DE602004008547T2

DE602004008547T2 - Struktur zur Verbindung von einem Kolben mit einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE602004008547T2
Application number: DE602004008547T
Authority: DE
Inventors: Kimio Nishimura; Yutaka Mabuchi; Takashi Murata; Takuya Hirata; Makoto Kano; Takahiro Hamada; Masashi Yamaguchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: EP1507088A1; EP1507088B1; US20050061291A1; US7284525B2; CN1580591A; DE602004008547D1; CN1327141C

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle über eine Verbindungsstange in einer Kolbenmaschine, derart, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird.
Zur Kostenreduktion und Sicherung der Zuverlässigkeit wird im Allgemeinen eine geschmiedete Verbindungsstange verwendet, um einen Kolben in einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle zu verbinden. In den letzten Jahren wurden verschiedene aktive Anstrengungen unternommen, um eine Gewichtsreduktion von verschiedenen sich bewegenden Teilen im Motor zu erzielen, um die Motorleistung und Brennstoffeffizienz zu erhöhen. So ist es wünschenswert, eine Verbindungsstange mit einem reduzierten Gewicht und hoher Festigkeit bereitzustellen. In Anbetracht des Vorstehenden, schlägt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 5-070879 eine Verbindungsstange, hergestellt aus einem Aluminiumlegierungsmaterial zur Verwendung in einem Motor mit relativ geringer Leistung vor.
US 4,974,498 A offenbart Verbesserungen bei einem Verbrennungsmotor, wobei die Kolbenringe oder Ringkomponenten mit einem synthetischen Diamantmaterial beschichtet sind, das dann mit einem Überzug aus Chrom beschichtet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Verbindungsstange hat ein Kurbelzapfenlager und ein Kolbenbolzenlager, die jeweils rotierend in einen Kurbelzapfen bzw. einen Kolbenbolzen eingreifen, unter Schmierung, um so eine Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Kolbenbolzen zu erreichen. Die Gleitreibung zwischen den Kurbelzapfen und dem Kurbelzapfenlager und zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kolbenbolzenlager sind im Motor auf dem höchsten Stand. Da der Kurbelzapfen und der Kolbenbolzen im Allgemeinen aus Gusseisen oder geschmiedetem Stahl gemacht sind, kommt es zu dem Fall, dass Kurbelzapfen- und Kolbenbolzenlager der Verbindungsstange aus Aluminiumlegierung unter solch starken Gleitbedingungen deformiert werden. Die deformierten Anteile der Verbindungsstangenlager sind mangelnder Schmierung und hohen lokalen Oberflächendrücken ausgesetzt, was aufgrund der Adhäsion zu unnormaler Abnutzung führt. Aus diesen Gründen ist es wichtig, die Gleitreibung zwischen dem Kurbelzapfen und dem Kurbelzapfenlager und zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kolbenbolzenlager zu verringern, um die Motorleistung und die Brennstoffeffizienz zu verbessern. Bei früher angewandten Technologien gab es jedoch eine Begrenzung für die Reibungsreduktion.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, unter anderem mit einer Verbindungsstange, die aus einem Aluminiumlegierungsmaterial besteht und ein Kurbelzapfenlager und ein Kolbenbolzenlager aufweist, die in einen Kurbelzapfen bzw. einen Kolbenbolzen gleitend eingreifen, um die Gleitreibung zwischen dem Kolbenzapfen und dem Kolbenzapfenlager und zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kolbenbolzenlager zu reduzieren, und dabei die Motorleistung, Haltbarkeit/Zuverlässigkeit und Brennstoffeffizienz zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche enthalten weiter bevorzugte Entwicklungen dieser Erfindung.
Als Ergebnis intensiver Forschungen an den Materialien und Oberflächenbehandlungsprozessen für eine Verbindungsstange, eine Kurbelwelle und einen Kolbenbolzen und an einer Zusammensetzung eines Schmieröles dafür, wurde von den vorliegenden Erfindern gefunden, dass die Bildung eines dünnen Beschichtungsfilms aus hartem Kohlenstoff mit einem geringen Wasserstoffgehalt auf mindestens einer der Gleitoberflächen zwischen der Verbindungsstange und den Kurbelzapfen und auf mindestens einer der Gleitoberflächen zwischen Verbindungsstange und Kolbenbolzen, eine signifikante Verbesserung der Eigenschaft einer geringen Reibung von Verbindungsstange, Kurbelzapfen und Kolbenbolzen zulässt, insbesondere in Anwesenheit eines spezifischen Schmieröls. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem oben gefundenen Punkt.
Entsprechend eines Aspektes der Erfindung, wird eine Struktur zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, umfassend: einen Kolbenbolzen, der in einen Kolben eingepasst ist; einen Kurbelzapfen, der einstückig mit der Kurbelwelle ist; und eine Verbindungsstange aus einem Aluminiumlegierungsmaterial, die ein Kolbenbolzenlager aufweist, das gleitend in einen außen liegenden zylindrischen Anteil des Kolbenbolzens eingreift und ein Kurbelzapfenlageranteil, der gleitend in einen äußeren zylindrischen Anteil des Kurbelzapfens eingreift, wobei mindestens entweder auf dem Kolbenbolzenlagerteil der Verbindungsstange und dem äußeren zylindrischen Teil des Kolbenbolzens oder mindestens auf dem Kurbelzapfenlageranteil der Verbindungsstange und dem äußeren zylindrischen Teil des Kurbelzapfens eine Beschichtung aus hartem Kohlenstoff gebildet ist, mit einem Wasserstoffanteil von 1 Atom-% oder weniger.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Figur zeigt eine Struktur zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird weiter unten im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung, beziehen sich alle Prozentangaben (%) auf die Masse, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kolben-Kurbelwellenverbindungsstruktur für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wie in der Figur gezeigt, umfassend eine Verbindungsstange 1, eine Kurbelwelle 2, einen Kolben 3 und einen Kolbenbolzen 3a.
Verbindungsstange 1 ist aus einem Aluminiumlegierungsmaterial gemacht.
Ferner schließt die Verbindungsstange 1 einen Stangenkörper, mit einem Schaftteil 1a und einem kleinen Endteil 1b (als Kolbenbolzenlagerteil), das an einem Ende des Schaftteils 1a gebildet ist, und einer Kappe 1d, die am anderen Ende des Schaftteils 1a mit Bolzen 1c fixiert ist, um ein großes Endteil 1e (als ein Kurbelzapfenlagerteil) zu bilden, ein.
Kurbelwelle 2 hat einen Kurbelachszapfen 2a, der auf einem Kurbelgehäuse (nicht gezeigt) des Motors rotierend gestützt ist, und einen Kurbelzapfen 2b, der mit der Kurbelwelle 2 einstückig ist und in das große Endteil 1e der Verbindungsstange 1 rotierend eingreift.
Kolbenbolzen 3a greift rotierend in das kleine Endteil 1b der Verbindungsstange 1 ein und ist in einen Kolbenbolzenvorsprung des Kolbens 3 eingepasst.
Mit solch einer Anordnung verbindet die Verbindungsstange 1 den Kolben 3 mit der Kurbelwelle 2 in solch einer Weise, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 3 in eine rotierende Bewegung der Kurbelwelle 2 umgewandelt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform, sind die inneren zylindrischen Oberflächen der kleinen und großen Endteile 1b und 1e der Verbindungsstange 1 mit dünnen Schichten Fc aus hartem Kohlenstoff, der eine hohe Härte und Adhäsionsresistenz aufweist, bedeckt.
Die Reibungskoeffizienten zwischen Verbindungsstange 1 und Kurbelzapfen 2b und zwischen Verbindungsstange 1 und Kolbenbolzen 3a, werden dadurch in Anwesenheit des folgenden Schmieröls verringert. Auch wird die Verschleiß/Abriebbeständigkeit der Verbindungsstange 1 erhöht. Das führt zu einer Verbesserung in der Leistung, Haltbarkeit/Zuverlässigkeit und Brennstoffeffizienz des Motors.
Alternativ können harte Kohlenstoffbeschichtungen Fc auf die äußeren zylindrischen Oberflächen des Kurbelzapfens 2b und Kolbenbolzens 3a aufgebracht werden, anstatt auf die inneren zylindrischen Oberflächen von kleinen und großen Endteilen 1b und 1e der Verbindungsstange 1 aufgebracht zu werden, oder können auf alle inneren, zylindrischen Oberflächen von kleinen und großen Endteilen 1b und 1d der Verbindungsstange 1 und die äußere zylindrische Oberfläche des Kurbelzapfens 2b und die äußere zylindrische Oberfläche des Kolbenbolzens 3a aufgebracht werden.
Harte Kohlenstoffbeschichtungen Fc werden im Allgemeinen hergestellt aus amorphen diamantartigen Kohlenstoffmaterialien (DLC), in denen der Kohlenstoff sowohl mit sp²- als auch sp³-Hybridisierung existiert, so dass er eine Verbundstruktur von Graphit und Diamant hat.
Spezifische Beispiele von diamantartigen Kohlenstoffmaterialien schließen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoff (a-C), Wasserstoff-enthaltenden amorphen Kohlenstoff (a-C:H) und/oder Metall enthaltenden diamantartigen Kohlenstoff (DLC), der als einen Anteil Titan (Ti) oder Molybdän (Mo) als Metallelement enthält, ein.
Der Reibungskoeffizient zwischen Verbindungsstange 1 und Kurbelzapfen 2b und zwischen Verbindungsstange 1 und Kolbenbolzen 3a steigt mit dem Wasserstoffgehalt der harten Kohlenstoffbeschichtungen Fc an. Es ist deshalb bevorzugt, den Wasserstoffgehalt der harten Kohlenstoffbeschichtungen Fc so zu kontrollieren, dass er 1,0 Atom-% oder weniger ist, um einen ausreichend niedrigen Reibungskoeffizienten und stabile Gleiteigenschaften für die Verbindungsstange 1, den Kurbelzapfen 2b und den Kolbenbolzen 3a zu erhalten.
Solche harten Kohlenstoffbeschichtungen Fc, die einen niedrigen Wasserstoffgehalt haben, können hergestellt werden durch physikalische Dampfabscheidungs(PVD)-Verfahren, z.B. Arc-Ion-Plating, bei dem die Beschichtungsatmosphäre im Wesentlichen weder Wasserstoff noch Wasserstoff-enthaltende Verbindungen enthält. Um den Wasserstoffgehalt von harten Kohlenstoffbeschichtungen Fc effektiv zu verringern, kann es wünschenswert sein, eine Reaktionskammer und Haltebefestigungen zu glühen und die inneren zylindrischen Oberflächen der kleinen und großen Endteilabschnitte 1b und 1e der Verbindungsstange 1 und/oder die äußeren zylindrischen Oberflächen des Kurbelzapfens 2b und Kolbenbolzens 3a vor der Bildung der harten Kohlenstoffbeschichtungen Fc zu reinigen.
Ferner wird das Schmieröl einer Gleitgrenzflächen zwischen Verbindungsstange 1 und Kurbelzapfen 2b zugeführt und einer Gleitgrenzfläche zwischen Verbindungsstange 1 und Kolbenbolzen 3a, und wird bevorzugt durch Vermischen eines Grundöls mit mindestens einem aschefreien Fettesterreibungsmodifizierer und einem aschefreien aliphatischen Aminreibungsmodifizierer erzeugt, um einen großen reibungsreduzierenden Effekt zu erhalten.
Das Grundöl ist vorzugsweise nicht limitiert und kann ausgewählt werden aus jeder herkömmlich verwendeten Gleitmittelbasisverbindung, wie Mineralölen, synthetischen Ölen und Fetten und Mischungen davon.
Spezifische Beispiele für Mineralöle schließen normale Paraffine und Paraffin-basierte oder Naphthen-basierte Öle ein, die jeweils durch Extraktion von Schmierölfraktionen aus Erdöl, durch Destillation bei atmosphärischem oder reduziertem Druck, und dann Reinigung der erhaltenen Schmierölfraktionen durch mindestens eine der folgenden Behandlungen: Lösungsmitteldeasphaltierung, Lösungsmittelextraktion, Hydrocracken, Wachsentfernung mit Lösungsmittel, Wasserstoffraffination, Schwefelsäurebehandlung und Tonraffination, hergestellt wurden.
Obwohl die Schmierölfraktion allgemein durch Wasserstoff- oder Lösungsmittelraffinierung gereinigt wird, ist es bevorzugt, das Mineralöl zu verwenden, das durch die Reinigung der Schmierölfraktion mittels Tiefhydrocracking oder GTL (Gas-zu flüssig) Wachsisomerisierung hergestellt wurde, zur Reduktion des Gehalts an Aromaten in dem Grundöl.
Spezifische Beispiele für synthetische Öle schließen ein: Poly-α-Olefine (PAO), wie 1-Octenoligomer, 1-Decenoligomer und Ethylen-Propylenoligomer, und hydrierte Produkte, davon; Isobutenoligomer und hydrierte Produkte davon: Isoparaffine; Alkylbenzole; Alkylnaphthalin; Diester, wie Ditridecylglutarat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladipat und Dioctylsebacat; Polyolester wie Trimethylolpropanester (z.B. Trimethylolpropancaprylat, Trimethylolpropanpelargonat und Trimethylolpropanisostearat) und Pentaerythritolester (z.B. Pentaerithritol-2-ethylhexanoat und Pentaerythritolpelargonat); Polyoxyalkylenglykole; Dialkyldiphenylether; und Polyphenylether. Unter anderen, sind Poly-α-Olefine, wie 1-Octenoligomer und 1-Decenoligomer und hydrierte Produkte davon bevorzugt.
Die oben genannten Grundölverbindungen können allein oder in Kombination verwendet werden. Wenn als Grundöl eine Mischung von zwei oder mehreren Grundölverbindungen verwendet wird, gibt es keine bestimmte Begrenzung des Mischungsverhältnisses der Grundölverbindungen.
Der Schwefelgehalt des Grundöls ist nicht begrenzt, und liegt bevorzugt bei 0,2% oder weniger, bevorzugter bei 0,1% oder weniger, und noch mehr bevorzugt bei 0,05% oder weniger, basierend auf der Geamtmasse des Grundöls. Es ist besonders wünschenswert, das hydroraffinierte Mineralöl oder das synthetische Öl zu verwenden, denn das hydroraffinierte Mineralöl und das synthetische Öl haben jeweils einen Schwefelgehalt von nicht mehr als 0,005% oder im Wesentlichen keinen Schwefelgehalt (nicht mehr als 5 ppm).
Der Gehalt an Aromaten in dem Grundöl ist auch nicht begrenzt. Hier wird der Gehalt an Aromaten definiert als die Menge an einer aromatischen Fraktion, die entsprechend der ASTM D2549 bestimmt wird. Damit das Schmieröl Niedrigreibungseigenschaften bereitstellen kann, die geeignet sind für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor über einen längeren Zeitraum, liegt der Gehalt an Aromaten in dem Grundöl bevorzugt bei 15% oder weniger, bevorzugter bei 10% oder weniger und noch bevorzugter bei 5% oder weniger, basierend auf der Gesamtmasse des Grundöls. Das Schmieröl weist unerwünschter Weise Unterschiede in der Oxidationsstabilität auf, wenn der Gehalt an Aromaten des Grundöls 15% übersteigt.
Die kinematische Viskosität des Grundöls ist nicht besonders eingeschränkt. Um das Schmieröl in einem Verbrennungsmotor zu verwenden, ist die kinematische Viskosität des Grundöls bevorzugt 2 mm²/s oder höher, bevorzugter 3 mm²/s oder höher, und ist gleichzeitig bevorzugt 20 mm²/s oder weniger, bevorzugter 10 mm²/s oder weniger, und noch bevorzugter 8 mm²/s oder weniger, wenn bei 100°C gemessen wird. Wenn die kinematische Viskosität des Grundöls weniger als 2 mm²/s 100°C ist, besteht die Möglichkeit, dass das Schmieröl keien ausreichende Abriebfestigkeit schaffen kann und einen beträchtlichen Verdunstungsverlust verursacht.
Wenn die kinematische Viskosität des Grundöls 20 mm²/s bei 100°C übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass das Schmieröl keine Niedrigreibungseigenschaften schaffen kann und sich die Niedrigtemperatureigenschaften verschlechtern.
Wenn zwei oder mehr Grundölverbindungen in Kombination verwendet werden, ist es nicht notwendig, die kinematische Viskosität jeder Grundölverbindung auf den oben genannten, spezifischen Bereich zu begrenzen, solange die kinematische Viskosität der Mischung der Grundölverbindungen bei 100°C in dem spezifizierten Bereich liegt.
Der Viskositätsindex des Grundöls ist nicht besonders begrenzt und ist bevorzugt 80 oder mehr, bevorzugter 100 oder mehr, und am meisten bevorzugt 120 oder mehr, um ein Schmieröl in geeigneter Weise in einem Verbrennungsmotor zu verwenden. Wenn das Grundöl einen höheren Viskositätsindex hat, wird das Schmieröl weniger verbraucht und behält gute Niedrigtemperaturviskositätseigenschaften.
Als Fettesterreibungsmodifizierer und als aliphatischer Aminreibungsmodifizierer können Fettsäureester und aliphatische Amine verwendet werden, die jeweils gerade oder verzweigte C₆-C₃₀-Kohlenstoffketten, bevorzugt gerade oder verzweigte C₈-C₂₄-Kohlenstoffketten, bevorzugter gerade oder verzweigte C₁₀-C₂₀-Kohlenstoffketten haben. Wenn die Kohlenstoffanzahl der Kohlenwasserstoffkette des Reibungsmodifizierers nicht in dem Bereich von 6 bis 30 liegt, kann die Möglichkeit erwachsen, dass der gewünschte reibungsreduzierende Effekt nicht erzeugt wird. Spezifische Beispiele für gerade oder verzweigte C₆-C₃₀-Kohlenwasserstoffketten schließen ein: Alkylgruppen, wie Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Icosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl, Pentacosyl, Hexacosyl, Heptacosyl, Octacosyl, Nonacosyl und Triacontyl; und Alkenylgruppen wie Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Icosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl, Tetracosenyl, Pentacosenyl, Hexacosenyl, Heptacosenyl, Octacosenyl, Nonacosenyl und Triacontenyl. Die oben genannten Alkyl- und Alkenylgruppen schließen alle möglichen Isomere ein.
Bevorzugte Beispiele für Fettsäureester sind Ester von Fettsäuren, die die oben genannten C₆-C₃₀-Kohlenwasserstoffgruppen enthalten, mit einwertigen oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen. Spezifische Beispiele für solche Fettsäureester schließen Glycerylmonooleat, Glyceryldioleat, Sorbitanmonooleat und Sorbitandioleat ein.
Bevorzugte Beispiele für aliphatische Amine sind aliphatische Monoamine und Alkylenoxidaddukte davon, aliphatische Polyamine, Imidazoline und Derivate davon, die jeweils die oben genannten C₆-C₃₀-Kohlenwasserstoffgruppen enthalten. Spezifische Beispiele für solche aliphatischen Amine schließen ein: aliphatische Aminverbindungen, wie Laurylamin, Lauryldiethylamin, Lauryldiethanolamin, Dodecyldipropanolamin, Palmitylamin, Stearylamin, Stearyltetraethylenpentamin, Oleylamin, Oleylpropylendiamin, Oleyldiethanolamin und N-Hydroxyethyloleylimidazolyn; Alkylenoxidaddukte der aliphatischen Aminverbindungen, wie N,N-Dipolyoxyalkylen-N-alkyl- oder alkenyl(C₆-C₂₈)amine; und säuremodifizierte Verbindungen, die durch die Reaktion von aliphatischen Aminverbindungen mit C₂-C₃₀-Monocarbonsäuren (wie Fettsäuren) oder C₂-C₃₀-Polycarbonsäuren (wie Oxalsäure, Phthalsäure, Trimellithsäure und Pyromellithsäure) hergestellt werden, um alle verbleibenden Amino- und/oder Iminogruppen oder einen Teil davon zu neutralisieren oder zu amidieren. Von allen wird N,N-Dipolyoxyethylen-N-oleylamin bevorzugt verwendet.
Die Menge an Fettsäureesterreibungsmodifizierer und/oder dem aliphatischen Aminreibungsmodifizierer, die in dem Schmieröl enthalten ist, ist nicht besonders begrenzt, und ist bevorzugt 0,05 bis 3,0%, bevorzugter 0,1 bis 2,0%, und am meisten bevorzugt 0,5 bis 1,4%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls. Wenn die Menge an Fettsäureesterreibungsmodifizierer und/oder dem aliphatischen Aminreibungsmodifizierer in dem Schmieröl weniger als 0,05% ist, besteht die Möglichkeit, dass kein ausreichender reibungsreduzierendem Effekt erzielt wird.
Wenn die Menge an Fettesterreibungsmodifizierer und/oder aliphatischem Aminreibungsmodifizierer in dem Schmieröl 3,0% übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass die Löslichkeit des Reibungsmodifizierers oder der Modifizierer in dem Grundöl so gering wird, dass sich die Lagerstabilität des Schmieröls verschlechtert und Niederschläge entstehen.
Das Schmieröl kann bevorzugt Polybutenylsuccinimid und/oder Derivate davon enthalten.
Als Polybutenylsuccinimid können Verbindungen verwendet werden, die durch die folgenden allgemeinen Formeln (1) und (2) repräsentiert werden.
In den Formeln (1) und (2) repräsentiert PIB eine Polybutenylgruppe, die von einem Polybuten stammt, das ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 900 bis 3500, bevorzugt 1000 bis 2000 aufweist, das durch Polymerisation von hochreinem Isobuten oder einer Mischung von 1-Buten und Isobuten in Gegenwart von Borfluoridkatalysator oder Aluminiumchloridkatalysator hergestellt werden kann. Wenn das zahlenmittlere Molekulargewicht von Polybuten kleiner als 900 ist, besteht die Möglichkeit, dass keine ausreichende Detergenswirkung bereitgestellt wird. Wenn das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polybutens 3500 übersteigt, neigt das Polybutensuccinimid dazu, sich in der Niedrigtemperaturfließfähigkeit zu verschlechtern. Das Polybuten kann gereinigt werden, bevor es für die Produktion von Polybutensuccinimid verwendet wird, durch Entfernen von Spuren an Fluor- und Chlorrückständen, die aus den oben genannten Polybutenproduktionskatalysatoren resultieren, mit jeder geeigneten Behandlung (wie Adsorptionsprozesse oder Waschprozesse) in solch einer Weise, dass die Menge an Fluor- und Chlorrückständen in dem Polybuten auf 50 ppm oder weniger, wünschenswerter Weise 10 ppm oder weniger, und noch wünschenswerter 1 ppm oder weniger, kontrolliert wird.
Ferner bedeutet n in den Formeln (1) und (2) eine ganze Zahl von 1 bis 5, bevorzugt 2 bis 4 wegen der Detergenswirkung.
Das Herstellverfahren von Polybutenylsuccinimid ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel kann das Polybutenylsuccinimid hergestellt werden durch Reaktion eines Polybutenchlorids, oder eines Polybutens, aus dem die Fluor- oder Chlorrückstände ausreichend entfernt wurden, mit Maleinsäureanhydrid bei 100 bis 200°C, um Polybutenylsuccinat zu bilden, wobei dann das so gebildete Polybutenylsuccinat mit Polyamin (wie Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin oder Pentaethylenhexamin) umgesetzt wird.
Als Polybutenylsuccinimidderivat können bor- oder säuremodifizierte Verbindungen verwendet werden, die durch Reaktion von Polybutenylsuccinimiden der Formel (1) oder (2) mit Borverbindungen oder Sauerstoff-haltigen organischen Verbindungen erhalten werden, um alle verbleibenden Amino- und/oder Imidgruppen oder einen Teil davon zu neutralisieren oder amidieren. Unter anderem sind borhaltige Polybutenylsuccinimide, insbesondere borhaltiges Bis (polybutenyl) succinimid, bevorzugt. Das Mengenverhältnis von Stickstoff zu Bor (B/N) bezogen auf die Masse, in der borhaltigen Polybutenylsuccinimidverbindung, ist normalerweise 0,1 bis 3, bevorzugt 0,2 bis 1.
Die Borverbindung, die zur Herstellung der Polybutenylsuccinimidderivate verwendet wird, kann Borsäure, ein Borat, oder ein Borsäureester sein. Spezifische Beispiele für Borsäure schließen Orthoborsäure, Metaborsäure und Tetraborsäure ein. Spezifische Beispiele für Borate schließen ein: Ammoniumsalze, wie Ammoniumborate, z.B. Ammoniummetaborat, Ammoniumtetraborat, Ammoniumpentaborat und Ammoniumoctaborat. Spezifische Beispiele für Borsäureester schließen ein: Ester von Borsäuren und Alkylalkoholen (bevorzugt C₁-C₆-Alkylalkohole), wie Monomethylborat, Dimethylborat, Trimethylborat, Monoethylborat, Diethylborat, Triethylborat, Monopropylborat, Dipropylborat, Tripropylborat, Monobutylborat, Dibutylborat und Tributylborat.
Die sauerstoffhaltige organische Verbindung, die zur Herstellung des Polybutenylsuccinimidderivats verwendet wird, kann irgendeine C₁-C₃₀-Monocarbonsäure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Glykolsäure, Propionsäure, Milchsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Enanthsäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Nonadecansäure und Eicosansäure; C₂-C₃₀-Polycarbonsäure, wie Oxalsäure, Phthalsäure, Trimellithsäure und Pyromellithsäure, oder ein Anhydrid oder Ester davon; irgendein C₂-C₆-Alkylenoxid oder irgendein Hydroxy(poly)oxyalkylencarbonat sein.
Die Menge an Polybutenylsuccinimid und/oder Polybutenylsuccinimidderivaten, die in dem Schmieröl enthalten ist, ist nicht spezifisch begrenzt und ist bevorzugt 0,1 bis 15%, bevorzugter 1,0 bis 12%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls. Wenn die Menge an Polybutenylsuccinimid und/oder Polybutenylsuccinimidderivat in dem Schmieröl kleiner als 0,1% ist, besteht die Möglichkeit, dass keine ausreichende Detergenswirkung erzielt wird. Wenn die Menge an Polybutenylsuccinimid und/oder Polybutenylsuccinimidderivat in dem Schmieröl 15% übersteigt, kann sich das Schmieröl in seiner Demulgierfähigkeit verschlechtern. Darüber hinaus ist es unökonomisch, eine solch große Menge an Polybutenylsuccinimid und/oder Polybutenylsuccinimidderivat dem Schmieröl zuzufügen.
Ferner kann das Schmieröl bevorzugt Zinkdithiophosphat enthalten.
Als Zinkdithiophosphat können Verbindungen verwendet werden, die durch die folgende allgemeine Formel (3) repräsentiert werden.
In der Formel (3) repräsentieren R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ C₁-C₂₄-Kohlenwasserstoffgruppen. Die C₁-C₂₄-Kohlenwasserstoffgruppe ist bevorzugt eine geradkettige oder verzweigte C₁-C₂₄-Alkylgruppe, eine geradkettige oder verzweigtkettige C₃-C₂₄-Alkenylgruppe, eine C₅-C₁₃-Cycloalkyl- oder gerad- oder verzweigtkettige Alkylcycloalkylgruppe, eine C₆-C₁₈-Aryl- oder gerad- oder verzweigtkettige Alkylarylgruppe, oder eine C₁-C₁₉-Arylalkylgruppe. Die obengenannten Alkylgruppen oder Alkenylgruppen könne primär, sekundär oder tertiär sein.
Spezifische Beispiele für R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ schließen ein: Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eisocyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl und Tetracosyl; Alkenylgruppen, wie Propenyl, Isopropenyl, Butenyl, Butadienyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl (Oleyl), Nonadecenyl, Icosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl und Tetracosenyl; Cycloalkylgruppen, wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkylcycloalkylgruppen, wie Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Ethylcyclopentyl, Propylcyclopentyl, Ethylmethylcyclopentyl, Trimethylcyclopentyl, Diethylcyclopentyl, Ethyldimethylcyclopentyl, Propylmethylcyclopentyl, Propylethylcyclopentyl, Dipropylcyclopentyl, Propylethylmethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Ethylcyclohexyl, Propylcyclohexyl, Ethylmethylcyclohexyl, Trimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Ethyldimethylcyclohexyl, Propylmethylcyclohexyl, Propylethylcyclohexyl, Dipropylcyclohexyl, Propylethylmethylcyclohexyl, Methylcycloheptyl, Dimethylcycloheptyl, Ethylcycloheptyl, Propylcycloheptyl, Ethylmethylcycloheptyl, Trimethylcycloheptyl, Diethylcycloheptyl, Ethyldimethylcycloheptyl, Propylmethylcycloheptyl, Propylethylcycloheptyl, Dipropylcycloheptyl und Propylethylmethylcycloheptyl; Arylgruppen, wie Phenyl und Naphthyl; Alkylarylgruppen, wie Tolyl, Xylyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Ethylmethylphenyl, Trimethylphenyl, Butylphenyl, Propylmethylphenyl, Diethylphenyl, Ethyldimethylphenyl, Tetramethylphenyl, Pentylphenyl, Hexylphenyl, Heptylphenyl, Octylphenyl, Nonylphenyl, Decylphenyl, Undecylphenyl und Dodecylphenyl; und Arylalkylgruppen, wie Benzyl, Methylbenzyl, Dimethylbenzyl, Phenethyl, Methylphenethyl und Dimethylphenetyl. Die obengenannten Kohlenwasserstoffgruppen umfassen alle möglichen Isomere. Unter anderem sind gerad- oder verzweigtkettige C₁-C₁₈ Alkylgruppen und C₆-C₁₈-Aryl- oder gerad- oder verzweigtkettige Alkylarylgruppen bevorzugt.
Die Zinkdithiophosphatverbindungen sind bevorzugt beispielsweise Zinkdiisopropyldithiphosphat, Zinkdiisobutyldithiophosphat, Zinkdi-sec-butyldithiophosphat, Zinkdi-sec-pentyldithiophosphat, Zink-di-n-hexyldithiophosphat, Zink-di-sec-hexyldithiophosphat, Zink-di-octyldithiophosphat, Zink-di-2-ehtylhexyldithiophosphat, Zink-di-n-decyldithiophosphat, Zink-di-n-dodecyldithiophosphat, und Zinkdiisotridecyldithiophosphat.
Die Menge an Zinkdithiophosphat, die in dem Schmieröl enthalten ist, ist nicht spezifisch begrenzt. Um einen großen reibungsreduzierenden Effekt zu erhalten, ist das Zinkdithiophosphat bevorzugt in einer Menge von 0,1% oder weniger, bevorzugter in einer Menge von 0,06 oder weniger und am meisten bevorzugt in einer minimal wirksamen Menge enthalten in Bezug auf das Phosphorelement, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls. Wenn die Menge an Zinkdithiophosphat in dem Schmieröl 0,1% übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass der Effekt des aschefreien Fettesterreibungsmodifizierers und/oder des aschefreien aliphatischen Aminreibungsmodifizierers inhibiert wird.
Das Herstellverfahren von Zinkdithiophosphat ist nicht spezifisch begrenzt und das Zinkdithiophosphat kann mit jedem bekannten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Zinkdithiophosphat durch die Reaktion von Alkoholen oder Phenolen, die die obengenannten R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷-Kohlenwasserstoffgruppen aufweisen, mit Phosphorpentasulfid erzeugt werden, um die Dithiophosphorsdure zu bilden, und dann die so geformte Dithiophosphorsäure mit Zinkoxid neutralisiert werden. Es sei angemerkt, dass die molare Struktur des Zinkdithiophosphats sich je nach Alkohol oder Phenol, die als Rohmaterial für die Zinkdithiophosphatherstellung verwendet werden, unterscheidet.
Die obengenannten Zinkdithiophosphatverbindungen können alleine oder in Form einer Mischung von zwei oder mehreren davon verwendet werden. In dem Fall, dass zwei oder mehr Zinkdithiophosphatverbindungen in Kombination verwendet werden, besteht insbesondere keine Beschränkung im Mischungsverhältnis der Zinkdithiophosphatverbindungen.
Das oben spezifizierte Schmieröl liefert einen starken reibungsreduzierenden Effekt auf die Gleitreibung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Gleitoberflächen, insbesondere dann, wenn eine der Gleitoberflächen aus hartem Kohlenstoffmaterial besteht und die andere der Gleitoberflächen aus hartem Kohlenstoffmaterial oder Metallmaterial besteht.
Um die Eigenschaften zu verbessern, die das Schmieröl erfordert, insbesondere für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor kann das Schmieröl ferner weitere Additive, wie metallische Detergenzien, ein Antioxidans, einen Viskositätsindexverbesserer, einen anderen Reibungsmodifizierer als die oben erwähnten Fettester und aliphatischen Aminreibungsmodifizierer, ein anderes aschefreies Dispergiermittel, als das oben erwähnte Polybutenylsuccinimid und Polybutenylsuccinimidderivate, ein Antiabriebmittel oder Extremdruckagens, ein Rostschutzmittel, ein nichtionisches Tensid, einen Demulgator, einen Metalldeaktivator und/oder ein Antischaummittel enthalten.
Das metallische Detergenz kann ausgewählt werden aus jeder Metalldetergenzverbindung, die üblicherweise für Schmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele für metallische Detergentien schließen Sulfonate, Phenate und Salicylate von Alkalimetallen, wie Natrium (Na) und Kalium (K), oder Erdalkalimetallen, wie Calcium (Ca) und Magnesium (Mg); und Mischungen von zwei oder mehreren davon, ein. Unter anderem werden üblicherweise Natrium- und Calcium-Sulfonate, Natrium- und Calcium-Phenate und Natrium- und Calcium-Salicylate verwendet. Die absolute Basenzahl und Menge an metallischem Detergenz kann entsprechend der erforderlichen Eigenschaften des Schmieröls ausgewählt werden. Die absolute Basenzahl an metallischem Detergenz ist normalerweise 0 bis 500 mgKOH/g, bevorzugt 150 bis 400 mgKOH/g, gemessen mittels Perchlorsäureverfahren entsprechend ISO 3771. Die Menge an metallischem Detergenz ist normalerweise 0,1 bis 10%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls.
Das Antioxidans kann ausgewählt werden aus Antioxidansverbindungen, die üblicherweise für Schmiermittel verwendet werden. Spezifische Beispiele für Antioxidantien schließen ein: Phenolantioxidantien, wie 4,4'-Methylenbis(2,6-di-tert-butylphenol) und Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat; Aminoantioxidantien, wie Phenyl-α-naphthylamin, Alkylphenyl-α-naphthylamin und Alkyldiphenylamin; und Mischungen von zwei oder mehreren davon. Die Menge an Antioxidans ist normalerweise 0,01 bis 5%, basierend auf der Gesamtmasse an Schmieröl.
Als Viskositätsindexverbesserer können verwendet werden: Polymethylacrylatviskositätsindexverbesserer vom Nicht-Dispersionstyp, wie Copolymere von einer oder mehreren Arten an Methylacrylaten und hydrierten Produkten davon; Polymethylacrylatviskositätsindexverbesserer vom Dispersionstyp, wie Copolymere von Methacrylaten, die ferner Stickstoffverbindungen einschließen; und andere Viskositätsindexverbesserer, wie Copolymere von Ethylen und α-Olefin (z.B. Propylen, 1-buten und 1-penten) und hydrierte Produkte davon, Polyisobutylene und hydrierte Produkte davon, hydrierte Styrol-dien-Copolymere, Styrol-Maleatanhydridcopolymere und Polyalkylstyrole. Das Molekulargewicht der Viskositätsindexverbesserer muss ausgewählt werden im Hinblick auf die Scherstabilität. Zum Beispiel liegt das zahlenmittlere Molekulargewicht des Viskositätsindexverbesserers wünschenswerter Weise im Bereich von 5.000 bis 1.000.000, erwünschter 100.000 bis 800.000 für die Polymethylacrylate vom Dispersions- oder Nichtdispersionstyp; im Bereich von 800 bis 5.000 für das Polybutylen oder hydrierte Produkte davon; und im Bereich von 800 bis 300.000, wünschenswerter 10.000 bis 200.000 für das Ethylen/α-Olefincopolymer und hydrierte Produkte davon. Die obengenannten den Viskositätsindex verbesserenden Verbindungen können alleine oder in Form einer Mischung von zwei oder mehreren davon verwendet werden. Die Menge an Viskositätsindexverbesserer ist bevorzugt 0,1 bis 40,0%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls.
Der außer dem oben erwähnten Fettester und aliphatischen Aminreibungsmodifizierer verwendete Reibungsmodifizierer kann jeder aschefreie Reibungsmodifizierer sein, wie Borsäureester, höhere Alkohole und aliphatische Ether und Metallreibungsmodifizierer, wie Molybdändithiophosphat, Molybdändithiocarbamat und Molybdändisulfid.
Das außer dem oben erwähnten Polybutenylsuccinimid und Polybutenylsuccinimidderivat verwendete aschefreie Dispergiermittel kann irgendein Polybutenylbenzylamin oder Polybutenylamin, die jeweils Polybutenylgruppen haben, deren zahlenmittleres Molekulargewicht 900 bis 3.500 ist, ein Polybutenylsuccinimid, dessen Polybutenylgruppen ein zahlenmittleres Molekulargewicht kleiner als 900 ist, oder ein Derivat davon sein.
Als Antireibungsmittel oder Extremdruckmittel, können verwendet werden: Disulfide, sulfurierte Fette, Olefinsulfide, Phosphatester mit einer bis drei C₂-C₂₀-Kohlenwasserstoffgruppen, Thiophosphatester, Phosphitester, Thiophosphitester und Aminsalze dieser Ester.
Als Rostschutzmittel können verwendet werden: Alkylbenzolsulfonate, Dinonylnaphthalensulfonate, Ester von Alkenylbernsteinsäure und Ester von Polyalkoholen.
Als nichtionisches Tensid und Demulgator können verwendet werden: nichtionische Polyalkylenglykoltenside, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylenalkylnaphthylether.
Die Metalldesaktivatoren sind beispielsweise Imidazoline, Pyrimidinderivate, Thiazol und Benztriazol.
Die Antischaummittel sind beispielsweise Silikone, Fluorsilikone und Fluoralkylether.
Jeder außer dem Fettester und aliphatischen Aminreibungsmodifizierer verwendete Reibungsmodifizierer, jedes außer dem Polybutenylsuccinimid und Polybutenylsuccinimidderivat verwendete aschefreie Dispergiermittel, das Antiabnutzungs- und Extremdruckmittel, das Rostschutzmittel und der Demulgator sind normalerweise in einer Menge von 0,01 bis 5%, basierend auf der Gesamtmasse an Schmieröl enthalten, der Metalldesaktivator ist normalerweise in einer Menge von 0,005 bis 1%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls enthalten, und das Antischaummittel ist normalerweise in einer Menge von 0,0005 bis 1%, basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls, enthalten.
Die vorliegende Erfindung wird mehr im Detail mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben.
[Vorbereitung von Testproben}
Beispiel 1
Ein im Wesentlichen halbzylindrischer Grundblock mit einer Dimension von 8 × 12 × 40 mm (mit einem halbzylindrischen Teil, der mit einem Radius von 20 mm gebildet ist) wurde zuerst aus einem Aluminiumlegierungsmaterial AC8A entsprechend JIS H5202 ausgeschnitten. Es sei angemerkt, dass das Aluminiumlegierungsmaterial ACBA üblicherweise als Verbindungsstangenmaterial verwendet wird. Ein DLC-Beschichtungsfilm, der einen Wasserstoffgehalt von 0,2 Atom eine Knoop-Härte Hk von 2170 kg/mm², eine maximale Spitzenoberflächenrauheit Ry (R_max) von 0,03 μm und eine Dicke von 0,5 μm hatte, wurde auf dem halbzylindrischen Teil des Grundblocks durch einen PVD-Arc-Ion-Plating-Prozess gebildet, wodurch ein Teststück erhalten wurde. Hier wird die Oberflächenrauheit Ry ausgedrückt durch Rz entsprechend JIS B0601.
Als Nächstes wurde ein tellerförmiger Block mit einer Dimension von 8 × 12 × 40 mm aus einem Gusseisenstück FC250 (FCA) entsprechend JIS G5501 ausgeschnitten und bearbeitet um ein Gegenstück mit einer Gleitoberfläche, die auf eine Zentrallinienoberflächenrauheit Ra von 0,1 μm kontrolliert wurde, zu ergeben. Die Oberflächenrauheit Ra wird hierin ausgedrückt durch Ra₇₅ entsprechend JIS B0601s.
Die Teststücke und die Gegenstücke wurden dann dem folgenden Reibungs/Abriebtest unterworfen, unter Verwendung eines Schmieröls H.
Beispiel 2-8
Dieselben Testteile und dieselben Gegenstücke, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden vorbereitet. Dann wurden die Teststücke und die Gegenstücke einem Reibungs/Abriebtest unter Verwendung der Schmieröle A-G unterworfen.
Vergleichsbeispiel 1
Ein im Wesentlichen halbzylindrischer Block, mit einer Dimension von 8 × 12 × 40 mm (mit einem halbzylindrischen Teil, der mit einem Radius von 20 mm geformt ist) wurde aus FC250 Gusseisen entsprechend JIS G5501 ausgeschnitten und als Teststück verwendet, ohne jegliche Beschichtung.
Ein tellerförmiger Block, mit einer Dimension von 8 × 12 × 40 mm wurde aus Gusseisen FC250 (FCA) entsprechend JIS G5501 ausgeschnitten und bearbeitet, um ein Gegenstück zu ergeben, mit einer Gleitoberfläche und einer Mittelachsenoberflächenrauhheit Ra von 0,1 μm. Die Oberflächenrauheit Ra wird hier ausgedrückt als Ra₇₅ entsprechend JIS B0601.
Die Teststücke und die Gegenstücke wurden dem folgenden Reibungs/Abriebtest unter Verwendung eines Schmieröls H unterworfen.
[Herstellung der Schmieröle]
Die Schmieröle A-H wurden jeweils zubereitet durch Vermischung eines Grundöls mit einem Reibungsmodifizierer, einem aschefreien Dispergiermittel, Zinkdialkyldithiophosphat, einem metallischen Detergens und anderen Additiven. Die Zusammensetzungen und Eigenschaften der Schmieröle A-H sind in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 bezieht sich der Anteil an Grundölverbindung auf die Gesamtmasse des Grundöls, und die Menge jedes Additivs auf die Gesamtmasse des Schmieröls.
[Reibungs/Abriebtest]

Der Reibungs/Abriebtest wurde ausgeführt unter folgenden Bedingungen, unter Verwendung einer sich hin und her bewegenden Reibungs/Abriebtestvorrichtung. In der Reibungs/Abriebtestvorrichtung wurde das Teststück hin und her bewegt, während der halbzylindrische Teil des Teststückes auf dem Gegenstück unter Last glitt. Während des Tests, wurde der Reibungskoeffizient zwischen Teststück und Gegenstück am Umkehrpunkt der Hin- und Herbewegung gemessen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. (Testbedingungen)

Teststück:	Ein halbzylindrisch geformtes Stück, das aus einer Aluminiumlegierung AC8A mit oder ohne eine DLC-Beschichtung geformt wurde, und eine Dimension von 8 × 12 × 40 mm aufweist
Gegenstück:	Ein tellerförmig geformtes Teil, das aus Gusseisen FC250 geformt wurde und eine Dimension von 40 × 60 × 7 mm aufweist
Testeinheit:	Umkehrreibungs/Abriebtestvorrichtung
Hin- und Herbewegung:	600 Zyklen pro Minute
Testtemperatur:	25°C
Last (P):	10 kgf.
Testzeit:	60 min

Tabelle 1

Schmieröl		A	B	C	D
Grundöl	Mineralöl¹⁾	100	100	-	100
Grundöl	Synthetiköl²⁾	-	-	100	-
Additive	Esterreibungsmodifizierer³⁾	1,0	1,0	1,0	-
	Aminreibungsmodifizierer⁴⁾	-	-	-	1,0
	Aschefreies Dispergiermittel⁵⁾	5,0	5,0	5,0	5,0
	ZDT2⁶⁾ (als elementarer Phosphor)	-	0,047	0,047	0,047
	metall. Detergens⁷⁾ (als Metallelement)	0,15	0,15	0,15	0,15
	metall. Detergens⁸⁾ (als Metallelement)	0,50	0,50	0,50	0,50
	Weitere⁹⁾	0,90	0,90	0,90	0,90
Eigenschaften	Kinematische Viskosität (mm²/s) bei 100 °C	10,3	10,2	10,0	10,2
	Absolute Basenzahl (mgKOH/g) gemäß Perchlorsäureverfahren	6,2	6,2	6,2	6,2
	Absolute Basenzahl (mgKOH/g) gemäß Salzsäureverfahren	4,5	4,5	4,5	4,5

[Referenzen]

1) Hydrogecracktes Mineralöl (kinematische Viskosität bei 100°C: 5,0 mm²/s, Viskositätsindex: 120, Gehalt an Aromaten: 5,5%)
2) 1-Decenoligomerhydrid (kinematische Viskosität bei 100°C: 3,9 mm²/s, Viskositätsindex: 124, Gehalt an Aromaten: 0,0%)
3) Glcerylmonooleat
4) N,N-dipolyoxyethylen-N-oleylamin
5) Polybutenylsuccinimid (Stickstoffgehalt: 1,2%)
6) Zinkdialkyldithiophosphat (Zinkgehalt: 9,3%, Phosphorgehalt: 8,5%, Alkylgruppe: sekundäre Butyl- oder Hexylgruppe)
7) Calciumsulfonat (absolute Basenzahl: 300 mgKOH/g, Calciumgehalt: 12,0%)
8) Calciumphenat (absolute Basenzahl: 255 mgKOH/g, Calciumgehalt: 9,2%)
9) Viskositätsindexverbesserer, Antioxidans, Rostschutzmittel, Demulgator, nichtionisches Tensid, Metalldesaktivator und Antischaummittel etc.

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Schmieröl		E	F	G	H
Grundöl	Mineralöl¹⁾	100	100	100	100
Additive	Synthetiköl²⁾	-	-	-	-
	Ester Reibungsmodifizierer³⁾	1,0	1,0	0,2	-
	Amin Reibungsmodifizierer⁴⁾	-	0,5	-	-
	Aschefreies Dispergiermittel⁵⁾	5,0	5,0	5,0	5,0
	ZDTP⁶⁾ (als elementarer Phosphor)	0,094	0,094	0,047	0,094
	metall. Detergens⁷⁾ (als Metallelement)	0,15	0,15	0,15	0,15
	metall. Detergens⁸⁾ (als Metallelement)	0,5	0,5	0,5	0,5
	andere⁹⁾	0,9	0,9	0,9	0,9
Eigenschaften	Kinematische Viskosität (mm²/s) bei 100 °C	10,3	10,3	10,3	10,3
	Gesamtbasenzahl (mgKOH/g) gemäß Perchlorsäureverfahren	6,5	6,5	6,5	6,5
	Gesamtbasenzahl (mgKOH/g) gemäß Salzsäureverfahren	5,2	5,2	5,2	5,2

Tabelle 2

	Teststück		Gegenstück	Schmieröl	Reibungskoeffizient
	Beschichtungsfilmmaterial	Grundmaterial	Material
Beispiel 1	DLC	AC8A	FC250	H	0,08
Beispiel 2	DLC	AC8A	FC250	A	0,05
Beispiel 3	DLC	AC8A	FC250	B	0,08
Beispiel 4	DLC	AC8A	FC250	C	0,09
Beispiel 5	DLC	AC8A	FC250	D	0,11
Beispiel 6	DLC	AC8A	FC250	E	0,11
Beispiel 7	DLC	AC8A	FC250	F	0,11
Beispiel 8	DLC	AC8A	FC250	G	0,08
Vergleichsbeispiel 1	keine Beschichtung	AC8A	FC250	H	0,13

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Teststücke der Beispiele 1 bis 8 (deren entsprechende Gleitteile mit DLC-Beschichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung beschichtet waren) wesentlich niedrigere Reibungskoeffizienten als die des Vergleichsbeispiels 1 zeigten (dessen Gleitteil nicht mit DLC-Beschichtung beschichtet war). Unter anderem konnte bei den Teststücken der Beispiele 2 bis 4, die mit dem Schmieröl A-C geschmiert wurden, das einen aschefreien Fettesterreibungsmodifizierer enthielt, der Reibungskoeffizient erheblich gesenkt werden. Dies lässt Verbesserungen für die Verschleiß/Abriebbeständigkeit erwarten.
Wie oben beschrieben, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Gleitreibung zwischen der Verbindungsstange 1 und dem Kurbelzapfen 2 und zwischen der Verbindungsstange 1 und dem Kolbenbolzen 3a in Gegenwart des oben spezifizierten Schmieröls zu reduzieren, die Verbindungsstange 1, den Kurbelzapfen 2 und den Kolbenbolzen 3a vor Abrieb zu schützen, und, wenn sie in einem Verbrennungsmotor verwendet werden, große Verbesserungen in der Motorleistung, der Brennstoffeffizienz und der Zuverlässigkeit/Haltbarkeit zu erzielen.

Claims

Struktur zur Verbindung eines Kolbens (3) mit einer Kurbelwelle (2) in einem Verbrennungsmotor, umfassend: – einen Kolbenbolzen (3a), der in einen Kolben (3) eingepassst ist; – einen Kurbelzapfen (2a), der einstückig mit der Kurbelwelle (2) ist; – eine Verbindungsstange (1) aus einem Aluminiumlegierungsmaterial und mit einem Kolbenbolzenlagerteil (1b), der gleitend in einen außen liegenden zylindrischen Teil des Kolbenbolzens (3a) eingreift, und einem Kurbelzapfenlagerteil (1e), der gleitend in einen außen liegenden zylindrischen Teil der Kurbelwelle (2b) eingreift, und – ein Schmieröl, das auf eine Gleitzwischenfläche zwischen dem außen liegenden zylindrischen Teil des Kolbenbolzens (3a) und dem Kolbenbolzenlagerabschnitt (1b) der Verbindungsstange (1) und auf eine Gleitzwischenfläche zwischen dem außen liegenden zylindrischen Teil des Kurbelzapfens (2b) und dem Kurbelzapfenlagerteil (1e) der Verbindungsstange (1) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens entweder der Kolbenbolzenlagerteil (1b) der Verbindungsstange (1) oder der außen liegende zylindrische Teil des Kolbenbolzens (3a) und mindestens der Kurbelzapfenlagerteil (1e) der Verbindungsstange (1) oder der außen liegende zylindrische Teil des Kurbelzapfens (2b) eine harte Kohlenstoffbeschichtung (Fc) aufweisen, die darauf gebildet ist, mit einem Wasserstoffgehalt von 1 Atom-% oder weniger, und – dass das Schmieröl mindestens einen Reibungsmodifizierer enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem aschefreien Fettesterreibungsmodifizierer und einem aschefreien aliphatischen Aminreibungsmodifizierer.
Struktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Reibungsmodifizierer eine C₆-C₃₀-Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, und in einer Menge von 0,05 bis 3,0 Masse bezogen auf die Gesamtmasse an Schmieröl, enthalten ist.
Struktur gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl Polybutenylsuccinimid und/oder ein Derivat davon enthält.
Struktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polybutenylsuccinimid und/oder Derivat davon in einer Menge von 0,1 bis 15 Masse bezogen auf die Gesamtmasse des Schmieröls enthalten ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl Zinkdithiophosphat in einer Menge von 0,1 Masse oder weniger berechnet als Phosphor bezogen auf die Gesamtmasse des Schmieröls enthält.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die harten Kohlenstoffbeschichtungen (Fc) durch Arc-Ion-Plating gebildet sind.