KR19990014470A - 고수명 자동차 엔진오일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진오일의 요구성능을 보다 향상시키며 특히 내마모성, 산화안정성 및 극압성능을 개선하고 점성과 탄성을 동시에 가져 초기 시동시 엔진마모를 방지하는 새로운 첨가제를 배합하여 장시간 사용이 가능한 고수명 자동차 엔진오일에 관한 것이다. 본 발명은, API 서비스 등급 중 가솔린의 SJ급 및/또는 디젤의 CG-4급을 만족시키는 화학첨가제와 기유가 혼합된 오일 약 90중량%와, 내마모성 방지를 위한 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC) 0.1 내지 0.5중량%와, 상기 몰리브덴디티오카바메이트를 엔진오일중에 부유되도록 하고 엔진오일이 점성과 탄성을 가지도록 하는 화합물로서, 올레핀 코폴리머 3 내지 8중량%와, 유기용매 0.1 내지 1%와, 폴리이소부틸렌 0.1 내지 1% 그리고 광유 1 내지 3%로 이루어진 첨가제로 구성되는 엔진오일을 제공하는 것이다.그리고, 상기 첨가제에는, API서비스요건을 만족하는 2 내지 5중량%의 점도지수 향상제와, 0.1 내지 1중량%의 유동점강하제가 더 포함되도록 할 수도 있다.

따라서 상기 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC)와 첨가제에 의해 내마성과 산화안정성이 우수하고, 점성과 탄성을 가진 엔진오일의 제작이 가능하여 고수명으로 사용가능한 잇점이 있다.

Description

고수명 자동차 엔진오일.

본 발명은 자동차용 엔진오일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진오일의 요구성능을 보다 향상시키며 특히 내마모성, 산화안정성 및 극압성능을 개선하고 점성과 탄성을 동시에 가져 초기 시동시 엔진마모를 방지하는 새로운 첨가제를 배합하여 장시간 사용이 가능한 고수명 자동차 엔진오일에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 엔진, 기어, 크랭크 등의 동력장치를 보호하기 위해 엔진오일이 사용되고 있다. 이러한 엔진오일을 사용하는 목적은, 기계의 마찰되는부분을 윤활하여 마찰을 적게 하고 마모를 방지하며, 동력의 소모를 줄여주어 기계의 효율을 좋게 하고 그 밖에도 여러 가지 역할을 수행하도록 하는 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 엔진오일은 다음과 같은 여러 가지 기능을 수행할 수 있도록 제조되어야 한다.

1) 적정한 점도를 가져야 한다.

고온, 고속 운전시에도 충분한 밀봉작용과 윤활작용을 할 수 있을 정도로 높은 점도를 가지고 있어야 함은 물론 추운 겨울철에도 시동을 용이하게 할 수 있을 정도로 점도가 충분히 낮아야 한다.

2) 점도지수가 높아야 한다.

점도지수가 높으면 온도에 따른 점도의 변화가 적기 때문에 변화하는 온도조건에서 항상 적정한 점도를 유지하여 원활한 윤활작용을 할 수 있으므로 가능하면 점도지수가 높아야 한다.

3) 산화안정성이 우수하여야 한다.

윤활유가 산화되면 불용해분, 검(Gum)질의 물질, 부식성 산성물질들이 생성된다. 이와 같이 열화 생성물질이 크랭크케이스내에 모여 슬러지를 생성하게 하는 일을 방지하고 엔진 각 부위를 깨끗이 유지하며, 또한 금속이 산성물질에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해서는 엔진오일은 산화에 대한 저항성을 가져야 하므로 산화방지성이 우수하여야 한다.

4)청정분산성이 우수해야 한다.

일반 승용차는 저온시동, 잦은 단거리 주행 및 교통체증으로 인한 과도한 공회전 등으로 말미암아 엔진의 운전온도가 적정수준에 이르지 못하고 부분적으로 가열됨에 따라 저온 퇴적물이 발생되기 쉽다. 이러한 운전조건하에서는 연소로 발생된 수분이 응축되어 오일에 혼입됨으로서 부드럽고 끈적한 슬러지를 생성시키게 된다. 이 이외에도 슬러지를 형성시키는 물질은 불완전 연소된 휘발유의 성분, 불완전 연소된 연료자체 및 질소 산화물 그리고 유연 휘발유 등에 포함된 납성분의 연소생성물 등이다. 뿐만 아니라 고온에서 발생되는 바니쉬상의 퇴적물은 연소연료에 일부 포함된 유기산의 혼합물 및 연료의 성분과 반응을 일으킨 산화질소에 의해서 발생된 끈적한 고분자화합물이다. 따라서 이러한 슬러지와 바니쉬상의 퇴적물이 엔진내의 각 부분에 축적되면 여러 가지 장애를 일으키므로 이러한 물질들이 발생되지 않도록 해야하며, 일부 발생된 슬러지 등은 서로 엉켜서 더욱 커지지 못하도록 오일중에 분산시켜야 한다.

5) 마모방지성이 우수해야 한다.

엔진이 점차로 소형화, 고출력화되어 감에 따라 이러한 엔진은 더욱 높은 하중을 받게 된다. 따라서 고하중을 받는 금속 접촉면, 특히 열과 하중에 민감한 베어링의 소부방지 및 캠과 로커암의 마모방지를 위하여 내하중성이 높은 강인한 유막을 형성하여 금속 대 금속의 접촉을 방지함으로서 마모를 방지하고 따라서 엔진을 보호할 수 있는 성질이 요구된다.

6) 부식방지성을 가져야 한다.

오일의 산화로 발생된 산화생성물은 산성을 뛰며, 수분의 혼입 또는 응축된 수분에 쉽게 영향을 받는 베어링 및 기타 금속 부품에 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있는 성질을 가져야 한다. 이 외에도 회분함량이 낮아 스파크 플러그에 퇴적물이 발생되지 않아야 하며, 소포성이 우수해야 하고, 특히 무연 휘발유 차량에 있어서는 배기가스 정화를 위해 정착된 촉매전환장치에 유독하지 않아야 한다.

엔진오일에 있어 제품의 질은 상기와 같은 기능을 얼마나 충분히 발휘할 수 있느냐에 달려 있으며, 고급 엔진오일 일수록 성능이 뛰어나 오랜시간 동안 차량에 사용할 수 있으므로 고 수명 엔진오일이 될 수 있게 된다.

다음, 상기와 같이 여러 가지 기능을 가지는 엔진오일에 대하여 설명하기로 한다.

엔진오일은 일반적으로 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소(Hydrocarbon)와 각종 첨가제가 배합되어 이루어진다. 상기 탄화수소는 엔진오일의 주 구성성분으로원유의 감압증류 과정에서 생성되는 광유와 별도의 제조과정을 거쳐 제조되는 합성유로 대별된다. 엔진오일의 구성성분을 이루는 탄화수소는 여러 종류의 탄화수소가 복합되어 있지만, 만족할만한 엔진오일 성능을 나타내기 위해서는 측쇄 파라핀(iso-Paraffine)계 탄화수소와 가지가 많이 달린 나프텐(Naphthene)계 탄화수소가 바람직하다. 이와는 달리 직쇄 파라핀(Linear Paraffine)계 탄화수소나 다환 나프텐(Multi-ring Naphthene)계 탄화수소 및 방향족(Aromatic)계 탄화수소는 엔진오일로서는 좋은 성분이 아니다. 따라서 상기 측쇄 파라핀(iso-Paraffine)계 탄화수소나 가지가 많은 나프텐(Naphthene)계 탄화수소 성분을 많이 함유할수록 좋은 엔진오일이 되는 것이다. 한편, 원유의 감압증류에 의해 얻어지는 광유에서는 상기 엔진오일에 좋은 성분의 함량이 대개 일정치 이상으로 존재하지 않으므로, 최근에는 별도의 제조과정을 거쳐 상기 측쇄파라핀계 탄화수소나 가지가 많이 달린 나프텐계 탄화수소 성분을 많이 함유한 합성유를 제조하여 상기 광유와 섞어서 엔진오일을 제작하게 된다. 상기 합성유로만 엔진오일을 제조하면 보다 나은 성능을 유지할 수 있으나, 비용이 너무 많이 소모되어 보통은 광유와 섞어서 사용하게 되는 것이다.

그리고, 상기 엔진오일은 각 사용되는 용도에 따라 적당한 점도를 가지며, 이를 위해 각 엔진오일의 성분을 이루는 탄화수소의 양을 적당히 조합하여 원하는 점도를 가지는 엔진오일을 제조하게 된다. 그리고 이러한 엔진오일에 요구되는 점도 및 여러 가지 물성들은 그 기준이 정해져 있으며, 각 제조회사들은 이러한 기준을 만족하는 엔진오일들을 제조하고 있는데, 예를 들면 SAE 5W-30 이나 SAE 10W-30이라고 표기된 것은 가솔린 자동차에 사용되는 엔진오일 점도 등급인 반면, SAE 15W-40은 디젤 자동차용으로 널리 권장되는 엔진오일 점도 등급이다.

이들 오일은 모두 다등급(multigrade) 또는 일반적으로 여름 또는 겨울 환경에서 사용이 허가되는 것을 의미하는 교차 등급이다. 더욱 상세하게는 SAE 10W-30오일의 경우에 대해서는, -20℃에서의 점도가 3500센티포이즈 이하이고, 100℃에서의 점도가 9.3 내지 12.5센티스토크 이어야 한다. 또한 SAE 10W-30 오일은 경계 펌핑온도(borderline pumping temperature)가 -25℃ 이하여야 하고 안정한 유동점이 -30℃ 이하여야 하는 조건을 만족시켜야 한다. 이와는 달리 SAE 15W-40 오일은 -15℃에서의 최대 점도가 3500센티포이즈이고, 100℃에서의 점도는 12.5 내지 16.3센티스토크이며, 경계펌핑온도는 -20℃ 이하여야 하는 조건을 만족시켜야 한다.

그리고 엔진오일은 이들 점도 기준을 만족하는 것 이외에, 다등급 엔진오일은 각 국의 표준 서비스 분류를 만족시켜야 한다. 일반적으로 많이 사용되는 아메리칸 페트롤리움 인스티튜트(API)라 불리우는 서비스 분류표에는 각종 다등급 엔진오일이 만족시켜야 하는 지수들이 개관되어 있으며, 이러한 지수들을 만족하는 엔진오일이 시판되고 있는 것이다. 한편, 이러한 서비스분류표에 나타난 지수들을 만족하기 위해서는 상기 탄화수소로 이루어진 광유 또는 합성유에 각종 첨가제를 적절히 배합하게 되며, 이하에서는 이러한 성능지수를 만족시키기 위해 첨가되는 첨가제를 설명하기로 한다.

최근의 까다롭고 복잡한 엔진의 문제점이 엄선된 고품질의 기유(Base Oil)에 첨가되어 제조되는 화학적 화합물인 첨가제의 개발로 해결되었다. 오일이 얼마나 잘 정제되었는지의 여부에 관계없이 첨가제가 첨가되지 않은 순광유(Pure Mineral Oil)는 이러한 엔진의 만족스러운 윤활성능 나타낼 수 없다. 따라서 다양한 첨가제의 어떤 종류를 얼마만큼 잘 배합하느냐에 따라 엔진오일의 성능에 있어 많은 차이가 나게 된다. 이러한 화학 첨가제는 각기 그 기능이 다르며, 또한 형태도 다르다. 엔진오일에 사용되는 주요 첨가제의 종류와 그 특성은 다음과 같다.

1) 유동점 강하제(Pour Point Depressant)

엔진의 시동과 동시에 엔진오일은 순환이 시작되어야 한다. 그러나 저온이 됨에 따라 엔진오일은 응고되며, 이에 따라 저온하에서 엔진 시동시 오일 스크린을 막히게 되어 오일의 흐름이 원활하지 못하게 된다. 따라서 오일이 적절히 공급되지 못하여 베어링을 비롯한 기타 중요한 부품들이 즉시 손상을 입게 된다. 따라서 이러한 저온에서 엔진오일이 응고되지 않도록, 즉 엔진오일의 유동점을 강하시키는 유동점 강화제가 첨가되게 된다.

2) 산화방지제(Oxidation inhibitor)와 베어링 부식방지제(Bearing Corrosion inhibitor)

엔진의 과열은 오일을 산화시켜 오일의 점도를 상승시키는 원인이 된다. 산화생성물은 베어링의 금속을 부식시키게 된다. 따라서 이러한 산화진행을 늦추기 위해 첨가되는 물질을 산화방지제이며, 이러한 산화방지제의 일부는 고온에서 오일의 열화가 진행되는 것을 늦추어 주며, 나머지 일부는 민감한 베어링 금속표면에 보호피막을 한다. 이것을 베어링 부식방지제라고 한다. 다른 모든 첨가제와 마찬가지로 산화방지제와 베어링 부식방지제 역시 사용함에 따라 그 양이 점차로 줄어들게 되므로 적정주기로 교환해주어야 한다.

3) 녹/부식방지제(Rust/Corrosion inhibitor)

연소과정에서 수분과 부식성 산이 생성된다. 이러한 연소 생성물은 녹과 부식을 발생시켜 엔진에 치명적인 결함을 주게된다. 따라서 물보다는 금속에 더 큰 친화력을 가진 오일에 용해될 수 있는 화학물질은 엔진 부품의 표면에 깨어지지 않고 물이 스며들지 않는 보호피막을 형성하여 금속과 수분의 접촉을 방지함으로서 녹 발생을 방지한다. 이러한 화학 첨가제 역시 오일을 사용함에 따라 그 기능을 다하게 되므로 적정주기에 엔진오일을 교화해 주어야 한다.

4) 청정분산제(Detergent/Dispersant)

연소생성물로부터 생성되는 해로운 슬러지와 바니쉬상의 퇴적물의 형성을 억제시키기 위해 사용되는 첨가제이다. 엔진 내부에서 슬러지와 바니쉬상의 퇴적물이 일단 발생되면, 엔진을 오버-홀(Over-haul) 할 때 사용되는 용제(솔벤트)을 사용하지 않고서는 거의 제거되지 않는다. 청정분산제의 사용목적은 이미 존재하는 엔진의 퇴적물을 세척해 내는 것이 아니라 이러한 퇴적물의 형성을 방지하는 것이다.

5) 소포제(Form inhibitor)

엔진의 각 부품이 신속히 움직임에 따라 공기가 오일중으로 혼입된다. 또한 높았던 압력이 갑자기 낮아지거나, 오일 흡입펌프를 통하여 오일과 함께 공기가 빨려 들어갈 때에도 오일중으로 공기가 혼입되고, 이러한 공기에 의해 기포가 형성된다. 소량의 수분이 존재할 경우 기포생성경향을 증가시켜 엔진오일에 문제를 일으키며, 단순히 엔진구조의 변경으로는 이러한 기포생성을 억제할 수 없다. 따라서 이러한 기포를 제거하는 소포제를 첨가하며, 이러한 소포제는 공기방울의 표면장력을 약하게 하여 오일중에 공기방울이 발생하자마자 터트려주는 역할을 한다.

6) 점도지수 향상제(Viscosity Index improver)

오일의 점도는 온도가 변함에 따라 변화하게 된다. 온도가 높아지면 오일은 묽어지고, 온도가 낮아지면 오일은 되어진다. 자동차의 엔진에서와 같이 오일이 다양하게 변화되는 운전온도에서 사용될 때, 오일점도는 온도의 변화에 대하여서 가능한 한 작은 쪽으로 변화되어야 한다. 이러한 점도변화를 나타내는 척도를 점도지수라 한다. 따라서 점도지수가 크면 클수록 점도의 변화율은 작으며, 광범위한 온도조건에서 운전되는 엔진에 사용되는 엔진오일은 점도지수가 큰 것을 사용하여야 한다. 따라서 이러한 점도지수 향상제의 첨가에 의해 다급점도 오일의 제조가 가능하게 되어 4계절용 오일의 제조가 가능하게 된다.

7) 극압첨가제(Extreme Pressure Additive)

일반적으로 유황(S), 인(P), 및 지방(Fatty Material)을 포함하고 있는 몇몇 화학 첨가제는 엔진부품 표면상에 강인한 유막을 형성할 수 있으며, 또한 마찰, 열발생 및 금속 대 금속의 접촉을 줄여줄 수 있다. 이러한 화학물질은 마찰조정제(Friction Reducing Agent) 혹은 마모방지제로 알려져 있다. 이들은 높은 하중과 높은 열이 발생되는 조건하에서 금속표면과 화학적으로 반응하여 경계윤활상태를 유지하도록 점착성이 매우 높은 피막을 형성하여 표면을 코팅한다. 이러한 형태로 형성된 화합물은 금속표면이 서로 용착되는 것을 방지하며, 매끄럽게 다듬어진 표면이 파괴되는 것을 방지한다. 이러한 방식으로 작용하는 첨가제를 극압첨가제 혹은 EP첨가제라고 부른다.

8) 마찰조정제(Friction Modifier)

어떤 오일은 연비를 절감시키기 위하여 마찰을 줄여주는 첨가제를 사용하기도 한다. 이 물질은 오일에 용해되거나 분산되어 화학적 혹은 물리적으로 결합된 피막을 형성하여 엔진 각 부품의 운동 마찰이나 엔진 내부의 오일의 흐름에 대한 마찰을 줄여준다.

이상에서 상술한 바와 같이, 이러한 첨가제는 모든 오일에 전부 다 첨가되는 것은 아니다. 첨가제의 적절한 균형과 각 요구되는 양은 오일이 실제로 사용되게 될 여러 가지 상황을 고려하여 결정되게 되는 것이고, 이러한 첨가제는 영구히 사용되는 것은 아니다. 즉, 이러한 화학첨가제는 일정기간만 유효한 것이며, 주어진 역할을 함에 따라 점차로 소진되고, 때때로 변화를 일으켜 악 영향을 끼치기도 하므로 일정주기로 정기적인 오일 교환을 함으로서 가장 효과적인 사용이 가능하게 되는 것이다.

한편, 이러한 화학첨가제의 개발로 말미암아 엔진오일의 성능은 점차로 개선되었으며, 각 엔진오일의 성능에 따른 분류가 시행되고 있다. 일반적으로 미국석유협회(API)에서 발표한 성능 분류표가 채택되고 있으며, 이 성능분류는 엔진오일의 성능특성과 엔진오일이 사용될 수 있는 여러 가지 운전조건을 감안하여 가솔린 엔진용과 디젤엔진용으로 분류되어 있다. 현재 가솔린 엔진용으로는 SA급에서부터 SJ급까지 그리고 디젤엔진용으로는 CA급부터 CG-4급까지 분류되어 있으며, 현대식 차량의 엔진성능과 이러한 차량의 운전조건을 감안하여 현재는 가솔린 엔진용으로 SH급과 SJ급이 그리고 디젤엔진용으로는 CD급,CE급,CF-4급 및 CG-4급만을 실제로 적용하고 있다. 따라서 탄화수소로 이루어진 기유에 상기 화학첨가제를 적절히 배합하여 상기 성능분류표에 기재된 각 성능을 만족하는 제품이 출시되고 있는 것이다.

한편, 상술한 바와 같이, 탄화수소로 이루어진 기유에 첨가된 첨가제는 사용과 더불어 점차 소진되어진다. 따라서 적절하게 사용한 후, 주기적으로 엔진오일을 교환하여야만 차량의 원활한 성능을 유지할 수 있게 된다. 그러나, 상기 교환된 엔진오일은 재활용이 이루어지지 않으므로 페유로 버려져 매우 심각한 환경오염을 야기시킨다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 차량의 유지에 필수적인 상기 엔진오일이 재활용 가능하도록 하거나, 또는 엔진오일이 필요없는 차량을 개발하는 것이다. 그러나, 상기 두가지 방법 중 어느것도 현실적으로 실현 가능성이 없으므로, 그 대안으로 가능한 한 페유로 버려지는 양이 적어야 하며, 이를 위해서는 차량의 손상없이 엔진오일의 수명을 가능한 연장하여 오랜기간 동안 사용 가능하도록 하여 적은 양의 폐유가 배출되도록 하는 것이다.

그리고, 상기 엔진오일이 못쓰게 되는 이유는 여러 가지가 있지만, 가장 큰 주된 이유로는 오일중에 오염물질이 퇴적과 오일에서 발생되는 화학적 변화 특히 산화생성물의 생성이다.

상기 오일중에 오염물질이 퇴적되는 주된 이유는, 엔진의 작동중에 적절히 오일이 공급되지 못하여 금속 대 금속이 부딪침에 따라 마모에 의해 발생된다. 특히 엔진의 시동시에 이러한 마모가 많이 발생하게 되는데, 이는 상기 오일이 유동성으로 이루어지므로 시동초에 원활히 공급되지 못하기 때문에 발생된다. 또한 엔진이 고열상태일 경우에도 오일이 원할한 유막을 형성하지 못하여 마모가 잘 이루어진다.

그리고, 상기 마모에 의해 발생된 금속은 오일중에서 다른 화학첨가제와 반을을 일으켜 쉽게 산화되므로 또한 이차적인 산화생성물을 형성하게 되고 이는 엔진에 악 영향을 끼치게 된다.

따라서 엔진오일의 열화를 방지하기 위해서, 엔진 시동시에 오일이 원활히 공급되도록 하여 초기 마모를 방지하고, 과도한 엔진의 작동시에 원활한 유막을 형성하여 내마모성을 향상시키며, 산화안정성이 우수한 엔진오일을 개발하여 고 수명으로 사용가능하기 위한 많은 연구가 진행되었으나 별 다른 성과가 없었다. 단지 최근에는 몰리브덴 금속성분이 엔진오일에 함유시 내마모성이 뛰어나다는 것을 발견하고 여러 종류의 유기 몰리브덴 복합물이 엔진오일에 첨가되고 있다. 대표적으로는 몰리브덴디설파이드(MoS₂), 몰리브덴디포스페이트(MoDTP), 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC) 등의 유기 몰리브덴 복합물이 엔진오일에 첨가되고 있다.

그러나, 이러한 첨가제는 엔진오일이 정상적으로 공급될 경우 금속 대 금속의 마모를 방지하는데 효과적이며, 엔진시동 초기에는 별다른 마모방지 역할을 하지 못하는 단점이 있었다. 또한, 상기 유기 몰리브덴복합물은 금속으로 이루어져 엔진오일에 원활히 골고루 부유상태로 존재하지 못하고, 시간이 흐를수록 침전되어 제성능을 발휘하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 현재까지 출시되고 있는 상기 엔진오일은 점성만 가지고 탄성을 가지지 못하므로 쉽게 흘러내리게 된다. 따라서 차량이 정지해 있는 경우에 상기 엔진오일은 흘러내려 각 부품사이에 많이 존재하지 못하고, 이 상태에서 시동을 걸게됨에 따라 초기 마모가 많이 이루어지는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유기 몰리브덴복합물을 엔진오일에 고루 섞이고, 부유해 있는 상태를 유지하도록 하여 침전이 일어나지 않도록 하여 내마모성이 향상되고 산화방지성이 우수한 고수명 엔진오일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 엔진오일 자체가 점성과 탄성을 동시에 가지도록 하여 초기 엔진 시동시에도 원활하게 엔진오일이 공급되도록 하여 초기 마모를 방지하여 고 수명으로 사용할 수 있는 엔진오일을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1특징은, API 서비스 등급 중 SJ급을 만족시키는 화학첨가제와 기유가 혼합된 오일 약 90중량%와, 내마모성 방지를 위한 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC) 0.1 내지 0.5중량%와, 상기 몰리브덴디티오카바메이트를 엔진오일중에 부유되도록 하고 엔진오일이 점성과 탄성을 가지도록 하는 화합물로서, 올레핀 코폴리머 3 내지 8중량%와, 유기용매 0.1 내지 1%와, 폴리이소부틸렌 0.1 내지 1% 그리고 광유 1 내지 3%로 이루어진 첨가제로 구성되는 엔진오일을 제공하는 것이다.

그리고, 상기 첨가제에는, API서비스요건을 만족하는 2 내지 5중량%의 점도지수 향상제와, 0.1 내지 1중량%의 유동점강하제가 더 포함되도록 할 수도 있다.

따라서 상기 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC)와 첨가제에 의해 내마성과 산화안정성이 우수하고, 점성과 탄성을 가진 엔진오일의 제작이 가능하여 고수명으로 사용가능한 잇점이 있다.

다음, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의한 엔진오일을 좀 더 자세히 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이, 최근에는 가솔린 엔진용으로 사용되는 엔진오일중 API서비스 등급을 만족하는 것 중 SJ급 엔진오일이 많이 사용된다. 상기 SJ급 엔진오일은 탄화수소로 이루어진 기유에 각종 기준성능을 만족하는 화학첨가제를 첨가하여 제조된다. 이러한 SJ급 엔진오일은 종래에 비해 상당히 수명을 연장하였으나, 여전히 많은 문제점이 노출되었다.

즉, 상기 엔진오일은 점도지수향상제가 첨가되어 온도 변화에 따른 점도의 변화가 적어 4계절용으로 사용되기는 하나, 차량이 정지상태에서는 상기 엔진오일의 유동성으로 인하여 각 부품에 머물지 못하고 흘러내리게 된다. 따라서 엔진의 초기 시동시에는 엔진오일이 각 부품에 충분히 존재하지 못하여 각 부품간의 마모가 심하게 발생하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 엔진오일이 어느 정도 탄성을 가져 차량이 정지상태일 때에도 흘러내리지 않고 각 부품들 사이에 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 엔진오일 자체가 점성과 탄성을 동시에 가지는 것이 바람직하다. 이러한 점성과 탄성의 상충되는 성질을 동시에 가지는 유체를 일반적으로 학계에서는 비뉴턴이론이라 하여 많은 연구가 시도되고 있다.

또한, 과도한 엔진운전중에 금속 대 금속의 마모를 방지하기 위해서는 강인한 유막이 필요하며, 이러한 상태의 윤활상태를 극압윤활이라 한다. 이러한 극압윤활에 효과적인 첨가제로서 상술한 바와 같이, 유기 몰리브덴복합물이 유용하다고 서술한 바 있다. 그러나, 상기 유기 몰리브덴 금속복합물은 엔진오일 중에 충분히 부유상태로 존재하지 못하여 침전이 일어나는 경향이 많았다. 따라서 이러한 유기 몰리브덴 금속복합물을 엔진오일 중에 부유상태로 존재할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위해 유기 몰리브덴복합물이 엔진오일 내에서 부유상태로 존재할 수 있도록 하고, 또한 점성과 탄성을 가진 엔진오일을 수차례의 실험 끝에 제조하기에 이르렀다. 이러한 엔진오일은 초기 시동시의 마모방지와 극압윤활 상태에서의 유막을 충분히 형성할 수 있으므로 내마모성이 매우 좋음을 알 수 있었고, 또한 산화안정성이 우수하여 오랜 기간 사용이 가능함을 실험을 통해 알 수 있었다.

이하 이러한 엔진오일을 제조하는 과정을 설명하기로 한다. 먼저 내마모성을 향상시키기 위해 유기 몰리브덴복합물을 엔진오일 중에 부유시키기 위해 다양한 방법으로 실험하였다. 특히 내마모성이 뛰어나다고 인정된 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC)를 다양한 화합물과 배합 실험하였다. 실험결과 상기 몰리브덴디티오카바메이트는 올레핀계 코폴리머의 고분자 화합물에서는 부유성을 나타냄을 발견하였다. 첨가되는 몰리브덴디티오카바메이트의 양을 0.1 내지 0.5중량%로 하고, 올레핀코폴리머의 고분자화합물을 약 5중량%이상과 혼합함으로서 유효한 성능이 발휘됨을 알 수 있었다. 상기 중량%는 기유와 섞인 전체 엔진오일에서 차지하는 양을 나타내며 이하에서는 이러한 의미로 사용하기로 한다.

그리고, 점성과 탄성을 동시에 나타내는 물질로서는 폴리이소부틸렌이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 엔진오일에 적합한 점성과 탄성을 나타내기 위해서는 1중량% 이하가 첨가되는 것이 바람직하다. 또한 상기 몰리브덴디티오카바메이트가 함유된 올레핀코폴리머와 폴리이소부틸렌의 적절한 혼합을 위하여 유기용매를 약 1중량% 이하와 광유가 3%이하 첨가되는 것이 바람직하다. 이러한 물질들을 혼합하여 엔진오일에 첨가되었을 때, 가장 이상적으로 작동함을 실험을 통하여 알 수 있었다.

따라서 API 서비스기준에 따른 SJ급을 유지하는 엔진오일 약 90중량%와 본 발명에 의한 첨가물이 약 10중량% 첨가되는 것이 이상적임을 알 수 있다. 상기와 같이 배합된 엔진오일에서는 유기 몰리브덴복합물은 엔진오일 내부에서 항상 부유상태를 유지할 수 있으며, 또한 엔진오일 자체는 점성과 탄성을 가짐을 실험결과 알 수 있었다. 또한 상기 엔진오일에 점도지수 향상제를 2 내지 5 중량%와 유동점강하제를 0.1 내지 1중량%를 첨가할 경우 더욱 더 효과적임을 알 수 있었다.

그리고, 상기와 같이 기유와 첨가제가 혼합된 엔진오일을 한국 표준 시험 연구소에 실지 시험 의뢰한 결과는 다음과 같이 나타났다.

분 류	한국 표준 분류	본 발명오일	테스트방법
	SAE 10W			SAE 30
인화점(COC,0℃)	170 이상	190 이상	204	KSM 2010
저온겉보기점도(-20℃)	35.0 이하	-	20.0	KSM 2121
동점도(100℃,cSt)	4.1 이상	9.3 - 12.5	11.95	KSM 2014
점도지수	85 이상	85 이상	173
유동점(℃)	-22.5 이하	-10.0 이하	-37.5	KSM 2016
산화안정도	점도비	1.5 이하	1.5 이하	1.2	KSM 2021
	전산가증가	1. 6 이하	1.6 이하	0.67
	락카도	엷음이하	엷음이하	없음

상기 실험표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진오일은 SAE10W -30의 모든 조건을 만족함을 알 수 있다. 또한 상기 표에서 살펴보면, 점도지수가 매우 향상 되었음을 알 수 있다. 이는 다른 말로 표현하면, 광범위한 온도 변화에 도 큰 변화가 없으며 이에 의해 윤활 성능이 보다 개선됨을 알 수 있다. 한편, 현재까지의 엔진오일 시험법에는 점성과 탄성을 동시에 가져 비뉴턴이론에 적합한 유체에 관한 시험법이 없으므로 이에 관한 테이터는 나타나 있지 않다. 그러나, 실지 자동차 차량주행테스트 및 시험분석에 의하면, 이러한 성능이 나타남을 알 수 있었으며, 상기 실험치로서는 유추 해석이 가능하다.

즉, 상기 점도지수값과 유동점으로 본 발명에 의한 엔진오일은 점성과 탄성을 가짐을 알 수 있다. 이론적으로 점성과 탄성을 가지게 되면, 잘 흘러내리지 않게 되므로 점도지수값이 증가하게 되며, 또한 저온에서 잘 고화되지 않게 된다. 따라서 상기 점도지수값이 향상되고, 유동점이 매우 낮은 본 발명에 의한 엔진오일은 충분히 점성과 탄성을 가지게 됨을 알 수 있다.

본 발명에 의한 엔진오일이 점성과 탄성을 가지므로 차량이 정지상태에서는 탄성에 의해 흘러내리지 않고, 각 부품에 오일이 묻어 있는 상태를 유지한다. 이에 의해 엔진의 초기 시동시에도 각 부품 사이에는 오일에 의한 유막이 형성되어 있으므로 각 부품간의 마모가 저지되어 오일의 수명이 연장될 수 있게 된다.

그리고, 엔진에 과부하가 걸릴 경우 각 부품의 온도가 증가하게 된다. 이 경우에 오일의 점도지수가 높지 않을 때에는 오일이 묽어져 부품사이에서 적절한 유막을 형성하지 못하고, 다시 말하면 극압윤활 상태를 유지하지 못하여 부품의 마모가 심하게 일어나게 되나, 본 발명에서는 상기 표에서 나타난 바와 같이 점도지수값이 매우 크고 또한 점성과 탄성을 가지므로 가혹한 운전상태에서도 적절한 점성을 유지할 수 있어 각 부품간의 마모가 방지될 수 있게 되어 고 수명으로 사용가능하게 된다.

한편, 상기 표에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진오일은 산화안정성이 보다 우수해짐을 알 수 있다. 두드러지게는 전산가 증가가 이루어지지 않고 락카도가 없으므로 산화물의 생성이 억제됨을 알 수 있다. 따라서 종래 엔진오일에서 오일 열화의 큰 원인이 되었던 산화생성물의 생성이 억제되므로 보다 오랜기간 동안 사용가능함을 알 수 있다.

이러한 산화물의 생성이 억제되는 이유를 해석하면, 본 발명에 의한 엔진오일이 점성과 탄성을 가지고, 내마모성이 뛰어난 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC)가 엔진오일 중에 부유되어 각 부품사이에서 충분한 유막을 형성함으로서 각 부품사이의 마모가 방지되기 때문이다. 즉, 초기 시동시 적절한 윤활성능을 가지고, 과부하시에도 충분한 극압윤활상태를 유지할 수 있으므로 각 부품사이의 마모가 방지된다. 따라서 엔진오일 중에 침전되는 금속성분이 적어지므로 산화물의 생성이 억제될 수 있는 것이다.

그리고, 오일수명추정법(Life time monitor)에 의하면 엔진오일의 수명을 사전에 예측할 수 있다. 즉, 사용한 엔진오일중의 원소성분과 양을 측정하면, 엔진내부의 어느 부분에서 마모가 발생하는지 알 수가 있다. 따라서 이러한 오일수명추정법에 의해 본 발명에 의한 엔진오일을 분석해 보면, 오일의 수명이 훨씬 연장됨을 알 수 있었고, 이는 상기 점도지수값과 유동점 산화안정성의 수치에 의해 충분히 예견 가능한 결과이다. 또한, 원활한 윤활기능으로 엔진의 출력증강이 이루어지고, 이에따라 엔진출력을 위해 소요되는 원료가 절약되며 또한 엔진수명이 연장됨을 알 수 있었다.

그리고, 상기 본 발명에 의한 실시예는 가솔린 엔진용으로 사용되는 엔진오일을 가지고 실험하였으나, 디젤엔진용에도 공히 적용될 수 있으며, 이러한 내마모성 향상과 점성과 탄성을 가진 오일은 모든 종류의 오일에 범용적으로 또한 적용 가능함을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진오일은, 내마모성이 향상되고, 점성과 탄성을 동시에 가져 각 부품사이에 원활한 윤활성능을 유지하며, 산화안정성이 우수하여 오랜시간동안 사용할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 의한 엔진오일은 점도지수가 향상되어 커다란 온도변화에도 일정한 점도를 유지할 수 있으므로 윤활성이 광범위하게 유지되어 시동, 엔진수명연장, 촉매변환장치의 손상방지에 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 윤활성능이 우수하므로 엔진출력을 위한 에너지의 소모가 적어지며, 엔진출력증강이 이루어지는 잇점이 있다. 그리고 무엇보다도 엔진오일의 수명이 연장됨에 따라 소비자의 비용절감은 물론 폐유로 버려지는 윤활유의 양이 적어지므로 환경보호에 탁월한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 베이스 기유와 API 서비스 등급 중 가솔린의 SJ급 및/또는 디젤의 CG-4급을 만족시키는 화학첨가제가 혼합된 오일 약 90중량%와;

   내마모성 방지를 위한 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC) 0.1 내지 0.5중량%와;

   상기 몰리브덴디티오카바메이트를 엔진오일중에 부유되도록 하고 엔진오일이 점성과 탄성을 가지도록 하는 화합물로서, 올레핀 코폴리머 3 내지 8중량%와, 유기용매 0.1 내지 1%와, 폴리이소부틸렌 0.1 내지 1% 그리고 광유 1 내지 3%로 이루어진 첨가제로 구성됨을 특징으로 하는 고수명 엔진오일.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제에는, API서비스요건을 만족하는 2 내지 5중량%의 점도지수 향상제와, 0.1 내지 1중량%의 유동점강하제가 더 포함됨을 특징으로 하는 고수명 엔진오일.