспламенению воздушно-топливной смеси в камере сгорания до желаемого воспламенения воздушно-топливной смеси свечой зажигания. Преждевременное воспламенение обычно было проблемой при работе двигателей при высоких оборотах, поскольку тепло, выделяющееся при работе двигателя, может нагревать часть камеры сгорания до температуры, достаточной при контакте для воспламенения воздушно-топливной смеси. Этот тип преждевременного воспламенения иногда называют преждевременным воспламенением в результате соприкосновения с горячей точкой.

В последнее время периодическое аномальное воспламенение наблюдалось в двигателях внутреннего сгорания с наддувом при низких оборотах и нагрузках от средних до высоких. Например, при работе двигателя при 3000 об/мин или менее, под нагрузкой, со средним эффективным тормозным давлением (BMEP) по меньшей мере 10 бар, преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах (LSPI) может происходить случайным и стохастическим образом. Во время работы двигателя при низких оборотах продолжительность такта сжатия является наибольшей.

В нескольких опубликованных исследованиях продемонстрировано, что использование наддува, конструкция двигателя, покрытия двигателя, форма поршня, выбранное топливо и/или присадки в масло для двигателя могут вносить вклад в увеличение числа случаев LSPI. В одной из теорий высказывается предположение, что одной из причин случаев LSPI может быть самовоспламенение капель моторного масла, попадающих в камеру сгорания двигателя из поршневой щели (пространства между пакетом поршневых колец и гильзой цилиндра). Соответственно, существует необходимость в присадочных компонентах для масла для двигателя и/или их комбинациях, эффективных для снижения частоты возникновения или устранения LSPI в двигателях внутреннего сгорания с наддувом.

Краткое описание и термины

Настоящее описание относится к композиции смазочного масла и способу осуществления работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом. Композиция смазочного масла включает более 50 масс.% базового масла смазочной вязкости, количество одной или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок (детергентов) с общим щелочным числом более 225 мг KOH/г при измерении способом согласно ASTM D-2896, достаточное для обеспечения от более 900 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла, и композицию присадок, снижающую преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, содержащую количество одного или более титансодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 10 ppm по массе до 3000 ppm по массе титана в композиции смазочного масла, и/или количество одного или более вольфрамсодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 125 до 3000 ppm вольфрама в композиции смазочного масла, где оба количества рассчитаны относительно общей массы композиции смазочного масла. Композиция присадок эффективна для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла, относительно числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в этом же двигателе, смазанном этой же композицией смазочного масла, не содержащей одно или более титансодержащих и/или одно или более вольфрамсодержащих соединений.

В еще одном варианте осуществления в описании предложен способ снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом. Способ включает смазывание двигателя внутреннего сгорания с наддувом композицией смазочного масла, включающей более 50 масс.% базового масла смазочной вязкости, количество одной или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок с общим щелочным числом более 225 мг KOH/г при измерении способом согласно ASTM D-2896, достаточное для обеспечения от более 900 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла, и композицию присадок, снижающую преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, содержащую количество одного или более титансодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 10 ppm по массе до 3000 ppm по массе титана в композиции смазочного масла, и/или количество одного или более вольфрамсодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 125 до 3000 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла, где оба количества рассчитаны относительно общей массы композиции смазочного масла. Способ является эффективным для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одна или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок могут быть выбраны из моющей присадки сверхосновного сульфоната кальция, моющей присадки сверхосновного фенолята кальция и моющей присадки сверхосновного салицилата кальция. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одна или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок могут обеспечивать от приблизительно 1100 до приблизительно 1800 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла относительно общей массы композиции смазочного масла.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может содержать титансодержащее соединение. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одно или более титансодержащих соединений могут содержать продукт реакции изопропилата титана и неодекановой кислоты, изопропилат титана, титансодержащий дисперсант и их смеси.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одно или более титансодержащих соединений могут присутствовать в количестве, обеспечивающем от приблизительно 25 ppm по массе до приблизительно 1000 ppm по массе титана в композиции смазочного масла относительно общей массы смазочной композиции.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может содержать вольфрамсодержащее соединение. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одно или более вольфрамсодержащих соединений представляют собой алкил- или арилзамещенный вольфрамат аммония, где каждая из алкильной и арильной групп имеет от 6 до 30 атомов углерода.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления одно или более вольфрамсодержащих соединений могут присутствовать в количестве, обеспечивающем от приблизительно 200 ppm по массе до приблизительно 1000 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла, относительно общей массы смазочной композиции.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может включать один или более компонентов, выбранных из модификаторов трения, противоизносных агентов, дисперсантов, антиоксидантов и увеличителей индекса вязкости. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может иметь содержание сульфатной золы (SASH) менее приблизительно 1 масс.%, и SASH может составлять менее 0,8%.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления число случаев LSPI может представлять собой количество LSPI за 25000 циклов работы двигателя, где двигатель работает при 2000 оборотах в минуту со средним эффективным тормозным давлением 18000 кПа. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция присадок, снижающая преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, может снижать число случаев LSPI на по меньшей мере 50% или на по меньшей мере 75%.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления более 50 масс.% базового масла может быть выбрано из группы, состоящей из базовых масел II группы, III группы, IV группы или V группы, и комбинации двух или более из вышеуказанного, где более 50 масс.% базового масла отличается от разбавляющих масел, являющихся результатом включения в композицию смазочного масла присадочных компонентов или увеличителей индекса вязкости.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может содержать не более 10 масс.% базового масла IV группы, базового масла V группы или их комбинации. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла содержит менее 5 масс.% базового масла V группы.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка может представлять собой моющую присадку сверхосновного сульфоната кальция.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка может, необязательно, не включать моющие присадки сверхосновного салицилата кальция.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может, необязательно, не включать никаких магнийсодержащих моющих присадок, или композиция смазочного масла может не содержать магний.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может не содержать никаких базовых масел IV группы.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может не содержать никаких базовых масел V группы.

В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция смазочного масла может дополнительно содержать низкоосновную/нейтральную моющую присадку с общим щелочным числом вплоть до 175 мг KOH/г при измерении способом согласно ASTM D-2896. Низкоосновная/нейтральная моющая присадка может составлять по меньшей мере 0,2 масс.% общей массы композиции смазочного масла. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления общее содержание присадки в композиции смазочного масла может составлять от приблизительно 0,6 масс.% до приблизительно 10 масс.% относительно общей массы композиции смазочного масла. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления общее количество кальция из сверхосновной кальцийсодержащей моющей присадки и низкоосновной/нейтральной моющей присадки может составлять от 1100 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе относительно общей массы композиции смазочного масла. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления низкоосновная/нейтральная моющая присадка может представлять собой моющую присадку сульфоната кальция.

Для разъяснения значений некоторых терминов, используемых в настоящем документе, приводятся следующие определения.

Термины «композиция масла», «смазывающая композиция», «композиция смазочного масла», «смазочное масло», «композиция смазки», «смазочная композиция», «полностью готовая к использованию композиция смазки», «смазка», «картерное масло», «картерная смазка», «масло для двигателя», «смазка для двигателя», «моторное масло» и «смазка для мотора» считаются равнозначными и полностью взаимозаменяемыми, и относятся к готовому смазочному продукту, содержащему более 50 масс.% базового масла и небольшое количество композиции присадок.

При использовании в настоящем документе термины «комплекс присадок», «концентрат присадок», «композиция присадок», «комплекс присадок в масло для двигателя», «концентрат присадок в масло для двигателя», «комплекс присадок для картера», «концентрат присадок для картера», «комплекс присадок в моторное масло», «концентрат для моторного масла» считаются равнозначными и полностью взаимозаменяемыми, и относятся к доле композиции смазочного масла за исключением более 50 масс.% исходной смеси базового масла. Пакет присадок может включать или не включать увеличитель индекса вязкости или депрессант, понижающий температуру застывания.

Термин «сверхосновный» относится к солям металлов, таким как сульфонаты, карбоксилаты, салицилаты и/или феноляты металлов, количество металла в составе которых превышает стехиометрическое. Такие соли могут иметь степень превращения, превышающую 100% (т.е. они могут содержать более 100% теоретического количества металла, необходимого для превращения кислоты в ее «нормальную», «нейтральную» соль). Выражение «отношение металла», часто сокращенно обозначаемое как MR, используется для обозначения отношения общего количества химических эквивалентов металла в сверхосновной соли к количеству химических эквивалентов металла в нейтральной соли в соответствии с известной химической реакционной способностью и стехиометрией. В нормальной или нейтральной соли отношение металла равно одному, а в сверхосновной соли MR составляет больше одного. Эти соли принято назвать сверхосновными, гиперосновными или суперосновными солями, и они могут представлять собой соли органических серосодержащих кислот, карбоновых кислот, салицилаты и/или соли фенолов. В настоящем описании сверхосновная моющая присадка имеет TBN более 225 мг KOH/г. Сверхосновная моющая присадка может представлять собой комбинацию двух или более сверхосновных моющих присадок, каждая из которых имеет TBN более 225 мг KOH/г.

В настоящем описании низкоосновная/нейтральная моющая присадка имеет TBN вплоть до 175 мг KOH/г. Низкоосновная/нейтральная моющая присадка может представлять собой комбинацию двух или более низкоосновных и/или нейтральных моющих присадок, каждая из которых имеет TBN вплоть до 175 мг KOH/г. В некоторых случаях «сверхосновная» может сокращенно обозначаться как «СО». И в некоторых случаях «низкоосновная/нейтральная» может сокращенно обозначаться как «НО/Н».

Термин «общее количество металлов» относится к общему содержанию металла, металлоида или переходного металла в композиции смазочного масла, включая металл, привносимый компонентом(ами) моющих присадок композиции смазочного масла.

При использовании в настоящем документе термин «гидрокарбильный заместитель» или «гидрокарбильная группа» используется в своем общепринятом значении, хорошо известном специалистам в данной области техники. А именно, он относится к группе, имеющей атом углерода, напрямую присоединенный к остальной молекуле, и имеющей преимущественно углеводородный характер. Примеры гидрокарбильных групп включают:

(a) углеводородные заместители, то есть, алифатические (например, алкильные или алкенильные), ациклические (например, циклоалкильные, циклоалкенильные) заместители и ароматически, алифатически и алициклически замещенные ароматические заместители, а также циклические заместители, в которых кольцо образовано с другой частью молекулы (например, два заместителя вместе образуют алициклическую группировку);

(b) замещенные углеводородные заместители, то есть, заместители, содержащие неуглеводородные группы, которые, в контексте настоящего описания, не изменяют преимущественно углеводородного характера заместителя (например, галогено (в особенности хлор и фтор), гидрокси, алкокси, меркапто, алкилмеркапто, нитро, нитрозо, амино, алкиламино и сульфокси); и

(c) гетерозаместители, то есть, заместители, которые, имея преимущественно углеводородный характер, в контексте настоящего описания, содержат атомы, отличные от углерода, в кольце или цепи, остальные атомы которого(ой) представляют собой атомы углерода. Гетероатомы могут включать серу, кислород и азот, и включают такие заместители, как пиридил, фурил, тиенил и имидазолил. Как правило, на каждые десять атомов углерода в гидрокарбильной группе приходится не более двух, например, не более одного неуглеводородного заместителя; обычно гидрокарбильная группа не имеет неуглеводородных заместителей.

При использовании в настоящем документе термин «масс.%», если явно не указано иное, обозначает процентную долю указанного компонента относительно массы всей композиции.

Термины «растворимый», «маслорастворимый» или «диспергируемый», используемые в настоящем документе, могут, но не обязательно должны, указывать на то, что соединения или присадки являются растворимыми, растворяемыми, смешиваемыми или способными к суспендированию в масле во всех соотношениях. Вышеуказанные термины, тем не менее, указывают, что соединения или присадки являются, например, растворимыми, суспендируемыми, растворяемыми или стабильно диспергируемыми в масле в степени, достаточной для оказания своего надлежащего воздействия на среду, в которой используется масло. Более того, дополнительное включение других добавок может также при необходимости обеспечить возможность включения более высоких содержаний определенной присадки.

Термин «TBN» при использовании в настоящем документе обозначает общее щелочное число в мг KOH/г композиции при измерении способом согласно ASTM D2896.

Термин «алкил» при использовании в настоящем документе относится к фрагментам с неразветвленной, разветвленной, циклической и/или замещенной насыщенной цепью, содержащей от приблизительно 1 до приблизительно 100 атомов углерода.

Термин «алкенил» при использовании в настоящем документе относится к фрагментам с неразветвленной, разветвленной, циклической и/или замещенной ненасыщенной цепью, содержащей от приблизительно 3 до приблизительно 10 атомов углерода.

Термин «арил» при использовании в настоящем документе относится к однокольцевым и многокольцевым ароматическим соединениям, которые могут включать алкильные, алкенильные, алкиларильные, амино, гидроксильные, алкокси, галогено заместители и/или гетероатомы, включая, но не ограничиваясь перечисленным, азот, кислород и серу.

Смазки, комбинации компонентов или отдельные компоненты согласно настоящему описанию могут подходить для применения в различных типах двигателей внутреннего сгорания. Подходящие типы двигателей могут включать, но не ограничены перечисленным, дизельные двигатели для сложных условий эксплуатации, двигатели легковых автомобилей, дизельные двигатели для облегченных условий эксплуатации, среднеоборотные дизельные двигатели, судовые двигатели или двигатели мотоциклов. Двигатель внутреннего сгорания может представлять собой двигатель, работающий на дизельном топливе, двигатель, работающий на бензине, двигатель, работающий на природном газе, двигатель, работающий на биотопливе, двигатель, работающий на смеси дизельного топлива и биотоплива, двигатель, работающий на смеси бензина и биотоплива, двигатель, работающий на спирту, двигатель, работающий на смеси бензина и спирта, двигатель, работающий на сжатом природном газе (CNG), или их смеси. Дизельный двигатель может представлять собой двигатель с воспламенением от сжатия. Дизельный двигатель может представлять собой двигатель с воспламенением от сжатия со вспомогательным искровым зажиганием. Бензиновый двигатель может представлять собой двигатель с искровым зажиганием. Двигатель внутреннего сгорания может также использоваться в комбинации с электрическим или батарейным источником питания. Такой двигатель широко известен как гибридный. Двигатель внутреннего сгорания может представлять собой двухтактный, четырехтактный или роторный двигатель. Подходящие двигатели внутреннего сгорания включают судовые дизельные двигатели (такие как в судах для внутреннего плавания), авиационные поршневые двигатели, дизельные двигатели для работы при низкой нагрузке, а также двигатели мотоциклов, легковых автомобилей, локомотивов и грузовых автомобилей.

Двигатель внутреннего сгорания может содержать компоненты одного или более из алюминиевого сплава, свинца, олова, меди, чугуна, магния, керамики, нержавеющей стали, композитных материалов и/или их смесей. Компоненты могут быть покрыты, например, алмазоподобным углеродным покрытием, смазочным покрытием, фосфорсодержащим покрытием, молибденсодержащим покрытием, графитовым покрытием, покрытием, содержащем наночастицы, и/или их смесями. Алюминиевый сплав может включать силикаты алюминия, оксиды алюминия или другие керамические материалы. В одном из вариантов осуществления алюминиевый сплав представляет собой алюмосиликатную поверхность. В настоящем документе термин «алюминиевый сплав» используется в качестве синонима с «алюминиевым композитным материалом», и обозначает компонент или поверхность, содержащую алюминий и другой компонент, перемешанные или провзаимодействовавшие на микроскопическом или околомикроскопическом уровне, вне зависимости от их конкретной структуры. Данный термин включает все общепринятые сплавы с металлами, отличными от алюминия, а также композитные или подобные сплавам структуры с неметаллическими элементами или соединениями, такими как керамоподобные материалы.

Композиция смазочного масла для двигателя внутреннего сгорания может подходить для любого двигателя вне зависимости от содержания серы, фосфора или сульфатной золы (ASTM D-874). Содержание серы в смазочном масле для двигателя может составлять приблизительно 1 масс.% или менее или приблизительно 0,8 масс.% или менее, или приблизительно 0,5 масс.% или менее, или приблизительно 0,3 масс.% или менее, или приблизительно 0,2 масс.% или менее. В одном из вариантов осуществления содержание серы может составлять от приблизительно 0,001 масс.% до приблизительно 0,5 масс.% или от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 0,3 масс.%. Содержание фосфора может составлять приблизительно 0,2 масс.% или менее, или приблизительно 0,1 масс.% или менее, или приблизительно 0,085 масс.% или менее, или приблизительно 0,08 масс.% или менее, или даже приблизительно 0,06 масс.% или менее, приблизительно 0,055 масс.% или менее, или приблизительно 0,05 масс.% или менее. В одном из вариантов осуществления содержание фосфора может составлять от приблизительно 50 ppm до приблизительно 1000 ppm или от приблизительно 325 ppm до приблизительно 850 ppm. Общее содержание сульфатной золы может составлять приблизительно 2 масс.% или менее, или приблизительно 1,5 масс.% или менее, или приблизительно 1,1 масс.% или менее, или приблизительно 1 масс.% или менее, или приблизительно 0,8 масс.% или менее, или приблизительно 0,5 масс.% или менее. В одном из вариантов осуществления содержание сульфатной золы может составлять от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 0,9 масс.% или приблизительно 0,1 масс.%, или от приблизительно 0,2 масс.% до приблизительно 0,45 масс.%. В другом варианте осуществления содержание серы может составлять приблизительно 0,4 масс.% или менее, содержание фосфора может составлять приблизительно 0,08 масс.% или менее, и содержание сульфатной золы может составлять приблизительно 1 масс.% или менее. В еще одном варианте осуществления содержание серы может составлять приблизительно 0,3 масс.% или менее, содержание фосфора составляет приблизительно 0,05 масс.% или менее, и содержание сульфатной золы может составлять приблизительно 0,8 масс.% или менее.

В одном из вариантов осуществления композиция смазочного масла представляет собой масло для двигателя, где композиция смазочного масла может иметь (i) содержание серы приблизительно 0,5 масс.% или менее, (ii) содержание фосфора приблизительно 0,1 масс.% или менее и (iii) содержание сульфатной золы приблизительно 1,5 масс.% или менее.

В некоторых вариантах осуществления композиция смазочного масла подходит для применения в двигателях, работающих на топливе с низким содержанием серы, таком как топливо, содержащее от приблизительно 1 до приблизительно 5% серы. Топливо для дорожных транспортных средств содержит приблизительно 15 ppm серы (или приблизительно 0,0015% серы). Композиция смазочного масла подходит для применения в двигателях внутреннего сгорания с наддувом, включая двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом или с нагнетателем.

Кроме того, смазки по настоящему изобретению могут подходить для удовлетворения одного или более требований отраслевых технических условий, таких как ILSAC GF-3, GF-4, GF-5, GF-6, PC-11, CI-4, CJ-4, ACEA A1/B1, A2/B2, A3/B3, A3/B4, A5/B5, C1, C2, C3, C4, C5, E4/E6/E7/E9, Euro 5/6,Jaso DL-1, Low SAPS, Mid SAPS, или технических условий производителя исходного оборудования, таких как Dexos^TM 1, Dexos^TM 2, MB-Approval 229.51/229.31, VW 502.00, 503.00/503.01, 504.00, 505.00, 506.00/506.01, 507.00, 508.00, 509.00, BMW Longlife-04, Porsche C30, Peugeot Citroën Automobiles B71 2290, B71 2296, B71 2297, B71 2300, B71 2302, B71 2312, B71 2007, B71 2008, Ford WSS-M2C153-H, WSS-M2C930-A, WSS-M2C945-A, WSS-M2C913A, WSS-M2C913-B, WSS-M2C913-C, GM 6094-M, Chrysler MS-6395, или любых из прошлых или будущих технических требований PCMO или HDD (для дизельных двигателей для сложных условий эксплуатации), не упомянутых в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления для применений в моторных маслах для легковых автомобилей (PCMO) количество фосфора в готовой жидкости составляет 1000 ppm или менее, или 900 ppm или менее, или 800 ppm или менее.

Другое оборудование может не подходить для применения раскрытой в настоящем документе смазки. «Функциональная жидкость» является термином, охватывающим ряд жидкостей, включая, но не ограничиваясь перечисленным, тракторные гидравлические жидкости, жидкости для трансмиссии, включая жидкости для автоматической трансмиссии, жидкости для бесступенчатой трансмиссии и механической трансмиссии, гидравлические жидкости, включая тракторные гидравлические жидкости, некоторые трансмиссионные масла, жидкости для гидроусилителя руля, жидкости, используемые в воздушных турбинах, компрессорах, некоторые промышленные жидкости и жидкости, относящиеся к компонентам силового агрегата. Необходимо отметить, что для каждой из этих жидкостей, как, например, жидкостей для автоматической трансмиссии, существует ряд различных типов жидкостей, обусловленных существованием различных трансмиссий с различным устройством, что приводит к необходимости различных жидкостей с существенно различающимися функциональными характеристиками. Этому противопоставляется термин «смазочная жидкость», которая не используется для выработки или передачи мощности.

Например, для тракторных гидравлических жидкостей эти жидкости являются универсальными продуктами, используемыми для всех применений смазки в тракторе, за исключением смазки двигателя. Эти применения смазки могут включать смазку коробки переключения передач, механизма и муфт(ы) отбора мощности, задних мостов, редукторов, тормозов мокрого типа и вспомогательных компонентов гидравлической системы.

Когда функциональная жидкость является жидкостью для автоматической трансмиссии, жидкости для автоматической трансмиссии должны обладать трением, достаточным для того, чтобы фрикционные диски могли передавать мощность. Однако коэффициент трения жидкостей склонен снижаться вследствие температурных воздействий, когда жидкость нагревается во время работы. Важно, чтобы тракторная гидравлическая жидкость или жидкость для автоматической трансмиссии поддерживали высокий коэффициент трения при повышенных температурах, в противном случае тормозные системы или автоматические трансмиссии могут оказать. Это не является функцией масла для двигателя.

Тракторные жидкости, и, например, суперуниверсальные тракторные масла (STUO) или универсальные тракторные трансмиссионные масла (UTTO), могут совмещать рабочие характеристики масел для двигателя с рабочими характеристиками для трансмиссий, дифференциалов, бортовых планетарных передач, тормозов мокрого типа и гидравлической системы. Хотя многие присадки, используемые для составления жидкости UTTO или STUO, схожи по своим функциональным характеристикам, в случае неправильного включения в состав жидкости они могут оказывать повреждающий эффект. Например, некоторые противоизносные и противозадирные присадки, используемые в маслах для двигателей, могут быть крайне коррозионными по отношению к медным компонентам гидравлических насосов. Моющие присадки и дисперсанты, используемые для работы бензиновых или дизельных двигателей, могут нанести вред тормозам мокрого типа. Модификаторы трения, используемые специально для уменьшения шума от тормозов мокрого типа, могут не иметь термоустойчивости, необходимой для работы масла для двигателя. Каждая из этих жидкостей, будь то функциональная, тракторная или смазочная, разработаны для удовлетворения конкретных и жестких требований производителя.

В настоящем описании предложены новые смеси смазочного масла, разработанные для применения в качестве картерных смазок для автомобилей. В вариантах осуществления в настоящем описании предложены смазочные масла, подходящие для применения для картеров и обладающие следующими улучшенными характеристиками: захват воздуха, спирто-бензиновая совместимость, антиоксидантные свойства, износостойкая работа, совместимость с биотопливом, противопенные свойства, снижение трения, экономия топлива, предупреждение преждевременного воспламенения смеси, замедление ржавления, диспергирование шлама и/или нагара, чистота поршня, образование отложений и водостойкость.

Дополнительные подробности и преимущества настоящего описания будут частично объяснены в следующей части описания, и/или могут быть изучены на основании экспериментальной части описания. Подробности и преимущества описания могут быть реализованы и достигнуты посредством элементов и комбинаций, в частности, выделяемых в прилагаемой формуле изобретения. Следует понимать, что как вышеприведенное общее описание, так и нижеследующее подробное описание являются лишь иллюстративными и пояснительными, и не имеют ограничительного характера по отношению к изобретению в том виде, как оно заявлено.

Подробное описание изобретения

В различных вариантах осуществления в описании предложена композиция смазочного масла и способы снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах (LSPI) в двигателе внутреннего сгорания с наддувом. В частности, двигатели внутреннего сгорания с наддувом согласно настоящему описанию включают двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом и с нагнетателем. Двигатели внутреннего сгорания с наддувом включают двигатели с искровым зажиганием, прямым впрыском и/или двигатели с системой распределенного впрыска. Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием могут представлять собой бензиновые двигатели.

В одном из вариантов осуществления в настоящем описании предложена композиция смазочного масла и способ осуществления работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом. Композиция смазочного масла включает более 50 масс.% базового масла смазочной вязкости, одну или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок с общим щелочным числом более 225 мг KOH/г в количестве, достаточном для обеспечения от более 900 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла, и композицию присадок, снижающую преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, содержащую количество одного или более титансодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 10 ppm по массе до 3000 ppm по массе титана в композиции смазочного масла, и/или количество одного или более вольфрамсодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 125 до 3000 ppm вольфрама в композиции смазочного масла, где оба количества рассчитаны относительно общей массы композиции смазочного масла. Композиция присадок и способ эффективны для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла, относительно числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в этом же двигателе, смазанном этой же композицией смазочного масла, не содержащей одно или более титансодержащих и/или одно или более вольфрамсодержащих соединений.

В еще одном варианте осуществления в описании предложен способ снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом. Способ включает смазывание двигателя внутреннего сгорания с наддувом композицией смазочного масла, включающей более 50 масс.% базового масла смазочной вязкости, количество одной или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок с общим щелочным числом более 225 мг KOH/г при измерении способом согласно ASTM D-2896, достаточное для обеспечения от более 900 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла, и композицию присадок, снижающую преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, содержащую количество одного или более титансодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 10 ppm по массе до 3000 ppm по массе титана в композиции смазочного масла, и/или количество одного или более вольфрамсодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 125 до 3000 ppm вольфрама в композиции смазочного масла, где оба количества рассчитаны относительно общей массы композиции смазочного масла. Способ является эффективным для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла.

В некоторых вариантах осуществления камера сгорания или стенки цилиндра двигателя с прямым впрыском с искровым зажиганием или двигателя внутреннего сгорания с системой распределенного впрыска, снабженного турбонаддувом или нагнетателем, работают в присутствии композиции смазочного масла и смазаны ей, в результате чего число случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе, смазанном композицией смазочного масла, может быть снижено.

Необязательно, способы по настоящему изобретению могут включать стадию измерения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания, смазанном смазочным маслом. В таких способах число случаев снижение числа случаев LSPI в двигателе внутреннего сгорания представляет собой снижение на 50% или более, или, более предпочтительно, снижение на 75% или более, и число случаев LSPI представляет собой количество LSPI за 25000 циклов работы двигателя, где двигатель работает при 2000 оборотах в минуту со средним эффективным тормозным давлением 18000 кПа.

Композиция по изобретению включает композицию смазочного масла, содержащую базовое масло смазочной вязкости и определенную композицию присадок. В способах согласно настоящему описанию используется композиция смазочного масла, содержащая композицию присадок. Как более подробно описано ниже, композиция смазочного масла неожиданно является очень эффективной для применения для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла.

Моющие присадки

Композиция смазочного масла содержит одну или более сверхосновных моющих присадок, по отдельности или в комбинации с и одной или более низкоосновных/нейтральных моющих присадок. Подходящие основы для моющих присадок включают феноляты, серосодержащие феноляты, сульфонаты, каликсараты, саликсараты, салицилаты, карбоновые кислоты, фосфорные кислоты, моно- и/или дитиофосфорные кислоты, алкилфенолы, алкилфенольные соединения с присоединенной серой или фенолы с метиленовым мостиком. Подходящие моющие присадки и способы их получения более подробно описаны во множестве патентных публикаций, включая патент США US 7732390 и цитируемые в нем источники. Основа для моющей присадки может быть засолена щелочным или щелочноземельным металлом, таким как, не ограничиваясь перечисленным, кальций, магний, калий, натрий, литий, барий или их смеси. В некоторых вариантах осуществления моющая присадка не содержит барий. Подходящая моющая присадка может включать соли щелочных или щелочноземельных металлов и нефтяных сульфокислот и длинноцепочечных моно- или диалкиларилсульфокислот, где арильная группа представляет собой бензил, толил и ксилил. Примеры подходящих дополнительных моющих присадок включают, но не ограничены перечисленным, феноляты кальция, серосодержащие феноляты кальция, сульфонаты кальция, каликсараты кальция, саликсараты кальция, салицилаты кальция, соли кальция и карбоновых кислот, соли кальция и фосфорных кислот, соли кальция и моно- и/или дитиофосфорных кислот, алкилфеноляты кальция, соединения кальция и алкилфенолов с присоединенной серой, соли кальция и фенолов с метиленовым мостиком, феноляты магния, серосодержащие феноляты магния, сульфонаты магния, каликсараты магния, саликсараты магния, салицилаты магния, соли магния и карбоновых кислот, соли магния и фосфорных кислот, соли магния и моно- и/или дитиофосфорных кислот, алкилфеноляты магния, соединения магния и алкилфенолов с присоединенной серой, соли магния и фенолов с метиленовым мостиком, феноляты натрия, серосодержащие феноляты натрия, сульфонаты натрия, каликсараты натрия, саликсараты натрия, салицилаты натрия, соли натрия и карбоновых кислот, соли натрия и фосфорных кислот, соли натрия и моно- и/или дитиофосфорных кислот, алкилфеноляты натрия, соединения натрия и алкилфенолов с присоединенной серой или соли натрия и фенолов с метиленовым мостиком.

Сверхосновные моющие присадки хорошо известны в данной области техники и могут представлять собой щелочные или щелочноземельные сверхосновные моющие присадки. Такие моющие присадки могут быть получены взаимодействием оксида металла или гидроксида металла с основой и углекислым газом. Основа обычно представляет собой кислоту, например, такую, как алифатическая замещенная сульфокислота, алифатическая замещенная карбоновая кислота или алифатический замещенный фенол.

Термин «сверхосновный» относится к солям металлов, таким как сульфонаты, карбоксилаты и феноляты металлов, количество металла в составе которых превышает стехиометрическое. Такие соли могут иметь степень превращения, превышающую 100% (т.е. они могут содержать более 100% теоретического количества металла, необходимого для превращения кислоты в ее «нормальную», «нейтральную» соль). Выражение «отношение металла», часто сокращенно обозначаемое как MR, используется для обозначения отношения общего количества химических эквивалентов металла в сверхосновной соли к количеству химических эквивалентов металла в нейтральной соли в соответствии с известной химической реакционной способностью и стехиометрией. В нормальной или нейтральной соли отношение металла равно одному, а в сверхосновной соли MR составляет больше одного. Эти соли принято назвать сверхосновными, гиперосновными или суперосновными солями, и они могут представлять собой соли органических серосодержащих кислот, карбоновых кислот или фенолов.

Сверхосновная моющая присадка имеет TBN более 225 мг KOH/г, или, согласно дополнительным примерам, TBN, составляющее приблизительно 250 мг KOH/г или более, или TBN, составляющее приблизительно 300 мг KOH/г или более, или TBN, составляющее приблизительно 350 мг KOH/г или более, или TBN, составляющее приблизительно 375 мг KOH/г или более, или TBN, составляющее приблизительно 400 мг KOH/г или более.

Примеры подходящих сверхосновных моющих присадок включают, но не ограничены перечисленным, сверхосновные феноляты кальция, сверхосновные серосодержащие феноляты кальция, сверхосновные сульфонаты кальция, сверхосновные каликсараты кальция, сверхосновные саликсараты кальция, сверхосновные салицилаты кальция, сверхосновные соли кальция и карбоновых кислот, сверхосновные соли кальция и фосфорных кислот, сверхосновные соли кальция и моно- и/или дитиофосфорных кислот, сверхосновные алкилфеноляты кальция, сверхосновные соединения кальция и алкилфенолов с присоединенной серой, сверхосновные соли кальция и фенолов с метиленовым мостиком, сверхосновные феноляты магния, сверхосновные серосодержащие феноляты магния, сверхосновные сульфонаты магния, сверхосновные каликсараты магния, сверхосновные саликсараты магния, сверхосновные салицилаты магния, сверхосновные соли магния и карбоновых кислот, сверхосновные соли магния и фосфорных кислот, сверхосновные соли магния и моно- и/или дитиофосфорных кислот, сверхосновные алкилфеноляты магния, сверхосновные соединения магния и алкилфенолов с присоединенной серой или сверхосновные соли магния и фенолов с метиленовым мостиком.

Сверхосновная моющая присадка может иметь отношение металла к основе, составляющее от 1,1:1, или от 2:1, или от 4:1, или от 5:1, или от 7:1, или от 10:1.

Общее количество моющих присадок может составлять вплоть до приблизительно 10 масс.%, или вплоть до приблизительно 8 масс.%, или вплоть до приблизительно 4 масс.%, или от более приблизительно 2 масс.% до приблизительно 8 масс.%, или от 4 масс.% до 8 масс.% относительно общей массы композиции смазочного масла.

Общее количество моющих присадок может обеспечивать от приблизительно 1100 до приблизительно 3500 ppm металла в готовой жидкости. В других вариантах осуществления общее количество моющих присадок может обеспечивать от приблизительно 1100 до приблизительно 3000 ppm металла, или от приблизительно 1150 до приблизительно 2500 ppm металла, или от приблизительно 1200 до приблизительно 2400 ppm металла в готовой жидкости.

Композиции присадок, используемые в композициях и способах согласно настоящему описанию, включают по меньшей мере одну сверхосновную моющую присадку с TBN более 225 мг KOH/г, по отдельности или в комбинации с по меньшей мере одной нейтральной/низкоосновной моющей присадкой с TBN вплоть до 175 мг KOH/г.

Композиция смазочного масла согласно описанию, включающая композицию присадок, имеет общее количество кальция из по меньшей мере одной сверхосновной моющей присадки, по отдельности или в комбинации с по меньшей мере одной низкоосновной/нейтральной моющей присадкой, от более 900 ppm по массе до менее 2400 ppm по массе, относительно общей массы композиции смазочного масла.

Сверхосновная моющая присадка может представлять собой сверхосновную кальцийсодержащую моющую присадку. Сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка может быть выбрана из моющей присадки сверхосновного сульфоната кальция, моющей присадки сверхосновного фенолята кальция и моющей присадки сверхосновного салицилата кальция. В некоторых вариантах осуществления сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка включает моющую присадку сверхосновного сульфоната кальция. В некоторых вариантах осуществления сверхосновная моющая присадка представляет собой одну или более кальцийсодержащих моющих присадок, предпочтительно сверхосновная моющая присадка представляет собой моющую присадку сульфоната кальция.

В некоторых вариантах осуществления сверхосновная моющая присадка составляет по меньшей мере 0,3 масс.% композиции смазочного масла. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 0,5 масс.%, или по меньшей мере 0,75 масс.%, или по меньшей мере 0,9 масс.%, или по меньшей мере 1,0 масс.% или по меньшей мере 1,2 масс.%, или по меньшей мере 2,0 масс.% композиции смазочного масла составляет сверхосновная моющая присадка.

В некоторых вариантах осуществления сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка обеспечивает от приблизительно 900 до приблизительно 2400 ppm кальция в готовой жидкости. В качестве дополнительного примера, одна или более сверхосновных кальциевых моющих присадок могут присутствовать в количестве, обеспечивающем от приблизительно 900 до приблизительно 2000 ppm кальция в готовой жидкости. В качестве дополнительного примера, одна или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок могут присутствовать в количестве, обеспечивающем от приблизительно 900 до приблизительно 2400 ppm кальция, или от приблизительно 900 до приблизительно 1800 ppm кальция, или от приблизительно 1100 до 1600 ppm кальция, или от приблизительно 1200 до 1500 ppm кальция в готовой жидкости.

Необязательная низкоосновная/нейтральная моющая присадка имеет TBN вплоть до 175 мг KOH/г, или вплоть до 150 мг KOH/г. Низкоосновная/нейтральная моющая присадка может включать кальцийсодержащую моющую присадку. Низкоосновная/нейтральная моющая присадка может быть выбрана из моющей присадки сульфоната кальция, моющей присадки фенолята кальция и моющей присадки салицилата кальция. В некоторых вариантах осуществления низкоосновная/нейтральная моющая присадка представляет собой кальцийсодержащую моющую присадку или смесь кальцийсодержащих моющих присадок. В некоторых вариантах осуществления низкоосновная/нейтральная моющая присадка представляет собой моющую присадку сульфоната кальция или моющую присадку фенолята кальция.

Низкоосновная/нейтральная моющая присадка составляет по меньшей мере 0,2 масс.% композиции смазочного масла. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 0,5 масс.%, или по меньшей мере 0,75 масс.%, или по меньшей мере 0,9 масс.%, или по меньшей мере 1,0 масс.%, или по меньшей мере 1,2 масс.%, или по меньшей мере 2,0 масс.% композиции смазочного масла составляет низкоосновная/нейтральная моющая присадка, которая необязательно может представлять собой низкоосновную/нейтральную кальцийсодержащую моющую присадку.

В некоторых вариантах осуществления низкоосновная/нейтральная кальцийсодержащая моющая присадка обеспечивают от приблизительно 50 до приблизительно 1000 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла относительно общей массы композиции смазочного масла. В некоторых вариантах осуществления низкоосновная/нейтральная кальцийсодержащая моющая присадка обеспечивают от 75 до менее 800 ppm по массе, или от 100 до 600 ppm по массе, или от 125 до 500 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла относительно общей массы композиции смазочного масла.

В некоторых вариантах осуществления композиция смазочного масла имеет отношение общего количества миллимолей металла (M) к TBN композиции смазочного масла, составляющее от более 4,5 до приблизительно 10,0. В некоторых вариантах осуществления отношение общего количества миллимолей металла (M) к TBN композиции смазочного масла составляет от более 8 до менее 10,0, или от 8 до 9,5, или от 8,1 до 9,0.

В некоторых вариантах осуществления, при использовании совместно со сверхосновной кальциевой моющей присадкой низкоосновной/нейтральной моющей присадки, отношение количества кальция в ppm по массе в композиции смазочного масла из низкоосновной/нейтральной моющей присадки к количеству кальция в ppm по массе в композиции смазочного масла из сверхосновной кальциевой моющей присадки, составляет от приблизительно 0,01 до приблизительно 1, или от приблизительно 0,03 до приблизительно 0,7, или от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,5, или от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,4.

Сверхосновная кальцийсодержащая моющая присадка может представлять собой моющую присадку сверхосновного сульфоната кальция. Моющая присадка сверхосновного сульфоната кальция может, необязательно, не включать моющие присадки сверхосновного салицилата кальция. Смазочное масло может, необязательно, не включать никаких магнийсодержащих моющих присадок, или не содержать магний. В любом из вариантов осуществления в описании общее количество натрия в смазочной композиции может быть ограничено до не более 150 ppm по массе натрия относительно общей массы композиции смазочного масла.

Титансодержащие соединения

Смазочная композиция может также включать одно или более маслорастворимых титансодержащих соединений. Маслорастворимые титансодержащие соединения могут выполнять функцию противоизносных агентов, модификаторов трения, антиоксидантов, противонагарных присадок или выполнять более одной из перечисленных функций. В некоторых вариантах осуществления включение титана в композицию смазочного масла неожиданно приводит к снижению числа случаев LSPI и, следовательно, отношения LSPI. Титан может использоваться в композиции смазочного масла для дополнительного усиления снижения числа случаев LSPI, обеспечиваемого снижением количества кальция в композиции смазочного масла.

Титансодержащие соединения могут выполнять функцию противоизносных агентов, модификаторов трения, антиоксидантов, противонагарных присадок или выполнять более одной из перечисленных функций. Среди титансодержащих соединений, которые могут быть использованы в раскрытой технологии, или которые могут быть использованы для получения маслорастворимых веществ согласно раскрытой технологии, находятся различные соединения Ti (IV), такие как оксид титана (IV); сульфид титана (IV); нитрат титана (IV); алкоголяты титана (IV), такие как метилат титана, этилат титана, пропилат титана, изопропилат титана, бутилат титана, 2-этилгексилат титана; и другие соединения или комплексы титана, включающие, но не ограниченные перечисленным, феноляты титана; карбоксилаты титана, такие как 2-этил-1-3-гександиоат титана (IV) или цитрат титана, или олеат титана; и (триэтаноламинато)изопропилат титана (IV). Другие формы титана, охватываемые раскрытой технологией, включают фосфаты титана, такие как дитиофосфаты титана (например, диалкилдитиофосфаты) и сульфонаты титана (например, алкилбензолульфонаты), или, в общем, продукт реакции соединений титана с различными кислотными веществами с образованием солей, таких как маслорастворимые соли. Соединения титана могут, такие образом, среди прочего быть получены из органических кислот, спиртов и гликолей. Соединения Ti могут также находиться в димерной или олигомерной форме, содержащей структуры Ti--O--Ti. Такие титановые вещества коммерчески доступны или могут легко быть получены подходящими методиками синтеза, что очевидно специалисту в данной области техники. При комнатной температуре они могут находиться в форме твердого вещества или жидкости, в зависимости от конкретного соединения. Они также могут быть предоставлены в форме раствора в подходящем инертном растворителе.

В одном из вариантов осуществления титан может быть предоставлен в виде титансодержащего дисперсанта, такого как модифицированный титаном дисперсант, такого как сукцинимидный дисперсант. Такие вещества могут быть получены образованием смешанного титанового ангидрида из алкоголята титана и гидрокарбил-замещенного сукцинового ангидрида, такого как алкенил- (или алкил-) сукциновый ангидрид. Полученное титанат-сукцинатное промежуточное соединение может быть использовано непосредственно, или оно может быть подвергнуто взаимодействию с любым количеством веществ, таких как (a) сукцинимидный/амидный дисперсант на основе полиамина, имеющий свободную, способную к конденсации функциональную группу --NH; (b) компоненты сукцинимидного/амидного дисперсанта на основе полиамина, т.е. алкенил- (или алкил-) сукциновый ангидрид и полиамин, (c) содержащий гидроксильные группы сложный полиэфирный дисперсант, полученный в результате взаимодействия замещенного сукцинового ангидрида с многоатомным спиртом, аминоспиртом, полиамином или их смесями. В качестве альтернативы, титанат-сукцинатное промежуточное соединение может быть подвергнуто взаимодействию с другими агентами, такими как спирты, аминоспирты, простые эфиры спиртов, простые полиэфиры спиртов или многоатомные спирты, или жирные кислоты, и продукт такого взаимодействия используется или непосредственно для обеспечения Ti в смазке, или подвергается дополнительному взаимодействию с сукциновыми дисперсантами, как описано выше. В качестве примера, 1 часть (мольная) тетраизопропилтитаната может быть подвергнута взаимодействию с приблизительно 2 частями (мольными) полиизобутен-замещенного сукцинового ангидрида при 140-150°C в течение от 5 до 6 часов с получением модифицированного титаном дисперсанта или промежуточного вещества. Полученное вещество (30 г) может быть подвергнуто дополнительному взаимодействию с сукцинимидным дисперсантом из полиизобутен-замещенного сукцинового ангидрида и полиэтиленполиаминной смеси (127 г плюс разбавляющее масло) при 150°C в течение 1,5 часов, с получением модифицированного титаном сукцинимидного дисперсанта. Иллюстративные титансодержащие дисперсанты раскрыты в патентах США № 8008237 и 8268759.

Еще одно титансодержащее соединение может представлять собой продукт реакции алкоголята титана и C₆–C₂₅ карбоновой кислоты. Продукт этой реакции может быть представлен следующей формулой:

где n представляет собой целое число, выбранное из 2, 3 и 4, и R представляет собой гидрокарбильную группу, содержащую от приблизительно 5 до приблизительно 24 атомов углерода, или продукт этой реакции может быть представлен формулой:

где все R¹, R², R³, и R⁴ являются одинаковыми или разными, и выбраны из гидрокарбильной группы, содержащей от приблизительно 5 до приблизительно 25 атомов углерода. Подходящие карбоновые кислоты для использования в этой реакции могут включать, но не ограничены перечисленным, капроновую кислоту, каприловую кислоту, лауриновую кислоту, миристиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту, арахидоновую кислоту, олеиновую кислоту, эруковую кислоту, линолевую кислоту, линоленовую кислоту, циклогексанкарбоновую кислоту, фенилуксусную кислоту, бензойную кислоту, неодекановую кислоту и тому подобные.

В вышеуказанных вариантах осуществления маслорастворимое титансодержащее соединение может присутствовать в композиции смазочного масла в количестве, достаточном для обеспечения от приблизительно 10 до приблизительно 3000 ppm по массе титана или от приблизительно 25 до приблизительно 1500 ppm по массе титана, или от приблизительно 35 ppm до приблизительно 500 ppm по массе титана, или от приблизительно 50 ppm по массе до приблизительно 350 ppm по массе титана.

В одном из вариантов осуществления маслорастворимое титансодержащее соединение предпочтительно представляет собой продукт реакции изопропилата титана и неодекановой кислоты. В другом варианте осуществления соединение титана предпочтительно представляет собой изопропилат титана. В еще одном варианте осуществления соединение титана предпочтительно представляет собой титансодержащий дисперсант.

В дополнительных вариантах осуществления малорастворимое соединение титана может представлять собой алкоголят титана (IV). Алкоголят титана может быть образован из одноатомного спирта, многоатомного спирта или их смесей. Однозамещенные алкоголяты могут иметь от 2 до 16 или от 3 до 10 атомов углерода. В одном варианте осуществления алкоголят титана может представлять собой изопропилат титана (IV). В одном варианте осуществления алкоголят титана может представлять собой 2-этилгексилат титана (IV). В одном варианте осуществления соединение титана может представлять собой алкоголят 1,2-двухатомного спирта или многоатомного спирта. В одном варианте осуществления 1,2-двухатомный спирт содержит глицериновый сложный моноэфир жирной кислоты, такой как олеиновая кислота. В одном варианте осуществления маслорастворимое соединение титана может представлять собой карбоксилат титана. В одном варианте осуществления карбоксилат титана (IV) может представлять собой неодеканоат титана.

Вольфрамсодержащие соединения

Смазочная композиция может также включать одно или более вольфрамсодержащих соединений. Вольфрамсодержащие соединения предпочтительно являются маслорастворимыми и могут выполнять функцию противоизносных агентов, модификаторов трения, антиоксидантов, противонагарных присадок или выполнять более одной из перечисленных функций. В некоторых вариантах осуществления включение вольфрама в композицию смазочного масла неожиданно приводит к снижению числа случаев LSPI и, следовательно, отношения LSPI. Вольфрам может использоваться в композиции смазочного масла для дополнительного усиления снижения числа случаев LSPI, обеспечиваемого снижением количества кальция в композиции смазочного масла.

Соединения вольфрама, подходящие для применения в композиции смазочного масла, могут включать элементарный вольфрам, вольфраморганическое соединение, оксид вольфрама, серосодержащее вольфраморганическое соединение, не содержащие серу и фосфор источники вольфрама и тому подобное.

Эти вольфрамсодержащие соединения могут включать алкил- или арилзамещенные соединения вольфрамата аммония. Подходящие алкилзамещенные соединения вольфрамата аммония описаны в Европейском патенте № EP 1618172 B1. Эти аммонийорганические соединения металла состоят из ионов поливольфрамата и ионов диалкиламмония вида R₂NH₂⁺, где радикалы —R представляют собой длинноцепочечные алкильные или арильные группы, такие как C₆-C₃₀ или C₁₀-C₂₄ алкильные или арильные группы. Одним из примеров такой группы является вольфрамат дитридециламмония, который может быть получен взаимодействием гидрата вольфрамовой кислоты с дитридециламином.

В качестве еще одного примера серосодержащее вольфраморганическое соединение может быть получено различными способами. Один из способов включает взаимодействие не содержащего серу и фосфор источника вольфрама с аминогруппой и одним или более источниками серы. Серосодержащие соединения вольфрама могут также быть получены в результате взаимодействия не содержащего серу источника вольфрама с аминогруппой или тиурамной группой и, необязательно, вторым источником серы.

Примеры не содержащих серу и фосфор источников вольфрама включают вольфрамовую кислоту, триоксид вольфрама, ортовольфрамат аммония, метавольфрамат аммония, паравольфрамат аммония, вольфрамат натрия, вольфрамат калия и галогениды вольфрама.

Другие соединения вольфрама включают, не ограничиваясь перечисленным, гексакарбонил вольфрама, этилат вольфрама, оксихлорид вольфрама, пентакарбонил-N-пентилизонитрил вольфрама, силицид вольфрама, вольфрамовую кислоту, циклические соединения вольфрама, аминоорганические соединения вольфрама, фосфены вольфрама, органооксовольфраматы.

Другие соединения вольфрама могут быть в форме присадочных соединений для смазки, представляющих собой наносплавы вольфрама, такие как, не ограничиваясь перечисленным, MgWO₄, CaWO₄, ZnWO₄ и тому подобные.

Вольфрам может быть маслорастворимым или диспергированным в, или смешанным со смазкой. Доступные вольфрамсодержащие соединения и их получение представлены в международной публикации № WO 20071009022.

Вольфрамсодержащая присадка может быть добавлена в количестве, достаточном для получения конечной концентрации по меньшей мере 125 ppm по массе, или по меньшей мере 200 ppm по массе, или по меньшей мере 300 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла относительно общей массы композиции смазочного масла. Вольфрамсодержащая присадка может быть добавлена в количестве, достаточном для получения конечной концентрации, составляющей 125-3000 ppm по массе, или 200-2000 ppm по массе, или 300-1000 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла.

Подходящий пример вольфрамсодержащего соединения, которое может быть использовано, включает коммерчески доступный вольфрамат диалкиламмония, продаваемый под товарным знаком VanLube™ W-324 (Vanderbilt Chemicals, LLC).

Базовое масло

Базовое масло, используемое в раскрытых в настоящем описании композициях смазочного масла, может быть выбрано из любого из базовых масел I-V группы, как установлено в «Рекомендациях по взаимозаменяемости базовых масел» Американского института нефти (API). Пять групп базовых масел являются следующими:

Таблица 1

I, II, и III группы представляют собой исходные минеральные технологические масла. Базовые масла IV группы содержат истинные синтетические химические соединения, получаемые полимеризацией олефинненасыщенных углеводородов. Многие базовые масла V группы также являются истинно синтетическими продуктами и могут включать сложные диэфиры, сложные эфиры многоатомных спиртов, полиалкиленгликоли, алкилированные ароматические соединения, полифосфатные сложные эфиры, поливиниловые простые эфиры и/или полифенильные простые эфиры, и тому подобные, но также могут представлять собой природные масла, такие как растительные масла. Следует отметить, что, несмотря на то, что базовые масла III группы получают из минерального масла, тщательная обработка, которой подвергаются эти жидкости, приводит к тому, что их физические свойства становятся очень схожими с некоторыми истинными синтетическими соединениями, такими как PAO. Следовательно, масла, полученные из базовых масел III группы, могут называться синтетическими жидкостями в данной отрасли.

Базовое масло, используемое в раскрытой в настоящем документе композиции смазочного масла, может представлять собой минеральное масло, масло животного происхождения, растительное масло, синтетическое масло или их смеси. Подходящие масла могут быть получены гидрокрекингом, гидрированием, гидроочисткой, из неочищенных, очищенных и повторно очищенных масел, и их смесей.

Неочищенные масла представляют собой масла, полученные из природного, минерального или синтетического источника, без дальнейшей очищающей обработки или с небольшим ее количеством. Очищенные масла схожи с неочищенными и отличаются тем, что подвергаются обработке на одной или более стадиях очистки, что может привести к улучшению одного или более свойств. Примеры подходящих методов очистки включают экстракцию растворителем, вторичную перегонку, экстракцию кислотами или основаниями, фильтрацию, перколяцию и тому подобное. Масла, очищенные до характеристик пищевых масел, могут быть или не быть полезными. Пищевые масла могут также называться белыми маслами. В некоторых вариантах осуществления композиции смазочного масла не содержат пищевых или белых масел.

Повторно очищенные масла также известны как регенерированные или переработанные масла. Эти масла получают схожим образом с очищенными маслами, используя те же самые или схожие процессы. Часто эти масла дополнительно обрабатывают методами, направленными на удаление выработанных присадок и продуктов разложения масла.

Минеральные масла могут включать масла, полученные из буровых скважин или из растений или животных, или любые их смеси. Например, такие масла могут включать, но не ограничены перечисленным, касторовое масло, лярдовое масло, оливковое масло, арахисовое масло, кукурузное масло, соевое масло и льняное масло, а также минеральные смазочные масла, такие как жидкие нефтяные масла и обработанные растворителем или кислотой минеральные смазочные масла парафинового, нафтенового или смешанного парафино-нафтенового типов. Такие масла могут при необходимости быть частично или полностью гидрированными. Также могут быть полезными масла, полученные из угля или глинистых сланцев.

Полезные синтетические смазочные масла могут включать углеводородные масла, такие как полимеризованные, олигомеризованные или интерполимеризованные олефины (например, полибутилены, полипропилены, сополимеры полипропилен/изобутилена); поли(1-гексаны), поли(1-октены), тримеры или олигомеры 1-децена, например, поли(1-децены), такие вещества часто называют α-олефинами, и их смеси; алкилбензолы (например, додецилбензолы, тетрадецилбензолы, динонилбензолы, ди-(2-этилгексил)-бензолы); полифенилы (например, бифенилы, терфенилы, алкилированные полифенилы); дифенилалканы, алкилированные дифенилалканы, алкилированные дифениловые простые эфиры и алкилированные дифенилсульфиды и их производные, их аналоги или гомологи, или их смеси. Полиальфаолефины обычно представляют собой гидрированные вещества.

Другие синтетические смазочные масла включают сложные эфиры многоатомных спиртов, сложные диэфиры, жидкие сложные эфиры фосфорсодержащих кислот (например, трикрезилфосфат, триоктилфосфат и диэтиловый сложный эфир децилфосфоновой кислоты) или полимерные тетрагидрофураны. Синетические масла могут быть получены в ходе реакций Фишера-Тропша и обычно могут представлять собой гидроизомеризованные углеводороды или парафины Фишера-Тропша. В одном из вариантов осуществления масла могут быть получены в ходе синтеза Фишера-Тропша по превращению природного газа в жидкости, а также другие масла, полученные превращением природного газа в жидкость.

Более 50 масс.% базового масла, включенного в смазочную композицию, может быть выбрано из группы, состоящей из I группы, II группы, III группы, IV группы, V группы и комбинации двух или более из вышеуказанного, и где более 50 масс.% базового масла отличается от базовых масел, являющихся результатом включения в композицию присадочных компонентов или увеличителей индекса вязкости. В еще одном варианте осуществления более 50 масс.% базового масла, включенного в смазочную композицию, может быть выбрано из группы, состоящей из II группы, III группы, IV группы, V группы и комбинации двух или более из вышеуказанного, и где более 50 масс.% базового масла отличается от базовых масел, являющихся результатом включения в композицию присадочных компонентов или увеличителей индекса вязкости.

Количество масла смазочной вязкости может представлять собой остаток после вычитания из 100 масс.% суммы количества функциональных присадок, включающих увеличитель(ли) индекса вязкости и/или депрессант(ы), понижающий(ие) температуру застывания, и/или другие присадки с высокими эксплуатационными характеристиками. Например, масло смазочной вязкости, которое может присутствовать в готовой жидкости, может составлять основное количество, такое как более приблизительно 50 масс.%, более приблизительно 60 масс.%, более приблизительно 70 масс.%, более приблизительно 80 масс.%, более приблизительно 85 масс.% или более приблизительно 90 масс.%.

Композиция смазочного масла может содержать не более 10 масс.% базового масла IV группы, базового масла V группы или их комбинации. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиции смазочного масла содержат менее 5 масс.% базового масла V группы. Композиция смазочного масла не содержит никаких базовых масел IV группы. Композиция смазочного масла не содержит никаких базовых масел V группы.

В других вариантах осуществления композиция смазочного масла дополнительно включает один или более необязательных компонентов, выбранных из различных присадок, описанных ниже.

Антиоксиданты

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут также необязательно содержать один или более антиоксидантов. Соединения с антиоксидантными свойствами хорошо известны и включают, например, феноляты, сульфиды фенолятов, сульфитированные олефины, фосфосульфитированные терпены, сульфитированные сложные эфиры, ароматические амины, алкилированные дифениламины (например, нонилдифениламин, динонилдифениламин, октилдифениламин, диокстилдифениламин), фенил-альфа-нафтиламины, алкилированные фенил-альфа-нафтиламины, затрудненные неароматические амины, фенолы, затрудненные фенолы, маслорастворимые соединения молибдена, макромолекулярные антиоксиданты или их смеси. Соединения с антиоксидантными свойствами могут быть использованы по отдельности или в комбинации.

Затрудненный фенольный антиоксидант в качестве стерически затрудняющей группы может содержать вторичную бутиловую и/или третичную бутиловую группу. Фенольная группа может быть дополнительно замещена гидрокарбильной группой и/или мостиковой группой, связывающей со второй ароматической группой. Примеры подходящих затрудненных фенольных антиоксидантов включают 2,6-ди-трет-бутилфенол, 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол, 4-этил-2,6-ди-трет-бутилфенол, 4-пропил-2,6-ди-трет-бутилфенол или 4-бутил-2,6-ди-трет-бутилфенол, или 4-додецил-2,6-ди-трет-бутилфенол. В одном из вариантов осуществления затрудненный фенольный антиоксидант может представлять собой сложный эфир и может включать, например, IRGANOX™ L-135, продаваемый компанией BASF, или продукт присоединения 2,6-ди-трет-бутилфенола и алкилакрилата, где алкильная группа может содержать от приблизительно 1 до приблизительно 18, или от приблизительно 2 до приблизительно 12, или от приблизительно 2 до приблизительно 8, или от приблизительно 2 до приблизительно 6, или приблизительно 4 атома углерода. Еще один коммерчески доступный затрудненный фенольный антиоксидант может представлять собой сложный эфир и может включать ETHANOX™ 4716, продаваемый компанией Albemarle Corporation.

Полезные антиоксиданты могут включать диариламины и высокомолекулярные фенолы. В одном варианте осуществления композиция смазочного масла может содержать смесь диариламина и высокомолекулярного фенола, так что каждый антиоксидант может присутствовать в количестве, достаточном для того, чтобы составить вплоть до приблизительно 5 масс.% конечной массы композиции смазочного масла. В одном варианте осуществления антиоксидант может представлять собой смесь от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,5 масс.% диариламина и от приблизительно 0,4 до приблизительно 2,5 масс.% высокомолекулярного фенола относительно конечной массы композиции смазочного масла.

Примеры подходящих олефинов, которые могут быть сульфитированы с образованием сульфитированного олефина, включают пропилен, бутилен, изобутилен, полиизобутилен, пентен, гексен, гептен, октен, нонен, децен, ундецен, додецен, тридецен, тетрадецен, пентадецен, гексадецен, гептадецен, октадецен, нонадецен, эйкозен или их смеси. В одном из вариантов осуществления особенно полезными олефинами являются гексадецен, гептадецен, октадецен, нонадецен, эйкозен или их смеси, и их димеры, тримеры и тетрамеры. В качестве альтернативы, олефин может представлять собой продукт присоединения по Дильсу-Альдеру диена, такого как 1,3-бутадиен, и ненасыщенного сложного эфира, такого как бутилакрилат.

Еще один класс сульфитированных олефинов включает сульфитированные жирные кислоты и их сложные эфиры. Жирные кислоты часто получают из растительного масла или масла животного происхождения, и обычно они содержат от приблизительно 4 до приблизительно 22 атомов углерода. Примеры подходящих жирных кислот и их сложных эфиров включают триглицериды, олеиновую кислоту, линоленовую кислоту, пальмитинолеиновую кислоту или их смеси. Часто жирные кислоты получают из лярдового масла, таллового масла, арахисового масла, соевого масла, хлопкового масла, подсолнечного масла или их смесей. Жирные кислоты и/или сложные эфиры могут быть смешаны с олефинами, такими как α-олефины.

Один или более антиоксидантов могут присутствовать в количестве от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 20 масс.%, или от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 10 масс.%, или от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 5 масс.% относительно массы композиции смазочного масла.

Противоизносные агенты

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут также необязательно содержать одну или более противоизносных агентов. Примеры подходящих противоизносных агентов включают, но не ограничены перечисленным, тиофосфат металла; диалкилдитиофосфат металла; сложный эфир фосфорной кислоты или его соль; фосфатный(ые) сложный(ые) эфир(ы); фосфит; фосфорсодержащий сложный эфир, простой эфир или амид карбоновой кислоты; сульфитированный олефин; тиокарбаматсодержащие соединения, включающие тиокарбаматные сложные эфиры, тиокарбаматы с присоединенным алкиленом и бис(S-алкилдитиокарбамил)дисульфиды; и их смеси. Подходящий противоизносный агент может представлять собой дитиокарбамат молибдена. Фосфорсодержащие противоизносные агенты более подробно описаны в Европейском патенте № 612839. Металл в составе диалкилдитиофосфатных солей может представлять собой щелочной металл, щелочноземельный металл, алюминий, свинец, олово, молибден, марганец, никель, медь, титан или цинк. Полезный противоизносный агент может представлять собой диалкилтиофосфат цинка.

Дополнительные примеры подходящих противоизносных агентов включают соединения титана, тартраты, тартримиды, маслорастворимые аминные соли фосфорсодержащих соединений, сульфитированные олефины, фосфиты (такие как дибутилфосфит), фосфонаты, тиокарбаматсодержащие соединения, такие как тиокарбаматные сложные эфиры, тиокарбаматные амиды, тиокарбаматные простые эфиры, тиокарбаматы с присоединенными алкиленами и бис(S-алкилдитиокарбамил) дисульфиды. Тартраты или тратримиды могут содержать алкил-сложноэфирные группы, где сумма атомов углерода в алкильных группах может составлять по меньшей мере 8. Противоизносные агенты могут в одном из вариантов осуществления включать цитрат.

Противоизносный агент может присутствовать в количествах, включающих от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 15 масс.%, или от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 10 масс.%, или от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 5 масс.%, или от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 3 масс.% относительно массы композиции смазочного масла.

Соединение с противоизносными свойствами может представлять собой дигидрокарбилдитиофосфат цинка (ZDDP) с отношением P:Zn, составляющим от приблизительно 1:0,8 до приблизительно 1:1,7.

Борсодержащие соединения

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут необязательно содержать одно или более борсодержащих соединений.

Примеры борсодержащих соединений включают сложные эфиры борной кислоты, борированные жирные амины, борированные эпоксиды, борированные моющие присадки и борированные дисперсанты, такие как борированные сукцинимидные дисперсанты, как описано в патенте США № 5883057.

Борсодержащее соединение, если оно присутствует, может использоваться в количестве, достаточном для того, чтобы составить вплоть до приблизительно 8 масс.%, от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 7 масс.%, от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 5 масс.%, или от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 3 масс.% массы композиции смазочного масла.

Дисперсанты

Композиция смазочного масла может необязательно дополнительно содержать один или более дисперсантов или их смеси. Дисперсанты часто называют дисперсантами беззольного типа, поскольку до смешивания с компонентами композиции смазочного масла они не содержат золообразующих металлов и обычно не привносят никакой золы при добавлении в смазку. Дисперсанты беззольного типа отличаются наличием полярной группы, присоединенной к относительно высокомолекулярной углеводородной цепи. Типичные беззольные дисперсанты включают N-замещенные длинноцепочечные алкенилсукцинимиды. Примеры N-замещенных длинноцепочечных алкенилсукцинимидов включают полиизобутиленсукцинимид со среднечисловой молекулярной массой полиизобутиленового заместителя от приблизительно 350 до приблизительно 50000, или до приблизительно 5000, или до приблизительно 3000. Сукцинимидные дисперсанты и их получение раскрыты, например, в патенте США № 7897696 или в патенте США № 4234435. Полиолефин может быть получен из полимеризуемых мономеров, содержащих от приблизительно 2 до приблизительно 16, или от приблизительно 2 до приблизительно 8, или от приблизительно 2 до приблизительно 6 атомов углерода. Сукцинимидные дисперсанты обычно представляют собой имид, образованный из полиамина, обычно поли(этиленамина).

В одном варианте осуществления настоящее изобретение дополнительно содержит по меньшей мере один полиизобутиленсукцинимидный дисперсант, полученный из полиизобутилена со среднечисловой молекулярной массой от приблизительно 350 до приблизительно 50000, или до приблизительно 5000, или до приблизительно 3000. Полиизобутиленсукцинимид может быть использован по отдельности или в комбинации с другими дисперсантами.

В некоторых вариантах осуществления полиизобутилен (PIB), если он присутствует, может содержать более 50 мол.%, более 60 мол.%, более 70 мол.%, более 80 мол.% или более 90 мол.% концевых двойных связей. Такой PIB также называют высокореакционноспособным PIB («HR-PIB»). HR-PIB со среднечисловой молекулярной массой от приблизительно 800 до приблизительно 5000 подходит для применения в вариантах осуществления в настоящем описании. Общепринятый PIB обычно содержит менее 50 мол.%, менее 40 мол.%, менее 30 мол.%, менее 20 мол.% или менее 10 мол.% концевых двойных связей.

Подходящим может быть HR-PIB со среднечисловой молекулярной массой от приблизительно 900 до приблизительно 3000. Такой HR-PIB является коммерчески доступным, или он может быть синтезирован полимеризацией изобутена в присутствии нехлорированного катализатора, такого как трифторид бора, как описано в патенте США № 4152499 (Boerzel, et al.) и патенте США № 5739355 (Gateau, et al). При использовании в вышеупомянутой термической еновой реакции HR-PIB может обеспечить более высокие степени превращения в реакции, а также меньшие количества образованного осадка вследствие повышенной реакционной способности. Подходящий способ описан в патенте США № 7897696.

В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение дополнительно содержит по меньшей мере один дисперсант, полученный из полиизобутиленсукцинового ангидрида («PIBSA»). PIBSA может в среднем иметь от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,0 фрагментов янтарной кислоты на полимер.

Процент активной фракции алкенил- или алкилсукцинового ангидрида может быть определен с помощью хроматографического метода. Данный способ описан в кол. 5 и 6 патента США № 5334321.

Процент превращения полиолефина рассчитывают на основании % активной фракции по уравнению в кол. 5 и 6 патента США № 5334321.

Если не указано иное, все проценты представляют собой массовые проценты, все молекулярные массы представляют собой среднечисловые молекулярные массы.

В одном из вариантов осуществления дисперсант может быть получен из полиальфаолефин (PAO) сукцинового ангидрида.

В одном из вариантов осуществления дисперсант может быть получен из сополимера олефина и малеинового ангидрида. Например, дисперсант может быть описан как поли-PIBSA.

В одном варианте осуществления дисперсант может быть получен из ангидрида, привитого на сополимер этилен-пропилена.

Одним из классов подходящих дисперсантов могут быть основания Манниха. Основания Манниха представляют собой вещества, образующиеся в результате конденсации высокомолекулярного алкилзамещенного фенола, полиалкиленполиамина и альдегида, такого как формальдегид. Основания Манниха более подробно описаны в патенте США № 3634515.

Подходящий класс дисперсантов может представлять собой высокомолекулярные сложные эфиры или неполные сложные эфирамиды.

Подходящий дисперсант может также быть впоследствии обработан общепринятыми способами путем взаимодействия с любым из ряда агентов. Они включают бор, мочевину, тиомочевину, димеркаптотиадиазолы, дисульфид углерода, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, углеводород-замещенные сукциновые ангидриды, малеиновый ангидрид, нитрилы, эпоксиды, карбонаты, циклические карбонаты, затрудненные фенольные сложные эфиры и соединения фосфора. Патенты США №№ US 7645726, US 7214649 и US 8048831 полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

Помимо последующей обработки карбонатами и борными кислотами, соединения также могут быть впоследствии обработаны или дополнительно впоследствии обработаны с помощью различных вариантов последующей обработки, направленных на улучшение или придание иных свойств. Такие варианты последующей обработки включают приведенные в кол. 27-29 патента США № 5241003, включенного в настоящий документ посредством ссылки. Такие варианты обработки включают обработку:

Неорганическими фосфорными кислотами или ангидридами (например, патенты США №№ 3403102 и 4648980);

Органическими фосфорными соединениями (например, патент США № 3502677);

Пентасульфидами фосфора;

Соединениями бора, как уже упомянуто выше (например, патенты США №№ 3178663 и 4652387);

Карбоновой кислотой, поликарбоновыми кислотами, ангидридами и/или галогенангидридами (например, патенты США №№ 3708522 и 4948386);

Эпоксидами, полиэпоксидами или тиоэпоксидами (например, патенты США №№ 3859318 и 5026495);

Альдегидом или кетоном (например, патент США № 3458530);

Дисульфидом углерода (например, патент США № 3256185);

Глицидиловым спиртом (например, патент США № 4617137);

Мочевиной, тиомочевиной или гуанидином (например, патенты США №№ 3312619, 3865813, и патент Великобритании № GB 1065595);

Органической сульфоновой кислотой (например, патент США № 3189544 и патент Великобритании № GB 2140811);

Алкенилцианидом (например, патенты США №№ 3278550 и 3366569);

Дикетеном (например, патент США № 3546243);

Диизоцианатом (например, патент США № 3573205);

Алкансультоном (например, патент США № 3749695);

1,3-дикарбонильным соединением (например, патент США № 4579675);

Сульфатом алкоксилированного спирта или фенола (например, патент США № 3954639);

Циклическим лактоном (например, патенты США №№ 4617138, 4645515, 4668246, 4963275 и 4971711);

Циклическим карбонатом или тиокарбонатом, линейным монокарбонатом ли поликарбонатом, или хлорформиатом (например, патенты США №№ 4612132, 4647390, 4648886, 4670170);

Азотсодержащей карбоновой кислотой (например, патент США № 4971598 и патент Великобритании № 2140811);

Гидроксизащищенным хлордикарбонилокси соединением (например, патент США № 4614522);

Лактамом, тиолактамом, тиолактоном или дитиолактоном (например, патенты США №№ 4614603 и 4666460);

Циклическим карбонатом или тиокарбонатом, линейным монокарбонатом или поликарбонатом, или хлорформиатом (например, патенты США №№ 4612132, 4647390, 4646886 и 4670170);

Азотсодержащей карбоновой кислотой (например, патент США №4971598 и патент Великобритании № 2440811);

Гидроксизащищенным хлордикарбонилокси соединением (например, патент США № 4614522);

Лактамом, тиолактамом, тиолактоном или дитиолактоном (например, патенты США №№ 4614603 и 4666460);

Циклическим карбаматом, циклическим тиокарбаматом или циклическим дитиокарбаматом (например, патенты США №№ 4663062 и 4666459);

Гидроксиалифатической карбоновой кислотой (например, патенты США №№ 4482464, 4521318, 4713189);

Окислителем (например, патент США № 4379064);

Комбинацией пентасульфида фосфора и полиалкиленполиамина (например, патент США № 3185647);

Комбинацией карбоновой кислоты или альдегида или кетона и серы или хлорида серы (например, патенты США №№ 3390086, 3470098);

Комбинацией гидразина и дисульфида углерода (например, патент США № 3519564);

Комбинацией альдегида и фенола (например, патенты США №№ 3649229, 5030249, 5039307);

Комбинацией альдегида и O-диэфира дитиофосфорной кислоты (например, патент США № 3865740);

Комбинацией гидроксиалифатической карбоновой кислоты и борной кислоты (например, патент США № 4554086);

Комбинацией гидроксиалифатической карбоновой кислоты, формальдегида и фенола (например, патент США № 4636322);

Комбинацией гидроксиалифатической карбоновой кислоты и алифатической дикарбоновой кислоты (например, патент США № 4663064);

Комбинацией формальдегида и фенола, и затем гликолевой кислотой (например, патент США № 4699724);

Комбинацией гидроксиалифатической карбоновой кислоты или щавелевой кислоты, и затем диизоцианатом (например, патент США № 4713191);

Комбинацией неорганической кислоты или ангидрида фосфорной кислоты или ее частичного или полного серного аналога, и соединения бора (например, патент США № 4857214);

Комбинацией органической двухосновной кислоты, затем ненасыщенной жирной кислотой и затем нитрозоароматическим амином, затем необязательно соединением бора и затем гликолирующим агентом (например, патент США № 4973412);

Комбинацией альдегида и триазола (например, патент США № 4963278);

Комбинацией альдегида и триазола, затем соединением бора (например, патент США № 4981492);

Комбинацией циклического лактона и соединения бора (например, патенты США №№ 4963275 и 4971711). Вышеуказанные патенты полностью включены в настоящий документ.

TBN подходящего дисперсанта может составлять от приблизительно 10 до приблизительно 65 при отсутствии масла, что сравнимо со значением TBN от приблизительно 5 до приблизительно 30 при измерении на образце дисперсанта, содержащем приблизительно 50% разбавляющего масла.

Дисперсант, если он присутствует, может быть использован в количестве, достаточном для того, чтобы составить вплоть до приблизительно 20 масс.% конечной массы композиции смазочного масла. Другое количество дисперсанта, которое может быть использовано, может составлять от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 15 масс.%, или от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 10 масс.%, или от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 10 масс.%, или от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 6 масс.%, или от приблизительно 7 масс.% до приблизительно 12 масс.% относительно конечной массы композиции смазочного масла. В некоторых вариантах осуществления в композиции смазочного масла используется система смешанных дисперсантов. Может быть использован один тип или смесь двух или более типов дисперсантов в любом необходимом соотношении.

Модификаторы трения

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут также необязательно содержать один или более модификаторов трения. Подходящие модификаторы трения могут содержать металлсодержащие и не содержащие металл модификаторы трения, и могут включать, но не ограничены перечисленным, имидазолины, амиды, амины, сукцинимиды, алкоксилированные амины, алкоксилированные сложные эфирамины, оксиды аминов, амидоамины, нитрилы, бетаины, четвертичные аммониевые соединения, имины, соли аминов, аминогуанадин, алканоламиды, фосфонаты, металлсодержащие соединения, сложные эфиры глицерина, сульфитированные жирные соединения и олефины, подсолнечное масло, другие природные масла растительного или животного происхождения, сложные эфиры дикарбоновых кислот, сложные эфиры или неполные сложные эфиры многоатомного спирта и одной или более алифатических или ароматических карбоновых кислот, и тому подобные.

Подходящие модификаторы трения могут содержать гидрокарбильные группы, выбранные из гидрокарбильных групп с неразветвленной цепью, разветвленной цепью или ароматических гидрокарбильных групп или их смесей, и могут быть насыщенными или ненасыщенными. Гидрокарбильные группы могут состоять из углерода и водорода или гетероатомов, таких как сера или кислород. Гидрокарбильные группы могут состоять из от приблизительно 12 до приблизительно 25 атомов углерода. В некоторых вариантах осуществления модификатор трения может представлять собой длинноцепочечный сложный эфир жирной кислоты. В еще одном варианте осуществления длинноцепочечный сложный эфир жирной кислоты может представлять собой сложный моноэфир или сложный диэфир, или (три)глицерид. Модификатор трения может представлять собой длинноцепочечный жирный амид, длинноцепочечный жирный сложный эфир, длинноцепочечные жирные эпоксидные производные или длинноцепочечный имидазолин.

Другие подходящие модификаторы трения могут включать органические, беззольные (не содержащие металл), не содержащие азот органические модификаторы трения. Такие модификаторы трения могут включать сложные эфиры, образованные в результате взаимодействия карбоновых кислот и ангидридов с алканолами, и обычно включающие полярную концевую группу (например, карбоксильную или гидроксильную), ковалентно связанную с олеофильной углеводородной цепью. Общеизвестным примером органического беззольного не содержащего азот модификатора трения является глицеринмоноолеат (GMO), который может содержать сложные моно-, ди- и триэфиры олеиновой кислоты. Другие подходящие модификаторы трения описаны в патенте США № 6723685, полностью включенном в настоящий документ посредством ссылки.

Аминные модификаторы трения могут включать амины или полиамины. Такие соединения могут иметь линейные гидрокарбильные группы, насыщенные или ненасыщенные, или их смесь, и могут содержать от приблизительно 12 до приблизительно 25 атомов углерода. Дополнительные примеры подходящих модификаторов трения включают алкоксилированные амины и алкоксилированные сложные эфирамины. Такие соединения могут иметь линейные гидрокарбильные группы, насыщенные или ненасыщенные, или их смесь. Они могут содержать от приблизительно 12 до приблизительно 25 атомов углерода. Примеры включают этоксилированные амины и этоксилированне сложные эфирамины.

Амины и амиды могут быть использованы сами по себе или в форме продукта присоединения или продукта реакции с соединением бора, таким как оксид бора, галогенид бора, метаборат, борная кислота или моно-, ди- или триалкилборат. Другие подходящие модификаторы трения описаны в патенте США № 6300291, полностью включенном в настоящий документ посредством ссылки.

Модификатор трения может необязательно присутствовать в таком количестве, как от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 10 масс.%, или от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 8 масс.%, или от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 4 масс.%.

Молибденсодержащий компонент

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут также необязательно содержать одно или более молибденсодержащих соединений. Маслорастворимое соединение молибдена может выполнять функцию противозносного агента, антиоксиданта, модификатора трения или их смесей. Маслорастворимое соединение молибдена может включать дитиокарбаматы молибдена, диалкилдитиофосфаты молибдена, дитиофосфинаты молибдена, аминные соли соединений молибдена, ксантаты молибдена, тиоксантаты молибдена, сульфиды молибдена, карбоксилаты молибдена, алкоголяты молибдена, трехъядерное молибденорганическое соединение и/или их смеси. Сульфиды молибдена включают дисульфид молибдена. Дисульфид молибдена может находиться в форме стабильной дисперсии. В одном из вариантов осуществления маслорастворимое соединение молибдена может быть выбрано из группы, состоящей из дитиокарбаматов молибдена, диалкилдитиофосфатов молибдена, аминных солей соединений молибдена и их смесей. В одном из вариантов осуществления маслорастворимое соединение молибдена может представлять собой дитиокарбамат молибдена.

Подходящие примеры соединений молибдена, которые могут быть использованы, включают коммерчески доступные вещества, продаваемые под такими товарными знаками, как Molyvan 822™, Molyvan™ A, Molyvan 2000^TM и Molyvan 855^TM компанией R. T. Vanderbilt Co., Ltd., и Sakura-Lube™ S-165, S-200, S-300, S-310G, S-525, S-600, S-700 и S-710, коммерчески доступные от компании Adeka Corporation, и их смеси. Подходящие молибденовые компоненты описаны в патентах США №№ US 5650381, US RE 37363 E1, US RE 38929 E1 и US RE 40595 E1, полностью включенных в настоящий документ посредством ссылки.

Кроме того, соединение молибдена может представлять собой кислотное соединение молибдена. Такие соединения включают молибденовую кислоту, молибдат аммония, молибдат натрия, молибдат калия и другие молибдаты щелочных металлов, и другие соли молибдена, например, гидромолибдат натрия, MoOCl₄, MoO₂Br₂, Mo₂O₃Cl₆, триоксид молибдена или схожие кислотные соединения молибдена. В качестве альтернативы, в качестве источника молибдена в композициях могут выступать комплексы молибдена/серы с основными азотными соединениями, как описано, например, в патентах США №№ 4263152, 4285822, 4283295, 4272387, 4265773, 4261843, 4259195 и 4259194; и публикации заявки на патент США № 2002/0038525, полностью включенных в настоящий документ посредством ссылки.

Еще один класс подходящих молибденорганических соединений представляет собой трехъядерные соединения молибдена, такие как соединения формулы Mo₃S_kL_nQ_z и их смеси, где S представляет собой серу, L представляет собой независимо выбранные лиганды, имеющие органические группы с числом атомов углерода, достаточным для того, чтобы придать соединению растворимость или диспергируемость в масле, n составляет от 1 до 4, k составляет от 4 до 7, Q выбран из группы нейтральных электронодонорных соединений, таких как вода, амины, спирты, фосфины и простые эфиры, и z составляет от 0 до 5 и включает нестехиометрические значения. Все органические группы лигандов могут содержать всего по меньшей мере 21 атом углерода, как, например, по меньшей мере 25, по меньшей мере 30 или по меньшей мере 35 атомов углерода. Дополнительные подходящие соединения молибдена описаны в патенте США № 6723685, полностью включенном в настоящий документ посредством ссылки.

Маслорастворимое соединение молибдена может присутствовать в количестве, достаточном для обеспечения от приблизительно 0,5 ppm до приблизительно 2000 ppm, от приблизительно 1 ppm до приблизительно 700 ppm, от приблизительно 1 ppm до приблизительно 550 ppm, от приблизительно 5 ppm до приблизительно 300 ppm или от приблизительно 20 ppm до приблизительно 250 ppm молибдена.

Соединения, содержащие дополнительные переходные металлы

В еще одном варианте осуществления маслорастворимое соединение может представлять собой соединение, содержащее дополнительный переходный металл или металлоид. Дополнительные переходные металлы могут включать, но не ограничены перечисленным, ванадий, медь, цинк, цирконий, молибден, тантал, вольфрам и тому подобные. Подходящие металлоиды включают, но не ограничены перечисленным, бор, кремний, сурьму, теллур и тому подобные.

Увеличители индекса вязкости

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла могут также необязательно содержать один или более увеличителей индекса вязкости. Подходящие увеличители индекса вязкости могут включать полиолефины, сополимеры олефинов, сополимеры этилена/пропилена, полиизобутены, гидрированные полимеры стирол-изопрена, сополимеры стирола/сложного малеинового эфира, гидрированные сополимеры стирола/бутадиена, гидрированные полимеры изопрена, сополимеры альфа-олефина и малеинового ангидрида, полиметакрилаты, полиакрилаты, полиалкилстиролы, гидрированные сополимеры алкениларил конъюгированных диенов или их смеси. Увеличители индекса вязкости могут включать звездообразные полимеры, и подходящие примеры описаны в патенте США № 8999905 B2.

Раскрытые в настоящем описании композиции смазочного масла в дополнение к увеличителю индекса вязкости или вместо увеличителя индекса вязкости также могут необязательно содержать один или более диперсантов-увеличителей индекса вязкости. Подходящие увеличители индекса вязкости могут включать функционализированные полиолефины, например, сополимеры этилен-пропилена, функционализированные продуктом реакции ацилирующего агента (такого как малеиновый ангидрид) и амина; полиметакрилаты, функционализированные амином, или эстерифицированные сополимеры малеинового ангидрида-стирола, подвергнутые взаимодействию с амином.

Общее количество увеличителя индекса вязкости и/или диперсанта-увеличителя индекса вязкости может составлять от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 20 масс.%, от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 15 масс.%, от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 12 масс.% или от приблизительно 0,5 масс.% до приблизительно 10 масс.% относительно массы композиции смазочного масла.

Другие необязательные присадки

Другие присадки могут быть выбраны для выполнения одной или более функций, требуемых от смазочной жидкости. Кроме того, одна или более из вышеуказанных присадок может быть многофункциональной и выполнять функции в дополнение к функциям, установленным в настоящем описании, или отличающиеся от них.

Композиция смазочного масла согласно настоящему описанию может необязательно содержать другие функциональные присадки. Другие функциональные присадки могут быть включены в дополнение к присадкам, перечисленным в настоящем описании, и/или могут включать один или более дезактиваторов металла, увеличителей индекса вязкости, моющих присадок, беззольных увеличителей TBN, модификаторов трения, противоизносных агентов, замедлителей коррозии, замедлителей ржавления, дисперсантов, дисперсантов-увеличителей индекса вязкости, противозадирных присадок, антиоксидантов, противопенных присадок, деэмульгаторов, эмульгаторов, депрессантов, понижающих температуру застывания, присадок для уплотняющего разбухания и их смесей. Обычно полностью готовое к использованию смазочное масло содержит одну или более из этих функциональных присадок.

Подходящие дезактиваторы металла могут включать производные бензотриазолов (обычно толилтриазол), производные димеркаптотиадиазола, 1,2,4-триазолы, бензимидазолы, 2-алкилдитиобензимидазолы или 2-алкилдитиобензотиазолы; противопенные присадки включают сополимеры этилакрилата и 2-этилгексилакрилата и, необязательно, винилацетата; деэмульгаторы включают триалкилфосфаты, полиэтиленгликоли, полиэтиленоксиды, полипропиленоксиды и полимеры этиленоксида-пропиленоксида; депрессанты, понижающие температуру застывания, включают сложные эфиры малеинового ангидрида-стирола, полиметакрилаты, полиакрилаты или полиакриламиды.

Подходящие противопенные присадки включают соединения на основе кремния, такие как силоксан.

Подходящие депрессанты, понижающие температуру застывания, могут включать полиметилметакрилаты или их смеси. Депрессанты, понижающие температуру застывания, могут присутствовать в количестве, достаточном для того, чтобы составить от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 1 масс.%, от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 0,5 масс.%, или от приблизительно 0,02 масс.% до приблизительно 0,04 масс.% конечной массы композиции смазочного масла.

Подходящие ингибиторы ржавления могут представлять собой отдельное соединение или смесь соединений, обладающих свойством замедления коррозии металлических поверхностей, содержащих железо. Неограничивающие примеры замедлителей ржавления, полезные в контексте настоящего изобретения, включают маслорастворимые высокомолекулярные органические кислоты, такие как 2-этилгексановая кислота, лауриновая кислота, миристиновая кислота, пальмитиновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота, линоленовая кислота, бегеновая кислота и церотиновая кислота, а также маслорастворимые поликарбоновые кислоты, включающие димерные и тримерные кислоты, такие как кислоты, полученные из жирных кислот таллового масла, олеиновой кислоты и линолевой кислоты. Другие подходящие замедлители коррозии включают длинноцепочечные альфа-, омега-дикарбоновые кислоты с молекулярной массой от приблизительно 600 до приблизительно 3000, и алкенилсукциновые кислоты, в которых алкенильная группа содержит приблизительно 10 или более атомов углерода, такие как тетрапропенилсукциновая кислота, тетрадеценилсукциновая кислота и гексадеценилсукциновая кислота. Еще одним полезным типом кислотных замедлителей коррозии являются неполные сложные эфиры алкинилсукциновых кислот с алкенильной группой, имеющей от приблизительно 8 до приблизительно 24 атомов углерода, со спиртами, такими как полигликоли. Соответствующие неполные амиды таких алкенилсукциновых кислот также являются полезными. Полезным замедлителем ржавления является высокомолекулярная органическая кислота. В некоторых вариантах осуществления масло для двигателя не содержит замедлитель ржавления.

Ингибитор ржавления, если он присутствует, может быть использован в количестве, достаточном для того, чтобы составить от приблизительно 0 масс.% до приблизительно 5 масс.%, от приблизительно 0,01 масс.% до приблизительно 3 масс.%, от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 2 масс.% конечной массы композиции смазочного масла.

В общих чертах, подходящая картерная смазка может включать присадочные компоненты в диапазонах, перечисленных в следующей таблице.

Таблица 2

Вышеуказанные процентные содержания каждого компонента представляют собой массовое содержание каждого компонента относительно массы конечной композиции смазочного масла. Остальная часть композиции смазочного масла состоит из одного или более базовых масел.

Композиция смазочного масла по настоящему изобретению может иметь содержание сульфатной золы менее 1,0 масс.% или менее 0,8 масс.% относительно общей массы композиции смазочного масла. В одном варианте осуществления содержание сульфатной золы может составлять от приблизительно 0,5 масс.% до приблизительно 1,0 масс.%, или от приблизительно 0,7 масс.% до приблизительно 1,0 масс.% относительно общей массы композиции смазочного масла.

Как более подробно описано ниже, варианты осуществления в настоящем описании обеспечивают существенное и неожиданное улучшение в снижении числа случаев LSPI при поддержании относительно высокой концентрации кальциевой моющей присадки в композиции смазочного масла. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления композиция присадок, снижающая преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, может снижать число случаев LSPI на по меньшей мере 50% или на по меньшей мере 75%. В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления число случаев LSPI может представлять собой количество LSPI за 25000 циклов работы двигателя, где двигатель работает при 2000 оборотах в минуту со средним эффективным тормозным давлением 18000 кПа.

Присадки, используемые для составления композиций, описанных в настоящем документе, могут быть смешаны с базовым маслом по отдельности или в различных субкомбинациях. Однако может быть удобным смешивать все компоненты одновременно с помощью концентрата присадок (т.е. присадки с разбавителем, таким как углеводородный растворитель). Присадки, используемые для составления композиций, описанных в настоящем документе, могут быть смешаны с базовым маслом по отдельности или в различных субкомбинациях. Однако может быть удобным смешивать все компоненты одновременно с помощью концентрата присадок (т.е. присадки с разбавителем, таким как углеводородный растворитель).

В настоящем описании раскрыты новые смеси смазочного масла, разработанные специально для применения в качестве смазок для двигателей автомобилей. В вариантах осуществления в настоящем описании могут быть предложены смазочные масла, подходящие для применений для двигателей, обеспечивающие улучшения одной или более из следующих характеристик: случаи преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах, антиоксидантные свойства, износостойкая работа, замедление ржавления, экономия топлива, водостойкость, захват воздуха, защита уплотнения, уменьшение отложений, т.е. прохождение теста TEOST 33, и противопенные свойства.

Полностью готовые к использованию смазки обычно содержат пакет присадок, называемый в настоящем документе пакетом дисперсанта/ингибитора или пакетом DI, обеспечивающий составам необходимые характеристики. Подходящие пакеты DI описаны, например, в патентах США №№ 5204012 и 6034040. Среди типов присадок, включаемых в пакет присадок, могут находиться дисперсанты, присадки для уплотняющего разбухания, антиоксиданты, противопенные присадки, присадки, повышающие смазывающую способность, замедлители ржавления, замедлители коррозии, деэмульгаторы, увеличители индекса вязкости и тому подобные. Некоторые из этих компонентов хорошо известны специалистам в данной области техники и обычно используются в общепринятых количествах с присадками и композициями, описанными в настоящем документе.

Следующие примеры являются иллюстративными, но не ограничивающими примерами способов и композиций согласно настоящему описанию. Другие подходящие модификации и адаптации различных условий и параметров, обычно встречаемые в данной области техники, и которые являются очевидными специалистам в данной области техники, находятся в рамках объема и сущности описания. Все патенты и публикации, цитируемые в настоящем документе, полностью включены в него посредством ссылки.

Примеры

Приготавливали полностью готовые к использованию композиции смазочного масла, содержащие общепринятые присадки, и измеряли число случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в присутствии композиций смазочного масла. Каждая композиция смазочного масла содержала основное количество базового масла, базовый общепринятый пакет DI и увеличитель(и) индекса вязкости, где базовый пакет DI (за вычетом увеличителя индекса вязкости) составлял от приблизительно 8 до 12 масс.% композиции смазочного масла. Базовый пакет DI содержал общепринятые количества дисперсанта(ов), противоизносного(ых) агента(ов), противопенной(ых) присадки(ок) и антиоксиданта(ов), как указано в Таблице 3 ниже. А именно, базовый пакет DI содержал сукцинимидный дисперсант, борированный сукцинимидный дисперсант, молибденсодержащее соединение в количестве, обеспечивающем приблизительно 80 ppm молибдена в композиции смазочного масла, органический модификатор трения, один или более антиоксидантов и один или более противоизносных агентов (если не указано иное). Базовый пакет DI был также смешан с от приблизительно 5 до приблизительно 10 масс.% одного или более увеличителей индекса вязкости. Базовое масло I группы было использовано в качестве разбавителя. Основное количество базового масла (от приблизительно 78 до приблизительно 87 масс.%) представляло собой базовое масло III группы. Изменявшиеся компоненты указаны в таблицах и обсуждении примеров ниже. Все перечисленные значения представляют собой массовые содержания компонентов в композиции смазочного масла (т.е. активный ингредиент и разбавляющее масло, при его наличии), если не указано иное.

Таблица 3. Композиция базового пакета DI

* Количество моющей присадки различалось в следующих экспериментах, поэтому для целей составления основы количество мощей присадки принято за ноль в таблице 3.

Число случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах (LSPI) измеряли на 4-цилиндровом бензиновом двигателе GM Ecotec с прямым впрыском (TGDi) объемом 2,0 литра. Один полный тест LSPI с работающим двигателем состоял из 4 циклов теста. В каждом цикле теста повторяли две стадии или сегмента работы для того, чтобы вызвать случаи LSPI. На стадии A, где вероятность возникновения LSPI наибольшая, двигатель работал при приблизительно 2000 об/мин и со средним эффективным тормозным давлением (BMEP) приблизительно 18000 кПа. На стадии B, когда вероятность возникновения LSPI мала, двигатель работал при приблизительно 1500 об/мин и с BMEP приблизительно 17000 кПа. Для каждой стадии данные собирали за 25000 циклов работы двигателя. Структура тестового цикла представляла собой следующую: стадия A – стадия A – стадия B – стадия B – стадия A – стадия A. Каждая стадия была отделена периодом работы при низких оборотах. Поскольку LSPI является статистически значимым во время стадии A, данные по числу случаев LSPI, рассматриваемые в настоящих примерах, включают только LSPI, произошедшие во время работы на стадии A. Следовательно, для одного полного теста LSPI с работающим двигателем обычно получали данные всего за 16 стадий и использовали для оценки работы сравнительных масел и масел согласно изобретению.

Случаи LSPI определяли путем наблюдения за максимальным давлением в цилиндрах (ΡΡ), и при сгорании 2% горючего в камере сгорания (MFB02). Пороговое значение максимального давления в цилиндрах рассчитывали для каждого цилиндра, и для каждой из стадий оно, как правило, составляло от 65000 до 85000 кПа. Пороговое значение MFB02 рассчитывали для каждого цилиндра, и для каждой из стадий оно, как правило, составляло от приблизительно 3,0 до приблизительно 7,5 градусов угла поворота коленвала (CAD) относительно верхней мертвой точки (ATDC). LSPI регистрировали при преодолении пороговых значений как PP, так и MFB02 за один цикл работы двигателя. Случаи LSPI можно регистрировать множеством разных способов. Для того, чтобы устранить неопределенность при регистрации числа случаев за циклы работы двигателя, когда различные тесты с работающим двигателем могут быть проведены с различным числом циклов работы двигателя, относительное число случаев LSPI для сравнительных масел и масел по изобретению регистрировали как «отношение LSPI». Таким образом ясно демонстрируется улучшение по сравнению с определенным стандартным ответом.

Все контрольные масла представляли собой коммерчески доступные масла для двигателей, удовлетворявшие всем требованиям рабочих характеристик согласно ILSAC GF-5.

В следующих примерах тестировали комбинации сверхосновной кальциевой моющей присадки и нейтральной/низкоосновной кальциевой моющей присадки вместе с базовым составом. Отношение LSPI регистрировали как отношение числа случаев LSPI тестируемого масла относительно числа случаев LSPI контрольного масла «R-1». R-1 представляло собой композицию смазочного масла, включавшую базовый пакет DI и сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, достаточном для обеспечения приблизительно 2400 ppm Ca в композиции смазочного масла. Более подробная информация о контрольном масле R-1 приведена ниже.

Существенное уменьшение LSPI устанавливают при снижении числа случаев LSPI более чем на 50% по сравнению с R-1 (отношение LSPI менее 0,5). Еще большее уменьшение LSPI устанавливают при снижении числа случаев LSPI более чем на 70% (отношение LSPI менее 0,3), и еще большее уменьшение LSPI устанавливают при снижении числа случаев LSPI более чем на 75% (отношение LSPI менее 0,25), и еще большее уменьшение LSPI устанавливают при снижении числа случаев LSPI более чем на 80% по сравнению с R-1 (отношение LSPI менее 0,20), и еще большее уменьшение LSPI устанавливают при снижении числа случаев LSPI более чем на 90% по сравнению с R-1 (отношение LSPI менее 0,10). Следовательно, отношение LSPI для контрольного масла R-1 принимается за 1,00.

Содержание сульфатной золы (SASH) в полностью готовой к использованию композиции смазочного масла рассчитывали путем суммирования SASH, связанных с элементами металлов, которые привносят SASH в композицию смазки согласно следующим коэффициентам, которые были умножены на количество каждого элемента металла в композиции смазки, согласно:

http://konnaris.com/portals/0/search/calculations.htm.

Коммерчески доступные масла R-1 и R-2 включены в качестве контрольных масел для демонстрации текущего уровня техники. Контрольное масло R-1 было составлено из 80,7 масс.% базового масла III группы, 12,1 масс.% пакета присадок PCMO HiTEC® 11150, продаваемого компанией Afton Chemical Corporation, и 7,2 масс.% увеличителя индекса вязкости 35 SSI, представляющего собой сополимер этилена/пропилена. Пакет присадок для применений в моторных маслах для легковых автомобилей HiTEC® 11150 представляет собой пакет DI, сертифицированный API SN, ILSAC-GF-5 и ACEA A5/B5. R-1 также характеризовалось следующими свойствами и частичным элементным составом:

Контрольное масло R-1

Контрольное масло R-2 содержало сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем приблизительно 2600 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. R-2 также содержало соединение титана, и количество титана, присутствовавшего в смазочной композиции R-2, измеренное с помощью анализа ICP (с индуктивно-связанной плазмой), составило приблизительно 100 ppm по массе титана.

Пример 1

Тестировали воздействие на отношение LSPI при включении в композицию смазочного масла различных количеств титана. Тестировали комбинацию сверхосновной («СО») кальциевой моющей присадки и титансодержащего соединения вместе с базовым составом. Состав R-1, как указано выше, в качестве единственной моющей присадки содержал сверхосновную кальциевую моющую присадкку в количестве, обеспечивающем приблизительно 2400 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. Состав R-2 содержал немного больше кальция, а также 100 ppm титана.

Сравнительный состав C-1 в качестве единственной моющей присадки содержал сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем 1600 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. Сравнительный состав C-2 содержал сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем 2400 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. Состав C-2 также содержал продукт реакции изопропилата титана и неодекановой кислоты в количестве, обеспечивающем приблизительно 300 ppm по массе титана в композиции смазочного масла.

В составы согласно изобретению I-1, I-2, I-3 и I-4 сверхосновная кальциевая моющая присадка была включена в количестве, обеспечивающем 1600 или 1575 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла. Для включения в каждую из композиций различных количеств титана использовали продукт реакции изопропилата титана и неодекановой кислоты. Количества титана и результаты представлены в следующей таблице.

Таблица 4

Коммерчески доступные масла R-1 и R-2 включены в качестве контрольных масел для демонстрации текущего уровня техники. Оба состава R-1 и R-2 содержат кальцийсодержащие моющие присадки с высоким содержанием кальция. R-1 и R-2 удовлетворяют всем требованиям рабочих характеристик согласно ILSAC GF-5. Сравнительные примеры C-1 и C-2 представляют собой композиции смазки, включенные для демонстрации воздействия на отношение LSPI, оказываемого SASH и/или повышенным содержанием титана.

Как показано в таблице 4, составы R-1 и R-2 демонстрируют, что простое добавление титана в композицию, содержащую большие количества Ca, не уменьшает отношение LSPI. Сравнительный состав C-1 демонстрирует, что снижение количества сверхосновной кальциевой моющей присадки относительно количества, содержавшегося в составах R-1, R-2 и C-2, снизило отношение LSPI. Составы согласно изобретению I-1, I-2, I-3 и I-4 по сравнению со сравнительным составом C-1 показали, что добавление титана к составам, содержащим сниженное количество кальция, дополнительно снизило отношение LSPI, и что повышение количества титана при поддержании количества кальция относительно постоянным обеспечило существенное, неожиданное дополнительно снижение отношения LSPI.

Сравнение R-2, C-2 и I-2 демонстрирует, что простое добавление титана в композицию не обязательно приводит к более низкому отношению LSPI. А именно, при включении в композиции смазки очень высоких количеств сверхосновной Ca моющей присадки, таких, при которых содержание Ca равно или превышает приблизительно 2400 ppm по массе, потребуется большое количество титана для того, чтобы компенсировать отрицательное воздействие высокого содержания Ca на отношение LSPI, чтобы обеспечить достаточное снижение отношения LSPI. Неприемлемо высокое содержание SASH более 1 в составах R-2 и C-2 указывает на то, что такой подход не является перспективным. Однако было неожиданным то, что повышение количества SASH не оказывает отрицательного воздействия на отношение LSPI, как продемонстрировано сравнением результатов примеров согласно изобретению с I-1 по I-4. При повышении содержания SASH в этих примерах отношение LSPI снижалось.

Пример 2

В этом примере было определено воздействие включения в композицию смазочного масла титана из различных источников. В сравнительных целях использовали составы R-1 и C-1, как описано выше в примере 1. Кроме того, в этом примере 2 пример согласно изобретению I-2 был таким же, как и в примере 1. В каждую из исследуемых композиций примера 2, I-2, I-5 и I-6, включали сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем приблизительно 1575 ppm по массе Ca в каждой из композиций смазочного масла. В составе I-2 в качестве источника титана использовали продукт реакции изопропилата титана и неодекановой кислоты. В составе I-5 в качестве источника титана использовали изопропилат титана. В составе I-6 в качестве источника титана использовали титансодержащий дисперсант. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5

Как показано в таблице 5, каждый из различных источников титана, использованных в композициях смазочного масла, был эффективен в снижении отношения LSPI.

Пример 3

В этом примере было определено воздействие добавления титана к композиции, включающей как сверхосновную кальциевую моющую присадку, так и низкоосновную/нейтральную («НО/Н») кальциевую моющую присадку. В этом примере были использованы все из составов R-1, R-2 и C-1, как описано выше в примерах 1-2. Был также включен состав C-3 для исследования воздействия использования сверхосновной и низкоосновной/нейтральной кальциевых моющих присадок в комбинации, без добавления титана.

Композиции согласно изобретению I-7, I-8 и I-9 также включали сверхосновную и низкоосновную/нейтральную кальциевые моющие присадки. Исследованные количества моющих присадок и титана и результаты тестов этих композиций представлены в таблице 6.

Таблица 6

Сравнение состава C-3 с результатами, полученными с составами I-7, I-8 и I-9, демонстрирует, что добавление титана к композиции, содержащей как сверхосновную, так и низкоосновную/нейтральную кальциевую моющую присадку, обеспечивает существенное снижение отношения LSPI.

Пример 4

Было исследовано воздействие, оказываемое на отношение LSPI добавлением различных количеств вольфрама в композицию смазочного масла. Добавление вольфрамсодержащего соединения исследовали с базовым составом. Состав R-1, как указано выше, в качестве единственной моющей присадки содержал сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем приблизительно 2400 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. Сравнительный состав C-1 качестве единственной моющей присадки содержал сверхосновную кальциевую моющую присадку в количестве, обеспечивающем 1600 ppm по массе Ca в композиции смазочного масла. Сравнительный состав C-2 содержал количество сверхосновного сульфоната кальция, обеспечивающее 1600 ppm кальция в композиции смазочного масла, и маслорастворимое вольфрамсодержащее соединение (VanLube™ W-324, продаваемое компанией Vanderbilt Chemicals, LLC) в количестве, обеспечивающем приблизительно 100 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла.

Состав согласно изобретению I-1 содержал количество сверхосновного сульфоната кальция, обеспечивающее 1600 ppm кальция в композиции смазочного масла, и маслорастворимое вольфрамсодержащее соединение (VanLube™ W-324, продаваемое компанией Vanderbilt Chemicals, LLC) в количестве, достаточном для обеспечения приблизительно 300 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла. Количества вольфрама и результаты представлены в следующей таблице.

Таблица 7

Коммерчески доступное масло R-1 включено в качестве контрольного масла для демонстрации текущего уровня техники. R-1 удовлетворяет всем требованиям рабочих характеристик согласно ILSAC GF-5. Сравнительные примеры C-1 и C-2 представляли собой композиции смазки, включенные для демонстрации воздействия на отношение LSPI, оказываемого вольфрамом в количестве 100 ppm по массе относительно общей массы композиции смазочного масла.

Как показано в таблице 7, сравнительный состав C-1 демонстрирует, что снижение количества сверхосновной кальциевой моющей присадки относительно количества, содержащегося в составе R-1, снижало отношение LSPI. Сравнительный состав C-2 демонстрирует, что добавление 100 ppm по массе вольфрама в композицию смазочного масла в наименьшей степени снижает отношение LSPI. Состав по изобретению I-1 при сравнении со сравнительным составом C-1 показал, что добавление 300 ppm по массе вольфрама в состав дополнительно снизило отношение LSPI в неожиданной степени. Эта композиция согласно изобретению показала, что повышение количества вольфрама при поддержании количества кальция относительно постоянным обеспечивало существенное, неожиданное дополнительное снижение отношения LSPI.

В ряде различных мест в настоящем описании приводятся ссылки на ряд патентов США и другие документы. Все такие цитируемые документы явно полностью включены в настоящее описание, как если бы они полностью в нем содержались.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после изучения описания и практического осуществления раскрытых в настоящем документе вариантов осуществления. При использовании в тексте описания и формулы изобретения «один» и/или «одни» может относится к одному или более чем одному. Если не указано иное, все числа, выражающие количества ингредиентов, свойства, такие как молекулярная масса, проценты, отношения, условия реакций и так далее, использованные в описании и формуле изобретения, следует понимать как во всех случаях измененные с помощью термина «приблизительно», вне зависимости от того, присутствует ли термин «приблизительно». Соответственно, если не указано обратное, численные параметры, приведенные в описании и формуле изобретения, представляют собой приближенные величины, которые могут отличаться в зависимости от необходимых свойств согласно настоящему изобретению. По крайне мере, и не рассматривая это как попытку ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует толковать в свете числа указанных значащих цифр и путем применения обычных методик округления. Несмотря на то, что все числовые диапазоны и параметры, определяющие более широкий объем изобретения, представляют собой приближенные величины, численные значения, указанные в конкретных примерах, приводятся в как можно более точном виде. Однако любое численное значение неотъемлемо содержит некоторые ошибки, неизбежно возникающие по причине среднеквадратического отклонения их соответствующих средств измерения. Предполагается, что описание и примеры следует понимать только как иллюстративные, при этом истинный объем и сущность настоящего изобретения соответствуют прилагаемой формуле изобретения.

Вышеуказанные варианты осуществления могут быть существенно изменены на практике. Соответственно, не предполагается, что варианты осуществления ограничены конкретными иллюстративными осуществлениями, приведенными выше в настоящем документе. Скорее, вышеуказанные варианты осуществления находятся в объеме и сущности прилагаемой формулы изобретения, включая их эквиваленты, возможные по закону.

Заявители не предполагают передачу любых из раскрытых вариантов осуществления общественности, и в той степени, в которой любые раскрытые модификации или изменения не могут буквально попасть в объем формулы изобретения, они считаются ее частью согласно доктрине эквивалентов.

Следует понимать, что каждый компонент, соединение, заместитель или параметр, раскрытый в настоящем документе, должен интерпретироваться как раскрытый для применения отдельно или в комбинации с одним или более из всех других компонентов, соединений, заместителей или параметров, раскрытых в настоящем документе.

Следует также понимать, что каждое количество/значение или диапазон количеств/значений для каждого компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытых в настоящем документе, должно интерпретироваться как также раскрытое в комбинации с каждым раскрытым количеством/значением или диапазоном количеств/значений для каждого другого компонента(ов), соединения(ий), заместителя(ей) или параметра(ов), раскрытых в настоящем документе, и что любая комбинация количеств/значений или диапазон количеств/значений для двух или более компонентов, соединений, заместителей или параметров, раскрытых в настоящем документе, являются, таким образом, также раскрытыми в комбинации друг с другом в целях данного описания.

Следует также понимать, что каждый диапазон, раскрытый в настоящем описании, должен интерпретироваться как раскрытие каждого конкретного значения в раскрытом диапазоне, имеющего такое же количество значащих цифр. Следовательно, диапазон от 1 до 4 следует понимать как прямое раскрытие значений 1, 2, 3 и 4.

Следует также понимать, что каждая нижняя граница каждого диапазона, раскрытого в настоящем описании, должна интерпретироваться как раскрытая в комбинации с каждой верхней границей каждого диапазона и каждым конкретным значением каждого диапазона, раскрытого в настоящем описании, для одного и того же компонента, соединения, заместителя или параметра. Следовательно, настоящее раскрытие должно интерпретироваться как раскрытие всех диапазонов, полученных комбинированием каждой нижней границы каждого диапазона с каждой верхней границей каждого диапазона, или с каждым конкретным значением каждого диапазона, или комбинированием каждой верхней границы каждого диапазона с каждым конкретным значением каждого диапазона.

Более того, конкретные количества/величины компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытые в описании или в примере, должны интерпретироваться как раскрытие любой из верхней или нижней границы диапазона и, следовательно, могут быть скомбинированы с любой другой верхней или нижней границей диапазона или конкретным количеством/значением для одного и того же компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытого где-либо еще в заявке, с получением диапазона для этого компонента, соединения, заместителя или параметра.

Реферат

Предложены композиция смазочного масла и способ снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом. Композиция смазочного масла включает: более 50 масс.% базового масла, выбранного из группы, состоящей из базового масла I группы, базового масла II группы, базового масла III группы, базового масла IV группы, базового масла V группы и их смесей; количество одной или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок с общим щелочным числом более 225 мг KOH/г при измерении способом согласно ASTM D-2896, достаточное для обеспечения от более 900 ppm по массе до менее 1800 ppm по массе кальция в композиции смазочного масла, относительно общей массы композиции смазочного масла, при этом одна или более сверхосновных кальцийсодержащих моющих присадок включает соединение, выбранное из моющей присадки сверхосновного сульфоната кальция, моющей присадки сверхосновного фенолята кальция и моющей присадки сверхосновного салицилата кальция, и композицию присадки, снижающую преждевременное воспламенение смеси при низких оборотах, содержащую количество одного или более маслорастворимых титансодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 10 ppm по массе до 1500 ppm по массе титана в композиции смазочного масла, и/или количество одного или более вольфрамсодержащих соединений, достаточное для обеспечения от 125 до 1000 ppm по массе вольфрама в композиции смазочного масла, где оба количества рассчитаны относительно общей массы композиции смазочного масла, и причем указанная композиция присадки эффективна для снижения числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом, смазанном композицией смазочного масла, относительно числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в этом же двигателе, смазанном этой же композицией смазочного масла, не содержащей одно или более титансодержащих и/или одно или более вольфрамсодержащих соединений. Число случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в двигателе внутреннего сгорания с наддувом может быть снижено относительно числа случаев преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах в этом же двигателе, смазанном этим же смазочным маслом, не содержащим титан- и/или вольфрамсодержащую присадку. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 табл., 4 пр.

Формула