專利名稱：具有改進性能的發動機的制作方法
技術領域：
本申請涉及一種具有改進性能的發動機。此外，本發明公開了聚合物用于改進潤滑油的乳液穩定性的用途。
背景技術：
當今，燃料通常由化石源獲得。然而，這些資源是有限的，從而要尋找替代品。因此，對可用于生產燃料的可再生原料的關注不斷提升。汽車行業已多年研究用于運輸的替代燃料如甲醇、乙醇等。雖然這類燃料提供了減少的發動機排放的一些優點，但它們的使用伴隨著許多的缺陷和限制，如果要使它們成為可行的汽油替代品，就必須要解決這些缺陷和限制。鑒于生態環境質量的惡化和世界原油儲量的減少，使用純生物醇例如乙醇(E100)或甲醇(M100)已經成為很多國家的一個重要目標。然而，已經報道了很多問題，從不同的燃燒特性到密封材料的腐蝕，妨礙了生物醇類作為化石類汽油的替代品的使用。與傳統汽油相比，另一個主要的障礙是燃燒過程中形成的或基于在醇的制備過程中存在的大量的水。燃燒過程中形成的水連同旁經活塞環的或由漏泄氣體攜帶走的醇一起傾向于在油品中累積。使用這種替代燃料可能造成醇和水在潤滑油中的累積，從而增加了采用這種替代燃料，特別是醇的發動機的腐蝕和磨損問題。上述問題取決于客車的使用類型。汽車在非常短程的循環上的使用會導致非常嚴重的問題，這導致潤滑油短時間改變。而且，對于具有高度精密的排放控制系統以及用于節省燃料的其它技術方案的發動機而`言問題更加嚴重。發動機越精密，其對潤滑油的性能下降越敏感，例如，基于過度的水含量。潤滑油的性能下降，特別是高含水量和相分離對發動機的各種性能均具有不利影響。這些對具有彈性燃料相容性的發動機而言是特別嚴重的。高含水量通常可能導致發動機冷啟動和冷運行特性方面的問題。除此之外，潤滑油的高含水量對發動機的使用壽命和燃料消耗也有不利影響。迄今為止，已經進行了很多嘗試以通過工程技術和新設施改進發動機的冷啟動和冷運行特性。然而，這些選項與基于高成本并且通常只有最新的汽車才能從這些改進中獲益的事實的缺點相關聯。因此，改進發動機的冷啟動和冷運行特性、使用壽命和燃料消耗的另外的機會將是有益的。使用含酯基的聚合物在現有技術中是已知的，例如US 4，290，925公開了含有N-乙烯基-2-吡咯烷酮的接枝的聚甲基丙烯酸酯，其可用于制備穩定的烯烴共聚物乳液。US 4，057，623公開了甲基丙烯酸烷基酯和N-乙烯基-2-卩比咯烷酮的共聚物，其可用于生產化妝品應用用的油包水乳液。US 3，519，565公開了甲基丙烯酸烷基酯和N-乙烯基硫代吡咯烷酮的共聚物，其可用于減少發動機淤泥和清漆。
此外，GB2307916A公開了具有分散劑性能的多功能的烯烴共聚物粘度指數改進劑與其它添加劑組合可改進潤滑油的乳液穩定性。然而，沒有提及任何關于具有高極性的含酯基聚合物的暗示。另外，沒有公開具體的發動機類型。
發明內容
鑒于現有技術，本發明的目的因此是提供一種不限于新發動機設計且可應用于現有的彈性燃料發動機的解決方案。特別是彈性燃料發動機的冷啟動和冷運行特性應得以改進。此外，本發明的另一個目的是改進使用壽命和燃料消耗。應當在沒有環境缺陷的情況下實現這些改進。本發明的另外一個目的是提供用于潤滑油的添加劑，其為彈性燃料發動機提供改進的冷啟動和冷運行特性。此外，該添加劑應改進彈性燃料發動機的使用壽命和燃料消耗。此外，該添加劑應可簡單和便宜的方式生產，特別是應使用可購買獲得的組分。在本文中，它們應可以工業規模生產，而為此目的不需要新的工廠或復雜構造的工廠。本發明的另一個目的是提供一種添加劑，其在潤滑油中帶來多種希望的性能。這可使不同添加劑的數目最小化。此外，該添加劑不應對潤滑油的燃料消耗或環境相容性有任何不利影響。另外，該添加劑應改進含高水量的潤滑油的乳液穩定性。這些目的以及沒有明確闡述但通過介紹在此討論的上下文能直接推導出或辨別的其它目的由具有權利要求1的所有特征的發動機實現。對本發明發動機的適當改進在引用權利要求1的權利要求中得到保護。至于用途，權利要求22提供了一種對所基于的問題的解決方案。因此，本發明提供了一種設計用于彈性燃料相容性的發動機，其含有潤滑油組合物，其特征在于該潤滑油組合物含有至少一種具有高極性的含酯基聚合物。因此可能以一種不可預見的方式提供一種設計用于彈性燃料相容性的發動機，其具有改進的冷啟動和冷運行特性。此外，本發明的發動機顯示增強的使用壽命和降低的燃料消耗。此外，本發明的發動機能實現延長的換油間隔。由此，基于在特定里程基礎上的較低的機油量，該發動機提供顯著的在經濟性方面的改進。另外，本發明提出的解決方案不限于新的發動機設計并可應用于現有的彈性燃料發動機。此外，本發明的發動機可具有非常高的壓縮比而關于彈性燃料發動機的冷啟動和冷運行特性以及使用壽命和燃料消耗沒有受到有害影響。另外，為獲得能解決上述問題的潤滑油所使用的添加劑可以一種簡單和便宜的方式制備，特別是可使用能購買到的組分。同時，可以工業規模生產，而為此目的不需要新的工廠或復雜構造的工廠。此外，依照本發明使用的聚合物顯示出特別有利的性能分布。例如，可配置聚合物以使得具有出人意料 地剪切穩定性，從而使潤滑油具有非常長的使用壽命。此外，依照本發明使用的添加劑可在潤滑油中帶來多種希望的性能。例如，可制備具有突出的低溫性能或粘度性能的包含本發明的含酯基聚合物的潤滑油。這允許不同添加劑的數目最小化。此外，本發明的含酯基聚合物與許多添加劑相容。這允許潤滑油根據多種不同要求而進行調節。此外，所使用的添加劑不對潤滑油的燃料消耗或環境相容性有任何不利影響。出人意料地，本發明的含酯基聚合物改進含高水量的潤滑油的乳液穩定性。本發明提供了一種設計用于彈性燃料相容性的新發動機。這些發動機通常是彈性燃料車輛的一部分。 彈性燃料車輛(FFV)或雙燃料車輛(通俗地稱作彈性燃料車輛)是一種替代燃料車輛，其具有設計用于采用多于一種的燃料，通常是與乙醇或甲醇燃料摻混的汽油運轉的內燃機，并且兩種燃料都儲存于同一個共同的油箱內。當燃料噴入時彈性燃料發動機能將燃燒室中任意比例的所得摻混物燃燒并且根據電子傳感器檢測到的實際摻混物自動調節火花定時。彈性燃料車輛不同于雙燃料車輛，在雙燃料車輛中兩種燃料儲存于分開的油箱中且發動機每次采用一種燃料運轉，例如，壓縮天然氣(CNG)，液化石油氣(LPG)，或氫氣。雖然存在技術以允許乙醇FFV以汽油和乙醇的任意混合物運轉，但是從純汽油直到100%乙醇(E100)，北美和歐洲的彈性燃料車輛經優化以15%汽油和85%無水乙醇的最大摻混物(稱作E 85燃料)運轉。這種在乙醇含量中的限制的設定是為了減少低溫下的乙醇排放并避免寒冷天氣期間，低于irC (52 T )的溫度下的冷啟動問題。冬季期間在溫度降到(TC (32 T )以下的地區，醇含量被降低到從十一月到三月在美國采用E70的冬季摻混物，或瑞典采用E75。巴西彈性燃料車輛經優化以E20-E25汽油和直到100%的含水乙醇燃料的任何混合物(E100)運轉。巴西的彈性車輛被內置有小型的汽油儲槽用于在溫度降至15°C (59 T )以下時冷啟動發動機。優選地，本發明發動機的設計用于含有按體積計至少5%，特別是至少10%，尤其是20 %，更特別是至少50 %且更優選至少80 %的醇，例如甲醇和/或乙醇的燃料。此外，本發明發動機的優選設計用于含有按體積計至少5%，特別是至少10%，尤其是20%，更特別是至少50%且更優選至少80%的汽油的燃料。優選地，該發動機具有至少10: 1，更優選至少12: I的壓縮比。根據本發明的特殊方面，發動機可含有燃料噴射泵。通過具有多氣門技術的發動機可實現不可預見的優點。此外，本發明的發動機可含有廢氣再循環系統和/或二次空氣系統。優選地，發動機含有發動機管理裝置用于燃料噴射和火花定時的優化。本發明優選的發動機滿足廢氣排放標準歐5的要求，更優選滿足DirectiveN0.715/2007/EC中規定的歐6的要求。本發明的發動機含有潤滑油組合物，其含有至少一種具有高極性的含酯基聚合物。 含酯基的聚合物在本發明的上下文中應理解是指通過聚合單體組合物可得到的聚合物，該單體組合物含有帶有至少一個酯基的烯屬不飽和化合物，其在下文中稱為酯單體。因此，這些聚合物含有酯基作為側鏈的一部分。這些聚合物特別包括聚(甲基)丙烯酸烷基酯(PAMA)，聚富馬酸烷基酯和/或聚馬來酸烷基酯。酯單體本身是已知的。它們特別包括(甲基)丙烯酸酯，馬來酸酯和富馬酸酯，其可具有不同的醇殘基。“(甲基)丙烯酸酯”的表述涵蓋甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯，以及二者的混合物。這些單體是公知的。
含酯基的聚合物優選含有至少40重量％，更優選至少60重量％，特別優選至少80重量％和最優選至少90重量％的衍生自酯單體的重復單元。依照本發明可用的聚合物具有高極性。因此，聚合物可以是一種統計共聚物，其含有大量的衍生自分散單體的分散重復單元。優選地，該統計共聚物含有按重量計至少7%，更優選至少9%的衍生自分散單體的分散重復單元。此外，聚合物可以是一種接枝共聚物，其具有非極性聚合物作為接枝基底和分散單體作為接枝層。采用如下的接枝共聚物可實現出人意料的改進，該接枝共聚物優選含有按重量計0.5% _10%，特別是按重量計0.8-7%,更優選按重量計1% -5%的衍生自至少一種分散單體，優選雜環乙烯基化合物的分散重復單元。術語“重復單元”是本技術領域中公知的。本發明聚合物可優選通過單體的自由基聚合得到。這將雙鍵打開以形成共價鍵。因此，重復單元來自于所用的單體。分散單體應理解為特別是指具有官能團的單體，對此可以假定，具有這些官能團的聚合物可保持顆粒，特別是煙灰顆粒處于溶解狀態(參見R.M.Mortier,
S.T.0rszulik(編者):uChemistry and Technology of Lubricants，，，BlackieAcademic&Professional,倫敦,第2版，1997)。這些特別包括具有含硼、含磷、含娃、含硫、含氧和含氮基團的單體，優選氧官能化和氮官能化的單體。非極性接枝基底可含有低比例的分散重復單元，其優選按重量計小于20%，更優選按重量計小于10%和最優選按重量計小于5%，基于非極性接枝基底的重量。在一個特別合適的設計中，非極性接枝基底基本上不含分散重復單元。含酯基的聚合物的非極性接枝基底可含有按重量計5-100%，特別是按重量計20-98 %，優選按重量計30-95 %和最優選70-92 %的衍生自在醇殘基具有7_15個碳原子的
酯單體的重復單元。
在一個特別的方面，含酯基的聚合物的非極性接枝基底可含有按重量計0_80%，優選按重量計0.5-60 %，更優選按重量計2-50 %和最優選按重量計5-20 %的衍生自在醇殘基具有16-40個碳原子的酯單體的重復單元。此外，含酯基的聚合物的非極性接枝基底可含有按重量計0-40%，優選按重量計0.1-30%和更優選按重量計0.5-20%的衍生自在醇殘基具有1-6個碳原子的酯單體的重復單元。含酯基的聚合物的非極性接枝基底優選含有按重量計至少40%，更優選按重量計至少60 %，特別優選按重量計至少80 %和最優選按重量計至少90 %的衍生自酯單體的重復單元。可用于獲得可用的含酯基聚合物或統計聚合物的接枝基底的混合物可含有按重量計0-40%，特別是按重量計0.1-30%和更優選接重量計0.5-20%的一種或多種式(I)的烯屬不飽和酯化合物
權利要求
1.一種設計用于彈性燃料相容性的發動機，其含有潤滑油組合物，其特征在于該潤滑油組合物含有至少一種具有高極性的含酯基聚合物。
2.根據權利要求1所述的發動機，其特征在于該發動機具有至少10: I的壓縮比。
3.根據權利要求1或2的發動機，其特征在于該發動機包括燃料噴射泵。
4.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于該發動機具有多氣門技術。
5.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于該發動機滿足歐5廢氣排放標準的要求。
6.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于該發動機包括廢氣再循環系統。
7.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于該發動機包括二次空氣系統。
8.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述具有高極性的含酯基聚合物是一種統計共聚物，其含有按重量計至少7%的衍生自分散單體的分散重復單元。
9.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述具有高極性的含酯基聚合物是一種統計共聚物，其含有按重量計至少7%的衍生自至少一種雜環乙烯基化合物的分散重復單元。
10.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物為接枝共聚物，其具有非極性聚合物作為接枝基底和分散單體作為接枝層。
11.根據權利要求10的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物含有至少一種雜環乙烯基化合物作為接枝層。
12.根據權利要求10或11的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物是一種接枝共聚物，其含有按重量計0.5-10%的衍生自至少一種雜環乙烯基化合物的分散重復單元。
13.根據權利要求10-12的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物是一種接枝共聚物，其含有按重量計1-5%的衍生自至少一種雜環乙烯基化合物的分散重復單元。
14.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物具有通過FTIR光譜法測量的在1689-1692CHT1范圍內的-CO-NR2-峰。
15.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物選自聚(甲基)丙烯酸烷基酯(PAMA)，聚富馬酸烷基酯和/或聚馬來酸烷基酯。
16.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物的重均分子量為 10 000-600 000g/mol。
17.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述含酯基聚合物為接枝共聚物，其含有可通過單體組合物聚合得到的接枝基底，該單體組合物包含 a)基于用于制備非極性鏈段的單體組合物的重量，按重量計0-40%的一種或多種具有式(I)的烯屬不飽和酯化合物 R⑴ R2 O 其中R是氫或甲基，R1是具有1-6個碳原子的直鏈或支鏈烷基，R2和R3分別獨立地是氫或式-C00R’的基團，其中R’是氫或具有1-6個碳原子的烷基，b)基于用于制備非極性鏈段的單體組合物的重量，按重量計5-100%的一種或多種具有式(II)的烯屬不飽和酯化合物
18.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述雜環乙烯基化合物選自2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、3-乙基-4-乙烯基吡啶、2，3-二甲基-5-乙烯基吡啶、乙烯基嘧啶、乙烯基哌啶、9-乙烯基咔唑、3-乙烯基咔唑、4-乙烯基咔唑、1-乙烯基咪唑、N-乙烯基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基批咯燒酮、N-乙烯基卩比咯燒、3-乙烯基卩比咯燒、N-乙烯基己內酸胺、N-乙烯基丁內酸胺、乙烯基氧雜環戊烷、乙烯基呋喃、乙烯基噻吩、乙烯基硫雜環戊烷、乙烯基噻唑和氫化乙烯基噻唑、乙烯基5惡唑和氫化乙烯基只惡唑。
19.根據前述權利要求的至少一項的發動機，其特征在于所述潤滑油組合物含有至少一種額外的添加劑，其不是具有高極性的含酯基聚合物。
20.根據權利要求19的發動機，其特征在于所述添加劑為粘度指數改進劑、傾點改進齊U、分散劑、清潔劑、消泡劑、腐蝕抑制劑、抗氧化劑、抗磨添加劑、極壓添加劑和/或摩擦改進劑。
21.根據權利要求20的發動機，其特征在于抗磨添加劑和/或極壓添加劑選自含磷化合物，含硫和磷的化合物，含硫和氮的化合物，含硫元素和H2S-硫化烴的硫化合物，硫化甘油酯和脂肪酸酯，過堿化磺酸鹽，氯化合物，石墨或二硫化鑰。
22.具有高極性的含酯基聚合物作為潤滑油中的乳液穩定劑的用途。
全文摘要
本發明公開了一種設計用于燃料相容性的發動機，其含有潤滑油組合物，該潤滑油組合物含有至少一種具有高極性的含酯基聚合物。
文檔編號C10M149/02GK103249820SQ201180049656
公開日2013年8月14日 申請日期2011年8月23日 優先權日2010年10月14日
發明者J·A·朗斯頓, M·E·韋伯, P·摩爾, T·克萊斯曼, 王仁隆 申請人:贏創油品添加劑有限公司