KR100463654B1 - 엔진 윤활시스템에 마모방지 첨가제를 도입하기 위한 오일필터 - Google Patents

엔진 윤활시스템에 마모방지 첨가제를 도입하기 위한 오일필터 Download PDF

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Abstract

오일 필터(10)는 필터(10)가 설치되고 설치후 제1 엔진 시동시 엔진 오일이 흐를 때 까지 필터 매질(26)의 복잡물내에 모세관 힘에 의해 보유된 크기가 2미크론 미만인 PTFE 입자의 콜로이드상 현탁액(12)을 포함한다. PTFE 콜로이드상 현탁액(12)은 오일 흐름이 개시될 때 엔진 윤활시스템으로 즉시 완전히 방출된다. PTFE 콜로이드상 현탁액(12)은 최종 제조 단계들 중 하나로서 필터(10)로 도입된다. 오일 필터(10)는 상부의 그것의 출구와 수직으로 배치된다. PTFE 콜로이드상 현탁액의 양은 출구(14)로 도입되어 중앙관(18)과 리테이너(16)에 의해 정해지는 부피의 일부를 초기에 채운다. PTFE 콜로이드상 현탁액은 필터 매질(26)과 접촉해 있는 개구(20,24)를 통과한다. 필터 매질(26)과 PTFE 콜로이드상 현탁액(12)사이에 작용하는 모세관 힘은 콜로이드상 현탁액(12)이 필터 매질(26) 섬유의 복잡물내에 끌어 들여지고 거기에 보유되게 한다.

Description

엔진 윤활시스템에 마모방지 첨가제를 도입하기 위한 오일필터{AN OIL FILTER TO INTRODUCE ANTI-WEAR ADDITIVES INTO ENGINE LUBRICATING SYSTEM}
윤활제로서 폴리테트라플루오로에틸린(PTFE)의 사용은 다년간 산업에서 잘 인식되어 왔다. 더 최근에는 PTFE를 함유하는 많은 제품들이 마모와 마찰을 감소시키기 위해 자동차 오일에 첨가제로서 사용을 위해 시중에 도입되었다. "플루오로카본 첨가제를 갖는 윤활유"라는 명칭의 미국특허 제 3,933,656 호와 "엔진오일첨가제 건조 윤활제 분말"이라는 명칭의 제 4,888,122 호는 엔진오일 첨가제 종래 기술의 예이다.
자동차 오일에 혼합하기 위한 PTFE를 함유하는 시중 구입되는 몇가지 제품들이 있다. PTFE 첨가제 제품들의 일부 상품명으로는 Slick50, T-Plus, 및 Valvoline VM8이 있다. PTFE를 엔진 윤활시스템에 도입하기 위한 전형적인 방법은 보통의 오일교환의 동안에 표준 오일 제품의 4분의 1을 PTFE 첨가제 제품 4분의 1로 바꾸는 것이다. PTFE 첨가제 제품은 표준 자동차 오일과 같은 방법으로 엔진에분산된다.
"오일 증강 다기능 필터"라는 명칭의 미국 특허 제 5,209,842 호는 내연기관윤활 시스템에 PTFE를 도입하기 위한 오일 필터를 기술하고 있다. 필터는 응집된 PTFE입자의 시간 방출을 사용한다.
본 발명은 내연기관 윤활 시스템에 관한 것이며 더 구체적으로는 폴리테트라플루오로에틸린과 같은 마모방지 첨가제를 윤활시스템으로 방출하기 위한 오일필터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 PTFE 콜로이드상 현탁액을 내포하는 스핀-온 오일 필터의 측단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 오일 필터의 평면도이다.
도 3은 필터 매질로 흡수된 PTFE 콜로이드상 현탁액을 나타내는 도 1의 오일 필터의 측단면도이다.
도 4는 여러가지 기공도 및 공극을 갖는 랜덤하게 배향된 섬유를 나타내는 필터 매질의 확대도이다.
본 발명은 윤활시스템 필터로부터 내연기관의 윤활시스템에 PTFE의 콜로이드상 현탁액을 도입하는 독특한 방법을 교시한다. 콜로이드상 현탁액은 바람직하게는 석유에 현탁된 크기가 2 미크론 미만인 PTFE입자를 사용함으로써 달성된다. 특정 양의 PTFE 콜로이드상 현탁액을 스핀 온 오일 필터상의 출구로 분배한다. 그다음 PTFE 콜로이드상 현탁액은 거를 수 있는 필터 매질과 접촉해 있는 필터 중앙관 구멍 및 록시임 노치를 통해 흐른다. 오일중 PTFE의 콜로이드상 현탁액은 필터 매질과 접촉하여 분배될 때 필터 매질로 스며들어 현탁액을 필터 매질 섬유의 복잡물내에 보유하는 메카니즘을 제공한다. 콜로이드상 현탁액은 필터 매질의 복잡물내에 원래 입도로 잘 분산되어 남아 있다.필터 매질의 공극 부피내에 PTFE 콜로이드상 현탁액은 필터 매질 기공 구조의 모세관 힘에 의해 보유되며 쉽게 누출하지 않을 것이다. 그러나, PTFE 콜로이드상 현탁액을 함유하는 스핀-온 필터가 내연기관에 설치되고 엔진이 시동될 때 윤활시스템 오일은 필터를 통해 흐르고 콜로이드상 현탁액은 필터를 세척해 내고 윤활시스템으로 도입된다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위하여 첨부 도면에 나타낸 본 발명의 예가 되는 바람직한 구체예를 들기로 한다.
본 발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명은 다음과 같다.
본 발명은 본 분야에 널리 공지된 전형적인 스핀-온 풀 플로우 타입 오일 필터로 실행될 수 있다. 이들 스핀-온 오일 필터는 보통 같은 단부에 입구와 출구를 갖는 원통 형상 을 갖는다. 출구 유로는 중앙 관에 연결된 중앙 개구를 통해 있다. 입구는 출구 둘레에 배치되어 있다. 필터 매질은 입구와 출구 사이의 유로에 위치된다. 스핀-온 필터는 엔진에 기계적으로 부착되어 있고 여러가지 개스켓과 시일이 누출과 원하지 않는 오일 유로를 막기 위해 제공된다.
이제 도면, 구체적으로 도 1 및 도 2를 참고하면 본 발명의 교시에 따르는 PTFE 콜로이드상 현탁액(12)이 내포된 개선된 오일 필터(10)를 나타낸다. 본 발명에 따르면 2미크론 미만의 PTFE 입자를 갖는 콜로이드상 현탁액이 필터(10)의 필터매질(26)내에 현탁되고 오일이 제1 엔진 시동시 필터(10)를 통과함에 따라 엔진 윤활시스템으로 즉시 방출된다. PTFE는 금속에 결합하여 시동의 동안에 가능한 금속 대 금속 접촉을 방지하기 위한 지속성 초박막 코팅을 만든다.
스핀-온 오일 필터(10)는 엔진의 작동의 동안에 발생된 연마제 및 슬러지 오염물질을 여과하기 위해 사용된다. 필터(10)는 원통 형태이고 외덮개(28)를 가지며 단부에 출구(14)와 오일 입구(15)를 갖는다. 설치될 때 필터(10)는 입구(15)로, 그리고 거를 수 있는 필터 매질(26)을 통하고, 또 출구(14)를 통해 밖으로의 오일 유로를 갖는 엔진에 부착된다. 스핀-온 오일 필터(10)에 사용된 전형적인 필터 매질(26)은 합성수지와 결합된 셀룰로스, 유리 및 합성섬유의, 전술한 섬유들의 하나 또는 모두를 포함하는 여러가지 배합물들로 구성된다. 필터 페이퍼 또는 매질(26)은 도 4에 나타낸 바와 같이 랜덤하게 배향되어 여러가지 기공도를 갖는 공극부피의 비틀린 통로를 형성하도록 하는 방식으로 제조된다. 필터 페이퍼 매질(26)의 두께는 전형적으로 0.020 내지 0.060 인치의 범위이다.
필터 매질(26)의 공극부피내에서 PTFE 콜로이드상 현탁액은 섬유기공 구조의 모세관 힘에 의해 보유된다. 모세관 힘은 비교적 약하여 단지 콜로이드상 현탁액 자체의 질량만을 지지한다. 윤활유가 콜로이드상 현탁액을 함유하는 필터 매질(26)을 통해 밀고 나아가면, 모세관 힘은 PTFE 콜로이드상 현탁액이 누출하는 것을 방지하기에 충분히 강한 한편, PTFE 콜로이드상 현탁액은 매질 기공 구조 밖으로 완전히 세척되고 흐르는 윤활유에 의해 치환될 것이다. 만약 스핀-온 오일 필터 매질(26)이 매질 기공 구조내에 보유된 직경이 2미크론미만인 PTFE 입자의 콜로이드상 현탁액을 함유한다면, 오일이 필터(10)를 통해 흐를 때 PTFE 입자는 완전히 방출된다.
PTFE 콜로이드상 현탁액(12)을 함유하는 스핀-온 오일 필터(10)를 제조하기 위해 여러가지 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 방법은 수직으로 위치된 필터(10)를 갖고 상부에 출구(14)를 갖는 필터의 출구(14)로 PTFE 콜로이드상 현탁액을 분배하는 것이다. PTFE 콜로이드상 현탁액은 도 1에 나타낸 바와 같이 초기에 중앙관(18)과 리테이너(16)에 의해 규정된 부피의 일부를 채울 것이다. PTFE 콜로이드상 현탁액의 수준은 필터 중앙관(18)에서 상승함에 따라 필터 매질(26)과 접촉해 있는 중앙관 구멍(20)과 중앙관 노치(24)를 통해 흐르기 시작한다. 필터 매질(26) 직물은 중앙관(18) 둘레에 나선 형상으로 여러번 접혀있다. 나선형상은 PTFE 콜로이드상 현탁액과 접촉할 수 있는 직물의 표면적을 크게 만든다. 필터 매질(26)과 PTFE 콜로이드상 현탁액(12)사이에 작용하는 모세관 힘은 PTFE 콜로이드상 현탁액으로 하여금 필터 매질(26)로 끌어들여지게 한다. 필터 매질(26)은 대략 0.040인치 두께의 섬유상 다공성 직물로 랜덤하게 형성된 셀룰로스 및 합성섬유로 구성된다. 직물은 직물내의 섬유의 층형성과 분리에 의해 형성된 대략 80%의 공극부피를 갖는다. 유체 물질은 이 공극부피내에 보유되는 기회를 갖는다. 필터 매질(26)에 의해 보유될 수 있는 PTFE 콜로이드상 현탁액의 양은 매질의 총 공극부피에 비례하며 총 매질 부피에 따라 달라진다. 예를 들면 100 제곱인치의 총 매질 표면적과 0.040인치의 매질 두께로 필터 매질(26)을 둘러싸는 총 부피는 4입방인치이다. 만약 필터 매질의 공극 부피가 80%라면 PTFE 콜로이드상 현탁액과 같은 유체물질을 보유하기에 유용한 부피는 3.2입방인치이다.
모세관 힘은 콜로이드상 현탁액(12)에 작용하는 중력보다 크기 때문에 콜로이드상 현탁액(12)은 도 3에 나타낸 바와 같이 필터 매질(26)을 포화 시킬 것이고 초기 분배수준의 높이 너머로 필터 매질(26)내에서 상승할 것이다. 대략 5분의 기간내에 모든 PTFE 콜로이드상 현탁액(12)은 중앙관(18)과 리테이너(16)상의 박막위의 필터 매질(26)에 흡수된다. 이것은 PTFE 콜로이드상 현탁액의 거의 전량이 필터 매질(26)내에 보유되도록 허용한다. 필터 매질(26)을 포화시키는 덜 바람직한 방법은 필터(10) 제조공정의 다른 단계의 동안에 필터 매질(26)상에 콜로이드상 현탁액을 분배하는 것일 것이다. 본 발명을 실시하기에 적합한 필터매질(26)은 AlliedSignal의 FRAM Extra Guard 오일 필터에서 사용된다.
적합한 PTFE 콜로이드상 현탁액은 Acheson Colloids Company에 의해 공급되는 SLA-1612이다. Acheson SLA-1612는 분산제를 갖는 150 용매 중성 석유내에 20% 고형분 함량의 PTFE를 함유한다. 그것은 25℃에서 400 cP의 점도를 갖는다. 오일에 현탁된 PTFE 입자의 크기는 직경이 2미크론 미만이다. Acheson SLA-1612와 같은 안정한 콜로이드상 현탁액은 본 발명을 실행하기에 매우 적합하다. PTFE 입자의 크기는 필터 매질(26)의 기공도보다 상당히 더 작아서 그것들은 엔진 윤활시스템에서 흐름이 개시될 때 필터 매질(26)에 의해 포획되지 않을 것이다. 또한, PTFE 콜로이드상 현탁액은 2미크론 미만의 PTFE 입자가 응집하지 않고 너무 커지지 않도록 잘 분산되어 남아 있고 필터 매질(26)을 쉽게 통과할 수 없다. 추가로, Acheson SLA-1612 액의 점도는 액체로 하여금 매질 기공 구조내에 완전히 흡수되도록 허용하는 모세관 작용이 필터 매질(26)내에서 일어나기에 이상적이다.
PTFE 콜로이드상 현탁액(12)은 엔진 금속 표면에 PTFE의 결합을 촉진하는 계면활성제/커플링제와 함께 조제될 수 있다. 또한, PTFE 분산액을 유지하는 데 도움을 주기 위해 첨가제가 이용될 수 있다. 기타 마모방지 첨가제는 필터 매질 복잡물에 보유될 수 있고 본 발명에 기술된 방법에 의해 엔진 윤활시스템에 전달된다. 이들 첨가제는 콜로이드상 현탁액의 형태로 또는 담체 오일과의 용액으로 될 수 있다. 다른 마모방지 첨가제의 예들은 이황화몰리브덴 및 그라파이트이나 이것들에 제한되지 않는다. 상기한 바와 같이 필터 매질(26)과 접촉하여 배치될 때 오일중 PTFE의 콜로이드상 분산액은 필터 매질(26)로 스며들어 매질섬유의 복잡물내에 콜로이드상 분산액(12)을 보유하는 수단을 제공한다. PTFE 콜로이드상 분산액은 필터(10)가 설치된 후 제1 엔진 시동의 동안에 오일이 흐를 때 엔진 윤활시스템으로 즉시 완전히 방출된다.

Claims (8)

  1. 입구,
    출구, 그리고
    상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된, 엔진 윤활유가 통과할 수 있는 공극들을 한정하고 있고 상기 공극의 크기보다 작은 PTFE 입자들의 콜로이드상 현탁액을 함유하고 있는 다수의 섬유들로 형성된 필터 매질
    을 포함하며, 상기 콜로이드상 현탁액이 실질적으로 전부 필터 매질 섬유의 복잡물내에 모세관 힘에 의해 보유되어 있는 엔진 윤활시스템을 위한 오일필터.
  2. 제 1 항에 있어서, PTFE 콜로이드상 현탁액이 엔진 오일 필터가 설치된 후에 최초의 엔진 시동 동안에 엔진 윤활시스템으로 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진 윤활시스템을 위한 오일필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 이황화몰리브덴이 필터 매질 섬유에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진 윤활시스템을 위한 오일필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 그라파이트가 필터 매질 섬유에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진 윤활시스템을 위한 오일필터.
  5. 입구와 출구 사이에 배치된 다수의 섬유들로 형성된 필터 매질을 갖는 스핀-온 오일필터로 PTFE를 도입하는 방법으로서,
    a) 상부의 출구와 일반적으로 수직인 위치로 오일 필터를 위치시키는 단계,
    b) 석유 제품에 현탁된 크기가 2 미크론 미만인 PTFE 입자의 콜로이드상 현탁액의 양을 출구에 도입하는 단계,
    c) PTFE 콜로이드상 현탁액의 실질적으로 모든 양이 필터 매질 섬유의 복잡물내에 모세관 힘에 의해 끌어들여지는 시간 동안 기다리는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 입구와 출구 사이에 배치된 다수의 섬유들로 형성된 필터 매질을 갖는 동일한 단부상에 입구와 출구를 가진 스핀-온 오일필터로 PTFE를 도입하는 방법으로서,
    a) 필터를 입구 및 출구와 일반적으로 수직인 위치로 정렬시키는 단계,
    b) 크기가 2 미크론 미만인 PTFE 입자를 함유하는 콜로이드상 현탁액을 필터 매질과 접촉해 있는 필터에 도입하는 단계,
    c) PTFE 입자를 함유하는 콜로이드상 현탁액의 거의 전체 양이 필터 매질 섬유들 사이의 공극으로 끌어들여질 때까지의 시간 동안 기다리는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, PTFE 입자의 콜로이드상 현탁액이 출구를 통해 도입되는 것을 특징으로 하는 방법
  8. 제 6 항에 있어서, 다른 마모 방지 첨가제가 PTFE 입자와 함께 스핀-온 오일필터에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
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