DE2304583A1 - Einlaufoel - Google Patents

Description

• E-i n l a u -f ö 1 Die Erfindung betrifft ein Einlauföl für Kolbenmotoren auf der Basis von paraffinischen und/oder naphthenischen und/oder synthetischen Ölen.
• Bisher wurden für Kolbenmotoren reine Mineralöle und/oder Motorenöle als Einlauföl verwendet, um durch mechanischen Abrieb die Unebenheiten an Kolbenringen und Zylindern abzutragen. Das Arbeiten mit derartigen Einlaufölen ist langwierig und führt oft zu Einlaufschäden, wie Festfressen der Kolben oder anderen durch Trockenreibung verursachte Schälen. Ausserdem inüssen solche Öle in der Regel nach der Einlaufphase ausgetauscht werden. Darüber hinaus sind Öle mit chemischen Zusätzen wie Ölsäure und Hydrochinolin (USSR-PS 264 579) und Sulfosäuren und geschwefeltem Extrakt (USSR-PS 116 142) zur Verwendung als Einlauföl beschrieben.
• Ebenso sind zur Lösung der gleichen Aufgabe Öle mit schmirgelnden Zusätzen, wie Cr203 (USSR-PS 280 735), Granhit (P. Adametz, Schmiertechnik 5, Nr. 4, 184-185) und MoS2 (A. Sonntag, Schmiertechnik 5, Nr. 6, 167-273) bekannt.
• Nachteilig wirkt sich bei diesen Ölen aus, dass der Abriebbeschleuniger im allgemeinen mit besonderen, meist leichteren ellen eingesetzt wird, und dass, vor allem bei mechanischen Abrieb beschleunigenden Zusätzen, der Kolben von den anfallenden Produkten gereinigt werden muss, so dass nach der Einlaufphase das Einlauföl gegen ein anderes Öl ausgetauscht werden muss.
• Es ist ferner bekannt, als Einlaufbeschleuniger freie Säuren zu verwenden. Ein entscheidender Nachteil der Verwendung freier Säuren beruht jedoch darauf, dass die für den Oxidations- und Korrosionsschutz mitverantwortliche Basenzahl durch die Säure verändert und damit die Qualität eines solchen Einlauföles in seiner gleichzeitigen Funktion als IID otorenol entscheidend beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist es praktisch nicht möglich, bei Verwendung von freien Säuren den chemischen Abrieb der Unebenheiten auf den Kolbenringen und Zylinderwandungen hinsichtlich Ausmass bzw. Korrosion und Dauer des Abbaus während einer zeitlich festgelegten Einlaufphase zu kontrollieren.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Einlauföl herzustellen, mit dem die Einlauf zeit erheblich verkürzt und Einlaufschäden verhindert werden können, und das vorzugsweise nach der Einlaufphase nicht ausgewechselt zu werden braucht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Einlauföl vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es in Kombination als Abriebbeschleuniger eine die P-OII-Gruppe enthaltende oder freisetzende Verbindung und als Aktivator für diese eine Säure oder eine unter Betriebsbedingungen als Säure reagierende Verbindung enthält.
• Mit dem erfindungsgemässen Einlauföl werden die Unebenheiten auf den Kolbenrinaen und Zylinderwandungen nicht mechanisch sondern im wesentlichen chemisch durch die erwähnte Kombination der beiden Verbindungen beseitigt.
• Vorzugsweise ist das Einlauföl so aufgebaut, dass es als Abriehbeschleuniger ein Salz der Dialkyldithionhosphorsaure, insbesondere deren Zinksalz, und als Aktivator eine organische Säure, einen Alkohol oder einen Ester, vorzugsweise mit 6 bis 20 C-Atomefl, enthält. Es ist von besonderem Vorteil, wenn das Einlauföl den Abriebbeschleuniger in einer Konzentration von 0,1 bis 4,0 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Gew.%, insbesondere von 0,6 bis 1,5 Gew.* und den Aktivator in einer Konzentration von 0,1 bis 4,0 Gew.%' vorzugsweise von 0,1 bis 1,0 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 0,6 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtöl, enthält. Insbesondere soll das Einlauföl den Abriebbeschleuniger und den Aktivator in einem Gewichtsverhältnis von 0,025 bis 40 : 1, vorzugsweise von 1 bis 10 : 1, insbesondere von 2 bis 4 : 1 enthalten.
• Das Einlauföl enthält als Basisöl vorzugsweise ein legiertes IjD-Öl mit einer Viskosität von 3,9 bis 22,7 cSt bei 98,90C, vorzugsweise von 4,2 bis 16,8, insbesondere von 5,7 bis 12,9 cSt.
• Überraschenderweise erhält man eine erstaunliche Verkürzung der Einlauf zeit bei zusätzlicher Verhinderung von Einlaufschäden, ohne dass man die Basenzahl oder sonstige wesentliche Eigenschaften des liD-Öles zu beeinflussen braucht.
• Die die P-0H-Gruppe enthaltenden oder freisetzenden Verbindungen sind unter anderem Phosphate, Thiophosnhate, Dithiophosphate, Phosphite, Phosphorverbindungen mit Alkyl- und/oder Arylresten.
• Die als Aktivator das Freisetzen der P-011-Funktion unter thermischer Belastung beschleunigenden Verbindungen sind unter anderem Fettsäureester, Fettsäurealkohole, Fettsäuren, Polyglykole und dergleichen.
• Ausserordentlich überraschend ist die Beobachtung, dass in einem erfindungsgemässen Einlauföl als einer der sehr wirksamen Abriebbeschleuniger Zinkdialkyldithiophos#hat (ZDDP) verwendet werden kann, das als Oxidations- und Verschleissinhibitor bekannt ist.
• Durch eine, nach der bisherigen Auffassung unverständliche und schädliche Überdosierung einer solchen Verbindung (wie beispielsweise ZDDP) und gleichzeitige Zugabe des Aktivators wird kurzfristig und vorher bestimmbar die P-011-Funktion an den Stellen der grössten Reibung und damit der gröbsten Wärmeentwicklung, nämlich den Unebenheiten auf den Kolbenringen und Zylinderwandungen, freigesetzt, wobei ohne Beeinflussung der Basenzahl oder anderer Motorenöl-Charakteristika die Einwirkung des erfindungsgemässen Einlauföls in überraschend kurzer Zeit ohne Fresserscheinunsen zu spiegelglatten Kolbenringen führt.
• Das erfindungsgemässe Einlauföl kann auf der Basis hochlegierter Öle, wie HD-Öle, hergestellt werden, sofern die erfindungsgemäss enthaltende Kombination aus Abriebbescheuniger und Aktivator mit den in dem hochlegierten Basisöl enthaltenen Zusatzstoffen chemisch verträglich ist.
• Das erfindungsgemässe Einlauföl kann neben der Kombination aus Abriebbeschleuniger und Aktivator noch zusitzliche Wirkstoffe enthalten, die das physikalische Verhalen eines les wie beisnielsweise dessen Stockpunkt, Viskositäts-Temperaturverhalten und Schaumverhalten beeinflussen, oder die als Oxidations- und Korrosionsinhibitoren und als Mittel zur Verbeserunq der Hochdruckeigenschaften und Verschleissfestigkeit wirken.
• Nach Verbrauch der aus dem Abriebbeschleuniger potentiell entwickelten Säure für den chemischen Abrieb verhlt sich das erflndungsgemässe Einlauföl qemäss seiner Zusammensetzung wie ein hochwertiges Motorenöl.
• Bei Verwendung von ZDDP als Abriebbeschleunioer ist nur ein Teil desselben während des Einlaufvorganges bei der chemischen Abtragung der Unebenheiten auf den Kolbenringen und den Zylinderwandungen beteiligt. Der andere Teil des ZDDP übernimmt im Einlauföl eine andere Funktion, wie beispielsweise Verschleissminderung. Es wird also dem erfindungsgemässen Einlauföl eine Kombination aus ZDDP und Aktivator mit einer so hohen Konzentration an ZDDP zugesetzt, dass ein Teil als Säurebildner im Sinne der Erfindung und nach beendeter Wirkung später noch ein anderer Teil in bekannter Konzentration in üblicher Weise als Oxidations-Verschleissinhibitor vorliegt.
• Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge wird das multifunktionelle Verhalten des Abriebbeschleunigers in der Kombination des erfindungsgemässen Einlauföls deutlich. Während beispielsweise der Zusatz von ZDDP in bisher üblichen und bekannten Konzentrationen Oxidation und Korrosion inhibiert, wird durch dessen erhöhte Konzentration in Gegenwart eines Säurebildners in der Wirkstoffl;ombination des erfindungsgemässen Einlauföls unter thermischer Belastung eine gewollte, begrenzte Korrosion hervorgerufen.
• In einem typischen Motorenöl ist beispielsweise ein Zusatz von ZDDP in einer mit der Basenzahl in Zusammenhang stehenden Konzentration enthalten, durch die Oxidation und Korrosion inhibiert werden. Wenn auch die tatsächliche Konzentration eines solchen Additives im wesentlichen empirisch ermittelt wird, konnte ein Zusammenhang zwischen der Konzentration eines solchen Inhibitors und der Basenzahl des Motorenöls festgestellt werden. Der Zusatz von ZDDP lässt sich in Abhängigkeit von der Basenzahl (BZ) des Motorenöls mit Hilfe der Gleichung ZDDP (%) = 0,07 . BZ + 0,1 abschätzen. Erhöht man die Konzentration am beispielsweise ZDDP in einem solchen Motorenöl über diese ~Schutzkonzentration" hinaus, so verschlechtern sich die Anti-Korrosionseigenschaften des nlotorenöls durch das Auftreten saurer Abbauprodukte in dem Masse, indem die Schutzkonzentration überschritten wird. Demnach wird durch einen höheren Gehalt an ZDDP über die Schutzkonzentration hinaus genau die entgegengesetzte Wirkung, nmlich Korrosion anstelle Korrosionsschutz, erreicht. Gesteuert und um ein Vielfaches verstärkt wird dieses Verhalten durch einen Aktivator.
• In dem erfindungsgemässen Einlauföl wird bei Verwendunq solcher Zusätze wie ZDDP in Konzentrationen grösser als die Schutzkonzentration dessen Korrosionswirkung gezielt hervorgerufen, wobei die Korroslonsgeschwindigkeit durch den Aktivator in der Wirkstoffkombination des erfindungsgemässen Einlauföls geregelt wird. Diese Korrosiönsgeschwindigkeit wiederum bestimmt die Einlaufdauer bzw.
• das Ausmass des Einlaufvorganges in einer gegebenen Zeit.
• Die Erfindung wird im folgenden durch Versuche näher erläutert, wobei zur Bestimmung der Wirkung als Einlauföl Testläufe in einem MWM KD 12E Einzylinder-Dieselprüfmotor nach DIN 51 361 durchgeführt wurden. Nach einer Prüfdauer von 50 Stunden wurden die Oberflächenrauhigkeiten der Kolbenringe vermessen. Die Abnahme der Rauhtiefe gegenüber ungebrauchten Kolbenringen ist ein Mass für den Einlauf.
• Die Bewertung des Einlaufs (E) in % erfolgte mit Hilfe von Gleichung (1): 100 . (Ro - R) (1) E (%) =-----------Ro Es bedeuten: Ro = mittlere Rauhtiefe ungebrauchter Kolbenringe R = mittlere Rauhtiefe der Kolbenringe nach 50 Stunden Testlauf Der relative Einlaufbeschleunigungseffekt (EB) verschiedener Einlauföle wurde gegenüber einem konventionellen SAE 30 HD-Motoleinöl, bestehend aus 78,5 Gew.% Basisöl A 12,0 Gew.% Basisöl B 9,5 Gew.% HD-susatz als Mineralölkonzentrat mit ca.
• 40 % basischen Barium- und Calciumpetroleumsulfonaten, nach der Gleichung (2) EB = E/Eo (2) ermittelt, in der E = Einlauf (nach G1. 1) des zu bewertenden Einlauföles und Eo = Einlauf (nach G1. 1) des Referenzöles bedeuten.
• Das verwendete Basisöl A bestand aus einem solventraffinierten Neutralöl mit einer Viskosität von 12,3 cSt bei 98,90C; das Basisöl B war ein solventraffiniertes Neutralöl mit einer Viskosität von 5,4 cSt bei 98,90C. Der Bariumgehalt des Referenzöles betrug 0,70 Gew.%, der Calciumgehalt 0,10 Gew.%. Die Basenzahl (BZ) des Referenzöles nach DIN 51 596 war 6,5 mg KOEI Beispiel 1 Es wurde ein Einlauföl mit Triphenylphosnhat als Einlaufbeschleuniger in Kombination mit verschiedenen Aktivatoren und der folgender Zusammensetzung hergestellt: 98,5 Gew.% Referenzöl 1,0 Gcw. Trinhenylshosehat 0,5 Ge. Aktivator Als Aktivatoren wurden eingesetzt: Kokosfettsäuremethylester (KME), Polyäthylenglylcoläther (PGA), ein Fettalkoholgemisch mit einer C-Zahl von vorwiegend C12 und C14 und ferner Ölsäure.
• Der Einlauf E und die relative Einlaufbeschleunigung EB wurdennach Gleichung (1) und nach Gleichung (2) ermittelt.
• Die Ergebnisse für 50 h MWM Prüfläufe sind in Tabelle I zusammengefasst: Tabelle I Einlaufbeschleuniger Aktivator Einlauf relative Einlauf-(1,0 Gew.%) (0,5 Gew.%) e (%) beschleunigung ohne ohne 25 1,0 Triphenylphosphat ohne 45 1,8 Triphenylphosphat KME 60 2,4 Triphenylphosphat PGA 60 2,4 Triphenylphosphat Fettalkohol GO 2,4 Triphenylphosphat Ölsäure 60 2,4 Aus Tabelle I geht hervor, dass ein Öl mit Einlaufbeschleuniger deutlich das Einlaufen beschleunigt; eine weitere erhebliche Verbeserung wird mit-einem Einlauföl erhalten, das zusätzlich noch einen Aktivator enthält.
• Beispiel 2 Es wurde ein Einlauföl mit Trikresylnhosnhat als Einlaufbeschleueiner in den in Beispiel 1 benannten Aktivatoren und der folgenden Zusammensetzunq hergestellt: 98,5 Gew.% Referenzöl 1,0 Gew.% Trikresylphosphat 0,5 Gew.% Aktivator Die Ergebnisse sind in Tabelle II für 50 h MWM-Läufe zusammengefasst.
• Tabelle II Einlaufbeschleuniger Aktivator Einlauf relative Einlauf-(1,0 Gew.%) (0,5 Gew.t) E (%) beschleunigung ohne ohne 25 1,0 Trikresylphoschat ohne 55 2,2 Trikresylphosphat KME 70 2,8 Trikresylphosphat PCFA 70 2,8 Trikresylphosphat Fettalkohol 70 2,8-Trikresylphosphat ölsäure 80 3,2 Die Werte der Tabelle II verdeutlichen den besonderen Einlaufeffekt des erfindungsgemässen Einlauföls; besonders gute Ergebnisse werden mit Ölsaure als Aktivator erzielt.
• Beispiel 3 Es wurde ein Einlauföl mit Zinkdialkyldithiophosphat als Einlaufbeschleuniger und den in Beispiel 1 genannten Aktivatoren und der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 98,5 Gew.% Referenzöl 1,0 Gew.% Nineralölkonzentrat aus 70 Gew.% Zinkdialkyldithiophosshate mit einer C-Zahl der Alkylgruppen von 3 bis 5 0,5 Gew.% Aktivator Die Ergebnisse sind in Tabelle III für 50 h MWM-Läufe zusammengefasst.
• Tabelle III Einlaufbeschleuniger Aktivator Einlauf relative Einlauf-(1,0 Gew.%) (0,5Gew.% E (%) beschleuniaung ohne ohne 25 1,0 ZDDP-Konzentrat ohne 60 2,4 (70 t-ig) KME 90 3,6 ii PGA 100 4,0 Fettalkohol 100 4,0 Ölsäure 100 4,0 Besonders gute Ergebnisse (Tabelle III) konnten mit einem Einlauföl mit einem Gehalt an ZDDP als Einlaufbeschleuniqer und verschiedene Aktivatoren erzielt werden. Mit den wirksamsten Einlaufölzusammensetzungen wurde eine relative Einlaufbeschleunigung von 4 bei praktisch 100 einem Einlauf erreicht.
• Tatsächlich können diese Werte für die relative Einlaufbeschleunigung noch erheblich besser sein. So wurde in einem ähnlichen Versuch bereits nach 10 Stunden abgebrochen und ein Einlauf von praktisch 100 % festgestellt. Dadurch ergab sich eine relative Einlaufbeschleunigung von etwa 20.

Claims (9)

Ansnrüche

1. Einlauföl für Kolbenmotoren auf der Basis von nanhthenbasischen und/oder paraffinbasischen und/oder synthetischen Ölen, dadurch gekennzeichnet, dass es in Kombination als Abriebbeschleuniger eine die Gruppe P-OH enthaltende oder freisetzende Verbindung und als Aktivator für diese eine Säure oder eine unter Betriebsbedingungen als Säure reagierende Verbindung enthält.

2. Einlauföl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Abriebbeschleuniger ein Salz der Dialkyldithiophosphorsäure, insbesondere deren Zinksalz, enthält.

3. Einlauföl nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es den Abriebbeschleuniger in einer durch die Formel ZDDP (%) = 0,007 . BZ + 0,1 bestimmten Konzentration enthält, wobei BZ die Basenzahl des Ausgangsöls bedeutet.

4. Einlauföl nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es als Aktivator eine organische Säure, eint Alkohol oder einen Ester, vorzugscise mit 6 bis 20 C-tomen, enthält.

5. Einlauföl nach Anspruch l-bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es den Shriebbeschleuniaer in einer Konzentration von 0,1 bis 4,0 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Gew,, insbesondere von 0,6 bis 1,5 Gew.t und den Aktivator in einer Konzentration von 0,1 bis 4,0 Gew.%, vorzugsweise von 0,1 bis 1,0 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 0,6 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtöl, enthält.

6. Einlauföl nach Anspruch 1 bis 5, dadurch qekennzeichnet, dass es den Abriebbeschleuniqer und den Aktivator in einem Gewichtsverhältnis von 0,025 bis 40 : 1, vorzugsweise von 1 bis 10 : 1, insbesondere von 2 bis 4 : 1 enthält.

7. Einlauföl nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als Basisöl ein hochlesiertes llD-Öl enthält.

8. Einlauföl nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Basisöl mit einer Viskosität von 2,9 bis 22,7 cSt bei 98,90C, vorzugsweise von 4,2 bis 16,8, insbesondere von 5,7 bis 12,9 cSt enthält.

9. Verwendung eines Öls gemäss Ansnruch 1 bis 8 als Einlauföl für Kolbenmotore.