Смазочное масло для дизельного двигателя и способ эксплуатации дизельного двигателя
Изобретение относится к уменьшению выбросов NOx, производимых дизельным двигателем. Сущность: смазочное масло для дизельного масла содержит базовое масло и одно либо несколько соединений, описываемых формулой R-(N=C=0)x, где R представляет собой углеводородную группу, имеющую от 4 до 30 атомов углерода, а х представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 4, присутствующих в количестве, по меньшей мере, равном 0,1 мас.% и доходящем вплоть до 5 мас.% в расчете на массу композиции смазочного масла. Предпочтительно соединением является метилендифенилдиизоцианат. Способ эксплуатации дизельного двигателя включает ввод в дизельный двигатель вышеописанной композиции смазочного масла. Технический результат - уменьшение выбросов NOx из дизельного двигателя без использования дорогостоящих модификаций выхлопных систем дизельных двигателей. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к уменьшению выбросов NOx из дизельного двигателя и к композициям смазочных масел, подходящим для такого дизельного двигателя.
Уровень техники
Перед производителями дизельных двигателей постоянно стоит проблема соответствия стандартам все более низких уровней выбросов, устанавливаемым Агентством по охране окружающей среды США (АООС), а также другими подобными ведомствами по всему миру. Данные стандарты как для дизельных, так и для бензиновых двигателей задают пределы для несгоревших углеводородов, монооксида углерода и оксидов азота (NOx). Современные предписания в США для выбросов из дизельного двигателя допускают выбросы NOx, равные только 4,0 г/эффективная мощность в л.с.-час. Данная величина для модельного 2004 года будет уменьшена до стандарта, соответствующего объединенным выбросам NOx, не являющимся метаном углеводородов, равного 2,5 г/эффективная мощность в л.с.-час.
Нежелательность соединений NOx и их способность вступать в последующие реакции с образованием дополнительных нежелательных соединений делают их нежелательным побочным продуктом сгорания углеводородов. Данные соединения NOx и их производные, являющиеся продуктами реакций с их участием, составляют то, что обычно называют "смогом".
Для уменьшения количества либо устранения NOx было использовано либо предложено много способов. Некоторые из них основываются на проведении реакции NOx в отходящих выхлопных газах в системе, содержащей восстановитель. Для селективного восстановления NOx (NO+NO2) в потоке выхлопных газов использовали такие восстановители, как аммиак, мочевина и циануровая кислота.
Реакции на стадиях восстановления NOx в системе отходящих выхлопных газов могут проходить при низкой температуре с участием катализатора, что называют селективным каталитическим восстановлением (SCR), либо при высокой температуре без использования катализатора (селективное некаталитическое восстановление, SNCR).
Пример SCR из недавнего прошлого можно обнаружить в US 6203770 B1. Данный патент описывает пиролиз мочевины (CO(NH2)2) в камере с образованием аммиака (NH3) и изоциановой кислоты (HNCO). Данные компоненты после этого смешивают с выхлопными газами, содержащими NOx, отходящими из дизельного двигателя, и вводят в контакт с катализатором SCR, что в результате приводит к восстановлению соединений NOx.
Также были разработаны и определенные технологии уменьшения количества NOx, реализуемые внутри цилиндров, такие как рециркуляция выхлопных газов. Один вариант реализации данного способа включает рециркуляцию части выхлопных газов с направлением их обратно через двигатель за счет использования импульсов давления, создаваемых выпускными клапанами. Перед вводом обратно в двигатель через впускное отверстие выхлопные газы проходят через охладитель. Данные газы разбавляют рабочую смесь и тем самым уменьшают пиковые температуры сгорания и уменьшают выбросы NOx.
Все данные технологии требуют для себя разработки и изготовления дополнительных систем для выхлопных газов, что увеличивает затраты и сложность, при этом зачастую уменьшая коэффициент полезного действия двигателя.
Еще одно ограничение, которое влечет за собой использование способа SNCR, заключается в требовании использования очень высокой температуры, намного более высокой по сравнению с обычными температурами выхлопных газов дизельных двигателей.
Было бы очень выгодно выявить способ уменьшения выбросов из дизельного двигателя проблематичных NOx, который бы не требовал использования дорогостоящих модификаций выхлопной системы дизельных двигателей.
Раскрытие изобретения
Предлагается композиция смазочного масла, подходящая для дизельного двигателя, содержащая: базовое масло и, по меньшей мере, один диспергируемый в масле источник HNCO в количестве, эффективном для уменьшения выбросов NOx из дизельного двигателя по сравнению с выбросами для композиции смазочного масла, не содержащей источника HNCO.
Также предлагается композиция смазочного масла, подходящая для дизельного двигателя, содержащая: базовое масло и, по меньшей мере, один изоцианат, обладающий достаточной летучестью для улетучивания из композиции смазочного масла в обычных условиях эксплуатации двигателя, в количестве, эффективном для уменьшения выбросов NOx из дизельного двигателя по сравнению с выбросами для композиции смазочного масла, не содержащей изоцианат.
Кроме этого, предлагается способ эксплуатации дизельного двигателя, включающий: ввод в дизельный двигатель композиции смазочного масла и эксплуатацию двигателя, где композиция смазочного масла содержит базовое масло и, по меньшей мере, один диспергируемый в масле источник HNCO в количестве, эффективном для уменьшения выбросов NOx из дизельного двигателя по сравнению с выбросами для композиции смазочного масла, не содержащей источника HNCO.
Кроме этого, предлагается способ эксплуатации дизельного двигателя, включающего: корпус двигателя; камеру сгорания, изготовленную в корпусе двигателя для вмещения смеси топлива и воздуха; несколько цилиндров, изготовленных в корпусе двигателя; и соответствующий поршень, установленный в каждом из упомянутых нескольких цилиндров для возвратно-поступательного движения во время последовательных ходов выталкивания и всасывания, причем каждый соответствующий поршень определяет камеру сгорания для вмещения смеси топлива и воздуха, при этом способ включает: ввод в камеру сгорания дизельного топлива и воздуха; доставку композиции смазочного масла в цилиндры; сжатие поршнем дизельного топлива в камере сгорания до воспламенения, что таким образом приведет к образованию выхлопных газов, содержащих NOx; где композиция смазочного масла содержит базовое масло и, по меньшей мере, один диспергируемый в масле источник HNCO.
Фигура 1 представляет собой графическое изображение зависимости количества выбросов NOx от времени для сравнительного масла и масла, входящего в объем данного изобретения.
Фигура 2 представляет собой диаграмму, изображающую количество выбросов NOx, усредненное по нескольким прогонам экспериментов для сравнительного масла, а также и для масла, входящего в объем изобретения, при двух различных уровнях переработки.
Фигура 3 представляет собой графическое изображение количества выбросов NOx для испытаний двигателей при стационарных скоростях 30 и 55 миль в час для сравнительного масла и масла, входящего в объем изобретения.
Фигура 4 представляет собой графическое изображение количества выбросов NOx для испытаний двигателей при различных скоростях для сравнительного масла и масла, входящего в объем изобретения.
Изобретение позволяет уменьшить выбросы NOx в выхлопных газах двигателя, работающего на дизельном топливе. Один аспект изобретения относится к уменьшению количества NOx в выхлопных газах двигателей, работающих на дизельном топливе, под действием восстановителя для NOx, вводимого при помощи смазочного масла. Термин "двигатель, работающий на дизельном топливе", либо "дизельный двигатель" включает все двигатели с воспламенением от сжатия, предназначенные как для мобильного использования (в том числе на кораблях), так и стационарного использования (такого, как на электростанциях) и относящиеся к типам с двумя тактами в одном цикле, четырьмя тактами в одном цикле и к ротативному типу. Термин "дизельные виды топлива" обозначает "дистиллятное топливо", в том числе виды дизельного топлива, соответствующие определению ASTM для видов дизельного топлива, либо других видов топлива, даже несмотря на то, что они не будут полностью состоять из дистиллятов и могут содержать спирты, простые эфиры, нитроорганические соединения и тому подобное (например, метанол, этанол, диэтиловый эфир, простой метиловый эфир, нитрометан). Термин "дистиллятное топливо" обозначает все те продукты, которые получают в результате перегонки нефти либо нефтяных фракций и остатков. Термин "нефть" понимается в своем обычном значении и он включает все те материалы вне зависимости от их источника, которые обычно включаются в рамки значения данного термина, в том числе углеводородные материалы вне зависимости от вязкости, которые извлекают из ископаемых видов топлива. Термин "дизельное смазочное масло" подразумевает включение любого моторного масла либо смазочного масла, подходящих для использования в дизельном двигателе.
В соответствии с изобретением описывается новый способ, который позволяет уменьшить выбросы NOx из двигателя, работающего на дизельном топливе. Способ включает введение в дизельный двигатель новой композиции дизельного смазочного масла, а после этого эксплуатацию двигателя в обычных условиях эксплуатации. Было обнаружено, что введение веществ, восстанавливающих NOx, непосредственно в камеру сгорания приводит к протеканию реакции между NOx и восстановительными соединениями при наличии достаточно высоких температур.
Соответственно этому предлагается композиция смазочного масла, подходящая для дизельного двигателя, содержащая: базовое масло и, по меньшей мере, один источник HNCO в количестве, эффективном для уменьшения выбросов NOx из дизельного двигателя по сравнению с выбросами для композиции смазочного масла, не содержащей источника HNCO. Источник HNCO предпочтительно диспергируем в композиции смазочного масла. Термин «диспергируемый» обозначает то, что источник HNCO можно распределить по всей матрице смазочного масла вне зависимости от того, будет ли он находиться в растворенном, коллоидном либо суспендированном состоянии. Источником HNCO предпочтительно является изоцианат, обладающий достаточной летучестью для дегазирования из композиции смазочного масла в обычных условиях эксплуатации двигателя. Термин «достаточная летучесть для дегазирования» может относиться к изоцианату в его первоначальном виде либо, по меньшей мере, к одному из компонентов, получающихся при его разложении. Компонентами, получающимися при разложении, могут быть изоцианат либо источник HNCO, где, по меньшей мере, часть подвергается расщеплению с высвобождением циановой функциональности (NC) при обычных условиях эксплуатации, существующих в камере сгорания двигателя. Примеры предпочтительных изоцианатов включают соединения, описываемые формулой:
R-(N=C=О)x,
где R представляет собой углеводородную группу, имеющую от 4 до 30 атомов углерода, при этом углеводородная группа предпочтительно является алкильной, арильной либо арилалкильной группой, а х представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 4, более предпочтительно равное 1 либо 2. Наиболее предпочтительно изоцианатом является метилендифенилдиизоцианат.
Источник HNCO либо изоцианат присутствует в количестве, равном, по меньшей мере, 0,1% (масс.), предпочтительно, по меньшей мере, 0,5% (масс.), более предпочтительно, по меньшей мере, 1,0% (масс.) в расчете на полную массу композиции смазочного масла. На практике источник HNCO либо изоцианат могут присутствовать в таком количестве, при котором смазочное масло будет эффективным для использования по своему предполагаемому назначению в качестве смазочного средства, то есть в количестве вплоть до 5% (масс.) в расчете на композицию смазочного масла. Предпочтительно композиция смазочного масла по существу не содержит соединений, обладающих реакционной способностью по отношению к HNCO либо изоцианатам в такой мере, что источник HNCO либо изоцианат могут быть использованы для уменьшения уровня NOx, который генерирует двигатель. Присутствие HNCO можно зафиксировать, используя известные аналитические методы, в том числе спектроскопические методы, известные специалистам в соответствующей области.
Компонент базовое масло данного изобретения можно выбирать из любых синтетических (смазочных) масел, либо масел природного происхождения, либо их смесей. Базовые масла при классификации можно разбить на базовые масла группы I, группы II, группы II+, группы III и группы IV, что известно специалистам в соответствующей области. В некоторых случаях, обычно определяемых вариантом конечного использования композиции смазочного средства, соответствующей настоящему изобретению, предпочтительна группа I, в некоторых случаях предпочтительна группа II+, а в других случаях предпочтительны группы II и III.
Обычно базовые масла группы I содержат насыщенные соединения в количестве, меньшем 90% (согласно определению в соответствии с ASTM D 2007), и/или серу в количестве, большем 0,03 процента (согласно определению в соответствии с ASTM D 2622, D 4294, D 4927 либо D 3120), и характеризуются индексом вязкости, большим либо равным 80 и меньшим 120 (согласно определению в соответствии с ASTM D 2270). Обычно базовые масла группы II содержат насыщенные соединения в количестве, большем либо равном 90%, и серу в количестве, меньшем либо равном 0,03%, и характеризуются индексом вязкости, большим 80 и меньшим 120, при использовании упомянутых выше методов испытаний. Базовые масла группы II+ могут характеризоваться величиной VI (индекса вязкости) с верхнего края спектра VI, например, равной приблизительно 120. Обычно базовые масла группы III содержат насыщенные соединения в количестве, большем либо равном 90 процентам, и серу в количестве, меньшем либо равном 0,03%, и характеризуются индексом вязкости, большим либо равным 120, при использовании упомянутых выше тестов. Обычно базовые масла группы IV представляют собой полиальфаолефины (РАО).
В подходящем случае базовые масла могут характеризоваться вязкостью, находящейся в диапазоне от 3,8 сантистоксов (мм2/сек) при 100 градусах С до 26 сантистоксов (мм2/сек) при 100 градусах С.
Масла природного происхождения включают животные масла и растительные масла (например, касторовое, лярдовое масла), жидкие нефтяные масла и подвергнутые сероочистке в присутствии водорода, сольвентной очистке либо кислотной очистке минеральные смазочные масла, относящиеся к парафиновому, нафтеновому и смешанному парафиново-нафтеновому типам. Подходящими базовыми маслами также являются масла с вязкостью, подходящей для смазочного средства, получаемые из угля, либо сланца.
Еще один класс известных синтетических смазочных масел составляют алкиленоксидные полимеры и интерполимеры и их производные, у которых концевые гидроксильные группы были подвергнуты модифицированию в результате этерификации с получением сложного эфира, этерификации с получением простого эфира и тому подобного. Их примерами являются полиоксиалкиленовые полимеры, получаемые в результате полимеризации этиленоксида либо пропиленоксида, алкиловые и ариловые простые эфиры данных полиоксиалкиленовых полимеров (например, метилполиизопропиленгликолевый эфир, характеризующийся средней молекулярной массой, равной 1000, дифениловый эфир полиэтиленгликоля, характеризующегося молекулярной массой в диапазоне 500-1000, диэтиловый эфир полипропиленгликоля, характеризующегося молекулярной массой в диапазоне 1000-1500) и сложные эфиры, полученные из них и моно- и поликарбоновых кислот, например сложные эфиры уксусной кислоты, сложные эфиры смешанных С3-C8 жирных кислот и сложный диэфир, полученный из С13 оксокислоты и тетраэтиленгликоля.
Еще один подходящий класс синтетических смазочных масел составляют сложные эфиры, образованные в результате проведения реакции между двухосновными карбоновыми кислотами (например, фталевой кислотой, янтарной кислотой, алкилянтарными кислотами и алкенилянтарными кислотами, малеиновой кислотой, азелаиновой кислотой, пробковой кислотой, себациновой кислотой, фумаровой кислотой, адипиновой кислотой, димером линолевой кислоты, малоновой кислотой, алкилмалоновыми кислотами, алкенилмалоновыми кислотами) и широким ассортиментом спиртов (например, бутиловым спиртом, гексиловьм спиртом, додециловым спиртом, 2-этилгексиловым спиртом, этиленгликолем, диэтиленгликолевым простым моноэфиром, пропиленгликолем). Конкретные примеры данных сложных эфиров включают дибутиладипинат, ди(2-этилгексил)себацинат, ди-н-гексилфумарат, диоктилсебацинат, диизооктилазелаинат, диизодецилазелаинат, диоктилфталат, дидецилфталат, диэйкозилсебацинат, 2-этилгексиловый сложный диэфир димера линолевой кислоты и комплексный сложный эфир, образованный в результате проведения реакции между одним молем себациновой кислоты, двумя молями тетраэтиленгликоля и двумя молями 2-этилгексановой кислоты.
Сложные эфиры, подходящие в качестве синтетических масел, также включают соединения, получаемые из C5-C12 монокарбоновых кислот и полиолов и простых эфиров полиолов, таких как неопентилгликоль, триметилолпропан, пентаэритрит, дипентаэритрит и трипентаэритрит.
Еще один подходящий класс синтетических смазочных масел составляют кремнийсодержащие масла, такие как полиалкил-, полиарил-, полиалкокси- либо полиарилоксисилоксановые масла и -силикатные масла; они включают тетраэтилсиликат, тетраизопропилсиликат, тетра(2-этилгексил)силикат, тетра(4-метил-2-этилгексил)силикат, тетра(п-трет-бутилфенил)силикат, гекса(4-метил-2-пентокси)дисилоксан, поли(метил)-силоксаны и поли(метилфенил)силоксаны. Другие синтетические смазочные масла включают жидкие сложные эфиры фосфорсодержащих кислот (например, трикрезилфосфат, триоктилфосфат, диэтиловый эфир децилфосфоновой кислоты) и полимерные тетрагидрофураны.
Данные композиции смазочных масел обычно могут содержать и другие присадки, такие как антиокислительные присадки (антиоксиданты), дисперсанты и/или присадки, предотвращающие образование осадка. Композиции смазочных масел также могут включать и другие присадки к смазочным маслам, которые выполняют специфические функции, не реализуемые основными компонентами. Данные дополнительные присадки включают следующее далее, но не ограничиваются только им: ингибиторы коррозии, присадки, улучшающие (либо модифицирующие) индекс вязкости, присадки, понижающие температуру застывания масла, диалкилдитиофосфаты цинка, противоизносные присадки, противовспенивающие присадки и/или улучшители трения. Подходящие присадки описываются в патентах США №5320765 и 6528461. Подходящие антиокислительные присадки включают, например, медьсодержащие антиоксиданты, фенольные соединения и/или производные аминов. Подходящие дисперсанты включают, например, сукцинимиды. Подходящие присадки, предотвращающие образование осадка, включают, например, одну либо несколько присадок, предотвращающих образование осадка, на основе салицилатов, фенолятов и/или сульфонатов.
Дизельный двигатель обычно включает: корпус двигателя; камеру сгорания, изготовленную в корпусе двигателя для вмещения смеси топлива и воздуха; систему подачи впускного воздуха, предназначенную для подачи в упомянутую камеру сгорания впускного воздуха, в том числе, по меньшей мере, одного исходного компонента, выбираемого из воздуха и смеси воздуха и топлива; систему выхлопных газов, предназначенную для направления выхлопных газов, которые могут содержать воздух и продукты сгорания топлива, на выход из упомянутой камеры сгорания; систему подачи топлива, соединенную с двигателем, предназначенную для направления топлива, по меньшей мере, в одно устройство, выбираемое из упомянутой системы подачи впускного воздуха и упомянутой камеры сгорания; несколько цилиндров, изготовленных в корпусе двигателя, при этом упомянутые цилиндры включают внутреннюю кромку; соответствующий поршень, установленный в каждом из упомянутых нескольких цилиндров для возвратно-поступательного движения во время последовательных ходов выталкивания и всасывания, при этом каждый соответствующий поршень определяет камеру сгорания для вмещения смеси топлива и воздуха, причем упомянутый поршень имеет поршневые кольца, которые обеспечивают создание скользящего уплотнения между наружной кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра; соответствующий вращающийся коленчатый вал, соединенный для эксплуатации с упомянутым соответствующим поршнем для создания возвратно-поступательного движения через положение верхней мертвой точки, поскольку он производит передачу мощности в кинематическую цепь; и маслоотстойник (картер), изготовленный в корпусе двигателя для размещения смазочного масла и вмещения коленчатого вала. Цилиндры имеют внутреннюю стенку (либо внутреннюю кромку) и наружную стенку, где внутренняя круговая стенка окружает поршень. Поршневые кольца обычно имеются для того, чтобы во время сжатия и сгорания не допустить протечек в маслоотстойник находящихся в камере сгорания топлива/воздуха и выхлопных газов и чтобы не допустить протечек смазочного масла из маслоотстойника в зону сгорания. Камера сгорания представляет собой именно то место, в котором происходят сгорание и сжатие. Тогда, когда поршень перемещается вверх и вниз по цилиндру, объем камеры сгорания изменяется, определяя максимальный объем и минимальный объем камеры сгорания (ходы расширения и/или сжатия). Явление сгорания возникает во время ходов сжатия и/или расширения.
В способе настоящего изобретения предлагается способ эксплуатации дизельного двигателя, такого как описанный выше, включающего корпус двигателя; камеру сгорания, изготовленную в корпусе двигателя для вмещения смеси топлива и воздуха; несколько цилиндров, изготовленных в корпусе двигателя, при этом упомянутые цилиндры включают внутреннюю кромку; соответствующий поршень, установленный в каждом из упомянутых нескольких цилиндров для возвратно-поступательного движения во время последовательных ходов выталкивания и всасывания, причем каждый соответствующий поршень определяет камеру сгорания для вмещения смеси топлива и воздуха, который позволяет уменьшить уровни выбросов NOx из дизельного двигателя, при этом способ включает: ввод в камеру сгорания дизельного топлива и воздуха; доставку композиции смазочного масла в цилиндры; сжатие поршнем дизельного топлива в камере сгорания до воспламенения, что таким образом приведет к образованию (генерации) выхлопных газов, содержащих NOx; где композиция смазочного масла содержит базовое масло и, по меньшей мере, один диспергируемый в масле источник HNCO. Источником HNCO предпочтительно является изоцианат, обладающий достаточной летучестью для улетучивания из композиции смазочного масла в обычных условиях эксплуатации двигателя. В общем случае в конце хода сжатия возможно достижение давлений в диапазоне от 500 фунт/дюйм2 (3447 кПа) до 1000 фунт/дюйм2 (6895 кПа). В ходе процесса сжатия воздух может нагреться вплоть до 537°С (1000°F) или выше, что достаточно высоко для самопроизвольного воспламенения топлива тогда, когда оно впрыскивается в цилиндры. Температуры газообразных продуктов сгорания после воспламенения топлива становятся выше, увеличиваясь до целых 1600°С (2912°F) при нескольких градусах поворота коленчатого вала после воспламенения топлива. В таких условиях эксплуатации двигателя цилиндр обычно нагревается до температуры в диапазоне от 300°F (149°C) до 500°F (260°С).
Без желания ограничивать изобретение какой-либо определенной теорией, пользуясь теоретическим подходом, тем не менее, можно сказать, что во время эксплуатации двигателя (при температуре цилиндров) компонент, восстанавливающий NOx, улетучивается из масла из области поблизости от внутренней кромки и/или на внутренней кромке цилиндров и вступает в реакцию с газообразными продуктами сгорания. Было обнаружено, что в случае добавления в смазочное масло источника HCNO концентрация выбросов NOx в выхлопных газах дизельного двигателя уменьшается по сравнению с выбросами из того же самого дизельного двигателя, эксплуатируемого с использованием сравнительного масла, не содержащего источник HCNO. Смазочное масло вводят в маслоотстойник либо картер. Смазочное масло, содержащееся в нижней части маслоотстойника, в общем случае подается в цилиндры и оно может наноситься на области поблизости от внутренней кромки и/или на внутреннюю кромку цилиндров при помощи коленчатого вала и поршня. Настоящее изобретение будет проиллюстрировано с использованием следующего далее иллюстративного варианта реализации, который предлагается только в порядке иллюстрации и никоим образом не должен интерпретироваться в качестве ограничения заявленного изобретения.
ПРИМЕРЫ
Испытательные прогоны для получения оценки композиций смазочного моторного масла, предназначенных для уменьшения выбросов NOx, проводили с использованием испытательного дизельного двигателя, соответствующего промышленным стандартам.
Оборудование для испытаний: для получения оценок композиций смазочного масла для дизельного двигателя использовали одноцилиндровый двигатель для испытания масла (SCOTE) Caterpillar®. Двигатель SCOTE не имел каких-либо каталитических конвертеров либо какого-либо аппарата для уменьшения выбросов NOx. Систему выхлопных газов модифицировали за счет включения датчика содержания NOx на основе оксида циркония, сигнал от датчика подавали в портативный прибор для измерения содержания NOx (например, прибор для измерения содержания NOx Horiba, Япония).
Испытания для получения оценок проводили с использованием следующих композиций смазочного масла и топлива.
Испытываемое масло/топливо: в качестве сравнительного масла использовали коммерчески доступное, содержащее все свои компоненты смазочное масло для дизельного двигателя 15W40. Испытываемую композицию смазочного масла получали в результате комбинирования коммерчески доступного, содержащего все свои компоненты смазочного масла для дизельного двигателя 15W40 и 0,5% (масс.) изоцианата - метилендифенилдиизоцианата (MDI) (компания Dow Chemical Company, Мидлэнд, Мичиган) - в расчете на массу композиции смазочного масла. Топливом для испытательных прогонов было эталонное дизельное топливо, соответствующее ASTM.
Испытания для получения оценок проводили в соответствии со следующей далее методикой.
Описание испытаний: для генерации выбросов NOx использовали модифицированный способ испытаний CAT 1P ASTM. Стадии 4 и 5 способа испытаний CAT 1P ASTM проводили в течение двух часов. Измерения для выбросов NOx выполняли каждые 6 минут в течение периода проведения испытаний. Данные по выбросам NOx регистрировали с использованием регистратора данных системы для испытаний SCOTE. Все испытательные прогоны проводили по два раза, а данные усредняли. Результаты испытаний для получения оценок графически отображены на фигурах 1 и 2. Фигура 1 представляет собой графическое изображение зависимости количества выбросов NOx от времени для сравнительного масла и испытываемой композиции смазочного масла, содержащей 0,5% (масс.). MDI в расчете на массу композиции смазочного масла. Результаты, приведенные на фигуре 1, демонстрируют то, что композиция смазочного масла, содержащая MDI, обеспечивает значительное уменьшение выбросов NOx, производимых одноцилиндровым дизельным двигателем. Количество выбросов NOx уменьшается до 1450 частей на миллион (ч./млн) с уровня 1645 ч./млн для сравнительного масла.
Последующие испытания проводили для получения оценки действия различных концентраций MDI на количество выбросов NOx при использовании тех же самых методики, двигателя, топлива и сравнительного масла, описанных для фигуры 1. Испытываемые композиции смазочного масла, предназначенные для последующих испытаний, получали в результате комбинирования коммерчески доступного, содержащего все свои компоненты моторного масла 15W40, соответствующего стандартам API, и 0,5% (масс.) изоцианата - MDI - либо 1,0% (масс.) изоцианата - MDI - в расчете на массу композиции смазочного масла. Фигура 2 демонстрирует среднюю величину для пятнадцати прогонов с использованием сравнительного масла - 1611 ч./млн NOx, среднюю величину для пяти прогонов с использованием испытываемой композиции смазочного масла, содержащей 0,5% (масс.) MDI, - I486 NOx и среднюю величину для двух прогонов с использованием испытываемой композиции смазочного масла, содержащей 1,0% (масс.) MDI, - 1573 ч./млн. Данные по выбросам NOx для сравнительного масла табулированы в таблице 1. Данные по выбросам NOx для испытываемой композиции смазочного масла при содержании 0,5% (масс.) табулированы в таблице 2. Данные по выбросам NOx для испытываемой композиции смазочного масла при содержании 1,0% (масс.) табулированы в таблице 3.
| Таблица 1 Выбросы NOx при использовании сравнительного масла | |
| Испытательный прогон | Содержание NOx в выхлопных газах (мас.ч./млн) |
| 1 | 1563 |
| 2 | 1645 |
| 3 | 1523 |
| 4 | 1648 |
| 5 | 1576 |
| 6 | 1570 |
| 7 | 1597 |
| 8 | 1696 |
| 9 | 1656 |
| 10 | 1668 |
| 11 | 1559 |
| 12 | 1572 |
| 13 | 1694 |
| 14 | 1545 |
| 15 | 1646 |
| В среднем | 1611 |
| Таблица 2 Выбросы NOx при использовании масла, содержащего 0,5% (масс.) MDI | |
| Испытательный прогон | Содержание NOx в выхлопных газах (мас.ч./млн) |
| 1 | 1440 |
| 2 | 1429 |
| 3 | 1482 |
| 4 | 1463 |
| 5 | 1615 |
| В среднем | 1486 |
| Таблица 3 Выбросы NOx при использовании масла, содержащего 1,0% (масс.) MDI | |
| Испытательный прогон | Содержание NOx в выхлопных газах (мас.ч./млн) |
| 1 | 1495 |
| 2 | 1650 |
| В среднем | 1573 |
Дальнейшие испытания проводили с использованием коммерчески доступного дизельного двигателя грузового автомобиля.
Оборудование для испытаний: для получения оценки испытываемых масел использовали грузовой автомобиль на шасси легкового автомобиля грузоподъемностью три четверти тонны - Ford F-250 модельного 2000 года. Испытываемое транспортное средство работало от дизельного двигателя Navistar V-8 объемом 7,3 л, соединенного с четырехскоростной автоматической коробкой передач. Данное транспортное средство соответствовало техническим характеристикам производителей оригинального оборудования и таким образом в нем не использовали каталитических конвертеров для выхлопных газов либо системы рециркуляции выхлопных газов. Систему выхлопных газов незначительно модифицировали за счет включения датчика содержания NOx на основе оксида циркония, сигнал от которого подавали в портативный прибор для измерения содержания NOx Horiba. Для регистрации данных по NOx использовали регистратор данных Campbell Scientific.
Испытания проводили с использованием следующих испытываемого масла и топлива.
Испытываемое масло/топливо: оценки для сравнительного масла и композиции смазочного масла получали с использованием дизельного двигателя грузового автомобиля. Сравнительным маслом было коммерчески доступное, содержащее все свои компоненты смазочное масло для дизельного двигателя 15W40. Испытываемую композицию смазочного масла получали в результате комбинирования коммерчески доступного, содержащего все свои компоненты смазочного масла для дизельного двигателя 15W40 и 0,5% (масс.) (5000 ч./млн) метилендифенилдиизоцианата (MDI) в расчете на массу композиции смазочного масла, соответствующей изобретению. Сравнительное масло использовали для установления реперной базовой линии для выбросов NOx. Оценку испытываемой композиции смазочного масла получали, проводя сопоставление с уровнями выбросов NOx, получающимися в результате использования сравнительного масла. Топливом для программного испытания было низкосернистое дизельное топливо #2.
Испытания проводили в соответствии со следующей далее методикой.
Описание испытаний: для испытываемых масел проводили "наработку", набирая на транспортном средстве приблизительно 400 миль дорожных испытаний. Испытываемое транспортное средство эксплуатировали с использованием бегового барабана в нескольких условиях, включающих цикл испытаний ЕРА-505, стационарную эксплуатацию при 30 и 55 милях в час в случае горизонтальной дороги и при 55 милях в час в случае повышенной нагрузки (при уклоне дороги 2,5%). Измерения для выбросов NOx проводили с использованием портативного прибора для измерения содержания NOx Horiba, а данные загружали в регистратор данных. При каждом виде условий для каждого масла проводили три испытательных прогона. Результаты для стационарной эксплуатации продемонстрированы на фигуре 3. Повышенная нагрузка обозначена как Hi-load. Результат для цикла испытаний ЕРА-505 продемонстрирован на фигуре 4.
1. Композиция смазочного масла, подходящая для дизельного двигателя, содержащая базовое масло и одно либо несколько соединений, описываемых формулой R-(N=C=O)x,
где R представляет собой углеводородную группу, имеющую от 4 до 30 атомов углерода, а х представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 4, присутствующих в количестве, по меньшей мере, равном 0,1 мас.% и доходящем вплоть до 5 мас.% в расчете на массу композиции смазочного масла.
2. Композиция смазочного масла по п.1, где х равен 1 либо 2.
3. Композиция смазочного масла по п.1 или 2, где соединением является метилендифенилдиизоцианат.
4. Композиция смазочного масла по п.1 или 2, где соединение присутствует в количестве, по меньшей мере, равном 0,5 мас.% в расчете на массу композиции смазочного масла.
5. Композиция смазочного масла по п.3, где соединение присутствует в количестве, по меньшей мере, равном 0,5 мас.% в расчете на массу композиции смазочного масла.
6. Способ эксплуатации дизельного двигателя, включающий ввод в дизельный двигатель композиции смазочного масла по любому из пп.1-5 и эксплуатацию двигателя.
7. Способ эксплуатации дизельного двигателя, включающего корпус двигателя, камеру сгорания, изготовленную в корпусе двигателя для вмещения смеси топлива и воздуха, несколько цилиндров, изготовленных в корпусе двигателя, и соответствующий поршень, установленный в каждом из упомянутых нескольких цилиндров для возвратно-поступательного движения во время последовательных ходов выталкивания и всасывания, при этом каждый соответствующий поршень определяет камеру сгорания для вмещения смеси топлива и воздуха, включающий ввод в камеру сгорания дизельного топлива и воздуха, подачу композиции смазочного масла по любому из пп.1-5 в цилиндры и сжатие поршнем дизельного топлива в камере сгорания до воспламенения, что, таким образом, приведет к образованию выхлопных газов.
8. Применение одного либо нескольких изоцианатов в качестве восстановителя NOx в композиции дизельного смазочного масла, содержащей базовое масло, при котором одно либо несколько соединений представлены формулой
R-(N=C=O)x,
где R представляет собой углеводородную группу, имеющую от 4 до 30 атомов углерода, а х представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 4, присутствующих в количестве, по меньшей мере, равном 0,1 мас.% и доходящем вплоть до 5 мас.% в расчете на массу композиции смазочного масла.
Приоритет по пунктам:
01.07.2002 и 24.06.2003 - пп. 1, 2, 6, 7, 8;
01.07.2002 - п.3;
24.06.2003 - пп.4, 5.
