KR20220014518A - 엔진 오일 산화도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 오일 산화도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 오일의 온도 및 주변 온도에 따른 광출력 변화를 보정함으로써 보다 정확한 오일 산화도를 측정할 수 있는 엔진 오일 산화도 측정 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는, 엔진 오일로 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 출력되어 엔진 오일을 거쳐 수광되는 광신호를 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 검출된 광신호로부터 엔진 오일의 산화도를 산출하는 산출부가 포함되어 구성된 엔진 오일 산화도 측정 장치에 있어서, 엔진 오일 또는 엔진 주변의 온도를 측정하는 온도 센서부가 더 포함되고, 상기 산출부는 상기 온도 센서부에서 측정된 온도 변화에 따른 상기 광검출기에서 검출된 광신호 변화를 보정하여 엔진 오일의 산화도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 오일 산화도 측정 장치{APPARATUS FOR MONITORING OIL OXIDATION IN REAL TIME}
본 발명은 엔진 오일 산화도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 오일의 온도 및 주변 온도에 따른 광출력 변화를 보정함으로써 보다 정확한 오일 산화도를 측정할 수 있는 엔진 오일 산화도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 오일의 상태는 대상 기계의 성능 및 상태에 관한 중요한 정보를 지니고 있으며, 오일을 사용에 중요한 사항은 어느 시점에 엔진 오일을 교환할 것인가이다. 자동차의 경우 오일의 교환은 대부분 차량 제작사에 의하여 추천된 사용기간을 기준으로 행하여지고 있는 것이 통상적이다. 그러나, 오일의 수명은 오일의 질, 엔진 종류, 차량의 운전조건, 환경조건 등 여러 요인들에 의하여 크게 변할 수 있으므로, 단순한 산술평균적인 기준만을 적용하기가 곤란한 문제점을 가진다.
오일을 더 이상 사용할 수 없는 기술적인 이유로서 오일의 물리/화학적인 오염을 들 수 있다. 우선, 물리적인 오염은 오일을 사용하는 기계시스템 구성부품의 마모에 의한 마모입자 및 외부로부터 혼입된 먼지입자들에 의하여 발생한다. 이와 같이 오일을 오염시킨 입자들은 베어링 또는 기어 등 기계요소 표면을 연삭시켜 파손을 유도할 뿐만 아니라, 연삭에 의한 마모입자들이 또 다시 기계표면 파손을 초래하기도 한다. 다음, 화학적인 오염은 주로 오일에 혼입된 수분이나 오일의 열화생성물(degradation product), 냉각수 혹은 다른 종류의 윤활제들의 혼입에 의하여 발생한다.
오일의 물리적 상태변화를 측정하기 위하여 사용되는 오염도 측정 및 점도 측정방법은 금속 마모입자들의 존재 또는 점도의 증가 등과 같은 물리적인 변화들에 관한 정보들을 파악할 수 있지만, 오일 내에서 발생한 첨가제들의 손실이나 기타의 화학적인 기능 변화들을 알아낼 수는 없다. 많은 경우에 있어서, 오일이 열화되는 과정에서 발생하는 오일의 화학적 변화를 파악하는 것은 매우 유용한 일로서, 이의 측정을 통하여 대상 기계의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있다.
자동차용 오일은 지속적으로 높은 온도 분위기에 처할 뿐만 아니라, 산화질소 가스, 수분 및 공기와 접촉하면서 산화되어 열화되는데, 이와 함께 상기의 첨가제들도 소모되거나 파손된다. 따라서, 오일 속에는 사용 시간이 지남에 따라 여러 가지 형태의 오일 열화 생성물과 오염물들이 누적되어진다.
특히, 산화방지 첨가제 성분이 소모되면 오일의 산화는 크게 발생한다. 이에 따라, 오일의 점도가 증가하고 고착물이 형성되며, 산 생성물들이 기계요소 부품을 부식시킴으로써 색상이 어두어지고 독한 냄새와 산가가 증가하며, 점도가 상승함과 동시에 슬러지 성분이 증가한다.
이와 같은 오일의 변화를 정량적으로 측정하기 위한 방법으로서, 미국 표준규격(ASTM) D664에 기재된 전산가 측정방법, 전알칼리가 측정방법(ASTM D4739), 동점도 측정방법(ASTM D445/446), 디젤엔진유의 연료유 희석 측정방법(ASTM D3524-90), 휘발점 측정방법(ASTM D92), 산화도 측정방법(ASTM D2272) 등과 같은 표준 측정방법들이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 실험실적 측정 작업은 대상 기계시스템으로부터 분석대상 오일을 샘플링하고, 이의 분석에 앞서 적절한 전처리공정을 거쳐야 하므로, 많은 분석시간과 비용이 요구된다. 특히, 샘플 오일이 대상 기계 전체의 오일 상태를 잘 대표하고 있는지의 여부가 확실하지 않은 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 오일 샘플링작업의 필요없이 실시간적으로 오일의 상태를 진단할 수 있는 측정장치의 적용이 필수적으로 요구되고 있다.
일반적인 오일 분석은 오일의 점도, 절연율, 교류 전도도(AC Conductivity), 저항 및 임피던스, 부식도, pH값, 전알칼리가, 산성물질의 함량, 분광분석, 광밀도(Optical Density) 등의 다양한 물리/화학적 특성분석에 기초하고 있다.
이들 분석방법 중 적외선 분광 분석이나 형광 분석과 같이 엔진 오일에 광을 조사하여 수광된 광을 분석함으로써 실시간적으로 오일의 상태를 측정하는 방법이 최근에 많이 연구되고 있다. 대한민국 공개실용신안 제20-1998-0050251호(엔진 오일 열화 검지장치, 1998.10.07), 대한민국 공개실용신안 제20-1999-0011486호(엔진오일의 점도 측정장치, 1999.03.25), 대한민국 등록특허 제10-0427870호(적외선 분광분석기를 이용한 엔진오일 점검장치, 2004.04.08), 대한민국 등록특허 제10-0504310호(자외선 형광특성을 이용한 오일 산화도 측정장치, 2005.07.20), 대한민국 등록특허 제10-0789724호(형광빛 측정에 의한 오일 산화도 실시간 모니터링방법 및장치, 2007.12.21), 대한민국 등록특허 제10-1356176호(엔진오일열화 감지방법 및 시스템, 2014.01.20), 대한민국 등록특허 제10-1566499호(차량용 엔진오일의 열화도 측정방법 및 상기 방법을 이용한 엔진오일의 교환시기 결정방법, 2015.11.10) 및 대한민국 공개특허 제10-2018-0104019호(형광 상승-시간을 사용한 오일의 열화 결정, 2018.09.19)에는 상기와 같이 엔진 오일에 빛을 조사하고 그 투광광, 산란광이나 형광을 검출하여 엔진 오일의 산화도 정도를 모니터링하는 다양한 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술에서 공통적으로 이용되는 발광 및 수광 소자는 온도에 따른 민감도가 높아 온도 편차에 따른 출력의 변화가 발생되어 측정된 오일 산화도의 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
특히, 자동차의 경우 동절기와 하절기 사이에는 엔진룸의 온도차가 상당할 뿐만 아니라 운전전과 운전후의 엔진 온도도 차이가 커 엔진 오일 뿐만 아니라 발광 및 수광 소자에는 상당한 온도 변화가 발생되는데, 이러한 온도 편차는 광 출력의 변화로 이어지고 결과적으로 오일 산화도 측정에 오차가 발생된다.
대한민국 공개실용신안 제20-1998-0050251호(1998.10.07) : 엔진 오일 열화 검지장치 대한민국 공개실용신안 제20-1999-0011486호(1999.03.25) : 엔진오일의 점도 측정장치 대한민국 등록특허 제10-0427870호(2004.04.08) : 적외선 분광분석기를 이용한 엔진오일 점검장치 대한민국 등록특허 제10-0504310호(2005.07.20) 자외선 형광특성을 이용한 오일 산화도 측정장치 대한민국 등록특허 제10-0789724호(2007.12.21) : 형광빛 측정에 의한 오일 산화도 실시간 모니터링방법 및장치 대한민국 등록특허 제10-1356176호(2014.01.20) : 엔진오일열화 감지방법 및 시스템 대한민국 등록특허 제10-1566499호(2015.11.10) : 차량용 엔진오일의 열화도 측정방법 및 상기 방법을 이용한 엔진오일의 교환시기 결정방법 대한민국 공개특허 제10-2018-0104019호(2018.09.19) : 형광 상승-시간을 사용한 오일의 열화 결정
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로, 엔진 오일의 온도 및 주변 온도에 따른 광출력 변화를 보정함으로써 보다 정확한 오일 산화도를 측정할 수 있는 엔진 오일 산화도 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는, 엔진 오일로 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 출력되어 엔진 오일을 거쳐 수광되는 광신호를 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 검출된 광신호로부터 엔진 오일의 산화도를 산출하는 산출부가 포함되어 구성된 엔진 오일 산화도 측정 장치에 있어서, 엔진 오일 또는 엔진 주변의 온도를 측정하는 온도 센서부가 더 포함되고, 상기 산출부는 상기 온도 센서부에서 측정된 온도 변화에 따른 상기 광검출기에서 검출된 광신호 변화를 보정하여 엔진 오일의 산화도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는, 상기 산출부는 상기 온도 센서부에서 측정된 온도와 그 온도에서 상기 광검출기에서 검출된 광신호를 측정하여 얻은 데이터로부터 온도-광신호 관계를 산출하여 기록하고, 상기 산출부는 기록된 온도-광신호 관계를 이용하여 실시간으로 측정된 광신호를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는, 상기 산출부는 시동 초기에서 엔진 온도가 정상화되는 상태까지 상기 온도 센서부에서 측정된 온도와 상기 광검출기에서 검출된 광신호를 연속적 또는 일정한 시간 간격으로 측정하여 온도-광신호 관계를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는 엔진 오일의 온도 및 주변 온도에 따른 광출력 변화를 보정함으로써 보다 정확한 오일 산화도를 측정할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치의 구성을 도시한 블럭도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치에 의해 온도 보정이 이루어지는 과정을 도시한 흐름도
이하에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치에 의해 온도 보정이 이루어지는 과정을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치를 개략적으로 나타내 보인 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는 광원(11), 광검출기(12), 온도 센서부(21,22), 산출부(30) 및 저장부(40)이 구비되어 구성된다.
상기 광원(11)은 각각 엔진 오일(O)로 광을 조사하기 위한 구성이고, 상기 광검출기(12)는 상기 광원(11)에서 출력되어 엔진 오일을 거쳐 수광되는 광신호를 검출하기 위한 구성이다.
상기 광원(11)과 광검출기(12)는 엔진(E)에서 오일 팬(Oil Fan)과 같이 엔진 오일(O)이 담긴 부분에 장착되어 질 수 있다. 뿐만 아니라 같이 광원과 광검출기는 엔진 오일(O)이 순환되는 오일 순환 라인(L) 상에 장착되어 질 수 있다. 도 1에는 엔진(E)의 오일 팬에 장착된 광원(11)과 광검출기(12)와 함께 오일 순환 라인(L) 상에 장착된 광원(11')과 광검출기(12')가 동시에 도시되어 있으나 이는 어느 하나만이 선택되어 하나만으로 구성되어 질 수 있다.
광원(11,11')에서 출력되어 엔진 오일(O)를 거쳐 광검출기(12,12')로 수광되는 광신호는 엔진 오일(O)의 상태에 따라 달라지게 되며, 이때 다양한 광신호 및 광분석 기술이 이용될 수 있다.
예를 들어, 엔진 오일(O)의 형광신호를 이용하는 경우 상기 광원(11,11')은 450nm의 레이저 광을 출사하는 레이저 다이오드가 적용되어지고, 상기 광검출기(12,12')는 상기 광원(11,11')에서 엔진 오일(O)로 조사된 레이저광에 대해 엔진 오일(O)의 방향족 탄화수소계, 폴리페닐탄화수소, 카리복실 화합물에 의해 발생된 530 내지 580nm 대역의 형광신호를 검출하고, 검출된 광의 세기에 대응되는 신호를 산출부(30)으로 출력한다. 엔진 오일(O)의 산화에 따라 530 내지 580nm 대역의 형광신호는 점진적으로 감쇠되는데, 본 발명은 이러한 형광신호의 감쇠로부터 산화도를 산출하도록 구성되어 질 수 있다.
상기 온도 센서부(21,22)는 엔진 오일 또는 엔진 주변의 온도를 측정하기 위한 구성이다. 도면에는 엔진 오일(O)이 담긴 오일 팬(Oil Fan)에 장착되어 엔진 오일(O)의 온도를 측정하는 온도 센서부(21)와, 엔진 룸과 같이 엔진(E) 주변의 온도를 측정하는 온도 센서부(22)가 구비된 실시예가 도시되어 있다. 이에 따라 본 발명은 엔진(E)의 운전 여부에 따라 엔진 주변의 온도나 또는 엔진 오일의 온도를 동시에 이용하거나 하나를 선택하여 이용할 수 있게 된다.
상기 산출부(30)는 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호로부터 엔진 오일의 산화도를 산출한다. 특히, 본 발명에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는 상기 산출부(30)가 상기 온도 센서부(21,22)에서 측정된 온도의 변화에 따른 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호의 변화를 보정하여 엔진 오일(O)의 산화도를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
우선, 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 형광신호를 이용하여 엔진 오일의 산화도를 산출하는 일예를 설명하기로 한다. 상기 산출부(30)는 새로운 엔진 오일을 엔진(E)에 투입하여 교체하였을 때 새로 교체된 신유에서 발생된 형광 신호를 측정하고 이를 기준 신호로 설정하여 상기 저장부(40)에 저장한다. 그리고, 상기 산출부(30)는 신유 교체 이후에 엔진 오일(O)의 사용 경과에 따른 엔진 오일(O)의 산화에 따라 변화된 형광 신호를 측정하여 이를 기준 신호와 비교하여 엔진 오일(O)의 산화도를 산출하게 된다. 상기한 내용에 따라 상기 산출부(30)에서 산출된 산화도가 기설정된 오일 교체 기준 조건에 해당하여 교체가 필요하면 이는 사용자가 이를 알 수 있도록 램프나 디스플레이 화면에 표출된다.
한편, 상기 광원으로 이용되는 레이저 다이오드와 같은 발광 소자나 상기 광검출기에 이용되는 포토 센서와 같은 수광 소자는 온도에 따른 민감도가 높아 온도 편차에 따른 출력의 변화가 발생되기 때문에 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호는 온도에 따른 오차를 갖게 되는데, 본 발명은 상기 온도 센서부(21,22)에서 측정된 온도 변화를 반영하여 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호 변화를 보정하여 엔진 오일의 산화도를 산출함으로써 보다 정확한 오일 산화도를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 온도 보정을 위한 과정을 도시한 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오일 산화도 측정 장치는 온도-광신호 관계를 산출하기 위한 모드에서 미리 온도-광신호 관계를 산출하고, 그 온도-광신호 관계를 이용하여 오일 산화도 실시간 측정 모드에서 실시간으로 오일 산화도를 산출하여 오일의 교체 필요 여부를 판단하도록 구성된다.
온도-광신호 관계를 산출하기 위한 모드에서 상기 산출부(30)는 상기 온도 센서부(21,22)에서 측정된 온도와 그 온도에서 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호를 측정하여 얻은 온도 및 광신호 데이터로부터 온도-광신호 관계를 산출하여 기록하게 된다.
예를 들어, 온도-광신호 관계를 산출하기 위한 모드에서 엔진의 운전이 시작되면 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호와 그에 대응되는 상기 온도 센서부(21,22)에서 측정된 온도에 대한 데이터는 상기 저장부(40)에 저장된다. 상기 산출부(30)는 상기 저장부(40)에 저장된 온도와 광신호에 대한 데이터를 이용하여 온도-광신호 관계를 산출하게 된다. 한편, 엔진의 운전이 어느정도 지속되면 엔진 오일의 온도변화가 거의 이루어지지 않는 정상상태에 도달되는데, 본 발명은 시동 초기에서 엔진 온도가 정상화되는 상태까지 상기 온도 센서부(21,22)에서 측정된 온도와 상기 광검출기(12,12')에서 검출된 광신호를 연속적 또는 일정한 시간 간격(주기적)으로 측정하여 온도-광신호 관계를 산출하도록 구성된다.
상술한 온도-광신호 관계의 산출은 새로운 오일이 교체 투입되었을 때 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 산출은 1회의 수행만으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 복수회 수행되어 통계적인 처리 과정을 거쳐 산출될 수 있다.
오일 산화도 실시간 측정 모드에서는 상기 온도-광신호 관계를 산출하기 위한 모드에서 산출되어 기록된 온도-광신호 관계를 이용하여 실시간으로 측정된 광신호를 보정하고, 그 보정된 광신호를 이용하요 오일 산화도를 산출하게 된다. 상술한 바와 같이 오일 산화도 실시간 측정 모드에서는 신유 교체 이후에 엔진 오일(O)의 사용 경과에 따른 엔진 오일(O)의 산화에 따라 변화된 형광신호와 같은 광신호를 측정하여 이를 기준 신호와 비교하여 엔진 오일(O)의 산화도를 산출하며, 산출된 산화도가 기설정된 오일 교체 기준 조건에 해당하여 교체가 필요하면 이는 램프나 디스플레이 화면에 표출된다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 엔진 오일 산화도 측정 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
E 엔진
O 엔진 오일
P 오일 순환 펌프
L 오일 순환 라인
11,12 광원 및 광검출기
21,22 온도 센서부
30 산출부
40 저장부

Claims (1)

  1. 엔진 오일로 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 출력되어 엔진 오일을 거쳐 수광되는 광신호를 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기에서 검출된 광신호로부터 엔진 오일의 산화도를 산출하는 산출부가 포함되어 구성된 엔진 오일 산화도 측정 장치에 있어서,
    엔진 오일 또는 엔진 주변의 온도를 측정하는 온도 센서부가 더 포함되고,
    상기 산출부는 상기 온도 센서부에서 측정된 온도 변화에 따른 상기 광검출기에서 검출된 광신호 변화를 보정하여 엔진 오일의 산화도를 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 오일 산화도 측정 장치.
KR1020200094195A 2020-07-29 2020-07-29 엔진 오일 산화도 측정 장치 KR20220014518A (ko)

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