KR100638121B1 - 유전율 변화 검출 센서 및 이를 이용한 자동차용 엔진 오일상태 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전율 변화 검출 센서 및 자동차의 엔진 오일 상태 검출 장치에 관한 것으로, 필요 전원을 공급하는 전원부, 엔진 오일 챔버 내에 설치되어 엔진 오일의 열화를 감지하기 위한 센서로서 탄소 나노 튜브가 사용된 열화감지부, 상기 전원부에서 전원이 공급되어 인에이블되면 상기 열화감지부의 동작을 드라이브하는 구동부, 상기 열화감지부에서 출력된 미세신호를 증폭하는 소신호 증폭부, 상기 소신호 증폭부에서 전달된 검출신호에 의한 엔진 오일의 열화 상태를 설정된 기준값과 비교하여 교환시기를 판정하는 오일 상태 판단부, 상기 오일 상태 판단부에서 검출되는 신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하는 증폭부 및 상기 오일 상태 판단부에서 출력된 신호를 오일 교환시기 정보로서 문자 또는 소정 방법으로 표시하는 표시부를 포함하며, 엔진 오일에 따른 감도를 제어할 수 있고 엔진 오일의 유전율을 검출한 다음 설정된 기준값과 비교하여 기준값을 초과하면 엔진 오일의 열화에 의해 교환시기가 도래된 것으로 판정하여 지시한다.

엔진오일, 열화, 교환, 탄소나노튜브, 유전율, 감도

Description

유전율 변화 검출 센서 및 이를 이용한 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치{Permittivity detecting sensor and apparatus for detecting state of engine oil for automobile using the same}

도1a, 도1b는 종래의 전기용량 변화를 이용한 엔진 오일의 열화 측정 센서의 개략도와 그 단면도이다

도2는 탄소나노튜브를 이용한 유전율변화 검출센서의 개략도이다.

도3은 도1의 Ⅱ - Ⅱ선의 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 또 다른 유전율 변화 검출 센서의 개략도이다.

도5는 도4의 III-III 선의 단면도이다.

도6은 본 발명의 감지막에 적용되는 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진이다.

도7은 본 발명에 따른 유전율 변화 검출 센서의 감지부 영역의 개략도이다.

도8은 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치에 대한 개략적인 구성 블록도이다.

도9는 본 발명에 따라 자동차용 엔진 오일 상태 검출을 수행하는 일 실시예의 흐름도이다.

도10, 도 11, 도12a, 도12b는 엔진오일의 주행거리에 따라 센서에서 검출되는 유전율 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열화감지부 20 : 구동부

21 : 기판 22 : 감지막

23 : 전극 24 : 리드선

30 : 전원부 31 : 컨버터

32 : 레귤레이터 40 : 소신호증폭부

50 : 오일상태판단부 60 : 증폭부

70 : 표시부 80 : 배터리

본 발명은 유전율 변화 검출 센서 및 자동차의 엔진 오일 상태를 검출하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 탄소 나노튜브를 이용한 센서를 통해서 엔진 오일의 유전율의 변화를 측정하여 엔진오일의 열화 상태를 체크하여 교환 시기를 검출 지시하도록 하는 자동차의 엔진 오일 상태 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에 주입되는 엔진 오일은 엔진의 폭발에 따라 수행되는 피스톤의 왕복 운동에서 부드러운 운동력이 유지되도록 하는 윤활 작용과 압력이 누설되는 것을 방지하는 기밀 작용과 실린더내의 이물질을 흡수하여 실린더 내벽이 파손되는 것을 방지하여 주는 방청 작용 및 실린더 및 피스톤의 열을 흡수하는 냉각 작용을 수행한다.

상기한 기능을 갖는 엔진 오일은 장시간 사용함에 따라 엔진내 폭발에 의해 연소되어 주입된 오일 양이 감소하게 되고, 열화(劣化) 작용을 받아 오일이 갖고 있는 점도, 전산가, 슬러지량이 변화된다.

따라서, 엔진 오일의 경우 주기적인 교환이 요구되는데, 교환시기를 놓치거나 교환하지 않은 상태로 주행을 지속하는 경우 엔진내 각 윤활부에 대한 내구성을 저하시켜 수명단축과 과다한 수리비용의 지출이 유발되고, 엔진의 출력 저하로 인한 과다한 연료소모와 배기가스의 증가로 인해 환경문제를 유발시키게 된다.

상기 엔진 오일에 대하여 주기적인 점검에는 운전자가 인스트루먼트 패널에 장착되는 클러스터내 적산계의 주행거리를 통해 엔진 오일의 교환시기를 판정하거나 엔진 룸내에 설치되어 있는 딥 스틱(Dip Stick)을 육안으로 관찰하여 엔진 오일의 양, 점도 및 색깔을 측정하여 엔진 오일이 열화 되었는지의 여부를 판단하고, 이에 따라 교환시기를 판단하고 있다.

상기한 바와 같은 엔진 오일의 교환시기를 판단하는 종래의 방법은 주행거리를 운전자가 직접 계산하고, 오일의 열화정도를 직접 확인하여야 하는 번거로움이 수반되는 단점이 있다.

또한, 엔진 오일의 열화 정도 판정이 운전자의 주관에 의해 수행되므로, 정확성이 결여되어 불필요한 엔진 오일의 교환으로 인한 낭비 및 환경 오염을 유발하게 되며, 너무 늦은 교환으로 인하여 엔진내 각 윤활부의 마모를 초래하여 내구성 을 저하시키게 되는 단점이 발생한다.

또한, 운전자의 운전 습관에 따라 엔진 오일의 열화 정도가 많이 달라지므로 정비 지침서에 제시되어 있는 교환시기와의 차이가 발생되어 교환시기의 판단에 어려움이 발생되는 단점이 있다.

그런데, 최근 들어 엔진오일의 열화와 엔진오일의 전기적 특성인 유전율의 변화가 밀접한 관계가 있음이 밝혀지면서 최근에는 엔진오일의 전기적 특성을 측정하여 엔진오일의 상태를 감지하는 연구들이 진행 중이다.

상기 유전율의 변화는 엔진오일의 여러 가지 물리적, 화학적 변화에 기인하는 것으로 여러 가지 원인에 의한 엔진오일 변화 정보를 쉽게 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.

도1a, 1b는 각각 종래의 유전상수를 이용한 엔진 오일의 열화 측정 센서의 개략도와 단면도이다.

상기 센서는 반도체 공정을 이용하여 보통 유리 기판(21) 위에 Al과 같은 전극(23) 패턴을 증착하여 상기 전극(23) 사이에 엔진 오일이 담지될 때 상기 전극 사이에서 전기 용량을 측정하여 엔진 오일의 유전율을 측정하고 이에 따라 엔진 오일의 열화정도를 감지하는 것이다.

하지만, 현재까지 유전율을 이용한 측정 장치들은 부피가 큰 실린더 형태나 평행판 구조 형태로 되어 있어 대량생산과 소형화에 어려운 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 미국특허US 4,646,070호에서 기술된 바와 같이 측정 초기값이 400pF 이상 되어야 유동 캐페시턴스(floating capacitance)의 영향을 줄일 수 있고 엔진오 일의 열화 정도를 측정할 수 있다.

따라서, 상기 열화정도에 따른 전기 용량값의 변화는 매우 미세하므로 외부 영향에 의한 외부 효과에 의하여 쉽게 변화하여 의미있는 값을 검출하기가 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 자동차용 엔진 오일의 열화 상태에 따른 유전율변화를 감지할 수 있는 감도를 가지는 탄소나노튜브를 이용한 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 상기 탄소나노튜브 센서를 채용하여 다양한 엔진 오일에 따른 감도를 제어하는 동시에 엔진 오일의 열화 상태를 측정하여 경보하여 줌으로써 숙련된 검사자의 도움없이 누구나 쉽게 엔진 오일의 교환시기를 판단할 수 있는 자동차용 엔진 오일 상태 검출 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 유전율 변화 검출 센서는, 전원이 인가되는 전극 패턴, 상기 전극 패턴이 형성된 기판, 및 상기 전극 패턴을 전부 커버하며 상기 기판의 전체 면적 중 소정 부분에 스크린프린팅되어 소결된 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트로 이루어져서 유전율 변화를 검출하는 감지막을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 전극은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 탄소 나노 튜브로 이루어진 감지막 부분은 상기 기판 위에 증착되는 면적을 가변하여 감도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서에 있어서, 상기 증착되는 탄소나노튜브의 두께는 6 내지 8㎛ 인 것을 특징으로 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 제조 방법은, 기판에 감광제 코팅, 노광 및 식각 과정을 포함하는 리소그래피 단계, 상기 기판에 촉매를 패터닝하는 단계, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계 및 상기 기판 위에 상기 전극을 커버하며 탄소 나노 튜브가 포함된 페이스트를 증착하는 단계의 순서로 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치는 시동시 배터리에서 공급되는 전원을 필요전원으로 변환하여 공급하는 전원부, 엔진 오일 챔버 내에 설치되어 엔진 오일의 열화를 감지하기 위한 센서로서 탄소 나노 튜브가 사용된 열화감지부, 상기 전원부에서 전원이 공급되어 인에이블되면 상기 열화감지부의 동작을 드라이브하는 구동부, 상기 열화감지부에서 출력된 미세신호를 증폭하는 소신호 증폭부, 상기 소신호 증폭부에서 전달된 검출신호에 의한 엔진 오일의 열화 상태를 설정된 기준값과 비교하여 교환시기를 판정하는 오일 상태 판단부, 상기 오일 상태 판단부에서 검출되는 신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하는 증폭부 및 상기 오일 상태 판단부에서 출력된 신호를 오일 교환시기 정보로서 문자 또는 소정 방법으로 표시하는 표시부를 포함하며, 상기 열화감지부 의 센서는 전원이 인가되는 전극 패턴, 상기 전극 패턴이 형성된 기판, 상기 전극 패턴을 커버하며 상기 기판의 전체 면적 중 소정 부분에 증착되어 상기 탄소 나노 튜브에 흡수된 엔진오일의 유전율 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 상태 검출 장치에 있어서, 상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 상태 검출 장치에 있어서, 상기 열화감지부의 감도는 상기 탄소나노튜브의 증착된 면적을 가변함에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 상태 검출 장치에 있어서, 상기 구동부에서 인가되는 전원 주파수의 범위는 10kHz 에서 1GHz 인 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출센서의 일실시예로서로서 그 구동 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 사시도이고 도3은 상기 도2의 II - II선의 단면도이다.

도2, 도3에서, 상기 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출센서는 전원이 인가되는 전극(23), 상기 전극(23)에 연결되며 유전율 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막(22), 상기 감지막(22) 및 상기 전극(23)을 탑재하는 기판 (21)을 포함한다.

여기서, 상기 센서의 기판(21)은 유리 또는 실리콘 등이 사용된다.

상기 전극(23)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 감지막(22)과 동일하게 탄소나노튜브로 전극을 형성하는 것도 가능하다.

상기 감지막(22)으로서 연결된 탄소나노튜브는 반도체 공정 및 스크린 프린팅 기술 또는 직접 성장 방법을 이용하여 증착시킬 수 있다.

상기 탄소나노튜브는 그라파이트(graphite)를 둥글게 말아놓은 sp²결합의 관모양을 하고 있어서 단위면적당 표면적이 매우 넓어 가스분자 또는 이온에 대해 흡착능력이 우수하다.

상기 탄소나노튜브는 전기적으로 금속 또는 반도체의 특성을 가지며, 가스 분자 또는 이온의 흡착에 따라 전기적 특성값, 예를들면 전기용량, 전기전도도 등이 변화하는 특성을 가지고 있다.

상기 유전율 변화 검출 센서에서, 금속 또는 ITO로 이루어진 상기 전극(23) 위에 탄소나노튜브가 증착 및 스크린프린팅 되어 있으나, 상기 전극(23)을 탄소 나노 튜브로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 도2를 참조하면 상기 유전율 변화 검출 센서에서, 상기 전극(23)과 감지막(22)은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 더욱 바람직한데, 이 경우 감지막(22)으로 기능하는 탄소나노튜브가 상기 전극(23) 위에 증착되어 있으므로 상기 전기 용량의 측정 전극의 표면적을 넓히게 되므로 그 측정 감도가 크게 향상될 수 있기 때문이다.

도2, 도3의 경우에, 사진식각 공정을 이용한 빗살전극 형태의 기초전극 위에 탄소나노튜브를 스크린 프린팅을 하거나 직접성장 방법을 이용하여 감지막을 형성시킬 수 있다.

상기 센서에서 유전율 변화를 측정하기 위해 스크린프린팅 방법을 사용한 경우, 빗살전극의 폭은 100㎛ 이하, 전극의 간격은 100㎛ 이하이며, 직접성장방법의 경우, 전극간의 간격은 50㎛ 이하로 하는 것이 적합하다.

그리고, 상기 센서의 감지막(22)에 사용된 탄소나노튜브는 크기가 작으면서도 이온 흡착 및 저장 기능이 있으며, 단위 면적당 표면적이 넓으므로 감도가 높고 응답속도가 빠르면서도 물리화학적 내구성이 우수하다는 장점이 있다.

도4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출 센서의 사시도이고, 도5는 상기 도4의 III-III선의 단면도이고, 도6은 본 발명의 감지막에 적용되는 탄소 나노 튜브의 전자 현미경 사진이다.

도4에서 도시된 센서는 전원이 인가되는 전극 패턴(23), 상기 전극 패턴(23)이 형성된 기판(21), 상기 전극 패턴(23)을 커버하며 상기 기판(21)의 전체 면적 중 소정 부분에 증착되는 탄소나노튜브로 이루어진 감지막(23)을 포함한다.

상기 도2, 3에 도시된 실시예에서는 상기 감지막인 탄소나노튜브는 상기 전극(23) 부분에만 증착되어 있으나, 상기 도4, 5에서 도시된 감지막은 탄소나노튜브 페이스트로서 상기 전극패턴(23)을 모두 뒤덮고 있음은 물론 상기 기판(21)의 소정 부분 위에 전체적으로 다 도포되어 형성되어 있다.

도5를 참조하면, 상기 탄소나노튜브 입자(22a, 22b)는 상기 감지막(22)을 이루면서 상기 전극(23) 뿐만 아니라 전극(23) 사이 기판 위에도 뒤덮여 있음을 알 수 있다.

도5와 도6을 참조하면, 상기 감지막(22)으로 기능하는 탄소나노튜브는 전압이 인가되는 경우 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 용량의 변화를 일으키게 됨으로써 상기 유전율의 변화를 검출하게 된다.

여기서, 상기 감지막(22)의 상기 탄소나노튜브 입자들(22a, 22b) 사이에 다양한 이격거리(d)가 형성될 때, 상기 탄소나노튜브 입자(22a)와 그 이웃하는 탄소나노튜브 입자(22b) 간에는 미세한 전기용량을 가지게 된다.

상기 하나의 탄소나노튜브 입자(22a)와 인접하는 탄소나노튜브 입자는 상기 탄소나노튜브입자(22b) 이외에도 무수히 많은 탄소나노튜브 입자가 있고, 상기 하나의 탄소나노튜브 입자(22a)를 중심으로 한 전기용량은 상기 입자(22a)에 인접하는 다른 수많은 입자들과 발생하는 미소 전기 용량 값의 총합(summation)으로 나타나게 된다.

한편, 상기 또 다른 탄소나노튜브 입자(22b)를 중심으로 생각하면, 상기 탄소나노튜브 입자(22a)를 포함하여 또 다른 무수히 많은 입자가 인접하고 있으므로 상기 탄소나노튜브 입자(22b)와 이에 인접하는 입자들 사이에 발생하는 미소 전기 용량 값의 총합(summation)으로 나타난다.

따라서, 상기 감지막에서 검출되는 전기용량값은 전체적인 탄소나노튜브 입자들에 의한 미소 전기 용량값은 상기 총합을 다시 모두 합산한 값(summation of summation)으로 나타나게 된다.

한편, 도1, 2에 도시된 센서와 도4에 도시된 센서에서 얻어진 측정결과 그래프가 도10, 도11, 도12a, 도12b에 도시되어 있다.

도10는 도1에 도시된 바와 같이 반도체 공정을 이용한 기존 센서에서, 도11은 도2에 도시된 바와 같이 전극 위에 탄소나노튜브가 증착된 센서에서, 도12a, 도12b는 후술하는 상기 탄소나노튜브를 상기 전극패턴이 형성된 기판 전체에 도포된 감지막을 이용한 엔진오일 상태 검출장치에서 측정된 유전율 변화 특성 그래프이다.

도10에 도시된 그래프는, 새로운 엔진 오일과 6700km 주행한 오일을 접촉시켜 상기 전극 사이에서 흡착시킨 뒤 전기 용량의 변화값을 온도에 따라 측정한 결과이다.

상기 도10을 참조하면, 상기 기판(21)은 유리로 하고 전극(22)은 알루미늅(Al)으로 높이는 3000 옹스트롬, 전극폭 15㎛, 전극간격 15㎛인 경우에 새 엔진오일의 초기 전기용량 값은 100℃에서 약 24pF 정도이고, 6700Km 주행한 후의 엔진 오일도 약 26pF 정도이다.

그리고 이때의 엔진 오일의 전기용량 값의 변화량은 100℃ 기준으로 약 1.48pF 정도로 상당히 미세한 차이이다.

또한, 도11에 도시된 그래프는 상기 도2에 도시된 반도체 공정을 이용하여 전극 패턴이 형성된 센서에서 상기 전극 패턴 위에 탄소나노튜브를 올려서 상기 전극 사이의 표면적을 넓혀서 전기용량값을 다소 증가시키도록 하여 측정한 결과 그 래프이다.

상기 도11을 참조하면, 상기 기판(21)은 유리로 하고 전극(22)은 알루미늅(Al)으로 하고 그 위에 탄소나노튜브를 증착하여 전체 높이는 전극 높이를 10㎛로 하고, 전극폭 15㎛, 전극간격 15㎛인 경우에 새 엔진오일의 초기 전기용량 값은 100℃에서 약 36.5pF 정도이고, 6700Km 주행한 후의 엔진 오일도 약 43.5pF 정도이다.

그리고 이때의 엔진 오일의 전기용량 값의 변화량은 100℃ 기준으로 약 6.89pF 정도로 여전히 미세한 차이이다.

그런데, 상기 엔진 오일에는 수분이 함유되거나 기타 다른 요인에 의한 불순물이 들어갈 수 있으며, 이에 따른 유동적인 전기용량값의 변화가 외란으로서 발생하게 되므로, 상기 전기 용량 값의 초기값이 400 pF 이상이 되어야 하는 점을 감안하면 상기 전기 용량의 변화 차이로써 엔진 오일의 열화 정도를 판단하기가 어려울 수 있다.

한편, 도12a, 도12b에 도시된 그래프는, 상기 도4에 도시된 바와 같은 탄소나노튜브를 감지막으로 한 센서를 이용한 엔진 오일 상태 검출 장치에서 상기 기판(21)은 유리로 하고 전극(22)은 알루미늅(Al)으로 높이는 3000 옹스트롬, 상기 기판(21) 위에 증착된 탄소나노튜브 페이스트는 6∼8㎛로 한 경우, 새로운 엔진 오일과 5000km 사용한 엔진 오일을 상기 감지막에 접촉시켜 상기 탄소나노튜브에 흡착시킨 뒤 전기 용량의 변화값을 온도에 따라 측정한 결과이다.

도12a, 도12b를 참조하면, 새 엔진오일의 초기 전기용량 값은 100℃에서 약 1.7㎋ 정도이고, 5000 km 주행한 후의 엔진 오일은 약 1.76㎋ 정도이다.

도12b에서 도시된 바와 같이, 상기 도3과 같은 방식으로 탄소나노튜브를 증착한 감지막이 있는 센서의 경우 전기 용량의 초기값은 약 1.7㎋로서 미국특허 US 4.646.070호에서 제시된 초기값 400pF에 비해 상당히 큰 값이며 그에 따른 전기용량의 변화치도 대략 64pF 정도로 나타나므로 엔진 오일의 열화를 측정할 수 있는 정도의 전기 용량 값의 변화량을 검출할 수 있는 감도를 확보하고 있음을 알 수 있다.

한편, 도7은 본 발명에 따른 유전율 변화 센서의 감지부 영역의 개략도이다.

도7을 참조하면, 상기 센서의 검출 감도를 조절하기 위하여 초기 전기 용량값을 변화시키고자 한다면 상기 탄소나노튜브 페이스트의 프린팅 면적을 가변하면 된다.

즉, 도7에서 도시된 바와 같이, 영역 A, B는 상기 기판(21) 위에 프린팅되는 탄소나노튜브의 영역을 나타내고 있고, 상기 영역 A가 영역 B보다 더 크게 나타나 있다.

상기 영역 A로 이루어지는 감지막에는 상기 영역 B로 이루어지는 감지막보다는 더 많은 탄소나노튜브 입자가 포함되어 있으며, 그에 따라 전체 전기용량값은 상기 A 영역의 탄소나노튜브가 증착된 경우가 B 영역보다 더 크게 나타날 것이고 그에 따라 초기 전기 용량값도 커지게 되는 것이다.

따라서, 상기 탄소나노튜브의 증착면적을 변화시키면 초기 전기 용량값을 조절할 수 있고 그에 따라 유전율 변화 센서의 검출 감도를 제어할 수 있는 것이다.

한편, 상기 탄소나노튜브를 증착하여 제조되는 상기 유전율 변화 검출센서는 기존의 제조 방법에 비하여 새로운 순서로 제조 가능하다.

그 첫 번째 방법으로서는 반도체 공정기술을 이용한 탄소나노튜브 센서의 제조공정 순서로서 첫째, 기판에 감광제 코팅, 노광 및 식각 과정을 포함하는 리소그래피 단계를 수행하고, 둘째, 상기 기판에 코발트, 철, 니켈과 같은 촉매를 패터닝하는 단계를 우선 수행하고, 셋째, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계를 거친 후에 상기 기판 위에 탄소 나노 튜브를 성장시키는 단계의 순서로 이루어지는 것이 바람직하다.

그 두 번째 방법으로서는 스크린 프린팅 기술을 이용한 탄소나노튜브 센서의 제조공정 순서로서 첫째, 기판에 감광제 코팅, 노광 및 식각 과정을 포함하는 리소그래피 단계를 수행한 후, 둘째, 바인더와 알파-테피놀을 섞어 가열하여 녹이는 단계를 수행하고, 셋째, 탄소나노튜브를 글래스프릿과 알파-테피놀을 섞어 가열하여 녹인 물질에 섞는 단계를 우선 수행하고, 넷째, 상기 기판에 전극을 패터닝하는 단계를 거친 후에 상기 기판 위에 탄소 나노 튜브를 스크린프린팅하여 소결시키는 단계의 순서로 이루어지는 것이 바람직하다.

이제, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서를 이용한 자동차 엔진오일 상태 검출장치 및 검출방법에 대하여 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치의 개략적인 구성 블록도이고, 도 9는 본 발명에 따라 자동차용 엔진 오일 상태 검출을 수행하는 일 실시예의 흐름도이다.

도8을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차의 엔진 오일 상태 검출장치는, 시동시 배터리(80)에서 공급되는 전원을 필요전원으로 변환하여 공급하는 전원부(30), 엔진 오일 챔버 내에 설치되어 엔진 오일의 열화를 감지하기 위한 센서로서 탄소 나노 튜브가 사용된 열화감지부(10), 상기 전원부(30)에서 전원이 공급되어 인에이블되면 상기 열화감지부(10)의 동작을 드라이브하는 구동부(20), 상기 열화감지부(10)에서 출력된 미세신호를 증폭하는 소신호 증폭부(40), 상기 소신호 증폭부(40)에서 전달된 검출신호에 의한 엔진 오일의 열화 상태를 설정된 기준값과 비교하여 교환시기를 판정하는 오일 상태 판단부(50), 상기 오일 상태 판단부(50)에서 검출되는 신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하는 증폭부(60) 및 상기 오일 상태 판단부(50)에서 출력된 신호를 오일 교환시기 정보로서 문자 또는 소정 방법으로 표시하는 표시부(70)를 포함한다.

상기 전원부(30)는 자동차의 시동 온시 배터리(80)에서 공급되는 DC 12V의 전원을 각 부하에서 요구하는 필요 전원으로 변환하여 공급한다.

상기 전원부(30)는 배터리(80)에서 공급되는 DC 12V의 전원을 소신호 증폭부(40), 오일상태 판단부(50)와 증폭부(60) 및 표시부(70)에서 요구하는 15V의 전원으로 변환하고, 구동부(20) 및 열화감지부(10)에서 요구하는 5V의 전원으로 각각 변환하는 DC/DC 컨버터(31)와, 상기 DC/DC 컨버터(31)에서 변환된 전원을 안정화시키는 레귤레이터(32)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 구동부(20)는 상기 전원부(10)내의 레귤레이터(32)로부터 DC 5V의 전원이 공급되어 인에이블되면 상기 열화감지부(30)의 동작을 구동 제어한다.

상기 열화감지부(10)는 마이크로 센서로, 엔진 오일 챔버내에 설치되고 상기 엔진 오일 챔버 내에서 열화에 따라 가변되는 엔진 오일의 유전율 변화를 측정하여 그에 대한 미세신호를 출력한다.

여기에서, 상기 열화감지부(10)의 센서는 전원이 인가되는 전극 패턴(22), 상기 전극 패턴이 형성된 기판(21), 상기 전극 패턴(22)을 커버하며 상기 기판(21)의 전체 면적 중 소정 부분에 증착되어 상기 탄소 나노 튜브에 흡수된 엔진오일의 유전율 변화를 감지하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치에 있어서, 상기 전극(23)은 탄소 나노 튜브로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 탄소나노튜브를 열화 감지센서로서 사용하는 상기 유전율 변화 검출 센서는 AC 전압을 인가하여 엔진 오일의 유전율 변화에 따른 전기용량값의 변화를 초기 기준값과 비교 판단하여 엔진 오일의 열화 상태를 판단하여 엔진 오일의 상태를 검출하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치에 있어서, 상기 소신호 증폭부(40)은 탄소 나노튜브를 감지막으로 하는 열화감지부(10)의 미세 출력을 설정된 소정의 레벨로 증폭하여 오일상태 판단부(50)로 전달한다.

상기 오일상태 판단부(50)는 마이크로 프로세서로, 검출되는 엔진 오일의 유전율을 설정된 기준값과 비교하여 엔진 오일의 열화 정도를 판단하며, 비교되는 열화 정도가 설정된 기준값을 초과하는 경우 엔진 오일의 교환시기로 판정하여 그에 대한 정보를 출력한다.

또한, 상기 증폭부(60)는 상기 오일상태 판단부(50)에서 인가되는 신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하여 표시부로 출력한다.

상기 소신호 증폭부(40)와 상기 증폭부(60)는 OP-AMP로 사용하여 설계함으로써 구현할 수 있다.

여기에서, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출장치는 상기 전원부(30)와 구동부(20), 열화감지부(10), 소신호 증폭부(40), 오일상태 판단부(50), 증폭부(60)를 하나의 인쇄회로기판(100, PCB)에 장착하여 하나의 유니트로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 표시부(70)는 클러스터 내에 LED, 램프 혹은 LCD 표시수단으로 이루어지며, 상기 증폭부(60)에서 인가되는 오일 교환시기에 대한 정보를 문자나 혹은 소정의 방법으로 표시하여 운전자에게 통지한다.

한편, 전기용량값은 엔진오일 내 수분의 함량에 따라 영향이 크기 때문에 엔진오일의 온도를 80℃ 이상 올려 수분에 대한 센서 출력의 영향을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 유전율 변화를 측정하는 센서의 작동에 있어서, 구동부(20)에 있는 오실레이터(미도시)에 의해 인가되는 전원주파수의 범위는 10kHz~1㎓ 로 되는 것이 바람직하다.

일반적인 기존 센서의 전기용량값은 전원주파수 50~500kHz를 벗어나면 온도에 의해 오일의 비유전율 상수값이 역전하는 것에 비해 탄소나노튜브는 주파수 전역에서 오일의 열화 정도를 측정하기에 적합하지만 너무 높은 주파수에서는 AM 라 디오 주파수에 영향을 받아 정확한 변화량을 검출하기 곤란하다.

이제, 전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 상태 검출 장치에 의한 검출과정을 도9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진 오일 챔버 내에 엔진오일과 상기 열화감지부(10)의 감지막인 탄소나노튜브를 접촉시킨 후 자동차의 엔진 시동이 온 되면 배터리(80)에서 공급되는 전원에 의해 자동차내에 구비되는 각종 부하장치의 동작이 개시된다(S101).

이때, 전원부(30)내의 DC/DC컨버터(31)는 배터리(80)에서 공급되는 DC 12V의 전원을 소신호 증폭부(40), 오일상태 판단부(50)와 증폭부(60) 및 표시부(70)에서 요구하는 15V의 전원으로 변환하고, 구동부(20) 및 열화감지부(10)에서 요구하는 5V의 전원으로 변환한 다음 레귤레이터(32)를 통해 전원을 안정화시켜 상기의 각 부하에 공급한다(S102).

따라서, 상기 구동부(20)가 상기 전원부(30)내의 레귤레이터(32)로부터 공급되는 DC 5V의 전원에 의해 인에이블되어 열화감지부(10)의 동작을 드라이브하게 되면, 탄소나노튜브를 포함하는 마이크로 센서로 이루어지고 오일 쳄버내에 설치되어 있는 상기 열화감지부(10)는 먼저 새로이 주입된 엔진 오일의 유전율을 측정하여 초기 기준값을 설정한다(S103)

그후, 상기 열화감지부(10)는 열화에 따라 가변되는 엔진 오일의 유전율 변화를 검출하여 그에 대한 정보를 소신호 증폭부(40)에서 증폭한 후 마이크로 프로세서인 오일상태 판단부(50)측에 인가하면 상기 오일상태 판단부(50)는 검출되는 엔진 오일의 유전율 변화로부터 상기 엔진 오일의 열화 정도를 판단하기 위하여 설 정된 기준값과 비교하며(S104), 비교된 결과 설정된 기준값 이상인지를 판단한다(S105).

상기 S105의 판단 결과 현재 검출되는 엔진 오일의 유전율이 설정된 기준값을 초과하지 않으면 현재 엔진 오일의 상태는 정상적인 것으로 판단하여 상기 S104의 과정으로 리턴하고, 설정된 기준값을 초과하는 것으로 판단되면, 엔진 오일의 열화가 기준 이상으로 진행되어 오일의 점도가 엔진의 정상적인 윤활 작용을 진행하지 못하는 교환시기로 판정하여 그에 대한 정보를 증폭부(60)측에 출력한다.

따라서, 증폭부(60)는 상기 오일상태 판단부(50)에서 인가되는 엔진 오일 교환시기 지시신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하여 클러스터내에 램프 혹은 LCD 표시수단으로 이루어지는 표시부(70)를 통해 엔진 오일의 교환시기가 도래하였음에 대한 정보를 문자나 혹은 소정의 방법으로 표시하여 운전자에게 통지한다(S106).

상기 과정은 탄소나노튜브를 감지막으로 하는 센서에서 전기전도도를 기준값으로 하여 전기전도도 변화를 검출하는 경우에 동일하게 적용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 검출 감도를 조절하여 원하는 종류의 엔진 오일의 유전율 변화를 검출하는 센서를 제공할 뿐만 아니라 이를 활용하는 엔진 오일 상태 검출장치는 다양한 엔진 오일에 따른 감도를 제어하는 동시에 엔진 오일의 열화 상태를 측정하여 경보하여 줌으로써 숙련된 검사자의 도움없이 누구나 쉽게 엔진 오일의 교환시기를 판단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 엔진 오일의 교환이 정확한 교체시기에 이루어지도록 함으로써 자동차 의 엔진 보호에 따른 내구성을 증대시키며, 불요필한 수리 비용의 발생을 배제한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 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 (10)

1. 전원이 인가되는 전극 패턴:

   상기 전극 패턴이 형성된 기판: 및

   상기 전극 패턴을 전부 커버하며 상기 기판의 전체 면적 중 소정 부분에 스크린프린팅되어 소결된 탄소나노튜브를 포함하는 페이스트로 이루어져서 유전율 변화를 검출하는 감지막을 포함하는 유전율 변화 검출 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전율 변화 검출 센서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 유전율 변화 검출 센서.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소 나노 튜브를 포함하는 페이스트로 이루어진 감지막 부분은 상기 기판 위에 스크린프린팅 되는 면적을 가변하여 감도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 유전율 변화 검출 센서.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 증착되는 탄소나노튜브의 두께는 6 내지 8㎛ 인 것을 특징으로 하는 유전율 변화 검출 센서.
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