Результат интеллектуальной деятельности: МАСЛО МОТОРНОЕ

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к составу моторного масла, в частности, класса вязкости 14, группы Д₂ эксплуатационных свойств по ГОСТ 17479.1, и может быть использовано в высокофорсированных среднеоборотных дизельных двигателях различного назначения, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.

Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, одно из которых - это необходимость обеспечения высоких противоизносных свойств. Важнейшей характеристикой способности масел предотвращать коррозионный износ поршневых колец и цилиндров является их нейтрализующая способность, обусловленная концентрацией в маслах моющих присадок, которые улучшают моющие и антиокислительные свойства моторных масел. Однако те же металлсодержащие моющие присадки повышают зольность масел, что может привести к образованию зольных отложений в камере сгорания двигателя, прогару выпускных клапанов и абразивному изнашиванию. Множественность факторов, влияющих на износ деталей двигателей, затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел [1].

Основными задачами совершенствования форсированных среднеоборотных дизельных двигателей являются увеличение ресурса работы дизелей, снижение выбросов твердых частиц с отработавшими газами.

Способом решения этих задач является применение масла моторного с высоким щелочным числом и низкой сульфатной зольностью, так как высокая зольность сульфатная масла, как было отмечено выше, вызывает абразивный износ и задиры деталей цилиндро-поршневой группы [1], а также приводит к большому количеству твердых частиц в отработавших газах.

Учитывая влияние комплекса показателей моторного масла на ресурс работы двигателей, его экологические характеристики и скорость старения моторного масла в процессе эксплуатации, для высокофорсированных среднеоборотных двигателей были выдвинуты требования к показателям моторного масла, в соответствии с которыми вязкость кинематическая должна находиться в пределах 13,5-15,0 мм²/с, щелочное число масла должно быть не ниже 12,0 мг KOH/г при зольности сульфатной не более 1,6 мас. %. Кроме того масло должно обладать высокими противоизносными и антиокислительными свойствами, превышающими аналогичные показатели применяемых моторных масел.

Известны моторные масла для среднеоборотных судовых и тепловозных двигателей М-14-ДР по ТУ 38.401-1063-97, М-14-Г₂ЦС по ГОСТ12337 изготовленные на минеральной основе с использованием пакетов присадок [2].

Известно масло моторное RU 2485173 С1, 09.06.2012 предназначенное для всесезонного применения в высокофорсированных турбонаддувных бензиновых и дизельных двигателях.

Недостатком вышеуказанных масел является высокая зольность сульфатная (более 1,6 мас. %), недостаточный уровень моющих свойств.

Наиболее близким к заявленному маслу по уровню эксплуатационных свойств является моторное масло М-14-Д₂ (у) по ТУ 38.301-41-181-2002 на минеральной основе, содержащее в своем составе, мас.%:

Указанное масло характеризуется высокой зольностью сульфатной (более 1, 8 мас.%) и не обеспечивает требования, предъявляемые к маслам для дизельных двигателей по противоизносным и экологическим свойствам [1, 2].

Технической задачей заявленной группы изобретения является снижение зольности сульфатной, повышение противоизносных и экологических свойств моторного масла для высокофорсированных среднеоборотных дизельных двигателей различного назначения.

Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются заявленной группой изобретения.

Таким образом, поставленная задача и технический результат достигаются моторным маслом, включающим в качестве основы минеральное масло, пакет моюще-диспергирующих присадок, содержащих смесь высокощелочных сульфонатов, высокощелочных фенолятов, салицилатов и дитиофосфатов, синтетическую базовую композицию КСБ-1, представляющую собой смесь сложных эфиров триметилолпропана и карбоновых кислот С₇-С₉, полиметилсилоксановую жидкость ПМС-200А при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ниже приведена характеристика компонентов, входящих в состав заявляемого масла.

Пакет присадок, предназначенный для вовлечения в масла эксплуатационной группы «Д» по ГОСТ 11419.1 для базовых модификаций современных среднеоборотных двигателей различной степени форсирования. Пакет моюще-диспергирующих присадок является многофункциональным веществом - композицией и представляет собой композицию компонентов различного функционального назначения, взятых в определенных пропорциях и обеспечивающих не только моюще-диспергирующие свойства, но в совокупности с другими компонентами пакета обеспечивает антиокислительные и антикоррозионные свойства масла.

Композиция синтетическая базовая КСБ-1, обеспечивающая улучшение противоизносных свойств масла, вырабатывается по СТО 07548712-012-2013, компонентами которой являются сложные эфиры на основе триметилолпропана NB 8311 и NB 8851 (ООО «НИКО-ВОСТОК, ЗАО НПЦ «Спецнефтьпродукт»).

Полиметилсилоксановая жидкость (ПМС-200А) вырабатывается промышленностью по ОСТ 6-02-20-79. Присадка применяется для улучшения антипенных свойств масел.

В качестве минеральных масел могут использоваться индустриальные масла общего назначения марок И-40А, И-50А (ГОСТ 20799), а также остаточные компоненты: компрессорное масло К-19 (ГОСТ 1861), КС-19п (ТУ 0253-011-00151779-2004), КС-19 (ГОСТ 9243), КС-19п (А) (ТУ 38.401-58-243-99 с изм. 1, 2).

В таблице 1 указаны основные показатели композиции синтетической базовой на основе смеси сложных эфиров триметилолпропана (например, тригептаноат триметилолпропана, сложного эфира триметилолпропана и карбоновых кислот С₇-С₉).

КСБ-1 представляет собой смесь сложных эфиров триметилолпропана: триметилолпропана и монокарбоновых кислот С₆-С₁₀, предпочтительней С₇-С₉ и комплексный эфир триметилолпропана и карбоновых кислот С₆-С₁₀, предпочтительней С₇-С₉. В качестве карбоновых кислот обычно используются монокарбоновые и дикарбоновые кислоты, как индивидуальные, так и фракции кислот. Введение КСБ-1 в указанном количестве обеспечивает совместно с другими компонентами повышение противоизносных свойств моторного масла.

В качестве пакета присадок предлагается использовать многофункциональный пакет моюще-диспергирующих, антиокислительных и антикоррозионных присадок, в частности марки [3] в количестве - 8,9÷9,3%, представляющий собой смесь высокощелочных сульфонатов кальция, высокощелочных фенолятов кальция, салицилатов кальция, дитиофосфата цинка и алкилдитиофосфата цинка.

Пакет присадок характеризуется, в частности, пониженной сульфатной зольностью, физико-химические характеристики которого приведены ниже:

В качестве высокощелочных сульфонатов, высокощелочных фенолятов, салицилатов, дитиофосфата и диалкилдитиофосфата используют известные в качестве индивидуальных присадок вещества (высокощелочные соли кальция, магния, реже применяются соли натрия, бария и цинка, дитиофосфаты цинка и алкилдитиофосфаты цинка) или в виде их различных смесей (см., например, RU 2182592, 20.05.2002; RU 2456336, 20.07.2011; RU 2485173, 20.06.2013; RU 201839, 15.04.1994), т.е. соли щелочно-земельных металлов, дитиофосфаты и алкилдитиофосфаты цинка в различных их соотношениях. В частности, в качестве пакета таких присадок используется состав под условным наименованием «Каскад 900М» (ТУ 0257-063-56491903-2013).

Другим изобретением заявленной группы изобретения, способствующим достижению указанного результата, является способ изготовления моторного масла, заключающийся в том, что сначала производят смешение минерального масла как основы, синтетической базовой композиции КСБ-1, полиметилсилоксановой жидкости ПМС-200А, а затем в полученную смесь добавляют пакет присадок указанного выше состава в три стадии, причем на первой стадии в смесь вводят 30% присадок (в виде вышеуказанного пакета присадок) и перемешивают в течение 30 мин, на второй стадии вводят 30%) присадок (в виде пакета указанных присадок) и смешение производится в течение 30 мин, и затем на третьей стадии вводится 40% вышеуказанного пакета присадок и смешение производится в течение 60 мин.

Итак, получение заявленного в качестве изобретения моторного масла осуществляют следующим образом: в реакторе с якорной мешалкой при температуре 80°C последовательно смешивается минерального основа, композиция синтетическая базовая, полиметилсилоксановая жидкость и многофункциональный пакет присадок. Смешение осуществляется в три стадии, причем на первой стадии в основу вводят 30% присадок и перемешивают в течение 30 мин, на второй стадии вводят еще 30% присадок и смешение производится в течение 30 мин, на третьей стадии вводится 40% и смешение производится в течение 60 мин. При этом присадки полностью растворяются в основе и получается масло, обладающее высокой коллоидной стабильностью.

Заявленная группа изобретения позволяет понизить зольность масла моторного, обеспечить высокий уровень противоизносных и других эксплуатационных свойств, таких как моющие, антиокислительные, антикоррозионные и экологические свойства.

Для обоснования полученного технического результата за счет совокупности всех существенных признаков заявленного моторного масла, к числу которых относится качественно-количественный состав моторного масла, были приготовлены образцы масла, в которых оценивались противоизносные, моющие, антиокислительные и антикоррозионные и экологические свойства. Состав образцов масла, их физико-химические и эксплуатационные свойства в сравнении с прототипом приведены в табл. 2-4.

Оценка противоизносных свойств образцов проводилась на машине трения «ролик - колодка» в условиях граничного трения и линейного контакта поверхностей трения по исследовательской методике ОАО «Коломенский завод», где ролик - фрагмент шейки коленчатого вала дизеля (материал сталь марки Ст 40 Х2Н2МА), колодка - фрагмент подшипника скольжения дизеля (материал бронза марки Бр С30). Метод заключается в определении степени изнашивания колодки по изменению ее массы, через заданные промежутки времени при следующих условиях: рабочее давление колодки на поверхность ролика - 50 кг/см², контактная площадь пары «ролик-колодка» - 3 см², линейная скорость скольжения ролика - 7,8 м/с. Подача масла в зону трения осуществляется путем его наволакивания на поверхность при вращении частично погруженного в него ролика. Объем масла в ванночке остается постоянным. Температура масла составляет 50÷60°C. Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Антиокислительные свойства оценивались методом ГОСТ 11063 по индукционному периоду осадкообразования и приросту вязкости в результате окисления масла на установке ДК-НАМИ в течение 60 ч при 200°C, а также на одноцилиндровой установке ИКМ (ГОСТ 20457) по приросту вязкости за 40 ч работы двигателя.

Моющие свойства оценивались на одноцилиндровой установке ИМ-1 по ГОСТ 20457, и методом ПЗВ (по ужесточенной методике) по ГОСТ 5726.

Коррозионная активность и антиокислительные свойства оценивали на установке ИКМ (метод ИКМ-40К и метод ИКМ-40Р соответственно). Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Из таблицы 3 следует, что введение в композицию масла пакета присадок КАСКАД-900М в количестве ниже заявленного (8,8 мас.% в образце 2) приводит к снижению моющих свойств масла (щелочное число составляет 11,9 мг KOH/г). Добавление пакета присадок в масло в количестве выше заявленного (9,4 мас.% в образце 3) приводит к возрастанию зольности масла до 1,62%.

Из табл. 4 следует, что образцы масла, содержащие композицию синтетическую базовую в концентрации 1,5÷3 мас.% (образцы 3, 4 и 5), имеют лучшие противоизносные свойства по сравнению с прототипом и с образцом без композиции синтетической базовой (образец 1). Введение в состав масла 5 мас.% КСБ-1 (образец 8) не приводит к дальнейшему улучшению противоизносных свойств масла, а даже несколько ухудшает их ввиду конкуренции сложных эфиров КСБ-1 между собой и с поверхностно-активными компонентами пакета присадок, в первую очередь, с диалкилдитиофосфатами цинка.

Данные, представленные в табл. 4, показывают, что образец моторного масла заявленной рецептуры и изготовленный заявленным способом (образец 4) превосходит по эксплуатационным свойствам масло-прототип. В частности, масло обладает большей антиокислительной стабильностью по индукционному периоду осадкообразования (выдерживает 60 часов), лучшими моющими свойствами на ПЗВ (лакообразование масла на боковой поверхности поршня составляет 0,7 баллов по сравнению с 1,0 баллом для прототипа, лучшими антикоррозионными свойствами (потеря массы шатунных вкладышей составила 8,2 мг по сравнению с 16,4 мг для прототипа).

Результаты стендовых испытаний заявляемого моторного масла в сравнении с прототипом, приведенные в табл. 3 и 4, показали его преимущества для использования в высокофорсированных среднеоборотных дизельных двигателей различного назначения. Испытания проведены на полноразмерном дизель-генераторе 21-26 ДГ с дизелем типа Д49 (12ЧН26/26, Pme = 1,81 МПа/см², п_ном = 1000 об/мин) производства ОАО «Коломенский завод». При испытаниях заявленного масла по сравнению с образцом сравнения на указанном дизеле подтвердилось снижение выбросов твердых частиц в отработавших газах. Снижение выбросов твердых частиц составило 20%.

Таким образом, изобретение позволяет получить моторное масло для высокофорсированных среднеоборотных дизельных двигателей различного назначения с улучшенными противоизносными свойствами, пониженной сульфатной зольностью, обладающее высокими моющими, антиокислительными, антикоррозионными и экологическими свойствами и достаточной коллоидной устойчивостью.