KR100569387B1

KR100569387B1 - 마찰저감형 엔진오일 조성물

Info

Publication number: KR100569387B1
Application number: KR1020040067062A
Authority: KR
Inventors: 배대윤; 한남규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-04-07
Also published as: KR20060018595A

Abstract

본 발명은 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 엔진오일 조성에서 점도지수 향상제로 올레핀코폴리머 대신 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate)를 사용하여 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라 마찰을 저감시킴으로써 엔진연비가 지속적으로 향상되며 고온뿐만 아니라 저온에서도 반응성이 우수하여 엔진오일의 내구수명을 지속시킬 수 있는 개선된 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것이다

마찰저감형 엔진오일, 점도지수 향상제, d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate), 내마모성

Description

마찰저감형 엔진오일 조성물{Engine oil composition of low rubbing}

본 발명은 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점도지수 향상제로 기존의 올레핀코폴리머 대신 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate)를 사용하여 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라 마찰을 저감시킴으로써 엔진연비가 지속적으로 향상되며 고온뿐만 아니라 저온에서도 반응성이 우수하여 엔진오일의 내구수명을 지속시킬 수 있는 개선된 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 것이다.

에너지의 효율적 이용과 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 등 자동차 배기가스에 대한 규제가 점점 엄격해 지고 있으며, 이러한 환경규제에 대응하기 위해서 각 자동차에서는 엔진구조 변경과 저마찰 엔진오일에 의한 연비향상을 목적으로 개발이 진행되고 있다.

일반적으로 사용되는 디젤 엔진오일의 내마모첨가제는 S, P가 함유된 첨가제를 사용하고 있다. 디젤엔진오일의 내마모첨가제로 기장 널리 사용되는 첨가제는아연 디알킬디티오포스페이트(Zinc Dialkydithiophosphate)가 일반적으로 사용 되고 있으며, 점도지수 향상제는 OCP(올레핀코폴리머)를 사용한다.

엔진오일에 의한 연비 향상은 엔진오일의 항력(Drag) 회전력(Torque) 저감과 습동부위의마찰저감이며, 엔진오일의 점도를 낮추면 항력(Drag) 회전력(Torque)을 저감시킬 수 있으나 습동부 마찰, 마모는 증가되는 문제점이 있다.

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

저점도화에 의한 습동부위의 마모발생을 억제하기 위해서는 마찰계수를 낮추고 마모를 감소시키는 첨가제의 사용이 필수이다. 디젤엔진오일은 연료의 미연소물인 수트(Soot)가 발생하게 되는데 수트(Soot)는 엔진오일의 점도를 상승시키고 내마모첨가제의 역할을 방해하고, 자체로 고형화되기도 하여, 실린더-라이너, 캠 등에 마모발생을 일으킨다.

일반적으로 사용되는 엔진오일은 저온 시동성 향상과 마모방지를 위해 점도지수 향상제를 사용한다.

점도지수 향상제는 저온 점도를 낮추며, 고온 점도를 높이는 역할을 하며, 마찰을 저감시키기도 한다. 엔진오일에서 일반적으로 사용되는 점도지수 향상제는 올레핀코폴리머(Olefine Co Polymer) 타입의 첨가제를 사용하나, 엔진오일에 수트(Soot)가 발생되면 내마모첨가제 및 점도지수 향상제의 기능이 약화되어 마모가 발생하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래 엔진오일의 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 점도지수 향상제로 올레핀코폴리머 대신 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate)를 특정 함량 사용하여 내마모성을 향상시킬 뿐만 아니라 마찰을 저감시킴으로써 엔진연비가 지속적으로 향상되며 고온 뿐만 아니라 저온에서도 반응성이 우수하여 엔진오일의 내구수명이 지속됨을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

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

본 발명은 100 ℃ 동점도가3 ∼ 10 cSt인 광유 또는 합성유 중에서 선택된 기유 66 ∼ 95 중량%, 점도지수 향상제로 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate) 1 ∼ 14 중량%, 내마모제로서 아연 디알킬디티오포스페이트 0.01 ∼ 5 중량%, 금속염 분산제로서 마그네슘 설포네이트, 칼슘 설포네이트 또는 이의 혼합물 0.05 ∼ 5 중량% 및 기타 첨가제 0.05 ∼ 10 중량%를 함유하는 엔진오일 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 엔진 오일은 기유(Base Oil)에다 그 엔진오일의 용도 및 특성에 따라 각종 첨가제를 적당히 배합하여 제조하는데, 마찰특성은 기유보다는 주로 첨가제에 의한 영향을 받는다.

본 발명에서 사용된 기유는 기어장치의 윤활에 사용하는 윤활유의 총칭이며, 치면간의 금속접촉을 방지하고, 마찰, 마모를 저하시켜 녹아붙는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 본 발명에서는 SAE 점도 분류에서 100 ℃ 동점도가 3 ∼ 10 cSt 이고, 점도지수가 100 이상인 고정제 광유 및 합성유를 단독 또는 조합 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서 기유의 바람직한 함량은 66 ∼ 95 중량%를 사용하는데, 이때 기유의 함량이 66 중량% 미만일 경우에는 첨가제의 양의 상대적 증대로 인해 저온시동성이 저하되고, 저하된 저온시동성을 상향시키기 위해 저점도 기유의 사용과 점도지수 향상제의 양을 늘릴 경우, 증발감량이 증대와 전단안정성이 저하되는 문제점이 있고, 95 중량%를 초과하는 경우에는 첨가제의 양이 지나치게 적어져 내마모성, 분산성, 산화안정성 등 엔진유로서의 일반적 역할을 수행하기 힘든 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

본 발명의 엔진 오일 조성물은 저마찰 계수에 의한 저연비의 특성을 갖기 위하여 상기 기유에 여러 첨가제를 포함한다. 즉, 금속 대 금속 간 접촉에 의한 3차원의 하중을 받는 구조에 적합한 마찰특성과 마찰재와 금속간의 접촉에 필요한 마찰특성을 동시에 갖기 위하여 점도지수 향상제, 마찰조정제, 내마모제 및 금속염 분산제 등의 첨가제를 동시에 첨가 사용하여 마찰에 대한 우수한 상승효과를 나타낸다.

본 발명은 수트가 없는 상태에서도 경계윤활 및 유체윤활 상태에서 저마찰의 효과를 얻을 수 있기 위하여 점도지수 향상제로 기존의 올레핀 코폴리머 대신에 다음 화학식 1로 표시되는 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate)를 사용하고 또 는 올레핀 코폴리머를 함께 조합하여 저마찰 효과를 얻을 수 있다.

d-PAMA는 상기 화학식 1의 물질의 하나 혹은 둘 이상의 단위체와 화학식 2 또는 화학식 3으로 표현되는 물질의 하나 혹은 둘 이상의 단위체의 공중합체로 이루어 진다. R¹과 R³은 각각 직쇄 혹은 측쇄의 C₁ ∼ C₁₈ 알킬기, R²와 R⁴는 각각 H또는 CH₃, e는 0또는 1이다. X¹과 X²는 각각 질소원자를 포함하는 아미노 또는 헤테로사이클릭 잔기이며, 그 예로는 다이메틸아미노, 다이에틸아미노, 다이프로필 아미노, 톨루이디노, 자일리디노, 메틸피리딜, 피롤리디닐, 퀴노릴, 파이로리도닐 등이있다. 화학식 2와 3으로 표현되는 물질의 단위체의 예로는 다이메틸아르니노메틸메타아크릴레이트, 다이에틸아르니노메틸메타아크릴레이트, 다이메틸아미노에틸메타아크릴레이트, 다이에틸아르니노에틸메타아크릴레이트, 다이에틸2-메틸-5-비닐필리진, N-비닐파이롤리돈과 이들의 혼합물이 있다

본 발명에서 점도지수 향상제의 바람직한 함량은 1 ∼ 14 중량%이며, 이때 함량이 1 중량% 미만이면 마찰저감의 효과가 없으며, 14 중량% 초과하면 고온에서 슬러지가 과도하게 발생되는 문제점이 있다.

점도지수 향상제의 분자량에 관계없이 저온 유동성과 내마모성의 향상, 연비성능향상이 발생하나, 효과적인 영역은 중량평균 분자량으로 100,000 ∼ 500,000이 바람직하며, 특히 180,000 ∼ 400,000영역이 더욱 바람직하다. 분자량 100,000 이하의 점도지수 향상제는 점증력이 낮아 윤활유완제품의 점도를 일정수준으로 맞추기 위해 첨가량이 늘어나, 제조원가상승 및 슬러지 발생의 우려가 있으며, 분자량 500,000 이상의 점도지수 향상제는 전단안정성이 떨어져 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명은 연비의 우수한 특성을 갖기 위하여 내마모제의 일종인 아연 디알킬디티오포스페이트(Zinc Dialkydithiophosphate, ZnDDP)를 사용한다. 상기 내마모제의 함량이 너무 많으면 엔진 조성물의 화학적 안정성이 저하되므로 0.01 ∼ 5 중량%가 적당하다.

그러나, 상기 내마모제인 아연 디알킬디티오포스페이트는 초기 마찰계수의 조정에는 효과가 있으나 오래 사용하면 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 본 발 명에서는 이를 보완하기 위하여 금속염 분산제를 첨가 사용한다.

상기 금속염 분산제는 전염기가 200 이상인 마그네슘 설포네이트 또는 칼슘 설포네이트를 단독 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 금속염 분산제의 바람직한 함량은 0.05 ∼ 5 중량% 이며, 이의 함량이 0.05 중량% 미만이면 슬러지가 다량 발생하며 5 중량% 초과시에는 극압성과 내마모성이 저하되는 문제가 있다.

그 밖에 기타 첨가제로는 유동성 향상제, 소포제, 녹부식 방지제를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 첨가제는 0.05 ∼ 10 중량% 사용하는 것이 바람직하다.

상기 첨가제 이외에도 본 발명의 엔진오일 조성물은 특성에 따라 일반적으로 첨가제를 추가로 첨가 사용할 수 있다.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1

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

구 분	실시예				비교예
구 분	1	2	3	4	1
기유^*1	90.5	89.0	87.5	87.5	86.5
d-PAMA^*2	5	8	2	3
올레핀 코폴리머^*3			6	5	9
ZnDDP^*4	1.5	1,5	1.5	1.5	1.5
마그네슘설포네이트^*5	1.0	0.5	0.5		0.5
칼슘설포네이트^*6		0.5	0.5	1.0	0.5
기타^*7	2				2
1 : VHVI 기유(Hydrocracking Mineral Oil), 4.2 또는 6.5 cSt @ 100 ℃ 2 : d-PAMA(Dispersant Polyalkylmethacylate), 중량평균분자량 190,000 3 : OCP(Olefin Copolymer), 중량평균분자량 250,000 4 : ZnDDP(Zinc Dialkyldithiophosphate), Zn 8.8중량%, P 8.0 중량%, S 16.2 중량%과 희석제로서 탄화수소 67 중량%의 조성을 갖는 Primary type ZnDDP 5 : 알카리토금속 설포네이트 중 Mg을 금속기로 하는 전염기가 200의 금속염분산제 6 : 알카리토금속 설포네이트 중 Ca을 금속기로 하는 전염기가 300의 금속염분산제 *7 : 유동성 향상제, 소포제, 녹부식 방지제 등 일반적 엔진유 첨가제 성분

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1의 조성물로 PLATE-CYLINDER형 시편을 사용하여 SRV 마찰계수 측정장비로 온도 90 ℃, 하중 400N에서 1시간 동안 평가하였으며, 엔진내구시험 후 오일의 마찰계수 및 내마모성을 측정한 시험 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

구 분			실시예				비교예
구 분			1	2	3	4	1
SRV 시험	마찰 계수	신유	0.110	0.101	0.120	0.118	0.135
	마찰 계수	엔진내구 후	0.120	0.109	0.135	0.135	0.155
	마모량 mm	신유	0.15	0.16	0.18	0.17	0.25
	마모량 mm	엔진내구 후	0.22	0.20	0.23	0.23	0.35
엔진내구 후 오일의 Soot 함량 (중량%)			5.2	5.1	5.3	5.1	5.2

상기 시험결과로부터 d-PAMA를 점도지수 향상제로 사용한 경우에 함량이 증가됨에 따라 마찰계수가 낮아지고, 올레핀 코폴리머와 조합하여 사용할 경우도 마찰저감 및 내마모성 효과가 크다는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명으로 엔진오일을 제조하면 엔진연비향상 및 내구성을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 엔진오일 조성물에 점도지수 향상제로 올레핀 코폴리머 대신에 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate)를 사용하여 저마찰 계수의 확보로 내마모성이 우수하며, 엔진습동부의 마찰을 저감시켜 엔진연비를 지속적으로 향상이 가능하다.

Claims

100 ℃ 동점도가 3 ∼ 10 cSt인 광유 또는 합성유 중에서 선택된 기유 66 ∼ 95 중량%, 점도지수 향상제로 d-PAMA(Dispersant polyalkylmethacrylate) 1 ∼ 14 중량%, 내마모제로서 아연 디알킬디티오포스페이트 0.01 ∼ 5 중량%, 금속염 분산제로서 마그네슘 설포네이트, 칼슘 설포네이트 또는 이의 혼합물 0.05 ∼ 5 중량% 및 기타 첨가제 0.05 ∼ 10 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 점도지수 향상제로 올레핀코폴리머를 첨가하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.

제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 설포네이트 또는 칼슘 설포네이트는 전염기가 200 이상인 것임을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.