KR100444692B1 - 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템에 관한 것으로서, 열선 유속계를 이용하여 오일 펌프에서 송출되는 오일 내에 포함된 공기의 혼입량(aeration %)을 계측하여, 그 측정값이 설정값을 초과하게 되고, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 설정 지연 시간을 초과하면 경고등이 작동 가능하도록 함으로써, 장착 조건, 운전 조건 및 도로 조건 등의 제한 없이 항상 모니터링이 가능한 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템에 관한 것이다.

Description

엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템{Method for warning engine oil aeration and its warning system}

본 발명은 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열선 유속계를 이용하여 오일 펌프에서 송출되는 오일 내에 포함된 공기의 혼입량(aeration %)을 계측하여, 그 측정값이 설정값을 초과하게 되고, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 설정 지연 시간을 초과하게 되면 경고등이 작동 가능하도록 함으로써, 장착 조건, 운전 조건 및 도로 조건 등의 제한 없이 항상 모니터링이 가능한 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 윤활 회로에 있어서, 공기 혼입 현상인 에어레이션(Aeration)은 오일 펌프에서 공급되는 유량 특성 및 엔진 각 부의 윤활 특성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.

엔진 개발 시, 최적화된 윤활 회로 내에서 발생하는 에어레이션(Aeration)은 주로 오일팬 내의 오일량의 감소에 의한 유면 하강에 의하여 스트레이너에서 흡입시 발생될 가능성이 가장 높다.

특히, 오일 소모가 과도한 엔진에 있어서, 이러한 문제의 발생은 필연적이라고 할 수 있다.

따라서 현재 오일 압력스위치(센서)나 엔진오일 레벨센서를 메인 갤러리나 오일팬의 특정 위치에 장착하여 오일량의 저하(혹은 오일팬 내의 유면 저하)를 모니터링할 수 있도록 하고 있다.

이중, 엔진오일 레벨센서는 주로 오일팬에 장착하여 오일팬 내의 직접적인 유면의 변동을 검출하는 것으로서, 작동 방식에 따라 엔진 시동전에 유면 위치를검출하는 정지형과 운전 중인 엔진에서 검출하는 주행형으로 나눌 수 있다.

또한, 상용화되어 있는 엔진오일 레벨센서의 작동 원리는 크게 부동식(floating), 열전달방식, 커패시터(capacitor)방식 등으로 나누어 진다.

먼저, 부동식 엔진오일 레벨센서는 정지형(Type A)이나 주행형(Type B)으로 나눌 수 있으며, 경고등이 점등되는 한계 주입량에 해당하는 유면위치에 플로터가 위치하도록 장착한 것으로 이렇게 설정된 플로터의 위치보다 더 유면이 저하되면 경고등이 작동하도록 되어 있는 구조이다.

다만, Type B는 운전 중의 유면 저하나 도로 조건의 영향을 최소화하기 위하여 플로터의 위치가 정지형보다 더 낮고, 시간 지연 회로가 추가되었다는 점에서 Type A와 구별된다.

또한, 주행형인 Type C는 가열 및 온도 기준 소자(heating & reference element) 간의 온도차가 유면 위치에 따라 열전달율의 차이에 의해 가열소자(heating element)의 온도 저감시간(cooling time)이 달라진다는 것을 이용한 것이며, 또 다른 주행형인 Type D는 커패시터 양단 사이에 있는 유면 위치에 따라 유전율(공기+오일, 여기서 오일의 유전율은 오일의 열화나 유면 위치에 따라 변경됨)이 달라지고, 이에 콘덴서 양단에서 발생되는 전위차가 달라짐을 이용한 것이다.

상기한 방식의 엔진오일 레벨센서와 별도로, 오일 압력스위치(센서)를 이용하여 유면의 저하를 경고하는 경우에 있어서, 그 오일 압력스위치의 작동 압력이 0.3 ~ 0.4bar 레벨 이하로 메인갤러리 압력이 저하될 때만 경고등이 작동되도록 되어 있기 때문에 작동 영역이 극히 제한적이며, 오일압력 센서도 운전 조건 (엔진 회전 속도 및 오일 온도 등)에 따라 압력 변화가 크기 때문에 압력이 가장 낮은 조건인 hot idle시의 압력 (0.7 bar 레벨)으로 기준을 선정하거나 운전 조건에 따라 한계 오일 주입량에서의 압력값을 매핑하여 엔진 회전 속도와 연동시키는 방식도 고려될 수 있으나, 이러한 매핑 작업은 엔진마다 달라지므로, 매번 매핑을 다시 해야된다는 번거로움이 존재한다.

결국, 오일레벨 검출을 위해서 단순히 한지점에서의 오일압력만을 이용하는 것은 부적합하다.

또한, 정지형 엔진오일 레벨센서는 오로지 엔진 작동전(시동키 온)에만 작동되기 때문에 저가로 안정적인 유면 검출이 가능하나, 전체 엔진(차량) 운행 중의 비중이 극히 미미한 정지시에만 검출되기 때문에 센서의 효용성에 문제가 있다.

따라서, 실제 차량 주행 중에 발생되는 문제에 의한 유면 저하를 모니터링 할 수 없고, 특히 경사가 있는 곳에 주차된 차량에서는 정지시에도 오동작 발생 가능성이 크다.

이에 반하여, 주행형 엔진오일 레벨센서는 상기한 정지형의 단점을 보완할 수 있으나, 운전 조건이나 도로 조건에 따라 동적으로 변하는 유면 변동을 모두 포함할 수 있도록 센서의 레벨 위치나 장착 위치를 선정해야 된다는 어려움이 존재하며, 이런 이유에 의하여 오동작, 즉 오일량이 충분하더라도 운전 및 도로 조건에 따라 유면의 변동에 의한 영향을 완전히 배제하기는 곤란하다.

따라서, 그 장착에 있어 곤란한 (예를들면 오일팬 내 밸랜스샤프트 존재) 경우나 도로 혹은 운전 조건에 따라 급격한 유면 변동이 초래되는 경우( 예를들면 등판, 강판 혹은 좌우선회시)는 오동작을 유발할 수 있다.

이런 이유로 동일한 센서를 장착하더라도 엔진이 바뀌거나 동일한 엔진이 장착되는 차량이 바뀌면 설정된 레벨 센서의 위치를 다시 조정해야 하는 번거로움이 있다.

특히, Type B의 경우에는 통상 센서가 작동하는 운전 영역이 유면 변동의 편차가 비교적 작은 영역 (오일 온도 55℃ 이상)에서만 작동되므로, 그 전에 발생될 수 있는 문제에 대해서는 모니터링이 불가능하고, Type C는 오일온도에 따라 동일한 조건(운전 및 도로조건)에서도 쿨링타임이 달라질 수 있기 때문에 오동작이 유발될 수 있으며, Type D는 오일 열화에 따라 동일한 유면 위치에 대해서 센서 신호가 변경될 수 있기 때문에, 오일열화 검출도 가능하다는 사실이 오일레벨의 정확한 측정에는 방해 요인으로 작용될 수 있다.

결국, 상기 모든 엔진오일 레벨센서들은 서로간에 장단점은 있으나, 특히 도로 조건(등판, 강판 및 선회로)에서 오동작 없이 안정적으로 작동될 수 있는 모니터링용 센서로서의 특성에는 한계가 있다.

이런 이유로 각 센서들은 특정 도로 조건이나 운전 조건에서 편법적으로 센서 신호를 검출하지 않고 있는 방법을 사용하고 있으나 이는 유면 검출이 불완전하므로, 완벽한 모니터링 시스템이 필요하다.

그 외에도 이러한 도로 조건에 영향을 받는 시스템이므로, 엔진이 동일하더라도 차량이 바뀜에 따라 센서 시스템을 새로이 튜닝해야 되는 번거로움이 있다.

따라서, 상기한 방식의 장점을 살리고 단점을 보완할 수 있도록 모든 조건에서 비교적 안정적이면서 간단하게 작동될 수 있으며, 오일팬 내 장착 위치의 공간상의 제약이 비교적 적은 새로운 시스템의 고안이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 열선 유속계를 이용하여 오일 펌프에서 송출되는 오일 내에 포함된 공기의 혼입량(aeration %)을 계측하여, 그 측정값이 설정값을 초과하게 되고, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 설정 지연 시간을 초과하게 되면 경고등이 작동 가능하도록 함으로써, 장착 조건, 운전 조건 및 도로 조건 등의 제한 없이 항상 모니터링이 가능한 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및 경고 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 오일량과 에어레이션의 상관관계를 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 에어레이션에 의한 열선 측정 신호를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열선 유속계 11 : 신호 처리 장치

12 : 시간 지연 회로 13 : 경고등

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법은 자동차의 시동이 온(on)이 되면, 열선 유속계(10)가 그 출력 신호를 처리하여 에어레이션을 측정하는 측정단계와,

상기 측정 신호값이 설정값을 초과하는지 판단하여 설정값을 초과하게 되면, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로의 설정 지연 시간을 초과하는지를 비교,판단하는 단계와,

상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간을 초과하게 되면, 클러스터의 경고등(13)을 점등하는 단계와,

상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간 미만이면, 클러스터의 경고등(13)을 점등하지 않는 단계와,

상기 측정신호값이 설정값을 초과하는지 판단하여 설정값 미만이면, 클러스터의 경고등(13)이 이전에 점등되었는지 판단하는 단계와,

이전 경고등(13)이 점등된 경우, 상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간을 초과하게 되면 클러스터의 경고등(13)을 점등하지 않는 단계와,

이전 경고등(13)이 점등된 경우, 상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간 미만이면 클러스터의 경고등(13)을 점등하는 단계와,

이전 경고등(13)이 소등된 경우, 그 소등된 상태를 계속해서 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 오일 펌프(100)와 오일쿨러(200) 사이에 설치되어 출력 신호를 처리하여 에어레이션(aeration)을 측정하는 열선 유속계(10)와;

상기 열선 유속계(10)의 에어레이션 측정 신호값이 설정값에 대한 초과 여부에 따라 경고등의 작동을 제어할 수 있는 신호를 발생하는 신호 처리 장치(11)와;

상기 열선 유속계(10)의 측정 신호에 대한 오차를 보상하기 위해 그 측정 신호가 설정 지연 시간 동안 유지되는지 점검하기 위한 시간 지연 회로(12)와;

상기 열선 유속계(10)의 에어레이션 측정 신호값과, 설정 지연 시간을 각각의 설정 데이터와 비교, 검출하여 엔진 오일 내의 공기 흡입량을 경고하는 경고등(13)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 오일량과 에어레이션의 상관관계를 나타내는 그래프이며, 도 3은 본 발명에 따른 에어레이션에 의한 열선 측정 신호를 나타내는 그래프이다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명은 첨부된 도면인 도 2에 도시된 바와 같이, 오일 유면, 혹은 오일팬 내 오일량이 감소함에 따라 에어레이션(Aeration)이 급격히 증가하므로, 유면 변화를 감시하여 유면 저하에 따른 공기 혼입 현상인 에어레이션(Aeration) 증가를 방지하고자 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템을 적용한 것으로서, 이때, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 엔진의 파손을 방지하기 위한 최대 에어레이션의 양은 통상 7~10% 레벨이므로 경고등이 작동하는 한계 에어레이션의 양을 10%로 설정하여 그 이상의 조건이 되면 작동되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템은 오일팬 내 적정한 위치(오일팬 중앙, 스트레이너와 오일 "low" 사이)에 장착해야 하는 기존의 시스템이 가지는 장착위치의 제한이 없이, 에어레이션(Aeration)의 측정이 가능한 위치 어느 곳에나 장착이 용이한 곳에 장착될 수 있기 때문에, 장착상의 제한이 전혀 없다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성에서 도면 부호 100은 오일을 펌핑하는 오일펌프이고, 200은 오일의 온도를 낮추는 기능을 갖는 오일쿨러로서, 상기 오일펌프(100)와 오일쿨러(200) 사이에 엔진오일 레벨센서 수단이 장착되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템은 크게 에어레이션(Aeration)을 계측하기 위한 측정 시스템과 그 측정 신호를 이용하여 경고등의 작동을 제어하는 제어시스템으로 구성된다.

먼저, 상기 측정 시스템은 오일 펌프(100)와 오일쿨러(200) 사이에 열선 유속계(10)가 설치되어 있으며, 상기 열선 유속계(10)의 출력 신호를 처리하여 에어레이션(Aeration)을 측정하고, 그 신호값이 설정값(에어레이션 10%)에 대한 초과여부에 따라 클러스터의 경고등(13)의 작동을 제어할 수 있는 신호를 발생하는 신호 처리 장치(11)로 구성되며, 제어 시스템은 상기 신호 처리 장치(11)에서, 열선 유속계(10)에 의해 측정된 에어레이션(Aeration) 양이 설정값을 초과하게 되면 발생되는 신호를 일정 시간 동안 계속 반복되는지를 점검하고, 계속 반복 유지되면 경고등(13)을 작동하도록 할 수 있는 시간 지연 회로(12) 및 운전석의 클러스터에 장착되어 경고 빛을 발산하는 경고등(13)으로 구성된다.

이러한 구성에 의하여 본 발명이 추구하고자 하는 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템에 대해서 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 가열된 열선을 유동이 있는 오일에 노출시키면 그 속도에 따라 열전달에 의하여 열선의 온도가 저하되고, 이를 유지하기 위하여 열선 유속계(10)와 신호 처리 장치(11)에 의하여 공급되어야 하는 전류가 변화하게 된다.

한편, 이러한 열선 유속계(10)가 오일 이외에 공기 버블(bubble)을 만나면 도 3에 도시된 바와 같이, 그 신호 특성이 감소하는 변화가 생기며, 그 폭은 포함된 공기 버블의 양, 다시 말하여 에어레이션(Aeration)에 비례한다.

따라서, 오일의 유동 속에 포함된 공기에 따른 신호의 감소 특성을 미리 검정하여 교정 곡선을 얻고, 상기 신호 처리 장치(11)에서 열선 유속계(10)에 의해 측정된 에어레이션 양이 설정값(에어레이션 10%)을 초과하게 되면 클러스터의 경고등(13)이 작동되도록 처리함으로써 오일 레벨을 모니터링 할 수 있다.

이때, 측정의 오차를 보상하기 위하여 일정 지연 시간 동안 신호처리 장치(11)의 제어 신호가 설정값(에어레이션 10%)을 초과한 상태에서 유지되는지를 점검하기 위한 시간 지연 회로(12)를 거쳐서 경고등(13)이 점등하도록 되어 있다.

또한, 상기 시간 지연 회로(12)는 열선 유속계(10)에 의한 측정 신호가 설정값 이하로 떨어지고, 이것이 시간 지연 회로(12)의 설정된 지연 시간을 초과하여 유지되면 경고등(13)은 소등되고, 이는 다시 설정값(에어레이션 10%)을 초과 설정된 지연 시간 초과의 신호가 발생되지 않는 한 소등은 유지되도록 함으로써, 경고등의 점등과 소등에 있어서의 오동작을 최소화할 수 있다.

한편, 이러한 지연 시간은 도로 조건에 따라 최적화될 수 있기 때문에 가변적이나, 통상 40~60초 범위 내에서 설정되도록 되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법을 순서도로 정리하여 나타낸 것으로서, 자동차의 시동이 온(on)이 되면, 열선 유속계(10)는 그 출력 신호를 처리하여 에어레이션을 측정하게 되는데, 이때 그 측정 신호값이 설정값(에어레이션 10%)을 초과하게 되고, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 설정 지연 시간을 초과하게 되면 클러스터의 경고등(13)을 점등하여 이를 운전자에게 알리게 되는 것이다.

또한, 상기 열선 유속계의 에어레이션 측정 신호값이 설정값 미만일 시에 경고등이 계속 작동되어 있을 경우, 즉 이전의 측정 신호값이 설정값을 초과하였다고 판단되면

이러한 작동은 에어레이션(Aeration)이 설정값 이하로 되었을 때의 전압 레벨만 교정 과정 중에 미리 알고 있다면 도로 조건에 무관하며, 별다른 튜닝 과정없이도 쉽게 엔진 종류나 운전 조건에 관계없이 오일레벨을 모니터링 할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법 및경고 시스템은 기존의 경고 시스템과 비교하여 다음과 같은 효과를 지니고 있다.

첫째, 기존의 오일레벨센서는 오일팬 내 유면 위치 변화(오일량)를 간접적으로 모니터링하기 때문에 동일한 센서라도 오일량이 엔진마다 다르므로 엔진마다 새롭게 튜닝해야 되나 본 발명은 오일량이 아닌 엔진에 치명적인 영향을 줄 수 있는 에어레이션(aeration)의 한계량을 직접 검출하는 방식이므로, 이는 엔진마다 동일하기 때문에 한번의 교정으로 어떤 엔진에도 간단하게 적용할 수 있다. 따라서 센서 적용을 위한 개발 기간이 단축될 수 있다.

둘째, 기존의 엔진오일 레벨센서는 오일팬내 특정 위치(도로 조건에 따라 유면 변화가 작은 중앙부)에 장착되어야 하므로, 오일팬의 공간이 협소하거나 오일팬 형상이 센서 장착에 부적합한 경우 등에는 그 적용이 제한된다. 이런 이유로 엔진오일 레벨센서 장착을 개발 단계부터 고려하지 못한 경우에 기존의 센서를 적용하는 데에는 상당한 어려움이 있다. 그러나 본 발명은 오일팬이 아닌 윤활회로내 에어레이션(aeration)을 측정할 수 있는 위치면 어느 곳에나 장착할 수 있기 때문에 제약이 상대적으로 적고, 따라서 기존의 개발 엔진에도 적용하는(retrofit) 개념으로 쉽게 적용할 수 있다.

세째, 기존의 엔진오일 레벨센서는 운전 조건이나 도로조건(등판,강판 및 선회 등)에서 오동작이 발생되거나 경고등의 점멸 등이 반복될 수 있으나, 본 발명에는 점등과 소등에 각각 지연 시간을 두어 이러한 점멸의 반복이 상대적으로 적을 수 있고, 특히 오일 유면을 직접 측정하는 것이 아니라 에어레이션(aeration)을 측정하는 방식이므로 운전조건이나 도로조건에 따라 유면 변화에 따른 오동작 가능성이 없으므로 더욱 안정적인 작동이 가능하다.

Claims (2)

1. 자동차의 시동이 온(on)이 되면, 열선 유속계(10)가 그 출력 신호를 처리하여 에어레이션을 측정하는 측정단계와,

   상기 측정 신호값이 설정값을 초과하는지 판단하여 설정값을 초과하게 되면, 측정 오차를 보상하기 위한 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로의 설정 지연 시간을 초과하는지를 비교,판단하는 단계와,

   상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간을 초과하게 되면, 클러스터의 경고등(13)을 점등하는 단계와,

   상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간 미만이면, 클러스터의 경고등(13)을 점등하지 않는 단계와,

   상기 측정신호값이 설정값을 초과하는지 판단하여 설정값 미만이면, 클러스터의 경고등(13)이 이전에 점등되었는지 판단하는 단계와,

   이전 경고등(13)이 점등된 경우, 상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간을 초과하게 되면 클러스터의 경고등(13)을 점등하지 않는 단계와,

   이전 경고등(13)이 점등된 경우, 상기 측정신호 검출시간이 시간 지연 회로(12)의 설정 지연 시간을 초과하는지 판단하여 설정 지연 시간 미만이면 클러스터의 경고등(13)을 점등하는 단계와,

   이전 경고등(13)이 소등된 경우, 그 소등된 상태를 계속해서 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진오일 내의 공기흡입량 경고방법.
2. 오일 펌프(100)와 오일쿨러(200) 사이에 설치되어 출력 신호를 처리하여 에어레이션(aeration)을 측정하는 열선 유속계(10)와;

   상기 열선 유속계(10)의 에어레이션 측정 신호값이 설정값에 대한 초과 여부에 따라 경고등의 작동을 제어할 수 있는 신호를 발생하는 신호 처리 장치(11)와;

   상기 열선 유속계(10)의 측정 신호에 대한 오차를 보상하기 위해 그 측정 신호가 설정 지연 시간 동안 유지되는지 점검하기 위한 시간 지연 회로(12)와;

   상기 열선 유속계(10)의 에어레이션 측정 신호값과, 설정 지연 시간을 각각의 설정 데이터와 비교, 검출하여 엔진 오일 내의 공기 흡입량을 경고하는 경고등(13)으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진오일 내의 공기흡입량 경고 시스템.