[发明专利]天然气发动机润滑油组合物无效

专利信息
申请号: 201080046440.0 申请日: 2010-09-01
公开(公告)号: CN102575188A 公开(公告)日: 2012-07-11
发明(设计)人: M·F·托比埃斯;J·F·范斯塔登 申请(专利权)人: 雪佛龙奥伦耐有限责任公司
主分类号: C10M169/04 分类号: C10M169/04;C10M141/10;C10M137/00;C10M125/00;C10N40/25
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 孙爱
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 天然气 发动机 润滑油 组合
【说明书】:

发明背景

1.技术领域

本发明总体上涉及天然气发动机润滑油组合物以及防止或抑制以天然气为燃料的内燃机中排气阀座缩陷的方法。

2.相关技术描述

以天然气为燃料的发动机是使用天然气作为燃料源的发动机。对用于天然气发动机的润滑油,由于这种类型发动机所涉及的条件而通常优选具有高抗氧化、硝化性和粘度增加的润滑油。

天然气比液体烃类燃料有更高的比热焓,所以在典型的条件下它将比液体烃类燃料燃烧得更热。此外,因为天然气已为气体,它与烃类燃料液滴相比不会通过蒸发使吸入的空气冷却。而且,许多以天然气为燃料的发动机都在处于或接近化学计量条件下运转,此时较少过量的空气可用来稀释和冷却燃烧气体。其结果是,以天然气为燃料的发动机比燃烧液体烃类燃料的发动机产生更高的燃烧气体温度。在大多数情况下,以天然气为燃料的发动机在70-100%负荷下连续使用,而以车辆所用运转的发动机仅仅在其50%的时间是处于全负荷。

连续接近全负荷运转的这种条件对润滑剂施加了严格要求。例如,由于使润滑遭受持续高温环境,润滑剂的寿命通常受油氧化过程所限制。同样,因为氮(NOx)形成速率随温度按指数级增加,以天然气为燃料的发动机可以产生足以导致润滑油严重硝化的高NOx浓度。

良好的阀门磨损控制对于使发动机的操作费用降低也是重要的,并且可通过提供适当量和组成的灰分来达到。此外,在设定这些油的灰分含量中应考虑使燃烧室沉积物和火花塞积垢最小化。润滑油的灰分含量受限,因此必需小心地选择清净剂以使活塞沉积物和环粘结最小化。

阀门抗磨损性对以天然气为燃料的发动机的耐久性是重要的。一般而言,排气阀缩陷是在阀门和阀座界面处发生的磨损并且是在以天然气为燃料的发动机中最显著的阀门磨损形式。当阀门受到阻碍不能适当地坐落时,这可导致发动机粗糙、差的燃料经济性和过度排放。为了纠正过度阀门磨损,通常需要检修汽缸盖。虽然以天然气为燃料的发动机对于阀门表面和阀座配合面典型地使用非常坚硬的抗腐蚀性材料以提供延长的汽缸盖寿命,但这并不会完全消除阀门缩陷。

以天然气为燃料的发动机和加液体烃类燃料的发动机的润滑油要求有差别。液体烃类燃料例如柴油燃料的燃烧通常产生少量不完全燃烧物(例如废气颗粒物)。在以液体烃类燃料的发动机中,这些不可燃物为排气阀/阀座界面提供小但却重要程度的润滑,从而确保汽缸盖和阀门二者的耐用性。

以天然气为燃料的发动机燃烧以气相引入到燃烧室的燃料。天然气燃料的燃烧通常是很完全的,实际上没有未燃烧的物质。因为对于以天然气为燃料的发动机中的排气阀/座界面而言没有燃料产生的如液滴或烟炱那样的润滑剂来帮助润滑,所以这对吸气阀和排气阀有重大的影响。因此,汽缸盖和阀门的耐久性受润滑油的灰分含量和其它性能及其在热阀面和其配合阀座之间提供润滑剂的消耗速率的控制。过少的灰分或不当类型的灰分可加速阀门和阀座磨损,而过多的灰分可以导致阀门产生沟槽和随后阀门烧损。过多的灰分还可导致压缩丧失或使燃烧室沉积物爆燃。因此,燃气发动机制造商常常规定它们所获知的提供最佳性能的较窄灰分范围。因为大多数燃气都有低硫含量,所以为了解决碱性要求,通常不需要过量的灰分,围绕阀门的要求使灰分含量得到很大优化。在使用含硫气体或填埋气体的情况下可能除外。

二烷基二硫代磷酸锌是用于抗磨损和氧化防护的天然气发动机油添加剂包的非常有效的添加剂,并且例如显示促使在排气阀上形成灰分。然而,认为二烷基二硫代磷酸锌实际上可与表面发生化学反应或者与其它灰分来源形成可易于从阀表面除去的化合物。

此外,与使用二烷基二硫代磷酸锌有关的问题是它们的磷和硫衍生物毒害催化转化器的催化剂组分。这是种主要顾虑,因为需要有效的催化转化器来降低污染并且满足针对降低有毒气体例如内燃机废气排放中的烃、一氧化碳和氮氧化物所设的政府法规。这类催化转化器通常使用多种催化金属例如铂和金属氧化物的组合,并且安装在废气流例如汽车尾气管中以将有毒气体转化为无毒气体。因此,将期望消除润滑油中二烷基二硫代磷酸锌的量,由此减少催化剂失活且因此提高催化转化器的寿命和有效性,并同时还满足未来工业标准所提出的发动机油中磷和硫的含量。然而,简单降低二烷基二硫代磷酸锌的量存在问题,因为这必然降低润滑油的抗磨损性能和氧化抑制性能。因此,有必要找到一种保持发动机油的抗磨损和氧化性能的方法。

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