KR100559632B1

KR100559632B1 - 마찰저감형 엔진오일 조성물

Info

Publication number: KR100559632B1
Application number: KR1020030076408A
Authority: KR
Inventors: 배대윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050041288A

Abstract

본 발명은 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고농축 몰리브덴디티오카바메이트와 징크알킬디티오포스페이트 및 칼슘계 또는 붕산칼슘계 살리실레이트를 조합하여 사용하고 회분성분의 사용량을 최소화하여 마찰을 저감시킴으로써 엔진연비가 지속적으로 향상되며 고온 뿐만 아니라 저온에서도 반응성이 우수하여 엔진오일의 내구수명을 지속시킬 수 있는 개선된 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것이다.

마찰저감, 엔진오일, 몰리브덴

Description

마찰저감형 엔진오일 조성물{Engine oil composition of low rubbing}

에너지의 효율적 이용과 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소등 자동차 배기가스에 대한 규제가 점점 엄격해 지고 있으며, 이러한 환경규제에 대응하기 위해서 각 자동차에서는 엔진구조 변경과 저마찰 엔진오일에 의한 연비향상을 목적으로 개발이 진행 되고 있으며, 촉매 피독에 영향을 주는 엔진오일내 S, P의 함량을 줄이는 규제도 진행되고 있다.

엔진오일에 의한 연비 향상은 엔진오일의 드래그 토크(Drag Torque) 저감과 습동부위의 마찰저감을 통해 달성할 수 있으며, 엔진오일의 점도를 낮추면 드래그 토크를 저감 시킬 수 있으나 습동부 마찰, 마모는 증가되는 경향이 있다.

엔진내 마찰, 마모가 발생되는 부위는 캠과 태핏, 피스톤링과 실린더, 각종 베어링에서 발생된다.

저점도화에 의한 습동부위의 마모발생을 억제하기 위해서는 마찰계수를 낮추고 마모를 감소시키는 첨가제의 사용이 필수이다.

일반적으로 마찰, 마모를 억제하기 위해 엔진오일 제조에 가장 널리 사용되고 있는 첨가제는 징크알킬디티오포스페이트이다. 징크알킬디티오포스페이트는 Zn 함량이 10 ~ 11%, P가 9 ~ 10%, S가 15 ~ 25% 정도 함유하고 있는 것이 일반적이며, 저마찰계수를 얻기 위해 몰리브덴 함량이 5 중량% 이하인 저농축 MoDTC와 같은 유기몰리브덴 첨가제와 조합하여 사용하나 저마찰계수를 구현하기 위해서 저농축 MoDTC로 엔진오일 제조시 첨가제를 다량 사용하여야 한다.

그러나, Mo, Zn, Ca, Mg계와 같은 ASH TYPE의 첨가제는 엔진 연소시 촉매쪽으로 일부 배출되는데 장기간 사용시 촉매에 회분(ASH)이 쌓여 배기가스에 악영향을 줌으로 회분형(ASH TYPE) 첨가제는 최소로 사용 하여야 한다.

MoDTC 단독으로는 저마찰계수를 확보하기 어려우며, MoDTC와 징크알킬디티오포스페이트(ZnDTP)를 조합하여 상용시 초기 마찰계수는 낮으나 사용이 계속됨에 따라 마찰계수가 높아지며, MoDTC와 ZnDTP의 사용이 증가되면 슬러지 발생이 증가되어 엔진오일의 교환주기가 단축되는 문제점이 있다.

저마찰계수를 구현하기 위해서 MoDTC를 사용한 엔진오일은 ZnDTP와 Mg 또는 Ca-술포네이트와 조합하여 사용하나, 고온, 경계윤활에서 첨가제 반응에 의해 술포 네이트와 MoS₂가 결합된 형태로 금속에 흡착되어 저마찰계수를 구현하는 것과는 달리 저온(90 ℃ 이하)에서는 마찰저감 효과가 떨어지는 문제점이 있으며, 금속과의 흡착력이 작아 형성된 피막이 쉽게 분리되어 첨가제 소모가 많아져 수명이 단축되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 종래 엔진오일의 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 몰리브덴 함량이 9 ~ 15 % 인 고농축 유기몰리브덴과 칼슘계 또는 붕산칼슘계 살리실레이트 마찰조정제를 적절히 조합한 엔진오일 조성물을 제조할 경우 엔진연비를 지속적으로 향상시킬 수 있으며, 특히, 회분형태의 첨가제를 최소량 사용하고도 저마찰계수가 지속적으로 유지됨을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 낮은 온도에서도 마찰저감 효과가 뛰어나고, 저연비이며, 내마모성이 우수한 개선된 엔진오일 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 광유 또는 합성유 중에서 선택된 기유 77 ~ 95 중량%, 내마모제로서 징크알킬디티오포스페이트 0.05 ~ 5 중량%, 유기몰리브덴첨가제로서 몰리브덴디티오카바메이트 0.01 ~ 3 중량%, 마찰조정제 및 청정분산제로서 칼슘계 살리실레이트, 붕산칼슘계 살리실레이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 혼합물 0.1 ~ 5 중량% 및 점도지수 향상제를 포함하는 첨가제 0.05 ~ 10 중량%를 함유하는 엔진오일 조성물을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 각 구성성분별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 광유 또는 합성유 중에서 선택된 기유를 50 ~ 95 중량% 사용한다. 또한 기유의 점도지수가 100 이상인 고정제 광유 및 합성유를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 내마모제로서 징크알킬디티오포스페이트(ZnDTP)를 0.05 ~ 5 중량% 사용한다. 이때 상기 징크알킬디티오포스페이트는 프라이머리와 세컨더리 징크알킬디티오포스페이트의 비율이 2:1 정도가 적당하며, 사용량이 0.05 중량% 미만이면 내마모성이 좋지 않으며, 5 중량%를 초과하여 사용하면 고온에서 슬러지가 발생되는 문제가 있다.

유기몰리브덴첨가제로서 몰리브덴디티오카바메이트를 0.01 ~ 3 중량% 사용한다. 상기 몰리브덴디티오카바메이트는 경계, 극압윤활에서 금속과 반응하여 MoS2 형태의 피막을 형성 시켜 마찰계수를 낮추는 역할을 한다.

저농축 몰리브덴디티오카바메이트와 마그네슘 및 칼슘술포네이트는 저온에서는 금속표면에 쉽게 흡착되지 않으며, 고온에서만 술포네이트와 이황화몰리브덴이 결합된 형태로 금속표면에 흡착되어 윤활작용을 하게되며, 술포네이트와 금속표면 흡착력이 낮아 첨가제가 금속표면에서 쉽게 분리 되어 첨가제 소모가 많이 발생되 므로 장기간 저마찰특성을 유지 시키기 위해서는 첨가제 사용을 증대 시켜야 한다.

반면, 고농축 몰리브덴카바메이트와 칼슘계 살리실레이트, 붕산칼슘계 살리실레이트 또는 디부틸메틸렌 에스테르가 사용된 엔진오일은 경계윤활에서 금속표면에 흡착될 경우 살리실레이트와 이황화몰리브텐 결합된 윤활막을 형성하여 저마찰계수를 구현할 수 있으며, 저온에서도 살리실레이트가 금속표면에 강하게 흡착 되어 지속적으로 윤활작용을 할 수 있으며, 살리실레이트와 이황화몰리브텐 결합된 윤활막은 술포네이트 첨가제 윤활막보다 흡착력이 우수하기 때문에 처가제의 소모를 줄일 수 있으므로 첨가제의 사용량을 줄일수 있어 촉매 피독 및 촉매에 회분이 쌓이는 정도를 감소 시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 유기몰리브덴 첨가제는 알킬기의 탄소수가 8 ~ 13 인 것을 사용할 수 있고, 몰리브덴 함량 9.0 ~ 15.0 중량%, 황 함량 10 ~ 12 중량% 범위인 고농축 몰리브덴 디티오카바메이트를 사용하였으며, 이때 몰리부덴디티오카바메이트 사용량이 0.01 중량% 미만이면 마찰저감 효과가 없으며, 3 중량%를 초과하여 사용되면 고온에서 슬러지가 발생되는 문제가 있다.

마찰조정제 및 청정분산제로는 칼슘계 살리실레이트, 붕산칼슘계 살리실레이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 혼합물을 0.1 ~ 5 중량% 사용한다. 이때 그 사용량이 0.1 중량% 미만이면 저마찰계수를 구현하는 시너지 효과가 없으며 또한 슬러지 생성시 분산효과가 없고, 5 중량% 를 초과하여 사용하면 내마모성이 좋지 않게 된다.

상기한 몰리브덴디티오카바메이트 자체에 황이 있어 자체적으로 MoS₂ 피막형성이 가능하나 칼슘계 살리실레이트 또는 붕산칼슘계 살리실레이트를 조합하여 사용시 살리실레이트가 금속저온에서 마찰계수를 낮추는데 탁월하며, 디부틸 메틸렌 에스테르를 추가하여 사용시 내마모성과 마찰저감효과를 동시에 구현 할 수 있다.

점도지수 향상제를 포함하는 첨가제 0.05 ~ 10 중량%를 함유하며, 상기 점도지수향상제로서는 올레핀코폴리머를 사용할 수 있고, 그외 기타 첨가제는 유동성 향상제, 소포제, 녹부식방지제를 사용하는 것이 바람직 하다.

이하 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 2

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 엔진오일을 제조하였으며, 기유로서는 고정제 기유인 VHVI(Very High Viscosity Index)를 사용하였다.

	실시예(중량%)				비교예(중량%)
	1	2	3	4	1	2
기유	89.8	89.6	89.6	89.1	88.0	89.5
MoDTC	0.7	0.7	0.7	0.7	1.5
칼슘 살리실레이트	1.0		0.5	0.5
붕산칼슘 살리실레이트		1.0	0.5	1.0
디부틸 메틸렌 에스테르		0.2	0.2	0.2
징크알킬디티오포스페이트	1.5	1.5	1.5	1.5	2.0	2.0
마그네슘술포네이트					1.0	1.0
칼슘술포네이트					0.5	0.5
기타	7	7	7	7	7	7

상기 실시예 1~4 및 비교예 1의 조성물 신유와 JIS K 2514에 따른 산화안정 성 72시간 시험후 오일에 대해 PLATE-CYLINDER형 시편을 사용하여 온도 60, 90℃, 하중 400N에서 마찰계수를 측정 하였으며,

상기 조성물로 실제 엔진의 플라이휘일에 모터를 연결하여 엔진오일 온도 60, 90℃, 엔진회전속도 800rpm에서 토크를 측정 한 비연소 마찰시험 결과를 표2에 나타 내었다...

			실시예				비교예
			1	2	3	4	1	2
SRV 마찰계수	60 ℃	신유	0.08	0.07	0.06	0.06	0.09	0.12
	60 ℃	산화안정성시험후	0.08	0.07	0.06	0.06	0.12	0.13
	90 ℃	신유	0.07	0.06	0.05	0.05	0.06	0.11
	90 ℃	산화안정성시험후	0.09	0.07	0.05	0.06	0.09	0.12
비연소마찰시험 Nm		60 ℃	9.82	9.63	9.50	9.50	9.85
비연소마찰시험 Nm		90 ℃	9.73	9.53	9.47	9.20	9.73	10.67

상기 시험결과로부터 비교예 1의 경우 저온(60 ℃)에서 산화안정성 시험후 0.12로 마찰계수가 현저히 상승하였고, 비교예 2의 경우 전반적으로 마찰계수가 매우 높았으나, 실시예 1 이나 실시예 2의 고농축 MoDTC, 칼슘계 살리실레이트, 붕산칼슘살리실레이트, 디부틸 메틸렌 에스테르를 적절히 조합하여 사용한 실시예 3,4의 조성물은 비교예1보다 첨가제 사용이 적어도 마찰계수가 낮으며, 시험실적으로 엔진오일을 열화 시킨후에도 우수한 저마찰계수를 확보 할 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 엔진오일을 제조하면 엔진연비를 지속적으로 향상 시킬 수 있으며, 저온에서도 우수한 연비를 확보할 수 있다..

상술한 바와 같이, 고농축 유기몰리브덴첨가제로서 몰리브덴디티오카바메이트와 내마모제로서 징크알킬디티오포스페이트, 칼슘계 또는 붕산칼슘계 살리실레이트 등을 조합하여 제조한 본 발명의 엔진오일 조성물은 고온 뿐만아니라 저온에서 반응성이 우수하고, 살리실레이트와 MoS₂ 형태로 금속표면에 흡착되며, 살리실레이트는 금속과 조밀하게 흡착하여 흡착력이 강한 피막이 형성 시키므로 ZnDTP와 Mg 또는 Ca-술포네이트와 조합하여 사용한 엔진오일 보다 내구 수명을 증대 시킬 수 있다.

Claims

100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 광유 또는 합성유 중에서 선택된 기유 77 ~ 95 중량%, 내마모제로서 징크알킬디티오포스페이트 0.05 ~ 5 중량%, 유기몰리브덴첨가제로서 몰리브덴디티오카바메이트 0.01 ~ 3 중량%, 마찰조정제 및 청정분산제로서 칼슘계 살리실레이트, 붕산칼슘계 살리실레이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 1종 또는 그 이상의 혼합물 0.1 ~ 5 중량% 및 점도지수 향상제를 포함하는 첨가제 0.05 ~ 10 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 몰리브덴디티오카바메이트는 몰리브덴(Mo)함량이 9 ~ 15 중량% 범위이고, 황(S) 함량이 10 ~ 12 중량% 범위인 고농축 몰리브덴디티오카바메이트인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.