KR20190117948A - 자동차 연료첨가제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 연료첨가제 조성물에 관한 것으로서 상세하게는, 자동차 배출가스(CO, HC, NOx) 저감을 유도하는 청정 가솔린 연료(디젤 연료 포함)첨가제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린(gasoline) 엔진의 구조 및 부품의 변경을 필요로 하지 않고 기존의 가솔린과 같은 정도 또는 그 이상의 성능과 출력을 얻을 수 있으며, 한편 배출가스의 CO, HC, NOx 농도가 기존의 가솔린과 비교해서 감소시키는 기술에 관한 것이다.
조성물 비율은, 톨 오일(S1) 4-12 중량%, 올레익디에탄올아마이드(S2) 2-10 중량%, 2-프로판올(S3)15-20 중량%, 노닐페놀(S4) 3-5 중량%, 케로신(S5) 60-70 중량%로 이루어진다.

Description

자동차 연료첨가제 조성물{AUTOMOTIVE ADDITIVE COMPOSITION}

본 발명은 자동차 연료첨가제 조성물에 관한 것으로서 상세하게는, 자동차 배출가스(CO, HC, NOx) 저감을 유도하는 청정 가솔린 연료(디젤 연료 포함)첨가제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린(gasoline) 엔진의 구조 및 부품의 변경을 필요로 하지 않고 기존의 가솔린과 같은 정도 또는 그 이상의 성능과 출력을 얻을 수 있으며, 한편 배출가스의 CO, HC, NOx 농도가 기존의 가솔린과 비교해서 감소시키는 기술에 관한 것이다.

종래의 기술로써, 지금까지 여러 용도의 연료첨가제 및 제조방법이 개발되어 공지된 바 있다, 예를 들면 연료효율을 개선한 연료첨가제(한국특허등록번호

10-0544568), 액체연료 연소촉진용 연료첨가제 및 그 제조방법(한국 특허등록번호 10-0540378), 내연기관용 연료첨가제(한국특허등록번호 10-0584224), 효소계 연료첨가제(한국특허 등록번호 10-0390973), 연료첨가제 조성물 및 연료처리방법(한국공개특허공보 10-2001-0089264)의 예가 개시되어 있다.

또한 대체연료유 및 그 제조방법과 그 제조장치 (한국공개특허 특1995-0005936), 대체연료(한국공개특허 특2000-0010915), 가솔린 대체연료(한국공개특허 특2003-0052783), 가솔린 기관용 알코올 대체연료 조성물(한국공개특

허 10-2004-0088798), 가솔린 대체연료 및 가솔린 첨가제(한국공개특허 특2001-0073722), 상분리방지 및 부식방지 내연기관용 대체연료(한국등록특허 10-0741641), 연료첨가제 및 이를 함유한 연료조성물(한국등록특허 10-0822381)의 예가 계시되어 있다.

이와 같은 종래의 연료첨가제 또는 연료유로써 부가기능을 갖는 첨가제 성분과 첨가비율들을 가솔린(디젤엔진 포함) 엔진들에 적합하도록 선정하고 개발하는 기술이 상당히 어려운 일이며, 이들 연료첨가제 및 연료유를 객관적으로 평가하기 위하여 동일 조건을 선정하는 기술이 애로기술의 하나이다.

또한 연료유로는 기존 가솔린과 엔진의 호환성이 가장 중요하고, 자동차 엔진에서 연소를 통하여 가장 우수한 연비성능을 발휘하도록 하는 것과 엔진보호는 물론 배출가스 오염물질(CO, HC, NOx)을 최소화 할 수 있는 성분으로 제조되어야 한다.

본 발명자는 상기 공지 기술들의 문제점을 해결하고 연료첨가제의 목적을 달성하기 위하여,

생물학적 또는 화학적으로 안정되고 생분해되는 것으로, 자연환경에 해롭지 않은 생물학적 계면활성제 (bio-surfactant)를 발명하였다.

본 발명의 생물학적 계면활성제를 가솔린 연료첨가제 및 연료유에 배합함으로써 탄화수소 화합물의 비중 또는 극성(極性) 차이에 따른 상분리, 침전, 탈혼합을 방지한다.

본 발명의 연료첨가제는 복수의 혼합제를 적절히 혼합하여 자동차성능 또는 사용상의 문제가 없으면서 대기오염물질인 CO, HC, NOx를 현저하게 감소시킬 수 있는 생물학적 계면활성제 조성물을 이용하여 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한다.

따라서 본 발명은, 가솔린(gasoline) 엔진의 구조 및 부품의 변경을 필요로 하지 않고 기존의 가솔린과 같은 정도 또는 그 이상의 성능과 출력을 얻을 수 있으며, 한편 배출가스의 CO, HC, NOx 농도를 감소시키는 기술을 제공한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연료첨가제는 엔진 내부에서 연료가 폭발하는 시점을 최적화하여 연료가 연소되도록 하여, 불완전연소로 인한 매연과 대기오염물질, 및 미연소가스를 최소화 하는 기술을 제공한다.

더 나아가 엔진 내부 세정을 포함한다.

첨부한 도면에 의하면, 자동차 연료첨가제 조성물 비율은, 톨 오일(S1) 4-12 중량%, 올레익디에탄올아마이드(S2) 2-10 중량%, 2-프로판올(S3)15-20 중량%, 노닐페놀(S4) 3-5 중량%, 케로신(S5) 60-70 중량%로 이루어진다.

자동차 연료첨가제 조성물 비율은, 톨 오일 12 중량%, 올레익디에탄올아마이드 10 중량%, 2-프로판올 15 중량%, 노닐페놀 3 중량%, 케로신 60 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 가솔린(gasoline) 엔진의 구조 및 부품의 변경을 필요로 하지 않고 기존의 가솔린과 같은 정도 또는 그 이상의 성능과 출력을 얻을 수 있으며, 한편 배출가스의 CO, HC, NOx 농도를 감소시키며,

그리고 엔진내부에서 연료가 폭발하는 시점을 최적화하여 연료가 연소되어 배출되도록 하여 환경오염을 예방할 수 있는 효과가 있다.

더 나아가 엔진 내부 세정을 함으로서 엔진 출력을 향상시킨다.

도 1은 자동차 연료첨가제의 조성물을 나타낸 설명도,
도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8은 본 발명의 자동차 연료첨가제의 실험결과를 1급 자동차정비소에서 측정한 결과를 나타낸 사진이다.

첨부한 도면에 의해 조성물을 제차 살펴보고 그에 따른 실시 예를 설명하고자 한다.

도 2의 사진에 나타난 숫자는 정기검사에서 연료첨가제 주입 전과 주입 후를 측정한 결과이다.

사진의 숫자 중 4는 연료첨가제 주입 전 결과이고, 1은 연료첨가제 주입 후 결과이다.

이처럼 매연농도의 감소를 1급 자동차검사장에서 확인하였다.

도 3의 사진에 나타난 숫자는 정기검사에서 연료첨가제 주입 전과 주입 후를 측정하여 기록한 결과이다.

사진에서 위의 사진은 주입 전 측정 결과이고 아래 사진은 주입 후 측정한 결과이다.

이처럼 매연이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

도 4에 나타난 숫자는 연료첨가제 주입 전과 주입 후를 측정한 결과가 컴퓨터에 출력된 상태이다.

사진에서 위의 사진은 주입 전 측정 결과이고 아래 사진은 주입 후 측정한 결과이다.

이처럼 매연이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

도 5에 나타난 숫자는 연료첨가제 주입 전과, 주입 후를 측정한 결과가 컴퓨터에 출력된 결과이다.

사진에서 위의 사진은 주입 전 측정결과이고 아래 사진은 주입 후 측정한 결과이다.

이처럼 매연이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

도 6에 나타난 숫자는 정기검사에서 연료첨가제 주입 전과, 주입 후를 측정한 결과가 컴퓨터에서 출력된 결과이다.

사진에서 위의 사진은 주입 전 측정결과는 불합격이고 아래 사진은 주입 후 측정한 결과는 합격결과이다.

이처럼 매연이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

도 7에 나타난 숫자는 연료첨가제 주입 전과, 주입 후를 측정한 결과가 컴퓨터에 출력된 결과이다.

사진에서 위의 사진은 주입전 측정 결과이고 아래 사진은 주입 후 측정한 결과이다.

이처럼 매연이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같은 결과는 대한민국 광주광역시에 위치한 삼력1급자동차검사장에서 측정하여 확인된 결과이다.

다른 정비소측에서 측정할 경우 수치가 다를 수 있다는 것을 밝혀둔다.

다음은 참고로, 휘발유를 연료로 사용하는 엔진의 경우 실린더 내부에서 연료를 압축한 후 적정폭발시점에 이르기 전에 연료가 점화되어 순간적인 폭발을 일으키는데, 이때 그 점화점은 최적폭발시점에 비하여 평균적으로 약 95%로 5%p 정도 빠르게 점화되어 폭발한다. 따라서 나머지 5%의 연료는 순차적으로 자연발화(knocking) 되거나 불완전연소상태로 외부에 배출되어 에너지 효율을 저하시키고 미연소 탄화수소(HC), CO, NOx 등, 산소 포화도에 따라 차등비율로 유해물질을 생성 대기중으로 배출하게 되는 것이다.

[일반적으로 보통휘발유의 경우는 옥탄가(RON, Octane Number) 91-94 정도이며, 대부분의 가솔린엔진의 경우 보통휘발유를 사용하지만 독일이나 일본에서 제작된 일부 차량의 경우 옥탄가 96 이상인 고급휘발유를 사용하게 ECU가 세팅된 차량도 있다.]

엔진 내부의 노킹문제로 실린더의 직경이 제한된 가솔린엔진과는 달리 엔진의 직경에 제한이 없는 디젤엔진의 경우 압축비 약 20:1, 압축압력 40kg/㎠에서 자연 착화되어 폭발하게 되어 있으나 그 폭발시점은 적정 폭발시점보다 약 4%정도 늦게 점화되고 있는 실정이다.

그 원인은 기본적인 엔진설계와 국가별 연료 스펙의 불일치 자연적인 차량 내부엔진의 손상에 기인한다.

본 발명의 연료첨가제는 가솔린엔진의 경우 5% 늦게 점화되고 디젤엔지의 경우 4% 빠르게 착화되도록 연료의 분자구조를 조정하고 동점도(viscosity)를 변화시켜 연료의 질을 개선할 목적으로 연구되었다.

여기서 설명을 보충하면, 탄화수소(HC)의 분자 구조는 대부분 반지(Ring)형 또는 직선 사슬(Straight)형이 대부분이다. 본 발명의 첨가제는 분자의 불안정성이 서로 다른 몇가지 종류의 화학물질의 작용을 이용하여 연료 중 발화성과 착화성이 불량한 옆사슬(Side chain)형 또는 반지형 탄화수소를 가솔린 엔진의 경우에는 방향족(Aromatic series), 또는 나프텐계(Naphten series)로 변화시키고,

디젤엔진의 경우는 그 반대의 경우로 변화시키는 것이다. 즉 가솔린 연료의 경우는 불포화 HC를 직쇄형 HC인 n-헵탄으로 변화시키고,

디젤엔지의 경우는 직쇄형 HC인 n-헵탄을 불포화 HC로 모양을 변화시키는 것이다. 이는 가역반응의 일종으로 연료의 약 3%정도를 개질하게끔 첨가제를 설계할 수 있다.

직쇄형 분자구조 : CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

불포화형 탄화수소 : CH3-CH=CH-CH=CH-CH=CH2

본 발명의 연료첨가제는 종래 자동차 연료 첨가제와 달리 미국환경보호청(EPA)에서 발암물질로 지정한 MTBE(단순히 옥탄가 만을 올리기 위해 노말헵탄(n-Heptane)의 비중을 낮추고 이소옥탄(iso-Octane)의 비율을 높인)를 완전히 배제하고 폴리올레핀 유도체의 사용을 최소화하고 연료의 분자형태를 변화시키는 방식을 통해서 연료의 효율을 극대화하기 위하여 ODE(oleic diethanolamide), tall oil 등의 친환경 원료를 주로 사용하여 제조하였다

여기서 설명을 보충하면,

상기에서 언급한 바와 같이, 변화된 연료의 분자구조는 가솔린 기관에서는 연료의 폭발 시점을 5% 정도 늦추게되고, 디젤기관에서는 연소시정을 4%정도 앞당기게 끔 첨가제의 구성비율을 조정하여, 연료의 효율을 극대화하는 발명이라 할 수 있다.

즉, 연료를 각기 연소하기 쉬운 형태로 만들어 연소효율 향상에 의한 연료절감과 불연소탄소 감소에 의한 매연감소의 효과를 얻습니다.

본 발명의 연료첨가제 조성물은 다음과 같다.

조성물 비율은, 톨 오일(S1) 4-12 중량%, 올레익디에탄올아마이드(S2) 2-10 중량%, 2-프로판올(S3)15-20 중량%, 노닐페놀(S4) 3-5 중량%, 케로신(S5) 60-70 중량%이다.

상기 연료첨가제의 원료 중, 톨 오일(TALL OIL,4-12 중량%)은

침엽수의 알칼리 증해에서 흑액의 표면에 뜨는 크림상 물질을 분리 채취하여 이것을 산분해해서 얻어지는 물질로서 자동차의 연료(휘발유, 경유) 내부에 다량으로 함유된 폴리올레핀을 분해함은 물론 배출가스 발생의 주 원인이 되는 벤젠 등 분자량이 매우 높으면서도 자동차의 엔진에서 폭발 시 불완전연소의 원인이 되는 방향족화합물을 적정 연소온도에서 폭발할 수 있도록 작용한다.

상기 올레익디에탄올아마이드(OLEIC DIETHANOLAMIDE, 2-10 중량%)은 주로 거품을 형성하는데 많이 사용되는 유화제로서 자동차의 연료(휘발유,경유) 중 불완전연소되는 연료와 결합하여 자동차 연료의 분자형태를 표면적을 늘리는 등 연소에 보다 용이하게끔 변화시켜 내연기관에서 인젝터를 통해 분사되는 연료의 99% 이상을 적정 타이밍에서 동시에 연소되게 도와주는 기능을 담당한다.

상기 2-프로판올(ISO PROPYLALCOHOL, 15-20 중량%)은 과거 항공기의 원료로 사용될 정도로 결빙, 동결 방지제, 탈수성 등이 우수한 원료로서, 엔진 내부의 연소 Process 세정 기능과 수분제거 기능을 담당한다.

상기 노닐페놀 (NONYLPHENOL 10mol, 3-5 중량%)은 페놀(Phenol)과 노넨(Nonene)이 알킬화 과정을 거쳐 합성 생산되는 물질로서, 비이온계 계면활성제의 대표적인 것으로서, 2-프로판올과 더불어 엔진내부 세정에 도움을 준다.

상기 케로신(KEROSINE, 60-70 중량%)은 시중에서 흔히 등유라 불리우는 물질로서, 휘발유를 사용하는 엔진에 있어서는 열량 증가와 점화속도를 늦추는 기능일, 경유를 사용하는 엔진의 경우는 점화 시점을 당기는 등 매우 중요한 기능을 하며, 연료첨가제의 Base를 담당함과 더불어, 엔진 내부의 연소 Process 세정 기능과 수분제거 기능을 함유함으로써 보다 원할한 엔진의 연소활동에 도움을 준다.

실험예

실시는 대한민국 광주광역시에 위치한 (주)삼력1급자동차검사장에서 매연측정을 실시하였다.

본 발명의 연료첨가제(본 발명의 상품명 올트맥스)를 연료에 혼합하기 전과 후의 매연검사 결과를 표 1,2,3,4 의해 살펴보면 다음과 같다.

구분	RPM	KM/H	매연농도
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전(前)	3990	91	82
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전(前)	3560	80	49
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전(前)	3210	71	32

상기 표 1은 1017년 6원 13을 차량번호 92오 4285 현대 포터(경유차) 검사결과이다.

구분	RPM	KM/H	매연농도
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 후	3990	94	15
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 후	3560	84	6
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 후	3210	74	6

상기 표 2는 1017년 6원 16을 차량번호 92오 4285 현대 포터(경유차) 검사결과이다.

이처럼 검사결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 매연이 감소됨을 확인할 수 있었다.

다음은 표3, 4를 통해 28버 8066 현대 투싼(경유차)의 검사 결과를 살펴보면 아래표와 같다.

구분	RPM	마력	매연농도
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	4000	75	13
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	3590	79	10
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	3240	74	4

구분	RPM	마력	매연농도
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	4000	87	7
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	3590	85	3
본 발명 연료첨가제 연료에 혼합 전	3240	77	1

이처럼 검사결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 매연이 감소됨을 확인할 수 있었다.

다음은 아래 표 5와 같이 실험 1, 2, 3을 실시하였다.

실시예 1은 상세한 조성물은 톨 오일 4 중량%, 올레익디에탄올아마이드 2 중량%, 2-프로판올 20 중량%, 노닐페놀 4 중량%, 케로신 70 중량%의 혼합비률로 실시하였고,

실시예 2는 상세한 조성물은 톨 오일 7 중량%, 올레익디에탄올아마이드 6 중량%, 2-프로판올 17 중량%, 노닐페놀 5 중량%, 케로신 65 중량%의 혼합비률로 실시하였으며,

실시예 3은 상세한 조성물은 톨 오일 12 중량%, 올레익디에탄올아마이드 10 중량%, 2-프로판올 15 중량%, 노닐페놀 3 중량%, 케로신 60 중량%의 혼합비률로 실시하였다.

그 결과 표 6과 같이 휘발유 차량의 실시예 1의 경우 8, 실시예 2의 경우 75, 실시예 3의 경우 9 수치로 결과가 발생하였고,

경유차량의 실시예 1의 경우 31, 실시예 2의 경우 64, 실시예 3의 경우 12 수치로 결과가 발생하였다.

이와 같이 실험 결과에 의하면 실시예 3의 경우가 배출가스가 감소하였다.

따라서 바람직한 조성비율은 톨 오일 12 중량%, 올레익디에탄올아마이드 10 중량%, 2-프로판올 15 중량%, 노닐페놀 3 중량%, 케로신 60 중량%이다.

구분 (중량비%)	실시예 1	실시예 2	실시예 3
TO	4	7	12
ODE	2	6	10
IPA	20	17	15
NP	4	5	3
KE	70	65	60
합계	100	100	100

배출가스감소(%)	실시예 1	실시예 2	실시예 3
휘발유(배출가스)	8	75	9
경유(매연)	31	64	12
합계	39	139	21
삼력1급자동차검사장, RPM 3, 120, 측정시간:10초

S1 : 톨 오일
S2 : 오레익디에탄올아마트
S3 : 2-프로탄올
S4 : 노닐페놀
S5 : 케로신

Claims (2)

1. 자동차 연료첨가제 조성물 비율은, 톨 오일(S1) 4-12 중량%, 올레익디에탄올아마이드(S2) 2-10 중량%, 2-프로판올(S3)15-20 중량%, 노닐페놀(S4) 3-5 중량%, 케로신(S5) 60-70 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 연료첨가제 조성물.
2. 자동차 연료첨가제 조성물 비율은, 톨 오일 12 중량%, 올레익디에탄올아마이드 10 중량%, 2-프로판올 15 중량%, 노닐페놀 3 중량%, 케로신 60 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 연료첨가제 조성물.

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