KR101642764B1 - 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제 - Google Patents

내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제에 관한 것으로서, 출력향상제, 층분리방지제 및 세정제를 교반하여 혼합액을 만드는 단계(단계 1); 및 상기 혼합액에 윤활성 향상제를 혼합한 후 교반하여 내연기관용 연료첨가제를 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하여 제조되는 것을 기술적 특징으로 하며, 나이트로파라핀을 사용함으로 인해 출력과 연비를 향상시킬 수 있으며, 금속성 물질을 포함하지 않음으로 인해 인체에 무해하며, 식물성오일이나 메틸 올레이트 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소시 카본, 분진, 검 및 잔사가 발생하지 않음으로 신형차량의 초고압 인젝터와 배출가스정화용 필터 및 SCR촉매필터의 효율을 일정하게 유지하고 고장을 미연에 예방할 수 있으며 출력과 연비를 향상시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제{Manufacturing method of Fuel Additive for Internal Combustion Engines and Fuel Additive for Internal Combustion manufactured by the same}
본 발명은 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나이트로파라핀을 사용함으로 인해 출력과 연비를 향상시키고, 금속성 물질을 포함하지 않음으로 인해 인체에 무해하며, 식물성오일이나 메틸 올레이트 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소시 카본, 분진, 검 및 잔사가 발생하지 않음으로 신형차량의 초고압 인젝터와 배출가스정화용 필터 및 SCR촉매필터의 효율을 일정하게 유지하고 고장을 미연에 예방할 수 있으며 출력과 연비를 향상시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에의해 제조된 내연기관용 연료첨가제에 관한 것이다.
연료첨가제란 자동차의 연료에 소량을 첨가함으로써 자동차의 성능을 향상시키거나 자동차 배출물질을 저감시키는 화학물질을 의미하며 첨가제의 종류에 따라서 그 사용목적을 달리하고 있다.
일반적으로는 불완전연소로 인해 생성되는 탄소퇴적물(Carbon Deposit)로 인한 차량의 성능저하, 배기가스 증가, 노킹문제, 연료소비증가, 수명단축 등의 제반문제들을 개선하기 위하여 사용되며 주된 기능으로는 엔진 내의 퇴적물을 제거하거나 엔진청정기능의 강화 및 배출가스 저감작용, 연비향상작용 등을 들 수 있다.
지구환경을 보호하고 자국민의 건강을 보호하기 위해 각국에서는 매연과 오염물질의 배출에 대한 규제를 점점 강화하고 있는데, 특히 자동차 배출가스에 대한 기준이 특히 강화되고 있으며, 이에 따라 완성차 제조업체에서는 이러한 기준을 충족시킬 수 있는 동시에 연료를 효율적으로 사용할 수 있는 엔진과 배기가스 배출장치의 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
자동차가 생산된 초기에는 이러한 배출가스 기준을 충족시킬 수 있으나, 자동차가 노후화되어 감에 따라 연료 공급장치와 엔진의 내부 등에 카본 등이 축적되게 되고, 그 결과 엔진의 연소효율이 저하되고 심한 경우 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 배출가스 기준을 충족하지 못하게 될 우려도 있다.
상기와 같은 이유로 자동차의 노후화에 따른 연소효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 다양한 형태의 연료 첨가제가 개발되어 사용되고 있는데, 이들 연료 첨가제는 일반적으로 연료 공급배관이나 엔진의 내부 등을 세정하여 연소효율을 높이고자 하는 것으로 이러한 세정기능을 가지는 첨가제는 일시적으로는 연소효율이 제고되기는 하지만 계속 사용하는 경우 세정에 따른 윤활성능이 저하되고, 엔진 내벽과 피스톤 사이의 마찰계수가 올라가는 등 또 다른 문제를 발생시킬 수 있으며, 더구나 배출가스 중의 오염물질을 감소시키는 기능에는 한계가 있다.
자동차 산업 분야에서는 지난 수십년간 연료의 효율을 향상시키고, 연료 연소 후 배출되는 오염 물질을 감소시키기 위한 연구가 계속되었다. 이는 석유 자원의 제한성 및 환경 보호의 관점에서 피할 수 없는 과제로 자동차 사업 분야에서 해결해야 할 핵심적인 과제 중 하나이다.
이와 같은 과제의 해결 방안 중 하나로, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 배기 가스 배출을 감소시키기 위한 연료 첨가제 개발에 관한 연구들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 엔진 내부의 퇴적을 방지하기 위한 퇴적 제어 첨가제나 유화제, 연료 유동제 강하제, 엔진 세정제, 윤활제 등과 같은 첨가제들이 연료와 함께 사용될 경우, 오염 물질 배출 감소와 연비 향상에 다소 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.
그러나 이러한 종래의 엔진 첨가제들은 그 효과가 제한적이고, 오염 물질 감소와 연료 효율 개선에 있어서 만족할 만한 효과를 나타내지 못하고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국등록특허공보 제10-0699086호(2007.03.23.)에는 산소를 다량 함유한 고분자 실록산 계통의 화합물에 몰리브덴 화합물을 특정의 비율로 혼합한 내연기관용 연료 첨가제를 개시하고 있고, 대한민국등록특허공보 제10-1287026호(2013.07.17.)에는 식물성 오일, 리튬 스테아레이트, 알코올 및 폴리아민을 포함하는 연료 첨가제 조성물이 개시되어 있다.
상기 연료 첨가제는 연료의 연소 효율을 개선하고, 연료의 완전 연소를 유도하여 오염 물질의 배출을 감소시키는 장점이 있지만, 금속성 물질음 포함하므로 인해 폐나 기관기에 해를 끼칠 가능성이 있으며, 식물성 오일을 장기간 사용시 브란자방식은 연소실, 흡기밸브, 배기밸브, 배기라인 및 필터에, 직분사방식은 연소실 및 인젝터에 카본, 분진 및 잔사가 누적되거나 고착될 수 있는 문제가 있다.
한편, 대한민국등록특허공보 제10-1201038호(2012.11.14.)에는 유동 파라핀과 파라핀 왁스로 이루어진 기재와, 메틸 올레이트, 액상 칼슘 설포네이트 및 폴리알파올레핀으로 이루어진 첨가물을 포함하는 내연기관의 내부에 투입되어 연소효율을 개선하는 내연기관용 연료 첨가제가 개시되어 있다.
상기 내연기관용 연료 첨가제에도 금속성물질인 액상 칼슘 설포네이트를 사용하므로 폐나 기관지에 해를 끼칠 가능성이 있으며, 메틸 올레이트를 장기간 사용시 브란자방식은 연소실, 흡기밸브, 배기밸브, 배기라인 및 필터에, 직분사방식은 연소실 및 인젝터에 카본, 분진 및 잔사가 누적되거나 고착될 수 있는 문제가 있다.
KR 10-0699086 B1 2007.03.23. KR 10-1287026 B1 2013.07.17. KR 10-1201038 B1 2012.11.14.
본 발명의 목적은 나이트로파라핀을 사용함으로 인해 출력과 연비를 향상시키고, 금속성 물질을 포함하지 않음으로 인해 인체에 무해하며, 식물성오일이나 메틸 올레이트 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소시 카본, 분진, 검 및 잔사가 발생하지 않음으로 신형차량의 초고압 인젝터와 배출가스정화용 필터 및 SCR촉매필터의 효율을 일정하게 유지하고 고장을 미연에 예방할 수 있으며 출력과 연비를 향상시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에의해 제조된 내연기관용 연료첨가제를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
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본 발명은, 혼합액과 윤활성 향상제를 혼합한 후 교반하여 제조하는 내연기관용 연료첨가제에 있어서, 상기 혼합액은 출력향상제 50부피%, 층분리방지제 20부피% 및 세정제 30부피%를 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하여 만드는 단계(단계 1); 및 상기 혼합액 100부피부에 윤활성 향상제 10~40부피부를 혼합한 후 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하여 내연기관용 연료첨가제를 제조하는 단계(단계 2); 를 포함하되, 상기 출력향상제는 나이트로파라핀을 사용하는 내연기관용 연료첨가제의 제조방법을 제공한다.
상기 층분리방지제는 연료가 LPG인 경우에는 톨루엔을 사용하고, 연료가 가솔린인 경우에는 가솔린을 사용하며, 연료가 경유인 경우에는 경유를 사용한다.
상기 세정제는 메틸라우레이트를 사용한다.
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본 발명에 따른 내연기관용 연료첨가제는 나이트로파라핀을 사용함으로 인해 출력과 연비를 향상시킬 수 있으며, 금속성 물질을 포함하지 않음으로 인해 인체에 무해하며, 식물성오일이나 메틸 올레이트 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소시 카본, 분진, 검 및 잔사가 발생하지 않음으로 신형차량의 초고압 인젝터와 배출가스정화용 필터 및 SCR촉매필터의 효율을 일정하게 유지하고 고장을 미연에 예방할 수 있으며 출력과 연비를 향상시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 내연기관용 연료첨가제의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 내연기관용 연료첨가제의 제조방법은,
출력향상제, 층분리방지제 및 세정제를 교반하여 혼합액을 만드는 단계(단계 1); 및
상기 혼합액에 윤활성 향상제를 혼합한 후 교반하여 내연기관용 연료첨가제를 제조하는 단계(단계 2);
를 포함한다.
상기 단계 1에서 상기 혼합액은 출력향상제 50부피%, 층분리방지제 20부피% 및 세정제 30부피%를 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하여 만드는 것이 바람직하다.
상기 출력향상제는 나이트로파라핀을 사용하는 것이 바람직하다. 연료가 가솔린이나 경유인 경우에는 Di-tert-butyl peroxide(DTBP)을 추가할 수 있다. 상기 나이트로파라핀은 나이트로메탄, 나이트로에탄, 1-나이트로프로페인 및 2-나이트로프로페인으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
삭제
상기 층분리방지제는 연료가 LPG인 경우에는 톨루엔을 사용하고, 연료가 가솔린인 경우에는 가솔린을 사용하며, 연료가 경유인 경우에는 경유를 사용하는 것이 바람직하다.
삭제
상기 세정제는 메틸라우레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 메틸라우레이트의 화학식은 C13H26O2로서 천연세정제이다. 본 발명에서는 식물성오일이나 메틸 올레이트(C18) 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소실, 인젝터 및 고압펌프의 세정성이 우수하고 연소시 그을음이나 카본, 분진 및 잔사가 발생하지 않는 것이 특징이다.
삭제
상기 단계 2에서 혼합액 100부피부에 윤활성 향상제 10~40부피부를 혼합한 후 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하는 것이 바람직하다.
상기 윤활성 향상제는 미네랄오일, 유동 파라핀 및 폴리알파올레핀으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 미네랄오일은 석유에서 얻은 액체상태의 탄화수소류의 혼합물이다. 상기 유동 파라핀은 상온에서 액상인 paraffin이며, 석유에서 얻어지는 고분자 탄화수소로 무색, 무취, 투명하고 점도가 높은 기름 모양의 액체이다. 상기 폴리알파올레핀은 합성에스테르(합성유)로서 낮은 온도에서도 유동성과 윤활성이 우수하다.
상기 윤활성 향상제가 10부피부 미만 포함되면 윤활성저하로 출력과 연비의 향상 효율이 저하될 수 있고, 40부피부 초과 포함되면 연료첨가제의 층분리현상이 발생할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 내연기관용 연료첨가제를 제공한다.
본 발명에 따른 내연기관용 연료첨가제는 나이트로파라핀을 사용함으로 인해 출력과 연비를 향상시킬 수 있으며, 금속성 물질을 포함하지 않음으로 인해 인체에 무해하며, 식물성오일이나 메틸 올레이트 대신 메틸라우레이트를 사용함으로 인해 연소시 카본, 분진, 검 및 잔사가 발생하지 않음으로 신형차량의 초고압 인젝터와 배출가스정화용 필터 및 SCR촉매필터의 효율을 일정하게 유지하고 고장을 미연에 예방할 수 있으며 출력과 연비를 향상시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
석유계 연료 100부피부에 본 발명의 내연기관용 연료첨가제 0.05~5부피부를 혼합하는 것이 바람직하다. 석유계 연료 100부피부에 본 발명의 내연기관용 연료첨가제가 0.05부피부 미만 혼합되면 연료첨가제의 농도가 낮아 기대하는 효과를 얻기 어려우며, 5부피부 초과 혼합되면 연료첨가제의 농도가 높아져 연료의 기본 성능을 바꾸어 연료의 품질 저하를 가져올 수 있다.
상기 석유계 연료는 가솔린, 경유, 디젤유, 중유 또는 LPG로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
1-나이트로프로페인 50부피%, 경유 20부피% 및 메틸라우레이트 30부피%를 20℃에서 30분 동안 교반하여 혼합액을 만들었다. 상기 혼합액 100부피부에 미네랄오일 30부피부를 혼합한 후 20℃에서 30분 동안 교반하여 내연기관용 연료첨가제를 제조하였다.
[실험예 1]
경유 100부피부에 대하여 실시예 1에서 제조한 내연기관용 연료첨가제 0.05부피부를 혼합한 후에, 자동차연료 제조기준(「대기환경보전법 시행규칙」 별표 33 제1호)에 적합한 지 확인하기 위해 한국석유관리원에 실험 의뢰하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.
시험 항목 단위 품질 기준 시험 결과
10% 잔류탄소량 무게% 0.15이하 0.02
밀도(15℃) ㎏/㎥ 815~835 823
황함량 ppm 10이하 4
다고리방향족 무게% 5이하 1
윤활성 ㎛ 400이하 298
방향족 화합물 무게% 30이하 20
세탄지수(또는 세탄가) - 52이상 55
표 1을 보면 자동차연료 제조기준의 모든 시험 항목의 품질 기준에 적합한 것을 확인할 수 있다.
[실험예 2]
경유 100부피부에 대하여 실시예 1에서 제조한 내연기관용 연료첨가제 0.05부피부를 혼합한 후에, 유해중금속(「대기환경보전법 시행규칙」 별표 33 제2호 가목)의 기준에 적합한 지 확인하기 위해 한국석유관리원에 실험 의뢰하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
시험 항목 단위 품질 기준 시험 결과



유해중금속



 크롬(Cr)


㎎/ℓ


1.0 ㎎/ℓ 이하


 0.1 미만
망간(mN) 0.1 미만
철(Fe) 0.1 미만
니켈(Ni) 0.1 미만
아연(Zn) 0.1 미만
알루미늄(Al) 0.1
카드뮴(Cd) 0.1 미만
구리(Cu) 0.1 미만
표 2를 보면 유해중금속 기준의 모든 시험 항목의 품질 기준에 적합한 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3]
경유 100부피부에 대하여 실시예 1에서 제조한 내연기관용 연료첨가제 0.05부피부를 혼합한 후에, 배출가스(「대기환경보전법 시행규칙」 별표 33 제2호 나목)의 기준에 적합한 지 확인하기 위해 한국석유관리원에 실험 의뢰하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.
측정항목 단위 첨가전 첨가후 증감(%)
CO g/㎞ 0.186 0.140 24.7 % 감소
NOx g/㎞ 0.165 0.170 3.0 % 감소
THC+NOx g/㎞ 0.226 0.218 3.5 % 감소
PM g/㎞ 0.010 0.010 증감 없음
배출가스총량 g/㎞ 0.578 0.529 8.3 % 감소
매연 % 6.6 6.3 4.5 % 감소
시험모드 / 조건 NEDC mode
시험차량 내역
· 형식 / 년식
· 총중량 / 배기량
· 정격출력		 i30
FD-D16GS-A6 / 2011
1665 ㎏ / 1582 cc
117 ps / 4000 r/min
표 3을 보면, 실시예 1의 연료첨가제를 첨가한 후에 배출가스가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 4]
경유에 실시예 1에서 제조한 내연기관용 연료첨가제를 혼합한 연료를 1톤 트럭에 주유한 다음, 배합비를 달리 하면서 연료 절감률을 측정하여 표 4에 나타내었다. 상기 연비테스트는 중국심양 청우컴퍼니에 의뢰하여 실시하였다.
경유 실시예 1의 연료첨가제 주행속도 연료 절감률
100부피부 0.1부피부 80㎞/hr 4~5%
100부피부 0.2부피부 80㎞/hr 13~16%
100부피부 0.3부피부 80㎞/hr 13~16%
100부피부 0.4부피부 80㎞/hr 11~14%
표 4를 보면, 경유 100부피부에 대하여 실시예 1에서 제조한 연료첨가제 0.2~0.3부피부를 혼합하는 경우에 연료 저감 효과가 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
[실험예 5]
경유 100부피부에 실시예 1에서 제조한 내연기관용 연료첨가제 0.25부피부를 혼합한 연료를 트럭 및 버스에 주유한 다음, 연료 절감률을 측정하여 표 5에 나타내었다. 상기 연비테스트는 중국심양 청우컴퍼니에 의뢰하여 실시하였다.
차량종류 운행거리 주행속도 연료 절감률
20톤 덤프트럭 300㎞
료녕성 단동 - 대련		 70~80㎞/hr 13%
35톤 트럭 2800㎞
산동성 쯔버 - 흑룡강성 할빈		 70~80㎞/hr 13%
70톤 트럭 3000㎞
산동성 쯔버 - 흑룡강성 수화		 70~80㎞/hr 13.5%
45인승 대형버스
산동성 쯔버 - 청도		 90~100㎞/hr 15%
표 5를 보면, 실시예 1의 연료첨가제를 혼합한 경유를 사용시 연료 절감률이 13~15%로 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 혼합액과 윤활성 향상제를 혼합한 후 교반하여 제조하는 내연기관용 연료첨가제에 있어서,
    상기 혼합액은 출력향상제 50부피%, 층분리방지제 20부피% 및 세정제 30부피%를 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하여 만드는 단계(단계 1); 및
    상기 혼합액 100부피부에 윤활성 향상제 10~40부피부를 혼합한 후 5~25℃에서 30~60분 동안 교반하여 내연기관용 연료첨가제를 제조하는 단계(단계 2);
    를 포함하되,
    상기 출력향상제는 나이트로파라핀을 사용하고,
    상기 세정제는 메틸라우레이트를 사용하는 내연기관용 연료첨가제의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020130103907A 2013-08-30 2013-08-30 내연기관용 연료첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 내연기관용 연료첨가제 KR101642764B1 (ko)

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