KR100307120B1 - 오일 열화 진단 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
근적외(2) 파장에 있어서의 광투과 손실 및 그 손실차로부터 오일의 열화도를 진단할 수 있는 광학 방식의 센서를 이용한 온도 변화나 초기의 오일 색의 영향을 받지 않은 광학 방식의 오일 열화 진단 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
Description
오일의 열화 진단 방법에는, 일본 특개평 제3-111741호 공보에 개시된 바와 같이 오일 내에 함유되는 카본 입자량을 그 입자의 농도에 따라 변화하는 이버네센트파(evanescent wave)의 강도에 의해 평가하는 광학식 센서와, 일본 특개평 제8-62207호 공보에 개시된 바와 같이 가시광과 근적외광의 2파장을 이용한 흡광도의 값에 의해서 열화도를 평가하는 수단이 제안되고 있다.
그러나, 상기 광학식 센서는, 엔진의 운전 상황에 따라 대폭 변화하는 엔진 오일의 온도 변화에 대해서 광 센서의 검지 출력이 크게 변동하는 문제점이 있었다. 또한, 가시광을 이용한 2파장 진단으로는 여러가지 첨가제의 영향을 고려하여 서로 다르게 한 다른 초기의 오일이 나타내는 색의 영향을 받아, 정확한 판정을 할 수 없는 문제점을 갖고 있었다. 본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하고, 온도 변화의 영향이나 초기 오일의 색의 영향을 받지 않은 광학 방식의 오일 열화 진단 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
〈발명의 개시〉
본 발명자들은, 자동차 엔진등의 오일의 열화도와 근적외역에서의 단위 길이 당 광투과 손실 스펙트럼 특성과의 관계를 검토한 결과, 근적외 단파장측의 광투과 손실 스펙트럼의 기울기와 근적외 장파장측의 광투과 손실 스펙트럼의 베이스 라인의 증대가 침전량(비용해 성분량)이나 동점도, 전체 산가의 값과 상호 관계를 갖는다는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 조사용 도광체를 이용하여 파장이 서로 다른 적어도 2종류의 단색광 광원으로부터의 조사광을 오일 속으로 유도하고, 상기 조사용 도광체로부터의 출사광을 투과 거리 a인 오일 속으로 투과시킨 후, 대향되게 설치된 수광용 도광체에 입사시켜 수광부로 유도하고, 제어·연산부에서 단위 길이당 광투과 손실(α·㏈/㎜) 및 2파장 간의 광투과 손실차(Δα·㏈/㎜)를 연산하고, 또한 미리 기억해 둔 상기 오일의 열화도와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계 (마스터 커브)를 비교·연산함으로써 열화도를 판정하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 방법 및 장치에 있다.
또, 상기 단색광 광원으로는, 파장 800㎚ 이상 1500㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 반도체 레이저(LD) 또는 발광 다이오드(LED)가 입수하기 용이하고 수명도 길며 성능도 안정되므로 바람직하다. 특히 800, 820, 830, 850, 940, 950, 1300, 1310, 1550㎚ 등의 LD, LED가 바람직하다. 상기 영역이외의 파장의 광원에서는, 오일의 열화도가 비교적 작을 때 수광부 내의 광검출기가 오버레인지가 되어, 광을 측정할 수 없는 경우가 있다.
또한, 상기 조사용 도광체를 자동차 엔진의 오일 레벨 게이지 내에 설치하면 종래의 엔진 시스템에 큰 변경을 가할 필요가 없어진다. 결과의 표시 방법은, 차내의 미터 패널 상에 셀프-체크 기능의 일부로서 알람으로서 표시하는 경우에도, 레벨 게이지 상부의 그립부에 표시판을 설치하여 운전자에게 부과되는 일상 점검의 일환으로서 이용해도 전혀 문제가 없다.
일반적으로, 자동차 엔진 오일의 열화도와 근적외역에서의 단위 길이당 광투과 손실 스펙트럼은, 도 3에서 도시된 바와 같은 변화로 대표된다.
이들의 광투과 손실 스펙트럼은 측정 온도의 영향을 받지 않기 때문에, 운전 이전의 시업(始業) 점검 시의 측정에서도, 운전 중의 측정에서도 동일한 값을 얻을 수 있다. 상기 도면과 마찬가지로 열화에 따라 가시 영역의 광투과 손실은 현저한 증가를 보이므로, 오일은 흑색화하고, 수광부 내의 광검출기는 열화의 진행이 비교적 작을 때 오버레인지가 되어 버린다. 따라서, 검토 결과, 가시광에서의 평가는 오일 열화에는 부적당하다고 결론지어졌다. 이 단파장측으로부터의 스펙트럼 증대는, 주로 열산화 열화에 의한 전자 천이 흡수 손실의 증대에 기인하는 것이다. 여기서, 2파장 간의 광투과 손실차로 보면, 초기에는 A-A' 사이의 기울기를, 열화[중(中)]에서는 B-B' 사이의 기울기를, 열화[대(大)]에서는 C-C' 사이의 기울기를 나타내게 되고, 열화의 진행에 따라 그 기울기는 증가한다. 또한, 베이스값의 광투과 손실에 착안하면, A', B', C'의 근방의 피크 (C-H 결합의 고조파 흡수 피크)의 크기가 변화하지 않기 때문에, A', B', C'의 순으로 침전등의 영향에 따르는 광산란 손실 (소위 미산란)이 증가하게 되고, 그 비용해성분의 양을 검지할 수있게 된다. 또한, 도 4에는 각종 사용 상황이 다른 실제 기계의 엔진 오일과 초기품(신유)(14)의 광투과 손실 스펙트럼을 도시하였지만, 첨가제의 영향으로 여기에 도시된 4종의 초기 오일은 다른 색을 나타내고 있지만, 700㎚ 이상의 영역에서 광투과 손실 스펙트럼은 완전히 동일한 값을 나타내고 있다. 즉, 근적외광을 이용하면, 다른 종류의 오일의 영향을 받지 않고 진단할 수 있다고 할 수 있다. 일례로서, 도 9는 주행 거리, 차종, 사용 상황이 다른 다양한 실제 차량의 엔진 오일의 1310㎚ 에서의 광투과 손실과 40℃에서의 동점도와의 관계도를 나타내고, 마찬가지로 도 10은 950㎚과 1310㎚ 사이에서의 광투과 손실차와 전체 산가치와의 관계도를 나타내며, 마찬가지로 도 11에는 1310㎚ 에서의 광투과 손실과 펜탄 비용해분과의 관계도를 나타낸다. 각 파라메터는 광투과 손실 및 광투과 손실차와 양호한 상관관계를 갖는 것을 알 수 있다.
이 열화에 따르는 광투과 손실 및 광투과 손실차의 변화가 상기 오일의 열화도를 나타내는 척도가 되는 파라메터와 상호 관련이 있기 때문에, 광투과 손실 및 광투과 손실차를 측정하는 것만으로 오일의 물성 저하를 진단할 수 있다. 또한, 일본 특개평3-226651호 공보에 기재된 바와 같이, 열화도는 환산 시간θ로 나타내는 것이 일반적이다. 환산 시간θ로 나타냄에 따라, 여러가지 열화 이력을 갖는 재료라도, θ가 같으면 동일한 열화도를 갖는다는 것을 의미한다. 환산 시간θ은 수학식 (1)로 정의된다.
여기서, ΔE는 열화의 겉보기의 활성화 에너지(J/mo1), R은 기체 상수(J/K/mol), T는 열화의 절대 온도(K), t는 열화 시간(h)이다. 오일 열화의 ΔE는 아레니우스플로트에 의해 용이하게 산출할 수 있다. 또한, 미리 구해 둔 오일의 수명점에서의 환산 시간을 θ0이라고 한다면, 실제측으로부터 구한 환산 시간θ과의 차 Δθ가 여분의 수명에 상당하는 환산 시간이 되고, 열화도 판정의 척도가 된다. 즉, 여분의 수명 Δθ(h)은 수학식 (2)로 표시된다.
수학식 (2)로부터 시간 t 이후의 오일의 평균 사용 온도 조건이 정해지면, 여분의 수명 Δt(= t0- t)를 구할 수 있다.
본 발명은, 자동차 엔진, 압축기, 기어등의 오일 열화 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 자동차 엔진의 오일 열화 진단 장치의 적용 형태를 나타내는 모식도.
도 2는 레벨 게이지 내의 광 센서의 내부 구조도.
도 3은 엔진 오일의 열화에 따른 광투과 손실 스펙트럼의 변화.
도 4는 각종 사용 상황이 다른 실제 기계의 엔진 오일과 신유의 광투과 손실 스펙트럼.
도 5는 광투과 손실차를 파라메터로 한 진단 마스터커브의 예.
도 6은 광투과 손실을 파라메터로 한 진단 마스터커브의 예.
도 7은 오일 열화도 판정을 위한 진단의 흐름도.
도 8은 레벨 게이지 내 광 센서의 내부 구조도.
도 9는 각종 사용 상황이 다른 실제 기계 엔진 오일의 광투과 손실과 동점도와의 관계도.
도 10은 각종 사용 상황이 다른 실제 기계 엔진 오일의 광투과 손실과 전체 산가와의 관계도.
도 11은 각종 사용 상황이 다른 실제 기계 엔진 오일의 광투과 손실과 펜탄 비용해분과의 관계도.
도 12는 레벨 게이지 그립부 표시 타입 센서의 예.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
도 1은 자동차 엔진의 오일 열화 진단 장치의 적용 형태를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 7에 열화도 판정을 위한 연산 흐름도를 나타낸다. 도 1에서 제어·연산부(7)는 측정 데이타 기억용 메모리, 판독 전용 메모리를 내장한 마이크로 프로세서로 이루어지고, 광원 파장의 전환, 수광 강도 측정, 연산까지 행한다. 본 실시예에서는 2파장을 이용한 장치에 대해서 설명을 한다. 광원에서는 λ1= 950㎚의 발광 다이오드(LED)와 λ2 = 1310㎚의 반도체 레이저(LD)를 이용하였다. 우선, 각 광원 파장의 기준 광량(I0,λ)을 측정한다. λ1로부터의 입사광(11)은 광파이버 케이블(4) 안을 통해, 레벨 게이지(3)로 유도된다. 레벨 게이지(3)는 도 2에 도시된 바와 같은 내부 구조를 갖고 있고, 입사광(11)은 레벨 게이지(3) 내에 형성된 도광체(15) 안을 투과하고, 미러(10)에 의해 반사되어 광로의 진행 방향을 바꾸고, 슬릿(13)에 도달한다. 슬릿(13)은 본 실시예에서는 광로 길이 1.0㎜로 설정되어 있지만, 0.5 ∼ 2.0㎜까지 가변이다. 슬릿 내에 가득 차 있는 오일(1)이 전송된 후, 투과광(12)이 대향되게 설치된 도광체(15) 안으로 다시 입사되어 수광부(6)로 유도된다. 수광부(6)에서 λ1에서의 투과광 강도를 검출하고, 제어·연산부(7)에서 광투과 손실로서 연산·기억된다. 마찬가지로, λ2로부터의 입사광(11)에 대한 투과광 강도를 측정하고, 제어·연산부(7)에서 λ2의 광투과 손실로서 연산·기억한다. 제어·연산부(7)에서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 미리 기억되어 있던 오일의 열화와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계도 (마스터커브)로부터의 오일의 열화도를 환산 시간으로서 산출하여, 그 결과를 차 내에 설치되어 있는 경고등에 표시한다. 또, 이 검사는 엔진 시동 후 셀프-체크 기능으로서 작동하는 시스템으로 되어 있다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 도 8에 도시된 내부 구조의 레벨 게이지(3)를 이용한 경우의 예를 설명한다. 본 실시예에서는 2파장의 광원으로서, λ1 = 940㎚의 발광 다이오드(LED)와 λ2 = 1550㎚의 반도체 레이저(LD)를 이용하였다. 우선, 각 광원 파장의 기준 광량(I0,λ)을 측정한다. λ1로부터의 입사광(11)은 광파이버케이블(4) 내를 통해, 레벨 게이지(3)로 유도된다. 레벨 게이지(3)는 도 2에 도시된 바와 같은 내부 구조를 구비하고 있고, 입사광(11)은 레벨 게이지(3) 내에 형성된 도광체(15) 내를 전송하고, 미러(10)로 반사하여 광로의 진행 방향을 바꾸고, 슬릿(13)에 도달한다. 슬릿(13)은 본 실시예에서는 광로 길이 0.5㎜로 설정되어 있다. 슬릿 내에 가득 차 있는 오일(1)이 전송된 후, 투과광(12)이 대향되게 설치된 도광체(15) 내에 다시 입사되어 수광부(6)로 유도된다. 수광부(6)에서 λ1에서의 투과광 강도를 검출하고, 제어·연산부(7)에서 광투과 손실로서 연산·기억된다. 동일한 형태로 λ2로부터의 입사광(11)에 대한 투과광 강도를 측정하고, 제어·연산부(7)에서 λ2의 광투과 손실로서 연산·기억한다. 제어·연산부(7)에서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 미리 기억되어 있던 오일의 열화와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계도(마스터커브)로부터 오일의 열화도를 환산 시간으로 하여 산출하고, 그 결과를 차내에 설치되어 있는 경고등에 표시한다. 또, 이 검사는 엔진 시동 후 셀프-체크 기능으로서 작동하는 시스템으로 되어 있다.
(실시예 3)
실시예 1와 동일하게 도 8에 도시된 내부 구조의 레벨 게이지(3)를 이용한 경우의 예를 설명한다. 본 실시예에서는 2파장의 광원으로서, λ1 = 850㎚의 발광 다이오드(LED)와 λ2 = 1550㎚의 반도체 레이저(LD)를 이용하였다. 우선, 각광원 파장의 기준 광량(I0,λ)을 측정한다. λ1로부터의 입사광(11)은 광파이버 케이블(4) 안을 통해, 레벨 게이지(3)로 유도된다. 레벨 게이지(3)는 도 2에 도시된 바와 같은 내부 구조를 갖고 있고, 입사광(11)은 레벨 게이지(3) 내에 형성된 도광체(15) 안을 투과하고, 미러(10)에 의해 반사하여 광로의 진행 방향을 변경하여 슬릿(13)에 도달한다. 슬릿(13)은 본 실시예에서는 광로 길이 1.5㎜로 설정되어 있다. 슬릿 내에 만족하는 오일(1)이 전송된 후, 투과광(12)이 대향되게 설치된 도광체(15) 안으로 다시 입사되어 수광부(6)로 유도된다. 수광부(6)에서 λ1에서의 투과광 강도를 검출하고, 제어·연산부(7)에서 광투과 손실로서 연산·기억된다. 마찬가지로, λ2로부터의 입사광(11)에 대한 투과광 강도를 측정하고, 제어·연산부(7)로써 λ2의 광투과 손실로서 연산·기억한다. 제어·연산부(7)에서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 미리 기억되어 있던 오일의 열화와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계도(마스터커브)로부터의 오일의 열화도를 환산 시간으로 하여 산출하고, 그 결과를 차 내에 설치되어 있는 경고등에 표시한다. 또, 이 검사는 엔진 시동 후 셀프-체크 기능으로서 작동하는 시스템으로 되어 있다.
(실시예 4)
실시예 1과 동일한 시스템으로서, 결과 표시를 도 12에 도시된 레벨 게이지 상부의 그립부에 설치한 표시판에 표시한 경우의 예를 도시하였다. 또, 이 검사는 운전전의 드라이버에게 부과된 일상 점검의 일환으로서 이용한다.
〈산업상의 이용 가능성〉
본 발명에 따르면, 자동차 엔진, 압축기, 기어 등에 사용되고 있는 오일의 열화도를 측정 온도나 초기의 오일의 색의 영향을 받지 않고 진단할 수 있다. 또한, 차량 탑재형이든 휴대형이든지 운전 가능한 진단 장치를 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 파장이 서로 다른 적어도 2종류의 단색광 광원으로부터의 조사광을 조사용 도광체를 이용하여 오일 속으로 유도하고; 상기 조사용 도광체로부터의 출사광을 투과 거리 a인 오일 속으로 투과시킨 후, 대향되게 설치된 수광용 도광체에 입사시켜, 수광부로 유도하며; 제어·연산부에서 단위 길이당 광투과 손실(α·㏈/㎜) 및 2파장 간의 광투과 손실차(Δα·㏈/㎜)를 연산하고, 또한 미리 기억시켜 둔 상기 오일의 열화도와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계(마스터커브)를 비교·연산함으로써 열화도를 판정하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 방법.
- 제1항에 있어서,상기 단색광 광원으로서, 파장 800㎚이상 1550㎚이하의 피크 파장을 갖는 반도체 레이저 또는 발광 다이오드를 이용하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 방법.
- 제1항에 있어서,상기 조사용 도광체를 자동차 엔진의 오일 레벨 게이지 내에 설치한 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 방법.
- 파장이 서로 다른 적어도 2종류의 단색광 광원으로 이루어지는 광원부; 상기 광원부로부터의 입사광을 오일 속으로 유도하는 조사용 도광체; 상기 조사용 도광체로부터 출사되어 투과 거리 a인 오일 내를 투과한 투과광을, 외부로 유도하는 수광용 도광체; 상기 수광용 도광체로부터 유도된 투과광의 강도를 측정하는 수광부; 및 상기 투과광 강도로부터 단위 길이당 광투과 손실(α·㏈/㎜) 및 2개의 파장 간의 광투과 손실차(Δα·㏈/㎜)를 연산하고, 또한 미리 기억시켜 둔 상기 오일의 열화도와 광투과 손실 및 광투과 손실차와의 관계(마스터커브)를 비교·연산함으로써 열화도를 판정하는 제어·연산부를 포함하고,상기 수광용 도광체는 슬릿을 사이에 두고, 상기 조사용 도광체에 대향하여 설치된 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 장치.
- 제4항에 있어서,상기 단색광 광원으로서, 파장 800㎚ 이상 1550㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 반도체 레이저 또는 발광 다이오드를 이용하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 장치.
- 제4항에 있어서,상기 조사용 도광체를 자동차 엔진의 오일 레벨 게이지 내에 설치한 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제어·연산부에서 판정된 열화도 판정 결과를 자동차 엔진의 오일 레벨게이지 상부의 그립부에 설치한 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제어·연산부에서 판정된 열화도 판정 결과를 자동차 내의 미터 패널 내에 설치한 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 오일 열화 진단 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019997002344A KR100307120B1 (ko) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 오일 열화 진단 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019997002344A KR100307120B1 (ko) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | 오일 열화 진단 방법 및 장치 |
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| KR20000036251A KR20000036251A (ko) | 2000-06-26 |
| KR100307120B1 true KR100307120B1 (ko) | 2001-09-24 |
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ID=19635972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR (1) | KR100307120B1 (ko) |
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-
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