КОМПОЗИЦИЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА
LUBRICATING OIL COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к композиции смазочного масла для коробок передач автомобилей. Более конкретно, изобретение относится к топливосберегающей композиции трансмиссионного смазочного масла, которая уменьшает стойкость к взбалтыванию при понижении вязкости, при этом одновременно сохраняет масляную плёнку и предотвращает повреждение поверхностей зубьев зубчатого колеса. В дополнение к этому, изобретение относится к композиции смазочного масла для коробок передач автомобилей, которая характеризуется низкой вязкостью при низкой температуре и высокими пусковыми характеристиками зимой.
Предшествующий уровень техники изобретения
К настоящему времени предложено много композиций смазочного масла. Например, в документе JP2011236407 раскрыто базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша (масло ФТ), которое имеет высокий индекс вязкости и обладает преимуществом, заключающимся в уменьшении количества используемого улучшителя индекса вязкости. В документе JP2009520078 раскрыто смазочное вещество, полученное путём смешивания масла ФТ низкой вязкости с маслом группы 1, обладающим высокой вязкостью (очищенное растворителем минеральное масло). Далее, в документе JP2012193255 раскрыто масло для зубчатых передач, полученное путём смешивания минерального масла низкой вязкости – на основе масла высокой степени очистки - с минеральным маслом высокой вязкости, очищенным растворителем.
Однако реальное положение дел состоит в том, что, если речь идёт о коробках передач автомашин, которые рассматриваются в аспекте применения, то не имеется композиций смазочного масла, существующих в предшествующем уровне техники, которые улучшают экономию топлива, как это требуется в упомянутом применении, которые обладают свойствами стойкости к нагрузке и которые удовлетворяют всем свойствам удерживания масляной плёнки, а также характеристикам низкотемпературной вязкости. С целью предотвращения усталостного разрушения, такого как выкрашивание, вызываемого на поверхностях зубьев зубчатого колеса, важно, в частности, улучшать свойства удерживания масляной плёнки. В то же время, с целью повышения способности масел зубчатых передач выдерживать нагрузку необходимо использовать химически активные присадки, но в таком случае появляется проблема, состоящая в том, что они вызывают коррозию металла.
С учётом вышесказанного, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить композицию трансмиссионного масла для автомобилей (особенно, топливосберегающего типа), которая удовлетворяет всем требованиям в отношении характеристик стойкости к взбалтыванию, сохранения масляной плёнки и низкотемпературной вязкости.
Сущность изобретения
В результате неоднократных и интенсивных исследований, направленных на решение вышеупомянутых проблем, авторы изобретения обнаружили, что композиция смазочного масла, которая включает в себя определённое количество базового масла высокой вязкости группы 1 в базовом масле GTL низкой вязкости и в которой оптимизировано количество химически активной присадки, демонстрирует желаемые свойства. Таким образом, они осуществили настоящее изобретение.
С учётом вышесказанного, данное изобретение относится к композиции смазочного масла для коробок передач автомобилей, отличающейся тем, что композиция смазочного масла содержит:
2
2
(A) в качестве базового масла, базовое масло GTL низкой вязкости (кинематическая вязкость от 2 мм/с до 5 мм/с при 100°C) и
2
2
(B) базовое масло высокой вязкости группы 1 (кинематическая вязкость от 30 мм/с до 35 мм/с при 100°C) в количестве от 2 до 20% масс. в расчёте на общую массу композиции смазочного масла, и в дополнение к этому
(C) содержание полимерного соединения, которое образует улучшитель индекса вязкости, составляет от 0 до 1,0% масс. в расчёте на общую массу композиции смазочного масла,
(D) температура застывания составляет -50°C или ниже, при этом вязкость по Брукфильду при -40°C составляет не более 10 000 мПа•с,
2
(E) толщина ЭГД масляной плёнки при 60°C и 3,0 м/с составляет не менее 15% по отношению к толщине масляной плёнки поли-альфа-олефина (кинематическая вязкость 4,0 мм/с при 100°C), измеренной в тех же условиях,
2
2
(F) кинематическая вязкость при 100°C составляет от 4 мм/с до 6 мм/с, и
2
2
(G) кинематическая вязкость при 40°C составляет от 20 мм/с до 30 мм/с.
Данное изобретение дополнительно относится к способу получения композиции смазочного масла для коробок передач автомобилей, отличающемуся тем, что композиция смазочного масла содержит:
2
2
(A) в качестве базового масла, базовое масло GTL низкой вязкости (кинематическая вязкость от 2 мм/с до 5 мм/с при 100°C) и
2
2
(B) базовое масло высокой вязкости группы 1 (кинематическая вязкость от 30 мм/с до 35 мм/с при 100°C) в количестве от 2 до 20% масс. в расчёте на общую массу композиции смазочного масла, и в дополнение к этому
(C) содержание полимерного соединения, которое образует улучшитель индекса вязкости, составляет от 0 до 1,0% масс в расчёте на общую массу композиции смазочного масла,
(D) температура застывания составляет -50°C или ниже, при этом вязкость по Брукфильду при -40°C составляет не более 10 000 мПа•с,
2
(E) толщина ЭГД масляной плёнки при 60°C и 3,0 м/с составляет не менее 15% по отношению к толщине масляной плёнки поли-альфа-олефина (кинематическая вязкость 4,0 мм/с при 100°C), измеренной в тех же условиях,
2
2
(F) кинематическая вязкость при 100°C составляет от 4 мм/с до 6 мм/с, и
2
2
(G) кинематическая вязкость при 40°C составляет от 20 мм/с до 30 мм/с.
Согласно настоящему изобретению можно предложить композицию смазочного масла для применения в коробках передач автомобилей, которая представляет собой топливосберегающую композицию смазочного масла для применения в коробках передач автомобилей, которая вследствие уменьшения стойкости к взбалтыванию за счёт понижения вязкости при одновременном сохранении масляной плёнки предотвращает повреждение поверхностей зубьев зубчатого колеса (усталостное разрушение) и которая имеет низкую вязкость при низкой температуре, а также высокие пусковые характеристики зимой.
Подробное описание изобретения
Композиция смазочного масла для коробок передач автомобилей, в части, касающейся настоящего варианта осуществления, представляет собой базовое масло высокой вязкости группы 1, смешанное в определённом соотношении с базовым маслом GTL низкой вязкости. Композиция смазочного масла для коробок передач автомобилей, в части, касающейся её варианта осуществления, поясняется более подробно ниже в отношении её конкретных составляющих частей, количеств каждой составляющей части в приготовленной смеси, физических свойств и вариантов применения, но данное изобретение никоим образом не ограничивается ими.
2
То, что подразумевается под базовым маслом GTL, представляет собой смазочное базовое масло, полученное в результате образования сжиженного углеводорода при осуществлении процесса синтеза Фишера-Тропша с использованием в качестве исходных веществ CO и H, синтезированных из природного газа в рамках технологии GTL (газ-в-жидкости); затем в результате гидроочистки и гидроизомеризации сжиженного углеводорода и, в случае необходимости, применения катализатора или депарафинизации растворителем. По сравнению с базовыми маслами на основе минерального масла, очищенными от сырой нефти, упомянутое базовое масло имеет крайне низкое содержание серы и ароматических соединений, а доля парафиновых составляющих в нём очень велика, так что оно обладает очень высокой устойчивостью к окислению, а потери от испарения очень малы, и это означает, что оно является идеальным для базового масла данного изобретения. Вязкостные характеристики базового масла GTL низкой вязкости особо не ограничиваются.
2
2
2
2
2
2
2
Базовое масло, относящееся к настоящему изобретению, представляет собой базовое масло GTL низкой вязкости, приготовленное таким образом, что в составе упомянутого базового масла GTL кинематическая вязкость базового масла GTL низкой вязкости при 100°C принимает значения от 2 до 5 мм/с. Базовые масла GTL низкой вязкости можно использовать по отдельности или в виде смесей множества из них. Упомянутая кинематическая вязкость составляет предпочтительно от 2,5 до 4,5 мм/с, но более предпочтительно, от 2,7 до 4,2 мм/с. Если бы кинематическая вязкость при 100°C составляла ниже 2 мм/с, необходимо было бы использовать большие количества улучшителя индекса вязкости с целью достижения кинематической вязкости для композиции смазочного масла, упомянутой под приведённым выше обозначением (F), и в таком случае должно было приниматься во внимание ухудшение стабильности к сдвигу. С другой стороны, если бы кинематическая вязкость при 100°C составляла выше 5 мм/с, было бы трудно достигать кинематической вязкости для композиции смазочного масла, упомянутой под приведённым выше обозначением (F). К тому же, кинематическая вязкость при 40°C должна составлять от 2 до 680 мм/с, но более предпочтительно, от 5 до 120 мм/с. Обычно также общее содержание серы должно составлять меньше 10 ч/млн, а общее содержание азота меньше 1 ч/млн. В качестве примера такого промышленного продукта базового масла GTL можно упомянуть продукт Shell XHVI (зарегистрированная торговая марка).
Базовые масла группы 1 включают в себя парафиновые минеральные масла, получаемые, например, в результате применения подходящего сочетания способов очистки, таких, как очистка растворителем, гидроочистка или депарафинизация, в отношении фракции смазочного масла, полученной в результате атмосферной перегонки сырой нефти. Индекс вязкости предпочтительно составляет от 80 до 120, но более предпочтительно, от 90 до 110.
2
2
2
2
Кинематическая вязкость базового масла высокой вязкости группы 1 при 100°C составляет от 30 до 35 мм/с, а предпочтительно от 30,5 до 33,5 мм/с. Если бы кинематическая вязкость при 100°C составляла ниже 30 мм/с, было бы невозможно сохранять адекватную толщину масляной плёнки, и это повлекло бы за собой ухудшение смазывающей способности. С другой стороны, если бы кинематическая вязкость при 100°C составляла выше 35 мм/с, ухудшились бы низкотемпературные характеристики. При этом лучше всего, если общее содержание серы составляет менее 1,5% масс., а предпочтительно, менее 1,3% масс.
В настоящее изобретение можно включать базовые масла, отличные от вышеупомянутых базовых масел, если только они не снижают эффективности изобретения.
В данном изобретении можно применять присадку на основе фосфора. Для такой присадки на основе фосфора можно использовать любое соединение, обычно применяемое для смазочных масел в качестве присадки на основе фосфора, но если приводить конкретные примеры, можно использовать моноэфиры фосфорной кислоты, диэфиры фосфорной кислоты, триэфиры фосфорной кислоты, моноэфиры фосфористой кислоты, диэфиры фосфористой кислоты, триэфиры фосфористой кислоты, а также соли аминов или алканоламинов с указанными эфирами. Соли в форме фосфатов металлов, и в частности, дитиофосфаты цинка, являются предпочтительными в качестве противозадирных присадок. Пример дитиофосфата цинка показан в виде соединения, отображаемого приведённой ниже общей формулой (1).
1
2
3
4
В приведённой выше общей формуле (1) каждый из R, R, R и R обозначает по отдельности углеводородные группы с числом атомов углерода от 1 до 24. Указанные углеводородные группы желательно представляют собой любые прямоцепные или разветвлённые алкильные группы с числом атомов углерода от 1 до 24; прямоцепные или разветвлённые алкенильные группы с числом атомов углерода от 3 до 24; циклоалкильные группы, либо прямоцепные или разветвлённые алкилциклоалкильные группы с числом атомов углерода от 5 до 13; арильные группы, либо прямоцепные или разветвлённые алкиларильные группы с числом атомов углерода от 6 до 18 и арилалкильные группы с числом атомов углерода от 7 до 19. В дополнение к этому, алкильные группы и алкенильные группы могут быть любыми: первичными, вторичными или третичными.
В качестве идеальных конкретных примеров приведённых выше дитиофосфатов цинка можно упомянуть диизопропилдитиофосфат цинка, диизобутилдитиофосфат цинка, ди-втор-бутилдитиофосфат цинка, ди-втор-пентилдитиофосфат цинка, ди-н-гексилдитиофосфат цинка, ди-втор-гексилдитиофосфат цинка, диоктилдитиофосфат цинка, ди-2-этилгексилдитиофосфат цинка, ди-н-децилдитиофосфат цинка, ди-н-додецилдитиофосфат цинка, диизотридецилдитиофосфат цинка или смеси, составляющие сочетания любых из них. Указанные присадки на основе фосфора можно использовать по отдельности, либо в сочетаниях двух или более из них.
При необходимости композиция смазочного масла, относящаяся к данному изобретению, может содержать антиоксиданты, беззольные дисперсанты; моющие присадки, содержащие металлы; модификаторы трения, средства для предупреждения ржавления, ингибиторы коррозии, пеногасители и тому подобное. Также можно использовать пакеты присадок, в которых упомянутые выше присадки укомплектованы для применения в коробках передач автомобилей, и дополнительно можно использовать вышеупомянутые присадки совместно с пакетами.
Однако композиция смазочного масла, относящаяся к настоящему изобретению, в идеальном случае не должна содержать макрополимерного соединения в качестве улучшителя индекса вязкости. В качестве примеров улучшителей индекса вязкости в данном случае можно упомянуть полиметакрилат и сополимеры олефинов, такие как сополимеры этилен/пропиленгликоль или сополимеры стирол/диен, как улучшители индекса вязкости недисперсионного типа, а также улучшители индекса вязкости дисперсионного типа, являющиеся продуктами, полученными сополимеризацией указанных соединений с азотсодержащими мономерами. Загущающее действие или возрастание индекса вязкости улучшителей индекса вязкости, как правило, увеличивается вместе с их молекулярной массой. Однако, по мере увеличения молекулярной массы улучшителей индекса вязкости стабильность к сдвигу уменьшается, вызывая понижение вязкости.
Подробности в отношении приготовления смеси композиции смазочного масла настоящего изобретения поясняются ниже.
Базовые масла включены в состав предпочтительно в количестве от 70 до 98 масс.%, но более предпочтительно, от 80 до 95 масс.% по отношению к обшей массе композиции смазочного масла (100 масс.%).
Базовое масло GTL низкой вязкости включено в состав в количестве предпочтительно от 50 до 96 масс.%, но более предпочтительно, от 60 до 93 масс.% по отношению к общей массе композиции смазочного масла (100 масс.%).
Базовое масло высокой вязкости группы 1 включено в состав в количестве от 2 до 20 масс.%, а предпочтительно, от 2 до 15 масс.%, и более предпочтительно, от 2 до 10 масс.% по отношению к общей массе композиции смазочного масла (100 масс.%). Если оно превосходит 20 масс.%, вязкость по Брукфильду превысит 10 000 мПа•с, в таком случае вязкостное сопротивление станет очень большим, что влечёт за собой ухудшение эффективности расходования топлива. Если оно составляет менее 2 масс.%, не будет достигаться достаточная толщина масляной плёнки и пострадает смазывающая способность.
Содержание фосфора, имеющегося в присадке на основе фосфора, в пересчёте на количество в общем составе составляет от 0,10 до 0,20 масс.%. Предпочтительно оно составляет от 0,12 до 0,18 масс.%. Если указанное количество в смеси составляет менее 0,10, коэффициент трения увеличивается и переключения скоростей в коробке передач не будут осуществляться плавно. В дополнение к этому, не может сохраняться уровень способности выдерживать нагрузку в качестве масла для зубчатых передач. Но если его добавляют с превышением 0,20 масс.%, будет возникать проблема коррозионного износа, и, поскольку коэффициент трения будет снижаться слишком сильно, появится риск возможности возникновения проблем с синхронизацией при переключении скоростей в коробке передач.
Количество улучшителя индекса вязкости в смеси составляет не больше 1,0 масс.%, а предпочтительно, не больше 0,5 масс.%, и более предпочтительно, 0 масс.%. Если количество улучшителя индекса вязкости превышает 1,0 масс.%, стабильность к сдвигу уменьшается и вязкость принимает значение даже ниже начального, так что становится невозможно сохранять толщину масляной плёнки.
Ниже приведено описание взаимных соотношений компонентов смеси, составляющих данное изобретение.
Соотношение в смеси базового масла GTL низкой вязкости и базового масла высокой вязкости группы 1, в единицах массы, предпочтительно является следующим: базовое масло GTL низкой вязкости: базовое масло высокой вязкости группы 1 = 1:0,01 - 1:0,30, но более предпочтительно, от 1:0,02 до 1:0,27.
Далее следует подробное разъяснение свойств композиции смазочного масла, относящейся к настоящему изобретению.
Температура застывания, измеренная в соответствии со стандартом JIS K 2269, составляет -50°C или ниже. Если она выше -50°C, то в случае применения упомянутой композиции смазочного масла в транспортных средствах, используемых в холодных регионах, смазочное масло не будет демонстрировать необходимых показателей для поддержания адекватных характеристик текучести.
Вязкость по Брукфильду при -40°C, измеренная в соответствии со стандартом DIN 51398, составляет не более 10 000 мПа•с. Предпочтительно, вязкость композиции по Брукфильду при -40°C должна быть менее 9 000 мПа•с, а более предпочтительно, менее 8 000 мПа•с. В случае применения упомянутой композиции смазочного масла в транспортных средствах, используемых в низкотемпературных окружающих средах, как например, в холодных регионах, если вязкость БФ при -40°C выше 10 000 мПа•с, вязкостное сопротивление при взбалтывании смазочного масла будет возрастать в значительной степени, вызывая ухудшение эффективности расходования топлива.
2
Толщина ЭГД масляной плёнки при 60°C и 3,0 м/с (определённая с использованием устройства для измерения ЭГД масляной плёнки, производимого фирмой PCS Instruments Ltd.) составляет не менее 15% по отношению к толщине масляной плёнки поли-альфа-олефина (вязкость 4,0 мм/с при 100°C), измеренной в тех же условиях, а предпочтительно составляет не менее 16%. То, что подразумевается под толщиной масляной плёнки в данном случае, представляет собой толщину плёнки смазочного масла, образующейся между движущимися за счёт сил трения элементами в домене эласто-гидродинамической смазки. Если масляная плёнка тонкая, можно предотвратить контакт между металлом и металлом с целью замедления износа и дополнительно продлить усталостную долговечность. С другой стороны, если плёнка слишком тонкая, то есть толщина масляной плёнки составляет менее 15%, невозможно замедлять износ в адекватной степени и поэтому усталостная долговечность также сокращается.
2
2
2
2
2
2
Кинематическая вязкость при 100°C, измеренная в соответствии со стандартом ASTM D445, составляет от 4 мм/с до 6 мм/с, а предпочтительно, от 4,5 мм/с до 5,5 мм/с. Если кинематическая вязкость при 100°C ниже 4 мм/с, доля контакта с металлом увеличится и будет необходимо принимать во внимание ухудшение эффективности расхода топлива, обусловленное повышением сопротивления трению. С другой стороны, если кинематическая вязкость при 100°C превышает 6 мм/с, результатом будет ухудшение эффективности расхода топлива вследствие повышения стойкости к взбалтыванию.
2
2
2
2
2
2
Кинематическая вязкость при 40°C, измеренная в соответствии со стандартом ASTM D445, составляет от 20 мм/с до 30 мм/с, а предпочтительно, от 22 мм/с до 28 мм/с. Если кинематическая вязкость при 40°C ниже 20 мм/с, доля контакта с металлом увеличится и будет необходимо принимать во внимание ухудшение эффективности расхода топлива, обусловленное повышением сопротивления трению. С другой стороны, если кинематическая вязкость при 40°C превышает 30 мм/с, результатом будет ухудшение эффективности расхода топлива вследствие повышения стойкости к взбалтыванию.
Заправляли реальную автомашину и оценивали управляемость при переключении. Если оказывалось возможным осуществлять нормальное переключение передач, ставили оценку O. Если при переключении передач трудно было входить или выходить из зубчатого колеса, ставили оценку X.
Если добавляемое количество модификатора трения, такого, как присадка на основе фосфора, слишком мало, коэффициент трения повышается и имеет местоявление, вследствие которого становится затруднительным разделение ступенчатого конуса зубчатых колёс и кольца синхронизатора при повороте рычага. В результате, создаётся ощущение, что зубчатым колёсам трудно расцепляться при переключении передач. Если добавляемое количество слишком велико, коэффициент трения уменьшается, и ступенчатый конус зубчатых колёс и кольцо синхронизатора проскальзывают и оказываются в неудовлетворительном положении по отношению друг к другу, так что становится трудно переключать передачу.
Композиция смазочного масла, относящаяся к данному изобретению, предназначена для использования в коробках передач автомобилей (зубчатый механизм, CVT, AT, MT, DCT, Diff и т.д.). В частности, композиция смазочного масла, относящаяся к данному изобретению, подходит в случае топливоэкономичных трансмиссионных масел.
Полученные новые данные настоящего изобретения заключаются в достижении двуединых показателей превосходящих низкотемпературных свойств и длительности срока службы путём смешивания определённого количества базового масла высокой вязкости группы 1 в базовом масле GTL низкой вязкости без добавления улучшителя индекса вязкости. Поскольку в данном случае базовое масло GTL имеет высокий индекс вязкости по сравнению с традиционным базовым маслом высокой степени очистки, принадлежащим к группе 2 или группе 3, можно получать смазочное масло с высоким индексом вязкости, даже если не используется никакой улучшитель индекса вязкости. В результате, можно повышать вязкость самого базового масла и таким образом сохранять толстую масляную плёнку на смазываемых поверхностях, и защита комплектующего оборудования в точках контакта металлов, таких как поверхности зубьев зубчатого колеса, значительно улучшается. В данном случае улучшителем индекса вязкости является высокомолекулярный полимер. Следовательно, если поверхности зубьев зубчатого колеса или им подобные подвергаются повторному сдвигу, происходит механический сдвиг высокомолекулярного полимера и вязкость понижается, так что усталостный срок службы зубьев зубчатого колеса дополнительно уменьшается. При помощи композиции смазочного масла, относящейся к настоящему изобретению, можно объединять экономию топлива, обусловленную низкой вязкостью, с продолжительностью службы, обусловленной предотвращением повреждения поверхностей зубьев зубчатого колеса.
Настоящее изобретение поясняется более подробно ниже с помощью примеров его осуществления и сравнительными примерами, но изобретение никоим образом не ограничивается данными примерами.
Исходные материалы, используемые в примерах вариантов осуществления 1 - 10 и сравнительных примерах 1 – 10, представляли собой следующее:
2
Базовое масло A: базовое масло GTL (газ-в-жидкость), синтезированное способом Фишера-Тропша, принадлежащее к группе 2 или группе 3 и в котором используется смесь компонентов смешения различающихся вязкостей, так что кинематическая вязкость композиции при 100°C становится равной 5 мм/с (Shell XHVI, торговое наименование, произведено фирмой Showa Shell Ltd.).
2
Базовое масло B: минеральное масло высокой степени очистки, принадлежащее к группе 2 или группе 3 и в котором используется смесь компонентов смешения различающихся вязкостей, так что кинематическая вязкость композиции при 100°C становится равной 5 мм/с (Yubase, торговое наименование, произведено фирмой SK Lubricants).
2
Базовое масло C: поли-альфа-олефин, принадлежащий к группе 4, в котором кинематическая вязкость при 100°C составляет 4,1 мм/с, а индекс вязкости равен 128.
2
Базовое масло D: парафиновое минеральное масло, полученное в результате очистки сырой нефти и принадлежащее к группе 1, в котором кинематическая вязкость при 100°C составляет 32,5мм/с, а индекс вязкости равен 97.
2
Базовое масло E: поли-альфа-олефин, в котором кинематическая вязкость при 100°C составляет 40 мм/с, а индекс вязкости равен 180.
Присадка A: пакет присадок GL-4 на основе Zn
Присадка B: пакет присадок FM на основе фосфора
Присадка C: улучшитель индекса вязкости на основе ПМА
Композиции смазочного масла, относящиеся к примерам варианта осуществления 1 и сравнительным примерам 1-10, получали смешением и перемешиванием различных составляющих частей при соотношениях в смеси, показанных в таблицах 1 и 2.
Значения кинематической вязкости при 100°C и 40°C, индекс вязкости, температуру застывания, вязкость по Брукфильду, стабильность к сдвигу KRL и толщину ЭГД масляной плёнки измеряли для композиций смазочного масла, приготовленных с использованием состава исходных материалов и способа получения, изложенного выше. Результаты приведены в таблицах 1 и 2.