Статьи и патенты по теме моторных масел - PDF - Страница 11

[Фёдор]

US10450528.pdf

Проблема компрессорных отложений в современных двигателях

В современных дизельных двигателях для снижения токсичности выхлопных газов и повышения топливной экономичности активно применяются системы турбонаддува с высоким давлением наддува и контуры рециркуляции отработавших газов низкого давления (LPL-EGR). Однако такая конструкция приводит к значительному росту температуры воздуха на выходе из компрессора турбины. В этих условиях моторное масло, проникающее в компрессор, подвергается интенсивному термическому воздействию. Легкие фракции испаряются, а оставшиеся тяжелые компоненты смешиваются с сажей из рециркулируемых газов, образуя прочные углеродистые отложения на лопатках и корпусе компрессора. Эти отложения снижают эффективность наддува и могут привести к выходу узла из строя.

Традиционный подход к решению этой проблемы заключается в ограничении содержания легких фракций в масле для снижения испаряемости. Однако простое утяжеление фракционного состава неизбежно ухудшает низкотемпературные свойства смазочного материала, такие как вязкость имитации холодной прокрутки стартером (CCS) при температуре минус 35 градусов Цельсия. Это создает серьезный конфликт между защитой от отложений и обеспечением надежного зимнего пуска и топливной экономичности.

Физико-химическая концепция и баланс фракций

Запатентованное решение основано на точном балансе двух высококипящих фракций базового масла, определяемых методом газохроматографической дистилляции. Смазочная композиция должна содержать не менее 14% (предпочтительно от 14% до 50%) по массе фракции с температурой кипения от 500 до 550 градусов Цельсия и не менее 5% (предпочтительно от 5% до 20%) по массе фракции с температурой кипения свыше 550 градусов Цельсия.

Физический смысл такого разделения заключается в синергетическом эффекте. Фракция, кипящая в диапазоне от 500 до 550 градусов Цельсия, обладает достаточной термической стабильностью, но при этом сохраняет умеренную вязкость при низких температурах. Более тяжелая фракция, кипящая выше 550 градусов Цельсия, практически не испаряется при рабочих температурах компрессора. Вместе они создают жидкую подвижную пленку, которая смывает частицы сажи и препятствует их агломерации и закоксовыванию.

Требования к базовым маслам и углеводородному составу

Для достижения требуемого баланса фракций и сохранения отличных низкотемпературных характеристик патент предлагает использовать три основных типа базовых масел или их комбинации: сложные эфиры (эстеры), полиальфаолефины (ПАО) и базовые масла, полученные по технологии Фишера-Тропша (GTL или FT-масла).

В случае использования сложных эфиров наиболее предпочтительными являются продукты этерификации триметилолпропана с каприновой и стеариновой кислотами. Эфир триметилолпропана и каприновой кислоты обеспечивает фракцию 500–550 градусов Цельсия, обладая при этом превосходной текучестью. Эфир со стеариновой кислотой закрывает диапазон свыше 550 градусов Цельсия.

Углеводородный состав готовой композиции также строго регламентирован. Содержание парафинов должно составлять не менее 45% по массе, что гарантирует высокий индекс вязкости и стабильность смазочной пленки. Дополнительно в состав может входить моноциклический нафтен в количестве не менее 1% по массе, однако его содержание ограничивают сверху (не более 40%), чтобы избежать ухудшения низкотемпературной текучести. Анализ углеводородного типа проводится методом масс-спектрометрии с ионизацией полевой десорбцией (FD-MS).

Экспериментальное подтверждение и результаты тестов

Эффективность разработанных композиций подтверждена серией лабораторных испытаний, моделирующих реальные условия работы компрессора. Испаряемость оценивалась по методу NOACK при температуре 250 градусов Цельсия в течение 7 часов (модифицированный тест ASTM D5800 с увеличенным временем выдержки). До и после теста измерялась кинематическая вязкость образцов при 100 градусах Цельсия.

Результаты испытаний показали, что композиции, соответствующие формуле патента, демонстрируют потерю массы по NOACK не более 20% (в лучших вариантах — менее 13–15%). При этом вязкость масла после теста увеличивается крайне незначительно. Например, в эталонных составах кинематическая вязкость при 100 градусах Цельсия после термического воздействия возрастала лишь с 7,9 до 10,5–14,2 кв. мм/с.

В то же время сравнительные образцы, где содержание тяжелых фракций было несбалансированным или недостаточным, показали катастрофический рост вязкости после теста — в некоторых случаях масло превращалось в густой гудрон, вязкость которого невозможно было измерить стандартными методами. Это доказывает, что без достаточного количества фракции свыше 550 градусов Цельсия легкие компоненты быстро улетучиваются, оставляя склонный к полимеризации остаток, который мгновенно забивает компрессор.

При этом низкотемпературные свойства запатентованных масел остались на высоком уровне: вязкость холодной прокрутки CCS при минус 35 градусах Цельсия не превысила порогового значения 6,2 Па·с, что гарантирует легкий пуск двигателя в зимний период. Высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига (HTHS) при 150 градусах Цельсия поддерживается в диапазоне от 2,0 до 3,5 мПа·с, обеспечивая баланс между защитой от износа и снижением гидродинамических потерь.

Практическая ценность разработки

Созданная смазочная композиция успешно решает проблему образования компрессорных отложений в высоконагруженных дизельных двигателях с турбонаддувом. Благодаря точному дозированию тяжелых фракций высокой степени очистки удалось разорвать традиционный компромисс между испаряемостью масла и его низкотемпературной текучестью. Разработка позволяет продлить ресурс турбокомпрессоров, сохранить их расчетный КПД на протяжении всего межсервисного интервала и обеспечить надежную эксплуатацию техники в широком температурном диапазоне.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

US12325837B2.pdf

Суть изобретения и техническая проблема

Современные автомобильные двигатели, особенно малообъемные турбированные моторы с прямым впрыском топлива (GDI и TGDI), работают в условиях экстремальных тепловых и механических нагрузок. Для снижения расхода топлива и уменьшения вредных выбросов производители техники рекомендуют использовать маловязкие моторные масла. Однако у таких масел есть серьезный недостаток: они более склонны к испарению, окислению и термической деградации под воздействием прорывающихся картерных газов и несгоревшего топлива. Это приводит к быстрому накоплению лаковых отложений и нагара на поршнях, поршневых кольцах и в камерах сгорания. Образование отложений ухудшает теплоотвод, вызывает залегание поршневых колец и может привести к катастрофическому износу деталей цилиндропоршневой группы. Для решения этой проблемы разработана уникальная смазочная композиция, которая эффективно подавляет окисление и минимизирует образование высокотемпературных отложений на поршнях. Ее основа состоит из тщательно сбалансированной смеси базовых масел разной вязкости в сочетании со специальным беззольным дисперсантом.

Состав смазочной композиции

Основой запатентованного решения является строго определенное сочетание компонентов. Первым ключевым элементом выступает базовое масло А, представляющее собой высоковязкое полиальфаолефиновое масло (PAO). Его содержание в готовом продукте составляет от 6 до 15 процентов по массе, а в некоторых высокомолекулярных вариантах может находиться в пределах от 2 до 10 процентов. Вторым компонентом является маловязкое базовое масло B, доля которого составляет от 65 до 85 процентов по массе. Третьим обязательным элементом системы является сукцинимидный дисперсант, добавляемый в количестве от 0,1 до 10 процентов по массе в пересчете на активное вещество.

Физико-химические характеристики компонентов

Базовое масло А имеет кинематическую вязкость при 100 °C в диапазоне от 8,0 до 12,0 cSt. В альтернативных вариантах исполнения композиции может применяться более вязкое масло А с вязкостью от 30,0 до 50,0 cSt. Важнейшей особенностью этого компонента является то, что он получен, по меньшей мере частично, из мономеров додецена (альфа-олефина C12) или смеси альфа-олефинов от C8 до C12. Средневесовая молекулярная масса этого PAO составляет от 300 до 1000 грамм на моль, а для более вязких модификаций — от 900 до 10000 грамм на моль. Использование именно C12-олефинов обеспечивает оптимальное строение молекул олигомеров, что гарантирует высокую термическую стабильность и низкую испаряемость по методу Noack, которая обычно составляет от 0,4 до 6,5 процентов.

Маловязкое базовое масло B имеет кинематическую вязкость при 100 °C в пределах от 3,0 до 5,5 cSt. В качестве масла B используются высокоиндексные базовые масла Группы III по классификации API (минеральные масла глубокого гидрокрекинга с индексом вязкости более 120 и содержанием насыщенных углеводородов не менее 95 процентов), синтетические масла Группы IV (маловязкие PAO) или их смеси.

В качестве дисперсанта применяется полиизобутенилсукцинимид (PIB-сукцинимид), полученный из полиизобутилена со среднечисловой молекулярной массой от 700 до 3000 дальтон, наиболее предпочтительно от 900 до 2500 дальтон. Дисперсант может быть как простым, так и модифицированным, например, борированным. Он эффективно удерживает продукты окисления во взвешенном состоянии, не позволяя им укрупняться и оседать на горячих металлических поверхностях поршня.

Методология испытаний и оценка эффективности

Эффективность разработанных составов подтверждается жесткими моторными испытаниями на четырехцилиндровом турбодизеле Volkswagen объемом 1,9 литра с прямым впрыском топлива. Этот тест, известный как VW TDi по стандарту CEC-L-78-T-99, входит в обязательные требования европейской классификации ACEA категорий A3/B4, A5/B5, C3 и спецификации VW 504/507. Испытание длится 54 часа и имитирует тяжелые условия эксплуатации с чередованием циклов высокой нагрузки при температуре масла в картере 145 °C. Основными оцениваемыми параметрами являются средняя чистота поршня в баллах (Piston Merit, где более высокий балл означает более чистый поршень) и подвижность поршневых колец для оценки склонности к их залеганию.

Анализ результатов и сравнительные тесты

Результаты сравнительных тестов наглядно демонстрируют превосходство запатентованной композиции над стандартными формуляциями. В экспериментах готовые моторные масла классов вязкости SAE 0W-12, 0W-20 и 5W-40, содержащие C12-олигомерное базовое масло А, показали выдающиеся результаты. Например, образцы с добавлением от 6 до 10 процентов PAO на основе додецена с вязкостью около 10 cSt набрали в тесте на чистоту поршня от 63 до 68 баллов, успешно преодолев жесткий порог требований ACEA C3 и VW, составляющий минимум 65-66 баллов. При этом во всех успешных тестах полностью отсутствовало залегание поршневых колец.

Напротив, сравнительные примеры масел, не содержащие базового масла А или использующие альтернативные компоненты, провалили испытания. Масло, приготовленное исключительно на гидрокрекинговой основе Группы III без добавления высоковязкого PAO, набрало всего 54 балла по шкале чистоты поршня. Попытка заменить C12-децилированный PAO на аналогичный по вязкости PAO, синтезированный исключительно из децена (мономера C10), также привела к неудаче: оценка чистоты поршня составила всего 57 баллов, что не позволяет пройти спецификацию ACEA C3. Аналогичный неудовлетворительный результат в 57 баллов показал состав с использованием высоковязкого PAO 40, полученного из октена (мономера C8).

Физико-химический механизм действия

Физико-химический механизм такого различия кроется в синергетическом эффекте между структурой олигомеров додецена (C12) и сукцинимидным дисперсантом. Молекулы PAO на основе C12 обладают оптимальной длиной боковых цепей и степенью разветвленности. Это обеспечивает идеальную растворяющую способность по отношению к полярным продуктам первичного окисления топлива и масла, предотвращая их коагуляцию. В сочетании с высокой термической стабильностью и низкой испаряемостью смеси, это позволяет дисперсанту максимально эффективно выполнять свою функцию непосредственно в зоне поршневых колец, где температуры достигают критических значений.

Практическое значение и выводы

Разработанная технология позволяет создавать высокоэффективные энергосберегающие моторные масла сверхнизкой вязкости, которые гарантируют надежную защиту современных высоконагруженных двигателей от образования опасных отложений. Использование специфического высоковязкого PAO на основе C12-олефинов в сочетании с маловязкой базой и сукцинимидным дисперсантом обеспечивает синергетический эффект, сохраняя чистоту цилиндропоршневой группы на уровне, значительно превосходящем традиционные синтетические формуляции.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

WO2020060690A1.pdf

Основная идея и технологический вызов

Современные требования к смазочным материалам, особенно для трансмиссий электромобилей и энергоэффективных двигателей внутреннего сгорания классов вязкости 0W-8, 0W-12 и 0W-16, диктуют необходимость создания базовых масел с ультранизкой вязкостью, высокой термоокислительной стабильностью и минимальной испаряемостью. Традиционные полиальфаолефины низкой вязкости, получаемые с помощью катализаторов на основе трехфтористого бора, имеют ограничения по низкотемпературным свойствам и испаряемости из-за широкого молекулярно-весового распределения. Настоящий патент компании ExxonMobil описывает двухстадийный процесс синтеза высокочистых димеров и гибридных тримеров полиальфаолефинов с использованием уникальных немостиковых металлоценовых катализаторов, который позволяет обойти эти ограничения и значительно упростить производство.

Каталитическая система и селективность

Главным элементом технологии является применение асимметричных немостиковых металлоценовых катализаторов, преимущественно на основе гафния, содержащих индаценильные или инденильные лиганды. Эти катализаторы обладают уникальной селективностью: они направляют реакцию олигомеризации линейных альфа-олефинов (фракций от C6 до C32) в сторону образования димеров с исключительно высоким содержанием концевых винилиденовых групп — более 96 мол.%, а в оптимальных условиях и более 98 мол.%. При этом образование нежелательных внутренних олефинов, таких как 1,2-дизамещенные и тризамещенные винилены, сводится практически к нулю (менее 2–4 мол.%). Высокая доля винилиденов критически важна, так как именно эти концевые двойные связи обладают максимальной реакционной способностью на следующей стадии синтеза.

Оптимизация технологической схемы

В традиционных промышленных установках первый реактор олигомеризации выдает смесь димеров, тримеров и более тяжелых олигомеров. Из-за этого перед подачей во второй реактор смесь приходится разделять на ректификационной колонне, чтобы удалить тяжелые фракции, которые снижают эффективность последующего кислотного катализа. Новая технология полностью исключает стадию промежуточного разделения. Благодаря сверхвысокой димерной селективности металлоценового катализатора (более 80–90% димеров в продукте первого реактора при конверсии сырья выше 80%), выходящий поток можно напрямую направлять во второй реактор. Во втором реакторе под действием кислотного катализатора (например, трехфтористого бора со спиртовым или эфирным промотором) полученный димер реагирует с добавленным свежим линейным альфа-олефином, образуя так называемый гибридный тример (например, C30 из димера C20 и мономера C10). Это существенно снижает капитальные затраты и упрощает аппаратурное оформление процесса.

Физико-химические свойства и преимущества продуктов

Полученные гибридные тримеры после гидрирования демонстрируют превосходный баланс низкотемпературных и вязкостных свойств. Например, гидрированный тример C30 имеет кинематическую вязкость при 100°C около 3.5 cSt, индекс вязкости на уровне 130, температуру застывания ниже -70°C и испаряемость по Ноаку всего около 12.3%. Важнейшим преимуществом является экстремально низкий коэффициент жидкостного трения в контакте качения-скольжения, что подтверждается испытаниями на мини-машине трения (MTM). Низкий коэффициент трения напрямую снижает потери на трение в редукторах электромобилей и узлах трансмиссии, повышая общий КПД системы.

Условия проведения реакций и ограничения

Процесс первой стадии проводят в непрерывном режиме в реакторе непрерывного перемешивания или трубчатом реакторе при температурах от 120°C до 148°C и давлении от 15 до 750 psi. Производительность катализатора чрезвычайно высока и превышает 10 000 грамм продукта на грамм катализатора (в оптимальных условиях — более 60 000 г/г), что позволяет использовать минимальные концентрации дорогостоящего металлоцена. В качестве активаторов применяют некоординирующие анионы, такие как тетракис(пентафторфенил)борат диметиланилиния, а в качестве поглотителя примесей — триоктилалюминий. Время пребывания сырья в реакторе составляет менее 10 часов, что обеспечивает высокую удельную производительность установки.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

US7879774.pdf

Суть изобретения и практическая ценность
Данный патент описывает состав полностью готового моторного масла, концентрата присадок и смазываемых поверхностей, которые обеспечивают радикальное снижение образования шлама в двигателях внутреннего сгорания. Главная особенность разработки заключается в создании высокоэффективной композиции, которая полностью исключает дорогие и сложные в производстве соединения молибдена, традиционно применяемые для снижения трения и износа. Вместо молибдена авторы предлагают использовать синергетическую комбинацию растворимого в углеводородах соединения титана и особого высокореактивного дисперсанта. Это техническое решение позволяет не только снизить себестоимость масла, но и превзойти традиционные рецептуры по чистоте двигателя, защите от износа и стойкости к окислению.

Ключевые компоненты формуляции
В основе предложенного смазочного материала лежит базовое масло с индексом вязкости не менее 95 и испаряемостью по методу Noack менее 15% при температуре 250 градусов Цельсия. В качестве базы могут использоваться масла Групп I, II, III, IV и V по классификации API, а также перспективные базовые масла, полученные по технологии синтеза из газа. Пакет присадок включает металлосодержащий детергент, по меньшей мере один противоизносный агент, антиоксидант и растворимое в углеводородах соединение титана в роли модификатора трения. Важнейшим элементом системы является сукцинимидный дисперсант, полученный из высокореактивного полиалкиленового соединения. В составе полностью отсутствует молибден, что делает рецептуру экологичной и экономически выгодной.

Роль растворимых соединений титана
Соединения титана вводятся в масло в строго определенной концентрации, обеспечивающей содержание элементарного титана от 10 до 1500 ppm, предпочтительно от 50 до 500 ppm, а в наиболее оптимальных вариантах — от 75 до 250 ppm от общей массы композиции. В качестве таких соединений используются продукты реакции алкоксида титана (например, изопропоксида титана) с карбоновыми кислотами, содержащими от 6 до 25 атомов углерода. Наиболее предпочтительными являются неомыляемые нелинейные монокарбоновые кислоты или кислоты с числом атомов углерода более 22. Примерами служат неодеканоат титана и олеат титана. Эти соединения практически не содержат серы и фосфора, что крайне важно для сохранения ресурса современных систем нейтрализации выхлопных газов. Благодаря высокой растворимости в углеводородах, титан равномерно распределяется в объеме масла и эффективно модифицирует трущиеся поверхности, снижая коэффициент трения и износ.

Высокореактивный дисперсант как синергетический партнер
Обычные сукцинимидные дисперсанты не способны обеспечить необходимый уровень чистоты двигателя в присутствии титана. В данном изобретении используется дисперсант, синтезированный на основе высокореактивного полиизобутилена, в котором доля концевых винилиденовых двойных связей составляет от 50% до 85%. Среднечисловая молекулярная масса такого полимера лежит в пределах от 800 до 3000. Общее количество этого дисперсанта в масле составляет от 1% до 10% по массе. Именно сочетание высокореактивного полиизобутиленсукцинимида и растворимого титана предотвращает коагуляцию сажи и продуктов окисления, блокируя образование низкотемпературных отложений и шлама. Для дополнительной стабильности в систему может вводиться второй модификатор трения, например, глицеринмоноолеат или беззольные органические полисульфиды в количестве от 0,25% до 2,0% по массе.

Экспериментальное подтверждение эффективности
Для доказательства превосходства новой формуляции были проведены моторные испытания по жесткому стандарту Sequence VG, который оценивает склонность масла к образованию шлама и лака. В тесте сравнивали две композиции на смеси базовых масел Групп I и II вязкости 5W-30. Первая композиция содержала стандартный сукцинимидный дисперсант и неодеканоат титана, а вторая — высокореактивный дисперсант на основе полиизобутилена и неодеканоат титана при одинаковом содержании металлов. Результаты испытаний показали колоссальную разницу. Масло с высокореактивным дисперсантом показало среднюю оценку чистоты двигателя от шлама 8,98 балла по сравнению с 8,19 балла у стандартного масла. Еще более показательны данные по забиванию сетки маслоприемника: у стандартного масла этот показатель составил 40%, в то время как у патентуемого состава — всего 9%, что гарантирует надежную циркуляцию смазки в реальных условиях эксплуатации.

Влияние на износ и окисление
Противоизносные свойства оценивались в четырехшариковом тесте на износ по европейскому стандарту IP-239. Базовое масло без титана показало диаметр пятна износа 0,65 мм. При добавлении различных растворимых соединений титана в количестве от 80 до 200 ppm диаметр пятна износа снизился до значений в диапазоне от 0,34 до 0,48 мм. Это доказывает, что титан формирует прочную защитную пленку на стальных поверхностях. Окислительная стабильность исследовалась методом TEOST MHT-4, имитирующим образование высокотемпературных отложений в зоне поршневых колец. Введение неодеканоата титана позволило снизить массу образующихся отложений с 39,4 мг (для чистого базового масла) до 20,7–33,0 мг в зависимости от концентрации титана. Аналогичные результаты показали и другие титановые соединения, включая фосфатные и сульфонатные комплексы титана.

Технические ограничения и выводы
Разработанная композиция накладывает определенные ограничения на содержание других элементов. Так, для минимизации вредного воздействия на катализаторы содержание фосфора в готовом масле жестко лимитируется диапазоном от 0,025% до 0,1% по массе, а серы — не более 0,7% по массе. В качестве детергента предпочтительно использовать нейтральный или сверхщелочной сульфонат кальция с щелочным числом от 150 до 450, при этом масло должно оставаться практически свободным от магния. Изобретение доказывает, что синергия высокореактивного полиизобутиленсукцинимида и безмолибденовых соединений титана позволяет создавать экологичные, недорогие и высокоэффективные моторные масла, превосходящие традиционные аналоги по всем ключевым эксплуатационным параметрам.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

US12037562.pdf

Суть изобретения и целевая задача
Разработка энергосберегающих моторных масел нового поколения требует тонкого баланса между снижением вязкости для экономии топлива и предотвращением износа деталей двигателя. Патент компании ExxonMobil описывает моторные смазочные композиции с неньютоновским характером течения, которые обеспечивают превосходную топливную экономичность при сохранении низкой испаряемости по методу Noack. Традиционное снижение вязкости базового масла часто ведет к его ускоренному испарению и угару, однако предложенное решение успешно преодолевает это ограничение за счет синергии синтетической основы и специально подобранного пакета присадок.

Физико-химическая концепция и вязкостные свойства
В основе концепции лежит использование неньютоновских жидкостей, вязкость которых динамически изменяется в зависимости от скорости сдвига. В узлах трения, где скорости сдвига экстремально высоки (например, в подшипниках коленчатого вала или поршневой группе), вязкость масла падает, минимизируя гидродинамическое сопротивление. При этом в режимах умеренного сдвига масло сохраняет достаточную толщину защитной пленки. Разработанные композиции обладают кинематической вязкостью при 100 градусах Цельсия (KV100) не более 10 сантистоксов (предпочтительно менее 6 или даже 4 сантистоксов) и динамической вязкостью при высокой температуре и высокой скорости сдвига (HTHS при 150 градусах Цельсия) не более 2,2 сантипуаза (в ряде тестов — менее 2,0 сантипуаза). Общая испаряемость готового продукта по методу Noack не превышает 20%, укладываясь в оптимальный диапазон от 10% до 18%.

Роль базовых масел и баланс испаряемости
Осевым элементом композиции является смесь базовых масел высокой степени очистки. Основную долю (от 50% до 90% по массе) составляет полиальфаолефиновое базовое масло (PAO, относится к Группе IV по классификации API). Это масло обладает собственной испаряемостью Noack в пределах от 12,5% до 15%. Вторым важным компонентом (от 0.1% до 50% по массе, предпочтительно от 8% до 29%) выступает базовое масло Группы II или синтезированное из газа масло GTL (Gas-to-Liquids). Использование GTL-компонента с низкой вязкостью позволяет точно скорректировать общие вязкостные характеристики смеси, не ухудшая при этом низкотемпературные свойства готового смазочного материала.

Влияние присадок: дисперсанты и модификаторы трения
Ключевой вклад в достижение рекордных показателей топливной экономичности вносит комбинация беззольных дисперсантов и модификаторов трения. В составе используются сукцинимидные дисперсанты двух типов: борированные и неборированные. Патент доказывает, что применение неборированного сукцинимидного дисперсанта с относительно низкой пиковой молекулярной массой (от 4000 до 6000 по данным гель-проникающей хроматографии) существенно снижает внутреннее трение в объеме жидкости по сравнению с высокомолекулярными аналогами.
В качестве модификаторов трения применяются полимерные соединения на основе этиленоксида с молекулярной массой от 3000 до 15000 (оптимально около 9200), а также мономеры — эфиры глицерина и жирных кислот (смеси моно-, ди- и триглицеридов фракций C14, C16 и C18 с молекулярной массой около 330). Эти вещества адсорбируются на металлических поверхностях, создавая прочный скользящий слой, который эффективно снижает граничное трение.

Результаты испытаний и синергетический эффект
Экспериментальные данные патента наглядно демонстрируют, как изменение структуры пакета присадок влияет на конечные свойства масла. При сравнении базовой композиции без полимерного модификатора трения (Образец 1) с композицией, содержащей 1% полимерного модификатора на основе этиленоксида (Образец 2), зафиксирован рост топливной экономичности с 2,18% до 2,30%, при этом испаряемость Noack снизилась с 16,1% до 15,7%.
Замена борированного дисперсанта на неборированный аналог (Образец 3) привела к дальнейшему росту экономии топлива до 2,38% и снижению испаряемости до 15,1%. Наилучшие результаты были получены при переходе на низкомолекулярный дисперсант с молекулярной массой около 5400. Композиция с таким дисперсантом и полимерным модификатором трения (Образец 4) показала экономию топлива 2,47% при вязкости HTHS 2,01 сантипуаза. Исключение полимерного модификатора трения при сохранении низкомолекулярного дисперсанта (Образец 5) позволило достичь экономии в 2,69%, а добавление простого эфира глицерина в качестве модификатора трения (Образец 6) подняло этот показатель до рекордных 2,73% при сохранении испаряемости Noack на уровне 14,8% и вязкости HTHS 1,97 сантипуаза.

Практическое значение и выводы
Представленная технология позволяет создавать моторные масла классов вязкости 0W-4, 0W-8, 0W-12 и 0W-16, которые соответствуют самым жестким современным экологическим стандартам. Разработчикам удалось доказать, что правильный подбор молекулярной массы дисперсанта в сочетании с полимерными или мономерными модификаторами трения в среде маловязких базовых масел PAO и GTL позволяет обойти классический компромисс между текучестью масла и его склонностью к испарению. Это открывает путь к созданию сверхмаловязких масел, гарантирующих надежную защиту деталей современных двигателей внутреннего сгорания при экстремально низком расходе топлива.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

LUBRICANT.pdf

Суть патента и решаемая проблема
Данный патент описывает новые составы моторных масел, предназначенные преимущественно для тяжелонагруженных двигателей, работающих в жестких температурных условиях и при высоких нагрузках. Традиционно для получения высоковязких моторных масел, таких как SAE 20W-50 или 15W-40, производители используют базовые масла Группы I, включая так называемые остаточные масла высокой вязкости (bright stock). Однако базовые масла Группы I содержат повышенное количество серы, меньше предельных углеводородов (парафинов и нафтенов) и обладают худшей термоокислительной стабильностью. Это вынуждает использовать большое количество полимерных модификаторов вязкости, которые склонны к деструкции под действием механического сдвига, что приводит к разжижению масла в процессе эксплуатации, росту летучести по методу Noack и образованию отложений. Изобретение решает эту проблему путем полной или частичной замены традиционных высоковязких компонентов Группы I на специально разработанное сверхтяжелое базовое масло Группы II (extra heavy basestock).

Физико-химические характеристики базовых масел
Основой предложенной композиции является смесь двух базовых масел. Первый компонент — это стандартное базовое масло API Группы I или Группы II, составляющее от 40 до 60 % от общей массы смеси. Второй, ключевой компонент — сверхтяжелое базовое масло API Группы II, содержание которого варьируется от 20 до 45 % масс. Это сверхтяжелое масло обладает уникальным сочетанием свойств: его кинематическая вязкость при 40 °C составляет от 320 до 520 cSt (в некоторых вариантах от 460 до 520 cSt), а при 100 °C — от 22 до 36 cSt. Индекс вязкости находится в пределах от 80 до 119 (предпочтительно от 95 до 115), температура застывания не превышает -6 °C (в оптимальных рецептурах -15 °C и ниже), а содержание насыщенных углеводородов составляет не менее 90 % масс. (вплоть до 99,99 % масс.). Примером такого коммерчески доступного компонента является масло EHC 340 MAX производства ExxonMobil.

Влияние на рецептуру и полимерные модификаторы
Главное технологическое преимущество использования сверхтяжелого масла Группы II заключается в резком снижении потребности в полимерных модификаторах вязкости (загустителях). Благодаря собственной высокой вязкости базовой основы, количество вводимого полимера удается сократить примерно вдвое. Например, в рецептурах класса SAE 20W-50 содержание модификатора вязкости снижается с типичных 7,1–9,0 % масс. до 3,75–4,8 % масс. В маслах класса SAE 15W-40 ввод загустителя уменьшается с 4,0–7,0 % масс. до 2,0–3,5 % масс. Такое значительное сокращение доли полимера напрямую повышает стабильность масла к деструкции при сдвиговых нагрузках, предотвращает падение вязкости при высоких температурах и снижает склонность к образованию лаков и нагаров на деталях цилиндропоршневой группы.

Результаты испытаний и сравнение характеристик
В патенте приводятся результаты сравнительных испытаний готовых масел классов SAE 20W-50 и SAE 15W-40. Масла, приготовленные по новой технологии, демонстрируют превосходство по всем ключевым эксплуатационным параметрам. Для композиций SAE 20W-50 летучесть по методу Noack снизилась с 10,5 % масс. (для стандартного масла на базе Группы I) до 8,7 % масс., а в некоторых тестах — до 7,6 % масс. Это указывает на существенно меньшую испаряемость масла в процессе работы двигателя. Низкотемпературные свойства также значительно улучшились: динамическая вязкость прокручивания на имитаторе холодной прокрутки (CCS) при -15 °C для опытных образцов составила от 7980 до 9236 cP, что полностью укладывается в требования стандарта SAE J300 (менее 9000 cP для коммерческих партий с учетом запаса на производстве). Температура застывания новых масел достигла значений от -39 °C до -40,5 °C, тогда как сравнительные образцы застывали при более высоких температурах. Аналогичные результаты получены для класса SAE 15W-40: при снижении концентрации загустителя в два раза вязкость CCS при -20 °C осталась в пределах нормы (около 6500–6750 cP), гарантируя уверенный пуск двигателя зимой.

Практическая ценность и выводы
Разработанное техническое решение позволяет создавать высокоэффективные моторные масла тяжелого режима работы без использования дефицитных или дорогих синтетических компонентов (таких как полиальфаолефины или эстеры) и без применения нестабильных базовых масел Группы I. Использование сверхтяжелого базового масла Группы II обеспечивает синергетический эффект: снижается испаряемость готового продукта, повышается его стойкость к механическому сдвигу и окислению, улучшаются пусковые свойства при низких температурах и минимизируется образование высокотемпературных отложений. Это увеличивает межсервисные интервалы, снижает расход масла на угар и продлевает общий ресурс современных двигателей внутреннего сгорания.

 

[nonconfo]

US10450528.pdf

Проблема компрессорных отложений в современных двигателях

В современных дизельных двигателях для снижения токсичности выхлопных газов и повышения топливной экономичности активно применяются системы турбонаддува с высоким давлением наддува и контуры рециркуляции отработавших газов низкого давления (LPL-EGR). Однако такая конструкция приводит к значительному росту температуры воздуха на выходе из компрессора турбины. В этих условиях моторное масло, проникающее в компрессор, подвергается интенсивному термическому воздействию. Легкие фракции испаряются, а оставшиеся тяжелые компоненты смешиваются с сажей из рециркулируемых газов, образуя прочные углеродистые отложения на лопатках и корпусе компрессора. Эти отложения снижают эффективность наддува и могут привести к выходу узла из строя.

Традиционный подход к решению этой проблемы заключается в ограничении содержания легких фракций в масле для снижения испаряемости. Однако простое утяжеление фракционного состава неизбежно ухудшает низкотемпературные свойства смазочного материала, такие как вязкость имитации холодной прокрутки стартером (CCS) при температуре минус 35 градусов Цельсия. Это создает серьезный конфликт между защитой от отложений и обеспечением надежного зимнего пуска и топливной экономичности.

Физико-химическая концепция и баланс фракций

Запатентованное решение основано на точном балансе двух высококипящих фракций базового масла, определяемых методом газохроматографической дистилляции. Смазочная композиция должна содержать не менее 14% (предпочтительно от 14% до 50%) по массе фракции с температурой кипения от 500 до 550 градусов Цельсия и не менее 5% (предпочтительно от 5% до 20%) по массе фракции с температурой кипения свыше 550 градусов Цельсия.

Физический смысл такого разделения заключается в синергетическом эффекте. Фракция, кипящая в диапазоне от 500 до 550 градусов Цельсия, обладает достаточной термической стабильностью, но при этом сохраняет умеренную вязкость при низких температурах. Более тяжелая фракция, кипящая выше 550 градусов Цельсия, практически не испаряется при рабочих температурах компрессора. Вместе они создают жидкую подвижную пленку, которая смывает частицы сажи и препятствует их агломерации и закоксовыванию.

Требования к базовым маслам и углеводородному составу

Для достижения требуемого баланса фракций и сохранения отличных низкотемпературных характеристик патент предлагает использовать три основных типа базовых масел или их комбинации: сложные эфиры (эстеры), полиальфаолефины (ПАО) и базовые масла, полученные по технологии Фишера-Тропша (GTL или FT-масла).

В случае использования сложных эфиров наиболее предпочтительными являются продукты этерификации триметилолпропана с каприновой и стеариновой кислотами. Эфир триметилолпропана и каприновой кислоты обеспечивает фракцию 500–550 градусов Цельсия, обладая при этом превосходной текучестью. Эфир со стеариновой кислотой закрывает диапазон свыше 550 градусов Цельсия.

Углеводородный состав готовой композиции также строго регламентирован. Содержание парафинов должно составлять не менее 45% по массе, что гарантирует высокий индекс вязкости и стабильность смазочной пленки. Дополнительно в состав может входить моноциклический нафтен в количестве не менее 1% по массе, однако его содержание ограничивают сверху (не более 40%), чтобы избежать ухудшения низкотемпературной текучести. Анализ углеводородного типа проводится методом масс-спектрометрии с ионизацией полевой десорбцией (FD-MS).

Экспериментальное подтверждение и результаты тестов

Эффективность разработанных композиций подтверждена серией лабораторных испытаний, моделирующих реальные условия работы компрессора. Испаряемость оценивалась по методу NOACK при температуре 250 градусов Цельсия в течение 7 часов (модифицированный тест ASTM D5800 с увеличенным временем выдержки). До и после теста измерялась кинематическая вязкость образцов при 100 градусах Цельсия.

Результаты испытаний показали, что композиции, соответствующие формуле патента, демонстрируют потерю массы по NOACK не более 20% (в лучших вариантах — менее 13–15%). При этом вязкость масла после теста увеличивается крайне незначительно. Например, в эталонных составах кинематическая вязкость при 100 градусах Цельсия после термического воздействия возрастала лишь с 7,9 до 10,5–14,2 кв. мм/с.

В то же время сравнительные образцы, где содержание тяжелых фракций было несбалансированным или недостаточным, показали катастрофический рост вязкости после теста — в некоторых случаях масло превращалось в густой гудрон, вязкость которого невозможно было измерить стандартными методами. Это доказывает, что без достаточного количества фракции свыше 550 градусов Цельсия легкие компоненты быстро улетучиваются, оставляя склонный к полимеризации остаток, который мгновенно забивает компрессор.

При этом низкотемпературные свойства запатентованных масел остались на высоком уровне: вязкость холодной прокрутки CCS при минус 35 градусах Цельсия не превысила порогового значения 6,2 Па·с, что гарантирует легкий пуск двигателя в зимний период. Высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига (HTHS) при 150 градусах Цельсия поддерживается в диапазоне от 2,0 до 3,5 мПа·с, обеспечивая баланс между защитой от износа и снижением гидродинамических потерь.

Практическая ценность разработки

Созданная смазочная композиция успешно решает проблему образования компрессорных отложений в высоконагруженных дизельных двигателях с турбонаддувом. Благодаря точному дозированию тяжелых фракций высокой степени очистки удалось разорвать традиционный компромисс между испаряемостью масла и его низкотемпературной текучестью. Разработка позволяет продлить ресурс турбокомпрессоров, сохранить их расчетный КПД на протяжении всего межсервисного интервала и обеспечить надежную эксплуатацию техники в широком температурном диапазоне.

Вот бесячий язык патентов...
Чего изобрели-то? ))
Не, так-то полезное есть, соответствующие формуле патента масла с Ноак 19,9% показывают великолепные результаты! ) Ну и HTHS в диапазоне от 2 обеспечивает защиту.
Не сказать, что какое-то новое знание, но МПисты патенты грандов любят.

 

[nonconfo]

US12325837B2.pdf

Суть изобретения и техническая проблема

Современные автомобильные двигатели, особенно малообъемные турбированные моторы с прямым впрыском топлива (GDI и TGDI), работают в условиях экстремальных тепловых и механических нагрузок. Для снижения расхода топлива и уменьшения вредных выбросов производители техники рекомендуют использовать маловязкие моторные масла. Однако у таких масел есть серьезный недостаток: они более склонны к испарению, окислению и термической деградации под воздействием прорывающихся картерных газов и несгоревшего топлива. Это приводит к быстрому накоплению лаковых отложений и нагара на поршнях, поршневых кольцах и в камерах сгорания. Образование отложений ухудшает теплоотвод, вызывает залегание поршневых колец и может привести к катастрофическому износу деталей цилиндропоршневой группы. Для решения этой проблемы разработана уникальная смазочная композиция, которая эффективно подавляет окисление и минимизирует образование высокотемпературных отложений на поршнях. Ее основа состоит из тщательно сбалансированной смеси базовых масел разной вязкости в сочетании со специальным беззольным дисперсантом.

Состав смазочной композиции

Основой запатентованного решения является строго определенное сочетание компонентов. Первым ключевым элементом выступает базовое масло А, представляющее собой высоковязкое полиальфаолефиновое масло (PAO). Его содержание в готовом продукте составляет от 6 до 15 процентов по массе, а в некоторых высокомолекулярных вариантах может находиться в пределах от 2 до 10 процентов. Вторым компонентом является маловязкое базовое масло B, доля которого составляет от 65 до 85 процентов по массе. Третьим обязательным элементом системы является сукцинимидный дисперсант, добавляемый в количестве от 0,1 до 10 процентов по массе в пересчете на активное вещество.

Физико-химические характеристики компонентов

Базовое масло А имеет кинематическую вязкость при 100 °C в диапазоне от 8,0 до 12,0 cSt. В альтернативных вариантах исполнения композиции может применяться более вязкое масло А с вязкостью от 30,0 до 50,0 cSt. Важнейшей особенностью этого компонента является то, что он получен, по меньшей мере частично, из мономеров додецена (альфа-олефина C12) или смеси альфа-олефинов от C8 до C12. Средневесовая молекулярная масса этого PAO составляет от 300 до 1000 грамм на моль, а для более вязких модификаций — от 900 до 10000 грамм на моль. Использование именно C12-олефинов обеспечивает оптимальное строение молекул олигомеров, что гарантирует высокую термическую стабильность и низкую испаряемость по методу Noack, которая обычно составляет от 0,4 до 6,5 процентов.

Маловязкое базовое масло B имеет кинематическую вязкость при 100 °C в пределах от 3,0 до 5,5 cSt. В качестве масла B используются высокоиндексные базовые масла Группы III по классификации API (минеральные масла глубокого гидрокрекинга с индексом вязкости более 120 и содержанием насыщенных углеводородов не менее 95 процентов), синтетические масла Группы IV (маловязкие PAO) или их смеси.

В качестве дисперсанта применяется полиизобутенилсукцинимид (PIB-сукцинимид), полученный из полиизобутилена со среднечисловой молекулярной массой от 700 до 3000 дальтон, наиболее предпочтительно от 900 до 2500 дальтон. Дисперсант может быть как простым, так и модифицированным, например, борированным. Он эффективно удерживает продукты окисления во взвешенном состоянии, не позволяя им укрупняться и оседать на горячих металлических поверхностях поршня.

Методология испытаний и оценка эффективности

Эффективность разработанных составов подтверждается жесткими моторными испытаниями на четырехцилиндровом турбодизеле Volkswagen объемом 1,9 литра с прямым впрыском топлива. Этот тест, известный как VW TDi по стандарту CEC-L-78-T-99, входит в обязательные требования европейской классификации ACEA категорий A3/B4, A5/B5, C3 и спецификации VW 504/507. Испытание длится 54 часа и имитирует тяжелые условия эксплуатации с чередованием циклов высокой нагрузки при температуре масла в картере 145 °C. Основными оцениваемыми параметрами являются средняя чистота поршня в баллах (Piston Merit, где более высокий балл означает более чистый поршень) и подвижность поршневых колец для оценки склонности к их залеганию.

Анализ результатов и сравнительные тесты

Результаты сравнительных тестов наглядно демонстрируют превосходство запатентованной композиции над стандартными формуляциями. В экспериментах готовые моторные масла классов вязкости SAE 0W-12, 0W-20 и 5W-40, содержащие C12-олигомерное базовое масло А, показали выдающиеся результаты. Например, образцы с добавлением от 6 до 10 процентов PAO на основе додецена с вязкостью около 10 cSt набрали в тесте на чистоту поршня от 63 до 68 баллов, успешно преодолев жесткий порог требований ACEA C3 и VW, составляющий минимум 65-66 баллов. При этом во всех успешных тестах полностью отсутствовало залегание поршневых колец.

Напротив, сравнительные примеры масел, не содержащие базового масла А или использующие альтернативные компоненты, провалили испытания. Масло, приготовленное исключительно на гидрокрекинговой основе Группы III без добавления высоковязкого PAO, набрало всего 54 балла по шкале чистоты поршня. Попытка заменить C12-децилированный PAO на аналогичный по вязкости PAO, синтезированный исключительно из децена (мономера C10), также привела к неудаче: оценка чистоты поршня составила всего 57 баллов, что не позволяет пройти спецификацию ACEA C3. Аналогичный неудовлетворительный результат в 57 баллов показал состав с использованием высоковязкого PAO 40, полученного из октена (мономера C8).

Физико-химический механизм действия

Физико-химический механизм такого различия кроется в синергетическом эффекте между структурой олигомеров додецена (C12) и сукцинимидным дисперсантом. Молекулы PAO на основе C12 обладают оптимальной длиной боковых цепей и степенью разветвленности. Это обеспечивает идеальную растворяющую способность по отношению к полярным продуктам первичного окисления топлива и масла, предотвращая их коагуляцию. В сочетании с высокой термической стабильностью и низкой испаряемостью смеси, это позволяет дисперсанту максимально эффективно выполнять свою функцию непосредственно в зоне поршневых колец, где температуры достигают критических значений.

Практическое значение и выводы

Разработанная технология позволяет создавать высокоэффективные энергосберегающие моторные масла сверхнизкой вязкости, которые гарантируют надежную защиту современных высоконагруженных двигателей от образования опасных отложений. Использование специфического высоковязкого PAO на основе C12-олефинов в сочетании с маловязкой базой и сукцинимидным дисперсантом обеспечивает синергетический эффект, сохраняя чистоту цилиндропоршневой группы на уровне, значительно превосходящем традиционные синтетические формуляции.

Не открывая патент 100% Шевроновский ))
Ну и стильно по Мобиловским мПАО прошлись, барахло мол ))

Экстрим понятно откуда идею брал тримеров додецена (я надеюсь тримеры все-таки).

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

lubricants-14-00216.pdf

Новый подход к проектированию смазочных материалов
Современная трибология переживает важный переход от просто экологичных смазок к концепции «живучих» трибосистем. Этот сдвиг подстегивается развитием водородных двигателей внутреннего сгорания, где условия работы деталей критически усложняются из-за присутствия влаги и активных окислительных сред. В таких жестких условиях традиционный эмпирический подбор присадок, таких как органические модификаторы трения (OFM), становится неэффективным. Моделирование молекулярной динамики дает глубокое понимание процессов адсорбции, но требует огромных вычислительных мощностей и времени. В качестве быстрой и точной альтернативы выступает метод настройки межфазной энергии, связывающий термодинамические свойства поверхностей с реальным поведением узла трения в граничном режиме.

Экспериментальная база и подготовка смесей
В качестве объекта исследования ученые выбрали смесь синтетического базового масла полиальфаолефина-4 (PAO4) и классического органического модификатора трения — моноолеата глицерина (GMO) в концентрациях от 1 до 10 весовых процентов. Для достижения идеальной однородности смеси перемешивали при температуре 60 градусов Цельсия, а затем подвергали ультразвуковой обработке в течение двух часов. Испытания на трение и износ проводились по схеме «шар на диске» в соответствии со стандартом ASTM G99. В качестве пары трения использовался шар из подшипниковой стали AISI 52100 и диск из нержавеющей стали AISI 304. Нагрузка варьировалась от 0.6 до 1.4 Ньютона, а скорость скольжения — от 0.39 до 3.93 метра в секунду, что создавало максимальное контактное давление по Герцу до 0.73 гигапаскаля.

Вязкостные аномалии и режим смазки
Добавление GMO ожидаемо привело к загущению базового масла: при комнатной температуре смесь с 10% присадки оказалась на 32% вязче чистого PAO4. Однако наиболее интересные результаты показал индекс вязкости. Он достиг своего максимума при концентрации GMO в 7%, после чего начал снижаться из-за эффекта насыщения раствора. Еще более примечательно поведение пьезокоэффициента вязкости — параметра, описывающего, как сильно густеет масло под давлением в контакте. Этот коэффициент достиг своего минимума именно на отметке 7% GMO. В результате расчетная толщина смазочной пленки для этой концентрации оказалась ниже, чем у других смесей. Оценка безразмерного параметра смазочного режима (отношения толщины пленки к шероховатости поверхностей) показала значения меньше единицы во всем диапазоне скоростей. Это строго доказывает, что система работала в чистом граничном или смешанном режиме смазки, где гидродинамический эффект минимален, а все решает прочность адсорбционной пленки.

Трибологический триумф оптимальной концентрации
Результаты испытаний выявили четкий оптимум: добавление GMO улучшало показатели трения и износа вплоть до концентрации 7%, после чего при 10% происходило резкое ухудшение. Смесь с 7% GMO показала выдающиеся результаты: средний коэффициент трения снизился почти в 4 раза — с 0.315 для чистого масла до 0.076. Диаметр пятна износа на стальном шаре уменьшился почти в 6 раз — с 3.40 до 0.56 миллиметра. При низких скоростях сдвига сила трения росла линейно с ростом нагрузки для всех составов, но при высоких скоростях свыше 1000 оборотов в минуту только составы с содержанием GMO от 1 до 7% сохраняли стабильное и низкое трение. Смесь с 10% присадки при высоких нагрузках демонстрировала резкий скачок трения, что говорит о нестабильности перегруженной присадками граничной пленки.

Физико-химия интерфейса: метод Оуэнса — Вендта — Кьельбле
Чтобы понять природу такой эффективности, авторы измерили краевые углы смачивания на стали и стекле с использованием двух тестовых жидкостей — полярной (деионизированная вода) и дисперсионной (дийодметан). С помощью метода OWK общую поверхностную энергию разложили на дисперсионную (отвечающую за ван-дер-ваальсовы взаимодействия) и полярную (отвечающую за диполь-дипольные и водородные связи) составляющие. Чистое базовое масло PAO4 показало слабую полярность (всего 5% от общей энергии). Добавление GMO радикально изменило этот баланс: полярная составляющая выросла, а дисперсионная снизилась. При концентрации 7% GMO соотношение дисперсионных и полярных сил смазочного материала практически идеально совпало с аналогичным соотношением для стальной подложки. Это термодинамическое соответствие привело к снижению межфазной энергии на границе твердого тела и жидкости и обеспечило наилучшее растекание масла по металлу.

Параметр разрушения и практический смысл
Для количественной оценки стойкости смазочного слоя авторы ввели два новых параметра: параметр соответствия поверхностей (логарифмическое отношение энергетических характеристик жидкости и стали) и параметр разрушения пленки (произведение критической нагрузки на скорость скольжения, при котором происходит резкий скачок трения). Статистический анализ Спирмена подтвердил сильную отрицательную корреляцию между степенью энергетического соответствия фаз и порогом разрушения пленки. Иными словами, чем ближе полярно-дисперсионный баланс масла к характеристикам металла, тем дольше граничная пленка сопротивляется сдвиговым нагрузкам и тем позже наступает переход к катастрофическому износу. Полярные группы GMO обеспечивают прочное сцепление молекул с металлом, а их углеводородные хвосты облегчают скольжение. Предложенный метод оценки межфазной энергии позволяет быстро и дешево отбирать перспективные рецептуры масел без проведения сложных компьютерных симуляций, что критически важно для создания смазочных материалов нового поколения.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

lubricants-12-00240.pdf

Суть исследования и практическая значимость
Современные автомобильные двигатели, особенно гибридные силовые установки, требуют применения маловязких моторных масел для снижения гидродинамических потерь и экономии топлива. Однако тонкая масляная пленка и сниженное содержание присадок создают риски ускоренного износа деталей и преждевременного выхода из строя систем нейтрализации отработавших газов. В данном исследовании подробно изучается влияние двух различных рецептур полностью синтетических моторных масел класса вязкости 0W-20 со средним и низким уровнем сульфатной зольности (около 0,8% по массе) на эффективность трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов (TWC) и бензиновых сажевых фильтров (GPF). Уникальность работы заключается в масштабе испытаний: шесть идентичных автомобилей Mercedes-Benz C260 L с 48-вольтовой гибридной системой мягкого типа (двигатель M264, турбонаддув, прямой впрыск) прошли реальный дорожный тест протяженностью 210 000 километров в различных климатических зонах Китая.

Условия испытаний и характеристики смазочных материалов
Дорожные испытания разделили на два ключевых этапа. Первый этап включал 120 000 километров пробега в четырех экстремальных локациях: при сверхнизких температурах (до минус 38 градусов Цельсия), в условиях экстремальной влажности (до 99,2%), при высоких температурах (до 48 градусов Цельсия) и в высокогорье (высота до 4731 метра над уровнем моря). Второй этап — это еще 90 000 километров в режиме типичного городского и шоссейного движения (соотношение 30% к 70%) в крупном мегаполисе Сучжоу. Интервал замены масла составлял 15 000 километров. Для тестов использовались два типа масел Shell класса API SP/SN и ACEA C5 с зольностью 0,8%. Масло А содержало сбалансированный кальций-магниевый пакет присадок для предотвращения преждевременного воспламенения смеси на низких оборотах (LSPI), а масло B базировалось на классическом чисто кальциевом пакете с добавлением молибдена в качестве модификатора трения. Кинематическая вязкость при 100 градусах Цельсия для обоих продуктов находилась в узком диапазоне от 7,8 до 8,0 сантистоксов.

Влияние на общие выбросы автомобиля
Анализ экологических показателей проводился по всемирному гармонизированному циклу испытаний легковых автомобилей (WLTC) на роликовом стенде, а также в реальных дорожных условиях (RDE) с использованием портативных систем измерения выбросов (PEMS). Результаты показали, что даже после 210 000 километров пробега автомобили полностью укладываются в жесткие рамки экологического стандарта China VI (CN6b). Применение маловязкого масла 0W-20 позволило снизить средние выбросы угарного газа (CO) в первые две минуты холодного пуска на 31,1% по сравнению с более вязким маслом класса 0W-30. Это объясняется снижением внутреннего трения при запуске, что сокращает время прогрева двигателя до оптимальных рабочих температур. Незначительное увеличение выбросов оксидов азота (NOx) при холодном старте на маловязком масле осталось в пределах допустимых погрешностей и не повлияло на итоговый экологический класс автомобиля.

Деградация и стабильность катализатора TWC
Оценка состояния катализаторов проводилась на моторном стенде с мощным 8-цилиндровым двигателем объемом 4,8 литра. Ключевыми параметрами стали температура начала эффективной работы (T50, при которой нейтрализуется 50% вредных газов) и кислородоемкость (OSC). Накопление золы в сотах катализатора неизбежно снижает площадь контакта газов с активным слоем. После 120 000 километров пробега температура зажигания T50 для углеводородов, угарного газа и оксидов азота увеличилась примерно на 60 градусов Цельсия относительно свежего катализатора. Примечательно, что дальнейший пробег до 210 000 километров не привел к ухудшению этого показателя, что говорит о стабилизации процессов термического старения. Кислородоемкость катализатора снизилась в среднем на 18,44% (около 19%) из-за спекания благородных металлов при высоких температурах выхлопа, однако этот износ признан полностью контролируемым. Интересно, что масло А с магниевым пакетом на рубеже 120 000 километров показало чуть более высокую температуру зажигания катализатора, чем масло B. Это связано со стабильностью оксидов магния в золе, которые менее склонны к дальнейшему окислению и плотнее забивают микропоры, хотя к концу теста разница между маслами практически нивелировалась.

Работа сажевого фильтра GPF и динамика противодавления
Сажевый фильтр без каталитического покрытия показал отличную совместимость с исследуемыми маслами. После 210 000 километров эффективность фильтрации твердых частиц по численности (PN) выросла на 92%, а для ультрадисперсных частиц нуклеационной моды эффективность улавливания достигла рекордных 99,2%. Такой рост фильтрующей способности обусловлен формированием тонкого пористого слоя золы на стенках каналов, который сам начинает работать как дополнительный фильтр. Противодавление выхлопных газов в фильтре ожидаемо выросло, но его абсолютные значения остались ниже, чем у новых сажевых фильтров с нанесенным каталитическим покрытием. Масло B (на чистом кальции) вызвало чуть более заметный рост противодавления по сравнению с маслом А, что указывает на влияние химического состава присадок на физическую структуру и плотность отложений золы. Важным открытием стало то, что при накоплении сажи более 0,2 грамма на литр именно сажевый пирог начинает определять уровень противодавления, полностью перекрывая вклад зольных отложений от масла. Компьютерная томография подтвердила отсутствие критических пробок и аномального скопления золы в каналах фильтра.

Сравнение дорожных тестов с ускоренным стендовым старением
В инженерной практике для экономии времени часто используют метод ускоренного старения систем нейтрализации на моторных стендах путем добавления моторного масла непосредственно в бензин. В рамках исследования была проведена валидация этого метода. На стенде сжигали топливные смеси с добавлением масел различной зольности (0,8% и 1,2%). Результаты показали высокую сходимость: эффективность улавливания золы в сажевом фильтре на стенде стабилизировалась на уровне 38–40%, в то время как в реальном дорожном тесте этот показатель составил 39,06% для масла А и 32,73% для масла B. Это доказывает применимость и высокую точность стендовых испытаний с подмешиванием масла в топливо для прогнозирования ресурса выхлопных систем, хотя для идеального совпадения требуется строго контролировать фактический угар масла в реальном двигателе.

Выводы
Высококачественные моторные масла класса 0W-20 со сниженной зольностью гарантируют надежную защиту деталей двигателя и сохраняют высокую эффективность систем очистки выхлопных газов на протяжении более чем 200 000 километров пробега. Они предотвращают избыточное накопление золы в сажевых фильтрах и катализаторах даже в условиях экстремальных температурных перепадов и тяжелых нагрузок, обеспечивая стабильное соответствие автомобилей строгим экологическим стандартам на протяжении всего жизненного цикла.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

lubricants-14-00072.pdf

Эволюция трибологии: от интуиции к искусственному интеллекту
Разработка современных смазочных материалов долгое время оставалась консервативной областью, опирающейся на метод проб и ошибок. Поиск оптимального баланса между вязкостью, термостабильностью и противоизносными свойствами требовал сотен дорогостоящих лабораторных тестов и длительных натурных испытаний. Сегодня искусственный интеллект кардинально меняет этот подход, связывая молекулярное моделирование, заводское производство и эксплуатационный мониторинг в единую цифровую экосистему. Ведущие промышленные гиганты, такие как Shell и ExxonMobil, уже внедряют интеллектуальные платформы для прогнозирования ресурса оборудования и оптимизации интервалов замены масел.

Ускорение синтеза и оптимизация рецептур
Главным инструментом преодоления экспериментального тупика стала байесовская оптимизация. В отличие от традиционного планирования эксперимента, этот вероятностный метод позволяет эффективно исследовать многомерные химические пространства с минимальным числом физических тестов. При разработке наносмазок байесовский подход сокращает количество необходимых трибологических испытаний более чем на треть, с высокой точностью определяя критические концентрации наночастиц (например, меди), при которых предотвращается их агрегация и обеспечивается стабильное формирование защитной трибопленки.

Параллельно развиваются методы количественного сопоставления структуры и свойств (QSPR/QSTR). Объединение этих дескрипторов с нейронными сетями позволяет прогнозировать индекс вязкости, окислительную стабильность и трибологические показатели непосредственно по молекулярному строению присадок. Это открывает путь к виртуальному скринингу тысяч перспективных соединений еще до их физического синтеза. Особое значение это имеет для экологически безопасных смазочных материалов, таких как ионные жидкости и глубокие эвтектические растворители (DES), где классические эмпирические уравнения вязкости не работают из-за сложных нелинейных межмолекулярных взаимодействий.

Прогнозирование свойств и деградации смазочных материалов
Оценка состояния работающего масла традиционно требует сложного лабораторного анализа (ИК-спектроскопия, элементный анализ, вискозиметрия). ИИ позволяет автоматизировать этот процесс. Использование нейронных сетей с байесовской регуляризацией (BRNN) помогает выявлять ранние признаки старения масла по спектральным данным, минимизируя риск переобучения моделей на зашумленных выборках.

В задачах непрерывного мониторинга вязкости наилучшие результаты показывают радиально-базисные нейронные сети (RBFN). Благодаря локальной настройке функций активации они превосходят стандартные многослойные перцептроны и гауссовские процессы, точнее улавливая резкие изменения свойств масла при сдвиговых нагрузках и температурных колебаниях. Другим прорывным решением стали системы «электронного носа» на базе металлооксидных сенсоров. Анализируя летучие органические соединения, выделяющиеся при деструкции масла, и обрабатывая сигналы методами опорных векторов, такие системы с точностью свыше 95% определяют степень старения смазочного материала всего за пару часов, работая непосредственно на объекте.

Интеллектуальный мониторинг и цифровые двойники
Классический анализ частиц износа (феррография) всегда зависел от субъективного мнения эксперта. Применение сверточных нейронных сетей (CNN) автоматизирует распознавание морфологии частиц с точностью выше 90%. Современные архитектуры, такие как Mask R-CNN, успешно сегментируют перекрывающие друг друга частицы на снимках, рассчитывают их геометрические параметры и автоматически оценивают площадь износа.

Объединение визуальных данных с временными рядами датчиков давления, температуры и вибрации реализуется в гибридных моделях (например, CNN-LSTM с механизмами внимания). Эти алгоритмы интегрируются в цифровые двойники — виртуальные копии работающего оборудования. Цифровой двойник не просто фиксирует текущие параметры, а сопоставляет их с историей нагрузок и температурных режимов конкретного узла, прогнозируя остаточный ресурс смазочного материала и предотвращая аварийные ситуации.

Барьеры на пути внедрения и методологические ограничения
Несмотря на очевидные успехи, широкое внедрение ИИ в трибологии сдерживается несколькими факторами. Во-первых, это фрагментированность и низкая стандартизация данных: разные лаборатории используют отличающиеся протоколы испытаний и шероховатость поверхностей, что делает невозможным прямое объединение баз данных. Во-вторых, эмпирические модели ИИ часто работают как «черные ящики», не объясняя физику процессов, и легко теряют точность при выходе за пределы обучающей выборки. Наконец, в существующих оптимизационных моделях практически не учитываются экологические параметры — биоразлагаемость и токсичность присадок, уступая место исключительно эксплуатационным характеристикам.

Будущее индустрии: физико-информированные модели и автономные лаборатории
Решением проблемы переобучения и слабой переносимости моделей становится переход к физико-информированным нейронным сетям (PINN). Они обучаются не только на массивах данных, но и на фундаментальных законах сохранения массы, импульса и энергии, а также на уравнениях кинетики граничного трения. Это гарантирует, что предсказания модели не будут противоречить законам физики даже в нетипичных режимах работы.

Для безопасного обмена данными между конкурирующими компаниями внедряется федеративное обучение. Этот метод позволяет обучать глобальные модели ИИ на распределенных локальных серверах без прямой передачи конфиденциальных рецептур и коммерческих данных. Вершиной интеграции ИИ становятся автономные «самоуправляемые» лаборатории, где робототехнические комплексы под управлением ИИ самостоятельно смешивают базовые масла и присадки, проводят экспресс-тесты на трение и износ, анализируют результаты и корректируют состав в замкнутом цикле без участия человека. Это приближает трибологическую индустрию к стандартам Индустрии 5.0, где технологии работают в синергии с человеческим опытом.

 

[Аргентум]

>

 

[Фёдор]

US3275554.pdf

Патент США 3275554: Высокоэффективные беззольные диспергирующие присадки на основе полиолефинил-замещенных полиалкиленполиаминов для моторных масел, работающих в тяжелых условиях частых остановок городского цикла и предотвращающих износ и лакообразование

Проблема стабильности масел в режиме городского цикла

При работе двигателей внутреннего сгорания в режиме частых остановок и пусков, характерном для городского движения, моторные масла подвергаются экстремальным нагрузкам. В таких условиях стандартные смазочные материалы быстро деградируют, что приводит к интенсивному образованию низкотемпературных отложений, шлама, лака на поршнях, а также к коррозии и ускоренному износу деталей. Известные ранее присадки на основе длинноцепочечных алкиламиноаминов с числом атомов углерода от 6 до 24 в алкильной цепи способны улучшать индекс вязкости и понижать температуру застывания минеральных масел, однако они совершенно не обладают моющими, противоизносными и антикоррозионными свойствами. Они не могут поддерживать двигатель в чистоте при жестких режимах эксплуатации. Решением этой проблемы стало создание беззольных моюще-диспергирующих присадок на основе маслорастворимых алифатических полиаминов, содержащих длинные полимерные цепи. Эти соединения эффективно удерживают нерастворимые продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии, предотвращая их укрупнение и осаждение на металлических поверхностях.

Химическая структура и компоненты присадки

Основой патентуемой присадки является маслорастворимый алифатический полиамин, к атомам азота или углерода которого присоединена по меньшей мере одна полиолефиновая цепь. Молекулярная масса этой полимерной цепи лежит в пределах от 700 до 100 000, но наиболее предпочтителен узкий диапазон от 1200 до 50 000, обеспечивающий оптимальный баланс между растворимостью в базовом масле и диспергирующей способностью. Полимерная цепь может быть как насыщенной, так и ненасыщенной, иметь линейное или разветвленное строение. В качестве исходных полимеров используются продукты полимеризации или сополимеризации олефинов, такие как полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полиизобутилен, а также сополимеры этилена с пропиленом или альфа-метилстиролом. Наиболее предпочтительным является разветвленный полиизобутилен.

Аминная часть молекулы формируется из первичных или вторичных алифатических полиаминов. В их число входят этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, пропилендиамин, бутилендиамин, гексаметилендиамин и их более высокие гомологи, содержащие до 18 атомов углерода. Также могут применяться замещенные и циклические полиамины, например, N-метилэтилендиамин или продукты термической конденсации полиаминов в присутствии хлороводорода. Использование технических смесей полиэтиленполиаминов, содержащих преимущественно триаминовые, тетрааминовые и пентааминовые группы, крайне выгодно с экономической точки зрения и позволяет получать высокоэффективные присадки промышленного масштаба.

Технологические методы синтеза

Для получения целевых соединений разработано несколько химических путей. Первый метод заключается в реакции галогенированного углеводорода, содержащего длинную полимерную цепь и как минимум два атома галогена, с избытком полиамина. В процессе реакции атомы галогена замещаются на полиаминные группы с выделением галогеноводорода, который связывается избытком исходного полиамина в соль и затем удаляется. Реакцию проводят при повышенной температуре в среде растворителя с температурой кипения не ниже 160 градусов Цельсия. Избыток полиамина критически важен для минимизации нежелательного межмолекулярного сшивания (образования трехмерных гелей), которое резко снижает растворимость присадки в масле.

Второй, более элегантный и предпочтительный метод синтеза ориентирован на использование алкенов с концевой двойной связью, у которых бета-углеродный атом несет метильную группу (ярким примером служит полиизобутилен). На первом этапе проводят хлорирование полимера теоретическим количеством хлора в среде инертного растворителя при комнатной температуре. Это приводит к образованию смеси альфа-полиизобутилаллилхлорида и бета-полиизобутилметаллилхлорида с отщеплением хлороводорода. В качестве побочных продуктов образуются дихлорпроизводные, которые можно не удалять из реакционной массы. На втором этапе полученный хлорированный полимер реагирует с полиамином, подвергаясь алкилированию с образованием алкенилполиамина.

Практический пример получения присадки (Пример I)

Для иллюстрации процесса в патенте детально описан синтез моноизобутенилтетраэтиленпентамина. На первой стадии полиизобутилен с молекулярной массой 1250 растворяют в четыреххлористом углероде до достижения концентрации 40% по массе. В раствор добавляют кристаллик йода в качестве катализатора и пропускают газообразный хлор при комнатной температуре до обесцвечивания раствора. Затем растворитель испаряют в вакууме, одновременно удаляя выделившийся хлороводород. Полученный хлорированный полиизобутилен содержит 4,2% масс. активного хлора.

На второй стадии полученный хлорид полиизобутила смешивают с четырехкратным избытком тетраэтиленпентамина и нагревают при температуре 180 градусов Цельсия в течение 6 часов при постоянном перемешивании. После охлаждения реакционную смесь растворяют в пентане и промывают водой до полного удаления следов хлора. После отгонки растворителя получают целевой продукт, представляющий собой вязкую жидкость, содержащую 2,5% масс. азота и лишь 0,23% масс. остаточного хлора. Аналогичным образом синтезируют присадки на основе других полиаминов и полиолефинов с молекулярной массой от 1200 до 10 000.

Методология моторных испытаний

Высокая эффективность полученной присадки (на примере продукта из Примера I) была подтверждена жесткими моторными испытаниями в сравнении с чистым базовым маслом без добавок. В качестве основы использовался парафиновый дистиллят селективной очистки. Концентрация присадки в готовом испытуемом масле составляла 1,5% масс. Испытания проводились на двух типах одноцилиндровых двигателей.

Дизельный двигатель Gardner: одноцилиндровый, четырехтактный, с водяным охлаждением. Диаметр цилиндра составляет 108 мм, ход поршня — 152,4 мм, рабочий объем — 1,4 литра. Двигатель развивает мощность 11 лошадиных сил при 1200 оборотах в минуту. Продолжительность теста составляла 17 часов. В качестве топлива использовался тяжелый газойль с высоким содержанием серы (0,9% масс.), что провоцирует быстрое загрязнение и коррозию. Температура охлаждающей воды поддерживалась на уровне 80 градусов Цельсия. Кинематическая вязкость базового масла при температуре испытания 98,0 градусов Цельсия составляла 11,5 сСт. По окончании теста оценивалась чистота поршня по десятибалльной шкале.

Бензиновый двигатель Petter: одноцилиндровый, четырехтактный, с водяным охлаждением. Диаметр цилиндра — 85 мм, ход поршня — 82,5 мм, рабочий объем — 468 мл, степень сжатия — 10,0:1. Мощность двигателя составляет 3,5 лошадиных сил при 1500 оборотах в минуту. Продолжительность теста — 48 часов. Топливом служил автомобильный бензин, содержащий 0,32 мл тетраэтилсвинца на литр и 0,05% масс. серы. Для стимуляции образования низкотемпературного шлама и конденсата температура охлаждающей воды рубашки цилиндра поддерживалась на уровне 80 градусов Цельсия, а температура охлаждающей воды крышки распределительного механизма искусственно занижалась до 24 градусов Цельсия. Кинематическая вязкость базового масла при 98,9 градусах Цельсия составляла 7,2 сСт. Оценивались степень шламообразования и чистота поршня.

Результаты моторных тестов

Результаты испытаний наглядно демонстрируют колоссальное преимущество масла с добавлением разработанной беззольной присадки.

Показатель эффективности (10 баллов = абсолютная чистота)	Базовое масло без присадки	Масло с добавлением 1,5% присадки (Пример I)
Чистота поршня в дизельном двигателе Gardner	4,4	9,3
Предотвращение образования шлама в двигателе Petter	5,1	7,5
Чистота поршня в бензиновом двигателе Petter	5,9	8,3

Дополнительно было установлено, что замена присадки из Примера I на другие варианты (Примеры II–V) в концентрациях от 1% до 2% масс. дает практически аналогичные высокие результаты чистоты деталей и предотвращения шламообразования.

Область применения и юридические ограничения

Разработанные присадки могут вводиться в смазочные материалы как в чистом виде, так и в форме высококонцентрированных пакетов (концентратов) в количестве от 0,1% до 20% масс., предпочтительно от 0,2% до 10% масс. Они полностью совместимы с другими критически важными компонентами современных моторных масел: антиоксидантами, противоизносными присадками (например, дитиофосфатами цинка), депрессорными присадками, модификаторами вязкости и противопенными агентами.

Несмотря на выдающиеся технические характеристики и пионерский характер разработки в области беззольных диспергаторов, данный патент имеет важное историко-юридическое ограничение. Согласно официальному уведомлению, опубликованному в Official Gazette 13 января 1970 года, в рамках патентного спора (Interference No. 95,947) от 31 июля 1969 года было вынесено окончательное решение не в пользу патентообладателя. Все пункты формулы изобретения (с 1 по 6) были аннулированы. Тем не менее, описанная в документе химия полиизобутенилсукцинимидов и полиизобутениламинов легла в основу целого класса современных моющих присадок, без которых невозможно представить работу современных высокофорсированных двигателей.

 

[Аргентум]

>