Способ и устройство для приготовления цилиндрового масла
Изобретение относится к способу получения цилиндрового масла, согласно которому смешивают использованное масло со свежим цилиндровым маслом, причем использованное масло имеет более низкое значение общего щелочного числа (TBN), чем свежее цилиндровое масло. Рассмотрен способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, согласно которому подготавливают цилиндровое масло в соответствии с любым способом приготовления цилиндрового масла, описанным в данном документе, и применяют цилиндровое масло в двигателе внутреннего сгорания. Предложено устройство для приготовления цилиндрового масла, содержащее смешивающее средство для смешивания использованного масла и свежего цилиндрового масла, характеризующееся тем, что смешивающее средство сообщается по текучей среде по меньшей мере с одним отсеком двигателя внутреннего сгорания, содержащим использованное масло, или по меньшей мере с одним отсеком для хранения, содержащим использованное масло, по меньшей мере с одним отсеком для хранения свежего цилиндрового масла и по меньшей мере с одним цилиндром двигателя внутреннего сгорания. Способы, устройства и применения согласно настоящему изобретению предназначены для использования совместно с двухтактными крейцкопфными двигателями, установленными на корабле. Изобретение обеспечивает снижение количества смазочных материалов, улучшает регулирование кинематической вязкости при приготовлении цилиндрового масла из использованных масел, а также снижение износа и коррозии. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Настоящее изобретение относится к способу получения цилиндрового масла, согласно которому:
- обеспечивают использованное масло,
- обеспечивают свежее цилиндровое масло и
- смешивают использованное масло со свежим цилиндровым маслом,
причем использованное масло имеет более низкое значение TBN, чем свежее цилиндровое масло.
Изобретение, кроме того, относится к способу эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, согласно которому:
- подготавливают цилиндровое масло в соответствии со способом получения цилиндрового масла, описанным в данном документе, и
- применяют цилиндровое масло в двигателе внутреннего сгорания.
Кроме того, частью настоящего изобретения является устройство для приготовления цилиндрового масла, содержащее смешивающее средство для смешивания использованного масла и свежего цилиндрового масла, характеризующееся тем, что смешивающее средство сообщается по текучей среде
- по меньшей мере с одним отсеком двигателя внутреннего сгорания, содержащим использованное масло, или по меньшей мере одним отсеком для хранения, содержащим использованное масло,
- по меньшей мере с одним отсеком для хранения свежего цилиндрового масла и
- по меньшей мере с одним цилиндром двигателя внутреннего сгорания.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является применение отработанного масла и свежего цилиндрового масла для приготовления цилиндрового масла.
Способы, устройства и применения согласно настоящему изобретению, в частности, предназначены для использования совместно с двухтактными крейцкопфными двигателями, установленными на корабле, и/или для четырехтактных вспомогательных двигателей, установленных на корабле.
Уровень техники
Цилиндровым маслом является масло, которое обычно используют для смазывания цилиндров в двигателе внутреннего сгорания. Оно имеет различные функции. Основной его функцией является обеспечение смазки между цилиндром и/или поршневым кольцом и гильзой цилиндра. Таким образом, его назначением является управление изнашиванием. Еще одной важной функцией является защита от коррозии материала цилиндра и материала гильзы или стенок камеры сгорания. Собственно цилиндровое масло должно быть устойчиво к термическому разложению и должно иметь хорошие антиокислительные характеристики, хорошие противопенные характеристики и хорошую деэмульгирующую способность. Для цилиндровых масел также важны характеристики сжатия.
Большую часть этих свойств цилиндровых масел регулируют с помощью присадок. Кинематическую вязкость преимущественно регулируют с помощью компонентов собственно масла. Углеводороды с длинными углеродными цепями и углеводороды с разветвленными углеродными цепями обычно имеют более высокие значения кинематической вязкости. Антикоррозионные свойства цилиндровых масел обеспечивают преимущественно путем добавления основных органических соединений, таких как амины либо подобные вещества. Органические диимины, как описано в GB 1,183,345 A, преимущественно используют в цилиндровых маслах в качестве присадки для регулирования антикоррозионных свойств. Основная присадка нейтрализует кислоты, например, серную кислоту и другие кислоты, которые образуются в процессе горения в камере сгорания из серы или серосодержащих соединений, присутствующих в топливе. Цилиндровое масло может содержать от 0,1 массового процента до 0,3 массового процента этих дииминов. Еще одним примером подходящих присадок для повышения противоизносных и антикоррозионных характеристик являются алкиламин-алкилфосфаты, как описано в US 2004/144355 A.
Для некоторых применений смазочных материалов, таких как смазывание цилиндров в крейцкопфных дизельных двигателях, использующих проточные системы смазки и сжигающих тяжелое жидкое топливо с изменением содержания серы в широких пределах, требования к смазыванию двигателя варьируются в столь значительной степени и с такой частотой, что один состав смазочного материала может не обеспечивать удовлетворительное функционирование во всем диапазоне условий эксплуатации. Это может приводить по меньшей мере к увеличению потребности в техническом обслуживании двигателя и еще чаще - излишним издержкам в результате затрат на ремонт, простоя и избыточного использования масла. Таким образом, существует необходимость в том, чтобы была возможность изменять состав смазочного материала в зависимости от фактических требований к смазыванию двигателя. В US 2004/144355 A предложена система, в которой в первичный смазочный материал добавляют присадки для адаптации антикоррозионных свойств к состоянию топлива и двигателя. О применении использованного масла не сообщают.
Цилиндры обычно имеют более высокую степень износа, чем другие части двигателя, более высокую температуру, и, кроме того, ввиду процесса горения цилиндровое масло работает в суровых условиях. Поэтому цилиндровое масло обычно является намного более загрязненным, чем масло в остальной части двигателя (так называемое системное масло). В двигателях, в которых системное масло и цилиндровое масло одно и то же или контактирует с цилиндровым маслом, цилиндры вносят основное количество загрязняющих веществ в системное масло. В связи с этим в больших двигателях, которые могут использовать несколько десятков тысяч литров системного масла, цилиндровое масло и системное масло часто разделены для защиты системного масла от загрязнения. В такой системе цилиндровое масло не может быть регенерировано путем смешивания с системным маслом. Следовательно, его качество быстро ухудшается. Для поддержания надлежащего качества цилиндрового масла его необходимо часто менять или использовать его только однократно при эксплуатации в так называемых проточных системах смазки. В проточных системах затраты на системное масло ниже, но затраты на цилиндровое масло, тем не менее, высокие. В EP 1640442 B1 предложена система, в которой отработанное системное масло двигателя смешивают с присадками для получения цилиндрового масла. Такая система применяет использованное масло для получения цилиндрового масла и, таким образом, снижает затраты и загрязнение окружающей среды. Несмотря на то, что данная система, в общем, обеспечивает необходимое регулирование коррозионных свойств полученного цилиндрового масла и делает применение обычного цилиндрового масла излишним, она имеет недостатки. Цилиндровое масло, которое получают с помощью данного способа, имеет намного более низкую кинетическую вязкость и, следовательно, худшие смазочные свойства по сравнению с обычным цилиндровым маслом. В связи с этим для обеспечения аналогичных смазочных свойств его необходимо использовать в больших количествах. Вследствие этого эффект уменьшения потребления масла снижается.
Кроме того, используемые присадки имеют очень высокую кинематическую вязкость, часто около 100 мм2/с при 100°C или выше. Такие жидкости возможно перемещать только с помощью насосов, если данные жидкости поддерживаются теплыми. Поэтому баки, трубы, смесительное и другое оборудование, контактирующее с присадками, должно быть оснащено подогревателями. Кроме того, в холодном климате танкеры и подобные суда, транспортирующие присадки к кораблям или другим объектам, контактирующим с присадками, должны быть оборудованы подогревателем или быть хорошо изолированными. Следовательно, снабжение является основной проблемой при использовании таких присадок для производства цилиндрового масла на месте. Помимо снабжения всегда существует риск локального перегрева, который может легко произойти и способствовать окислению присадок, а также значительно понизит качество присадок и, таким образом, будет влиять на качество полученного цилиндрового масла.
Задачи, которые необходимо решить
Целью настоящего изобретения является обеспечение системы, снижающей количество смазочных материалов, используемых в двигателях внутреннего сгорания, в частности количество цилиндрового масла и/или системного масла. В то же время настоящее изобретение предназначено для обеспечения способа и устройства, которое обеспечивает лучшее регулирование кинематической вязкости при приготовлении цилиндрового масла из использованных масел. Еще одной целью настоящего изобретения является снижение износа и коррозии.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к способу получения цилиндрового масла, согласно которому:
- обеспечивают использованное масло,
- обеспечивают свежее цилиндровое масло и
- смешивают использованное масло со свежим цилиндровым маслом,
причем использованное масло имеет более низкое значение TBN, чем свежее цилиндровое масло.
Указанный способ позволяет повторно применять использованное масло в качестве цилиндрового масла и, таким образом, снижает затраты и уменьшает загрязнение окружающей среды. Кроме того, указанный способ обеспечивает частично переработанное цилиндровое масло с более высокой кинематической вязкостью, чем способ, описанный в существующем уровне техники, т.е. кинематической вязкостью более близкой к кинематической вязкости обычного цилиндрового масла. Стало неожиданностью, что смешивание использованного масла и цилиндрового масла приводит к таким положительным эффектам, особенно для смешивания системного масла и цилиндрового масла, так как обычное назначение цилиндрового масла может быть реализовано только в том случае, если системное масло и цилиндровое масло разделены. Следовательно, до настоящего изобретения никто никогда не рассматривал возможность смешивания этих масел для получения цилиндрового масла.
В соответствии с настоящим изобретением цилиндровое масло является маслом, которое предназначено для применения при смазывании цилиндра в двигателе внутреннего сгорания. Оно предпочтительно содержит основные, т.е. щелочные, присадки. Цилиндровое масло, полученное с помощью настоящего изобретения, предпочтительно является маслом, предназначенным для применения в качестве проточного масла. Кроме того, цилиндровое масло предпочтительно предназначено для применения в крейцкопфных дизельных двигателях и в частности в двухтактных крейцкопфных дизельных двигателях, особенно в двигателях, установленных на морских судах, таких как корабли. При этом двигатели могут также быть установлены в стационарной системе. В другом варианте цилиндровое масло предпочтительно предназначено для применения в четырехтактных дизельных двигателях с или без крейцкопфа, особенно в двигателях, установленных на морских судах, таких как корабли. Такими двигателями могли бы, например, являться вспомогательные двигатели на борту корабля для получения электроэнергии совместно с электрогенератором или подобным устройством.
Кроме того, использованное масло предпочтительно содержит по меньшей мере частично использованное системное масло по меньшей мере из одного крейцкопфного дизельного двигателя, использующего проточную систему смазки цилиндров. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания наиболее предпочтительно установлен на корабле, и данный способ реализуют на корабле. Кроме того, двигатель предпочтительно является крейцкопфным дизельным двигателем, использующим проточную систему смазки цилиндров.
Применительно к настоящему изобретению словосочетание "свежее цилиндровое масло" обозначает цилиндровое масло, которое не содержит непереработанное использованное масло. Тем не менее, оно может содержать переработанное масло, которое было обработано на фабрике, т.е. было подвергнуто переработке. Примерами являются обычные серийно выпускаемые цилиндровые масла. Цилиндровые масла, применяемые в настоящем изобретении, предпочтительно имеют высокое значение TBN и высокую вязкость. Особенно эффективным является NAVIGO 100 MCL™ с кинематической вязкостью, равной 20 мм2/с при 100°C, и значением TBN, равным 100 (предлагаемое компанией LUKOIL Marine Lubricants Ltd., Гамбург, Германия), которое является единственным серийно выпускаемым цилиндровым маслом со значением TBN, равным 100 или выше.
Применительно к настоящему изобретению словосочетание "использованное масло" обозначает масло, которое было использовано для смазывания любого рода или для других целей либо содержащее такое масло. Оно могло быть использовано таким образом или может содержать масла, которые были использованы. Особенно предпочтительно применение отработанного масла, которое при иных обстоятельствах подлежит утилизации.
Одним из факторов, подлежащих рассмотрению для смазочных свойств цилиндрового масла, является кинематическая вязкость. Если кинематическая вязкость цилиндрового масла слишком низкая, то масляная пленка на гильзе цилиндра может не быть сплошной, и цилиндр или поршневое кольцо могут войти в непосредственное соприкосновение с гильзой цилиндра, что приводит к усилению изнашивания. Еще одним важным фактором для защиты от коррозионного износа является резервная щелочность в масляной пленке, которая остается на поверхности цилиндра. Когда поршень движется вниз, поверхность цилиндра подвергается агрессивному воздействию окружающей среды, что приводит к коррозионному износу. Толщина масляной пленки, которая остается на поверхности цилиндра, зависит от кинематической вязкости цилиндрового масла. Чем меньше вязкость цилиндрового масла, тем меньше толщина масляной пленки и резервная щелочность масляной пленки, покрывающей поверхность цилиндра, так как меньшее количество масла содержит меньше основных соединений на единицу площади поверхности, что приводит к более высокому уровню коррозионного износа. Если кинематическая вязкость слишком высокая, то трение оказывается слишком высоким, что приводит к потере эффективности двигателя, и в сочетании с избыточной резервной щелочностью это может привести к формированию дополнительных отложений на верхней части поршня и нижней поверхности поршневого кольца, что приводит к большим уровням износа или заклиниванию.
Для целей настоящего изобретения все значения кинематической вязкости измерены в соответствии со стандартом DIN 51562/2. Соответственно, все значения кинематической вязкости, указанные в данном документе, являются значениями кинематической вязкости при 100°C, как описано в стандарте DIN 51562/2.
Цилиндровое масло в настоящем изобретении предпочтительно имеет кинематическую вязкость, равную 14 мм2/с или более при 100°C, более предпочтительно 15 мм2/с или более при 100°C, еще более предпочтительно 16 мм2/с или более при 100°C и наиболее предпочтительно 17 мм2/с или более при 100°C.Свежее цилиндровое масло в настоящем изобретении предпочтительно имеет кинематическую вязкость, равную 16 мм2/с или более при 100°C, более предпочтительно 18 мм2/с или более при 100°C и наиболее предпочтительно 19 мм2/с или более при 100°C. Кинематическая вязкость свежего цилиндрового масла предпочтительно находится в диапазоне от 16 до 24 мм2/с при 100°C, более предпочтительно в диапазоне от 18 до 22 мм2/с при 100°C и наиболее предпочтительно в диапазоне от 19 до 21 мм2/с при 100°C. Использованное масло в данном способе настоящего изобретения может иметь кинематическую вязкость до 25 ммI/с. Использованное масло в данном способе настоящего изобретения предпочтительно имеет кинематическую вязкость в диапазоне от 7 до 15 мм2/с, более предпочтительно от 8 до 13 мм2/с, еще более предпочтительно от 9 до 12,5 мм2/с и наиболее предпочтительно от 10 до 12,5 мм2/с. Как описано в данном документе, предпочтительным является способ, в котором отработанное масло имеет более низкую кинематическую вязкость, чем цилиндровое масло.
Одним из параметров, определяющих антикоррозионные свойства цилиндровых масел, является значение TBN (также BN или число нейтрализации). TBN является аббревиатурой от "Total Base Number" (общее щелочное число), которое определяет химический эквивалент КОН в миллиграммах к количеству кислоты, необходимому для нейтрализации общего количества основных компонентов, содержащихся в 1 грамме образца. Для целей, описанных в данном документе, значения TBN определяют, как описано в стандарте ASTM D 2896.
Значение TBN цилиндрового масла, полученного с помощью любого из способов настоящего изобретения, предпочтительно адаптировано к содержанию серы в топливе, применяемом в двигателях внутреннего сгорания в соответствии с известными способами существующего уровня техники. Предыдущий уровень техники по отношению к данному способу, например, описан в US 2004/144355 A и приведенных в ней ссылках.
Цилиндровое масло, получаемое с помощью любого из способов, описанных в настоящей заявке, предпочтительно имеет значение TBN, равное 10 или более, более предпочтительно 30 или более, еще более предпочтительно 50 или более и наиболее предпочтительно 60 или более. Также значение TBN может предпочтительно находиться в одном из диапазонов от 1 до 80, от 1 до 30, от 1 до 25, от 1 до 10, от 10 до 80, от 10 до 60, от 10 до 30 или от 30 до 60. Использованное масло часто имеет значение TBN, равное 50 или менее, чаще 30 или менее и обычно 15 или менее. Свежее цилиндровое масло, применяемое в этом изобретении, предпочтительно имеет высокое значение TBN и высокую вязкость. Свежее цилиндровое масло, применяемое в способе настоящего изобретения, как описано в данном документе, часто имеет значение TBN, равное 10 или более, предпочтительно 50 или более, более предпочтительно 80 или более, еще более предпочтительно 90 или более и наиболее предпочтительно 100 или более. Также может быть предпочтительно использование свежего цилиндрового масла со значением TBN, равным 50 или менее, 40 или менее или 25 или менее.
Смешивание использованного масла и свежего цилиндрового масла можно осуществлять с помощью любых средств, известных лицу, которое является специалистом в области техники по смешиванию масел; тем не менее, предпочтительным является смешивание в статическом резервуаре для смешивания, трубе для смешивания или в устройстве поточного смешивания. Эффективные статические смесители, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, описаны, например, в US 8,147,124. В другом варианте также возможно порционное смешивание в отдельном баке, оснащенном перемешивающим устройством.
Кроме того, предпочтительным является способ, описанный в данном документе, в котором использованное масло содержит одно или большее количество масел, выбранных из группы, состоящей из использованных гидравлических жидкостей, использованных трансмиссионных масел, использованных системных масел, использованных масел для двигателей с тронковыми поршнями, использованных турбинных масел, использованных масел для дизельных двигателей для тяжелых режимов работы, использованных компрессорных масел, а также их смесей. Использованное масло предпочтительно содержит использованное системное масло. Использованное масло более предпочтительно состоит из использованного системного масла.
Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, часто содержит по меньшей мере 2% использованного масла, предпочтительно по меньшей мере 5% использованного масла и более предпочтительно по меньшей мере 10% использованного масла. Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, еще более предпочтительно содержит по меньшей мере 20% использованного масла и наиболее предпочтительно по меньшей мере 30% использованного масла. Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, может содержать по меньшей мере 40% использованного масла или по меньшей мере 50% использованного масла. Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, предпочтительно содержит не более 60% использованного масла, более предпочтительно не более 50% использованного масла, еще более предпочтительно не более 40% использованного масла и наиболее предпочтительно не более 30% использованного масла. Количество использованного масла в цилиндровом масле, полученном с помощью любого из способов, описанных в данном документе, предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 50%, более предпочтительно от 20 до 40%.
Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, часто содержит по меньшей мере 1% свежего цилиндрового масла, предпочтительно по меньшей мере 5% свежего цилиндрового масла и более предпочтительно по меньшей мере 10% свежего цилиндрового масла. Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, может содержать не более 80% свежего цилиндрового масла или по меньшей мере 50% использованного масла. Цилиндровое масло, полученное с помощью любого из способов, описанных в данном документе, предпочтительно содержит не более 80% свежего цилиндрового масла, более предпочтительно не более 60% свежего цилиндрового масла, еще более предпочтительно не более 40% свежего цилиндрового масла и наиболее предпочтительно не более 35% свежего цилиндрового масла. В цилиндровом масле, полученном с помощью любого из способов, описанных в данном документе, количество использованного масла предпочтительно составляет по меньшей мере 1% и/или количество свежего цилиндрового масла составляет по меньшей мере 1%. Количество использованного масла более предпочтительно составляет по меньшей мере 1% и/или количество свежего цилиндрового масла составляет по меньшей мере 5%. Количество использованного масла еще более предпочтительно составляет по меньшей мере 1% и/или количество свежего цилиндрового масла составляет по меньшей мере 10%. Количество использованного масла наиболее предпочтительно составляет по меньшей мере 10% и/или количество свежего цилиндрового масла составляет по меньшей мере 10%. Все значения количества использованного масла и свежего цилиндрового масла в цилиндровом масле, приведенные в данном документе, указаны в массовых процентах от общего количества цилиндрового масла, полученного в способе, описанного в данном документе, если не указано иное.
Также предпочтительным является способ, описанный в данном документе, в частности описанный в данном документе в качестве предпочтительного, в котором использованное масло получают из устройства на корабле. Корабли используют масла в различных устройствах в больших количествах. Утилизация использованного масла является дорогостоящей. Таким образом, можно избежать затрат на утилизацию, если использованное масло может быть повторно использовано в качестве цилиндрового масла. Кроме того, предпочтительным является способ, описанный в данном документе, в котором способ реализуют на корабле. Утилизация использованного масла возможна только в портах, и можно избежать затрат на объекты для хранения, если использованное масло непосредственно потребляют в качестве цилиндрового масла без транспортировки на фабрику или подобные объекты, где цилиндровое масло могло бы быть получено из использованного масла.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, согласно которому:
- подготавливают цилиндровое масло по любому из вариантов реализации способа получения цилиндрового масла, как описано выше, и
- применяют цилиндровое масло в двигателе внутреннего сгорания.
Особенно предпочтительным является такой способ, в котором двигатель внутреннего сгорания является двухтактным крейцкопфным двигателем. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания в данном способе может предпочтительно являться четырехтактным двигателем, в частности вспомогательным двигателем, установленным на корабле.
Кроме того, предпочтительным является такой способ, в котором
- двигатель внутреннего сгорания является двухтактным крейцкопфным двигателем или четырехтактным двигателем,
- цилиндровое масло применяют в качестве проточного цилиндрового масла и
- использованное масло содержит использованное системное масло двухтактного крейцкопфного двигателя или четырехтактного двигателя соответственно. В таком способе использованное системное масло двухтактного крейцкопфного двигателя или четырехтактного двигателя соответственно может быть использовано полностью для приготовления цилиндрового масла в соответствии со способом настоящего изобретения, и могут быть сэкономлены затраты на хранение и утилизацию. Цилиндровое масло, полученное в таком способе, можно точно регулировать для получения значений TBN, необходимых для используемого топлива, и вязкость полученного цилиндрового масла является близкой к вязкости свежего цилиндрового масла. Кроме того, предпочтительными являются любые из способов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, как описано в данном документе, в которых двухтактный крейцкопфный двигатель и/или четырехтактный двигатель соответственно установлены на корабле.
Также предпочтительным является любой из способов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, описанный в данном документе, согласно которому
- использованное масло берут по меньшей мере из одного отсека двигателя или по меньшей мере из одного отсека для хранения,
- использованное масло смешивают со свежим цилиндровым маслом с помощью смешивающего средства и
- цилиндровое масло подают по меньшей мере к одному цилиндру двигателя внутреннего сгорания.
Использованное масло, свежее цилиндровое масло и цилиндровое масло согласно указанному способу могут быть любого рода, как описано в данном документе. Согласно способу обычное оборудование, используемое совместно с двигателем внутреннего сгорания, например, поддон картера и цилиндры, предпочтительно соединены со смешивающим средством. Таким образом, стандартные двигатели внутреннего сгорания легко могут быть модернизированы с помощью этой системы без больших затрат и с минимумом дополнительного оборудования, т.е. трубопроводов, смешивающего устройства и, может быть, насосов.
Кроме того, предпочтительным является любой из способов для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, описанный в данном документе, согласно которому количество смешиваемых использованного масла и цилиндрового масла определяют посредством необходимого значения TBN цилиндрового масла, значения TBN использованного масла и значения TBN свежего цилиндрового масла. Это позволяет получать цилиндровое масло с точно определенным значением TBN и, следовательно, регулировать его зависимости от используемого топлива.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является устройство для приготовления цилиндрового масла, содержащее смешивающее средство для смешивания использованного масла и свежего цилиндрового масла, характеризующееся тем, что смешивающее средство сообщается по текучей среде
- по меньшей мере с одним отсеком двигателя внутреннего сгорания, содержащим использованное масло, или по меньшей мере одним отсеком для хранения, содержащим использованное масло,
- по меньшей мере с одним отсеком для хранения свежего цилиндрового масла и
- по меньшей мере с одним цилиндром двигателя внутреннего сгорания.
Отсек двигателя внутреннего сгорания, предназначенный для вмещения использованного масла, является отсеком двигателя внутреннего сгорания, который при обычной эксплуатации двигателя вмещает использованное масло или может вмещать использованное масло и может быть использован для удаления использованного масла. Отсек для хранения свежего цилиндрового масла является любым отсеком для хранения, который может вмещать цилиндровое масло. Кроме того, это устройство позволяет полностью использовать оборудование, обычно установленное на двигателе внутреннего сгорания, использующее цилиндровое масло, например, поддон картера или отсек двигателя внутреннего сгорания и бак для хранения свежего цилиндрового масла. Для изготовления обычной установки для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, использующей способ, как описано в данном документе, необходимо установить только смешивающее средство, трубопровод и, возможно, насосы. Трубопровод и баки обычно не требуют дополнительного подогрева или оборудования любого другого рода.
Кроме того, предпочтительным является устройство, как описано в данном документе, включающее дополнительно
- насос для подачи использованного масла к смешивающему средству,
- насос для подачи свежего цилиндрового масла к смешивающему средству и
- по меньшей мере, один отсек для хранения полученного цилиндрового масла.
Кроме того предпочтительным является устройство, описанное в данном документе, в котором использованное масло содержит использованное системное масло двигателя внутреннего сгорания. Как описано выше для аналогичного способа, это устройство позволяет оптимально применять использованное системное масло и получать цилиндровое масло, имеющее точно требуемое значение TBN и кинематическую вязкость более близкую к необходимому значению, чем кинематическая вязкость в соответствие со способами существующего уровня техники. Наиболее предпочтительным является устройство, описанное в данном документе, в котором двигатель внутреннего сгорания является двухтактным крейцкопфным двигателем или четырехтактным двигателем, в частности четырехтактным вспомогательным двигателем, установленным на корабле.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением может содержать дополнительно бак для системного масла, соединенный с помощью трубопровода со смешивающим средством. Это позволяет использовать свежее системное масло вместо или в дополнение к использованному системному маслу.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является корабль, содержащий устройство, как описано в данном документе.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является применение использованного масла и свежего цилиндрового масла для приготовления цилиндрового масла. Использованное масло и свежее цилиндровое масло в данном изобретательском применении, а также цилиндровое масло, полученное с помощью данного изобретательского применения, могут быть любого рода, описанного в данном документе.
Способы, устройства и применения настоящего изобретения, в частности, предназначены для использования в поршневых двигателях внутреннего сгорания и более предпочтительно в двухтактных крейцкопфных двигателях и/или в четырехтактных (вспомогательных) двигателях. Согласно наиболее предпочтительному варианту указанные двигатели установлены на корабле.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1: Фиг. 1 показывает пример устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2: Фиг. 2 показывает другой пример устройства согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3: График на фиг. 3 показывает значение TBN как функцию количества системного масла в цилиндровом масле, приготовленном в соответствии с настоящим изобретением (график Б) и в соответствии со способом, описанным в патенте EP 1640442 B1 (график А).
Раскрытие изобретения
На фиг. 1 показан двигатель 1 внутреннего сгорания с поддоном 2 картера, который соединен посредством трубопровода 3 со смешивающим средством 5. Кроме того, на указанной фигуре показан бак 6 для хранения свежего цилиндрового масла, соединенный посредством трубопровода 7 со смешивающим средством 5. В свою очередь, смешивающее средство соединено посредством трубопровода 9 с отверстиями впрыска цилиндрового масла в цилиндре 10 двигателя 1 внутреннего сгорания. Каждый из трубопроводов 3, 7 и 9 содержит клапан 4, и трубопровод 9, в свою очередь, содержит насос 8. Клапаны 4 и насос 8 соединены с контроллером 11.
В обычном режиме эксплуатации значение TBN цилиндрового масла, полученного с помощью смешивающего средства 5 и поступающего в трубопровод 9, измеряют с помощью инструмента, известного из существующего уровня техники (не показано), и электрический сигнал поступает на контроллер 11. Контроллер 11 использует сигнал для определения количества системного масла из поддона 2 картера и количества свежего цилиндрового масла из бака 6 для хранения свежего цилиндрового масла, которые необходимы для получения цилиндрового масла с требуемым значением TBN. Контроллер 11 управляет клапанами 4 и насосом 8 для обеспечения подачи надлежащего количества цилиндрового масла с надлежащим значением TBN к отверстиям впрыска масла в цилиндре 10 двигателя 1 внутреннего сгорания. В том случае, когда для эксплуатации двигателя 1 внутреннего сгорания необходимо цилиндровое масло с очень высоким значением TBN, контроллер 11 может быть запрограммирован таким образом, что к отверстиям впрыска масла в цилиндре 10 двигателя 1 внутреннего сгорания будет поступать 100% свежее цилиндровое масло.
На фиг. 2 показан вариант реализации настоящего изобретения, аналогичный изображенному на фиг. 1. Вариант реализации на фиг. 2 имеет дополнительно бак 12 для системного масла, который соединен посредством трубопровода 14, содержащего клапан 4, со смешивающим средством 5. Это позволяет использовать свежее системное масло вместо использованного системного масла из поддона 2 картера или в дополнение к нему. Также устройство может быть оснащено дополнительными трубопроводом и клапанами, что позволило бы контроллеру 11 накапливать использованное или удаленное из поддона картера системное масло. Кроме того, фиг. 2 показывает бак 13 для цилиндрового масла, который может быть использован для буферизации получения и использования цилиндрового масла.
Пример
Следующий пример покажет преимущества настоящего изобретения по сравнению с современным уровнем техники для типичного примера цилиндрового масла. Таблица 1 показывает для промышленно применимых значений TBN от 40 до 100 количество системного масла, которое необходимо смешать с присадками или со свежим цилиндровым маслом, соответственно, для достижения необходимого значения TBN. Столбец 3 таблицы 1, соответствующий присадкам, рассчитан в соответствии с системой, известной из EP 1640442 B1. В качестве свежего цилиндрового масла было использовано NAVIGO 100 MCL™ (предлагаемое компанией LUKOIL Marine Lubricants Ltd., Гамбург, Германия) с кинематической вязкостью, равной 20 мм2/с при 100°C, и значением TBN, равным 100. В качестве системного масла было использовано серийно производимое системное масло со значением TBN, равным 6, и кинематической вязкостью, равной 11,5 мм2/с при 100°C (т.е. NAVIGO 6 SO). В качестве присадки была использована серийно производимая присадка (т.е. Chevron OLOA 49805) со значением TBN, равным 320, и теоретической кинематической вязкостью, равной 39 мм2/с. Измеренная кинематическая вязкость присадок равна 101 мм2/с при 100°C. Тем не менее, присадки являются неньютоновскими жидкостями и их свойства текучести отличаются от свойств текучести ньютоновских жидкостей при разбавлении маслами. В смесях с системным маслом присадка ведет себя так, как будто ее кинематическая вязкость равна 39 мм2/с при 100°C. В связи с этим, последнее значение используют для расчета кинематической вязкости результирующего цилиндрового масла.
Значение TBN результирующего цилиндрового масла является средневзвешенным значений TBN используемых системного масла и свежего цилиндрового масла. С учетом этого были рассчитаны значения количества системного масла, требуемого для достижения необходимого значения TBN.
На фиг. 3 показаны те же данные, что и таблица 1, в виде графиков, т.е. значение TBN как функция количества системного масла в результирующем цилиндровом масле. Как можно видеть, для любых промышленно применимых значений TBN для достижения необходимого значения TBN необходимо количество, равное по меньшей мере 70% системного масла, если цилиндровое масло получают в соответствии с существующим уровнем техники (график А). В соответствии же с настоящим изобретением (график Б) необходимо количество системного масла, равное от 0% до примерно 64%. Для двухтактного крейцкопфного двигателя MAN B&W с внутренним диаметром цилиндра, равным 80 см, при использовании тяжелого жидкого топлива (HFO) с содержанием серы, равным 3 массовым процентам, рекомендуют цилиндровое масло со значением TBN, равным 70, и кинематической вязкостью, равной 17 мм2/с, при скорости подачи 0,6 г/кВтч. Для требуемого значения TBN, равного 70, необходимо около 30% цилиндрового масла в соответствии с настоящим изобретением и около 80% в соответствии с существующим уровнем техники. Для такого двигателя производитель рекомендует непрерывную замену некоторого количества системного масла, применяемого в двигателе, для накопления системного масла и для удаления использованного системного масла. Использование примерно 30% системного масла в цилиндровом масле предполагают в соответствии с количеством использованного системного масла, которое необходимо непрерывно отбирать из двигателя. Следовательно, способ в соответствии с настоящим изобретением использует примерно такое же количество системного масла, какое в то же время накапливают при замене масла в двигателе. Способ же в соответствии с EP 1640442 B1 использует более чем в два раза большее количество масла, в результате чего применяют системное масло, являющееся почти неиспользованным, что тем самым приводит к избыточному расходу.
Как уже было сказано, в отношении вышеупомянутого двигателя для тяжелого жидкого топлива, содержащего 3 массовых процента серы, рекомендуют значение TBN, равное 70, и вязкость, равную 17 мм2/с. Из количества системного масла и свежего цилиндрового масла в результирующем цилиндровом масле и данных по вязкости системного масла и свежего цилиндрового масла может быть рассчитана кинематическая вязкость результирующего цилиндрового масла в соответствии с уравнением Уббелоде-Вальтера (см. стандарт DIN 51563). Для смесей со значением TBN, равным 70, значения вязкости являются значительно более низкими, чем рекомендованная вязкость, а именно 14,3 мм2/с при 100°C для смеси системного масла и присадок и 16,6 мм2/с при 100°C для смеси системного масла и свежего цилиндрового масла. Как можно видеть, цилиндровое масло, получаемое в соответствии с настоящим изобретением, имеет кинематическую вязкость, которая почти идентична целевой вязкости, т.е. 16,6 мм2/с при 100°C по сравнению с необходимой вязкостью, равной 17 мм2/с при 100°C. Кинематическая вязкость же цилиндрового масла, полученного в соответствии с существующим уровнем техники, имеет значение намного более низкое, чем целевая вязкость, т.е. 14,3 мм2/с при 100°C по сравнению с необходимой вязкостью, равной 17 мм2/с при 100°C.
Как уже было сказано, так как вязкость масляной пленки слишком низкая для цилиндрового масла, приготовленного в соответствии с существующим уровнем техники, масляная пленка на гильзе цилиндра может не быть сплошной, и цилиндр или поршневое кольцо могут войти в непосредственное соприкосновение с гильзой цилиндра, что приводит к усилению изнашивания. Кроме того, вследствие малой толщины масляной пленки резервная щелочность масляной пленки, покрывающей поверхность цилиндра, является слишком низкой, так как меньшее количество масла содержит меньше основных соединений на единицу площади поверхности (в результате чего происходит уменьшение резервной щелочности), что приводит к более высокому уровню коррозионного износа. Это также приводит к уменьшению резервной щелочности. Следовательно, скорость подачи цилиндрового масла должна быть выше для цилиндрового масла, приготовленного в соответствии с существующим уровнем техники. Таким образом, настоящее изобретение уменьшает изнашиваемость, коррозию и количество использованного цилиндрового масла и, следовательно, имеет больше преимуществ для эксплуатации двигателей внутреннего сгорания по сравнению с существующим уровнем техники.
Список позиционных обозначений
| 1 | двигатель внутреннего сгорания |
| 2 | поддон картера |
| 3 | трубопровод |
| 4 | клапан |
| 5 | смешивающее средство |
| 6 | бак для хранения свежего цилиндрового масла |
| 7 | трубопровод |
| 8 | насос |
| 9 | трубопровод |
| 10 | цилиндр двигателя внутреннего сгорания |
| 11 | контроллер |
| 12 | бак для хранения системного масла |
| 13 | бак для хранения цилиндрового масла |
| 14 | трубопровод |
1. Способ получения цилиндрового масла, согласно которому:
- обеспечивают использованное масло,
- обеспечивают свежее цилиндровое масло и
- смешивают использованное масло со свежим цилиндровым маслом,
причем использованное масло имеет более низкое значение общего щелочного числа (TBN), чем свежее цилиндровое масло, и
причем цилиндровое масло и свежее цилиндровое масло являются проточными цилиндровыми маслами для использования в крейцкопфных дизельных двигателях и содержат щелочные присадки.
2. Способ по п. 1, в котором полученное цилиндровое масло содержит использованного масла по меньшей мере 1 массовый процент от общего количества полученного цилиндрового масла и/или свежего цилиндрового масла по меньшей мере 1 массовый процент от общего количества полученного цилиндрового масла.
3. Способ по п. 1, в котором полученное цилиндровое масло содержит использованного масла по меньшей мере 10 массовых процентов от общего количества полученного цилиндрового масла и/или свежего цилиндрового масла по меньшей мере 10 массовых процентов от общего количества полученного цилиндрового масла.
4. Способ по любому из пп. 1, 2 или 3, в котором использованное масло имеет более низкую кинематическую вязкость, чем цилиндровое масло.
5. Способ по п. 1, в котором использованное масло содержит одно или более масел, выбранных из группы, состоящей из использованных гидравлических жидкостей, использованных трансмиссионных масел, использованных системных масел, использованных масел для двигателей с тронковыми поршнями, использованных турбинных масел, использованных масел для дизельных двигателей для тяжелых режимов работы, использованных компрессорных масел, а также их смесей.
6. Способ по п. 1, который реализуют на морском судне.
7. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, согласно которому:
- подготавливают цилиндровое масло по любому из предыдущих пунктов и
- применяют цилиндровое масло в двигателе внутреннего сгорания.
8. Способ по п. 7, в котором
- двигатель внутреннего сгорания является двухтактным крейцкопфным двигателем,
- цилиндровое масло применяют в качестве проточного цилиндрового масла и
- использованное масло содержит использованное системное масло двухтактного крейцкопфного двигателя.
9. Способ по п. 7 или 8, в котором
- использованное масло берут по меньшей мере из одного отсека двигателя или по меньшей мере из одного отсека для хранения,
- использованное масло смешивают со свежим цилиндровым маслом с помощью смешивающего средства и
- цилиндровое масло подают по меньшей мере к одному цилиндру двигателя внутреннего сгорания.
10. Способ по п. 7, в котором количество смешиваемых использованного масла и свежего цилиндрового масла определяют по требуемому значению общего щелочного числа (TBN) цилиндрового масла, значению общего щелочного числа (TBN) использованного масла и значению общего щелочного числа (TBN) свежего цилиндрового масла.
11. Способ по любому из пп. 7, 8 или 10, в котором свежее цилиндровое масло имеет значение общего щелочного числа (TBN) 10 или более, предпочтительно 50 или более, более предпочтительно 80 или более, еще более предпочтительно 90 или более и наиболее предпочтительно 100 и более.
12. Устройство для приготовления цилиндрового масла, содержащее
- смешивающее средство (5) для смешивания использованного масла и свежего цилиндрового масла,
- двигатель (1) внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр (10),
- по меньшей мере один отсек (2) двигателя (1) внутреннего сгорания, который содержит использованное масло, или по меньшей мере один отсек для хранения, содержащий использованное масло, и
- по меньше мере один отсек для хранения свежего цилиндрового масла (6),
характеризующееся тем, что смешивающее средство (5) сообщается по текучей среде
- по меньшей мере с одним отсеком (2) двигателя (1) внутреннего сгорания, который содержит использованное масло, или по меньшей мере с одним отсеком для хранения, содержащим использованное масло,
- по меньшей мере с одним отсеком для хранения свежего цилиндрового масла (6) и
- по меньшей мере с одним цилиндром двигателя (1) внутреннего сгорания,
причем двигатель (1) внутреннего сгорания является двухтактным крейцкопфным двигателем, отсек для хранения свежего цилиндрового масла (6) содержит свежее цилиндровое масло, а цилиндровое масло и свежее цилиндровое масло представляют собой масла по одному из пп. 1-5.
13. Устройство по п. 12, содержащее дополнительно
- насос для подачи использованного масла к смешивающему средству (5),
- насос для подачи свежего цилиндрового масла к смешивающему средству (5) и
- по меньшей мере один отсек (13) для хранения приготовленного цилиндрового масла.
14. Корабль, содержащий устройство по любому из пп. 12 или 13.
15. Применение использованного масла и свежего цилиндрового масла для приготовления цилиндрового масла, причем цилиндровое масло и свежее цилиндровое масло представляют собой масла по одному из пп. 1-5.
