KR20230161508A - 충전식 하이브리드 차량 엔진 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량의 윤활 - Google Patents

충전식 하이브리드 차량 엔진 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량의 윤활 Download PDF

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미카엘 드보르
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토탈에너지스 원테크
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Abstract

본 출원은 충전식(rechargeable) 하이브리드 차량 엔진의 윤활 또는 레인지 익스텐더(range extender)를 포함하는 하이브리드 차량 엔진의 윤활을 위한, 적어도 하나의 기유(base oil), 1 ppm 내지 1000 ppm의 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 중량% 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선제 중합체를 포함하는 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의 윤활제 조성물의 용도에 관한 것으로서, 상기 윤활제 조성물은 표준 ASTM D445에 따라 40℃에서 측정 시 20 mm2/s 이하의 동점도(kinematic viscosity), 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정 시 5 mm2/s 미만의 동점도, 및 표준 CEC-L-40-A-93에 따라 250℃에서 측정 시 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크 휘발성을 갖는다.

Description

충전식 하이브리드 차량 엔진 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량의 윤활
본 발명은 충전식(rechargeable) 하이브리드 차량 유형의 하이브리드 차량 엔진의 윤활 및 레인지 익스텐더(range extender)를 포함하는 하이브리드 차량의 윤활에 관한 것이다.
하이브리드 차량에는 내연 기관과 전기 모터라는 두 가지 동력원이 있다. 대부분의 하이브리드 차량에서는 내연 기관이 바퀴를 구동하고, 전기 모터에 의해 보조된다. 배터리는 전기 모터의 작동에 필요한 전기를 제공하며, 기존 하이브리드 차량에서 이러한 배터리는 차량에 통합된 운동 에너지 회수 시스템(KERS)에 의해 제동 및 감속 단계 동안 재충전된다.
하이브리드 차량에는 다양한 기술이 존재한다. 이러한 하이브리드 기술 중에서 특히 하기를 언급할 수 있다:
- 마이크로-하이브리드 자동차(라이트 하이브리드라고도 함), <<정지&출발>> 시스템이 장착된 이러한 차량은 제동으로 생성된 에너지를 회수하여 내연 기관에 순간적인 보조를 제공할 수 있는 배터리를 충전한다;
- 가속 중 전기 지원을 포함하는 마일드-하이브리드 차량;
- 풀-하이브리드 차량은 완전한 하이브리드화를 갖는 차량이다. 저속에서는 배터리가 충전되면 전기 모터가 충전 시동과 동력을 맡는다. 고속 주행 시 또는 배터리 방전 시 출력 증가가 필요할 때(예를 들어 가속 시) 내연 기관이 대신 작동하며 두 동력원이 함께 작동한다. 따라서, 내연 기관을 끈 상태에서 몇 킬로미터 정도 주행이 가능하다.
다른 보완 기술이 최근 개발되었다: 충전식 하이브리드 차량 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량. 충전식 하이브리드 차량(플러그인 차량이라고도 함)은 내연 기관과 전기 모터를 포함하며, 배터리는 전기 네트워크에서 재충전될 수 있으므로, 이들 차량은 수십 킬로미터, 예를 들어 50 km 거리를 100% 전기 모드로 주행할 수 있다. 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량에서는 전기 모터만 바퀴를 구동한다. 이러한 전기 모터는 수십 킬로미터 동안 배터리로 구동된다. 배터리가 특정 충전 임계값(예를 들어 약 30%)에 도달하면, 내연 기관이 시동되고 전류 생성기를 구동하여, 배터리를 재충전하고 전기 모터의 작동을 유지하는 데 필요한 전기를 생산할 수 있다.
이들 두 가지 유형의 하이브리드 차량에서 내연 기관은 덜 자주 사용되므로 다른 유형의 하이브리드 차량의 엔진보다 낮은 온도(40℃ 정도, 심지어 그보다 낮은 온도)에서 작동한다. 그러나, 낮은 온도에서는 기존의 윤활제 조성물이 더 점성이 있고, 더 높은 온도에서 기존의 적용에서와 같이 첨가제가 활성을 나타내지 않는다. 현재의 윤활제는 엔진이 뜨거울 때 연료 소비를 늘리도록 최적화되었다.
따라서, 특히 더 낮은 온도에서 상기 모터화(motorization) 시스템의 윤활을 가능하게 하는 특정 윤활제 조성물을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 하나의 목적은 충전식 하이브리드 차량의 엔진 윤활을 가능하게 하거나 레인지 익스텐더를 포함하는 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원의 추가 목적은 낮은 작동 온도, 특히 40℃ 미만에서 사용이 가능한 상기 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.
이들 목적은 충전식 하이브리드 차량 엔진의 윤활 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량 엔진의 윤활을 위한, 적어도 하나의 기유(base oil), 0.01 내지 10 중량%의 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수(VI) 개선제를 포함하는 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의 윤활제 조성물의 용도에 관한 본 출원으로 충족되며, 상기 윤활제 조성물은 40℃에서 측정 시 20 mm2/s 이하의 동점도(kinematic viscosity), 100℃에서 측정 시 5 mm2/s 미만의 동점도, 및 250℃에서 측정 시 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크(Noack) 휘발성을 갖는다.
바람직하게는 기유(또는 여러 기유가 있는 경우 기유의 혼합물)는 1 내지 4 mm2/s, 바람직하게는 2 내지 3.5 mm2/s의 KV100을 갖는다.
기유의 KV100 점도는 기유 점도 - BOV라고도 한다.
기유 혼합물이 있는 경우, 기유 혼합물의 KV100(vM)은 예를 들어 2가지 기유의 혼합물의 경우 하기와 같이 계산되고:
여기서:
동일한 방정식은 n개 기유의 혼합물에 대해 사용되고 외삽될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물은 적어도 하나의 분산제를 포함한다. 상기 분산제는 윤활제 조성물이 사용 중일 때 형성되는 2차 산화 생성물의 불용성 고체 오염물질의 현탁 유지 및 배출을 보장한다. 이는 만니히 염기, 숙신이미드 및 이의 유도체, 예컨대 폴리이소부틸렌 숙신산 무수물의 유도체, 폴리올레핀 아미드 알켄아민 폴리올 중에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물은 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.5 내지 4.5 중량%의 분산제, 바람직하게는 1 내지 2.5 중량%의 분산제를 포함한다.
KV40 및 KV100은 표준 ASTM D445에 따라 측정된다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물의 KV40은 20 mm2/s 이하, 바람직하게는 10 내지 20 mm2/s, 바람직하게는 11 내지 15 mm2/s이다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물의 KV100은 1 내지 5 mm2/s, 바람직하게는 2.5 내지 5 mm2/s이다.
250℃에서의 노아크 휘발성은 CEC L-40-A-93 방법에 따라 측정된다. 바람직하게는, 본 발명의 윤활제 조성물의 250℃에서의 노아크 휘발성은 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%이다.
바람직하게는, 윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%의 기유를 포함한다.
바람직하게는, 윤활제 조성물은 또한 점도 지수(VI)를 개선하는 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 점도 지수 개선제, 특히 점도 지수를 개선하는 중합체는 우수한 냉간 시동(cold start) 특성과 고온에서의 최소 점도를 보장할 수 있다. 점도 지수를 개선하는 중합체의 예로는 중합체 에스테르, 스티렌, 부타디엔 및 이소프렌의 수소화 또는 비(non)수소화 동종중합체 또는 공중합체, 에틸렌 또는 프로필렌과 같은 올레핀의 동종중합체 또는 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트(PMA), 바람직하게는 에틸렌 또는 프로필렌과 같은 올레핀의 동종중합체, 폴리메타크릴레이트 또는 공중합체가 언급될 수 있다.
특히, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 1 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 점도 지수를 개선하는 첨가제(들)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제를 포함한다. 마찰 변형 첨가제는 접촉하는 금속 표면의 표면 상에 흡착된 단층을 형성하여 마찰이 제한되게 한다. 이는 금속 원소를 제공하는 화합물과 무회(ash-free) 화합물 중에서 선택될 수 있다. 금속 원소를 제공하는 화합물 중에서 Mo, Sb, Sn, Fe, Cu, Zn과 같은 전이 금속 착화합물이 언급될 수 있으며, 이의 리간드는 산소, 질소, 황 또는 인 원자를 포함하는 탄화수소 화합물일 수 있다. 무회 마찰 변형 첨가제는 일반적으로 유기 기원이고, 본 발명에서 요구되는 모노에스테르와 상이한 지방산 및 폴리올의 에스테르, 알콕시화 아민, 알콕시화 지방 아민, 지방 에폭사이드, 보레이트 지방 에폭사이드, 지방 아민 또는 지방산 글리세롤 에스테르 중에서 선택될 수 있다. 본 발명에서, 지방 화합물은 10 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 적어도 하나의 탄화수소기를 포함한다. 특히, 몰리브덴계 화합물은 몰리브덴 디티오카르바메이트(Mo-DTC), 몰리브덴 디티오포스페이트(Mo-DTP) 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.01 내지 10 중량%, 또는 0.01 내지 5 중량%, 더 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%, 또는 0.1 내지 2 중량%의 마찰 변형 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명의 윤활제 조성물 내 몰리브덴(Mo)은 유기몰리브덴 화합물, 특히 몰리브덴의 디티오카르바메이트 유도체(MoDTC), 몰리브덴의 디티오포스페이트 유도체(MoDTP) 또는 무황 몰리브덴 착화합물, 바람직하게는 몰리브덴의 디티오카르바메이트 유도체(MoDTC) 중에서 선택되는 화합물에 의해 제공된다.
몰리브덴 디티오카르바메이트 화합물(MoDTC 화합물)은 알킬 디티오카르바메이트기 중에서 독립적으로 선택된 하나 이상의 리간드에 연결된 금속 코어로 형성된 착화합물이다. 본 발명에 사용된 조성물의 MoDTC 화합물은 상기 MoDTC 화합물의 총 중량에 비해 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%의 몰리브덴을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물은 몰리브덴계 마찰 변형 첨가제를 포함하고, 바람직하게는 윤활제 조성물의 중량에 비해 1 내지 1000 ppm Mo, 바람직하게는 400 내지 600 ppm의 Mo(활성 함량)를 포함한다.
본 발명에서, 충전식 하이브리드 차량(플러그인 하이브리드라고도 함)이란 내연 기관과 전기 모터를 포함하는 차량을 의미하며, 배터리는 전기 네트워크에서 재충전될 수 있으므로 이러한 차량은 수십 킬로미터의 거리, 예를 들어 50 킬로미터에서 100% 전기 모드로 구동될 수 있다.
본 발명에서, 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량이란, 전기 모터만이 바퀴를 구동하는 하이브리드 차량을 의미한다. 이러한 전기 모터는 수십 킬로미터에 걸쳐 배터리로 구동된다. 배터리가 특정 충전 임계값(예를 들어 약 30%)에 도달하면, 내연 기관이 시동되고 전류 생성기를 구동하여 배터리를 재충전하고 전기 모터의 작동을 유지하는 데 필요한 전기를 생산할 수 있다.
특히 유리한 방식으로, 본 발명의 윤활제 조성물을 사용하면 충전식 하이브리드 차량 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 차량의 경우 다른 하이브리드 모터화 시스템보다 훨씬 더 높은 소비 감소를 얻을 수 있다.
본 발명의 조성물을 사용하면 기존 윤활제와 비교하여 레인지 익스텐더 및 플러그-인 하이브리드 유형의 차량에서 실증된 바와 같이 연비(FE)가 더 크게 향상된다.
본 발명의 윤활제 조성물에 사용되는 기유는 API 분류(또는 ATIEL 분류에서 이의 등가물)(표 A )에 의해 정의된 부류의 I 내지 V 그룹에 속하는 선택적으로 재생된 광유 또는 합성 기원의 오일 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 광유 기유는 원유(crude oil)의 상압 및 진공 증류, 뒤이어 용매 추출, 탈아스팔트화, 용매 탈납, 수소화처리, 수첨분해, 수첨이성화 및 수소화피니싱과 같은 정제 작업에 의해 얻어진 모든 유형의 베이스를 포함한다.
선택적으로 재생되는 합성유와 광유의 혼합물도 사용될 수 있다.
일반적으로 본 발명의 윤활제 조성물을 제조하기 위한 상이한 윤활제 베이스의 사용에는 제한이 없으며, 이는 차량 엔진 또는 운송에 사용하기에 적합한 특성, 특히 점도, 점도 지수, 황 함량, 내산화성을 가져야 하는 것 외에는 제한이 없다.
본 발명의 윤활제 조성물의 기유는 또한 카르복실산 및 알코올의 일부 에스테르와 같은 합성유 중에서, 그리고 폴리알파올레핀 중에서 선택될 수 있다. 기유로 사용되는 폴리알파올레핀은 예를 들어 4 내지 32개의 탄소 원자를 갖고 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 1.5 내지 15 mm2.s-1의 점도를 갖는 단량체, 예를 들어 옥텐 또는 데센으로부터 얻어진다. 표준 ASTM D5296에 따르면 이의 평균 분자량은 일반적으로 250 내지 3,000이다.
본 발명의 윤활제 조성물은 상기 조성물의 총 중량에 비해 적어도 50 중량%의 기유를 포함할 수 있다. 더 유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 조성물의 총 중량에 비해 적어도 60 중량%, 심지어 적어도 70 중량%의 기유를 포함한다. 보다 특히 유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 조성물의 총 중량에 비해 75 내지 95 중량%의 기유를 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명의 적어도 하나의 윤활제 조성물, 적어도 하나의 기유 및 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 차량 엔진용 윤활제 조성물을 제공한다.
본 발명의 윤활제 조성물에는 수많은 첨가제가 사용될 수 있다.
본 발명의 윤활제 조성물에 바람직한 첨가제는 세제 첨가제, 내마모 첨가제, 극압 첨가제, 유동점 개선제, 소포제, 증점제 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.
바람직하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 적어도 하나의 내마모 첨가제, 적어도 하나의 극압 첨가제 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
내마모 첨가제 및 극압 첨가제는 이들 표면에 흡착되는 보호막을 형성하여 문질러지는 표면을 보호한다. 다양한 내마모 첨가제가 있다. 바람직하게는, 본 발명의 윤활제 조성물에 대해 내마모 첨가제는 금속 알킬티오포스페이트, 특히 아연 알킬티오포스페이트, 보다 구체적으로는 아연 디알킬디티오포스페이트 또는 ZnDTP와 같은 포스포-황화(phospho-sulfurized) 첨가제로부터 선택된다. 바람직한 화합물은 화학식 Zn((SP(S)(OR)(OR'))2를 가지며, 여기서 R 및 R' - 동일하거나 상이함 - 는 각각 독립적으로 알킬기, 바람직하게는 1 내지 18개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기를 나타낸다.
아민 포스페이트는 또한 본 발명의 윤활제 조성물에 이용될 수 있는 내마모 첨가제이다. 그러나, 이들 첨가제에 의해 기여되는 인은 이들 첨가제가 회분(ash)을 생성하기 때문에 차량의 촉매 시스템에서 독으로 작용할 수 있다. 이들 효과는 아민 포스페이트를 예를 들어 폴리설파이드, 예를 들어 특히 황-함유 올레핀과 같은 인을 기여하지 않는 첨가제로 부분적으로 대체함으로써 최소화될 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.01 내지 6 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 4 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%의 내마모 첨가제 및 극압 첨가제를 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 적어도 하나의 항산화 첨가제를 포함할 수 있다.
항산화 첨가제는 일반적으로 사용 시 윤활제 조성물의 분해를 지연시킨다. 이러한 분해는 특히 슬러지(sludge)의 존재를 통한 침착물의 형성 또는 윤활제 조성물의 점도 증가로 해석될 수 있다.
항산화 첨가제는 특히 라디칼 저해제 또는 하이드로퍼옥사이드 분해제 역할을 한다. 자주 사용되는 항산화 첨가제 중에서는 페놀 유형 항산화 첨가제, 아민 유형 항산화 첨가제, 황-인 항산화 첨가제가 언급될 수 있다. 이들 항산화 첨가제 중 일부, 예를 들어 황-인 항산화 첨가제는 회분을 생성할 수 있다. 페놀계 항산화 첨가제는 무회이거나 중성 또는 염기성 금속염 형태일 수 있다. 항산화 첨가제는 특히 입체 장애 페놀, 입체 장애 페놀 에스테르, 및 티오에테르 브릿지를 포함하는 입체 장애 페놀, 디페닐아민, 적어도 하나의 C1-C12 알킬기로 치환된 디페닐아민, N,N'-디알킬-아릴-디아민 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에서 입체 장애 페놀은 알코올 작용기를 갖는 탄소의 적어도 하나의 인접(vicinal) 탄소가 적어도 하나의 C1-C10 알킬기, 바람직하게는 C1-C6 알킬기, 더 바람직하게는 C4 알킬기, 바람직하게는 tert-부틸기로 치환된 페놀기를 포함하는 화합물 중에서 선택된다.
아민 화합물은 선택적으로 페놀계 항산화 첨가제와 조합되어 사용될 있는 또 다른 부류의 항산화 첨가제이다. 아민 화합물의 예는 방향족 아민, 예를 들어 화학식 NRaRbRc의 방향족 아민이며, 여기서 Ra는 선택적으로 치환된 지방족 기 또는 방향족 기이고, Rb는 선택적으로 치환된 방향족 기이고, Rc는 수소 원자, 알킬기, 아릴기 또는 화학식 RdS(O)zRe의 기이며, 여기서 Rd는 알킬렌기 또는 알케닐렌기이고, Re는 알킬기, 알케닐기 또는 아릴기이며, z는 0, 1 또는 2이다.
황화된 알킬 페놀 또는 이의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염도 항산화 첨가제로 사용될 수 있다.
항산화 첨가제의 또 다른 부류는 구리 화합물의 것, 예를 들어 구리 티오- 또는 디티오-포스페이트, 구리 및 카르복실산 염, 구리 디티오카르바메이트, 설포네이트, 페네이트 및 아세틸아세토네이트이다. 구리 I 및 II 염, 숙신산 염 또는 무수물도 사용될 수 있다.
본 발명의 윤활제 조성물은 당업자에게 공지된 임의 유형의 항산화 첨가제를 함유할 수 있다.
유리하게는, 윤활제 조성물은 적어도 하나의 무회 항산화 첨가제를 포함한다.
또한 유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 조성물의 총 중량에 비해 0.1 내지 2 중량%의 적어도 하나의 항산화 첨가제를 포함한다.
본 발명의 윤활제 조성물은 또한 적어도 하나의 세제 첨가제를 포함할 수 있다.
세제 첨가제는 일반적으로 2차 산화 및 연소 생성물을 용해시켜 금속 부품 표면 상에서의 침착물 형성을 감소시킨다.
본 발명의 윤활제 조성물에 사용될 수 있는 세제 첨가제는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 세제 첨가제는 길이가 긴 친유성 탄화수소 사슬과 친수성 헤드를 포함하는 음이온성 화합물일 수 있다. 회합된 양이온은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 금속 양이온일 수 있다.
세제 첨가제는 바람직하게는 카르복실산의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염, 설포네이트, 살리실레이트, 나프테네이트 및 페네이트 염 중에서 선택된다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속은 바람직하게는 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 바륨이다.
이들 금속 염은 일반적으로 금속을 화학양론적 양으로 또는 심지어 과량으로, 즉 화학양론적 양보다 많은 양으로 포함한다. 그런 다음, 이는 과염기성(overbased) 세제 첨가제이며; 세제 첨가제에 과염기성 특성을 부여하는 과량의 금속은 일반적으로 유-불용성(oil-insoluble) 금속염, 예를 들어 카르보네이트, 하이드록사이드, 옥살레이트, 아세테이트, 글루타메이트, 바람직하게는 카르보네이트의 형태이다.
유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.5 내지 8 중량%, 또는 2 내지 4 중량%의 세제 첨가제를 포함할 수 있다.
또한 유리하게는, 본 발명의 윤활제 조성물은 적어도 하나의 유동점 강하 첨가제를 포함할 수 있다.
파라핀 결정의 형성을 늦춤으로써, 유동점 강하제는 일반적으로 본 발명의 윤활제 조성물의 냉간 시동 거동을 개선한다.
유동점 강하제 첨가제의 예로서, 알킬 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴아미드, 폴리알킬페놀, 폴리알킬나프탈렌, 알킬화 폴리스티렌이 언급될 수 있다.
본 발명은 충전식 하이브리드 차량 엔진 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량 엔진을 윤활시키는 방법에 관한 것이며, 엔진의 적어도 하나의 기계적 부품을 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의, 적어도 하나의 기유, 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선 중합체를 포함하는 윤활제 조성물과 접촉해서 배치시키는 단계를 포함하고, 상기 윤활제 조성물은 20 mm2/s 미만의 KV40, 5 mm2/s 미만의 KV100, 및 250℃에서 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크 휘발성을 갖는다.
윤활제 조성물은 바람직하게는 상기 정의된 바와 같다.
본 발명은 또한 충전식 하이브리드 차량 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량의 연료 소비를 감소시키는 방법에 관한 것이며, 엔진의 적어도 하나의 기계적 부품을 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의, 적어도 하나의 기유, 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선 중합체를 포함하는 윤활제 조성물과 접촉해서 배치시키는 단계를 포함하고, 상기 윤활제 조성물은 20 mm2/s 이하의 KV40, 5 mm2/s 미만의 KV100, 및 250℃에서 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크 휘발성을 갖는다.
조성물은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같다.
본 발명은 결코 제한적이지 않은 하기 실시예의 도움으로 아래에 설명될 것이다.
[도 1] 도 1은 WLTC 테스트 중 엔진 속도(오른쪽 축, rpm)와 윤활제 온도(왼쪽 축, ℃)의 추세를 보여준다.
실시예 1: 본 발명의 조성물 및 비교 조성물
하기 윤활제 조성물(CC 비교 조성물; CL 본 발명의 조성물)을 제조하였다.
실시예 2: WLTC 사이클 소비 절감
실시예 1의 조성물을 WLTC 테스트(또는 WLTP - 전세계적으로 조화된 경자동차 테스트 절차: Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure) 하에 하이브리드 적용을 위한 시뮬레이션을 수행하여 연료 소비 절감 효과를 결정하였다.
이와 관련하여, 실시예 1에 설명된 다양한 윤활제 조성물의 마찰 테스트(FMEP = 마찰 평균 유효 압력)를 550 내지 2800 rpm 사이의 회전 속도를 생성하는 발전기에 의해 구동되는 5600 rpm에서 108 kW의 출력을 갖는 구동 Nissan X-Trail MR20 엔진을 포함하는 테스트 베드에서 수행한 한편, 토크 센서를 통해 엔진 부품의 움직임에 의해 생성되는 마찰 토크를 측정할 수 있다. 테스트할 윤활제 조성물에 의해 유발되는 마찰 토크를 각각의 엔진 속도 및 각각의 온도에서의 각각의 평균 토크에 대해 테스트할 각각의 윤활제 조성물 전후에 평가된 기준 윤활제 조성(SAE 0W16)에 의해 유발되는 마찰 토크와 비교하였다.
마찰 토크 감소 값이 높을수록, 엔진에서 발생하는 마찰을 감소시킬 수 있는 윤활제 조성물이 많아질 수 있다.
본 테스트의 조건은 하기와 같았다.
테스트를 하기 순서로 실시하였다:
- 1회 헹굼을 포함하는 윤활유용 세제 첨가제로 엔진을 헹구고, 뒤이어 기유의 총 중량에 비해 81.7 중량%의 기유, 17.8 중량%의 일반 첨가제(4.4% 점도 지수 개선제, 0.5% 항산화제, 0.20% 유동점 강하제 및 12.7% 첨가제 패키지) 및 0.05 중량%의 몰리브덴 디티오카르바메이트(MoDTC)를 포함하는 0W-12 등급의 기준 윤활제 조성물로 2회 헹구는 단계;
- 기준 윤활제 조성물을 사용하여 아래에 표시된 두 가지 서로 다른 온도에서 엔진의 마찰 토크를 측정하는 단계;
- 1회 헹굼과, 뒤이어 평가할 윤활제 조성물로 2회 헹굼을 포함하는 윤활유용 세제 첨가제로 엔진을 헹구는 단계;
- 평가할 윤활제 조성물을 사용하여 엔진의 두 가지 서로 다른 온도에서 마찰 토크를 측정하는 단계;
- 1회 헹굼과, 뒤이어 기준 윤활제 조성물로 2회 헹굼을 포함하는 윤활유용 세제 첨가제를 사용하여 엔진을 헹구는 단계; 및
- 기준 윤활제 조성을 사용하여 엔진에 대해 아래에 표시된 두 가지 다른 온도에서 마찰 토크를 측정하는 단계.
속도 범위, 속도 및 온도 변화는 WLTC 사이클을 대표하도록 Nissan과 합의하여 선택되었다.
따라야 할 지침은 하기와 같았다:
- 엔진에서 나오는 물의 온도: 30℃/50℃/80℃ +/- 0.5℃
- 휘발유 온도 변화: 50℃/80℃ +/- 0.5℃.
결과는 하기 표 3에 제시되어 있으며, 실시예 1의 엔진 속도 및 온도의 함수로서 %로서 표현되는 마찰 감소를 보여주었다(기준 오일로 사용된 Nissan Strong Save X 0W-16 오일과 비교, 이 테스트 부분의 비교 지점)로 나타낸다.
이와 동시에, 이전 단계에서 언급한 것과 동일한 엔진을 장착한 차량에 대한 WLTC 테스트도 해당 사이클 전반에 걸쳐 연료 소비 및 오일 온도를 실질적으로 측정하기 위해 수행하였다. 이 주행 테스트는 위에서 설명한 PMF 테스트에 대한 기준을 설정하는 데 사용된 것과 동일한 단일 기준 윤활제를 사용하여 실시하였다: 도 1의 그래프에 따르면 Nissan Strong Save X 0W16 오일.
따라서, Nissan X-Trail MR20 엔진의 WLTC 사이클에서 오일 온도와 연료 소비 수준을 측정하였다. 다양한 전기 지원 전력 수준이 1 kW에서 최대 35 kW까지 고려되었다(여러 유형의 하이브리드화를 나타냄).
이러한 점에서 1 kW 또는 2 kW의 전력은 광 하이브리드화 유형(각각 마이크로-하이브리드 및 마일드-하이브리드)의 전기 지원을 나타내었다.
5 kW의 전력은 풀-하이브리드 차량의 전기 지원을 나타내었다.
마지막으로 18 kW 또는 33 kW의 전력은 가장 진보된 하이브리드화 유형(각각 레인지 익스텐더 및 충전식(플러그-인) 하이브리드)의 전기 지원을 나타내었다.
다음으로, 위에서 설명한 하이브리드화 유형에 따라 해당 하이브리드 차량의 다양한 유형에 대해 오일 온도 및 연료 소비에 대한 시뮬레이션을 수행하였고, 전력 수요가 가용 전력 수준보다 낮을 때 내연 기관이 꺼지는 것을 고려하였다. 이러한 시뮬레이션은 실시예 1에 설명된 것과 같은 윤활제 조성물에 대해 수행되었고, 마찰 계수에 대한 결과는 이미 알려져 있다.
마지막으로, 시뮬레이션된 오일 온도를 예측하고(마찰 결과의 선형 보간법을 통해), 얻은 장점 또는 벌점(얻은 마찰 계수의 결과)를 연료 소비에 적용하였다. 연료 소비는 엔진이 작동 중일 때만 고려되었다.
FTT FE[=f(T℃) & 엔진 속도(rpm)] 결과를 선형 보간하여 시뮬레이션된 오일 온도의 각각의 추적선을 전치하고, 해당 연료 소비 지점에 장점/벌점 비율을 적용하였다. 그런 다음 연료 소비 추적을 통합하여 비교할 수 있는 전체 연비 성능 수준을 얻었다.
하기 결과가 얻어졌고, 엔진이 실시예 1의 조성물로 윤활되었을 때 연료 절감을 보여주었다.
표 4의 결과는 본 발명의 조성물이 충전식 하이브리드 시스템(플러그-인 하이브리드) 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드에 대한 주요 연료 절감을 허용한다는 것을 보여주었다. 반대로, 본 발명의 이러한 동일한 조성물은 다른 유형의 하이브리드 모터화의 실질적인 감소를 허용하지 않았다. 이들 결과는 본 발명의 조성물이 충전식 하이브리드 모터화 및 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 모터화에 특히 효율적이라는 것을 보여주었다.
또한, 윤활제의 평균 온도는 외삽되었고, 비(non)하이브리드 차량 엔진의 경우 70℃ 초과, 마이크로-하이브리드 차량의 경우 60℃ 초과, 마일드-하이브리드 차량의 경우 55℃ 초과, 풀-하이브리드 차량의 경우 50℃ 초과였고, 레인지 익스텐더를 포함된 하이브리드 차량과 충전식 하이브리드 차량의 경우 40℃ 미만이었다.

Claims (10)

  1. 충전식(rechargeable) 하이브리드 차량 엔진의 윤활 또는 레인지 익스텐더(range extender)를 포함하는 하이브리드 차량 엔진의 윤활을 위한, 적어도 하나의 기유(base oil), 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선 중합체를 포함하는 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의 윤활제 조성물의 용도로서,
    상기 윤활제 조성물은 표준 ASTM D445에 따라 40℃에서 측정 시 20 mm2/s 이하의 동점도(kinematic viscosity), 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정 시 5 mm2/s 미만의 동점도, 및 표준 CEC-L-40-A-93에 따라 250℃에서 측정 시 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크(Noack) 휘발성을 갖는, 용도.
  2. 제1항에 있어서,
    기유는 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정 시 1 내지 4 mm2/s, 바람직하게는 2 내지 3.5 mm2/s의 동점도를 갖는, 용도.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.5 내지 4.0 중량%의 분산제, 바람직하게는 1 내지 2.5 중량%의 분산제를 포함하는, 용도.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    표준 ASTM D445에 따라 40℃에서 측정된 동점도는 10 내지 20 mm2/s, 바람직하게는 11 내지 15 mm2/s인, 용도.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정된 본 발명의 조성물의 동점도는 1 내지 5 mm2/s, 바람직하게는 2.5 내지 5 mm2/s인, 용도.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%의 기유를 포함하는, 용도.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    윤활제 조성물은 상기 윤활제 조성물의 총 중량에 비해 0.01 내지 10 중량% 또는 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%, 또는 0.1 내지 2 중량%의 마찰 변형 첨가제를 포함하는, 용도.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    마찰 변형 첨가제는 몰리브덴계인, 용도.
  9. 충전식 하이브리드 차량 엔진 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량 엔진을 윤활시키는 방법으로서,
    엔진의 적어도 하나의 기계적 부품을 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의, 적어도 하나의 기유, 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선 중합체를 포함하는 윤활제 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 윤활제 조성물은 표준 ASTM D445에 따라 40℃에서 측정 시 15 미만의 동점도, 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정 시 5 미만의 동점도, 및 표준 CEC-L-40-A-93에 따라 250℃에서 측정 시 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크 휘발성을 갖는, 방법.
  10. 충전식 하이브리드 차량 또는 레인지 익스텐더를 포함하는 하이브리드 차량의 연료 소비를 감소시키는 방법으로서,
    엔진의 적어도 하나의 기계적 부품을 SAEJ300 분류에 따른 등급 0W-8의, 적어도 하나의 기유, 적어도 하나의 마찰 변형 첨가제 및 0.1 내지 10 중량%의 적어도 하나의 점도 지수 개선 중합체를 포함하는 윤활제 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 윤활제 조성물은 표준 ASTM D445에 따라 40℃에서 측정 시 15 미만의 동점도, 표준 ASTM D445에 따라 100℃에서 측정 시 5 미만의 동점도, 및 표준 CEC-L-40-A-93에 따라 250℃에서 측정 시 10% 내지 85%, 바람직하게는 25% 내지 85%, 더 바람직하게는 60% 내지 85%의 노아크 휘발성을 갖는, 방법.
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