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1、(10)申请公布号 CN 103857885 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103857885 A (21)申请号 201280041542.2 (22)申请日 2012.08.16 1150766-2 2011.08.25 SE F01M 11/03(2006.01) B01D 15/36(2006.01) B01J 39/04(2006.01) C10M 175/00(2006.01) (71)申请人 斯堪尼亚商用车有限公司 地址 瑞典南泰利耶 (72)发明人 D贝克斯伦特 L赫格伦 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 张海涛 于辉 (。
2、54) 发明名称 包含阳离子交换剂的用于降低车用机油酸度 的装置以及具有这种装置的发动机 (57) 摘要 本发明涉及一种用于降低内燃机的车用机油 酸度的装置 101， 该装置是发动机润滑系统的一 部分并且包含一价阳离子交换剂 102。它还涉及 一种调节车用机油酸度由此使车用机油流过根据 本发明的酸度调节装置的方法。本发明还涉及一 种具有根据本发明的用于车用机油的酸度调节装 置的车辆。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.02.25 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/SE2012/050875 2012.08.16 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2。
3、013/028122 EN 2013.02.28 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103857885 A CN 103857885 A 1/1 页 2 1. 一种用于降低车用机油的酸度的装置 (100， 200)， 包括容器 (101， 201)， 一定量的车 用机油流过该容器， 该容器包括离子交换剂 (102， 202)， 其特征在于， 该离子交换剂 (102， 202) 是一价阳离子交换剂， 并且该容器 (101， 201) 。
4、位于车用机油的常规流中。 2.如权利要求1所述的装置(100， 200)， 其特征在于， 该阳离子交换剂与该装置中进行 酸度调节的车用机油的总量的比例不超过 10wt。 3.如权利要求2所述的装置(100， 200)， 其特征在于， 该阳离子交换剂与该装置中进行 酸度调节的车用机油的总量的比例不超过 2wt。 4.如在前任一项权利要求所述的装置(100， 200)， 其特征在于， 该容器(101， 201)的壁 的至少一部分有穿孔、 孔或半透膜。 5. 如权利要求 4 所述的装置 (100， 200)， 其特征在于， 该容器 (101， 201) 的壁至少部分 是网状形式。 6. 如权利要求 。
5、5 所述的装置 (100， 200)， 其特征在于， 整个容器 (101， 201) 的壁设有穿 孔、 孔或半透膜。 7. 如权利要求 6 所述的装置 (100， 200)， 其特征在于， 整个容器的壁是网状形式。 8.如权利要求1-5的任一项所述的装置(100， 200)， 其特征在于， 该容器采取车用机油 滤清器壳体 (201) 的形式。 9. 一种发动机 (403)， 其特征在于， 具有根据在前任一项权利要求所述的装置。 10. 一种车辆 (401)， 其特征在于， 具有权利要求 9 所述的发动机 (403)。 权 利 要 求 书 CN 103857885 A 2 1/6 页 3 包含阳。
6、离子交换剂的用于降低车用机油酸度的装置以及具 有这种装置的发动机 技术领域 0001 本发明涉及一种用于降低车用机油酸度的装置以及具有这种装置的发动机。本 发明尤其涉及一种装置， 其使用离子交换剂以减少重型车辆内燃机的车用机油中的氢离子 量。 背景技术 0002 现在对发动机有高要求以排放尽可能少的对环境有害的物质， 而同时， 又希望延 长保养工作期间的间隔。对于要实现这样的发动机， 用作其润滑和冷却的油必须满足高要 求。恰当运行的内燃机消耗更少的推进剂并且排放的对环境有害的物质更少。为了使例如 内燃机排放较少的污染物， 希望提高进行燃烧时的压力和温度。这仍然涉及对发动机部件 的更高要求， 尤。
7、其是车用机油。重型车辆的发动机经受特别苛刻的应力， 因为， 它们必须提 供非常大数量的功率以使车辆行进并且在期望路线上运送其货物。 0003 车用机油被用作内燃机中的润滑剂。与酸性燃烧气体的接触使该油酸化， 该油因 此变质并且会变得有腐蚀性， 既对其摩擦 ( 润滑 ) 特性又对润滑系统的表层有随后的不利 作用。 0004 尤其包括酸度调节(缓冲)添加剂， 还有粘度调节、 抗氧化剂和抗磨损添加剂的各 种添加剂用来改善车用机油特性， ， 从而使其能够应付发动机运转的高温高压。 这些添加剂 随着时间的消逝会消耗， 并且， 当它们在车用机油中的数量达到一特定水平时， 就必须换该 油。添加剂消耗的后果包。
8、括对车用机油的摩擦特性有损害， 并且， 在最坏的情况下， 车用机 油可能引起与其接触的部件的腐蚀磨损。 添加剂对使车用机油能够以期望方式执行其功能 很重要， 但是， 它们也会导致废气流中的烟灰值增大。 排气中过高的烟灰含量导致排气净化 部件例如颗粒过滤器的更大负载。 0005 离子交换剂是固体材料 ( 不能溶解的基体 )， 通常具有基于碳硅的基本结构， 其 具有结合正离子或负离子的能力 ( 分别为阳离子交换剂和阴离子交换剂 )。阳离子交换剂 能够捕获一种类型的正离子， 同时释放另一种类型的正离子。 类似地， 阴离子交换剂捕获一 种类型的负离子， 同时释放另一种类型的负离子。离子交换剂捕获或释放。
9、的离子叫做反离 子。 0006 现今有一种新技术即 COT( 净油技术 )， 其在运行期间连续净化油。这个系统采取 旁通管道的形式， 并且， 油不但流过用于移除非常小的固态污染物的细孔颗粒过滤器， 还流 过用于分离比油的蒸气压力更低的液态污染物的汽化单元。然而， 这种技术没有处理油的 增大的酸度。 0007 WO2004 094381A1 描述了螺杆或离心式空气压缩机中用的润滑液的酸度调节和 监控。 这类压缩机中用的润滑液不像车用机油一样强烈地受到环境的影响， 并且因此， 没有 这样大含量的添加剂或有害颗粒。 然而它们连续承受某一酸性负载， WO2004094381A1提 出通过使用阴离子交换。
10、剂来处理这个。 说 明 书 CN 103857885 A 3 2/6 页 4 0008 GR1004835B1 描述了通过离子交换剂对车用机油进行过滤和酸度调节。酸度调节 发生在车辆外部的独立装置中， 并且， 车用机油需要是尽可能干净的， 即， 没有添加剂或污 染物保留在其中。这意味着， 去除了昂贵且将好的车用机油与较差的车用机油区分开来的 添加剂， 但是， 同时， 有其它添加剂给了油。这个结果将会是干净且较便宜的散装油。 发明内容 0009 本发明的一个目的是处理现有技术中的问题。 本发明的目的尤其在于提出一种用 于降低重型车辆发动机中的车用机油的酸度的装置， 这个装置通过消除酸性物质而不消。
11、除 有利添加剂从而延长了车用机油的使用期限。 另一目的是提出车用机油的常规流中的这类 装置。 0010 根据本发明， 上述目的通过用于降低车用机油酸度的装置来实现， 该装置包括容 器， 一定量的油能够流过该容器， 该容器包括离子交换剂。 该离子交换剂是一价阳离子交换 剂， 并且该装置位于油常规流中。 0011 该一价阳离子交换剂具有结合正离子的能力。因此， 它将结合来自车用机油的游 离氢离子， 但是不影响添加剂的数量， 并且因此能够延长油的使用期限。 该装置包括一价阳 离子交换剂的事实也使得可能在车用机油中使用较少量的添加剂， 使得废气流中的烟灰数 量减少并且油更廉价。 0012 该容器位于该。
12、油常规流中的事实意味着， 在安装它时不涉及额外的管线或装置。 它容纳在已经存在于润滑油系统中的部件中， 避免了找出合适空间的问题， 这是发动机特 别是车辆发动机中通常会出现的。 0013 如果不仅在保养场合而且还在发动机运转期间油酸度能够降低， 保养工作之间的 间隔也变得更长。发动机因此能在其使用期限的更大部分处于运转。在例如发动机安装在 用于商业活动的重型车辆中的情况下， 车辆在车间花费尽可能少的时间是非常重要的。 0014 添加剂可以被认为是一种内部作用系统， 属于油的一部分。 相反地， 根据本发明的 阳离子交换剂可以被认为是一种外部作用系统， 因为， 阳离子交换剂是与油接触， 而不属于 。
13、其组分。阳离子交换剂可以固定在发动机润滑系统的一部分中， 并且不随油流过该系统。 0015 根据本发明的一个实施方式， 一价阳离子交换剂与该装置中进行酸度调节的车用 机油的总量的比例不超过 10wt， 并且， 根据另一实施方式， 不超过 2wt。低的阳离子交 换剂含量也使得车用机油的酸度降低。进行酸度调节的油的量是存在于润滑系统中的量。 本发明在更高的阳离子交换剂比例例如不超过 20wt或不超过 25wt的情况下也起作 用。 0016 根据本发明的另一实施方式， 该容器壁的至少一部分或整体设有穿孔、 孔或半透 膜。该容器壁的部分或整体也可以是网状形式。阳离子交换剂装入该容器中以防止油被它 们污。
14、染。不希望它们在润滑系统中自由活动， 而是希望阻止它们随着油绕行该系统。为了 使油接触阳离子交换剂， 容器壁需要可被油渗透， 因此， 它能够进入容器并且接触阳离子交 换剂。当油接触阳离子交换剂时， 氢离子与容器中的反离子交换。使容器壁的整体或部分 设有可被油渗透的部分使得更易于进入和离开容器。 容器表面允许车用机油进入的比例也 影响着离子能够多快地进行交换。 0017 根据本发明的进一步的实施方式， 该容器采取车用机油滤清器壳体的形式， 在这 说 明 书 CN 103857885 A 4 3/6 页 5 种情况下， 离子交换剂与发动机的普通机油滤清器成一体。机油滤清器易于更换的事实意 味着也容。
15、易更换离子交换剂。 0018 本发明还涉及一种具备用于降低车用机油酸度的装置的发动机， 以及具有这种发 动机的车辆。 附图说明 0019 图 1 示意地描绘具有根据本发明的发动机的车辆。 0020 图 2 是带有根据本发明的装置的油槽的示意横截面图。 0021 图 3a-3c 示意地描绘根据本发明的第一实施方式的容器的不同变体。 0022 图 4a-4b 示意地描绘根据本发明的第二实施方式的容器的不同变体。 0023 图 5 用图说明缓冲添加剂与车用机油酸度之间的关系。 0024 图 6 用图说明当使用根据本发明的阳离子交换剂时缓冲添加剂的消耗与车用机 油酸度之间的关系。 0025 图 7 用。
16、图说明当使用根据本发明的阳离子交换剂时缓冲添加剂的消耗与车用机 油酸度之间的关系。 0026 图 8 是根据本发明的例子的图。 具体实施方式 0027 图1描绘具有根据本发明的发动机403的车辆401。 描绘的车辆是卡车， 但是也可 以是作业车辆、 拖曳装置或由内燃机提供动力的其它类型的车辆。本发明也适用于例如备 用电厂中的独立式发动机， 或船舶发动机。 0028 图 2 是本发明的第一实施方式的横截面图。用于降低车用机油酸度的装置 100 置 于车用机油槽 103 中。该装置包括容器 101， 该容器包括一价阳离子交换剂 102。油从油槽 中经由机油滤清器泵到不同的消耗位置。之后， 油返回油。
17、槽。在装置 100 位于油槽 103 中 的情况下， 它因此处于油常规流中。 油槽中的流动较慢， 并且将该装置安置在那里对油流的 影响小。所希望的是， 装置 100 会尽可能小地影响车用机油的流动， 因为， 油能够尽可能不 受干扰地到达消耗装置是重要的。 0029 容器 101 的大小可以相对于油槽 103 而变化， 图 2 中的容器的大小不是按比例的。 较大容器将使得阳离子交换剂 102 的用于油接触的外表面较大。阳离子交换剂的量也是相 当大的， 油进入容器的渗透性中将随着容器体积的增大而减少。这将降低离子交换率并且 可能对效率有不利影响。较小容器将使阳离子交换剂用于油接触的外表面较小。然而。
18、， 油 渗透性将较大， 并且阳离子交换剂的反离子将消耗得稍微快点， 不仅仅是因为较大容器中 阳离子交换剂体积较小， 还因为交换率在较小容器中维持得更好。 0030 两个或更多容器可以置于油槽 103 中。 0031 容器 101 的一个或多个壁的至少一部分具有穿孔、 孔 105 或半透膜， 或者， 该容器 的一个或多个壁的至少一部分可以是网状形式。 膜需要是被车用机油可渗透的， 但是， 必须 保持一价阳离子交换剂在里面。容器的一个或多个壁的整体可以具有穿孔、 孔或半透膜或 者是网状形式。穿孔、 孔和网眼的大小也指示着车用机油与阳离子交换剂之间的交换将会 多容易和或快速有效。 膜的渗透性也影响车。
19、用机油与阳离子交换剂之间的交换将会多容 说 明 书 CN 103857885 A 5 4/6 页 6 易和或快速有效。穿孔、 孔、 膜或网眼必须足够小以防止阳离子交换剂经过它们出来。一 价阳离子交换剂可以具有不超过40m的颗粒大小。 颗粒大小可以是例如在20m与40m 之间。穿孔、 孔、 膜和网眼的大小因此必须适于一价阳离子交换剂的颗粒大小。 0032 容器 101 可以例如由不锈钢制成、 但是， 也可以想到其它金属或聚合材料， 例如聚 酯。容器材料的选择必须适合装置 100 将处于的侵蚀性环境。容器可以由栅格或穿孔材料 制成以获得期望的渗透性， 即， 允许油进入但是不允许阳离子交换剂出来。 。
20、容器壁的整体或 部分也可以采取半透膜的形式。这样的膜仅仅允许某些离子或分子穿过。 0033 图 3a-3c 描绘了容器 100 的不同变体。在图 3a 中， 它采取带有分布在球表面的小 孔 105 的球体形式， 但是， 如上所述， 这个表面也可以是网状形式等等。在图 3b 中， 容器采 取带有小孔 105 在其短侧的缸体形式。在图 3c 中， 容器采取没有可见孔在其表面上的半透 膜的形式。 0034 根据本发明另一实施方式的装置 200 在图 4a 和 4b 中描绘， 其中， 一价阳离子交换 剂 202 并入车用机油滤清器壳体 201 中。 0035 车用机油滤清器 209 设在滤清器壳体 2。
21、01 中， 通常是圆柱形的并且可以包括由碳 纤维和或合成纤维形成的过滤介质。 油滤过机油滤清器209。 一价阳离子交换剂202可以 置于与容纳圆柱形机油滤清器 209 的相同的空间 207 中， 如图 4a 所绘。阳离子交换剂 202 也可以处于圆柱形机油滤清器 209 与机油滤清器壳体 201 壁之间的空间 208 中， 如图 4b 所 绘。圆柱形机油滤清器 209 可以是波状的， 如通常用于机油滤清器的。滤清器壳体 201 具 有进口204， 油通过该进口沿着箭头A所示方向进入。 油然后前进通过滤清器壳体的内空间 207并且通过机油滤清器209的壁出来到滤清器壳体的外空间208， 然后前进。
22、通过滤清器壳 体出口 203 沿着箭头 B 所示方向出来。带有穿孔、 孔或网眼的壁 206 可以设在滤清器壳体 进口 204 中， 带有穿孔、 孔或网眼的壁 205 可以设在滤清器壳体出口 203 中， 以保持滤清器 壳体 201 中的一价阳离子交换剂。 0036 在上面提到的例子中， 根据本发明的装置 100、 200 置于油槽 103 中或者并入机油 滤清器壳体 201 中。对根据本发明的装置来说， 也可以是位于油常规流的其它位置。 0037 油的添加剂不与离子交换剂相互作用并因此被钝化是极其重要的。 为了将这种风 险最小化， 离子交换剂是一价阳离子交换剂因此是必须的， 其唯一目的是捕获氢。
23、离子。 可以 仅仅使用一价阳离子交换剂， 因为， 添加剂可能以其它方式变成离子交换剂或吸附在离子 交换剂上。一价阳离子交换剂将使油中的氢离子与没有酸化的其它类型的离子交换。可以 是其它带电分子做添加剂， 其不会在油中被交换， 而是保留在其中以便维持油的功能。 如果 油既暴露于阴离子交换剂又暴露于阳离子交换剂， 它的功能将丧失。根据本发明的离子交 换剂因此仅仅包括一价阳离子交换剂。 用于车用机油的酸度调节装置因此没有包括阴离子 交换剂。 0038 下面是阳离子交换剂可能结构的两个例子 ： 0039 说 明 书 CN 103857885 A 6 5/6 页 7 0040 R 是离子交换剂结合的基体。
24、并且可以是任何用于离子交换剂的基体。聚苯乙烯可 以作为这种基体的一个例子。这两个例子中的反离子都是 Na+。 0041 离子交换剂可以是强阳离子交换剂或弱阳离子交换剂。 pKa值是平衡常数， 其代表 pH 值， 在这个值， 离子交换剂质子化与未质子化形式之间存在平衡。这意味着弱阳离子交 换剂在低 pH 时失电荷， 而强阳离子交换剂保持它们的电荷。强阳离子交换剂具有低于 0 的 pKa， 而弱阳离子交换剂具有在 0 与 7 之间的 pKa。 0042 因为阳离子交换剂是一价的， 它的反离子也是一价的。阳离子交换剂的反离子可 以是碱金属。阳离子交换剂的反离子可以例如在 Na+与 K+之间选择。Na。
25、+与 K+离子通常普 遍用在阳离子交换剂中。车用机油通过与酸性燃烧气体的接触而酸化， 即油的游离氢含量 升高。阳离子交换剂具有结合氢离子的能力， 导致溶液或油中酸度的降低和更高的碱值。 0043 离子交换剂是可再生的并且因此在再生之后可以重复使用。 再生指的是离子交换 剂的交换离子的能力再现。用纯粹的实用术语来说， 这是通过从发动机中移出离子交换剂 并且将它放在有高含盐量的碱性溶液中来实现的。这种溶液的典型 pH 值是 8-10。离子交 换剂可以置于未被搅动的浴中或者更有利的是在直流槽 (throughflow trough) 中。如果 离子交换剂置于直流槽中， 再生会变得更有效。氢离子被交换。
26、和交换剂再次变得可以用于 在发动机中降低油的酸度所需的时间量将取决于所选择的方法。 在包含一价阳离子交换剂 的独立容器的情况下， 整个容器可以从发动机移出并且置于碱性溶液中。这是使离子交换 剂再生因此它能够再用的简单合理方式。 0044 离子交换剂能够应付高温高压也重要。 0045 下面描述了图 5-7 以阐述阳离子交换剂如何能够延长车用机油使用期限或者其 中的添加剂能够减少多少。 在这两幅图中， 连续曲线代表油酸度， 虚线曲线代表缓冲添加剂 的量。 0046 图 5 示出缓冲添加剂如何随着时间消耗。只要它们的量较高， 油的酸度就会保持 在可接受的值以内， 但是， 当缓冲添加剂消耗时， 会快速。
27、升高。这些图的 y 轴没有实际数字， 但是选来更清楚地表明缓冲添加剂与酸度之间的关系。 0047 图 6 说明使用阳离子交换剂时缓冲添加剂的消耗与车用机油酸度之间的关系。使 用阳离子交换剂作为缓冲添加剂的备品可延长油的使用期限。 这是通过阳离子交换材料结 合一定量的酸式氢离子并由此延长油中的缓冲添加剂开始消耗的时间来实现的。 这可以从 两个曲线在比图 5 的曲线在更长的时间后交叉的事实看出。 0048 图 7 说明使用阳离子交换剂时缓冲添加剂的消耗与车用机油酸度之间的关系。使 用阳离子交换剂作为缓冲添加剂的备品可减少油中的添加剂的量， 而不影响其使用期限。 这是通过阳离子交换材料结合一定量的酸。
28、式氢离子并由此延长油中的缓冲添加剂开始消 耗的时间来实现的。同时会获得与图 5 中相同的结果， 但是添加剂的浓度更低。 0049 下面描述说明本发明的一个例子。 0050 步骤 0051 离子交换剂对具有极低碱值 (TBN) 的重氧化油 ( 用过的油 ) 试验， 并且还与未使 用的同样的油以及与无离子交换剂的用过的油做比较。 经处理的油指的是用根据本发明的 一价阳离子交换剂处理过的油， 如下面的项目1和2。 用过的油指的是已经在内燃机的润滑 系统中循环了的油。 说 明 书 CN 103857885 A 7 6/6 页 8 0052 1. 称 量 10g 油， 随 后 加 入 2.5g“Chic。
29、ago Sky blue6B“ 离 子 交 换 剂 和 CAS no.2610-05-1。磁铁， 即所谓的跳蚤式磁铁 (flea magnet) 置于容器的底部。容器下面的 旋转磁场用于促使磁铁旋转并由此搅动液体。 0053 2. 将样品放在室温下 24 个小时， 有恒定搅动。 0054 3. 然后， 样品以 4000rpm 离心 10 分钟。 0055 4.约1.6g的顶部相， 即分层液体的最上层， 用于根据ASTM D4739-02的TBN方法。 0056 5.ASTM D4739-02 的稍微改变的变体用于确定 TBN。下面阐述这些方法之间的不 同。 0057 0058 图 8 说明了有。
30、未使用的油、 无阳离子交换剂的用过的油以及有阳离子交换剂的用 过的油的试验结果。 0059 它说明了关于未使用的油、 用过 ( 消耗 ) 的油以及被根据本发明的装置处理过的 用过的油的缓冲容量 ( 滴度曲线 ) 的特性。piH 是以与 pH 表示水溶液酸度类似的方式表示 油酸度的数值。x 轴表示油的 piH 值， y 轴表示它们缓冲氢离子的能力， 即在不变得更酸的 情况下吸附它们。 0060 曲线上的每个测量点对应于某个量的酸的添加 ( 每个点的量相同 )。在未使用的 油的情况下 ( 原始 piH 值约为 6.3， 见图 8 的 A)， 有在 piH=4( 图 8 的 D) 周围的范围内， 缓。
31、 冲效果很好。当向油添加一定量的酸时， 曲线没有沿着 x 轴移动太多 (piH 值没有可观地下 降)， 而是， 酸被缓冲并且曲线沿着y轴移动。 在试验开始时， 用过的车用机油已经具有低的 piH 值， 约为 2.5( 见图 8 的 B)， 添加的酸的每个量都降低 piH 值 ( 曲线移向 x 轴上的更低 值 )。没有实现缓冲， 因此， 曲线基本上固定在 y 轴上的相同值。第三条曲线代表被根据本 发明的一价阳离子交换剂处理的消耗的车用机油， 其将 piH 值升高至约 5( 图 8 的 C)， 相比 于开始试验之前的约为 2.5 的值。该油中的添加剂继续消耗并且不发生酸的缓冲， 曲线基 本上沿着 。
32、y 轴固定， 但是， 在 piH 值再次达到最低容许值之前能够添加更多量的酸。用一价 阳离子交换剂处理油因此延长其使用期限。 0061 本发明当然不局限于上文所述实施方式， 因为， 对本领域技术人员来说， 在不偏离 由所附权利要求限定的本发明的基本概念的情况下， 可以做出很多可能的改型。 说 明 书 CN 103857885 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 图 3a 图 3b 图 3c 图 4a 图 4b 说 明 书 附 图 CN 103857885 A 9 2/3 页 10 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103857885 A 10 3/3 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 103857885 A 11 。