KR101338198B1

KR101338198B1 - 푸쉬 벨트 무단변속기유 조성물

Info

Publication number: KR101338198B1
Application number: KR1020110091472A
Authority: KR
Inventors: 차상엽
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-12-06
Also published as: US20130065802A1; KR20130027936A; US8569215B2

Abstract

본 발명은 푸쉬 벨트 무단변속기에 사용되는 변속기유 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소처리기유 또는 합성기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 각종 첨가제 등의 특정 성분을 소정의 비율로 조성함으로써, 마찰특성, 내구성, 열안정성, 산화안정성, 변속성이 향상되고 광범위한 온도 범위에서 사용할 수 있고, 전달효율(연비)이 향상이 가능한 푸쉬 벨트 무단변속기(push belt continues variable transmission) 조성물에 관한 것이다.

Description

푸쉬 벨트 무단변속기유 조성물{A composition of oil for push belt continues variable transmission}

일반적으로, 변속기는 클러치와 추진축 또는 클러치와 종감속 기어장치 사이에 설치되어 엔진의 동력을 자동차의 주행상태에 알맞도록 회전력과 속도를 바꾸어 구동바퀴에 전달하는 장치를 말하는데, 흔히 수동변속기와 자동변속기로 구분된다. 그 중에서 자동변속기는 수동변속기에서와 같이 동력을 단속하기 위해 필요한 클러치 조작과 주행조건에 따라 기어변속을 수동으로 선택할 필요 없이 엔진으로 회전속도 및 회전력을 변화시켜 구동륜에 전달하는 변속기의 작용이 자동으로 이루어지는 변속기를 말한다.

일반적인 자동변속기는 변속효율을 높이기 위해서 6속, 7속, 8속 등 다단화 개발이 이루어지고 있으며, 특히 최근에는 무단변속기의 도입이 늘어나고 있다.

푸쉬 벨트 무단변속기(CVT)는 Van Doore 박사에 의해 개발되어 현재 많은 자동차에 장착되고 있다. CVT는 벨트-풀리의 가변에 의해 무단으로 변속이 가능하다. 이때 가변 풀리는 벨트를 적절한 압력으로 눌러 주어야 하며, 제1 풀리 와 제2 풀리의 풀리압력 비율에 따라 변속비가 정해진다. 풀리와 벨트는 누르는 압력에 미끄러지지 않아야 하기 때문에 적절한 마찰력을 유지해야 한다.

이와 같이, CVT는 벨트와 풀리간의 적절한 마찰력을 유지하고, 기어 및 베어링 등의 윤활역할을 담당하여 마찰에 의한 마모를 줄여야 한다. 또한, 토오크 컨버터 및 유성기어를 조합하는 경우 일반 자동변속기의 클러치에 적용되는 마찰재의 마찰특성도 우수하여야 하고 변속시 변속충격이 없어야 한다.

따라서 이러한 CVT에 적용되는 변속기유는 이러한 마찰 특성과 각종 물성의 개선에 중점을 두고 있다.

기존에 알려진 변속기유로서는 일본공개특허 제2009-0286831호에서 기유에 인 화합물 0.005~0.1 중량%와 첨가제로서 무회분산제, 산화방지제, 극압제, 마찰조정제, 점도지수향상제 등을 0.01~20 중량% 포함하는 금속 벨트식 무단변속기용 윤활유 조성물이 알려져 있으며, 일본공개특허 제2001-0323292호에서는 윤활유 기재에, (A)유기산금속염(금속량으로서 100~1000ppm), (B)마모방지제, (C)붕소 함유 코학산이미드를 포함하며, 쇄장 탄화수소기를 갖는 상기 유기산 금속염이 Ca, Mg의 살리실레이트, 카르복실레이트 술포네이트, 포스포네이트 등을 포함하는 푸쉬 벨트식 자동 변속기용 윤활유 조성물이 개시되어 있고, 여기서는 첨가제로 마찰조정제 0.01~5중량%, 이미드계 무회분산제 0.1~10중량%, 산화방지제 0.05~5중량%, 점도지수향상제로서 폴리메티크릴레이트 1~7중량%를 포함하는 조성물이 제안되어 있다.

그러나 이러한 변속기유 조성물은 푸쉬 벨트 무단변속기유로 적용하기에는 물성에 문제가 있고, 특히 마찰 특성이 좋지 않았다.

이러한 점을 개선하기 위한 기술로서, 한국공개특허 제2005-0028808호에서는 기유에 첨가제로서 전체 조성에 대하여 숙신이미드 등의 분산제가 0.1~10 중량%, 산화방지제가 0.1~3.0중량%, 소포제가 0.01~1.0중량%를 포함하며, 추가로 황-기재 극압첨가제, 마찰조정제, 점도지수 향상제등을 포함하는 동력전달 유체가 제안되어 있으며, 이러한 첨가제 조성물은 향상된 마모 보호 성능을 위한 인(phosphorous) 공급원과 향상된 떨림-방지 내구성을 위한 마찰조정제로서 작용하며, 상기 첨가제 조성물을 포함하는 동력전달유체는 향상된 마모 보호 성능 및 향상된 떨림-방지 내구성을 개선시키는 것으로 제안되어 있다. 이러한 동력전달유체는 푸쉬 벨트형 변속기에서 사용이 가능한 것으로 제안하고 있지만, 상기한 첨가제 조성으로서는 마찰특성이나 열안정성, 내구성 등에서 개선의 여지가 많았다.

이에, 종래의 변속기유에서 첨가제로서 점도조정제, 분산제, 마찰조정제 및 각종 첨가제 등을 특정의 비율로 조성하게 되면 그 일련의 조성으로 인해 마찰특성이 개선되고 내구성 등 각종 물성이 우수하다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 푸쉬 벨트 무단변속기의 벨트와 풀리 간의 적절한 마찰력을 유지하고 기어 및 베어링 등의 윤활성과 자동변속기의 클러치 마찰특성이 요구되는 푸쉬 벨트 무단변속기에 적합한 우수한 물성의 변속기유 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기유에 첨가제로서 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제를 적절한 비율로 배합한 자동차용 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물을 제공한다.

본 발명의 일예로서, 기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제가 혼합되어 있되 전체 조성에 대하여 점도조정제가 2~8 중량%, 분산제로서 숙신이미드분산제가 1~3중량%, 보레이티드 분산제가 0.5~1.5중량%, 그리고 마찰조정제가 1.5~3.0 중량% 함유되어 있는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 예로서는 기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제가 혼합되어 있되 전체 조성에 대하여 점도조정제가 2~8 중량%, 분산제가 1.5~4.5중량%, 그리고 마찰조정제로서 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트가 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민이 0.5~1.0중량%, 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트가 0.2~0.4중량% 함유되어 있는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 예로서는, 기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제가 혼합되어 있되 전체 조성에 대하여 폴리메타아크릴레이트 점도조정제 2~8중량%, 숙신이미드 분산제 1~3중량%, 보레이티드 분산제 0.5~1.5중량%, 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민 0.5~1.0중량%, 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트 0.2~0.4 중량%, 칼슘살리실레이트 0.3~0.5중량%, 알킬포스페이트 포스포릭산 0.2~0.4중량%, 산화방지제 1.0~1.4중량%, 희석제 1.0~1.5중량%, 보레이트에폭사이드 0.1~0.3중량%가 함유되어 있는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물을 특징으로 한다.

본 발명의 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물은 기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제를 사용하되 특히 분산제, 마찰조정제 등의 조성을 특정 성분으로 하는 등 전체적인 일련의 조성을 새롭게 구성함으로서, 적절한 점도와 마찰계수의 개선으로 펌핑 손실을 줄이고 내구성을 향상시킴은 물론, 클러치 마찰특성도 개선하고 내구성, 열안정성, 산화안정성, 변속성 등이 향상되어 광범위한 온도 범위에서 사용할 수 있으며, 전달효율(연비)이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제가 혼합된 조성물을 제공하는 바, 본 발명의 바람직한 예로서는 조성물의 전체 조성에 대하여 첨가제로서 점도조정제가 2~8 중량%, 분산제로서 숙신이미드분산제가 1~3중량%, 보레이티드 분산제가 0.5~1.5중량%, 그리고 마찰조정제가 1.5~3.0 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 바람직한 예로서는 첨가제에 마찰조정제로 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트가 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민이 0.5~1.0중량%, 그리고 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트가 0.2~0.4중량%로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 기유는 광유계 또는 고도로 정제된 광유 또는 합성유를 사용할 수 있다. 특히, 100℃에서의 동점도가 3~10cSt이고 점도지수가 120℃ 이상인 고도로 정제된 기유 또는 합성유를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 점도조정제로서 폴리메타아크릴레이트(PMA)계 점도조정제가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스타형의 아스테릭 폴리메타아크릴레이트(asteric PMA)를 사용할 수 있다. 점도조정제는 전체 조성에 대하여 2~8 중량%로 사용하는 것이 좋은데, 너무 소량이면 내구성이 저하되고 과량이면 다른 물성이 나빠지는 문제가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 변속기유의 점도는 낮을수록 펌핑 손실을 줄일 수 있어 연비향상 효과를 얻을 수 있으나, 점도가 낮으면 유막두께 저하로 내구성에 큰 문제가 발생한다. 따라서 바람직하기로는 고도정제 기유에 스타형의 아스테릭 폴리메타아크릴레이트(asteric PMA)를 사용하는 경우 점도를 5.4 cSt로 낮추어도 피로내구성(FZG.ASTM D5182.)이 향상되는 결과를 기대할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 분산제는 1.5~4.5중량%로 사용하는 것이 좋은데, 더욱 바람직하기로는 숙신이미드 분산제 및 보레이티드 분산제가 함께 사용되는 것이 좋다. 숙신이미드 분산제로는 폴리이소부테닐 숙신 언하이드라이드(polyisobutenyl succinic anhydride).등이 사용될 수 있고, 보레이티드 분산제로는 polyisobuylene succinic anhydride 와 boric acid 반응물.등이 사용될 수 있다. 이때 분산제의 사용량은 전체 조성에 대하여 숙신이미드 분산제 1~3중량%, 보레이티드 분산제 0.5~1.5중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 만일, 숙신이미드 분산제를 1 중량%, 보레이티드 분산제를 0.5중량% 보다 적게 사용할 경우 클러치 마찰특성을 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 특히 SAE NO2 마찰특성 시험결과 uD/u0 시험값이 1.1이하로 유지되어야 하는데, 이를 초과할 가능성이 있어서 클러치 마찰특성이 저하되는 문제가 있게 된다. 만일 클러치 마찰특성이 저하되는 경우 클러치 작동시 클러치 충격이 발생한다. 그러나 이러한 분산제를 너무 과량 사용하여도 정마찰계수(u0)가 높아져 클러치 충격이 발생한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 마찰조정제는 전체 조성에 대하여 1.5~3.0 중량%로 사용하는 것이 바람직한데, 이때 마찰조정제로서는 바람직하기로는 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트와 하이드로 카빌아민 및 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트를 사용하면 금속간 마찰계수를 높여서 푸쉬벨트 무단변속기의 금속벨트와 풀리 간의 마찰력을 높여 주게 되고 효과적으로 미끄러짐을 방지할 수 있다.

마찰조정제로 사용되는 성분으로서 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트로는 예컨대 전염기가(TBN; total base number)가 295 mgKOH/mg 인 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 마찰조정제의 사용량은 전체 조성에 대하여 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트가 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민이 0.5~1.0중량%, 그리고 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트가 0.2~0.4중량%로 사용되는 경우가 바람직하며, 이들 성분을 위 조성비율로 적절히 혼합 사용하는 경우 벨트 풀리 시험결과 내구성(durability)이 우수하면서도 변이토크(transit torque)를 80 Nm까지 높일 수 있다. 일반적으로 변이토크는 높을수록 푸쉬벨트 무단변속기의 허용토크를 증가 시킬 수 있으며, 풀리 압력 즉, 클램핑 력(clamping force)를 줄 일 수 있어서 무단변속기 효율을 증대시키는 효과가 있다. 그러나, 변이토크가 너무 높은 경우에는 벨트-풀리 간 마모가 발생하여 내구성(durability)을 만족하지 못하는 경우가 있으므로 위 조성 비율로 사용하는 것이 내구성과 효울 증대의 효과를 동시에 만족시킬 수 있는 바람직한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 그 이외에도 첨가제로서 다른 성분들을 바람직하게 사용할 수 있는데, 예컨대 마찰조정제 성분으로서 칼슘살리실레이트 0.3~0.5중량%, 알킬포스페이트 포스포릭산 0.2~0.4중량%, 산화방지제 1.0~1.4중량%, 희석제 1.0~1.5중량%, 마모방지제.기능의 성분으로서 보레이트에폭사이드 0.1~0.3중량% 등이 바람직하게 사용될 수 있다.

이렇게 조성된 본 발명의 바람직한 조성물은 100℃ 동점도가 5.4 cSt 이하이며, 피로내구성(FZG.ASTM D5182.)이 350 시간 이상인 특징을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 푸쉬벨타 무단변속기유 조성물은 위와 같은 조성물의 사용범위 내에서 통상의 기술자가 적절하게 조합하거나 다른 첨가제를 추가하거나, 일부를 생략하여도 본 발명의 목적에 부합되는 결과를 얻는 한도 내에서는 본 발명의 예로서 포함될 수 있다.

이러한 본 발명의 무단변속기유 조성물은 푸쉬 벨트 무단변속기에 적용하기에 매우 적합한 특성을 나타내며, 특히 마찰특성, 내구성, 열안정성, 산화안정성, 변속성 등의 각종 물성이 우수하여 광범위한 온도 범위에서 사용할 수 있고, 이런 물성이 우수함으로 인해 연비 개선에도 효과를 기대할 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적인 실시예로서 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~6

푸쉬벨트 무단변속기용 변속기유 조성물을 제조하기 위해 다음의 표 1의 사용성분과 조성 비율로 각 성분을 혼합하여 변속기유 조성물을 제조하였다. 여기서, 사용된 각 성분의 해당 수치는 중량%를 의미한다.

[표 1]

(주) 상기 표 1에서 기유로서 group-3 yubase 3와, group-3 yubase 6는 에스케이루브리컨트사 제품을 사용하였다.

실험예

실험은 각 실시예외 비교예에 대하여 여러 가지 물성 측정 시험을 시행하였으며, 그 물성 시험방법은 아래와 같고 실험결과는 다음 표 4에 나타내었다.

(1) SAE NO2 마찰특성 시험

다음 표 2의 시험조건으로 SAE NO2 마찰특성 비교실험을 시행하였다. Daynamic Cycle 에서 최대 동마찰계수(μo), 마찰판의 회전수가 1,800rpm 일 때의 동마찰계수(μd ), Static Cycle에서 정마찰 계수(μs )를 측정하여 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다

[표 2]

(2) KRL 전단안정성 시험

KRL 전단안정성 시험은 CEC L45-T(KRL Shear Stability Test)에 따라 수행하였다.

(3) LFW-1 마찰특성 시험

LFW-1 마찰특성 시험은 ASTM D2714 (Standard Test Method for Calibration and Operation of the Falex Block-on-Ring Friction and Wear Testing Machine)에 따라 수행하였다.

(4) 벨트-풀리 마찰특성 및 내구성 시험

벨트-풀리 마찰특성 및 내구성 시험은 SAE 2003-01-3253 Van Doorne CVT Fluid Test(A Test Method on Belt-pulley Level to select Fluids for Push Belt CVT Applications.)에 따라 수행하였다.

(5) 저온 유동성 시험

저온 유동성은 저온점도 ASTM D2983(Test Method for Low-Temperature Viscosity of Automotive Fluid Lubricants Measured by Brookfield Viscometer)에 따라 수행하였다.

(6) 동점도 측정 시험

동점도 측정은 ASTM D 445(Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids)에 따라 수행하였다.

(7) 피로내구성 시험

기어의 피로내구성 평가는 ASTM D5182(Standard Test Method for Evaluating the Scuffing Load Capacity of Oils ; FZG Visual Method)에 준하여 평가하였고 그 시험조건은 다음 표 3과 같다.

[표 3]

위와 같은 각 시험항목에 대한 실험결과는 다음 표 4와 같다.

[표 4]

위 실험 결과로부터, 변속기유의 점도는 낮을수록 펌핑 손실을 줄일 수 있어 연비향상 효과를 얻을 수 있으나, 유막두께 저하로 내구성에 큰 문제가 발생한다. 따라서 실시예 1, 2에서 아스테릭 PMA 및 고도정제 기유를 사용한 경우 점도를 5.4 cSt로 낮추어도 FZG 내구성은 향상됨을 확인하였다.

또한 분산제로는 숙신이미드분산제 및 보레이티드 분산제가 함께 사용되는 것이 바람직하며, 숙신이미드분산제 1~3%, 보레이티드 분산제 0.5~1.5%이어야 한다. 숙신이미드 분산제는 1%, 보레이티드 분산제는 0.5% 이하로 사용될 경우 마찰 클러치 마찰특성을 만족하지 못한다. SAE NO2 시험결과 uD/u0 시험값이 1.1이하로 유지되어야 하는데 비교예 1, 2의 경우분산제의 사용이 본 발명의 조건을 만족하지 않은 결과 1.1을 초과하였다. 이럴 경우 클러치 작동시 클러치 충격이 발생한다.

과염기 보레이티드 칼슘설포네이트는 전염기가(TBN)가 295 mgKOH/mg 인 것이 바람직하고, 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트 1.0~1.5%, 하이드로 카빌아민 0.5~1.0% 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트 0.2~0.4%로 적절히 사용될 때 벨트-풀리 시험결과 내구성을 만족하고, 변이토크를 80 Nm로 높일 수 있다. 변이토크는 높을수록 푸쉬벨트 CVT의 허용토크를 증가 시킬 수 있으며, 풀리 압력을 줄일 수 있어 무단변속기 효율 증대에 효과가 있다. 그러나, 비교예 1, 2와 같이 마찰조정제의 사용이 본 발명의 범위를 벗어난 경우 변이토크가 높아져서 벨트-풀리간 마모가 발생하기 때문에 내구성을 만족하지 못하는 문제가 발생한다.

따라서 실험결과, 본 발명의 조건을 만족하는 경우 마찰특성과 내구성 및 각종 물성에서 우수한 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.

Claims

기유에 점도조정제, 분산제, 마찰조정제, 산화방지제 및 소포제가 혼합되어 있되, 전체 조성에 대하여 점도조정제가 2~8 중량%, 분산제로서 숙신이미드 분산제가 1~3중량%, 보레이티드 분산제가 0.5~1.5중량%, 그리고 마찰조정제로서 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트가 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민이 0.5~1.0중량%, 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트가 0.2~0.4중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.
삭제
청구항 1 에 있어서, 폴리메타아크릴레이트 점도조정제 2~8중량%, 숙신이미드 분산제 1~3중량%, 보레이티드 분산제 0.5~1.5중량%, 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트 1.0~1.5중량%, 하이드로 카빌아민 0.5~1.0중량%, 과염기 마그네슘 하이드로카빌벤젠설포네이트 0.2~0.4 중량%, 칼슘살리실레이트 0.3~0.5중량%, 알킬포스페이트 포스포릭산 0.2~0.4중량%, 산화방지제 1.0~1.4중량%, 희석제 1.0~1.5중량%, 보레이트에폭사이드 0.1~0.3중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 기유는 고도정제유 또는 합성유로서 점도지수가 120℃이상인 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 점도조정제는 스타형의 아스테릭 폴리메타아크릴레이트(asteric PMA)인 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.
청구항 3에 있어서, 상기 과염기 보레이티드 칼슘설포네이트는 전염기가(TBN)가 295 mgKOH/mg 인 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.
청구항 1에 있어서, 100℃ 동점도가 5.4 cSt 이하이며, 피로내구성(FZG.ASTM D5182.)이 350 시간 이상인 것을 특징으로 하는 푸쉬벨트 무단변속기유 조성물.