KR100345436B1 - 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일팬의 드레인 홀에 결합되며 오일의 순환을 위한 다수의 오일 순환구가 오일팬 내로 돌출된 단부에 형성되고 소정의 내부공간이 오일팬 외부로 노출된 단부에 형성되며 상기 다수의 오일 순환구와 내부공간을 관통하는 통공이 상하로 형성된 센서 몸체와, 상기 다수의 오일 순환구를 통한 오일팬 내의 오일과 접촉 가능하도록 상기 센서 몸체 내에 결합되며 원통봉 외주면의 나사산을 따라 감겨 오일팬 내의 오일에 대한 정전용량을 측정하기 위한 한 쌍의 코일형 전극으로 구성된 오일 정전용량 측정수단 및 상기 오일 정전용량 측정수단으로부터의 정전용량과 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 서로 비교하여 오일팬 내의 오일의 열화상태에 대응하는 신호를 출력하는 신호 처리수단으로 구성된다.

본 발명에 의하면, 엔진오일의 열화상태를 측정하기 위한 센서가 차량의 오일팬에 장착하여 사용하면 차량 엔진오일의 실제적인 교환주기를 센서에 의해 판단 및 지시되도록 함으로써 불필요한 시간낭비 및 그에 따른 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서{Coil-type sensor for measuring deterioration of car engine oil}

본 발명은 차량용 엔진오일의 열화상태를 측정하기 위한 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 엔진의 엔진오일의 교체시기를 확인할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정센서에 관한 것이다.

다시 말하면, 본 발명은 센서의 코일형 전극과 이 코일형 전극이 감겨지는 원통봉 사이에서의 불필요한 정전용량을 줄여 엔진오일의 열화상태, 즉 엔진오일의 교체시기를 보다 정확하게 판정할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정센서에 관한 것이다.

차량용 엔진의 엔진오일은 일반적으로 엔진의 윤활 부분에서 발생하는 마찰이나 마모를 감소시키는 기능 이외에도 냉각, 압력의 분산, 세척 등의 기능도 동시에 한다. 즉, 엔진의 마모 감소에 의한 동력 손실방지, 냉각작용, 세정작용, 충격방지, 진동방지, 밀폐작용 및 부식방지 등의 역할을 한다. 그러나 엔진이 동작되는 동안 저온 운전, 연료의 불완전 연소, 엔진의 마모 및 부식 등의 이유로 오일 내에 물과 산이 만들어지고 피스톤의 왕복운동으로 금속 찌꺼기가 발생되어 오일의 점도가 떨어진다. 이러한 오일 점도의 감소는 엔진의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 즉, 엔진 내의 찌꺼기, 타르, 부식물 및 침전물 등은 엔진 내에 그대로 남게되어 오일펌프, 오일팬, 오일 순환통로 등에 침전되어 엔진의 마모 뿐만 아니라 출력저하와 함께 엔진내부 온도를 상승시켜 윤활작용을 감소시킨다. 특히 냉각수, 휘발유 및 물 등이 오일에 섞이게 되면 엔진 가스켓에 손상을 주거나 피스톤 링이 파손되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 보다 깨끗한 엔진을 유지하기 위해서는 엔진오일은 주기적으로 새로운 오일로 교환해 주어야 한다.

통상 자가용 승용차의 대부분이 평균 주행거리 약 6,111 km 마다 엔진오일을 교환하고 있는데 이는 영업용 승용차의 교환주기 11,900 km의 절반 정도에 불과하다. 심지어 자가용 운전자의 66.3 %가 5,000 km 이내에서 엔진오일을 교환하고 있고, 3,000 km 이내에서 교환하는 경우도 전체의 10 %나 차지하고 있다. 이는 주로 정비업소의 권고에 의해 이루어지고 있을 뿐 과학 기술적 근거는 없다. 외국 차량사의 경우 권장 엔진오일 교환주기를 15,000 km에서 20,000 km로 정하고 있으나 우리 나라의 경우에는 수출용에만 외국 차량회사와 비슷한 주기를 권장하고 있다.

따라서, 자가용 승용차 엔진오일 교환에 대한 잘못된 인식으로 엔진오일이 불필요하게 낭비되고 있다. 근래 엔진오일의 성능을 개선하기 위한 비뉴턴계 점탄성 차세대 최고급 엔진오일, 무교환 오일, 오일 첨가제 등의 이름으로 상품화되고 있으나 오일의 특성 및 오일의 교환적기에 대한 과학적인 정보는 전혀 없었다.

각종 차량의 경우, 휘발유 등 연료의 보충시기는 운전석 클러스터의 계기(또는 미터)에 의해 정확하게 판단할 수 있도록 되어 있으나, 엔진오일 교환시기를 알려주는 것은 오로지 주행거리 표식 이외에는 없다. 더욱이 종전 오일 교체시의 주행거리를 암기하거나 차계부에 기록해 놓지 않고는 그 교환시기를 정확히 판단할 수 없었다.

한편, 폐 엔진오일은 연료, 도로포장 또는 건축현장에서의 지지물의 부식방지용으로 사용되고 있기는 하지만 어떤 경우라 하더라도 중요한 환경 공해물질의 하나라고 하지 않을 수 없다.

따라서, 차량 엔진오일의 노화상태를 측정할 수 있는 센서를 개발하여 운전자가 운전석에서 최적의 오일의 교환시기를 파악할 수 있도록 자동적으로 예고해 주는 장치가 있으면 엔진오일의 교환계획을 설정하여 효과적으로 엔진오일을 교환해 줄 수 있게 될 것이다.

이 분야에 대한 종래의 기술로서, 국내에서는 공해를 줄이기 위한 방법의 하나로서 폐 엔진오일 소각기 개발(한국폐기물학회지 v.12, n.4, 421-428, 1995)연구가 수행되었고, 국내 각 차량 생산업체에서는 엔진오일의 교환 일로부터 차량의 주행거리를 계수하여 미리 지정해 놓은 주행거리가 되면 램프 또는 소리로서 오일 교환시기를 알리는 방법과 오일팬에 설치된 팬의 회전속도를 가속도 센서와 결합하여 오일의 점도를 측정하여 적당한 시기에 운전자에게 알려주는 장치에 대한 특허를 보유하고 있는 실정이다. 일반적으로 널리 사용되고 있는 방법으로서 엔진오일 레벨 점검 게이지에 묻혀진 엔진오일의 색깔과 점도를 손끝의 감각으로 판단하는 고전적인 방법을 사용하고 있으나 오일의 실질적인 성능을 측정할 수 있는 센서 개발 연구는 없었다. 국외에서는 마그네토 레지스터 센서(magneto resistor sensor)를 이용하여 센서 헤드(sensor head)에 부착되는 부스러기에 의한 흐름경로의 변화를 측정하거나, 엔진의 점도, TBN(total base number), TAN(total acid number) 등을 분석하여 판단하고 있다. 또한 오일 내에 포함된 부스러기를 광학적인 방법으로 측정하고 있다. 그러나 이러한 방법은 측정코자 하는 오일을 반드시 엔진이 정지된 상태에서 채집하여 분석하는 방법이므로 엔진의 가동상태에서의 직접 측정이 불가능하다. 한편 엔진구조에 별도로 설치된 오일 파이프 주변에 한 쌍의 권선된 코일을 장착하여 오일 내에 포함된 금속 부스러기 양에 따른 유도전압출력의 변화를 측정하는 방법이 발표되었으나 실제적인 적용을 위해서는 엔진의 구조를 변경시켜야 하는 문제점이 있었다.

또한 최근 오일의 노화에 따라 오일의 유전상수가 증가되는 것을 DC 전압으로 변환시키는 센서(참조 : 미합중국 특허 제 5.540.086, 1996)를 제작하였으나 오일의 종류에 따라 출력에 큰 차이가 발생되며, 온도변화 및 주파수 변화에 따라 손실계수가 크게 변화되는 현상을 검출할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 측정 대상 오일의 종류에 따른 오차를 감소하기 위하여 센서 내부 회로에서 교정하는 방법을 사용할 수 있으나 모든 센서를 개별적으로 교정한다는 것도 비효과적인 방법이라고 판단된다.

이를 감안한 출원인의 1999. 9. 27자 특허출원 제41335호는 코일형 센서에 의해 엔진오일의 열화상태를 측정하고 있으나, 측정되는 정전용량 명목값에 비해서 엔진오일의 열화에 따른 정전용량의 변화가 미세하고, 기준 정전용량이 되는 공기 유전 정전용량기의 값이 온도에 따라 일정하지 않기 때문에 엔진오일의 열화상태를 정확하게 측정하는데 한계가 있다.

뿐만 아니라 본 출원인은 연구과정에서 엔진오일의 정전용량을 측정하기 위한 코일형 센서의 코일들과 원통봉의 표면 사이에 잔류하는 기존의 엔진오일에 의해 새로 교환된 엔진오일에 대한 열화상태가 정확하게 측정되지 않아 엔진오일의 적절한 교환시기를 표시하지 못한다.

본 발명의 목적은 차량용 엔진의 엔진오일의 실제적인 열화상태를 정전용량 특성의 변화로서 측정하여 최적의 엔진오일 교환시기를 운전자에게 사전에 제공할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 엔진의 운전 중에도 엔진오일의 성능저하를 판단하여 엔진오일을 적절한 시기에 교환할 수 있도록 함으로써 엔진의 무리한 동작을 미연에 방지할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 엔진오일의 열화에 따른 정전용량을 변화로 엔진오일의 교환시기를 결정하되, 엔진오일의 열화에 따른 정전용량의 변화폭을 확장시켜 온도, 충격, 진동 등과 같은 외부요인에도 불구하고 엔진오일의 교환시기를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원통봉을 전도성 재질로 구성하여 원통봉과 이에 감겨지는 코일형 전극 사이의 정전용량을 극소화함으로써 오일팬 내의 엔진오일의 열화에 따른 정전용량의 측정감도를 높일 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 오일팬 내의 엔진오일의 열화에 따른 정전용량과 비교되는 기준 정전용량을 제공하는 커패시터로서 기준 정전용량기를 사용함으로써 외부 요인으로 인한 기준 정전용량의 변화로 인한 엔진오일에 대한 정전용량의 측정감도가 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 센서를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 나타내는 분리 사시도이다.

도 3은 도 2에서의 원통봉을 보다 상세하게 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 3의 원통봉 외주면의 나사산에 감겨진 코일형 전극을 나타내는 개략 단면도이다.

도 5와 도 6은 본 발명에서 스크린 위치에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 화면 및 그래프이다.

도 7은 본 발명에서 코일형 전극과 드레드(thread) 상측의 간격에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서가 오일팬에 장착된 상태를 나타낸 개략 단면도이다.

도 9는 본 발명에서 오일 정전용량 측정수단을 포함하는 신호 처리수단을 나타내는 블록도이다.

도 10은 엔진오일의 온도에 따른 유전상수의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 11은 전극에 대한 인가 주파수에 따른 유전상수의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 12는 전극에 대한 인가 주파수에 따른 손실계수의 변화를 나타내는 그래프이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 원통봉 2 : 오일팬

3 : 오일 순환구 4,5 : 나선부

6,16 : O-링 7 : 통공

8 : 볼트 9 : 밑판

10 : 센서 몸체 11 : 내부공간

12 : 고정판 13 : 드레인 홀

14 : 고정부재 15,17 : 걸림턱

18 : 고정공 19 : 관통공

20 : 나사산 21 : 골

22 : 코일형 전극 40 : 신호 처리수단

41 : 정전압 장치 42 : 오실레이터

43 : 제 1신호 변환기 44 : 제 2신호 변환기

45 : 비교 회로부 46 : 래치 회로부

47 : 열 센서 48 : 프리셋 장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서는, 오일팬의 드레인 홀(drain hole)에 결합되며 오일의 순환을 위한 다수의 오일 순환구가 오일팬 내로 돌출된 단부에 형성되고 소정의 내부공간이 오일팬 외부로 노출된 단부에 형성되며 상기 다수의 오일 순환구와 내부공간을 관통하는 통공이 상하로 형성된 센서 몸체와, 상기 다수의 오일 순환구를 통한 오일팬 내의 오일과 접촉 가능하도록 상기 센서 몸체 내에 결합되며 원통봉 외주면의 나사산을 따라 감겨 오일팬 내의 오일에 대한 정전용량을 측정하기 위한 한 쌍의 코일형 전극으로 구성된 오일 정전용량 측정수단 및 상기 오일 정전용량 측정수단으로부터의 정전용량과 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 서로 비교하여 오일팬 내의 오일의 열화상태에 대응하는 신호를 출력하는 신호 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 센서 몸체의 재질은 금속성 재질인 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 센서 몸체의 내부공간을 밀봉하기 위한 밑판이 다수의 볼트에 의해 상기 센서 몸체의 밑면에 나사 결합되는 것이 바람직하다. 특히, 센서 몸체와 밑판 사이에 별도의 패킹을 내설함으로써 내부공간이 보다 견고하게 밀봉될 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 코일형 전극은 원통봉의 외주면에 형성된 나사산의 골에 50 %가 삽입되도록 감겨지는 것이 센서의 효율을 극대화하는데 바람직하다. 이러한 코일형 전극으로는 두 가닥의 에나멜 코일, 즉 두 가닥의 고온용 폴리아미드가 도포된 에나멜 코일 등을 사용할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 원통봉의 외주면에 이중으로 형성된 나사산의 간격은 0.09∼0.1 mm로 할 수 있으며, 상기 원통봉의 외주면에 감겨진 코일형 전극의 표면과 상기 센서 몸체의 내주면과의 간격은 상기 원통봉 직경의 22∼32 %로 할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 오일 정전용량 측정수단은 상기 원통봉 상단의 두 개의 고정공에 한 쌍의 코일형 전극의 단부가 고정되고, 상기 한 쌍의 코일형 전극이 상기 원통봉 외주면에 형성된 복선의 나사산을 따라 권취된 후 상기 원통봉 하단의 관통공을 통해 인출되어 신호 처리수단에 접속되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 원통봉으로는 전도성 재질을 사용할 수 있을 것이다. 특히, 상기 코일형 전극과 상기 원통봉이 동일한 재질의 금속으로 구성되어 온도, 진동, 충격 등과 같은 외부 요인으로 인해 두 가락으로 이루어진 코일형 전극으로 구성된 센서에 의해 측정되는 정전용량값의 변화량을 최소화할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 원통봉 상하의 고정공과 관통공에 고정되는 코일형 전극의 단부는 몰딩 작업에 의해 오일의 유입을 방지할 수 있다. 특히, 원통봉 하단의 관통공은 코일형 전극을 인출한 후 실리콘 등을 이용하여 밀봉함으로써 오일팬 내의 엔진오일이 센서 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 원통봉의 나사산을 따라 감겨진 코일형 전극의 외주면에는 고착제가 도포되어 온도, 진동, 충격 등의 외부 요인으로 인해 코일형 전극이 변형되는 것을 막을 수 있을 것이다. 이때 상기 고착제로서는 폴리아미드 등을 사용할 수 있으며, 이는 상기 원통봉에 감겨진 코일형 전극의 외주면에 균일하게 도포된 후 100℃∼120℃의 고온으로 50 내지 70분 동안 열처리되어 고착되는 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 센서 몸체의 통공과 이에 삽입된 원통봉 사이에 원통봉을 고정하기 위한 원통형 고정부재가 삽입되고, 원판형의 고정판이 상기 고정부재를 고정하면서 내부공간에 나사 결합되는 것이 바람직하다. 이때 상기 센서 몸체 통공의 상단에 내측으로 절곡된 걸림턱이 형성되고, 상기 원통봉 결합시 상기 원통봉의 외주면에 상기 걸림턱과 맞닿는 걸림턱이 수평지게 형성되어 상기 원통봉의 불필요한 상승을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 센서 몸체의 걸림턱과 상기 원통봉의 걸림턱 사이에는 오일팬 내의 엔진오일이 외부로 누출되는 것을 차단하기 위한 O-링이 삽입되는 것이 바람직하다. 물론, 오일팬과 센서 몸체 사이에도 O-링이 내설되어 오일팬 내의 엔진오일이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 신호 처리수단은 하이브리드 회로로서, 이는 오실레이터와 비교 회로부에 소정의 정전압을 제공하기 위한 정전압장치와, 상기 코일형 전극과 상기 기준 정전용량기에 교류 전원을 인가하기 위한 오실레이터와, 상기 오실레이터로부터 인가된 교류전원에 의해 상기 코일형 전극이 측정한 오일의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 1신호 변환기와, 상기 오실레이터로부터 인가된 교류전원에 의해 상기 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 2신호 변환기와, 상기 제 1 및 제 2신호 변환기로부터 받은 전기신호를 서로 비교하는 비교 회로부 및 상기 비교 회로부로부터 출력되는 오일의 열화상태에 대응하는 출력신호를 일정시간 동안 외부로 출력하는 래치회로부로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 정전압 장치에는 상기 정전압 장치의 작동온도를 제한하기 위한 열 센서가 접속되는 것이 바람직하다. 이로서 상기 정전압장치는 상기 열 센서에 의해 감지되는 10 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서와 같이 제한된 온도범위에서 작동될 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 기준 정전용량기로는 세라믹 커패시터 또는 마이카 커패시터 등을 사용할 수 있을 것이다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 오실레이터는 상기 각 신호 변환기에 8 KHz 내지 12 KHz의 교류전원을 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 제 2신호 변환기에는 신유의 특성이 종류에 따라 다른 것을 고려하여 신유 교체시 기준 정전용량과의 영점조절을 위한 프리셋장치가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 래치회로(latch circuit)부는 정전압 장치가 10 ℃ 내지 70 ℃ 이외의 온도 범위에서 차단이 되더라도 일정시간 동안 비교 회로부에서 발생시키는 전기적 신호를 출력하는 것이 바람직하다.

본 발명의 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서에 있어서, 상기 신호 처리수단은 소정의 보드(board)에 장착되어 상기 센서 몸체의 내부공간에 내설되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 도 2에서의 원통봉을 보다 상세하게 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 원통봉 외주면의 나사산에 감겨진 코일형 전극을 나타내는 개략 단면도이다.

도 5와 도 6은 본 발명에서 스크린 위치에 따른 정전용량의 변화를 나타내는 화면 및 그래프이고, 도 7은 본 발명에서 코일형 전극과 드레드(thread) 상측의 간격에따른 정전용량의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서가 오일팬에 장착된 상태를 나타낸 개략도이다.

도 9는 본 발명에서 오일 정전용량 측정수단을 포함하는 신호 처리수단을 나타내는 블록도이고, 도 10은 엔진오일의 온도에 따른 유전상수의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 11은 전극에 대한 인가 주파수에 따른 유전상수의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 12는 전극에 대한 인가 주파수에 따른 손실계수의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 엔진오일의 열화상태를 측정하기 위한 코일형 센서, 즉 센서 몸체(10)는 오일팬 내로 삽입되는 부분과 오일팬 외부로 노출되는 부분으로 나뉜다.보다 상세하게는 오일팬 내로 삽입되는 센서 몸체(10)의 상단부(도면에서)에는 엔진오일이 센서 내부로 순환할 수 있도록 다수개의 오일 순환구(3)가 형성되어 있다. 그리고 오일팬 외부로 노출되는 센서 몸체(10)의 하단부(도면에서)에는 소정의 내부공간이 형성되며 도구를 이용하여 센서 몸체(10)를 오일팬의 드레인 홀에 나사 결합할 수 있도록 육각형으로 이루어진다. 물론, 오일팬 드레인 홀의 내주면에 형성된 나선부와의 나사 결합을 위해 드레인 홀과 만나는 부분에는 나선부(5)가 형성되어 있다.

본 발명에 따른 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서는 도 2에 도시한 것처럼, 센서 몸체(10)는 오일팬(2)의 드레인 홀(13)에 결합되며 오일의 순환을 위한 다수의 오일 순환구(3)가 오일팬(2) 내로 돌출된 단부에 형성되고 소정의 내부공간(11)이 오일팬(2) 외부로 노출된 단부에 형성되며 다수의 오일 순환구(3)와 내부공간(11)을 관통하는 통공(7)이 상하로 형성되어 있으며, 오일 정전용량 측정수단은 다수의 오일 순환구(3)를 통한 오일팬(2) 내의 오일과 접촉 가능하도록 센서 몸체(10) 내에 결합되며 원통봉(1) 외주면의 나사산(20)을 따라 감겨 오일팬(2) 내의 오일에 대한 정전용량을 측정하기 위한 한 쌍의 코일형 전극(22)으로 구성되어 있으며, 신호 처리수단은 오일 정전용량 측정수단으로부터의 정전용량과 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 서로 비교하여 오일팬 내의 오일의 열화상태에 대응하는 신호를 출력하도록 되어 있다.

센서 몸체(10)의 재질은 원통봉(1)과 코일형 전극(22) 사이애서의 불필요한 정전용량을 최소화할 수 있도록 접지 역할을 위해 코일형 전극과 동일한 재질의 구리(Cu) 등의 금속성 재질을 사용할 수 있으며, 센서 몸체(10)의 내부공간(11)을 밀봉하기 위한 밑판(9)이 다수의 볼트(8:bolt)에 의해 센서 몸체(10)의 밑면에 나사 결합되어 있다.

도 3을 참조하면, 전도성 재질의 원통봉(1)의 외주면에는 나사산이 0.09∼0.1 mm의 간격으로 이중으로 형성되어 있으며, 원통봉(1) 상단에는 한 쌍의 코일형 전극(22)의 단부를 고정하기 위한 두 개의 고정공(18)이 천공되어 있으며, 원통봉(1)의 하단에는 한 쌍의 코일형 전극(22)이 원통봉(1) 외주면에 형성된 이중의 나사산(20)을 따라 감겨진 후 내부공간(11)을 통공(7)을 통해 내부공간(11) 내의 신호 처리수단(40)에 접속될 수 있도록 두 개의 관통공(19)이 천공되어 있다.

이렇게 원통봉(1)의 이중의 나사산(20)에 감겨진 코일형 전극(22)은 도 4에서와 같이 감겨질 수 있는데, 원통봉(1) 나사산(21)의 골(21)은 코일형 전극(22)이 50 % 정도 삽입되도록 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 원통봉(1) 상하의 고정공 (18)과 관통공(19)에 고정되는 코일형 전극(22)의 단부는 몰딩 작업으로 고정할 수 있다. 원통봉(1)의 외주면에 감겨진 코일형 전극(22)의 표면과 센서 몸체(10)의 내주면과의 간격은 원통봉(1) 직경의 22∼32 % 정도로 하는 것이 바람직하다. 특히, 원통봉(1) 하단의 관통공(19)은 코일형 전극(22)을 인출한 후 실리콘 등을 이용하여 밀봉함으로써 오일팬 내의 엔진오일이 센서 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있을 것이다.

여기서, 스크린 위치에 따른 정전용량의 변화는 도 5 및 도 6과 같은 화면이나 그래프로 표시된다. 그리고 코일형 전극(22)과 드레드(thread) 상측의 간격에 따른 정전용량의 변화는 도 7의 그래프와 같이 나타난다.

또한, 원통봉(1)의 나사산(20)에 감겨지는 코일형 전극(22)으로는 두 가닥의 에나멜 코일을 사용할 수 있다. 특히, 코일형 전극(22)과 원통봉(1)을 동일한 재질로 구성함으로써, 온도, 진동, 충격 등의 외부 요인으로 인한 정전용량을 변화를 극소화할 수 있을 뿐만 아니라 코일형 전극(22)과 원통봉(1) 사이에 형성된 정전용량이 원통봉(1)을 접지로 제거되기 때문에 두 가닥의 코일형 전극(22) 사이에 형성되는 정전용량의 최소한의 영향만을 미치게 된다.

그리고, 원통봉(1)의 나사산(20)을 따라 감겨진 코일형 전극(22)의 외주면에는 코일형 전극(22)과 원통봉(1) 사이로 오일팬 내의 오일이 유입되는 것을 차단하기 위한 고착제가 도포되어 있는데, 고착제로는 폴리아미드 등을 사용할 수 있으며, 고착제는 원통봉(1)에 감겨진 코일형 전극(22)의 외주면에 균일하게 도포된 후 100℃∼120℃의 고온으로 50 내지 70분 동안 열처리되어 고착될 수 있을 것이다. 다시 말하면, 원통봉(1)과 이에 감겨진 코일형 전극(22) 사이에 열화된 엔진오일이 잔류하면서 오일팬 내의 엔진오일의 열화상태를 측정하는데 미치는 영향을 최소화할 수 있을 것이다.

본 발명의 코일형 센서는 도 8에 도시한 것처럼, 센서 몸체(10)의 통공(7)과 이에 삽입된 원통봉(1) 사이에 원통봉(1)을 고정하기 위한 원통형 고정부재(14)가 삽입되어 있으며, 원판형의 고정판(12)이 고정부재(14)를 고정하면서 내부공간(11)에 나사 결합되어 있다. 센서 몸체(10) 통공(7)의 상단에는 내측으로 절곡된 걸림턱 (17)이 형성되어 있고, 원통봉(1)과의 결합시 원통봉(1) 외주면의 걸림턱 (15)과 맞닿는 걸림턱(17)이 수평지게 형성되어 원통봉(1)의 필요 이상의 상승을 방지하고 있다.

위의 센서 몸체(10)의 걸림턱(17)과 원통봉(1)의 걸림턱(15) 사이에는 오일팬(2) 내의 엔진오일이 외부로 누출되는 것을 차단하기 위한 O-링(16)이 삽입되어 있다.물론, 센서 몸체(10)와 오일팬(2) 사이에도 O-링(6)이 내설되어 있어 오일팬(2)의 드레인 홀(13)에 센서(센서 몸체(10)) 결합시 오일팬(2)과 센서 사이를 통한 오일의 누출을 방지할 수 있을 것이다.

도9를 참조하면, 신호 처리수단(40)은 정전압 장치(41)와, 오실레이터(42)와, 제 1신호 변환기(43)와, 제2신호 변환기(44)와, 비교 회로부(45) 및 래치회로(46) 등과 같은 여러 가지 회로로 구성되며, 이는 소정의 보드에 장착되어 센서 몸체(10)의 내부공간(11)에 내설되어 신호 처리수단(40)을 배치하기 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않는다. 이러한 신호 처리수단(40)의 구성은 오실레이터(42)와 비교 회로부(45)에 소정의 정전압을 제공하기 위한 정전압 장치(41)와, 한 쌍, 즉 두 가닥의 코일형 전극(22;Cx)과 세라믹이나 마이카 커패시터를 사용하는 기준 정전용량기(Cref)에 교류 전원을 인가하기 위한 오실레이터(42)와, 오실레이터(42)로부터 인가된 교류전원에 의해 코일형 전극(42)이 측정한 오일의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 1신호 변환기(43)와, 오실레이터(42)로부터 인가된 교류전원에 의해 기준 정전용량기(Cref)로부터의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 2신호 변환기(44)와, 제 1 및 제 2신호 변환기(43)(44)로부터 받은 전기신호를 서로 비교하는 비교 회로부(45) 및 비교 회로부(45)로부터 출력되는 오일의 열화상태에 대응하는 출력신호를 일정시간 동안 외부로 출력하는 래치회로(46)로 구성되어 있다.

여기서, 기준 정전용량을 제공하는 커패시터로서 기준 정전용량기(Cref)를 사용하는 것은 오일팬의 온도, 진동, 충격 등의 외부 요인에도 불구하고 오일팬 내의 엔진오일에 대한 정전용량, 즉 엔진오일의 열화상태를 보다 정확하게 측정하고, 이를 표시하기 위함이다. 다시 말하면, 세라믹이나 마이카 커패시터 등을 기준 정전용량기로 사용함은 엔진오일의 열화로 인한 오일의 정확한 교환시기를 표시하기 위함이다.

위의 정전압 장치(41)에는 특정 온도 범위에서만 전원이 인가되도록 하는 열 센서(47)를 구비하고 있으며, 열 센서(47)는 엔진의 하부에 있는 오일팬(2)에 설치하되 계절의 변화에 따른 엔진의 동작온도의 영향이나 차량의 운행지역에 따른 영향을 최소화하기 위하여 차량 엔진의 온도가 10 ℃ ∼ 70 ℃ 이내에서만 정전압장치(41)가 작동되도록 한다.

다시 말하면 정전압장치(41)는 안정된 +5 Vdc를 공급하며, 이것은 차량 배터리로부터 +12 Vdc 전압을 공급받아 열센서(47)에 의해 엔진의 온도가 70 ℃ 이하일 때에만 신호 처리수단에 전원이 공급되도록 회로를 구성한다. 열 센서(47)를 통해 공급된 +12 Vdc 전압은 정전압장치(41)를 통해 다시 +5 Vdc의 안정된 직류전압으로 발생되고 이 전압은 모든 회로의 구동전원이 된다.

도 10에서 보는 바와 같이, 엔진의 온도가 70 ℃ 이상에서는 엔진오일의 종류에 따라 유전상수가 크게 변화되어 측정된 정전용량값의 신뢰성을 확보할 수 없기 때문이다.

따라서, 고온영역에서 엔진오일의 종류에 따른 오일 특성의 차이에 의한 오차를 배제하기 위하여 엔진 시동 후 수분 동안에 형성되는 10 ℃ ∼ 70 ℃에서만 측정되도록 함으로서 오일의 종류에 따른 측정 불확도를 크게 감소시킬 수 있다.

그러므로 엔진오일의 온도가 -40 ℃ 내지 150 ℃의 범위에서 변화되더라도 온도보상을 위한 별도의 전자회로가 불필요하고 측정오차도 최소화할 수 있다.

위의 오실레이터(42)로부터 인가되는 전원의 주파수는 신호 처리수단이 가장 안정되게 동작되기 위하여 8 kHz 내지 12 kHz 임이 바람직하다.

도 11에서 보는 바와 같이, 유전상수는 1 kHz 내지 100 kHz 범위에서 비슷하게 나타나고 있으나, 손실계수는 도 12와 같이 1 kHz에서의 손실계수는 10 kHz에서의 손실계수 값의 약 50 ∼ 80 배 정도로 크다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 측정 주파수를 10 kHz로 선정함으로서 콘덕턴스 및 손실계수에 의한 오차를 크게 감소시킬수 있다.

바람직하게는 제 2신호 변환기(44)에 기준 정전용량값을 사전에 지정하는 프리셋장치(48)가 더 구비되어 있다.

그리고 래치회로(46)는 전원 공급장치가 10 ℃ 내지 70 ℃ 이외의 온도 범위에서 차단이 되더라도 오일의 불량여부를 일정시간 동안 아날로그 또는 디지털 신호로 출력한다. 일 예로 상기 래치회로(46)는 차량의 클러스터에 형성되어 있는 오일의 부족상태를 표시해주는 표시장치와 연결되어 있으며, 오일의 부족상태와 구별하기 위하여 서로 다른 색깔의 램프를 사용하든지 또는 램프가 깜빡거리게 하여 구별되도록 한다. 따라서, 상기 클러스터의 형태를 변경할 필요 없이 효과적으로 엔진오일의 불량여부를 확인할 수 있다.

이와 같은 구성된 본 발명으로 엔진오일의 열화상태를 측정하는 과정을 설명한다.

오실레이터(41)에 의해 생성된 10 kHz의 교류전압이 엔진오일의 정전용량을 측정하기 위한 코일형 전극(22), 즉 피측정 커패시터()와 기준 정전용량기()에 동시에 인가된다. 이어서 코일형 전극(22)과 기준 정전용량기()로부터의 정전용량이 각각 신호 변환기(43)(44)를 통해 비교 회로부(45)로 전달되면, 비교 회로부 (45)는 아래의 수학식 1로 표현되는 두 정전용량의 비교결과가 직류전압의 출력으로 나타난다.

여기서는 전기용량 비교 결과와 출력 직류전압()과의 비례상수이다.

즉, 엔진오일의 사용기간에 따른 열화정도가의 리액턴스 변화로 나타나고 이것이 제 1신호 변환기(43)를 통하여 생성된 신호와 프리셋 장치(48)에 의해 사전에 지정된의 제 2신호 변환기(44)의 신호를 비교 회로부(45)에 보내면 설정된 정전용량 변화 한계 값보다 크면 디지털신호를 발생시킨다. 이 디지털 신호는 래치회로(46)에 의해 전원이 차단된 상태에서도 엔진오일의 불량상태를 클러스터에 표시한다. 예를 들어, 엔진오일이 불량일 때는 하이(Hi) 출력, 양호일 때에는 로우(Lo) 출력이 발생되어 클러스터의 램프를 점등시키게 되어 운전자로 하여금 엔진오일의 교환시기를 인지하도록 한다.

따라서, 본 발명에 의한 엔진오일의 열화상태를 측정하기 위한 센서를 차량의 오일팬에 장착하여 사용하면 차량 엔진오일의 실제적인 교환주기를 센서가 의해 판단 및 지시되도록 함으로써 불필요한 시간낭비 및 그에 따른 경제적 손실을 대폭 감소시킬 수 있다. 기존 차량에도 쉽게 장착이 용이하고, 새 차량에 적용하기 위한 별도의 공정이 불필요하며, 새로운 차량 부품의 양산 및 기업화가 가능하다는 특징을 갖는다.

이밖에도 이 센서를 동작시키는 신호 처리수단에서의 간단한 조절만으로 엔진오일의 열화상태 측정 이외에도 기어오일, 브레이크오일 및 파워 핸들용 오일 등의 상태를 측정하는 센서로서 그 용도를 확장할 수 있다. 또한 빈번한 오일교환으로 발생된 폐오일로 인한 환경오염 방지에 크게 기여할 수 있다.

본 발명은 엔진오일의 열화에 따른 정전용량을 변화로 엔진오일의 교환시기를 결정하되, 엔진오일의 열화에 따른 정전용량의 변화폭을 확장시켜 온도, 충격, 진동 등과 같은 외부요인에도 불구하고 엔진오일의 교환시기를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

본 발명은 원통봉을 전도성 재질(유전체)로 구성하여 접지 역할을 하도록 하여 원통봉과 이에 감겨지는 코일형 전극 사이의 정전용량을 극소화함으로써 오일팬 내의 엔진오일의 열화에 따른 정전용량의 측정감도를 높일 수 있다.

본 발명은 오일팬 내의 엔진오일의 열화에 따른 정전용량과 비교되는 기준 정전용량을 제공하는 커패시터로서 세라믹 또는 마이카 커패시터 등의 기준 정전용량기를 사용함으로써 외부 요인으로 인한 기준 정전용량의 변화로 인한 엔진오일에 대한 정전용량의 측정감도를 높일 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (22)

1. 오일팬의 드레인 홀에 결합되며 오일의 순환을 위한 다수의 오일 순환구가 오일팬 내로 돌출된 단부에 형성되고 소정의 내부공간이 오일팬 외부로 노출된 단부에 형성되며 상기 다수의 오일 순환구와 내부공간을 관통하는 통공이 상하로 형성된 센서 몸체;

   상기 다수의 오일 순환구를 통한 오일팬 내의 오일과 접촉 가능하도록 상기 센서 몸체 내에 결합되며 원통봉 외주면의 나사산을 따라 감겨 오일팬 내의 오일에 대한 정전용량을 측정하기 위한 한 쌍의 코일형 전극으로 구성된 오일 정전용량 측정수단; 및

   상기 오일 정전용량 측정수단으로부터의 정전용량과 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 서로 비교하여 오일팬 내의 오일의 열화상태에 대응하는 신호를 출력하는 신호 처리수단;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 센서 몸체의 재질은, 금속성 재질인 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 코일형 전극은, 원통봉의 외주면에 형성된 나사산의 골에 50 %가 삽입되도록 감겨지는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 코일형 전극은, 두 가닥의 고온용 폴리아미드가 도포된 에나멜 코일인 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 원통봉의 외주면에 이중으로 형성된 나사산의 간격은, 0.09∼0.1 mm 인 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 오일 정전용량 측정수단은, 상기 원통봉 상단의 두 개의 고정공에 한 쌍의 코일형 전극의 단부가 고정되고, 상기 한 쌍의 코일형 전극이 상기 원통봉 외주면에 형성된 복선의 나사산을 따라 권취된 후 상기 원통봉 하단의 관통공을 통해 인출되어 신호 처리수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 원통봉은, 전도성 재질인 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 코일형 전극과 상기 원통봉은, 동일한 재질의 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 원통봉 상하의 고정공과 관통공에 고정되는 코일형 전극의 단부는 몰딩 작업에 의해 오일의 유입을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 원통봉의 나사산을 따라 감겨진 코일형 전극의 외주면에는 폴리아미드 고착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 고착제는, 상기 원통봉에 감겨진 코일형 전극의 외주면에 균일하게 도포된 후 100℃∼120℃의 고온으로 50 내지 70분 동안 열처리되어 고착되는 것을 특징으로하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 센서 몸체의 통공과 이에 삽입된 원통봉 사이에 원통봉을 고정하기 위한 원통형 고정부재가 삽입되고, 원판형의 고정판이 상기 고정부재를 고정하면서 내부공간에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 센서 몸체의 걸림턱과 상기 원통봉의 걸림턱 사이에는 오일팬 내의 엔진오일이 외부로 누출되는 것을 차단하기 위한 O-링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 신호 처리수단은, 하이브리드 회로로 구성된 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 하이브리드 회로는, 오실레이터와 비교 회로부에 소정의 정전압을 제공하기 위한 정전압장치;

    상기 코일형 전극과 상기 기준 정전용량기에 교류 전원을 인가하기 위한 오실레이터;

    상기 오실레이터로부터 인가된 교류전원에 의해 상기 코일형 전극이 측정한 오일의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 1신호 변환기;

    상기 오실레이터로부터 인가된 교류전원에 의해 상기 기준 정전용량기로부터의 정전용량을 전기적 신호로 변환하는 제 2신호 변환기;

    상기 제 1 및 제 2신호 변환기로부터 받은 전기신호를 서로 비교하는 비교 회로부; 및

    상기 비교 회로부로부터 출력되는 오일의 열화상태에 대응하는 출력신호를 일정시간 동안 외부로 출력하는 래치회로;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 정전압 장치에는 상기 정전압 장치의 작동온도를 제한하기 위한 열 센서가 접속되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 정전압장치는, 상기 열 센서에 의해 감지되는 10 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서 작동되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 기준 정전용량기는, 세라믹 또는 마이카 커패시터 인 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 오실레이터는, 상기 각 신호 변환기에 8 KHz 내지 12 KHz의 교류전원을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
20. 제 15항에 있어서,

    상기 제 2신호 변환기에는 신유의 특성이 종류에 따라 다른 것을 고려하여 신유 교체시 기준 정전용량과의 영점조절을 위한 프리셋장치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
21. 제 15항에 있어서,

    상기 래치회로는, 정전압 장치가 10 ℃ 내지 70 ℃ 이외의 온도 범위에서 차단이 되더라도 일정시간 동안 비교 회로부에서 발생시키는 전기적 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.
22. 제 1항에 있어서,

    상기 신호 처리수단은, 소정의 보드에 장착되어 상기 센서 몸체의 내부공간에 내설되는 것을 특징으로 하는 상기 차량용 엔진오일의 열화상태 측정용 코일형 센서.