WO2017164637A2 - 내연기관용 촉매 조성물 - Google Patents

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WO2017164637A2
WO2017164637A2 PCT/KR2017/003051 KR2017003051W WO2017164637A2 WO 2017164637 A2 WO2017164637 A2 WO 2017164637A2 KR 2017003051 W KR2017003051 W KR 2017003051W WO 2017164637 A2 WO2017164637 A2 WO 2017164637A2
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유명도
손복수
김칠곤
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유명도
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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst composition for an internal combustion engine, and more particularly, to include a 2-ethylhexyl acetate and propylene glycol, a metal nitrate compound, and polyvinyl alcohol as an ignition enhancer to increase combustion ignition to increase fuel efficiency, Thereby it relates to a catalyst composition for an internal combustion engine that reduces soot in exhaust gases.
  • the present invention is to solve the conventional problems as described above, to prevent the formation of the oil film between the cylinder head, the cylinder, the cylinder wall generated in the cylinder mixer of the internal combustion engine, and the unburned hydrocarbon gum component injector
  • the redox reaction of harmful substances generated in the internal combustion engine is induced to realize combustion close to complete combustion. It is an object of the present invention to provide a catalyst composition for an internal combustion engine that has excellent combustion ignition properties and thus improves fuel efficiency, thereby greatly reducing soot in exhaust gas and improving fluidity.
  • Catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention for achieving the above object is 1 to 50 parts by weight of polyalkylene glycol, 1 to 80 parts by weight of a metal nitrate compound with respect to 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate as a complexing enhancer; It may include 1 to 70 parts by weight of polyvinyl alcohol.
  • the polyalkylene glycol may be at least one selected from polyethylene glycol, polypropylene glycol and polybutylene glycol.
  • the weight average molecular weight of the polyalkylene glycol may be 3,000 to 50,000.
  • the polyalkylene glycol is an acyl group, an aldehyde group, an amine group, an epoxide group, an isocyanate group, a maleimide group, a nitrophenyl carbonate group, an orthopyridyl disulfide group, a sulfhydryl group, and succinimidyl glutarate group. It may be substituted with one or more substituents of succinimidyl succinate group and succinic acid group.
  • the metal nitrate compound may be at least one selected from silver nitrate, potassium nitrate, barium nitrate, zinc nitrate, aluminum nitrate, magnesium nitrate, amyl nitrate and manganese nitrate.
  • the weight average molecular weight of the polyvinyl alcohol may be 2,000 to 5,000.
  • an alkane compound may be further included as a complexing enhancer.
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention may further include at least one of a redox reaction accelerator, a dispersant, a cleaning agent, an antiwear agent, a lubricant, a viscosity index improver, a fluidity improver, and an oiliness enhancer.
  • the redox reaction promoter is at least one metal selected from platinum, palladium, rhodium, cerium, lanthanum, organogermanium, titanium, silicon, tin, manganese, nickel and silver or It may be a metal compound.
  • the dispersant may be at least one selected from barium, magnesium, calcium, boron, amine, imidazoline, polyalkylsuccinimide, polyalkylamine, polyetheramine, and the like. .
  • the cleaning agent is a polybutenylcohexaneimide compound, a polybutenylamine compound, a surfactant, a polyolefin, a polyamine, butadiene styrene copolymer, succinimide and succinimide polyol It may be at least one selected from.
  • the antiwear agent may be at least one selected from phosphorus, zinc, molybdenum disulfide, ethylene propylene copolymer, long chain aliphatic esteramine, fluorine compound and styrene maleic ester copolymer.
  • the lubricant may be at least one selected from polyethylene, benzylamine, zinc phosphate, alkenylsuccinic acid, surfactants, stearic acid and polyisobutenyl.
  • the viscosity index improver may be at least one selected from polymethacrylate, dimethylpolysiloxane and polyacrylate.
  • the fluidity improving agent may be at least one selected from ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinylpyrrolidone, paraffin naphthalene condensate, and paraffin chloride phenol condensate.
  • EVA ethylene vinyl acetate copolymer
  • polyvinylpyrrolidone polyvinylpyrrolidone
  • paraffin naphthalene condensate paraffin chloride phenol condensate
  • the oily improving agent may be at least one selected from polyphosphoric acid, aryl alcohol aliphatic amyl, amide, butyl stearate monoglyceride and cetylamine.
  • an oil film is formed between the cylinder head, the cylinder, and the cylinder wall generated in the cylinder mixer of the internal combustion engine, and the unburned hydrocarbon gum component is an injector, an intake valve, an intake manifold. While not adsorbing to the internal combustion engine to keep the cylinder clean, toxic substances are quickly oxidized and reduced, the combustion is excellent in the ignition of the combustion effect is smooth.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a change flow of treatment components in combustion of an internal combustion engine equipped with a catalyst composition according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the contamination state of the intake manifold using fuel using the catalyst compositions of Comparative Example 1 and Example 1.
  • Figure 3 shows the contamination state of the intake manifold using the fuel using the catalyst compositions of Examples 1-4.
  • Figure 4 shows the contamination of the intake manifold using the fuel using the catalyst composition of Comparative Examples 2-3.
  • FIG. 5 shows atomization of the intake cylinder of fuel using the catalyst compositions of Comparative Example 1 and Example 1.
  • FIG. 6 shows the state of carbon contamination in the combustion chamber of fuel using the catalyst compositions of Comparative Example 1 and Example 1.
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention is a fuel for internal combustion engine consisting of gasoline, diesel, LPG has excellent ignition when burning in the engine, hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO X ) that are discharged ) In combination with the optimum ratio to effectively reduce harmful gases.
  • HC hydrocarbon
  • CO carbon monoxide
  • NO X nitrogen oxides
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention is 1 to 50 parts by weight of polyalkylene glycol, 1 to 80 parts by weight of a metal nitrate compound and polyvinyl alcohol with respect to 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate as a complexing agent. It may include 1 to 70 parts by weight.
  • the 2-ethylhexyl acetate is decomposed during fuel combustion to generate free radicals to prevent ignition delays and to help the engine to be easily started. Fuel efficiency is ensured by properly igniting the fuel in the engine. To increase the flow rate and, of course, reduce exhaust fumes.
  • the polyalkylene glycol may be at least one selected from polyethylene glycol, polypropylene glycol and polybutylene glycol, preferably polypropylene glycol.
  • the weight average molecular weight of the polyalkylene glycol is 3,000 to 50,000, but within the above range, carbon sludge or the like is not formed in the combustion process, so it is preferable.
  • the polyalkylene glycol is an acyl group, an aldehyde group, an amine group, an epoxide group, an isocyanate group, a maleimide group, a nitrophenyl carbonate group, an orthopyridyl disulfide group, a sulfhydryl group, and succinimidyl glutarate group. It may be substituted with one or more substituents of succinimidyl succinate group and succinic acid group.
  • the polyalkylene glycol is 1 to 50 parts by weight, preferably 10 to 35 parts by weight with respect to 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate, but less than 1 part by weight may be poor in complexability, 50 parts by weight If exceeded, black liquefied gas may be generated when deteriorated at a high temperature, and thus carbon sludge may be formed.
  • the metal nitrates are inexpensive and easy to obtain industrially, and do not require special reaction equipment, and can be easily manufactured with reaction conditions that can be easily controlled, and have high thermal stability. For example, even if it is left in a high temperature atmosphere for 10 years to 10 years, it is suitable because there is no alteration such as decomposition.
  • the metal nitrate compound may be at least one selected from silver nitrate, potassium nitrate, barium nitrate, zinc nitrate, aluminum nitrate, magnesium nitrate, amyl nitrate and manganese nitrate.
  • the metal nitrate compound is 1 to 80 parts by weight, preferably 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate, but less than 1 part by weight is not preferable because of its ability to redox harmful substances. If it exceeds 80 parts by weight, it is not preferable due to excessive economical efficiency.
  • the polyvinyl alcohol is a polymer mainly comprising monomer units of vinyl alcohol, in particular vinyl acetate polymer or vinyl trifluoroacetate polymer, vinyl formate polymer, vinyl pivalate polymer, t-butyl vinyl ether polymer and tromethylsilyl vinyl It refers to a product obtained by hydrolyzing (minifying) esters of other polymers such as ether polymers, and the degree of influence is preferably 70 mol% or more, and is a high molecular material having excellent chemical resistance and excellent mechanical strength. .
  • the weight average molecular weight of the polyvinyl alcohol may be 2,000 to 5,000.
  • the polyvinyl alcohol is 1 to 70 parts by weight, preferably 20 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate, but it is not preferable because the polyglycohol may be poor in ignition.
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention may further include an alkane compound to further improve the flammability.
  • the alkane compound has good combustibility, is rich in hard powders and wax components, and has a low specific gravity.
  • the alkane compound is not particularly limited in kind, and may be one or more selected from butane, isopropylene, and isobutylene.
  • the alkane compound is less than 1 part by weight, the engine explosion force is not preferable, and if it exceeds 70 parts by weight, excessive knocking may occur, which may adversely affect the internal combustion engine, which is not preferable.
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention may further include one or more of a redox reaction accelerator, a dispersant, a detergent, an antiwear agent, a lubricant, a viscosity index improver, a fluidity improver, and an oiliness enhancer in a usual amount of use.
  • the redox reaction promoter is a compound that prevents the rise of the ignition and restoring function, and prevents the gap between the oil film-forming piston cylinder by preventing the temperature rise and excess air, and converts NO x into nitrogen and oxygen.
  • the oxygen is reacted with CO again to become CO 2 , and can selectively reduce NO x without being disturbed by O 2 , and the NO x removal rate has a very high effect.
  • the redox reaction accelerator is a compound which causes the oxidation and reduction reaction of the toxic substances discharged from the internal combustion engine rapidly, and the redox reaction promoter is not particularly limited.
  • the platinum, palladium and rhodium may use the metal itself as a catalyst composition, but it is possible to significantly increase the efficiency of the catalyst in an ionic state by using a compound in the form of a combination of chlorine and to secure economical efficiency than using only metal.
  • the form of the compound in which the platinum, palladium and rhodium are combined with chlorine may be platinum chloride, palladium chloride, and rhodium chloride.
  • platinum chloride is strongly acidic, so that when it is diluted in distilled water, ionization may proceed rapidly toward neutral, and the platinum chloride, palladium chloride, and rhodium chloride are preferably in the form of hexahydrate, and specifically, platinum chloride hexahydrate ( H 2 PtCl 2 6H 2 O), palladium chloride hexahydrate (PdCl 2 6H 2 O) or rhodium chloride hexahydrate (RhCl 3 6H 2 O).
  • platinum chloride hexahydrate H 2 PtCl 2 6H 2 O
  • palladium chloride hexahydrate palladium chloride hexahydrate
  • RhCl 3 6H 2 O rhodium chloride hexahydrate
  • the cerium and lanthanum may be used as the metal itself, but may be used in the form of cerium oxide and lanthanum oxide.
  • the cerium and lanthanum have excellent oxygen adsorption and releasing ability, and thus have excellent redox power for harmful substances such as hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides, thereby further increasing the activity of the complexing enhancer.
  • the organic germanium is a chemical formula (GeCH 2 CH 2 COOH) 2 O 3 , the purity of germanium is preferably 40 to 48%, particularly 42.8% is most effective, but is not limited thereto.
  • the organic germanium is water-soluble to generate a large amount of anions to neutralize the cation to prevent oxidative properties, and serves to supply oxygen.
  • the organic germanium since the organic germanium has a property of emitting light when energy is applied by radiation, it serves to further enhance the strong oxidation power.
  • the dispersing agent disperses insoluble matters contained in unburned carbide and lubricating flow rate, thereby preventing aggregation of contaminants such as sludge in the engine and neutralizing acidic substances.
  • the dispersant is not particularly limited and may be one or more selected from barium, magnesium, calcium, boron, amine, imidazoline, polyalkylsuccinimide, polyalkylamine, and polyetheramine.
  • the catalyst composition for an internal combustion engine according to the present invention may further include a cleaning agent as necessary for preventing or removing deposits of the injection nozzle, and attaching a gum component or unburned carbon to an intake valve, an injector, and the like, and preventing precipitation.
  • a cleaning agent When adding a detergent, it is preferable to add after a lubricant or simultaneously with a lubricant.
  • the cleaning agent prevents and reduces the formation of deposits in engines operating at high temperatures, prevents sludge formation and deposits at low temperatures, and has a strong affinity with dust particles around material deposited and agglomerated inside the engine, It acts to control sludge and varnish production, and the kind is not particularly limited.
  • polybutenylcohexaneimide compound polybutenylamine compound, surfactant, polyolefin, polyamine, butadiene styrene air It may be at least one selected from coalescing, succinimide and succinimidepolyol.
  • the anti-wear agent is used to prevent metal corrosion and oxidative softening caused by moisture, and to prevent generation of a speculative material, and chemically reacts with the metal surface to form a protective film. And thereby allow the movable parts to slide relative to each other, thereby minimizing wear.
  • the abrasion inhibitor is not particularly limited, and may be, for example, at least one selected from phosphorus, zinc and molybdenum disulfide, an ethylene propylene copolymer, a long chain aliphatic esteramine, a fluorine compound, and a styrene maleic ester copolymer.
  • the lubricant may be at least one selected from polyethylene, benzylamine, zinc phosphate, alkenylsuccinic acid, surfactants, stearic acid and polyisobutenyl.
  • the viscosity index improver is used to reduce the viscosity change of the oil according to the temperature change and to improve the viscosity index, and the kind thereof is not particularly limited. It may be at least one selected from polymethacrylate, dimethylpolysiloxane and polyacrylate.
  • the fluidity improving agent may be used to change the crystal form of the wax and lower the pour point as a substance added to the lubricating oil requiring fluidity.
  • ethylene vinyl acetate copolymer, polyvinylpyrrolidone It may be at least one selected from paraffin chloride naphthalene condensate and paraffin chloride phenol condensate.
  • the oily improving agent is used to reduce friction and improve oiliness, and is a linear, high molecular weight compound having a polar group at the end of the molecule, and forms an adsorption network on the metal surface.
  • This adsorption network can play a role of reducing friction, and the type thereof is not particularly limited and is selected from polyphosphoric acid, aryl alcohol aliphatic amyl, amide, butyl stearate monoglyceride and cetylamine. It may be one or more kinds.
  • the redox reaction promoter, cleaning agent, dispersing agent, antiwear agent, lubricant, viscosity index improver, fluidity improver and oil enhancer can be used conventionally known contents in the art.
  • the content of the redox reaction promoter is preferably 1 to 150 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the catalyst composition. If the redox reaction is out of the range, the redox reaction does not occur well.
  • the content of the dispersant is the catalyst composition It is preferable that it is 0.1 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight, but it is not preferable because the insoluble matters contained in the coal briquette compound and the lubricating flow rate are not properly dispersed outside the range, and the content of the antiwear agent is 100%.
  • the content of the lubricant is It is preferably 0.1 to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight, but it is not preferable because the fluidity of the fuel falls out of the above range to lower the sulfurization, the content of the viscosity index improver is 100 weight of the catalyst composition It is preferable that it is 1 to 50 parts by weight with respect to the part, the oil according to the temperature change if outside the above range Viscosity change can be large is not preferable, the content of the fluidity improver is preferably 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the catalyst composition, the pour point may be too high is not preferred, the content of the oily enhancer It is preferable that it is 1-30 weight part with respect to 100 weight part of said catalyst compositions, but since oiliness does not fully improve, it
  • a catalyst composition was prepared by mixing 30 parts by weight of polypropylene (weight average molecular weight: 10,000), 8 parts by weight of zinc nitrate, and 30 parts by weight of polyvinyl alcohol (weight average molecular weight: 3,000) based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate. 6 parts by weight of lanthanum, 3 parts by weight of polybutenylhexaneimide, 5 parts by weight of barium, 10 parts by weight of phosphorus, and 5 parts by weight of polyisobutenyl, and butyl stearate as additives based on 100 parts by weight of the catalyst composition.
  • Catalyst composition by mixing 30 parts by weight of polypropylene (weight average molecular weight: 5,000) substituted with an acyl group, 8 parts by weight of zinc nitrate, and 30 parts by weight of polyvinyl alcohol (weight average molecular weight: 3,000) based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate.
  • the catalyst composition was mixed with 30 parts by weight of polypropylene (weight average molecular weight: 10,000) substituted with an amine group, 8 parts by weight of zinc nitrate, and 30 parts by weight of polyvinyl alcohol (weight average molecular weight: 3,000) based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate.
  • a catalyst composition was prepared by mixing 30 parts by weight of polyethylene glycol, 8 parts by weight of manganese nitrate, and 30 parts by weight of polyvinyl alcohol (weight average molecular weight: 3,000) based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl acetate, and 100 parts by weight of the catalyst composition. 6 parts by weight of lanthanum, 3 parts by weight of polybutenilohexaneimide, 5 parts by weight of barium, 10 parts by weight of phosphorus, 5 parts by weight of polyisobutenyl, 5 parts by weight of monoglyceride butyl stearate and poly
  • a liquid catalyst composition was prepared by mixing 5 parts by weight of vinylpyrrolidone in distilled water.
  • the prepared catalyst composition was mounted on the engine, the content of the substance discharged after driving while gradually increasing the speed of the vehicle to 150 km / h was measured.
  • the vehicle used was a 1997 Sonata III 1.8 vehicle, which used gasoline (petrol) as fuel, the cumulative driving distance was 171,274 km, and the displacement was 1,796 cc. Results and test methods for each material were measured by ASM idling.
  • a catalyst composition was prepared by mixing 30 parts by weight of polypropylene (weight average molecular weight: 10,000), 8 parts by weight of zinc nitrate, and 20 parts by weight of polyvinyl alcohol (weight average molecular weight: 3,000) based on 100 parts by weight of 2-ethylhexyl nitrate. 6 parts by weight of lanthanum, 3 parts by weight of polybutenyl hexaneimide, 5 parts by weight of barium, 10 parts by weight of phosphorus, 5 parts by weight of polyisobutenyl, and butyl glycolic acid stearate as additives based on 100 parts by weight of the catalyst composition.
  • the catalyst composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polypropylene glycol was not contained, and the vehicle was mounted on the engine with the prepared catalyst composition in the same conditions as in Example 1 After slowly driving to 150km / h was measured the amount of material discharged.
  • a catalyst composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that polypropylene glycol having a weight average molecular weight of 1,000 was used instead of polypropylene glycol having a weight average molecular weight of 10,000, using a vehicle having the same conditions as in Example 1. While the catalyst composition was prepared in the engine, the vehicle was slowly driven up to 150 km / h, and the content of the discharged material was measured.
  • the catalyst composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polyvinyl alcohol was not included, and the vehicle was mounted on the engine with the prepared catalyst composition in the same conditions as in Example 1 After slowly driving to 150km / h was measured the amount of material discharged.
  • a catalyst composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 parts by weight of polyvinyl alcohol was used instead of 30 parts by weight, and the prepared catalyst composition was applied to an engine using a vehicle under the same conditions as in Example 1. While mounted, the vehicle was slowly driven up to 150 km / h, and the contents of the discharged materials were measured.
  • a catalyst composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 70 parts by weight of polypropylene (weight average molecular weight: 10,000) was used instead of 30 parts by weight, and was prepared using a vehicle under the same conditions as in Example 1. While the catalyst composition was mounted on the engine, the content of the substance discharged after driving while gradually increasing the speed of the vehicle to 150 km / h was measured.
  • Example 1 1.02 / 0.9 147/207 277 0.97
  • Example 2 1.01 / 0.9 150/208 305 0.97
  • Example 3 1.01 / 0.8 132/197 257 0.99
  • the emission standard of carbon monoxide concentration is less than 1.21 / 1.2%.
  • Hydrocarbon concentration emission limit is 190 / 220ppm or less.
  • the nitrogen oxide concentration emission limit is 1,310ppm or less.
  • Figure 5 shows the atomization of the fuel intake cylinder using the catalyst compositions of Comparative Examples 1 and 1, in the case of Comparative Example 1 is very sprayed due to the impurities in the intake cylinder and carbon contaminants accumulated by incomplete combustion
  • Comparative Example 1 it can be seen that the carbon contaminants accumulated by the impurity and incomplete combustion of the intake tube are cleanly removed by chemical reaction, so that the smoke increases in efficiency and complete combustion.
  • FIG. 6 is a view illustrating a contamination state due to carbon in a combustion chamber in which fuel using the catalyst compositions of Comparative Examples 1 and 1 is used, and in the case of Comparative Example 1, a combustion chamber in a state contaminated with carbon is shown.
  • the combustion chamber is not blocked because the carbon is suppressed and removed, and the supplied fuel particles are uniformly atomized (sprayed) and sprayed, so that the flame propagation speed is high and complete combustion is maintained to maintain high output.
  • the exhaust gas concentration was lowered.
  • Fuel (petrol or LPG) containing the catalyst composition of Example 1 was installed in small, medium, and large vehicles, and the vehicle was run at a predetermined distance (100 to 300 km), and the smoke (carbon
  • carbon (soot) emissions were reduced by an average of 36.5% for each vehicle type, compared to Comparative Example 1 without a catalyst composition, and 19.7% Fuel economy improvement, the power synergistic effect of 14.7% was demonstrated, the results are shown in Table 2 below.
  • the reference value of the exhaust gas emission was 25%, and when the fuel using the catalyst composition of Example 1 was used, the measured exhaust gas emission was reduced to 5%.
  • the air ratio was changed at a constant pressure, and a test was conducted to find an appropriate amount of mixed combustion purification, and there was no change at 20 km to 150 km per hour and 1500 to 2000 rpm. It was confirmed that it is very stable.
  • the noise was measured by direct hearing, and the test results on diesel vehicles showed that after starting the engine, the vibration and noise were reduced, and the vibration and noise were not changed even after accelerating above 150km per hour. there was.

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Abstract

본 발명은 착화성 향상제로서 2-에틸헥실아세테이와 폴리알킬렌글리콜, 금속 질산염 화합물 및 폴리비닐알코올을 포함함으로써 연소의 착화성을 높여 연료 효율을 높이고, 그에 따라 배기가스의 매연을 감소 내연기관용 촉매 조성물에 관한 것이다.

Description

내연기관용 촉매 조성물
본 발명은 내연기관용 촉매 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 착화성 향상제로서 2-에틸헥실아세테이와 프로필렌글리콜, 금속 질산염 화합물 및 폴리비닐알코올을 포함함으로써 연소의 착화성을 높여 연료 효율을 높이고, 그에 따라 배기가스의 매연을 감소시키는 내연기관용 촉매 조성물에 관한 것이다.
급변하는 산업 환경 속에 인간이 살아가는 환경은 점차 황폐해지고 있으며, 특히 자동차 배기가스를 통한 공해는 전 세계적으로 그 솔루션을 찾고 있을 정도로 심각한 사회 문제 중 하나로 인식되고 있다. 2010년에는 전 세계적으로 320만명이 대기오염으로 인해 사망했으며, 이는 2000년의 80만명과 비교해 4배 이상이 증가되었다. 가디안에 따르면 2010년 기준으로 아시아에서 발생한 사망자 210만명은 대기오염과 직접적으로 관련이 있으며, 대기오염의 주범은 디젤차의 매연을 포함한 자동차의 배기가스이며, 대기오염의 주범으로 주목받고 있는 자동차 배출 가스에 대한 규제는 세계적인 추세로, 미국과 캐나다 등지에서는 지난 1970년대부터 시작하여 실효를 거두고 있다.
환경오염 및 자원고갈의 문제가 대두됨에 따라, 매연 저감제 또는 매연 저감 장치 등의 연비 개선제 등이 계속 개발되고 있다. 예로서, 미국공개특허공보 제2006/0201056호에는 지방족 나이트레이트를 포함하는 바이오디젤 연료용 연료 첨가제를 포함하는 기술이 기재되어 있으나, 지방족 나이트레이트 화합물은 세탄가 향상 정도는 높으나, 독성이 있는데다 안정성이 확보되지 않고, 환경적인 문제를 야기하는 등의 문제점이 있다. 또한, 최근 개발된 매연 저감 조성물들도 매연의 감소 정도가 30 내지 40%에 머물고, 연비 개선 효과는 5 내지 10%에 불과하다. 연비 개선 차량의 개발이 이루어지고 있으나, 이에 비해 환경오염과 자원고갈의 진행 속도가 현저히 빨라 매연 감소 효과가 탁월한 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내연기관의 실린더 혼합기에서 발생하는 실리더 헤드, 실리더링, 실린더벽 사이의 유막형성을 방지하고, 미연소된 탄화수소인 검성분이 인젝터, 흡기밸브, 흡기다기관에 흡착되지 않게 하면서 내연기관의 실린더를 청정하게 유지할 뿐 아니라 내연기관에서 발생하는 유해물질의 산화환원 반응을 유도하여 완전 연소에 가까운 연소를 구현하고, 친환경적이면서도 엔진 내에서 연료의 연소 착화성이 우수하여 연료 효율을 높이고, 그에 따라 배기가스의 매연을 크게 감소시키며 유동성을 향상시킨 내연기관용 촉매 조성물을 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 착화성 향상제로서 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 폴리알킬렌글리콜 1~50중량부, 금속 질산염 화합물 1∼80중량부 및 폴리비닐알코올 1∼70중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리부틸렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량은 3,000 내지 50,000일 수 있다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 아실기, 알데히드기, 아민기, 에폭사이드기, 이소시아네이트기, 말레이미드기, 니트로페닐카르보네이트기, 오르소피리딜디설파이드기, 설피드릴기, 숙신이미딜 글루타레이트기, 숙신이미딜 숙시네이트기 및 숙신산기 중 1개 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 금속 질산염 화합물은, 질산은, 질산칼륨, 질산바륨, 질산아연, 질산알루미늄, 질산마그네슘, 질산아밀 및 질산망간으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 폴리비닐알코올의 중량평균분자량은 2,000∼5,000일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 착화성 향상제로서 알케인 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 산화환원 반응촉진제, 분산제, 청정제, 마모방지제, 윤활제, 점도지수 향상제, 유동성 향상제 및 유성 향상제 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 산화환원 반응촉진제는 백금, 팔라듐, 로듐, 세륨, 란타넘, 유기게르마늄, 티타늄, 규소, 주석, 망간, 니켈 및 은으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 금속 화합물일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 분산제는 바륨, 마그네슘, 칼슘, 붕소, 아민, 이미다졸린, 폴리알킬숙신이미드, 폴리알킬아민 및 폴리에테르아민 등으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 청정제는 폴리부테닐코헥산이미드계 화합물, 폴리부테닐아민계 화합물, 계면활성제, 폴리올레핀, 폴리아민, 부타디엔스티렌 공중합체, 숙신이미드 및 숙신이미드폴리올로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 마모방지제는 인, 아연, 이황몰리브덴, 에틸렌프로필렌 공중합체, 장쇄지방족에스테르아민, 불소화합물 및 스티렌말레익에스테르 공중합체로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 윤활제는 폴리에틸렌, 벤질아민, 인산아연, 알케닐숙신산, 계면활성제, 스테아린산 및 폴리이소부테닐로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 점도지수 향상제는 폴리메타크릴레이트, 디메틸폴리실록산 및 폴리아크릴레이트로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 유동성 향상제는 에틸렌초산비닐 공중합체(EVA), 폴리비닐피롤리돈, 염화파라핀 나프탈렌축합물 및 염화파라핀 페놀축합물로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 유성 향상제는 폴리인산, 아우릴알코올 지방족아밀, 아미드, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 및 세틸아민으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 의하면, 내연기관의 실린더 혼합기에서 발생하는 실리더 헤드, 실리더링, 실린더벽 사이의 유막형성을 방지하고, 미연소된 탄화수소인 검성분이 인젝터, 흡기밸브, 흡기다기관에 흡착되지 않게 하면서 내연기관의 실린더를 청정하게 유지할 뿐 아니라 유해물질을 빠르게 산화, 환원시키며, 연소의 착화성이 우수하여 연소 과정을 원활하게 해주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 촉매 조성물을 장착한 내연기관의 연소 내 처리 성분의 변화 흐름을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 비교예 1 및 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료가 사용된 흡입다기관의 오염 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1∼4의 촉매 조성물을 이용한 연료가 사용된 흡입다기관의 오염 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 2∼3의 촉매 조성물을 이용한 연료가 사용된 흡입다기관의 오염 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 1 및 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료의 흡기계통의 분무화를 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1 및 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료의 연소실 내에서의 카본 오염 상태를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 가솔린, 경유, LPG로 이루어진 내연기관용 연료가 엔진 내에서 연소 시 착화성이 우수하여, 배출되는 물질인 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOX) 등 유해한 가스를 효과적으로 감소시키도록 최적의 비율로 조합되어 이루어진 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 착화성 향상제로서 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 폴리알킬렌글리콜 1~50중량부, 금속 질산염 화합물 1∼80중량부 및 폴리비닐알코올 1∼70중량부를 포함할 수 있다.
상기 2-에틸헥실아세테이트는 연료 연소 시, 분해되어 자유라디칼(free radical)을 생성해 점화지연을 막고, 엔진의 시동이 쉽도록 도와주는 역할을 하며, 엔진 내에서 연료가 적절히 착화되도록 함으로써 연료효율을 높이고, 그에 따라 당연히 배기가스의 매연을 줄여주는 기능을 한다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리부틸렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리프로필렌글리콜이다.
상기 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량은 3,000 내지 50,000인 것이 바람직한데, 상기 범위 내이면 연소과정에서 잘타지 않아 카본 슬러지 등이 형성되지 않으므로 바람직하다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 아실기, 알데히드기, 아민기, 에폭사이드기, 이소시아네이트기, 말레이미드기, 니트로페닐카르보네이트기, 오르소피리딜디설파이드기, 설피드릴기, 숙신이미딜 글루타레이트기, 숙신이미딜 숙시네이트기 및 숙신산기 중 1개 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 1~50중량부, 바람직하게는 10~35중량부인데, 1중량부 미만이면 착화성이 떨어질 수 있어 바람직하지 않고, 50중량부를 초과하면 고온에서 열화 시 검은 액화가스가 발생하여 카본 슬러지가 형성될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 금속 질산염은 저렴하고 공업적으로 입수가 용이하며, 특수한 반응설비를 특별히 필요로 하지 않고, 또한 용이하게 제어할 수 있는 반응조건으로 금속 질산염을 제조할 수가 있으며, 열안정성이 높기 때문에, 장기간(예를 들면 10년∼10여년) 고온 분위기에 방치된 경우에도, 분해 등의 변질이 생기는 일이 없어 적합하다.
상기 금속 질산염 화합물은, 질산은, 질산칼륨, 질산바륨, 질산아연, 질산알루미늄, 질산마그네슘, 질산아밀 및 질산망간으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 질산염 화합물은 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 1∼80중량부, 바람직하게는 5∼30중량부인데, 1중량부 미만이면 유해물질을 산화환원시킬 수 있는 능력이 떨어져 바람직하지 않고, 80중량부를 초과하면 과량으로 인하여 경제성이 떨어져 바람직하지 않다.
상기 폴리비닐알코올은, 비닐알코올의 단량체 단위를 주로 포함하는 중합체, 특히 비닐아세테이트 중합체 또는 비닐 트리플루오로아세테이트 중합체, 비닐 포르메이트 중합체, 비닐 피발레이트 중합체, t-부틸 비닐 에테르 중합체 및 트로메틸실릴 비닐 에테르 중합체와 같은 기타 중합체의 에스테르를 가수분해 (감화)함으로써 수득되는 생성물을 말하는 것으로서, 감화 정도는 바람직하게는 70몰％ 또는 그 이상이며, 내화학성이 우수하고, 가볍고 기계적 강도가 우수한 고분자 물질이다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 폴리비닐알코올의 중량평균분자량은 2,000∼5,000일 수 있다.
상기 폴리비닐알코올은 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 1∼70중량부, 바람직하게는 20~50중량부인데, 상기 범위를 벗어나면 착화성이 떨어질 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 알케인 화합물을 추가로 포함하여 착화성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 알케인 화합물은 연소성이 양호하고, 경질분이나 왁스(wax)성분이 풍부하며 비중이 작다. 상기 알케인 화합물은, 그 종류에 특별히 한정은 없고 부테인, 이소프로필렌 및 이소부틸렌으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 알케인 화합물이 1중량부 미만이면 엔진 폭발력이 떨어져 바람직하지 않고, 70중량부를 초과하면 노킹 현상이 과도하게 발생하므로 내연 기관에 악영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 산화환원 반응촉진제, 분산제, 청정제, 마모방지제, 윤활제, 점도지수 향상제, 유동성 향상제 및 유성 향상제 중 1종 이상을 통상의 사용량으로 추가로 포함할 수 있다.
상기 산화환원 반응촉진제는, 온도상승방지와 과잉공기제어로 높은 점화력과 복원기능, 유막 형성 피스톤 실린더의 빈틈을 방지해주는 화합물로 NOx를 환원시켜 질소와 산소로 변환시키는 작용을 하며, 이렇게 생성된 산소는 다시 CO와 반응하여 CO2가 되고, O2에 의해 방해받지 않고 NOx를 선택적으로 환원할 수 있으며, NOx 제거율은 매우 높은 효과를 갖는다.
즉, 상기 산화환원 반응촉진제는 내연기관에서 배출되는 유해물질을 빠르게 산화, 환원반응을 일으키게 하는 화합물로서, 상기 산화환원 반응촉진제는, 특별히 한정이 없고, 예를 들면 백금, 팔라듐, 로듐, 세륨, 란타넘, 유기게르마늄, 티타늄, 규소, 주석, 망간, 니켈 및 은으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 금속 화합물일 수 있다.
상기 백금, 팔라듐 및 로듐은 금속 자체를 촉매 조성물로 사용할 수 있으나, 이를 염소와 결합한 형태의 화합물을 사용하여 이온 상태로 촉매의 효율을 현저하게 높일 수 있으며, 금속만을 사용하는 경우보다 경제성을 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 상기 백금, 팔라듐 및 로듐이 염소와 결합한 화합물의 형태는, 염화백금, 염화팔라듐, 및 염화로듐일 수 있다. 특히, 염화백금은 강산성으로 증류수에 희석시켰을 때 중성쪽으로 이온화가 빠르게 진행될 수 있도록 하며, 상기 염화백금, 염화팔라듐, 및 염화로듐은 육수화물의 형태인 것이 바람직하며, 구체적으로, 염화백금 육수화물(H2PtCl26H2O), 염화팔라듐 육수화물(PdCl26H2O) 또는 염화로듐 육수화물(RhCl36H2O)일 수 있다. 육수화물 형태인 경우, 증류수에 희석시에 이온화에 소요되는 시간이 짧아 촉매로서 기능하는데 효과적이다.
상기 세륨(cerium) 및 란타넘은, 금속 자체로 사용할 수 있으나, 산화세륨, 산화란타넘의 형태로 사용될 수도 있다. 상기 세륨과 란타넘은 산소 흡착 및 방출 능력이 우수하여 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물과 같은 유해물질에 대해 산화환원력이 우수하여 상기 착화성 향상제의 활성을 더욱 높일 수 있다.
상기 유기게르마늄은 화학식 (GeCH2CH2COOH)2O3로, 게르마늄의 순도가 40 내지 48%인 것이 바람직하며, 특히 42.8%인 것이 가장 효과적이나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 유기게르마늄은 수용성으로 다량의 음이온을 발생시켜 양이온을 중화시켜 산화성을 방지하고, 산소 공급하는 역할을 한다. 또한, 유기게르마늄은 복사에 의해 에너지를 가했을 때 빛을 방출하는 성질이 있으므로, 강한 산화력을 더욱 증강시켜주는 역할을 한다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 분산제는 미연탄화물과 윤활유속에 포함되어 있는 불용성 물질들을 분산시켜 엔진 내부에 슬럿지 등의 오염물질의 응집을 막아주며, 산성 물질을 중화시키는 작용을 하며, 상기 분산제는 특별히 한정이 없고, 바륨, 마그네슘, 칼슘, 붕소, 아민, 이미다졸린, 폴리알킬숙신이미드, 폴리알킬아민 및 폴리에테르아민로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물은 분사노즐의 퇴적물 억제 또는 제거, 및 기화기 흡기밸브, 인젝터 등으로 검 성분이나 미연탄소의 부착 및 침전방지를 위해 필요에 따라 청정제를 더 포함할 수 있다. 청정제를 첨가할 때에는 윤활제의 첨가 이후, 또는 윤활제와 동시에 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 청정제는 고온에서 작동하는 엔진에서 퇴적물의 형성 방지와 감소시키고, 저온상태에서는 슬러지 생성 및 퇴적물 방지하고, 엔진 내부에 퇴적되어 덩어리가 된 물질 주위에 있는 먼지 입자와 강한 친화력을 가지며, 산화물과의 작용으로 슬러지 및 와니스생성 조절을 하는 역할을 하며, 그 종류에는 특별히 한정은 없고, 예를 들면 폴리부테닐코헥산이미드계 화합물, 폴리부테닐아민계 화합물, 계면활성제, 폴리올레핀, 폴리아민, 부타디엔스티렌 공중합체, 숙신이미드 및 숙신이미드폴리올로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 마모방지제는 수분으로 인해 생기는 금속 부식방지와 산화연화를 억제하고, 검상물질의 생성방지를 위해 사용되며, 또한, 금속 표면과 화학적으로 반응하여 보호막을 형성하고, 이에 따라 가동 부품이 서로에 대해 활주할 수 있도록 함으로써 마모를 최소화시키는 기능을 한다.
상기 마모방지제는, 특별히 한정은 없고, 예를 들면, 인, 아연 및 이황몰리브덴, 에틸렌프로필렌 공중합체, 장쇄지방족에스테르아민, 불소화합물 및 스티렌말레익에스테르 공중합체로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 윤활제는 폴리에틸렌, 벤질아민, 인산아연, 알케닐숙신산, 계면활성제, 스테아린산 및 폴리이소부테닐로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 점도지수 향상제는 온도변화에 따른 오일의 점도 변화를 작게 하고, 점도지수를 개선하기 위해서 사용하는 것으로, 그 종류에는 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 폴리메타크릴레이트, 디메틸폴리실록산 및 폴리아크릴레이트로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 유동성 향상제는 유동성이 요구되는 윤활유에 첨가되는 물질로서 산출되는 왁스의 결정형태를 바꾸고 유동점을 내려주기 위하여 사용될 수 있으며, 저온에서 파라핀결정(wax)이 석출되는 것을 방지하고, 경유의 유동성을 저하시키는 성분인 노말파라핀(왁스)를 미세화 시키고, 상기 파라핀 결정이 성장 및 응집되는 것을 방해하여 미세입자로 분산시켜 연료가 연료 여과기를 통과할 수 있도록 하며, 인젝터, 노즐, 흡입밸브, 스로틀바디, 흡입다기관 등의 퇴적물을 방지하거나 제거하는 역할을 할 수 있는 것으로, 그 종류에는 특별히 한정이 없고, 예를 들면 에틸렌초산비닐 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 염화파라핀 나프탈렌축합물 및 염화파라핀 페놀축합물로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 유성 향상제는 마찰을 저감하고 유성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 직쇄이며 분자량이 크고 분자의 말단에 극성기를 갖는 화합물로서, 금속 표면에 흡착망을 형성하여 이 흡착망이 마찰을 감소시키는 역활을 할 수 있는 것으로, 그 종류에는 특별히 한정이 없고 예를 들면 폴리인산, 아우릴알코올 지방족아밀, 아미드, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 및 세틸아민으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 촉매 조성물에 있어서, 상기 산화환원 반응촉진제, 청정제, 분산제, 마모방지제, 윤활제, 점도지수 향상제, 유동성 향상제 및 유성향상제의 함량은 당분야에서 공지된 함량을 통상적으로 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 산화환원 반응촉진제의 함량은 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여, 1∼150중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 산화환원 반응이 잘 일어나지 않아 바람직하지 않고, 상기 청정제의 함량은 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여, 1∼80중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 배합량이 너무 많아도, 그것에 부합하는 효과를 기대할 수 없고, 반대로 엔진 배출 가스 중의 NOx, PM 및 알데하이드류 등을 증가시킬 우려가 있어 바람직하지 않으며, 상기 분산제의 함량은 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여, 0.1∼50중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 미연탄화합물과 윤활유속에 포함되어 있는 불용성 물질들을 제대로 분산시키지 못하여 바람직하지 않으며, 상기 마모방지제의 함량은 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 1∼200중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 금속 부식이 쉽게 되고, 산화열화를 억제하지 못하여 검상물질의 생성하는 등의 문제점이 있으며, 상기 윤활제의 함량은 상기 촉매 조성물의 100중량부에 대하여 0.1∼80중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 연료의 유동성이 하락하여 저유황화로 저하될 우려가 있어 바람직하지 않으며, 상기 점도지수 향상제의 함량은 상기 촉매 조성물의 100중량부에 대하여 1~50중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 온도변화에 따른 오일의 점도 변화가 커질 수 있어 바람직하지 않고, 상기 유동성 향상제의 함량은 상기 촉매 조성물의 100중량부에 대하여 1~50중량부인 것이 바람직한데, 유동점이 너무 높아질 수 있어 바람직하지 않고, 상기 유성 향상제의 함량은 상기 촉매 조성물의 100중량부에 대하여 1~30중량부인 것이 바람직한데, 유성이 충분히 향상되지 못하여 바람직하지 않다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되지는 않는다.
실시예 1
2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 폴리프로필렌(중량평균분자량: 10,000) 30중량부, 질산아연 8중량부 및 폴리비닐알코올(중량평균분자량: 3,000) 30중량부를 혼합하여 촉매 조성물을 제조하였고, 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 첨가제로서 란타넘 6중량부, 폴리부테닐로헥산이미드 3중량부, 바륨 5중량부, 인 10중량부, 및 폴리이소부테닐 5중량부, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 5중량부 및 폴리비닐피롤리돈 5중량부를 각각 증류수에 담지한 용액을 혼합하여 액상의 촉매 조성물을 제조하였다. 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다. 이 때, 사용된 차량은 2006년식 스타렉스 앰블런스 차량으로, 연료로서 경유(디젤)를 사용하고, 누적주행거리는 135,753Km이고 배기량은 2,497cc이었다. 각 물질의 결과값과 검사방법은 ASM아이들링으로 측정하였다.
실시예 2
2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 아실기가 치환된 폴리프로필렌(중량평균분자량: 5,000) 30중량부, 질산아연 8중량부, 폴리비닐알코올(중량평균분자량: 3,000) 30중량부를 혼합하여 촉매 조성물을 제조하였고, 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 첨가제로서 란타넘 6중량부, 폴리부테닐아민 3중량부, 폴리아민 1중량부, 바륨 5중량부, 인 10중량부, 폴리이소부테닐 5중량부, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 5중량부 및 폴리비닐피롤리돈 5중량부를 각각 증류수에 담지한 용액을 혼합하여 액상의 촉매 조성물을 제조하였다. 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
실시예 3
2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 아민기가 치환된 폴리프로필렌(중량평균분자량: 10,000) 30중량부, 질산아연 8중량부, 폴리비닐알코올(중량평균분자량: 3,000) 30중량부를 혼합하여 촉매 조성물을 제조하였고, 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 첨가제로서 란타넘 6중량부, 폴리부테닐아민 3중량부, 폴리아민 1중량부, 바륨 5중량부, 인 10중량부, 폴리이소부테닐 5중량부, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 5중량부 및 폴리비닐피롤리돈 5중량부를 각각 증류수에 담지한 용액을 혼합하여 액상의 촉매 조성물을 제조하였다. 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
실시예 4
2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 30중량부, 질산망간 8중량부, 폴리비닐알코올(중량평균분자량: 3,000) 30중량부를 혼합하여 촉매 조성물을 제조하였고, 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 첨가제로서 란타넘 6중량부, 폴리부테닐로헥산이미드 3중량부, 바륨 5중량부, 인 10중량부, 폴리이소부테닐 5중량부, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 5중량부 및 폴리비닐피롤리돈 5중량부를 각각 증류수에 담지한 용액을 혼합하여 액상의 촉매 조성물을 제조하였다. 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다. 이 때, 사용된 차량은, 1997년식 소나타Ⅲ 1.8차량으로, 연료로서 가솔린(휘발유)를 사용하고, 누적주행거리는 171,274Km이고 배기량은 1,796cc이었다. 각 물질의 결과값과 검사방법은 ASM아이들링으로 측정하였다.
비교예 1
촉매 조성물을 장착하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 2
2-에틸헥실나이트레이트 100중량부에 대하여 폴리프로필렌(중량평균분자량: 10,000) 30중량부, 질산아연 8중량부, 폴리비닐알코올(중량평균분자량: 3,000) 20중량부를 혼합하여 촉매 조성물을 제조하였고, 상기 촉매 조성물 100중량부에 대하여 첨가제로서 란타넘 6중량부, 폴리부테닐로헥산이미드 3중량부, 바륨 5중량부, 인 10중량부, 폴리이소부테닐 5중량부, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 5중량부 및 폴리비닐피롤리돈 5중량부를 각각 증류수에 담지한 용액을 혼합하여 액상의 촉매 조성물을 제조하였다. 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 3
폴리프로필렌글리콜을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매 조성물을 제조하였고, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 4
중량평균분자량이 10,000인 폴리프로필렌글리콜 대신에 중량평균분자량이 1,000인 폴리프로필렌글리콜을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매 조성물을 제조하였고, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 5
폴리비닐알코올을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매 조성물을 제조하였고, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 6
폴리비닐알코올을 30중량부 대신에 100중량부 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매 조성물을 제조하였고, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
비교예 7
폴리프로필렌(중량평균분자량: 10,000)을 30중량부 대신에 70중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 촉매 조성물을 제조하였고, 실시예 1에서와 동일한 조건의 차량을 이용하여, 제조된 촉매 조성물을 엔진에 장착한 채로, 차량의 속도를 150km/h까지 서서히 올리면서 운전한 후에 배출되는 물질의 함량을 측정하였다.
CO(%)1) HC(ppm)2) NOx(ppm)3) 공기 과잉률(%)4)
실시예 1 1.02/0.9 147/207 277 0.97
실시예 2 1.01/0.9 150/208 305 0.97
실시예 3 1.01/0.8 132/197 257 0.99
실시예 4 1.02/0.8 131/180 268
비교예 1 2.32/2.4 257/462 2,045 0.91
비교예 2 1.5/1.3 211/358 1,791 0.93
비교예 3 2.1/2.5 274/357 2,357 0.91
비교예 4 1.3/1.5 172/183 932 0.95
비교예 5 2.7/2.5 266/450 2,121 0.91
비교예 6 1.01/1.0 205/237 1,430 0.96
비교예 7 1.27/1.31 187/215 875 0.97
주) 1) 일산화탄소 농도 배출허용기준은 1.21/1.2% 이하임.
2) 탄화수소 농도 배출허용기준은 190/220ppm 이하임.
3) 질소산화물 농도 배출허용기준은 1,310ppm 이하임.
4) 공기과잉률의 허용기준은 0.90∼1.10임.
상기 표 1에서 보면, 실시예 1∼4의 경우, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물 농도의 배출허용기준 이하로 내연기관용 촉매 조성물로서의 조건을 모두 만족하나, 비교예 1 내지 3 및 5의 경우, 상기 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물의 농도 배출허용기준을 모두 초과하여 내연기관용 촉매 조성물로서의 조건을 만족하지 못하고 있다.
또한, 비교예 4의 경우에는 탄화수소 및 질소산화물의 함량은 배출 허용기준의 이하이나, 일산화탄소의 함량이 1.3/1.5%로 일산화탄소 농도 배출 허용기준을 초과함으로써, 탄화수소 및 질소산화물의 농도값은 농도 배출허용기준을 만족하나, 일산화탄소 농도 배출 허용기준은 만족하지 못함을 알 수 있다.
또한, 비교예 6의 경우에는 일산화탄소의 경우, 일산화탄소 배출 허용기준은 만족하나, 탄화수소 및 질소산화물의 농도 배출 허용 기준은 만족하지 못함을 알 수 있다.
또한. 비교예 7의 경우에는 탄화수소 및 질소산화물의 농도 배출 허용기준은 만족하나, 일산화탄소의 농도 배출 허용 기준은 만족하지 못함을 알 수 있다.
실험예 1: 흡입다기관의 오염도
도 2∼4는 비교예 1∼3 및 실시예 1∼4의 촉매 조성물을 이용한 연료가 사용된 흡입다기관의 오염 상태를 나타낸 것으로서, 실시예 1∼4는 오염물질이 청정되어 흡입다기관에 오염물질이 부착되지 않았으나, 비교예 1의 경우 오염도가 매우 심하였고, 비교예 2∼3의 경우에는 비교예 1보다는 덜하나, 오염물질이 존재함을 알 수 있다.
실험예 2: 흡기계통의 오염도
도 5는 비교예 1 및 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료의 흡기계통의 분무화 상태를 나타낸 것으로서, 비교예 1의 경우에는 흡기계통의 불순물과 불완전 연소에 의해 쌓인 카본 오염물로 인해 분무가 매우 약하게 되는 반면에, 실시예 1의 경우에는 흡기계통의 불순물과 불완전 연소에 의해 쌓인 카본 오염물이 깨끗하게 화학반응으로 세정 제거되어 효율상승과 완전연소로 매연이 감소됨을 알 수 있다.
즉, 흡입밸브 주위에 카본, 엔진오일의 슬러지 등의 물질이 퇴적하여 연료 분무화를 방해하고, 불균일하면 연료 입자가 커지고, 화염전파속도가 지연되어 불완전연소를 이루면서 배출가스인 탄화수소 및 일산화탄소의 생성이 많아지므로 엔진의 실린더 내구성 또한 저하됨을 알 수 있다.
실험예 3: 연소실의 오염도
도 6은 비교예 1 및 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료가 사용된 연소실 내에서 카본으로 인한 오염 상태를 나타낸 것으로서, 비교예 1의 경우에 카본으로 오염된 상태의 연소실을 나타낸 것이고, 실시예 1의 경우에는 카본이 억제되고 제거되어 노즐이 막히지 않은 연소실을 나타낸 것으로서, 공급되는 연료입자는 무화(안개)상태로 균일해져 분무되면서 화염전파 속도가 빠르고, 완전 연소가 이루어져 높은 출력을 유지함과 동시에 배출가스 농도는 낮아졌다.
실험예 4: 종합검사 결과
소, 중, 대형 차량에 실시예 1의 촉매 조성물이 포함된 연료(휘발유 또는 LPG)를 설치하고, 일정 거리(100∼300Km)를 주행하여, 교통안전공단이 지정한 복수의 자동차검사소에서 매연(탄소배출량), 출력, 연비 등의 차량 성능 종합검사 결과, 상기 실시예 1의 경우, 촉매 조성물을 이용하지 않은 비교예 1 보다, 자동차 유형별로 탄소(매연)배출량이 평균 36.5% 저감되고, 19.7%의 연비 향상, 14.7%의 출력 상승효과가 입증되었고, 그의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
차량(유형) 수량 (대) 평균연식 연료 연료절감율 (평균:%) 가스배출량(평균) (탄소, 매연)
대형 버스 7 8.2 경유 19.31 - 매연 허용기준 대비 25% 저감 - 출력(ps) 기준 대비14.7% 향상
트럭(25t↑) 19 5.1 17.45
중·소형트럭 8 8.6 17.66
휘발유차량 12 5.9 휘발유 24.37 ·일산화탄소(CO) 허용기준 대비 15.7% 저감 ·탄화수소(HC) 허용기준대비 22.63% 저감 ·질소산화물(NOX) 허용기준대비 82.67% 저감
LPG 차량 12 4.9 LPG 19.59
실험예 5
실시예 1의 촉매 조성물을 포함하는 연료를 이용하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.
1) 배기가스 측정
경유 차량의 데이터 분석결과, 배기가스 배출량의 기준치는 25%인데, 실시예 1의 촉매 조성물을 이용한 연료를 사용한 경우, 측정된 배기가스 배출량이 5%로 저하되었다.
2) 안정도 시험
실시예 1의 촉매 조성물을 포함하는 연료의 용량을 변화시켜 일정한 압력의 상태에서 공기비를 변화시키며, 적정량 혼합 연소 정화되는 점을 찾는 시험을 실시한 결과, 시속 20km∼150km, 1500∼2000rpm에서 변동이 없이 매우 안정함을 확인하였다.
3) 소음도 측정
소음의 측정은 직접 청각을 이용하여 측정하였고, 경유사용 차량에 시험 결과, 시동을 켠 이후, 떨림과 소음이 잦아들며, 시속 150km 이상으로 가속하여도 변함없이 떨림과 소음이 더욱 차분해 지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 2-에틸헥실아세테이트 100중량부에 대하여 폴리알킬렌글리콜 1~50중량부, 금속 질산염 화합물 1∼80중량부 및 폴리비닐알코올 1∼70중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리부틸렌글리콜로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량은 3,000 내지 50,000인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌글리콜은 아실기, 알데히드기, 아민기, 에폭사이드기, 이소시아네이트기, 말레이미드기, 니트로페닐카르보네이트기, 오르소피리딜디설파이드기, 설피드릴기, 숙신이미딜 글루타레이트기, 숙신이미딜 숙시네이트기 및 숙신산기 중 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 질산염 화합물은, 질산은, 질산칼륨, 질산바륨, 질산아연, 질산알루미늄, 질산마그네슘, 질산아밀 및 질산망간으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    알케인 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    산화환원 반응촉진제, 분산제, 청정제, 마모방지제, 윤활제, 점도지수 향상제, 유동성 향상제 및 유성 향상제 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산화환원 반응촉진제는 백금, 팔라듐, 로듐, 세륨, 란타넘, 유기게르마늄, 티타늄, 규소, 주석, 망간, 니켈 및 은으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 금속 화합물인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분산제는 바륨, 마그네슘, 칼슘, 붕소, 아민, 이미다졸린, 폴리알킬숙신이미드, 폴리알킬아민 및 폴리에테르아민인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 청정제는 폴리부테닐코헥산이미드계 화합물, 폴리부테닐아민계 화합물, 계면활성제, 폴리올레핀, 폴리아민, 부타디엔스티렌 공중합체, 숙신이미드 및 숙신이미드폴리올로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 마모방지제는 인, 아연, 이황몰리브덴, 에틸렌프로필렌 공중합체, 장쇄지방족에스테르아민, 불소화합물 및 스티렌말레익에스테르 공중합체로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 윤활제는 폴리에틸렌, 벤질아민, 인산아연, 알케닐숙신산, 계면활성제, 스테아린산 및 폴리이소부테닐로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 점도지수 향상제는 폴리메타크릴레이트, 디메틸폴리실록산 및 폴리아크릴레이트로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 유동성 향상제는 에틸렌초산비닐 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 염화파라핀 나프탈렌축합물 및 염화파라핀 페놀축합물로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 유성 향상제는 폴리인산, 아우릴알코올 지방족아밀, 아미드, 스테아린산부틸글레인산모노글리세라이드 및 세틸아민으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 내연기관용 촉매 조성물.
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