KR20030090891A

KR20030090891A - 자동차 기어유 조성물

Info

Publication number: KR20030090891A
Application number: KR1020020028496A
Authority: KR
Inventors: 배대윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-01

Abstract

본 발명은 자동차 기어유 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기어유, 극압첨가제, 내마모제 및 마찰조정제가 특정 함량으로 포함되어 있는 수동 변속 기어유 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 종래 Zn-DTP와 금속청정분산제를 사용한 수동변속 기어유에 비하여 내구성 및 저온 변속 성능이 우수하여 엄격한 수동 기어유의 요구특성을 만족시켜 자동차의 승차감을 향상시킬 수 있게 되었다.

Description

자동차 기어유 조성물{COMPOSITION OF GEAR OIL FOR AUTOMOBILES}

자동차의 성능과 내구성이 향상됨에 자동차 기어유의 요구조건도 엄격해지고 있다. 특히, 승차감 향상을 위해 수동변속기의 성능과 내구성이 향상됨에 따라 수동변속기어유의 요구특성도 상향되고 있다.

자동차 기어유 품질등급은 API GL-4, GL-5급이 많이 사용되고 있으며 수동변속기는 API GL-3, GL-4 급이 사용되고 있으며 고부하 조건에 있는 종감속기어에는 GL-5급 기어유가 사용되고 있다. 그중, API GL-4, GL-5급 기어유는 극압성과 내마모성을 높이기 위해 S-P계 첨가제를 사용하고 있다. 대표적인 S계 첨가제로는 황화올레핀, 폴리설파이드 (polysulfide), 황화유지 등이 사용되고 있으며,대표적인 P계 첨가제로는 인산에스테르 또는 인산에스테르아민염등이 사용되고 있다.

최근에는 변속성능향상과 교환주기 연장을 위해 징크디티오포스페이트와 Ca, Mg계 청정분산제를 적절히 배합하여 제조한 Zn계 오일의 API GL-3급이 사용 되었다. 그러나, 자동차의 성능 향상을 위해 고토크화와 내구수명 연장이 동시에 요구됨에 따라 오일의 극압성이 더욱더 요구 되고 있으며, 특히 저온 변속성능이 향상되는 추세이므로 고온에서의 기어 및 베어링 파손 방지성능도 같이 요구 되고 있다. 이에 따라 종래 사용되고 있는 징크디티오포스페이트와 Ca, Mg계 청정분산제를 적절히 배합하여 제조한 Zn계 오일인 GL-3급의 오일로서는 요구성능을 만족할 수 없게 되었다.

일반적으로 기어유가 높은 극압성을 가지려면 SP계 극압제의 배합량을 증대 시키면 되나, 고온 조건하에서는 산화 및 열화에 의해 슬러지가 발생되어 장기간 사용시 소부와 마모증대의 중요한 원인이 되고 있으며, 또한 부식마모를 초래 할 수 있다. 또한 대부분의 S-P계 첨가제를 사용한 수동변속기어유는 변속시 크래쉬 노이즈 (CLASH NOISE)를 발생시키는 원인이 되기도 한다.

변속시 서로 다른 속도로 회전하고 있는 기어와 씽크로나이저링은 같은 속도로 동기 되는데 이때 낮은 동마찰계수는 변속시간을 짧게 해주고 변속력을 낮게 해준다. 동마찰계수가 낮을 경우 슬리브 (SLEEVE)와 클러치 기어 이 (TEETH) 사이에 비동기 현상을 일으켜 크래쉬 노이즈 (CLASH NOISE)가 발생된다. 동기후 SLEEVE가 기어를 고정 시킬 때 SLEEVE는 씽크로나이저링을 가볍게 움직이는데 정마찰계수가 (μs) 높으면 강한 힘이 필요하게 되어 2차 충돌의 원인이 되기도 한다. 또한 종래 SP계 사용 한계 온도는 120 ∼ 130 ℃ 정도 이다. 상기한 문제를 극복하기 위해 징크디티오포스페이트 (Zn-DTP)와 금속청정분산제를 사용한 수동변속기어유는 S-P계 첨가제를 사용한 오일보다 극압성이 떨어지나 산화안정성이 우수하며 특히, 변속성능이 웃수한 Zn계 수동변속기어유가 사용되고 있다. 그러나 아연디티오포스페이트 (Zn-DTP)와 금속청정분산제를 사용한 수동변속기어유는 고하중 고토크에서는 기어 및 베어링이 측면의 내구성을 만족시키기 힘들다. 이에 대하여 저온 변속성능을 향상 시키기 위해서는 저온점도를 낮추는 것이 가장 효과적이나 제조상 저점도 기어유를 사용 하여야 하기 때문에 고온에서 기어와 베어링에서의 피팅 (PITTING)이 파손의 원인이 되고 있다.

이에 본 발명자들은 징크디티오포스페이트 (Zn-DTP)와 금속청정분산제를 사용한 수동변속기어유보다 내구성과 저온 변속성능이 우수한 수동변속기어유 제조에 관한 것으로 내열성과 내마모이 우수한 내마모성첨가제와 극압첨가제, 금속청정분산제, 마찰조정제를 적절히 조합하여 고,저온에서의 변속성능과 내구성이 우수한 자동차용 수동변속기어유를 개발하여 본 발명을 완성 하였다.

본 발명의 목적은 내구성 및 저온 변속성능이 우수한 자동차용 수동변속기어유를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적 및 또다른 잇점은 기어유, 극압첨가제, 내마모제, 금속계 청정분산제, 마찰조정제, 점도지수향상제 및 기타 첨가제의 최적의 조성을 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 기어유 50 ∼ 95 중량%, 극압첨가제 0.05 ∼ 4 중량%, 내마모제 0.05 ∼ 5 중량%, 금속계 청정분산제 0.05 ∼ 5 중량%, 마찰조정제 0.05 ∼ 5 중량% 및 점도지수향상제를 포함한 기타 첨가제 0.05 ∼ 20 중량%로 이루어지는 자동차용 수동 변속 기어유 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 상기 조성물은 내마모성 및 저온변속성능이 우수하여 자동차 기어유의 까다로운 요구 조건에 부합할 수 있다.

본 명세서에서 언급되는 %는 중량%를 의미한다.

기어유 (gear oil)는 기어장치의 윤활에 사용하는 윤활유의 총칭이며, 치면간의 급속접촉을 방지하고, 마찰, 마모를 저하시켜 녹아붙는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 본 발명에서는 SAE 점도 분류에서 100 ℃ 동점도가 3 ∼ 10cSt 이고, 점도지수가 100 이상인 고정제 광유 및 합성유를 사용하는 것이 바람직하다.

극압첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 디알킬디티오포스페이트 에스터 (Dialky dithiophosphate ester)가 바람직하고, 그 함량은 극압성 및 변속 기능을 적절히 고려하여 0.05 ∼ 4% 내외로 한다. 상기 함량이 0.05% 미만인 경우 극압성의 효과가 저하 되며, 4%를 초과할 경우 산화안정성과 씽크로나이저링의 정마찰계수를 높이고 동마찰계수를 낮추어 변속성능이 나빠진다.

(상기 화학식에서 R1 및 R2 는 탄소수가 5 ∼ 20개인 알킬기 또는 아릴기를 의미한다.)

내마모제는 하기 화학식 2로 표시되는, 징크디티오포스페이트와 알킬에스테르 단독 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하고, 징크디티오포스페이트는 일반적으로 pri-, secondary-, tertiary-ZnDTP를 적절히 조합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하고, tertiary-ZnDTP는 씽크로나이저링 동,정마찰 계수를 일정하게 유지시키는 역할을 하기 때문에 적절한 비율로 혼합하는 것이 가장 바람직하다.

(상기 화학식에서 R은 탄소수가 5 ∼ 20개인 알킬기 또는 아릴기를 의미한다.)

이때, 상기 내마모제의 함량은 ZnDTP의 경우, 0.05% 미만이면 기어 내구성이 저하되며 씽크로나이저링의 마모가 발생되고, 5%를 초과하면 극압성이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한 알킬에스테르의 경우 0.05% 미만이면 내마모성이 저하되며, 5%를 초과하면 씽크로나이저링의 정마찰계수가 높아져 변속성능이 저하되며 산화안정성이 나빠지는 문제가 있다.

금속계 청정분산제는 전염기가가 200 이상인 마그네슘 술포네이트 (magnesium sulfonate)와 칼슘 술포네이트 (calcium sulfonate), 마그네슘 피네이트 (magnesium pinate)를 단독 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량은 0.05 ∼ 5%로 제한하며, 이는 0.05% 미만이면 씽크로나이저링의 정마찰계수가 높아지고 5%를 초과하면 극압성과 내마모성이 저하되는 문제가 있기 때문이다.

마찰조정제는 알킬포스파이트, 아민포스페이트를 사용하는 것이 바람직하며, 단독으로 사용 가능하나 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 알킬포스파이트의 함량이 0.05% 미만이면 저온에서의 씽크로나이저링의 정마찰계수가 높아지며 5%를 초과하면 고온에서 슬러지 발생과 기어, 베어리의 내구성이 저하되는 문제가 있다. 아민포스페이트는 0.05% 미만이면 저온에서 정마찰계수가 높아지고, 고온에서 내마모성이 저하 되며 5%를 초과하면 고온에서 슬러지 발생등 산화안정성이 저하 되는 문제가 있다.

점도지수향상제와 기타 첨가제는 유동성 향상제, 소포제, 녹부식방지제를 사용하는 것이 바람직 하다. 이러한 첨가제는 0.05 ∼ 20% 함유한다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 수동 변속 기어유 조성물을 제조하고 기어유로서의 요구 조건 등을 측정한 결과 (표 1 및 표 2 참조), 상기 조성물이 싱크로나이저링 마찰특성이 우수하며, 극압첨가제의 함량이 증가함에 따라 내하중성 및 내구성이 향상되었고, 마찰특성과 산화안정성이 우수하여 수동변속기의 내구성과 변속성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.

그결과, 본 발명의 수동 변속 기어유 조성물은 고하중 고토크 수동변속기에 적용시 변속성능과 내구성을 향상 시킬 수 있으며, 저점도형 수동변속기어유 제조시 기어 및 베어링의 내구 수명을 연장시킬 수 있다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명에서 예시 하는 것뿐 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 및 비교예>

하기 표 1에 나타낸 조성을 이용하여 수동 변속 기어유 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 2의 기어유 조성물을 사용하여 4구 내하중성, 산화안정도, TIMKEN 극압성, 싱크로나이저링 시험을 실시하였으며, 그결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

(1) 4구 내하중성

ASTM D 217 방법에 의거하여 측정하였다.

(2) 산화안정도

JIS K 2514에 따라 150℃에서 200h 시험후, 40℃ 점도증가율과 펜탄불용분을 측정하였다.

(3) 싱크로나이저 내구시험

1200rpm, 하중 400N, 온도 40℃에서 100,00CYCLE 일때의 마찰계수를 측정하였다.

상기 표 2에 따르면, 본 발명에 의한 디알킬디티오포스페이트 에스트 극압첨가제, 아연디티오포스페이트와 알킬에스테르 내마모첨가제, 금속청정분산제, 마찰조정제를 사용한 실시예 2, 3이 씽크로나이저링 마찰특성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 극압첨가제로서 디알킬디티오포스페이트 에스터와 알킬에스테르의 사용이 증가됨에 따라 내하중성과 내구성이 향상되며 내하중성이 알킬에스테르 내마모제를 사용하지 않은 실시예 1보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

한편, 알킬에스테르는 황화올레핀, 인산에스테르를 사용한 비교예 1, 2 보다 TIMKEN 내하중성은 떨어지나 씽크로나이저링 마찰특성과 산화안정성이 우수 함으로 수동변속기의 내구성과 변속성능이 향상됨을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 수동 변속 기어유 조성물은 종래 Zn-DTP와 금속청정분산제를 사용한 수동변속 기어유에 비하여 내구성 및 저온 변속 성능이 우수하다. 이에 따라 엄격한 수동 기어유의 요구특성을 만족시켜 자동차의 승차감을 향상시킬 수 있게 되었고, 고하중 고토크 수동변속기에 적용시 변속성능과 내구성을 향상 시킬 수 있으며, 저점도형 수동변속기어유 제조시 기어 및 베어링의 내구 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims

기어유 50 ∼ 95 중량%, 극압첨가제 0.05 ∼ 4 중량%, 내마모제 0.05 ∼ 5 중량%, 금속계 청정분산제 0.05 ∼ 5 중량%, 마찰조정제 0.05 ∼ 5 중량% 및 점도지수향상제를 포함한 기타 첨가제 0.05 ∼ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 수동 변속 기어유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 기어유가 100 ℃ 동점도가 3 ∼ 10 cSt 이고, 점도지수가 100 이상인 고정제 광유 또는 합성유인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 극압첨가제가 하기 화학식 1로 표시되는 디알킬디티오포스페이트 에스터 (Dialky dithiophosphate ester)인 것을 특징으로 하는 조성물:

화학식 1

(상기 화학식에서 R1 및 R2는 탄소수가 5 ∼ 20개인 알킬기 또는 아릴기를 의미한다.)
제 1 항에 있어서, 상기 내마모제가 하기 화학식 2로 표시되는 1차, 2차 또는 3차 징크디티오포스페이트와 알킬에스테르 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물:

화학식 2

(상기 화학식에서 R은 탄소수가 5 ∼ 20개인 알킬기 또는 아릴기를 의미한다.)
제 1 항에 있어서, 상기 금속계 청정분산제가 전염기가가 200 이상인 마그네슘 술포네이트 (magnesium sulfonate)와 칼슘 술포네이트 (calcium sulfonate), 마그네슘 피네이트 (magnesium pinate)를 단독 또는 이들의 혼합물 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰조정제가 알킬포스파이트, 아민포스페이트 단독또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물.