KR101002912B1 - 왕복 내연 엔진에서 내부 엔진 증착물을 제거하는 전달 장치 - Google Patents
왕복 내연 엔진에서 내부 엔진 증착물을 제거하는 전달 장치 Download PDFInfo
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Abstract
접근 포트를 통하여 세정 조성물의 실질 부분을 엔진(260)의 내부 캐비티로 전달함으로써 왕복 내연 엔진(도 2)에서 엔진 증착물을 제거하기에 유용한 장치(20) 및 응용 도구(60)에 있어서, 전달 지점(320)이 접근 포트와 독립적이고, 엔진 캐비티(250)의 내부에 위치 가능한 장치(20) 및 응용 도구(60)가 개시되어 있다.
세정 조성물, 왕복 내연 엔진, 증착물
Description
본 발명은 세정 조성물을 왕복 내연 엔진의 내부 캐비티(cavity) 내의 바람직한 위치로 전달하는 장치에 관한 것이다. 이와 같은 장치는 적어도 하나의 엔진 캐비티 내부에 위치한 오리피스(oriffice)를 보유하고, 특정 내부 위치, 예를 들면 문제성 증착물이 존재하는 지점(point)으로 세정 조성물의 투여를 가능하게 한다; 이로 인하여, 유체전달지점이 연료 전달 시스템에 독립적이고 운반체로서 연소 공기(또는 기타 외부 수단)에 단독으로 의존하는 제약을 제거함으로써 세정조성물이 제거될 필요가 있는 탄소질 증착물에 전달되도록 한다. 이와 같은 장치는 세정 조성물의 실질적 부분을 엔진 내부의 증착물이 위치한 지점으로 또는 이에 매우 근접하게 방향성을 부여함으로써 왕복 내연 엔진에서 엔진 증착물을 제거하는데 유용하다. 보다 상세하게는, 본 발명은 세정될 적어도 하나의 내부 표면을 갖는 왕복 내연 엔진의 내부 캐비티 내의 하나 이상의 특정 위치로 세정 조성물의 조절된 전달을 가능하게 하는, 장치 및 이를 포함하는 응용 도구에 관한 것이다.
왕복 내연 엔진이 탄화수소 연료, 배출 기체 재순환(EGR), 포지티브 크랭크케이스 벤틸레이션(PCV) 기체의 산화 및 중합반응으로 인하여 캬뷰레터 포트(carburetor ports), 스로틀 바디(throttle bodies), 연료 분사장치(fuel injectors), 흡입 포트(intake ports) 및 흡입 밸브(intake valves)와 같은 엔진 부품의 표면에 탄소질 증착물을 형성하는 경향이 있다는 것은 잘 알려져 있다. 연료중 비연소 탄화수소의 일부가 복합 크래킹(cracking), 중합반응 및 산화 반응을 수행하고, 연료, 재순환 기체 및 윤활유와 상호작용할 수 있는 반응성 부분을 선도하여 연소실 및 연소 통로에 불용성 물질을 형성하는 것으로 사료된다. 이와 같은 증착물은 심지어 비교적 소량으로 존재할 경우에도 멈춤 및 불량 가속, 엔진 성능 저하, 연료 소비 증가 및 배출 오염물 생산 증가를 포함한 조종성 문제와 같은 현저한 작업 성능의 손실을 야기한다.
주로 가솔린 연료에서 이와 같은 원치 않는 증착물 형성을 방지하기 위하여 연료계 세제 및 기타 첨가물 패키지들이 개발되어져 왔다. 그 결과, 분사장치 증착 문제를 포함한 연료 전달 시스템에서의 문제점들이 현저히 감소되었다. 그러나, 이와 같은 세제 첨가물들을 사용한 이후에도, 분사장치 및 기타 부품들은 최적의 성능을 유지하기 위하여 때때로 추가의 세정을 필요로 한다. 이와 같은 첨가물 및 전달 장치는 증착물, 특히, 이미 존재하고 있는 중증착물(heavy deposits) 또는 연료 주입구 상류의 증착물을 완전히 성공적으로 제거하지는 못한다. 상기 기존재하고 있는 증착물 및 상류의 증착물로 인하여 엔진의 완전한 해체가 필요한 경우가 있다. 고농도의 세제 및 첨가물을 연료에 사용하려는 시도가 있었지만, 이와 같은 세제들은 연료와 혼합되어 사용되므로 연료 시스템에서 일반적으로 1% 이하(주로 엘라스토머(elastomer), 실(seal), 호스(hose) 및 기타 부품들과의 호환성을 위해)의 농도로 사용된다. 게다가, 이와 같은 연료에 존재하는 세제 첨가물이 엔진의 다양한 부분의 증착물을 제거하기 위하여 세정이 필요한 부분과 접촉할 필요가 있다.
특정 엔진 구성은 흡입 시스템에 기인하여 보다 많은 문제성 퇴적 영역을 갖는다. 예를 들면, 공기 유동의 초기 지점에서 시스템으로 연료를 분사하는 방식의 스로틀 바디형 연료 분사 시스템은 연료 첨가제를 사용하여 흡입을 비교적 깨끗하게 유지하도록 하지만, 포트 연료 분사 스파크 점화(PFI SI) 엔진은 흡입 밸브 바로 앞에서 연료를 직접 공기 스트림에 분사하고, 직접 분사 스파크 점화(DISI) 엔진 및 많은 수의 디젤 엔진은 연료를 연소실로 직접 분사한다. 그 결과, PFI SI 및 DISI 엔진의 흡입 매니폴드 상의 연료 주입구로부터 상류에 위치한 부픔들은 오일, 포지티브 크랭크케이스 벤틸레이션(PCV) 및 배출 기체 재순환(EGR) 시스템으로부터 원치 않은 증착물 형성이 증가되기 쉽다. 이와 같은 상류 엔진 공기 유동 부품들은 연료에 세제를 사용하더라도 엔진 증착물을 보유할 수 있다. 또한, 세제를 사용하더라도 흡입 밸브, 연료 분사장치 노즐, 공회전 공기 우회 밸브, 스로틀 판(throttle plates), EGR 밸브, PCV 시스템, 연소실, 산소 센서 등과 같은 일부의 엔진 부품들은 추가의 세정이 요구된다.
종종 연료 시스템에서 초점이 되는 이와 같은 문제성 영역을 세정하기 위하여 여러 일반적인 접근 방법들이 개발되었다. 일반적인 방법의 하나가 카뷰레터에서 직접적으로 세정 용액을 연료 주입 시스템의 개방 공기 스로틀 또는 흡입 매니폴드로 적용하는 것으로, 상기 세정제는 연소 공기 및 연료와 혼합되고, 조합 혼합물은 연소 공정에서 연소된다. 이와 같은 카뷰레터-세정 에어로졸(aerosol) 스프레이 세정물은 외부에 위치하면서 작동중인 엔진으로 적용된다. 카뷰레터/매니폴드 시스템 구조 뿐만 아니라 비교적 느린 전달 속도가 일반적으로 엔진 흡입에서 세정 액체의 축적을 억제한다. 그러나, 흡입 매니폴드에게는 자명한 것처럼, 종종 일부 실린더에 분배가 불량하고 세정이 최소로 되더라고 대다수의 세정제는 가장 가까운 엔진 연소실에 대해 최소한의 저항성이 있는 통로(path)를 택할 것이다.
또한, 이와 같은 기술은 진공 장치(fitting)를 통해 흡입 매니폴드로 세정 용액을 주입하기 위하여 변형되고 있다. 1999년 1월 12일자로 특허허여된 미합중국 특허번호 제5,858,942호에 기술된 바와 같이, 일반적으로, 이와 같은 세정 용액은 비-에어로졸 형태로 제공되고, 상기 세정용액을 엔진에 적용하기 위하여 엔진 진공을 사용하여 액체 형태로 작동중인 엔진에 주입된다. 이와 같은 신규한 제품이 상용 에어로졸 세정제보다 엔진을 세정하는데 있어서 보다 효율적일 수 있지만, 세정제를 복수의 흡입 러너(runners), 흡입 포트, 흡입 밸브, 연소실 등에 적용하는데 있어서 분배 문제가 발생되고 있다. 일반적으로, 상기 세정 제품은 매니폴드 상에 존재하는 진공 라인을 연결 해제하고, 진공 지점으로부터의 탄성 라인을 세정액을 포함하는 용기에 연결하고, 단일 포트로 세정 용액을 전달하기 위하여 엔진 진공을 사용함으로써 단일 지점을 통해 흡입 매니폴드로 주입된다. 세정 용액이 흡입 매니폴드에 첨가되는 속도를 제한하기 위하여 계량 장치를 사용할 수 있지만, 세정 용액을 첨가하는 위치는 흡입 매니폴드 상의 진공 장치의 엔진 설계에 의해 고정된다. 종종 이와 같은 배치가 일부의 실린더로 세정 용액을 주입하는데 선호되지만, 기타 부품에는 세정 용액을 거의 수용하지 못한다. 보다 문제가 되는 것은 일부 엔진 설계에는 엔진 연소실보다 낮은 부분에 흡입 매니폴드 층(floor), 플레넘층(plenum floor) 또는 공명(resonance)실을 갖도록 되어 있다는 것이다. 이와 같은 형태의 설계는 세정 용액을 이러한 영역으로 고이게 할 것이다. 상기와 같은 측면은 매우 빠른 속도로 세정 용액을 주입하는 것 뿐만 아니라 엔진이 작동하는 중에도 매니폴드에 세정 용액을 축적되어 고이게 할 수 있다. 일반적으로, 매니폴드에서 발생된 진공은 이와 같은 고여있는 액체를 즉시 이동하게 하거나, 연소실로 주입하기 위하여 액체를 세분화하기에 충분하지 않다. 그러나, 엔진의 후작동 또는 높은 엔진 속도하에서 이와 같은 액체 슬러그(slug)는 연소실로 주입될 수 있다. 만일 충분한 액체가 연소실에 주입되면, 수력 잠금(hydraulic locking) 및/또는 파국적인 엔진 고장을 일으킬 수 있다. 동작중인 엔진의 피스톤이 엔진 헤드를 향해 최대로 연장된 위치에 도달하고 본질적으로 압축할 수 없는 액체에 의해 잠금될 경우 수력 잠금 및 엔진 손상을 야기할 수 있다. 엔진 작동이 정지되고, 엔진 내부 손상이 야기된다.
따라서, 본 명세서에 작동중인 왕복 내연 엔진으로 세정 조성물을 주입하면서, 세정 조성물을 주입하기 위하여 엔진 캐비티 내부에 독립적인 다양한 위치를 제공하는 장치 및 응용 도구가 기술되어 있다. 이와 같은 독립적인 위치는 흡입 진공 시스템 내부에 위치하거나 및/또는 엔진 진공 포트 구성과 독립적으로 위치할 수 있다. 결국, 이와 같은 장치는 흡입 매니폴드로 세정 용액이 채워질 가능성을 감소하거나 제거하면서, 영향 영역에 세정 용액의 분배가 향상될 수 있게 하기 위하여 사용될 수 있다.
이와 같은 장치 및 응용 도구는 왕복 엔진에서 엔진 증착물의 빠른 제거를 가능하게 하며, 상이한 엔진 형태에 적합하다. 이와 같은 장치 및 도구는 가솔린, 디젤, 및 천연 기체 내연 엔진에 사용될 수 있고, 특히 기체 흡입 매니폴드 내부에 장착되기 적합하며, 위밍업 및 작동중인 내연 엔진이 세정되도록 세정조성물을 독립적인 내부 표면으로 전달하는데 사용될 수 있으며, 궁극적으로 탄소질 증착물을 제거하게 된다.
발명의 요약
본 발명은 세정 조성물을 왕복 내연 엔진의 내부 캐비티 내의 바람직한 위치로 전달하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 엔진 접근 포트와 독립적인 특정 내부 위치에 위치 가능한 적어도 하나의 오리피스를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 접근 포트(access port)를 통하여 왕복 엔진의 내부 캐비티(cavity)에 삽입되어 세정이 필요한 엔진 내부 표면에 인접하게 배치될 수 있는 처리 매니폴드(treatment manifold) 및 상기 처리 매니폴드와 유체 연통되는 연장 도관(elongated conduit)을 포함하며, 상기 처리 매니폴드는 세정이 필요한 상기 엔진의 내부 표면으로 유체를 전달하기 위한 오리피스를 구비한 적어도 하나의 조종 가능한(maneuverable) 말단부를 구비하고, 상기 처리 매니폴드는 접근 포트의 위치에 상관없이 독립적으로 오리피스를 엔진 내부의 세정이 필요한 위치에 도달시킬 수 있도록 충분한 길이를 가지며, 봉인 부재(seal member)가 상기 처리 매니폴드의 외주면에 위치하고 상기 처리 매니폴드와 함께 상기 엔진의 접근 포트와 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복 엔진 시스템의 내부 표면으로 세정 용액을 투여하는 장치가 기술되어 있다.
또 따른 일 실시예에 있어서, 처리 매니폴드는 엔진 내부의 독립적인 위치로 세정 조성물을 전달하도록 복수의 오리피스를 구비할 수 있다. 또 다른 일 실시예 있어서, 접근 포트를 통하여 왕복 엔진의 내부 캐비티에 삽입되어 세정이 필요한 엔진 내부 표면에 인접하게 배치될 수 있는 처리 매니폴드; 및 상기 처리 매니폴드와 유체 연통되는 연장 도관을 포함하며, 상기 처리 매니폴드가 중앙 구멍상에 위치한 복수의 오리피스와 연통된 중앙 구멍을 구비하고, 이로부터 방사상으로 외부로 연장되며, 상기 오리피스는 중앙 구멍을 따라 위치 가능하여 접근 포트의 위치와 독립적인 세정을 필요로 하는 복수의 내부 엔진 표면으로 세정 조성물을 실질적으로 전달하도록 유도하기 위하여 복수의 분리된 전달 지점(point)을 제공하고, 봉인 부재가 처리 매니폴드와 함께 상기 엔진의 접근 포트와 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 세정이 요구되는 엔진 시스템의 복수의 독립적인 내부 표면으로 세정 조성물을 전달하는 장치가 기술되어 있다. 중심부에 구멍을 구비한 처리 매니폴드 이외에도, 처리 매니폴드는 복수의 튜브를 포함할 수 있다. 따라서, 또 다른 일 실시예는 관통 통로(passageway) 및 분리된 유체 전달 지점에 대한 각 튜브상에 위치한 적어도 하나의 오리피스를 구비한 독립적으로 방향조절이 가능한 복수의 튜브를 구비하는 처리 매니폴드에 있어서, 상기 튜브가 근(proximal) 말단 및 원(distal) 말단을 구비하고, 상기 근 말단이 봉인 부재와 연통되고, 튜브의 적어도 하나의 원 말단이 세정이 필요한 엔진 내부 표면으로 위치 가능한 처리 매니폴드를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기에서 기술된 장치를 사용하는 응용 도구에 관한 것이다. 이와 같은 응용도구는
(a) 압력 조절장치와 연결된 입구 및 배출 출구를 구비하고, 엔진 세정 조성물로 충진된 압력 내성 저장 용기;
(b) 상기 압력 내성 저장 용기의 배출 출구에 연결된 조절 가능한 밸브;
(c) 밸브 작용에 따라 압력 내성 저장 용기로부터 배출된 엔진 세정 조성물을 수용하기 위하여 조절 가능한 밸브에 연결 가능하게 부착된 근 말단 및 원 말단을 구비한 적어도 하나의 연장 도관;
(d) 적어도 하나의 연장 도관의 원 말단부와 유체 연통되게 연결되고, 접근 포트를 통하여 엔진의 내부 공간으로 삽입되고, 접근 포트로부터 엔진의 내부 공간으로 연장되며, 내부 엔진 표면으로 유체를 전달하는 오리피스를 구비한 적어도 하나의 방향조절이 가능한 튜브를 구비하고, 세정이 필요한 표면에 근접하게 상기 오리피스를 위치시키기 위하여 방향조절이 가능한 튜브의 일부에 대해 동심원 형태로 위치한 안내부재를 구비한 처리 매니폴드; 및
(e) 접근 포트와 탈착 가능하게 연결되고, 연장 도관 및 처리 매니폴드와 함께 유체 전달을 가능하게 하는 봉인 부재를 포함하고,
내부 탄소질 엔진 증착물을 제거하기 위하여 세정 조성물을 투여하고 방향성을 부여하는 내연 엔진의 공기 흡입 시스템에 부착 가능하다.
다른 요인들 중에서, 본 발명은 흡입 시스템 증착물, 특히 흡입 밸브 증착물, 리지(ridge) 증착물, 연소 실린더 증착물, 및 연소실 증착물을 본 명세서 기술된 세정 조성물 및 특이한 장치 및 응용 도구를 사용하여 왕복 내역 엔진으로부터 효과적으로 제거할 수 있다는 발견에 기초한다. 또한, 본 발명의 장치는 공지의 포트 연료 분사 스파크 점화(PFI SI) 엔진 및 직접 분사 스파크 점화(DISI) 가솔린 엔진을 포함한 공지의 가솔린 엔진에서 특정 내부 증착물을 제거하는데 사용하기에 적합하다. 본 장치는 문제의 흡입 증착물을 제거하기 위하여 DISI 가솔린 엔진에서 사용하기에 특히 적합하다. 또 다른 실시예에서, 디젤 엔진, 및 CNG 및 LPG 엔진을 포함한 천연 기체 엔진 및 수소 연료 엔진과 같은 대체 연료 엔진을 본 발명의 장치 및 응용 도구를 사용하여 세정할 수 있다.
이와 같은 장치 및 응용 도구가 세정 조성물을 하나 이상의 문제성 증착물로 위치 가능하게 내부 전달할 수 있게 하며, PFI, DISI, 디젤, 해양, 및 천연 기체 엔진과 같은 넓은 범위의 이행정 및 사행정 내연 엔진 및 터보차저(turbochargers), 회전 및 왕복 펌프 및 터빈과 같은 이들의 부속물로부터 증착물 을 효과적으로 제거하기 때문에 내부 전달 증착물 제거는 특정 엔진 형태 또는 분류에 제한되지 않는다.
도 1은 세정이 요구되는 내연 엔진 내부의 독립적인 위치로 세정 조성물을 전달하는 응용 도구를 도시하고 있다.
도 2는 세정 조성물을 처리되어질 엔진의 내부 캐비티로 주입하는 다중-포트 장치를 도시하고 있다.
도 3은 다중 포트 및 내부 다중-러너(runner) 배치 장치 및 가압 응용 도구를 도시하고 있다.
도 4는 왕복 내연 엔진의 흡입 시스템 내부에 위치한 다중-포트 장치의 개략도를 도시하고 있다.
제조업체 및 서비스 센터에 대한 소비자들의 가장 큰 불만은 내연 엔진 내부에 축적되는 탄소 증착물이다. 상기 증착물들은 종종 운전안전성 문제, 엔진 성능의 손상 및 배기관 가스 배출의 증가를 야기한다. 최대 연료 효율을 제공하도록 설계된 신규의 엔진 기술은 증착물 축적에 더욱더 영향을 받기 쉽다. 특히, 낮은 NOx 배출을 달성하기 위하여 높은 EGR 비를 사용하는 최신의 디젤 엔진 뿐만 아니라 직접 분사식 스파크 점화(DISI) 엔진과 같은 엔진들은 상당한 흡입 시스템 증착물을 형성하고, 이는 연료-계 증착물 조절용 첨가제에 의해 개선되지 않을 것이다. 상기 현상의 가장 큰 이유는 상기 엔진 환경에 있어서 연료는 연소실 내부로 직접 분사되고 상기 연료 내의 증착물 조절용 첨가제는 심각한 흡입 시스템 증착물을 효과적으로 제거하는데 영향을 미치지 못하기 때문이다. 더욱이, 천연 가스 엔진과 같은 가스 연료 엔진에서의 증착물 형성은 값비싼 수리를 필요로 한다고 알려져 있다. 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 훈련된 기술자가 증착물 제거를 필요로 하는 왕복 엔진의 특정 내부 위치로 세정 조성물을 투여하는데 사용하기 위한 장치 및 응용 도구(application tool)에 관한 것이다. 세정 조성물이 직접 내부로 투여됨으로써 상기 바람직하지 않은 증착물의 대부분 분획이 짧은 시간내에 제거되도록 하고, 따라서 상기 증착물을 물리적으로 제거하기 위해 엔진을 분해하는 것과 관련된 비용의 상당 부분을 절감할 수 있다.
최근, 직접 분사식 스파크 점화(DISI) 엔진은 종래 포트 연료 분사식 스파크 점화(PFI SI) 엔진의 대안으로 도입되었다. 최근 몇년간, 적어도 3개 유형의 DISI 엔진(미쯔비시, 토요타 및 니싼의 엔진)이 일본 시장에 상업적으로 도입되었고, 현재 일부 모델은 유럽 및 아시아의 선택된 시장에서 구입가능하다. 상기 엔진들은 연료 효율 및 배기가스 배출 부분에서 우수하기 때문에 상기 엔진들에 대한 관심이 시작되었다. 스파크 점화 엔진용의 직접 분사식 방법은 엔진 성능 특성 및 가스 배출 수준을 유지하는 동시에, 엔진 연료 소모를 상당히 감소시킬 수 있게 하였다. 상기 엔진에서의 연료/공기 혼합물은 (종래 PFI SI 엔진에서의 화학량적 및 균질인 것과는 반대로) 종종 희박(lean) 및 성층화(stratified)되어서, 연료 비용 절감 효과를 야기하게 되었다.
상기 2개의 엔진 기술 간에 많은 차이점이 있다고 할지라도, 기본적인 차이는 연료 유도 방법에 있다. 종래 PFI SI 엔진에 있어서 연료는 흡입 포트 내부로 분사되고 흡입 밸브와 직접적으로 접촉하게 되지만, DISI 엔진에 있어서 연료는 연소실 내부로 직접 도입된다. 최근의 연구 결과에 따르면 DISI 엔진은 증착물 축적이 쉽게 일어나는 경향이 있고, 상기 증착물은 통상적인 증착물 조절용 연료 첨가제로는 제거되기 어렵다. 비록 DISI 엔진 기술이 상대적으로 최근 기술이지만, 계속적인 사용에 따라 상기 엔진들의 다양한 내부 표면에 증착물이 생성되기 때문에 성능 및 연료 경제성 장점이 감소할 것이다. 따라서, 효과적인 연료 세정제 또는 그의 "증착물 조절용" 첨가제 및 세정 조성물을 상기 비바람직한 내부 영역으로 정확하게 내부 전달되기 위한 장치의 개발이 상당히 중요하다.
또한, 디젤 엔진에 있어서 저황 연료의 사용 및 배기가스 재순환(EGR) 및 다른 엔진 처리 시스템의 사용과 같은 진전이 이루어짐에 따라, 상기 시스템의 운전을 위하여 보다 높은 수준의 엔진 청결도를 필요로 하는 한편, 더욱더 제거하기 어려운 증착물을 형성하는 경향이 있다. 밸브 오버랩(vlave overlap) 동안의 블로우백 가스(blow back gas) 뿐만 아니라 EGR 및 PCV 가스는 흡입 시스템 증착물 형성, 특히 흡입 포트 및 리지(ridge) 증착물의 원인이 된다. 상기 증착물은 연료-기반 증착물 조절용 첨가제로 제거될 수 없다. 결과적으로, 증착물 제거에 대한 상이한 접근법이 상기 엔진 기술에서 요구된다. 또한 DISI 엔진 및 가스 연료 엔진(예컨대, 천연 가스 엔진)은 유사한 증착물 제거 기술 및 장치를 필요로 한다. 더욱이, 수소, 천연 가스 및 기타 탄화수소 기반 연료와 같은 대체 연료의 필요성이 증가함에 따라, 상기 연료의 연소에 기인하여 생성되는 탄소질 증착물을 세정하기 위한 신규의 장치 및 조성물에 대한 필요성도 증가된다. 본 발명은 세정 조성물을 엔진 상의 접근 위치에 상관 없이 내부의 침전 위치로 효율적으로 전달하기 위한 장치를 사용함으로써 적어도 일부의 상기 문제점을 해결하고자 한다. 또한 상기 장치를 사용하는 투여 도구가 개시된다.
상기 세정 조성물의 첨가 성분을 전달하기 위한 투여 도구는 용기(대기압 또는 가압), 첨가제 조성물의 유속을 조절하기 위한 계측 밸브 또는 오리피스, 및 흡입 시스템 및 포트 내부에서 생성물의 일정한 분산을 위한 튜브를 포함한다. 상기 투여 도구의 필수 구성부품은 본 명세서에 있어서 처리 매니폴드라고 지칭하는 전달 튜브이고, 이것은 엔진의 기하학적 형태에 따라 강성 또는 연성 물질로 제조되거나 상기 2가지 물질을 모두 포함할 수 있다. 또한 상기 튜브를 경유한 첨가제 조성물 성분의 전달도 다양할 수 있다. 예컨대, 상기 튜브가 상이한 흡입 포트 사이를 횡단할 수 있도록 하거나 필요성을 제거하도록 그의 길이를 따라 기계화된 단일 또는 다중 홀 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 상기 투여 도구는 다양한 용도에 적합하며 다양한 내부 엔진 통로로부터 바람직하지 않은 증착물을 제거하는데 사용될 수 있다. 특히 상기 투여 도구가 엔진 세정 조성물로 충진된 배출 출구를 구비하는 내압 저장 용기, 상기 내압 저장 용기의 배출 출구에 연결된 조절 가능한 밸브, 밸브 작용에 따라 내압 저장 용기로부터 배출된 엔진 세정 조성물을 수용하기 위하여 조절 가능한 밸브에 연결 가능하게 부착되고 관통 구멍을 구비하는 근 말단 및 원 말단을 구비한 적어도 하나의 연장 도관, 적어도 하나의 연장 도관의 원 말단부와 유체 연통되고, 상기 엔진 내부의 접근 포트를 통하여 엔진의 내부 캐비티로 삽입하도록 개조되고, 접근 포트로부터 내부 엔진 캐비티의 내부로 유체 전달을 연장하는 오리피스를 구비한 적어도 하나의 방향 설정이 가능한 튜브를 구비하는 처리 매니폴드, 세정이 필요한 표면에 근접하게 상기 오리피스를 위치하도록 방향 설정이 가능한 튜브의 일부에 대해 동심원 형태로 위치한 안내 부재 및 접근 포트와 탈착 가능하게 연결되고, 연장 도관 및 처리 매니폴드와 함께 유체 전달을 가능하게 하는 봉인 부재를 포함하고, 내부 탄소질 엔진 증착물을 제거하기 위해 세정 조성물을 투여하고 방향성을 부여하는 내연 엔진의 공기 흡입 시스템에 부착가능한 경우 특히 유용하다.
DISI 엔진의 경우에 있어서, 엔진 캐비티 내의 적절한 하나의 상기 접근 포트는 흡입 러너와 연결된 레일이고, 여기서 상기 튜브는 PCV(positive crankcase ventilation) 레일 내부에 삽입된다. 상기 첨가제 조성물 성분은 가압 공급되거나 엔진 흡입 진공 하에서 전달될 수 있다. PCV 레일 내부에 삽입된 튜브는 최대 증착물 세정 효율을 위해 각 흡입 포트의 상류에 상기 첨가제 조성물을 정확하고 일정하게 전달할 수 있게 할 것이다.
상기 세정 과정은 완전히 워밍업된 엔진에서 실시되고 상기 엔진은 제조업체에 의해 추천되는 공전 속도부터 약 3,000 RPM까지의 속도 범위로 운전된다. 상기 첨가제 조성물의 유속은 넓은 범위의 전달 시간을 허용하도록 조절될 수 있다. 10㎖/min 이하의 낮은 속도도 사용될 수 있다고 할지라도, 약 10 내지 140 ㎖/min 범위의 유속이 일반적으로 사용된다.
종래의 PFI SI 엔진에 있어서, 상기 튜브는 진공 라인을 경유해 흡입 매니폴드 또는 흡입 시스템 내부에 삽입된다. 상기 첨가제 조성물 시스템은 상기 첨가제 조성물의 분산이 최적화되게 설계된 다중 홀을 사용하여 가압 하에서 전달되는 것이 가장 바람직하다. 본 과정의 나머지 부분은 상기 DISI 투여에 대하여 설명된 것과 유사하다.
본 발명의 실질적 배열의 한정되지 않는 실시예는 본 발명 중 하나의 장치 및 응용 도구(application tool)을 도시한 도 1을 참조하여 설명될 것이며, 내부 탄소질 함유 엔진 침전물을 제거하기 위해 본 명세서에서 설명되는 방법으로 사용될 것이다. 본 명세서에서 자동차 엔진이 예시되고 사용된다고 할지라도, 이들의 용도 및 상기 방법, 장치 및 도구에 한정되지 않고, 트럭, 밴, 모터보트, 정치엔진(stationary engine) 등을 포함하는 내연 엔진(internal combustion engine)에 사용될 수 있다. 일 실시예는 공전속도(idle speed) 또는 공전속도 보다 약간 높은 속도에서 주행하는 동안 흡입 매니폴드 진공(intake manifold vacuum)을 전개(develop)할 수 있는 엔진에 관한 것이다. 만일, 엔진이 매니폴드 진공을 전개하지 못한다면, 상기 장치는 생성물을 전달시키기 위해 가압될 수 있으므로 결국 엔진 진공에 의존하지 않게 된다.
도 1은 첨가 성분을 내연 엔진 내에 분리된 위치(location)로 전달하는 응용도구를 도시한 것이다. 세정 장치(10)는 세정 유체를 수용하는 저장 용기(20)를 포함한다. 이들 유체들은 하나의 세정 조성물 또는 연속적으로 적용되는 복수의 세정 조성물일 수 있다. 저장용기(reservoir)는 사각, 원통형 또는 다른 적절한 형상일 수 있으며, 어떠한 화학적 내성 재질로 제조될 수 있다. 조작자(operator)가 사용된 유체의 양 및 유속을 쉽게 확인할 수 있도록 한다는 점에서 투명 또는 반투명 물질인 것이 바람직하다. 그밖에, 눈금 또는 다른 표시가 된 저장기가 유체 첨가를 조절하도록 이용될 수 있다.
저장 용기(20)는 연결부(neck)(22)를 구비하고, 재충전 개구부(re-filling opening)를 제공하기 위해 제거 또는 해체될 수 있는 나사산 캡(threaded cap), 코크, 플러그, 밸브 등과 같은 체결 시스템(fastening system)을 선택적으로 구비한 다. 또한, 이러한 체결 시스템은 작동 중에 제거되는 유체를 치환하기 위하여 인티드랄 벤트(integral vent)를 구비할 수 있다. 액체가 엔진 흡입관(suction)을 통해 형성된 진공에 의해 제거되는 경우, 벤트는 공기 벤트일 수 있으며, 견고한 용기가 약해지는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예로서, 벤트는 압력원에 결합될 수 있다. 이러한 경우에 저장 용기(20)는 압력 내성(pressure resistant)인 것이 바람직하다.
일실시예에서, 유체는 유체 원동력(motive force)인 엔진을 이용하여 용기에서 바람직한 처리 위치로 이송된다. 엔진 흡입관(즉, 운행 중인 엔진의 의해 생성되는 진공)은 그 장치가 작동하는 동안 저장 용기 내에 유체를 분배하는데 사용되며, 엔진의 진공 포트에 연결되어 있다. 엔진이 하중 하에 있지 않은 경우 공전속도에 근접한 속도로 매니폴드 진공실과 함께 작동하기 때문에, 공전속도 이상의 속도로 하중하에서 과도한(supra-ambient) 흡입 매니폴드 압력에서 작동할 수 있는 과급식 엔진(turbocharged engines)은 엔진 진공실을 이용하여 세정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 외부 유체 원동력이 적용될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 추가적으로 설명된다.
저장 용기(20)는 용기의 기저측에 하측 말단(26)으로 연장되는 유연한 또는 고정된 사이폰 튜브(siphon tube)(24)를 구비한다. 다른 측면에서, 저장 용기는 유체 전달용 덮개 수단에 부착된 적절한 크기의 사이폰 튜브를 가지면서 역전될 수 있거나, 이러한 경우에 사이폰 튜브는 용기 내부로 연장되지 않을 수 있다. 역전된(inverted) 장치는 중력에 의해 조력될 수 있다. 사이폰 튜브는 용기 내에 수용되는 유체에 유체 접촉한다. 사이폰 튜브는 저장 용기의 벽, 체결 장치에 고정될 수 있거나 연결부(22)로부터 자유롭게 제거될 수 있다. 저장 용기를 빠져나가는 사이폰 튜브는 다양한 부속품(fitting)에 연결되며, 선택적으로 유량 할당(flow proportioning)에 유용한 조정 가능한 밸브(30) 또는 다른 유량 미터링(metering) 수단에 연결된다. 조정 가능한 밸브는 조정 가능한 밸브의 앞 및/또는 뒤에서 유동을 차단하기 위해 사용될 수 있는 격리 밸브(isolation valve), 분리 밸브(separate valve) 및 T자관을 포함할 수 있는 유동 스위칭 수단, 이방향성 밸브, 다방향성 밸브와 같은 추가적인 구성요소를 포함할 수 있으며; 및 유량 제어기,특수한(restricted) 오리피스, 미터링 밸브 등이 추가적으로 결합되어서 생성된 엔진 진공, 이송되는 유체의 물리적 특성, 바람직한 유속 등에 의존되는 유량 할당이 조정된다. 최종적으로, 조정 가능한 밸브는 현재 존재하는 사이폰 튜브 또는 조정 가능한 밸브에 결합되는 근 단부(proximal portion)를 구비하는 호스(40) 또는 유연한 연장도관과 연통한다. 유연한 도관의 원말단(distal portion)은 접근 포트(access port)를 통해 엔진 내부에 삽입되는 처리 매니폴드(60)에 연결된다. 이러한 접근 포트는 플랜지(flange) 및 봉인 부재(seal member)(50)에 의해 생성되는 수반구조물(accompanying structure)의 부가에 의해 생성되거나, 또는 작동 중에 진공 포트 또는 다른 지점을 통해 흡입 공기 시스템 구성요소에 의해 생성될 수 있다. 일반적으로, 만일 공기 흡입관(air intake) 내에 한 지점이 제공되는 것이 바람직하다면, 다른 영역에 진공 전달(vacuum communication)을 제공하는 복수의 접근 포인트가 쉽게 이용 가능하다. 예를 들어, 진공 호스는 PCV, 브레이크 부스터(brake booster), 매니폴드 압력 센서, EGR, 분배기(distributor), 챠콜 카니스터 퍼지 포트(charcoal canister purge port) 등에서 시작할 수 있다. 봉인 부재를 관통하는 유체 개구부를 구비하는 봉인 부재(50)는 처리 매니폴드(60)와 유연한 도관 사이에 배치되어 처리 유체가 엔진에 흐르도록 하면서 엔진에 진공 봉인(vacuum seal)을 제공한다. 요구되는 밀봉 정도는 엔진 제어 시스템에 의존한다.
큰 구멍(bore) 디젤 및 큰 구명 천연 가스 엔진을 포함하는 보다 큰 엔진에 있어서, 이러한 접근을 제공하기 위해 엔진 시스템을 변경하는 것이 바람직하다. 이들 큰 엔진에 있어서, 현재 존재하는 포트, 예를 들어 공기 흡입 매니폴드는 세정 되어질 부품에 용이한 접근을 제공하기 위해 적절하게 접근할 수 없다. 흡입관은 세정 조성물의 도입을 위한 적절한 경로를 제공하기 위해 구멍이 뚫어지거나 다르게 변형될 수 있다. 세정 과정이 완료된 후에, 이들 새로운 접근 포트는 엔진 보전을 유지하기 위해 마개로 막아질 수 있다. 마찬가지로 이러한 변형은 또한 작은 엔진에서 수행될 수 있으며, 특히 적절한 접근 포트를 용이하게 이용할 수 없는 경우에 수행될 수 있다.
모든 경우에 있어서, 처리 매니폴드는 내부 흡입 시스템, 러너(runners) 및 포트와 같은 내부 엔진 캐비티(interior engine cavity) 내부의 분리된 지점(들)에 세정 조성물(들)을 분배하여 이에 의해 해로운 흡입 밸브 튤립(tulip) 증착물, 리지(ridge) 침전물 등을 제거되도록 한다. 처리 매니폴드는 내부 포지셔닝(positioning)이 문제성 증착물이 있는 지점 또는 인접한 지점에 내부 위치되도록 하여; 세정제를 운반하기 위한 다른 분배 장치에 의존하지 않으면서 문제가 있는 지점에서의 세정 효과를 높일 수 있도록 한다. 처리 매니폴드는 세정 조성물이 엔진 캐비티 내부의 특정 영역을 정확히 가리키고, 그 방향을 향하도록 사용될 수 있으며, 따라서 세정 조성물의 상당 부분이 증착 위치로 이송될 수 있다. 처리 위치는 접근 포트 구역과 독립적이며, 바람직하게 접근 포트 구역(다운스트림)에서 침전물까지 오염물을 분출하지 않는다; 따라서 제거되는 것이 바람직한 증착물은 효과적으로 악화된다.
처리 매니폴드는 엔진 타입, 형상 및 커넥터, 진공 포트 및 흡입 포트를 포함하는 이용 가능한 엔진 접근에 의존하여 설계된다. 따라서, 처리 매니폴드는 견고하거나 유연할 수 있으며, 세정 유체 및 엔진 작동 조건에 양립되지 않는 적절한 재질로 구성될 수 있다. 그러나, 처리 매니폴드는 처리 매니폴드가 들어가는 제약물(constraints)의 크기이며, 엔진 캐비티 내부에 배치된다. 삽입을 위한 한정되지 않는 위치는 PCV 포트, 브레이크 부스터 포트, 공기 컨디셔닝 진공 포트, 천공된 액세트 포트 등과 같은 진공 포트 개구부, 공기 흡입 개구부를 포함한다. 또한, 이러한 처리 매니폴드를 경유하는 세정 조성물의 이송은 변할 수 있다. 예를 들어, 처리 매니폴드는 흡입 포트 위치를 가리키는 선택적 표식을 구비하는 유체 이송을 위한 단일 개구부 또는 오리피스를 구비할 수 있으며, 다중 밸브 엔진 상의 A 및 B포트, 또는 단일 연소실에 앞서는 공통 A/B포트와 같은 상이한 흡입 포트들 사이를 횡단할 수 있도록 하며, 또는 상이한 연소실로 유도하는 흡입 포트들을 횡단할 수 있도록 한다. 이러한 조종 가능성(maneuverability)은 처리 매니폴드가 실질적으로 세정이 필요한 엔진의 내부 표면에 인접한 위치에 배치될 수 있도록 한다. 처리 매니폴드는 접근 포트의 위치에 독립적인 충분한 길이이며, 유체가 문제가 있는 영역을 향하도록 하는 오리피스에 인접한 조종 가능한 말단부를 구비한다. 다른 실시예로서, 처리 매니폴드는 길이방향을 따라 제조된 다수의 홀 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 이들 다중 오리피스는 하나 또는 그 이상의 위치에서의 분배를 개선하기 위해 그 크기가 다를 수 있다. 또한, 다중 오리피스는 이러한 횡단의 필요성을 감소시키거나 제거하기 위해 제공될 수 있다. 오리피스의 위치는 입구 러너와 서로 관련될 수 있으며, 이에 의해 세정 조성물의 최적 분배가 달성된다. 다른 측면에서, 처리 매니폴드는 세정 조성물의 이송을 위한 오리피스가 설치된 복수의 독립적인 배향 가능한(directable) 튜브를 구비할 수 있다.
처리 매니폴드는 유체를 문제가 있는 영역으로 향하게 하는 오리피스에 인접한 조종 가능한 말단부를 구비한다. 가장 간단한 측면에서, 이러한 조종 가능성 및 횡단은 처리 매니폴드의 외주면에 위치하는 봉인 부재를 탈착 가능하게 연결되게 함으로써 달성될 수 있으며, 봉인 부재가 다시 연결된 후에 처리 매니폴드를 새로운 위치에 수동적으로 재배열함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 처리 매니폴드가 엔진 내부에서 가장 먼 위치까지 연장된다면, 새로운 배치는 봉인 부재를 해제하고 엔진 내부에 위치했던 처리 매니폴드의 일부를 제거함으로써 조정될 수 있으며, 이후 실(seal)이 다시 맞물려지고, 세정 용액은 현재 긴 길이를 가지는 연장 도관에 의해 상기와 같이 전달된다. 다른 실시예로서, 처리 매니폴드는 제거되거나 작은 크기로 잘라질 수 있다. 처리 매니폴드의 배치는 수동적으로 조작자가 연장 도관을 움켜잡아 권취(rotating)하거나 및/또는 처리 오리피스를 원하는 위치로 조종함으로써 전개되거나 또는 회수될 수 있다.
다른 실시예로서, 이러한 배치는 자동화될 수 있다. 처리 매니폴드는 엔진 캐비티를 횡단하는 육안으로 관찰되지 않는(telescopic) 움직임을 가질 수 있다. 처리 매니폴드는 엔진 캐비티로 더 연장된 인접 부재와 연통하는 네스트된(nested) 동심 분할부 각각과 같이 견고해질 수 있고; 또는 그 자체가 물질을 뒤로 접히게 하는 유연한 구성 또는 그와 유사한 형상에 의해; 또는 처리 매니폴드를 통하여 연장되는 유연한 말단부와 연접하는 견고한 안내부재를 이용함에 의해 견고해질 수 있다. 처리 매니폴드의 원말단은 매우 다양한 방법으로 배치될 수 있다. 일 측면으로, 강한 자석과 같은 외부 힘이 원말단의 배치에 사용될 수 있다. 이러한 적용에서 말단부는 철을 함유한 물질로 제조될 수 있어 외부 자석의 움직임에 의해 원하는 경로를 따라 배향된다. 외부 유체는 육안으로 관찰되지 않는 움직임을 확장하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 처리 매니폴드는 일반적으로 외주벽이 안전하게 결합되어 있는 원위 원통 단부를 가지는 원통형 하우징을 구비한다. 이 벽은 그 자체가 뒤로 접히어 확장 가능한 원말단을 형성하고 봉인(seal) 부재에 인접한 근말단(proximate end)을 형성하기 위해 부채(fan) 접힘되어 원통형 하우징 내부로 끼워져서 내부 관형상(tubular) 벽을 형성한다. 내부 벽은 이를 관통하는 내부 통로 및 확장 가능한 외부 캐비티를 형성한다. 가스 또는 유체 입구는 외부 캐비티에 연결되어 서로 연통하며, 압력 존재 하에 도입되는 경우, 확장 가능한 원말단이 외부로 확장된다. 따라서 처리 매니폴드의 원말단 및 오리피스는 육안으로 관찰되지 않는 움직임에 의해 적절한 위치에 배치될 수 있다.
다른 실시예로서, 처리 매니폴드의 원말단은 소형 외부 제어 유니트와 연통하는 하나 이상의 케이블에 결합된다. 제어 메커니즘은 작동 케이블에 효과적으로 연결되어 유연한 본체부(body portion) 및 적어도 하나의 원말단 상에 유연한 끝단부(tip portion)를 구비한다. 제어 메커니즘은 작동 케이블에서 발생되는 장력의 크기를 제어할 수 있도록 제작된다. 바람직하게, 원단부(distal portion)는 제어 메커니즘에 결합되는 집적 4-케이블 장치로 설치되는데, 집적 4-케이블 시스템은 단계적인 움직임 및 상하 움직임을 조종하기 위해 사용되는 적어도 두개의 손잡이(knob)를 구비하고 있다. 선택적으로, 원단부는 봉인(seal) 부재의 외부로 연장되는 하나 이상의 일루미네이션(illumination) 섬유로 된 하나 이상의 광섬유 이미지 다발(fiber optic imaging bundle)에 결합될 수 있다. 따라서, 원단부는 케이블 전송 또는 무선 전송에 의해 이미지를 비디오 모니터에 전송하는 CCD 카메라와 같은 소형 비디오 카메라로 형상화될 수 있다.
또한, 처리 매니폴드는 유연한 도관에 결합된 다중 튜브로 구성될 수 있는데, 여기서 상기 튜브는 의존적으로 또는 독립적으로 엔진 흡입 매니폴드가 있는 동일한 또는 상이한 진공 지점을 통해 바람직한 처리 위치를 향할 수 있다. 이들 다중 튜브는 단일 또는 다수의 흡입 포트에 유체를 배분하기 위해 길이 방향으로 제조된 홀 또는 오리피스를 구비한다. 다중 튜브는 변화하는 진공 원동력 및 다양한 오리피스에서 흐름 프로파일을 보상하는 다양한 내부 직경으로 제조될 수 있다. 개방된 튜브 오리피스로부터 유체의 배분을 돕기 위해, 튜브의 원단부는 선택적으로 분무 또는 다른 개선된 스프레이 배분을 제공하는 노즐이 설치될 수 있다.
도 2는 처리될 엔진의 내부 캐비티 안으로 세정 조성물을 도입하는 다중-포트 장치를 도시한 것이다. 상기 엔진(미도시)은 연소실(미도시)에 연소 공기를 공급하는 공기 흡입 매니폴드(100)를 구비한다. 다중-포트 엔진에서, 공기 흡입 매니폴드(100)는 공기 흡입구에서 연소실까지 유도하는 복수의 흡입 러너(110)를 구비할 수 있다. 또한, 공기 흡입 매니폴드는 스로틀 바디(throttle body), 진공 포트, PCV 포트 및 그밖에 커넥션과 같은 다양한 접근 지점을 구비할 수 있는데, 커넥션은 엔진 캐비티 내부에 처리 매니폴드(60)으로 예시된 이송 수단의 삽입할 수 있도록 하는 적절한 크기이다. 이러한 포트는 적어도 하나의 흡입 러너(110)와 연통되는 PCV 레일 또는 PCV 포트(120)이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 연통은 PCV 레일에서 흡입 러너(들)까지 개방 오리피스(130)를 관통한다. 복수의 오리피스(62)를 구비하는 처리 매니폴드(60)는 PCV 레일(120) 안으로 삽입되며, 선택적으로, 처리 매니폴드 상의 오리피스는 PCV 레일 상의 오리피스와 서로 연관된다. 필요에 따라, 이들 처리 매니폴드는 PCV 레일을 횡단할 수 있다. 처리 매니폴드(60)는 이송되는 세정 유체를 포함하는 저장기(미도시)로 유도하는 연장 도관(40)에 유체 연통한다. 연장 도관(40)과 처리 매니폴드(60) 사이의 결합에는 PCV 레일 내부 또는 플러그로서 제공되는 엔진 외부의 적어도 한 표면을 구비하는 봉인부재(50)가 있고, 이러한 경우에 엔진 진공이 저장 용기로부터 세정 조성물을 뽑낼수 있게 한다.
작동에 있어서, 본 발명에 따른 장치(10)는 처리되는 엔진에 인접한 적절한 위치에 장착될 수 있다. 공기 흡입 매니폴드 내부에 처리 구성의 도입을 위한 적절한 통로 배치는 특정 엔진 및 특정 처리 매니폴드와 관련하여 선택된다. 예를 들어, 1.8L DISI 엔진이 설치된 1998 미쓰비시 카리스마(Mitsubishi Carisma)에서, DISI 엔진은 흡입 밸브의 B포트에 접근할 수 있는 PCV 레일을 구비한다. 그러나, 공기 흡입 매니폴드 상에 설치된 PCV쪽의 엔진 내부 크랭크실과 연통되는 PCV 밸브를 가지는 다른 엔진들이 이러한 목적을 위해 제공될 수 있다. 특정 엔진에서 공기 입구 및 브레이크 진공 라인은 위치가 확인은 되었으나 바람직하지 않다. 그러나, 이들은 다른 엔진에서는 바람직할 수 있다. 장치를 설비하기 위해, PCV 장치에 연결되는 엔진 호스는 단절되고, 처리 매니폴드는 봉인 부재(50)에 의해 봉인된 레일 개구부의 잔여부분(remainder)를 가지고 PCV 내부에 삽입된다. 세정 과정은 완전 가온된 엔진(fully warmed engine) 상에서 실시되는 것이 바람직하나, 엔진이 제조업체에서 추천되는 공전속도부터 약 3000 RPM(revolusions per minute) 범위의 엔진 속도로 운전된다. 이후, 세정 조성물이 처리 매니폴드를 경우하여 처리를 요하는 분리된 엔진 위치에 도입된다. 몇몇 응용이 매니폴드의 횡단을 요구할 수 있다. 만일 연속적으로 세정 조성물이 사용된다면, 세정 조성물은 유사한 방법으로 도입될 수 있다. 장치는 작동 중에 바람직한 유속 또는 보정된 필드에 도달하도록 미리 보정될 수 있다. 또한, 이러한 보정 및 횡단은 자동화 될 수 있다. DISI 엔진에서, PCV 밸브에서 연소실까지의 흡입부는 연료와 접촉하지 않으며, 흡입 밸브 상에 엔진 침전물을 증가시키는 경향이 있다. 본 명세서에서 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다.
상기 장치 및 응용도구는 유체 원동력으로서 공기 흡입 매니폴드 내부에 생성된 엔진 진공을 이용하여 규정된다. 그러나, 바람직한 측면으로서, 세정 조성물은 세정 용매를 엔진으로 이송하기 위한 외부 압력원을 구비하는 변형된 장치를 이용하여 도입될 수 있다. 이러한 외부 압력원은 가압 에어로졸 용기, 가압 가스(압축 공기, 질소 등)일 수 있고 또는 대안적으로, 펌프가 사이폰 튜브(24)와 유연한 도관(40) 사이를 연통하여 연결될 수 있다. 유체의 이송 및 미터링을 위한 적절한 펌프가 당업자에게 공지되어 있다. 또한, 적절한 가압 장치들, 예를 들어, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 편입된 미국특허 제4,807,578 및 5,097,806에 기재된 가압 장치들이 이용될 수 있다. 일반적으로, 가압 장치는 엔진(즉, 처리 매니폴드(60) 또는 다른 이송 도관) 내부에 배치되는 것이 필요한 두꺼운 도관을 포함하는 작은 크기 치수를 구비하는 구성요소로 제조될 수 있다. 또한, 가압 장치는 매니폴드 오리피스(들)(62)에서 증가된 유체 제어를 위한 기회를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이들 오리피스(들)는 가압 보상 밸브, 흐름 제한기 및 여러 노즐과 함께 설치될 수 있어 세정 화합물의 분배를 개선한다.
에어로졸 가압 장치는 처리 매니폴드(60)에 연통하는 유체가 주입될 수 있는 세정 조성물을 포함한 에어로졸 용기를 구비하는 것으로 규정된다. 가압 가스 장치는 세정 조성물을 포함하는 가압 용기와 접촉한 조정가스(regulated gas)를 사용하는데, 가압 가스는 유체를 처리 매니폴드에 유체 연통하는 배출 말단으로 배출한다. 상기 장치에 규정된 바와 같이, 양 장치는 세정 조성물을 바람직한 엔진 처리 영역으로 전달하기 위한 구성이 될 수 있는 압력 조정기, 흐름 밸브, 필터 및 차단 밸브를 선택적으로 포함할 수 있다. 하나의 적절한 가압 가스 장치(도 3 부분 도시)는 공급호스(201)를 통하여 공급원(200)으로부터 가압 공기, 전형적인 숍 에어(shop air)에 의해 제공된다. 가압 공기는 세정 조성물이 봉인 부재(250)에 해체 가능하게 결합된 연장 도관(240)을 통해 방향지워지는 것을 조력하고, 오리피스(262)에서 배출되도록 처리 매니폴드(260)에 유체연통되는 것을 조력한다. 가압 가스 장치는 조정기를 포함하는데, 조정기는 공급 호스와 연통하며, 보다 상세하게는 공급 호스의 제1 말단이 공기 공급 호스원에 결합될 수 있고, 호스의 제2 말단이 조정기에 결합될 수 있으며, 이러한 부속품은 단시간에 단절될 수 있다. 조정기(regulator)에는 압력 저항 용기 내부의 공기압 및 공기량을 변화시키거나 제어하기 위해 사용되는 조정 손잡이(adjustment knob), 및 상기 장치 내의 공기 압력을 측정하는 게이지가 설치된다. 조정기는 저장기(reservoir)의 상단부에 위치하는 체크 밸브를 통해 상기 저장기의 주본체(main-body)에 연통한다. 상단부는 내부-부속품 나사산(inter-fitting thread) 및 O-링과 같은 개스켓(gasket)을 이용하여 주본체를 보호할 수 있다. 상단부에 부착되는 것은 압력 릴리프 밸브(pressure relief valve)가 장착된 벤트 캡(vent cap)인데, 압력 릴리프 밸브는 바디 구획 내에 압력 강하를 위해 개방될 수 있다. 또한, 주본체 및 바람직하게 상단부에 부착되는 것은 주본체의 내부 캐비티를 향하며, 전달되는 세정 조성물과 유체 연통하는 사이폰 튜브이다. 사이폰 튜브는 어떠한 부속품(fitting)에 결합되고, 체크 밸브와 연통하는 출구를 경유하여 메인 바디를 빠져나온다. 체크 밸브의 다운 스트림은 결국 주입되는 세정 조성물의 유체 압력을 나타내는데 사용되는 게이지와 결합된 통로를 가지는 T자관 및 격리 밸브에 결합되는 다른 통로를 가지는 T자관이며, 격리 밸브는 세정 조성물이 연장 도관, 종국적으로는 처리 매니폴드 및 오리피스(들)로 흐르는 것을 방지한다.
도 3은 가압 응용 도구를 나타내는 다중-포트 및 내부 다중-러너 구조의 장치를 도시한 것이다. 상기 장치는 접근 포트를 통해 왕복 엔진의 내부 캐비티로 삽입되도록 개조된 처리 매니폴드에 유체 연통된 연장 도관을 포함하고, 상기 처리 매니폴드는 관통 통로 및 유체 전달의 분리 지점에 대한 각 튜브 상에 배치된 적어도 하나의 오리피스를 구비하는 복수개의 독립적으로 방향설정이 가능한 튜브를 구비하고, 상기 튜브는 근말단 및 원말단을 구비하여 상기 근말단은 봉인 부재와 연결되고 적어도 하나의 원말단은 세정될 내부 표면에 배치가능한 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 내부 표면으로 세정 조성물을 전달하는데 사용될 수 있다. 도 3의 다수의 구성부품은 상기에서 이전 도면을 참조하여 설명되었지만, 명확성을 위하여 새로운 참조 번호가 이하에서 사용된다. 도 3은 저장기, 바람직하게 내압 저장기로부터 장치를 통해 세정을 필요로 하는 왕복 엔진의 미리 선택된 내부 캐비티로 세정 조성물을 전달하기 위한 원동력으로 사용된 가압 가스 시스템을 도시하고 있다. 하지만, 상기에서 언급한 바와 같이, 엔진 진공도 저장기로부터 엔진으로 세정 조성물을 투여하기 위해 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 내압 저장기(220)는 조절기에 의해 조절되는 공급 라인(201)을 통해 압력원(200)에 의해 가압된다. 상기 공급 라인은 서로 맞춰지는 숫(male) 부재 및 암(female) 부재를 포함하는 퀵 디스커넥트(quick disconnets)를 경유하여 연결될 수 있다. 일반적으로, 라인 내의 일방향(즉, 저지) 밸브는 퀵 디스커넥트 부재가 서로 맞춰지는 경우 개방되고 상기 부재가 분리되는 경우 폐쇄되는데, 이에 의해 압력은 공급 라인에서 압력원에 대해 유지된다. 내압 저장기(220)는 조절가능한 밸브(225)에 연결된, 종종 게이지에 부착된 배출 출구를 구비한다. 상기 밸브는 유동비의 조절에 사용되거나 세정 조성물의 유동을 저지하는 차단마개로 사용될 수 있다. 상기 조절가능한 밸브는 세정 조성물이 저장기로부터 봉인 부재(250)를 통해 처리 매니폴드(260)로 운반되도록 하는 연장 도관(240)과 연결된다. 도 3에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 조절가능한 밸브로부터의 연결은 커넥션, 바람직하게 퀵 커넥션으로부터 공급 호스의 다른 말단이 스플리터(245)에 연결되는 공급 호스(241)로 수행된다. 상기 처리 매니폴드(260)가 복수 개의 독립적으로 방향설정이 가능한 튜브를 구비하고 상기 독립적으로 방향설정이 가능한 각 튜브에 대해 유동비를 조절가능한 경우 상기 스플리터는 특히 유용하다. 상기 스플리터는 적어도 하나의 배출 출구를 구비하고 바람직하게 방향설정이 가능한 튜브와 동일한 수의 배출 포트를 구비한다. 하지만, 미사용 배출 포트는 적절하게 두껑이 씌워질 수 있고, 단지 하나의 포트가 사용되는 경우 바람직하게 퀵 디스커넥트를 사용하여 스플리터는 공급 호스(241) 및 운반 도관(242 a-d)사이의 커넥터로서 효과적으로 작용한다. 운반 도관은 봉인 부재, 즉 튜브 봉인(251)상의 결합을 통해 스플리터(245)로부터 봉인 부재(250)로 연결된다. 상기 봉인 부재(250)는 정비될 엔진의 접근 포트에 탈착가능하게 연결되고 엔진의 내부 캐비티로 도입되는 처리 매니폴드(260)로의 경로를 허용한다. 따라서, 상기 봉인 부재는 종종 엔진의 내부로부터 외부로의 이행의 경계가 된다. 상기와 같이 봉인 부재는 정비될 엔진에 대한 외부 표면(255) 및 내부 표면(256)을 포함할 수 있고 편리한 접근 포트를 제공하는 플랜지로서 작용할 수 있다. 상기 플랜지의 특히 바람직한 위치는 공기 흡입 매니폴드 내이고 바람직하게 상기 플랜지는 스로틀 판의 하류에 위치되게 개조된다. 상기 경우에 있어서의 하류는 연소 공기가 엔진을 통과하는 운동 방향을 말한다. 상기 플랜지는 스로틀 판 어셈블리에 인접하게 장착될 수 있고, 바람직하게 스로틀 판의 장착 방법을 모방할 수 있으며, 예컨대 볼트 홀(257a-d)은 스로틀판을 장착하는 볼트 홀과 함께 정렬된다. 운전에 있어서, 상기 스로틀 판 어셈블리는 제거될 수 있고 상기 봉인 부재는 내부 엔진 공동에 배치된 처리 매니폴드의 위치에 배치된 다음 스로틀 어셈블리는 재부착되어 상기 봉인 부재와 결합될 수 있다. 상기 튜브 봉인(251)은 상기 봉인 부재에 통합되거나 그에 부착될 수 있고, 엔진의 운반 도관 및 접근 포트 사이에 봉인을 제공할 수 있다. 상기 튜브 봉인은 상기 운반 도관과 결합하고 내연 엔진 캐비티 및 엔진의 외부 사이에 실질적으로 진공의 밀폐 장치를 제공한다. 바람직하게 상기 튜브 봉인은 상기 처리 매니폴드에 대해 탈착가능하고 재결합가능하다.
처리 매니폴드(260)는 엔진 캐비티(engine cavity)의 내부에 위치하며, 내부 엔진 캐비티 안으로 세정 조성물을 이송하기 위한 분리된 위치(들)를 제공하는 하나의 오리피스(orifice)를 구비한 끝단부를 가지는 조종 가능한 말단부를 구비한다. 상기 처리 매니폴드는 엔진의 접근 포트(access port)와 독립적으로 위치한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 매니폴드(260)는 봉인 부재와 연통하며, 궁극적으로 오리피스(262)를 통하여 세정 조성물을 이송하는 원말단부를 가지는 유연한 튜브(261)의 통로를 제공하는 안내부재(guiding member)(265)를 추가로 포함할 수 있다. 안내부재는 처리를 필요로 하는 바람직한 장소에 아주 근접하게 조종 가능한 말단부를 배치하는데 도울 수 있도록 충분히 견고하다. 그러나, 안내부재는 처리 매니폴드가 접근 포트를 통하여 내부 엔진을 내부에 고정시키도록 크기 제약이 가해진다. 일반적으로 작은 프로파일이 바람직하다. 견고한 안내부재(265)를 사용하는 경우, 안내부재는 엔진 설계에 따라서 튜브(261)의 방향을 바꾸는데 사용되는 말단부(267 a-d)를 가지는 밴드(266 a-d)를 지탱하도록 미리 제조할 수 있다. 예컨대, 안내부재는 길이가 충분할 수 있으며 엔진 설계에 근거하여 충분한 밴드를 가질 수 있다. 조종 가능한 말단부은 개개의 흡입 러너(intake runner)로 확장될 수 있으며, 흡입 포트까지 근접할 수 있다. 튜브(261)는 이송되는 세정 조성물과 화학적으로 양립할 수 있으며, 안내부재에 의해 방향이 정해지고 나사산 처리(threaded)되기에 충분한 유연성을 가지는 것으로 선택된다. 튜브가 그 자체를 뒤로 포갤 수 있거나 또는 적당하게 배치될 수 없을 정도로 너무 높은 유연성 정도를 가지고 있는 경우, 튜브는 더욱 단단한 안내튜브(263)로 클래딩(cladding)될 수 있다. 클래딩은 어떤 적당한 재료로도 가능하며, 하나의 예로는 적당한 스프링 상수를 가지는 스프링이 선택된다. 그래서, 클래딩은 안내부재(265) 내부로 방향설정이 가능하게 된다. 그러나, 스프링에 협지되는 안내부재의 밴드(266 a-d) 때문에 오리피스(262)는 엔진의 내부 캐비티 안에서 원하는 위치보다 더 가까이 배치될 수 있다. 안내튜브(263) 또는 튜브(261)에 안전하게 부착된 포지셔닝(positioning) 부재(270)가 선택적으로 부착된다. 포지셔닝 부재는 오리피스(262)가 배출 지점에 있는 엔진의 내부 표면으로부터 분리 상태를 유지할 수 있도록 한다. 튜브가 가리키는 통로의 크기, 모양 및 배열에 의존하면서 대개 오리피스와 배출 지점에 있는 내부 표면 사이가 분리 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 이 지점에서 내부 벽에의 접촉은 배출 흐름 패턴을 뒤집는 결과를 초래할 수 있고, 튜브의 외부 단부 및 외부 벽부(external wall portion)를 따라, 바람직하지 않은 방향으로 모세관 작용의 가능성 및 세정 조성물의 역흐름 가능성을 증가시킬 수 있다. 포지셔닝 부재(270)는 입체 배치(dimensional positioning)가 가능하도록 하는 어떠한 형상일 수 있다. 적절한 모양은 구형, 타원, 평행 4변형, 삼각형, 삼각뿔(three prong) 등을 포함한다. 포지셔닝 부재(270)는 접철될 수 있으며 또는 안내부재(265) 내부에 적합한 크기일 수 있다; 다른 실시예로서, 포지셔닝 부재는 처리 매니폴드(260)의 도입 및 회수를 위해 말단부(267a-d)에 횡단 및 접촉할 수 있다. 말단부(267a-d)는 회전을 방지하고, 엔진 캐비티 내부에서 미리 선택된 오리피스의 위치를 유지하기 위해 안내튜브(또는 튜브 261)로 끼워 맞추어질 수 있다. 적절한 홈(keyway)은 말단부에 스롯(slots)을 포함하며, 평평한 말단 또는 삼각, 사각 부재 등과 같은 기하학적 제약(geometry constraints)을 포함한다. 홈은 포지셔닝 부재(270)가 통로(즉, 스플리트(split)) 내에 Y자로 위치하고 또한, 배출 오리피스(262)가 Y자(복수의 오리피스)에서 종결되는 경우에 특히 유용하다. 이러한 경우, 홈은 유량 투여를 최대로 하는 적절한 배향을 보증할 수 있다.
도 4는 처리되는 왕복 엔진의 내부 캐비티 안에 있는 처리 매니폴드의 배치를 도시한 도면이며, 본 발명에 있어서 처리 매니폴드는 공기 흡입 매니폴드 및 스로틀 스로틀의 다운스트림에 연통한다. 이와 같이, 도 4는 흡입 러너(110) 및 공명기(310)(resonator)를 포함하는 흡입 시스템 상에 1차적인 초점이 되는 엔진(500)의 일부를 도시한 것이다. 공명기는 공기 흡입 매니폴드로 개방되며, 연속 공기의 특성에서 변동(fluxuation)을 감쇠시키는 캐비티를 제공한다. 전술한 바와 같이, 공명기는 또한 투여된 처리 조성물이 모여 있는 바람직하지 않은 축적 영역을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 측면은 처리 매니폴드(260)를 사용함으로써 매니폴드 플레넘(plenum) 플로어 및 공명기 내에 세정 조성물이 고이는 가능성 및 경향(prevalence)을 감소시키는 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스로틀판 어셈블리(throttle plate assembly)(350)는 흡입 매니폴드(100)로부터 제거되고, 이러한 경우에, 이는 흡입 매니폴드의 입구로부터 마운팅 볼트(mouting bolt) 및 스로틀판 어셈블리를 제거함으로써 달성된다. 이러한 특정 스로틀판 어셈블리는 모터 또는 다른 액츄에이터(352)에 의해 개폐될 수 있는 스로틀판(353)를 구비하며, 스로틀판의 위치는 스로틀 포지셔닝 센서(351)에 의해 감지된다. 그밖에 다른 스로틀판 어셈블리 및 제어 시스템이 당업자에게 공지되어 있다. 스로틀판 어셈블리는 엔진 제어 시스템에 결합되며, 스로틀판(개폐, open to closed)의 배치(positioning)를 통해 연소실로 들어오는 공기 통과량을 조정한다. 엔진에서 스로틀판을 제거한 후에, 처리 매니폴드가 개방 접근 영역을 통해 엔진에 삽입될 수 있다. 바람직하게, 처리 매니폴드의 오리피스(262)는 엔진 내에 삽입하면서 처리 매니폴드 내로 완전히 후퇴할 수 있으며, 바람직하게는 그렇게 설치되는 경우, 안내부재 내로 후퇴할 수 있다. 만일 그렇게 설치된다면, 오리피스 및 이송 튜브, 클래딩 및/또는 포지셔닝 부재의 후퇴(retraction)는 처리 매니폴드의 초기 배치를 더 용이하게 할 수 있다. 엔진 캐비티 내부에 처리 매니폴드가 배치된 후에 봉인 부재는 처리 매니폴드 및 접근 포트와 함께 배치되어 엔진 접근 포트에 해체 가능하게 연결된다. 도 4에서, 봉인 부재(250)는 플랜지 형상이며, 스로틀판 어셈블리와 흡입 매니폴드의 협로(throat) 사이에 끼워진다. 바람직하게, 스로틀판 어셈블리에 의해 사용되는 장착 수단은 또한 봉인 부재에 의해서도 사용된다. 봉인 부재가 배치된 후에, 스로틀판은 흡입 매니폴드에 연통되도록 회귀되며, 엔진은 추가적인 변형 없이 작동될 수 있다. 처리 매니폴드의 배치가 가능한 오리피스는, 만약 바람직하다면, 흡입 매니폴드 내에 추가적으로 배치될 수 있다. 횡단을 위한 적절한 수단이 본 명세서에 기술되어 있다. 오리피스 배치를 위해 특별히 바람직한 영역은 세정되는 것이 바람직한 영역에 근접한 곳이며; 따라서 세정 조성물이 내부 엔진의 바람직한 위치로 실질적으로 이송될 수 있다. 예를 들어, 하나의 바람직한 영역은 공기 흡입 접근 포트(들)이다. 상기 개시된 바와 같이, 처리 매니폴드 튜브를 수용하는 다른 충분한 접근 지점이 있다. 다른 측면에서, 안내부재를 가지는 처리 매니폴드가 독립적인 이송을 위해 상이한 위치에 있는 다른 매니폴드 튜브에 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 적절한 위치는 브레이크 진공 포트(320) 또는 PCV 레일(120)이다. 단일 세정 조성물 또는 다중 세정 용매는 연속적인 부가와 같은 장치에 의해 주입될 수 있다. 다른 실시예로서, 다중 튜브는 동일 흡입 러너에 있더라도 세정 조성물이 다를 수 있으며, 또는 그렇게 설치된다면, 동일한 안내부재 내에 있더라도 세정 조성물이 다를 수 있다. 이러한 조성물은 화학적 반응성을 가질 수 있으며, 엔진 내부의 미리 정해진 위치에서 반응하게 된다.
본 장치는 상이한 점도 및 물리화학적 물성의 세정 조성물을 전달하기에 적절하다. 세정 조성물과 유체 접촉하는 저장기, 연장 도관, 처리 매니폴드, 튜브, 오리피스 및 다른 부품과 같은 부품들은 화학적으로 양립할 수 있게 선택된다. 세정 조성물과 직접 유체 접촉하지 않는 다른 부품은 금속, 플라스틱, 세라믹 및 다른 복합물을 포함하는 다양한 재질로 구성될 수 있다.
적합한 세정 조성물(SUITABLE CLEANING SOLUTIONS)
연료를 기초로 한 첨가제(fuel based additives)를 포함하는 다양한 엔진 증착물 클리너들 및 카뷰레터(carburetor) 클리너들이 당업계에 공지되어 있으며, 본 발명의 사용에 적합하다. 바람직한 세정 조성물은 질소 함유 계면활성제 첨가물(detergent additive)과 알코올, 에스테르, 에테르, 지방족 또는 방향족 용매, 고리형 탄산염(cyclic carbonates) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 담체(carrier)를 함유한다. 특히 바람직한 세정 조성물은 본 발명에서 기술되는 것으로 1차 용액 혼합물과 2차 용액 혼합물(이하에서 설명됨)을 포함한다. 상기 세정 조성물은 개발되었으며, 엔진들의 중요한 내부 표면으로부터 침전물을 신속하고 효과적으로 제거하는 것을 다양한 내부 연소 엔진에서 테스트되었다. 이러한 침전물 제거 적용은 상기 세정 조성물이 PFI, DISI, 디젤(diesel), 마린(marine) 및 천연가스 엔진들과 같은 다양한 2개 스트로크 및 4개 스트로크 내연기관들 및 터보차저(turbochargers), 회전식 및 왕복동 펌프(reciprocating pump) 및 터빈과 같은 그들의 부속품들로부터 침전물을 효과적으로 제거하는 한 엔진의 유형 및 종류에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법은 세정 조성물을 미리 데워진 공기-흡입 매니폴드(air-intake manifold)에 도입하는 단계; 상기 세정 조성물이 본 발명의 응용 도구(application tool)에 의해 도입되는 동안 왕복동 내부 연소 엔진을 공전하고 엔진을 작동시키는 단계를 포함한다. 바람직한 세정 조성물은 1차 및 2차 용액을 포함한다. 상기 1차 용액은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올(phenoxy mono- or poly(oxyalkylene) alcohol), (b) (1) 지방족 알코올(aliphatic alcohol) 및 (2) 지방족 또는 방향족 유기 용매(aliphatic or aromatic organic solvent)로부터 선택되는 하나 이상의 용매, 및 (c) 하나 이상의 질소-함유 계면활성제 첨가물(nitrogen-containing detergent additive)의 혼합물을 포함한다. 상기 2차 용액은 (d) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (e) 고리형 탄산염 및 (f) 물의 혼합물을 포함한다. 세정 조성물의 성분은 하기에서 더욱 설명된다.
페녹시
모노- 또는
폴리
(
옥시알킬렌
) 알코올(
Phenoxy
Mono- or Poly(oxyalkylene) Alcohol
본 발명에서 사용되는 세정 조성물의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분은 하기의 일반식을 가진다:
상기에서, R 및 R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이고, 각 R은 각 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; 및 x는 0-4의 정수이며; 및 이들의 혼합물이다.
상기 일반식 I에서, R 및 R1은 바람직하게 수소이고, x는 바람직하게는 0-2의 정수이다. 보다 바람직하게 R 및 R1은 수소이고, x는 0이다.
본 발명의 사용에 적합한 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올은, 예컨대, 2-페녹시에탄올(2-phenoxyethanol), 1-페녹시-2-프로판올(1-phenoxy-2-propanol), 디에틸렌 글리콜 페닐 에테르(diethylene glycol phenyl ether), 프로필렌 에틸렌 글리콜 페닐 에테르(propylene ethylene glycol phenyl ether), 디프로필렌 글리콜 페닐 에테르(dipropylene glycol phenyl ether) 등과 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올은 2-페녹시에탄올(2-phenoxyethanol)이다. 상업적인 2-페녹시에탄올은 EPH 다워놀(Dowanol)로서 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터 입수할 수 있다.
용매(Solvent)
본 발명에 사용되는 세정 조성물의 용매 성분은 (1) 지방족 알코올, (2) 지방족 및/또는 방향족 유기 용매로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 용매이다. 하나 이상의 용매는 지방족 알코올 혼합물, 지방족 유기 용매 혼합물, 방향족 용매 혼합물과 같은 제제에 사용될 수 있다. 또한 적어도 하나 이상의 용매는 방향족 유기 용매(들) 및 지방족 유기 용매(들)의 혼합물 뿐만 아니라, 지방족 유기 용매(들) 및 지방족 알코올(들)의 혼합물, 방향족 유기 용매(들) 및 지방족 알코올(들)의 혼합물, 방향족 유기 용매(들), 지방족 알코올(들) 및 지방족 유기 용매(들)을의 혼합물을 포함한다.
1. 지방족
알코올(
Aliphatic
Alcohol)
지방족 알코올은 총 4-30개의 탄소 원자를 가지는 지방족 또는 아릴-치환 지방족 알코올(aryl-substituted aliphatic alcohol)로부터 선택된다. 지방족 알코올은 선형 또는 분지형 사슬 지방족 기를 포함하며, 1차, 2차 및 3차 알코올을 형성한다. 지방족 알코올은 바람직하게는 6-20개의 탄소 원자를, 가장 바람직하게는 7-15개의 탄소 원자를 포함한다. 지방족 알코올은 6-9개의 탄소 원자를 가지는 아릴기, 보다 바람직하게는 페닐기로 치환될 수 있다. 바람직한 알코올은 저급 알코올(lower alcohol)로서 분지형 사슬 알코올(branced chain alcohols) 등 뿐 아니라 옥틸(octyl), 데실(decyl), 도데실(dodecyl), 테트라데실(tetradecyl), 헥사데실(hexadecyl) 알코올이다. 특히 바람직한 알코올은 에틸 헥산올(ethyl hexanol)이며, 보다 특히 바람직한 알코올은 2-에틸 헥산올(2-ethyl hexanol)이다.
알코올은 여러 사슬 형태 및 분자량의 혼합물일 수 있다. 상업적으로 입수할 수 있는 주요 선형 알코올의 예는 Alfol 810(8-10개의 탄소 원자를 가지는 주로 곧은 사슬의 1차 알코올의 혼합물); Alfol 1218(12-18개의 탄소 원자를 포함하는 합성, 1차, 곧은 사슬 알코올의 혼합물); Alfol 20+ 알코올(GLC(gas-liquid-chromatography)에 의해 결정되어진 대로 대부분 C20 알코올을 가지는 C18-C28 1차 알코올의 혼합물); 및 Alfol 22+ 알코올(주로 C22
알코올을 포함하는 C18-C28 1차 알코올)을 포함한다. Alfol 알코올은 콘티넨탈 오일 컴퍼니(Continental Oil Company)로부터 입수할 수 있다.
적합한 분지형 알코올(들)은 다음의 그룹에서 선택될 수 있다: 터트-아밀 알코올(tert-amyl alcohol), 2-메틸-1-부탄올(2-methyl-1-butanol), 3-메틸-1-부탄올(3-methyl-1-butanol), 네오펜틸 알코올(neopentyl alcohol), 3-메틸-2-부탄올(3-methyl-2-butanol), 2-펜탄올(2-pentanol), 3-펜탄올(3-pentanol), 2,3-디메틸-2-부탄올(2,3-dimethyl-2-butanol), 3,3-디메틸-1-부탄올(3,3-dimethyl-1-butanol), 3,3-디메틸-2-부탄올(3,3-dimethyl-2-butanol), 2-에틸-2-부탄올(2-ethyl-2- butanol), 2-헥산올(2-hexanol), 3-헥산올(3-hexanol), 2-메틸-1-펜탄올(2-methyl-1-pentanol), 2-메틸-2-펜탄올(2-methyl-2-pentanol), 2-메틸-3-펜탄올(2-methyl-3-pentanol), 3-메틸-1-펜탄올(3-methyl-1-pentanol), 3-메틸-2-펜탄올(3-methyl-2-pentanol), 3-메틸-3-펜탄올(3-methyl-3-pentanol), 4-메틸-1-펜탄올(4-methyl-1-pentanol), 4-메틸-2-펜탄올(4-methyl-2-pentanol), 2-(2-헥실옥시에톡시)에탄올(2-(2-hexyloxyethoxy)ethanol), 터트-부틸 알코올(tert-butyl alcohol), 2,2-디메틸-3-펜탄올(2,2-dimethyl-3-pentanol), 2,3-디메틸-3-펜탄올(2,3-dimethyl-3-pentanol), 2,4-디메틸-3-펜탄올(2,4-dimethyl-3-pentanol), 4,4-디메틸-3-펜탄올(4,4-dimethyl-3-pentanol), 3-에틸-3-펜탄올(3-ethyl-3-pentanol), 2-헵탄올(2-heptanol), 3-헵탄올(3-heptanol), 2-메틸-2-헥산올(2-methyl-2-hexanol), 2-메틸-3-헥산올(2-methyl-3-hexanol), 5-메틸-2-헥산올(5-methyl-2-hexanol), 2-에틸-1-헥산올(2-ethyl-1-hexanol), 4-메틸-3-헵탄올(4-methyl-3-heptanol), 6-메틸-2-헵탄올(6-methyl-2-heptanol), 2-옥탄올(2-octanol), 3-옥탄올(3-octanol), 2-프로필-1-펜탄올(2-propyl-1-pentanol), 2,4,4-트리메틸-1-펜탄올(2,4,4-trimethyl-1-pentanol), 2,6-디메틸-4-헵탄올(2,6-dimethyl-4-heptanol), 3-에틸-2,2-디메틸-3-펜탄올(3-ethyl-2,2-dimethyl-3-pentanol), 2-노나놀(2-nonanol), 3,5,5-트리메틸-1-헥산올(3,5,5-trimethyl-1-hexanol), 2-데칸올(2-decanol), 4-데칸올(4-decanol), 3,7-디메틸-1-옥탄올(3,7-dimethyl-1-octanol), 3,7-디메틸-3-옥탄올(3,7-dimethyl-3-octanol), 2-도데칸올(2-dodecanol) 및 2-테트라도데칸올(2-tetradodecanol).
상업적으로 입수할 수 있는 분지형 사슬 1차 알코올의 예는 고급 올레핀 공급 스톡(higher olefins feed stocks)의 촉매적 하이드로포메이션(hydroformaion) 또는 카보닐레이션(carbonylation)에 의해 생성될 수 있다. 그 예는 엑손모빌(ExxonMobile)로부터 입수할 수 있는 "EXXAL 12" 도데실 알코올은 C10-C14
1차 알코올들의 혼합물이다. 적합한 Exxal 알코올은 Exxal 7-Exxal 13을 포함하며, 이소헵틸(isoheptyl), 이소옥틸(isooctyl), 이소노닐(isononyl), 데실, 노닐, 도데실 및 트리데실 알코올을 포함한다. 다음의 알코올과 같은 분지형 알코올의 상업적인 혼합물들은 Exxal 7(분지형 헵틸 알코올의 혼합물), Exxal 8(분지형 옥틸 알코올의 혼합물), Exxal 9(분지형 노닐 알코올의 혼합물), Exxal 10(분지형 데실 알코올의 혼합물), Exxal 11(분지형 노닐 알코올의 혼합물), Exxal 12(분지형 도데실 알코올의 혼합물) 및 Exxal 13(분지형 트리데실 알코올의 혼합물)이다.
상업적으로 입수할 수 있는 알코올 혼합물의 다른 예는 Adol 60(곧은 사슬 C22 1차 알코올 약 75중량%, C20 1차 알코올 약 15% 및 C18-C24 알코올 약 8%) 및 Adol 320(올레일 알코올)이다. 상기 Adol 알코올은 아쉬랜드 케미컬(Ashland Chemical.)에서 판매된다. 상업적으로 입수할 수 있는 혼합물의 다른 그룹은 쉘 케미컬 회사(Shell Chemical Co.)로부터 입수할 수 있는 "Neodol" 상품들을 포함한다. 예를 들면, Neodol 23은 C12 및 C13 알코올의 혼합물이다; Neodol 25는 C12 및 C15 알코올의 혼합물이다; 및 Neodol 45는 C14-C15 선형 알코올의 혼합물이다. Neodol 91은 C9, C10 및 C11 알코올의 혼합물이다. 약 C8-C18의 사슬 길이의 범위이며, 자연적으로 생성되는 트리글리세라이드(triglycerides)로부터 유래한 단수소 지방 알코올(monohydric fatty alcohol)의 다양한 혼합물은 프록터 & 갬블 컴퍼니(Procter & Gamble Company)로부터 입수할 수 있다. 이들 혼합물은 주로 12, 14, 16 또는 18개의 탄소원자를 포함하는 지방 알코올을 다양한 함량으로 포함한다. 예를 들면, CO-1214은 C10 알코올 0.5%, C12 알코올 66.0%, C14 알코올 26.0% 및 C16 알코올 6.5%를 포함하는 지방 알코올 혼합물이다.
적합한 아릴 치환 지방족 알코올은 6-9개의 탄소 원자를 가지는 아릴기로부터 선택될 수 있으며, 상기에서 수소기는 지방족 잔기(moiety)에 부착된다. 바람직한 아릴 치환 지방족 알코올은 벤질 알코올(benzyl alcohol), 알파 및 베타 페닐에틸 알코올(alpha and beta phenylethyl alcohol), 디- 및 트리-페닐메탄올(di- and tri-phenylmethanol)이다. 가장 바람직한 알코올은 벤질 알코올이다.
2. 지방족
또는
방향족
유기 용매(The
Aliphatic
or Aromatic Organic Solvent)
지방족 또는 방향족 하이드로카르빌(hydrocarbyl) 유기 용매 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 적합한 지방족 용매는 엑손모빌(ExxonMobil)로부터 입수할 수 있는 Exxsol D40 및 D60과 같은 탈방향족 용매(dearomatized solvents), 엑손모빌(ExxonMobil)로부터 역시 입수할 수 있는 D15-20 Naphta, D115-145 Naphta 및 D31-354 Naphta와 같은 다른 지방족 용매, 비방향족 미네랄 스피리트(nonaromatic mineral spirit) 등을 포함한다.
적합한 방향족 용매는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 또는 C9 방향족 용매와 같은 높은 비등 방향족(higher boiling aromatics) 또는 방향족 희석제(thinners)를 포함한다. 본 발명의 사용에 바람직한 용매는 C9 방향족 용매이다. 이것은 우수한 용해력과 연료와의 호환성(compatibility)를 나타내는 트리메틸 벤젠 및 에틸 톨루엔 또는 프로필 벤젠과 같은 C9 방향족의 혼합물을 포함한다. 다른 방향족 석유 제품(petroleum distillates)도 사용되어 질 수 있으며, 바람직하게 그들은 휘발성 유기 화합물로서 분류되지 않는다. 바람직한 방향족 석유 제품은 나프탈렌 디플리티드(naphthalene depleted)(예: 1% 중량 미만의 나프탈렌을 함유)인데, 이는 나프탈렌은 위험성 공기 오염원으로 분리될 수 있기 때문이다. 적합한 방향족 석유 제품은 AROMATIC 100, 150, 200으로서 엑손모빌(ExxonMobil)로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
바람직하게, 사용되는 용매는 지방족 알코올 및 지방족 또는 방향족 유기용매 둘 다의 혼합물일 수 있다. 특히, 바람직한 실시예에서 상기 용매는 2-에틸-헥산올 및 C9 방향족 용매의 혼합물일 수 있다.
질소 함유
계면활성제
첨가물(Nitrogen-containing detergent additive)
본 발명에 사용되는 세정 조성물은 또한 질소-함유 계면활성제 첨가물을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용되기 위한 적합한 계면활성제 첨가물은, 예컨대, 지방족 하이드로카르빌 아민(aliphatic hydrocarbyl amines), 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민(hydrocarbyl-substituted poly(oxyalkylene) amines), 하이드록카르빌-치환 숙신이미드(succinimides), 만니치 반응 생성물(Mannich reaction products), 폴리알킬페녹시알카놀의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르(nitro and amino aromatic esters of polyalkylphenoxyalkanols), 폴리알킬페녹시아미노알칸(polyalkylphenoxyaminoalkanes) 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명에 사용될 수 있는 지방족 하이드로카르빌-치환 아민(aliphatic hydrocarbyl-substituted amines)은 일반적으로 적어도 하나 이상의 염기 질소를 가지는 곧은(straight) 또는 분지형 사슬(branched chain) 하이드로카르빌-치환 아민으로, 상기에서 하이드로카르빌기는 700-3000의 평균 분자량을 가진다. 바람직한 지방족 하이드로카르빌-치환 아민은 폴리이소부테닐(polyisobutenyl) 및 폴리이소부틸(polyisobutyl) 모노아민 및 폴리아민을 포함한다.
본 발명에 사용되는 지방족 하이드로카르빌 아민은 당업계에 공지된 통상의 방법에 의해 제조된다. 상기 지방족 하이드로카르빌 아민 및 이들의 제조방법은 미국특허 제3,438,757호; 제3,565,804호; 제3,574,576호; 제3,848,056호; 제3,960,515호; 제4,832,702호; 및 제6,203,584호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
본 발명의 사용에 적합한 계면활성제 첨가물의 다른 종류(class)는 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민이며, 이는 폴리에테르 아민(polyether amines)으로 언급되어지기도 한다. 대표적인 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민은 하이드로카르빌 폴리(옥시알킬렌) 모노아민 및 폴리아민을 포함하는데, 상기에서 하이드로카르빌기는 1개 내지 약 30개의 탄소 원자를 포함하며, 옥시알킬렌 유닛의 수는 약 5-100 범위일 것이고, 아민 잔기(moiety)는 암모니아, 1차 알킬 또는 2차 디알킬 모노아민, 또는 말단 아미노질소 원자를 가지는 폴리아민으로부터 유래된다. 바람직하게, 옥시알킬렌 잔기는 옥시프로필렌이나 옥시부틸렌 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민은, 예를 들면, 모리스(Morris) 등의 미국특허 제6,217,624호 및 라쓰(Rath) 등의 미국특허 제5,112,364호에 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 모노아민의 바람직한 유형(type)은 알킬페닐 폴리(옥시알킬렌)모노아민으로, 여기서 폴리(옥시알킬렌) 잔기(moiety)는 옥시프로필렌 유닛이나 옥시부틸렌 유닛 또는 옥시프로필렌 및 옥시부틸렌 유닛의 혼합물을 포함한다. 바람직하게, 알킬페닐 잔기상에서 알킬기는 1-24개의 탄소 원자를 가지는 곧은 또는 분지형 사슬 알킬이다. 특히 바람직한 알킬페닐 잔기는 테트라프로페닐페닐(tetrapropenylphenyl), 즉, 여기서 알킬기는 프로필렌 4량체로부터 유래한 12개의 탄소 원자를 가지는 분지형 사슬 알킬이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌)아민의 또 다른 유형은 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아미노카바메이트(aminocarbamates)로서, 미국특허 제4,228,612호; 제4,236,020호; 제4,160,648호; 제4,191,537호; 제4,270,930호; 제4,233,168호; 제4,197,409호; 제4,243,798호 및 제4,881,945호에 개시되어 있다. 상기 각 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
이들 하이드로카르빌 폴리(옥시알킬렌)아미노카바메이트는 적어도 하나 이상의 염기 질소를 포함하며, 약 500-10,000, 바람직하게는 약 500-5,000, 보다 바람직하게는 약 1,000-3,000의 평균 분자량을 가진다. 바람직한 아미노카바메이트는 알킬페닐 폴리(옥시부틸렌) 아미노카바메이트(alkylphenyl poly(oxybutylene) aminocarbamate)이며, 여기서 아민 잔기는 에틸렌 디아민 또는 디에틸렌 트리아민에서 유래된다.
본 발명의 사용에 적합한 계면활성제 첨가물의 다른 종류는 하이드로카르빌-치환 숙신이미드이다. 대표적인 하이드로카르빌-치환 숙신이미드는 폴리알킬 및 폴리아케닐 숙신이미드를 포함하며, 여기서 폴리알킬 또는 폴리알케닐기는 약 500-5,000, 바람직하게는 약 700-3,000의 평균분자량을 가진다. 하이드로카르빌-치환 숙신이미드는 일반적으로 하이드로카르빌-치환 숙신산 무수물(succinic anhydride)을 아민 질소 원자에 결합된 적어도 하나 이상의 반응성 수소를 가지고 있는 아민 또는 폴리아민과 반응시킴으로써 제조된다. 바람직한 하이드로카르빌-치환 숙신이미드는 폴리이소부테닐(polyisobutenyl) 및 폴리이소부타닐(polyisobutanyl) 숙신이미드 및 이들의 유도체를 포함한다.
본 발명에서 용도를 밝힌 하이드로카르빌-치환 숙신이미드는, 예컨대, 미국특허 제5,393,309호; 제5,588,973호; 제5,620,486호; 제5,916,825호; 제5,954,843호; 제5,993,497호 및 제6,114,542; 및 영국특허 제1,486,144호에 기술되어 있으며, 상기 각 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
본 발명에 사용될 수 있는 계면활성제 첨가물의 다른 종류는 만니치 반응 생성물로서 이것은 일반적으로 고분자량 알킬-치환 하이드록시방향족 화합물(high molecular weight alkyl-substituted hydroxyaromatic compound), 적어도 하나 이상의 반응성 산소를 함유하는 아민 및 알데히드의 만니치 축합반응(Mannich condensation)으로부터 얻어진다. 고분자량 알킬-치환 하이드록시방향족 화합물은, 바람직하게는, 폴리프로필페놀 및 폴리부틸페놀, 특히 폴리이소부틸페놀과 같은 폴리알킬페놀이다. 상기에서, 폴리알킬기는 약 600-3,000의 평균 분자량을 가진다. 아민 반응물(amine reactant)는 전형적으로 알켄 폴리아민, 특히 에틸렌 또는 폴리에틸렌 폴리아민, 예를 들면, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민 등과 같은 폴리아민이다. 알데히드 반응물은 일반적으로 파라포름알데히드 및 포르말린을 포함하는 포름알데히드와 아세트알데히드와 같은 지방족 알데히드이다. 바람직한 만니치 반응 생성물은 폴리이소부틸페놀을 포름알데히드와 디에틸렌 트리아민으로 축합시켜 제조되며, 상기에서 폴리이소부틸기는 약 1,000의 평균 분자량을 가진다.
본 발명의 사용에 적합한 만니치 반응 생성물은, 예컨대, 미국특허 제4,231,759호 및 제5,697,988에 기술되어 있으며, 각 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
본 발명의 사용에 적합한 계면활성제 첨가물의 또 다른 종류는 폴리알킬페녹시아미노알칸(polyalkylphenoxyaminoalkanes)이다. 바람직한 폴리알킬페녹시아미노알칸은 하기의 일반식을 가지는 것들을 포함한다:
상기에서,
R5는 약 600-5,000 범위의 평균 분자량을 가지는 폴리알킬기이다;
R6 및 R7은 독립적으로 수소 또는 1-6개의 탄소 원자를 가지는 저급 알킬이다; 및
A는 아미노, 알킬기에서 약 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 가지는 N-알킬 아미노, 각 알킬기에서 약 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 가지는 N,N-디알킬 아미노, 또는 약 2개 내지 약 12개의 질소 원자 및 약 2개 내지 약 40개의 탄소 원자를 가지는 폴리아민 잔기이다.
상기 일반식 Ⅲ의 폴리알킬페녹시아미노알칸 및 그들의 제조방법은 미국특허 제5,669,939호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
폴리알킬페녹시아미노알칸 및 폴리(옥시알킬렌) 아민의 혼합물 또한 본 발명의 사용에 적합하다. 이들 혼합물은 미국특허 제5,851,242호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
본 발명에서 용도를 밝힌 계면활성제 첨가제의 바람직한 종류는 폴리알킬페녹시알카놀(polyalkylphenoxyalkanols)의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르(nitro and amino aromatic esters)이다. 바람직한 폴리알킬페녹시알카놀(polyalkylphenoxyalkanols)의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르는 하기의 일반식을 가지는 것들을 포함한다.
상기에서,
R8은 니트로 또는 -(CH2)n-NR13R14, 여기서 R
13과 R14는 독립적으로 수소 또는 1-6개의 탄소 원자를 가지는 저급 알코올이고, n은 0 또는 1이다;
R9는 수소, 하이드록시, 니트로 또는 -NR15R16, 여기서 R15
와 R16은 독립적으로 수소 또는 1-6개의 탄소 원자를 가지는 저급 알킬이다;
R10과 R11은 독립적으로 수소 또는 1-6개의 탄소 원자를 가지는 저급 알킬이다; 및
R12은 약 450-5,000 범위의 평균 분자량을 가지는 폴리알킬기이다.
상기 일반식 Ⅳ에서 나타낸 폴리알킬페녹시알카놀의 방향족 에스테르 및 그의 제조방법은 미국특허 제5,618,320호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
폴리알킬페녹시알카놀의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르와 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민의 혼합물 또한 본 발명의 사용에 바람직하다고 예상된다. 이들 혼합물은 미국특허 제5,749,929호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
본 발명에서 계면활성제 첨가물로서 사용될 수 있는 바람직한 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민은 하기의 일반식을 가지는 것들을 포함한다:
상기에서,
R17은 약 1개 내지 약 30개의 탄소 원자를 가지는 하이드로카르빌기이다;
R18 및 R19는 각각 독립적으로 수소 또는 약 1개 내지 약 6개의 탄소 원자를 가지는 저급 알킬이며, R18 및 R19는 각각 -O-CHR18-CHR19- 유닛에서 독립적으로 선택된다;
B는 아미노, 알킬기에서 약 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 가지는 N-알킬 아미노, 각 알킬기에서 약 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 가지는 N,N-디알킬 아미노, 또는 약 2개 내지 12개의 아민 질소 원자와 약 2개 내지 약 40개의 탄소 원자를 가지는 폴리아민 잔기이다; 및
m은 약 5 내지 약 100의 정수이다.
상기 일반식 Ⅴ의 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민 및 이의 제조방법은 미국특허 제6,217,624호에 상세하게 기술되어 있으며, 상기 특허의 개시는 참조에 의해 이 명세서에 포함된다.
일반식 Ⅴ의 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민은 바람직하게 그들 자체로 또는 다른 계면활성제 첨가물, 특히 일반식 Ⅲ의 폴리알킬페녹시아미노알켄 또는 일반식 Ⅳ로 표시되는 폴리알킬페녹시알카놀의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르와 조합하여 이용된다. 보다 바람직하게, 본 발명에 사용되는 계면활성제 첨가물은 일반식 Ⅴ의 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시알킬렌) 아민과 일반식 Ⅳ로 표시되는 폴리알킬페녹시알카놀의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르의 조합일 것이 다. 특히 바람직한 하이드로카르빌-치환 폴리(옥시부틸렌) 아민은 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민(dodecylphenoxy poly(oxybutylene) amine)이고, 특히 바람직한 계면활성제 첨가물의 조합은 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민과 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조에이트(4-polyisobutylphenoxyethyl para-aminobenzoate)의 조합이다.
본 발명의 사용에 적합한 계면활성제 첨가물의 다른 유형은 질소-함유 카뷰레터/인젝터(carburetor/injector) 계면활성제이다. 카뷰레터/인젝터 계면활성제첨가물은 대체로 약 100 내지 약 600의 평균 분자량을 가지고 적어도 하나 이상의 극성 잔기(polar moiety)와 적어도 하나 이상의 비-극성 잔기(non-polar moiety)를 소유하는 비교적 낮은 분자량 화합물이다. 상기 비-극성 잔기는 일반적으로 약 6개 내지 약 40개의 탄소 원자를 가지는 선형 또는 분지형-사슬 알킬 또는 알케닐기이다. 상기 극성 잔기는 일반적으로 질소를 함유하는 것이다. 대표적인 질소-함유 극성 잔기는 아민(예: 미국특허 제5,139,534호 및 PCT 국제공보 WO 90/10051에 기술됨), 에테르 아민(예: 미국특허 제3,849,083호 및 PCT 국제공보 WO 90/10051에 기술됨), 아미드, 폴리아미드 및 아미드-에스테르(예: 미국특허 제2,622,018호; 제4,729,769호; 및 제5,139,534호; 및 유럽특허공보 제149,486호에 기술됨), 이미다졸린(예: 미국특허 제4,518,782호에 기술됨), 아민 옥사이드(예: 미국특허 제4,810,263호 및 제4,836,829호에 기술됨), 하이드록시아민(예: 미국특허 제4,409,000호에 기술됨), 및 숙신이미드(예: 미국특허 제4,292,046호에 기술됨)을 포함한다.
고리형
카보네이트
(
Cylclic
Carbonate)
바람직한 고리형 카보네이트는 다음의 일반식을 가지는 것을 포함한다:
상기에서 R20, R21, R22, R23, R24 및 R25
는 수소(hydrogen), 하이드록시(hydroxy), 하이드록시메틸(hydroxymethyl), 하이드록시에틸(hydroxyethyl), 약 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진 하이드로카빌(hydrocarbyl) 그룹 중에서 독립적으로 선택되며; n은 0 내지 1의 정수이다. 바람직하게는, R20, R21, R22, R23, R24
, R25는 수소 또는 1 내지 2개의 탄소 원자의 저급 알킬기이고 더욱 바람직하게는 수소 또는 메틸기이다.
본 발명에서 사용되는 바람직한 고리형 카보네이트는 상기 일반식 1에서 n이 0이고, R20, R21, R22가 수소이며 R23이 메틸, 에틸 또는 하이드록시 메틸기를 가진 것이다. 바람직하게는, n은 1이고, R21, R22, R23, R24 및 R25는 수소이다. 가장 바바람직하게는, 하기에 정의된 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 및 부틸렌 카보네이트이다.
다음은 본 발명에서 사용되는 고리형 카보네이트 및 그들의 혼합물의 적합한 예시이다: 1,3-디옥솔란-2-온(1,3-dioxolan-2-one)(에틸렌 카보네이트라고도 함); 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온(4-methyl-1,3-dioxolan-2-one)(프로필렌 카보네이트라고도 함); 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란-2-온(4-hydroxymethyl-1,3-dioxolan-2-one ); 4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온(4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one); 4-에틸-1,3-디옥솔란-2-온(4-ethyl-1,3-dioxolan-2-one); 4,4-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온(4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one)(상기 3종류의 화합물은 부틸렌 카보네이트라고도 함); 4-메틸-5-에틸-1,3-디옥솔란-2-온(4-methyl-5-ethyl-1,3-dioxolan-2-one); 4,5-디에틸-1,3-디옥솔란-2-온(4,5-diethyl-1,3-dioxolan-2-one); 4,4-디에틸-1,3-디옥솔란-2-온(4,4-diethyl-1,3-dioxolan-2-one); 1,3-디옥산-2-온(1,3-dioxan-2-one); 4,4-디메틸-1,3-디옥산-2-온(4,4-dimethyl-1,3-dioxan-2-one); 5,5-디메틸-1,3-디옥산-2-온(5,5-dimethyl-1,3-dioxan-2-one); 5,5-디하이드록시메틸-1,3-디옥산-2-온(5,5-dihydroxymethyl-1,3-dioxan-2-one); 5-메틸-1,3-디옥산-2-온(5-methyl-1,3-dioxan-2-one); 4-메틸-1,3-디옥산-2-온(4-methyl-1,3-dioxan-2-one); 5-하이드록시-1,3-디옥산-2온(5-hydroxy-1,3-dioxan-2-one); 5-하이드록시메틸-5-메틸- 1,3-디옥산-2-온(5-hydroxymethyl-5-methyl-1,3-dioxan-2-one); 5,5-디에틸-1,3-디옥산-2-온(5,5-diethyl-1,3-dioxan-2-one); 5-메틸-5-프로필-1,3-디옥산-2-온(5-methyl-5-propyl-1,3-dioxan-2-one), 4,6-디메틸-1,3-디옥산-2-온(4,6-dimethyl-1,3-dioxan-2-one); 및 4,4,6-트리메틸-1,3-디옥산-2-온(4,4,6-trimethyl-1,3-dioxan-2-one). 다른 종류의 적합한 고리형 카보네이트는 공지의 방법에 의해 C1-C30 올레핀으로부터 제조된 비스코날 디올(visconal diols)로부터 제조될 수 있다.
이러한 몇몇의 고리형 카보네이트들은 리온델 화학회사(Lyondell Chemical Company)에 의해 ARCONATE라는 상표명으로 판매되고 있는 1,3-디옥솔란-2-온 또는 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온과 같이 상업적으로 구입할 수 있다. 선택적으로, 헌츠맨 퍼포먼스 화학회사(Huntsman Performance Chemicals)에서도 JEFFSOL이라는 상표명으로 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트 및 이들의 혼합물을 판매하고 있다. 고리형 카보네이트는 공지된 반응에 의해 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명에서 제조하지는 않았으나 예를 들면, 본 발명의 참고문헌으로 포함되는 미국특허 제4,115,206호에 예시된 것으로서 적합한 알파 알칸 디올(alpha alkane diol) 또는 알칸-1,3-디올(alkan-1,3-diol)과 포스젠(phosgene)의 반응에 의해 본 발명의 범주내에서 사용되기 위한 카보네이트가 생성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 고리형 카보네이트는 에스테르 교환반응 조건 하에서 예를 들어 디에틸 카보네이트 등과 적합한 알파 알칸 디올 또는 알칸-1,3-디올의 에스테르 교환반응에 의해 제조될 수 있다. 고리형 카보네이트의 제조방법은 본 발명의 참고문헌으로 포함되는 미국특허 제4,384,115호 및 제4,423,205호에 개시되어 있다. 또한, Cr(Ⅲ)- 및 Co(Ⅲ)-를 기초로 한 촉매 시스템이 온화한 조건 하에서 CO2와 말단 에폭사이드의 결합(coupling)으로부터 고리형 카보네이트를 합성하는데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 정량적으로 프로필렌 카보네이트를 공급하기 위해 상기 복합체의 존재하에서 프로필렌 옥사이드가 CO2와 반응한다. 상기 반응은 적합한 온도(25∼100℃), CO2 압력(1-5 atm) 및 저 촉매 수준(0.075 mol%)으로 용매의 존재 또는 부재하에서 수행될 수 있다.
본 발명에서 사용된 "알파 알칸 디올"이라는 용어는 탄소가 서로 인접해 있는 2개의 하이드록시 치환기를 가지는 알칸 그룹을 의미한다. 알파 알칸 디올의 예로는 1,2-프로판디올(1,2-propanediol), 2,3-부탄디올(2,3-butanediol) 등이 포함된다. 또한, "알칸-1,3-디올"은 하이드록시 치환기가 베타 치환된 2개의 하이드록 치환기를 가지는 알칸 그룹을 말한다. 즉, 하이드록시 치환된 탄소 사이에 메틸렌 또는 치환된 메틸렌 잔기가 존재한다. 알칸-1,3-디올의 예로는 프로판-1,3-디올(propan-1,3-diol), 펜탄-2,4-디올(pentan-2,4-diol) 등이 포함된다.
본 발명에서 사용된 1,3-디옥솔란-2-온을 제조하는데 사용한 알파 알칸 디올은 상업적으로 구입하여 사용하거나 또는 당 분야에 공지된 방법에 의해 상응하는 올레핀으로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 올레핀은 산 또는 염기 촉매 하에서 알파 알칸 디올로 용이하게 가수분해될 수 있는 상응하는 에폭사이드를 형성하기 위해 퍼옥시아세트산 또는 하이드로겐 퍼옥사이드와 같은 과산(peracid)과 일차적으로 반응할 수 있다. 다른 공정에서, 상기 올레핀은 소디움 아세테이트와 일차적으로 반응하고 그 다음 소디움 하이드록사이드와 반응함으로써 디할로 유도체로 할로겐화되고 순차적으로 알파 알칸 디올로 가수분해된다. 상기와 같이 사용되는 올레핀은 당업계에 공지되어 있다.
본 발명에서 사용되는 1,3-디옥산-2-온를 제조하기 위해 사용된 알칸-1,3-디올은 상업적으로 구입하거나 말론산 유도화(derivatizing malonic acid)와 같은 표준 방법에 의해 제조할 수 있다.
미국특허 제4,115,206의 방법에서 4-하이드록시메틸 1,3-디옥솔란-2-온 유도체 및 5-하이드록시-1,3-디옥산-2-온 유도체는 글리세롤 또는 치환된 글리세롤을 사용함으로써 제조될 수 있다. 상기 혼합물은 원하는 경우 통상적인 방법에 의해 분리할 수 있다. 바람직하게는 상기 혼합물은 그대로 사용한다.
5,5-디하이드록시메틸-1,3-디옥산-2-온은 에스테르 교환 조건 하에서 펜타에리스리톨(pentaerythritol)의 등가물과 포스진 또는 디에틸카보네이트의 등가물의 반응에 의해 제조될 수 있다.
5-하이드록시메틸-5-메틸-1,3-디옥산-2-온은 에스테르 교환 조건 하에서 트리메틸올레탄의 등가물과 포스진 또는 디에틸카보네이트의 등가물과의 반응에 의해 제조될 수 있다.
제형
상술한 바와 같이, 바람직하게는 본 발명에 사용된 세척 조성물은 일차 및 이차 세정 용액을 포함한다. 상기 일차 용액은 (a) 페녹시 모노 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) (1) 알콕시 지방족 알코올 및 (2) 지방족 또는 방향족 유기용매 중에서 선택된 하나 이상의 용매, 및 (c) 하나 이상의 질소 함유 계면활성제 첨가물의 혼합물을 포함한다. 일반적으로 상기 일차 용액은 (a) 페녹시 모노 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 약 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 45 중량%, (b) 용매 또는 용매 혼합물 약 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 25 중량%, 및 (c) 계면활성제 첨가물 또는 상기 첨가물의 혼합물 약 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 45 중량%를 함유한다. 상기 용매 성분이 지방족 알코올 및 지방족 또는 방향족 유기용매와의 혼합물인 경우, 일반적으로 상기 세척 조성물은 지방족 알코올 약 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 15 중량%와 지방족 또는 방향족 유기용매 약 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%를 함유한다. 계면활성제 성분이 폴리(옥시알킬렌) 아민과 폴리알킬페녹시알카놀의 방향족 에스테르의 바람직한 혼합물을 함유하는 경우에, 일반적으로 상기 세정 조성물은 폴리(옥시알킬렌) 아민 약 0.5 내지 45 중량%, 바람직하게는 8 내지 40 중량%와 폴리알킬페녹시알카놀의 방향족 에스테르 약 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%를 함유한다.
상술한 바와 같이, 이차 세정 용액은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알키렌) 알코올, (b) 고리형 카보네이트, 및 (c) 물의 균질한 혼합물을 포함한다.
상기 이차 용액의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분은 상기 일반식 I의 화합물 또는 화합물의 혼합물일 수 있으며, 초기의 세정 조성물의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분과 동일하거나 다를 수 있다. 일반적으로 상기 이차 세정 조성물은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 약 5 내지 95 중량%, 바람직하게는 약 20 내지 85 중량%, (b) 고리형 카보네이트 약 5 내지 95 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 50 중량%, 및 (c) 물 약 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 20 중량%를 함유한다.
제형 A: 실시예에서 사용하기 위한 두 가지 세정 조성물을 제조하였다: 일차 세정 용액은 2-페녹시에탄올, 2-에틸헥산올, C9 방향족 용매 및 계면활성제 첨가물 혼합액을 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 일차 세정 용액은 약 35.5 중량% 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민, 2.6 중량% 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조네이트, 13.7 중량% C9 방향족 용매, 42.2 중량% 2-페녹시에탄올 및 6.0 중량% 2-에틸 헥산올을 포함한다. 상기 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민과 상기 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조네이트는 미국특허 제5,749,9296호에 기재된 바와 같이 제조하였다. 상기 2-페녹시에탄올은 다우 화학회사(Dow Chemical Company)로부터 EPH Dowanol로 상업적으로 구입할 수 있다. 이차 세정 조성물은 약 47.5 중량% 2-페녹시에탄올, 47.5 중량% 프로필렌 카보네이트 및 잔여 량의 물을 함유하는 수용액이 사용된다.
제형 B는 33 중량% 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민, 5 중량% 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조네이트, 10 중량% C9 방향족 용매, 42 중량% 2-페녹시에탄올 및 10 중량% 2-부톡시에탄올을 포함하는 일차 세정 용액을 함유한다. 이차 세정 조성물은 약 80 중량% 2-페녹시에탄올, 10 중량% 2-부톡시에탄올 및 잔여량의 물을 함유하는 수용액이 사용된다.
다음의 한정되지 않는 실시예 내에서 본 발명은 추가의 이해를 가질 수 있다.
비교 실시예 A
PFI 엔진 실시예:-시판되는 장치를 사용한 흡입 증착물이 제시되어 있다. 하기에 기술된 방법은 상술한 세정 용액을 이용하여 포트 연료 주입(Port Fuel Injected)(PFI) 내연 기관에서 증착물을 제거하기 위해 사용되었다. 상기 방법은 1996 GM LD9, 2.3L 기관 동력계 테스트 스탠드에 제시되어 있다.
증착물 형성과 제거 실험은 다음의 방법에 의해 수행되었다.
LD9 엔진을 청결한 부품을 사용하여 조립하였다.
증착물이 충분히 축적되도록 하기 위해 상기 엔진을 100시간 동안 작동시켰다.
증착물 형성 단계가 완료된 후, 상기 엔진을 분해하고 흡입 시스템과 연소실 증착물의 두께와 무게를 측정하고 기록하였다. 세정 단계를 위해 상기에서 측정을 완료한 엔진을 조립하였다.
증착물의 제거는 엔진을 완전히 예열한 후 빠르게 공회전(1500 RPM)하는 동안 수행하였다. 제형 A의 두 종류의 세정 용액 총 650mL(각 용액 350mL씩, 별도로 또는 혼합하여 첨가한다)를 스로틀 판 어셈블리(throttle plate assembly)의 상류에 존재하는 제형을 분무하는 시판되는 장치를 이용하여 흡입 매니폴드(intake manifold)를 통해 전달하였다. 총 처리 시간은 약 25-35분이였다. 상기 시판되는 장치는 가압 용기(pressurized container), 조절기(regulator), 유량 조절 밸브(flow control valve) 및 스프레이 분사를 위한 노즐로 구성되어 있다. 일차 용액과 이차 용액을 혼합하는 경우, 분사 압력은 30-60 psig 범위로 설정하였다. 다른 실험에서는, 본 발명의 일차 용액과 이차 용액은 개별적으로 공급되며, 두 조성물의 점도가 다르기 때문에 각 조성물의 적당한 유속을 조절하기 위해 공급되는 압력을 변경시키기 위해 압력 조절기가 사용되었다. 이러한 경우, 일차 세정 용액은 40-60 psig로 처리되었며, 이차 세정 용액은 15-30 psig로 처리되었다.
상기 실험의 완료에서, 엔진을 정지시키기 전에 3-5분간 공회전시켰다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 상기 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템과 연소실 증착물의 두께와 무게를 측정하였다. 흡입 밸브의 세정 정도는 세정 용액을 순차적 으로 처리한 경우에는 25.8 %(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 중량 231 mg이고 세정 후 171 mg)였고 세정 용액 1 및 2를 혼합한 후 처리한 경우에는 20.7 %(오염된 흡입 밸프 증착물의 평균 중량 239 mg이고 세정 후 190 mg)였다.
비교 실시예 B
DISI 엔진 실시예:-직접 분사 스파크 점화장치(Direct Injection Spark Ignition)(DISI) 내연 기관에서 증착물을 제거하기 위해 비교예 A에 기술된 시판되는 장치와 방법을 순차적으로 반복하였다.
엔진은 1998, 2.4 L 미쯔비시 DISI 엔진을 사용하였다.
증착물 형성과 제거 실험은 다음의 방법을 사용하여 수행하였다.
상기 DISI 엔진을 청결한 부품을 사용하여 조립하였다. 본 실험의 증착물 형성 단계로서 상기 엔진을 200시간 동안 작동시켰다. 증착물 형성 단계 후에 상기 엔진을 분해한 다음 흡입 시스템 증착물의 무게를 측정하고 기록하였다. 그 다음 세정 단계를 위하여 측정이 완료된 엔진을 조립하였다.
증착물의 제거 단계는 엔진이 완전히 예열된 후 빠르게 공회전(2000-2500 RPM)되는 동안 수행하였다. 한편, 이 방법은 제조자의 지시에 따라 약 3500 RPM의 공회전 속도에서 수행할 수 있다.
이 실험에서는, 두 종류의 세정 용액 총 1150 mL(제형 B)를 스로틀 판 어셈블리(throttle plate assembly)의 상류에 존재하는 제형을 분무하고 전달하는 시판되는 장치를 이용하여 흡입 매니폴드(intake manifold)를 통해 전달하였다. 총 처리 시간은 약 40분이였다. 상기 시판되는 장치는 가압 용기(pressurized container), 조절기(regulator), 유량 조절 밸브(flow control valve) 및 스프레이 분사를 위한 노즐로 구성되어 있다. 이 실험에서, 본 발명의 일차 용액과 이차 용액은 개별적으로 공급되었고 상기 두 조성물의 점도가 다르기 때문에, 각 조성물의 적합한 유속을 조절하기 위해 공급되는 압력을 변경할 수 있는 압력 조절기를 사용하였다(일차 세정 용액은 40-60 psig로 주입되었며, 이차 세정 용액은 15-30 psig로 주입되었다). 상기 과정이 완료된 후에, 엔진을 정지시키기 전에 3-5분간 공회전시켰다. 이는 실험을 완료하는데 중요하지 않다. 엔진을 분해한 후 세정 용액의 약 39 %가 흡입 시스템 공진기(resonator) 내에 축적되어 있는 것이 관찰되었다. 이는 더 높은 엔진 속도에서 상기의 축적된 유체가 연소실내로 다시 들어가 유압 정지(hydraulic locking)라는 현상에 의하여 엔진 고장을 유발하기 때문에 중요한 일이다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 상기 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템 증착물의 무게를 측정하였다. 세정 용액을 순차적으로 처리한 경우의 흡입 밸브의 세정 정도는 20.9 %(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 중량 355.6 mg이고 세정 후 305 mg)였다.
실시예 1
DISI 엔진 실시예- 직접 분사 스파크 점화장치(DISI) 내연 기관의 흡입 시스템 증착물 제거는 본 발명의 장치와 응용 도구(application tool)를 사용하였다. 엔진은 1988, 2.4L 미쯔비시 DISI 엔진을 사용하였고, 세정 조성물은 제형 A를 사 용하였다.
증착물 형성과 제거 실험은 다음의 방법에 따라 수행하였다.
DISI 엔진을 청결한 부품을 사용하여 조립하였다. 본 실험의 증착물 형성 단계로서 상기 엔진을 200시간 동안 작동시켰다. 증착물 형성 단계 후에 상기 엔진을 분해한 다음 흡입 시스템 증착물 무게를 측정하고 기록하였다. 측정이 완료된 엔진을 세정 단계를 위하여 조립하였다.
엔진 진공은 엔진의 내부 캐비티(cavity)로 세정 조성물을 전달하는 원동력이다. 세정 조성물을 분리하여 주입하기 위한 용이한 접근점(access point)은 흡입 매니폴드, 특히, PCV(positive crankcase ventilation) 레일이다. 상기 레일은 입구 밸브(inlet valve)와 연결되어 있으며 근접하게 위치해 있다. 이는 영향을 받는 각각의 흡입 포트(intake port)의 상류에 더욱 농축된 형태의 세정 조성물이 투입되도록 하며 증착물의 제거가 증가되도록 한다. 수송 수단은 원하는 위치에 PCV 포트를 통하여 PCV 레일의 내부에 삽입함으로써 세정 조성물이 각각의 흡입 포트에 전달되도록 하였다. 이러한 관점에서 기관의 내부에 삽입되며 유체를 특정 위치에 운송하기 위한 출구(outlet)가 구비된 유연한 처리 매니폴드(flexible treatment manifold)를 사용하였다. 처리 매니폴드에 연결된 것은 PCV 포트의 나머지를 봉인(sealing)하기 위한 봉인 부재이다. 원하는 삽입 깊이를 표시하기 위해 상기 처리 매니폴드를 표지하였다. 상기 처리 매니폴드를 PCV 레일 내로 이동시켜 상기 처리 매니폴드의 출구가 각각의 흡입 레일에 대응되도록 함으로써 처리 조성물이 실린더 사이에 고르게 분배되도록 하였다. 수송 수단과 연결하여 유량 조절 밸브를 설치하고 세정 유체의 전달이 분당 약 10 내지 약 140 ml의 넓은 범위가 되도록 조정하였다.
본 실시예에서는 흡입 진공하에서 약 30 ml/min의 유속이 되도록 유량 조절 밸브를 조정하였다. 유속을 조정한 후, 비례량의 세정 조성물을 입구 포트에 순차적으로 살포하였다. 세정 조성물을 연속적으로 주입하는 경우, 상기와 유사한 작동을 수행하였다. 제형 B의 두 세정 용액 총 1150 ml는 총 처리 시간 약 40분에 걸쳐 엔진에 전달되었다(각 용액 575 ml를 순차적으로 공급). 상기 과정이 완료 된 후에, 엔진을 정지하기 전에 3-5분간 공회전시켰다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템의 증착물의 무게를 측정하였다. 세정 조성물을 순차적으로 처리한 경우 흡입 밸브의 세정 정도는 34.6 %였다(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 무게는 529 mg이고 세정 후 무게는 346.2 mg).
실시예 2
DISI 엔진 실시예:-실시예 1에 기재된 것과 동일한 종류의 엔진과 증착물 형성을 사용하였다. 본 실시예는 세정 조성물의 전달에 있어서 다른 장치와 응용 도구를 사용하였다. 상기 응용 도구는 가압 용기, 첨가되는 조성물의 압력 및 유량을 조절하기 위한 압력 조절기 및 계량 밸브, 내부 직경이 0.76 mm인 4개의 유연한 튜브에 연결된 스플리터(splitter)와 결합된 연장 도관으로 구성되어 있으며, 상기 튜브는 엔진 캐비티 내에 존재하는 봉인 부재와 처리 매니폴드에 연결되어 있다. 세정 성분의 전달은 처리 매니폴드의 정밀한 기관들에 의해 안내된 유연한 튜브를 통해 수행되었다. 개별적인 엔진 흡입 시스템 러너(runner) 내부로 세정 조성물을 정확하게 운송하기 위한 슬리브 어셈블리(sleeve assembly)와 일체화된 플랜지 어셈블리(flange assembly)에서 상기 튜브는 봉인되었다(도 3). 상기 플랜지 및 슬리브 어셈블리는 스로틀 판 어셈블리와 엔진 흡입 매니폴드 사이에 위치해 있다(도 4). 오리피스(orifice)는 개별적인 흡입 포트 사이에 균일하게 제품이 분배되도록 하는 유연한 튜브의 말단부에 위치해 있다. 내부벽으로부터 오리피스의 분리는 유연한 튜브의 말단부에 캐비티의 구형 물체가 부착됨으로써 달성되었다. 이는 세정 조성물이 경계층 밖과 흡입 시스템 표면으로부터 배출되었는지를 확인하기 위하여 수행하였다.
본 실시예에서는, 두 성분으로 이루어진 조성물을 분리하여 처리하였고 상기 두 조성물이 각기 다른 점도를 가지고 있기 때문에 각 제품의 적합한 유속의 조절하기 위해 공급되는 압력을 변경할 수 있는 압력 조절기를 사용하였다(일차 세정 조성물은 40-60 psig에서 처리되었고 이차 세정 조성물은 15-30 psig에서 처리됨). 제형 B의 세정 조성물 총 1150 ml가 약 40분 동안 처리되었다.
상기 과정이 완료된 후에, 엔진을 정지하기 전에 3-5분간 공회전하였다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템 증착물의 무게를 측정하였다. 세정 조성물을 순차적으로 처리한 흡입 밸브의 세정 정도는 50.9 %(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 무게 510.9 mg이고 세정 후 무게는 251 mg)였다.
실시예 3
DISI 엔진 실시예:-다음에 기재된 방법은 실시예 1의 장치를 사용하여 1.8 L DISI 엔진이 장착된 1998 미쯔비시 카리스마 자동차에서 증착물을 제거하기 위하여 사용하였다.
증착물의 형성과 제거 실험은 다음의 방법을 사용하여 수행하였다.
DISI 엔진은 청결한 부품을 사용하여 조립하였다. 상기 자동차는 충분한 증착물의 축적을 위하여 8000km 주행거리 축적자 차선(mileage accumulator lane)에서 운전되었다.
증착물 형성 단계 후, 엔진을 분해한 다음 흡입 시스템과 연소 챔버 증착물의 두께와 무게를 측정하고 기록하였다. 측정이 완료된 엔진은 세정 단계를 위하여 조립하였다.
증착물의 제거는 엔진이 완전히 예열된 후 빠르게 공회전(2000 RPM)되는 동안 수행하였다. 한편, 이 방법은 제조자의 지시에 따라 약 3500 RPM의 공회전 속도에서 수행할 수 있다. DISI 엔진의 경우, 세정 조성물을 구별하여 주입하기 위한 용이한 접근점은 흡입 매니폴드 특히, PCV 레일이다. 상기 레일은 입구 밸브(inlet valve)와 연결되어 있으며 근접하게 위치해 있다. 이는 영향을 받는 각각의 흡입 포트(intake port)의 상류에 더욱 농축된 형태의 세정 조성물이 투입되도록 하며 증착물의 제거가 증가되도록 한다. 수송 수단은 원하는 위치에 PCV 포트를 통하여 PCV 레일의 내부에 삽입함으로써 세정 조성물이 각각의 흡입 포트에 전달되도록 하였다. 이러한 관점에서 기관의 내부에 삽입되며 유체를 특정 위치에 운송하기 위한 출구(outlet)가 구비된 유연한 처리 매니폴드(flexible treatment manifold)를 사용하였다. 처리 매니폴드에 연결된 것은 PCV 포트의 나머지를 봉인(sealing)하기 위한 봉인 부재이다. 원하는 삽입 깊이를 표시하기 위해 상기 처리 매니폴드를 표지하였다. 상기 처리 매니폴드를 PCV 레일 내로 이동시켜 상기 처리 매니폴드의 출구가 각각의 흡입 레일에 대응되도록 함으로써 처리 조성물이 실린더 사이에 고르게 분배되도록 하였다. 수송 수단과 연결하여 유량 조절 밸브를 설치하고 세정 유체의 운송이 분당 약 10 내지 약 140 ml의 넓은 범위가 되도록 조정하였다.
본 실시예에서, 흡입 진공하에서 약 30 ml/min의 유속이 되도록 유량 조절 밸브를 조정하였다. 유속을 조정한 후, 비례량의 세정 조성물을 입구 포트에 순차적으로 공급하였다. 세정 조성물을 연속적으로 주입하는 경우, 상기와 유사한 작동을 수행하였다. 제형 A의 두 세정 용액 총 1150 ml는 총 처리 시간 약 40분에 걸쳐 엔진에 전달되었다(각 용액 575 ml를 순차적으로 공급).
상기 과정이 완료된 후에 엔진을 정지하기 전에 3-5분간 공회전시켰다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템과 연소실의 증착물의 두께 및 무게를 측정하였다. 세정 조성물을 순차적으로 처리한 경우 흡입 밸브의 세정 정도는 51.1 %였다(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 무게는 269 mg이고 세정 후 무게는 131 mg).
실시예 4-5
DISI 엔진 실시예:-제형 B을 이용하여 실시예 3의 방법을 반복하였다. 실시 예 4는 일차 세정 용액 약 335 ml를 사용한 다음 이차 세정 용액 415 ml를 사용하였다. 실시예 5는 일차 세정 용액 약 575 ml를 사용한 다음 이차 세정 용액 575 ml를 사용하였다. 세정 정도를 측정하고 결정하였다. 세정 용액을 순차적으로 처리한 경우 실시예 4에서는 흡입 밸브의 세정 정도는 51.0 %(오염된 흡입 밸브 증착물 평균 무게 196 mg이고 세정 후 무게 96 mg)였고 실시예 4에서는 53 %(오염된 흡입 밸브 증착물 평균 무게 294.2 mg이고 세정 후 무게 138 mg)이였다.
표 1 실험 데이터
| 실시예 | 시험 조건 (시험전과 시험후) |
AVG 흡입 밸브 증착물 무게 (mg) | AVG % 흡입 밸브 세정 |
| 비교 실시예 A* | 오염(Dirty) | 235 | 23.3 % |
| 세정후 | 181 | ||
| 비교 실시예 B | 오염(Dirty) | 356 | 20.9 % |
| 세정후 | 305 | ||
| 실시예 1 | 오염(Dirty) | 529 | 34.6 % |
| 세정후 | 346 | ||
| 실시예 2 | 오염(Dirty) | 511 | 50.9 % |
| 세정후 | 251 | ||
| 실시예 3 | 오염(Dirty) | 269 | 51.1 % |
| 세정후 | 131 | ||
| 실시예 4 | 오염(Dirty) | 196 | 51.0 % |
| 세정후 | 96 | ||
| 실시예 5 | 오염(Dirty) | 294 | 53 % |
| 세정후 | 138 |
* 2회 실험의 평균값
표 1의 실험 데이터는 본 실시예에 의해 예시된 시험 전과 후의 결과를 기초로 하여 세정 정도를 퍼센트로 계산하여 엔진의 청결정도를 나타낸 것이다. 상기 세정 정도의 퍼센트 값은 (오염된 부품-청결한 부품)/오염된 부품×100의 식을 이용하여 계산하였다. 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 사용된 상기 장치 및 응용 도 구는 PFI 및 DISI 엔진에서 흡입 시스템과 연소실의 증착물을 유의적으로 감소시킴을 알 수 있었다.
실시예 6
사용예-디젤 엔진:-실시예 1의 세정 조성물을 2001, 포드 HSDI 2.0 디젤 엔진의 증착물을 제거하는데 사용하였다. 상기 엔진을 동력측정 엔진 스탠드에 설치하였다. 세정 테스트를 수행하기 전에, 상기 엔진 실린더 헤드를 제거하고 흡입 밸브, 피스톤 탑 및 실린더 헤드의 증착물을 측정하고 기록하였다. 세정은 일차 용액과 이차 용액을 순차적으로 사용하여 수행하였다. 실험을 수행하기 전에, 상기 엔진을 2500 RPM으로 구동시켜 충분히 예열하였다. 이 실험에서, 엔진 속도를 각기 달리하여 수행하였다(850 RPM과 2400 RPM). 한편, 2400 RPM이 850 RPM에 비해 보다 안정하게 엔진이 작동하는 것으로 나타났다. 상기 두 가지 조성물을 8개의 노즐이 구비된 레일을 이용하여 흡입 매니폴드 시스템 내에 주입하고 가열 펌프를 사용하여 조성물이 보다 잘 분배되도록 하였다. 어플리케이터 레일(applicator rail)을 주요 흡입 에어 시스템 오프닝(main intake air system opening)을 통해 흡입 에어 매니폴드 내로 삽입하였다. 어플리케이터 레일위의 노즐 간격은 흡입 에어 매니폴드 내에 어플리케이터 레일을 위치하도록 하자마자 흡입 매니폴드 러너(runner)와 일직선으로 맞추는 방식으로 미리 결정하였다. 실험이 완료된 후, 엔진을 정지시키기 전에 약 10분간 구동시켰다. 증착물 제거 효율은 엔진의 실린더 헤드를 분해한 다음 증착물 무게와 두께를 측정함으로써 결정하였다. 상기 엔진의 세정 정도는 표 4에 나타낸 바와 같이 측정하고 계산하였다. 결과는 다음과 같다: 흡입 밸브 증착물의 세정 정도는 24.7%로 향상되었으며(오염된 흡입 밸브 증착물의 평균 무게 240mg : 세정 후 무게 178mg), 피스톤 탑 세정 정도는 41.5%로 향상되었고(오염된 피스톤 탑 증착물의 평균 두께 8.2μm : 세정 후 두께 4.8μm) 실린더 헤드 세정 정도는 70.6%로 향상되었다(오염된 실린더 헤드 증착물의 평균 두께 108μm : 세정 후 두께 10.2μm). 따라서, 상기 세정 조성물이 디젤 엔진에서 흡입 시스템과 연소실의 증착물을 제거하는데 효과적임을 알 수 있었다.
실시예 7
사용예-천연가스 엔진:-실시예 1의 세정 조성물을 대구경 천연가스 엔진(large bore natural gas engine)을 세정하는데 사용하였다. 증착물 제거 실험은 총 배기량이 115L이며 12실린더가 구비된 와우케샤(Waukesha) 엔진을 이용하여 엔진이 정지된 상태에서 수행하였다. 본 발명의 조성물이 흡입 포트 내로 전달되도록 하며 밸브 튤립(valve tulips)에 근접하도록 하기 위해 상기 조성물을 수용하고 있는 용기에 연결된 경질 튜브를 이용하여 엔진 매니폴드를 약간 변형하였다. 상기 경질 운송 튜브는 흡입 포트 영역으로 차단되지 않은 통로를 제공하는 이전에 설정한 접근 포트(access port)를 통해 흡입 시스템 내에 삽입하였다. 엔진 작동이 적합하도록 하기 위해 상기 조성물의 유량을 조절하는데 니들 밸브(needle valve)를 사용하였다. 세정 실험을 수행하기 전에, 엔진이 천연 가스 산출 지역에서 작동될 때 흡입 시스템과 연소실 내에 유의적 수준으로 축적된 증착물이 존재하는지를 비디오 스코프를 이용한 시각적 검사를 통해 확인하였다. 상기 엔진을 공회전하여 예열시켰다. 상기 엔진이 공회전하는 동안 세정 조성물을 흡입 시스템 내에 순차적으로 주입하였다. 시험의 완료에서, 엔진을 분해하지 않고 비디오 스코프를 이용하여 증착물의 제거 정도를 평가하였다. 훈련된 기술자에 의한 시각적 검사 결과 흡입 시스템과 연소실 표면으로부터 증착물이 유의적으로 제거되었음(100 %까지)을 확인할 수 있었다.
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- 접근 포트를 통하여 왕복 엔진의 내부 캐비티에 삽입되어 세정이 필요한 엔진 내부 표면에 인접하게 배치될 수 있는 처리 매니폴드(260); 및 상기 처리 매니폴드와 유체 연통되는 연장 도관(240)을 포함하며,상기 처리 매니폴드는 관통 통로(passageway) 및 분리된 유체 전달 지점에 대한 각 튜브상에 위치한 적어도 하나의 오리피스(262)를 구비한 독립적으로 방향조절이 가능한 복수의 튜브(261)를 구비하고, 상기 튜브가 근(proximal) 말단 및 원(distal) 말단을 구비하고, 상기 근 말단이 봉인 부재(250)와 연통되고, 튜브의 적어도 하나의 원 말단이 세정이 필요한 엔진 내부 표면으로 위치 가능한 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 내부 표면으로 세정 조성물을 전달하는 장치.
- 제11항에 있어서,적어도 하나의 원 말단을 세정이 필요한 엔진의 내부 표면에 실질적으로 인접한 위치로 위치시키는 안내 수단(263)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항에 있어서,상기 봉인 부재와 연통되고, 조종 가능한 말단부를 상기 엔진의 내부 캐비티 내부에 위치하도록 방향조절이 가능한 튜브의 외주면에 위치한 안내 부재(265)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제13항에 있어서,상기 안내 부재가 견고한 것을 특징으로 하는 장치.
- 제14항에 있어서,상기 안내 부재가 홈(keyway)을 구비하고, 방향조절이 가능한 튜브와 함께 끼워 맞추어(keyed) 방향조절이 가능한 튜브의 방향성을 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제13항에 있어서,상기 오리피스로부터 내부 엔진 표면까지의 기선택 거리를 유지하기 위하여 적어도 하나의 오리피스를 감싸는 포지셔닝 부재(270)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항에 있어서,상기 연장 도관이 처리 매니폴드의 독립적으로 방향조절이 가능한 복수의 튜브와 연통된 단일의 입구 및 복수의 출구를 구비한 스플리터(splitter, 245)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- (a) 압력 조절장치와 연결된 입구 및 배출 출구를 구비하고, 엔진 세정 조성물로 충진된 압력 내성 저장 용기(20);(b) 상기 압력 내성 저장 용기의 배출 출구에 연결된 조절 가능한 밸브(30);(c) 밸브 작용에 따라 압력 내성 저장 용기로부터 배출된 엔진 세정 조성물을 수용하기 위하여 조절 가능한 밸브에 연결 가능하게 부착된 근 말단 및 원 말단을 구비한 적어도 하나의 연장 도관(40);(d) 적어도 하나의 연장 도관의 원 말단부와 유체 연통되게 연결되고, 접근 포트를 통하여 엔진의 내부 공간으로 삽입되고, 접근 포트로부터 엔진의 내부 공간으로 연장되며, 내부 엔진 표면으로 유체를 전달하는 오리피스를 구비한 적어도 하나의 방향조절이 가능한 튜브를 구비하고, 세정이 필요한 표면에 근접하게 상기 오리피스를 위치시키기 위하여 방향조절이 가능한 튜브의 일부에 대해 동심원 형태로 위치한 안내부재를 구비한 처리 매니폴드(60); 및(e) 접근 포트와 탈착 가능하게 연결되고, 연장 도관 및 처리 매니폴드와 함께 유체 전달을 가능하게 하는 봉인 부재(50)를 포함하는내부 탄소질 엔진 증착물을 제거하기 위하여 세정 조성물을 투여하고 방향성을 부여하는 내연엔진의 공기 흡입 시스템에 부착 가능한 응용 도구.
- 제18항에 있어서,상기 압력 내성 저장 용기의 배출 출구에 연속하여 연결된 게이지(gauge)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 응용 도구.
- 제18항에 있어서,상기 연장 도관이 처리 매니폴드의 방향조절이 가능한 복수의 튜브와 유체 연통된 단일의 입구 및 복수의 출구를 구비한 스플리터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 응용 도구.
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