KR100863689B1 - 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부에서 엔진룸의 소정의 위치에 체결되어 엔진오일에 포함된 이물질을 여과하는 오일필터 조립체에 있어서, 오일에 포함된 이물질이 여과된 후 정체되지 않고 흐르는 곳에서 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하여 엔진오일의 퇴화 상태를 판단함에 따라 오일센서의 측정 신뢰성을 높일 수 있고, 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능을 동시에 확보함에 따라 기존의 오일필터 조립체를 대체할 수 있어 오일퇴화측정센서에 대한 장착성과 기존 오일필터와의 호환성을 높일 수 있고, 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능 중 오일 퇴화상태를 측정하는 수단은 교환이 불필요하도록 설계하고 오일을 필터링하는 수단만이 교환하도록 설계함에 따라 유지 보수에 대한 효율을 극대화시킬 수 있는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법을 제공한다.

Description

엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법{OIL FILTER DEVICE FOR MEASURING QUALITY OF ENGINE OIL AND METHOD THEREFOR}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 오일필터 조립체를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 오일필터 조립체를 나타낸 평면도이다.

도 3은 도 1의 하부커버를 나타낸 평면도이다.

도 4는 도 1의 필터부재를 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 오일필터 조립체의 오일 필터링 및 품질측정 과정을 나타낸 플로우챠트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 오일필터 조립체 110: 내부본체

111: 오일유입구 113: 필터수용부

120: 제 1전극판 130: 필터부재

140: 외부본체 141: 오일유출구

143: 오일유로 145: 기밀부재

150: 제 2전극판 160: 하부커버

161: 온도센서 163: 완충수단(스프링)

165-1: 제 1전극연결도체 165-2: 제 2전극연결도체

167: 개스킷 170: 제어부

본 발명은 엔진오일의 퇴화 상태를 측정하기 위한 오일필터에 관한 것으로, 특히 오일에 포함된 이물질이 여과된 후 정체되지 않고 흐르는 곳에서 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하여 엔진오일의 퇴화 상태를 판단함에 따라 오일 측정에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법에 관한 것이다.

자동차의 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 발생하여 오일의 점도가 떨어진다.

상기 오일의 점도 감소는 엔진의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 즉, 엔진내부의 찌꺼기, 타르, 부식물 및 침전물 등은 엔진내부에 그대로 남게 되어 오 일펌프, 오일팬, 오일순환통로 등에 침전되어 엔진마모는 물론 출력저하와 함께 엔진내부 온도를 상승시켜 윤활작용을 감소시킨다. 특히 냉각수, 휘발유 및 물 등이 오일에 섞이게 되면 엔진 개스킷에 손상을 주거나 피스톤링이 파손되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 오일 팬의 외부에 오일필터 조립체를 체결하여 오일에 포함된 슬러지나 금속 찌꺼기와 같은 이물질들을 여과함에 따라 엔진오일의 사용 수명을 늘이게 된다. 하지만, 운전자는 엔진오일의 퇴화정도를 정확하게 알 수가 없기 때문에 엔진오일의 교환 시기를 놓치거나 아니면 적절한 시점보다 조기에 엔진오일을 교환하게 된다.

예를 들어 국내 자동차 제조회사의 오일교환 추천 주기는 차종과 운전환경에 따라 보통 10,000Km에서 15,000Km 정도이다. 그러나 50% 이상의 운전자들이 정비소에서 권고하는 교환 주기에 따라 엔진오일을 교환하는 주기는 대략 5,000Km 정도이므로, 불필요한 엔진오일의 낭비와 그에 따른 환경오염 및 비용이 낭비되고 있다. 사실 주행거리를 이용하여 엔진오일을 교환할 경우라도 차종이나 오일특성 및 주행환경에 따라 엔진오일의 퇴화정도가 달라질 수 있으므로 정확한 교환 시기를 판단하는 근거로는 부족하다.

이와 같이 엔진오일의 교환 시기를 정확하게 알 수 없는 문제점으로 인해 엔진오일의 퇴화상태를 측정하는 센서에 대해 많은 연구개발이 이루어지고 있다.

현재까지 개발된 오일품질 측정 센서로는 커패시턴스형 센서, 크로스 커패시턴서형 센서, 광반사형 센서 등이 있으며, 커패시턴스 및 크로스 커패시턴스 원리 를 이용한 엔진오일의 퇴화상태를 측정하는 센서는 주로 오일 팬에 별도의 구멍을 내어 부착하여 사용한다. 특히 크로스 커패시턴스형 센서는 나사형상의 본체에 전극판 와이어를 감아서 제작되어 그 제작이 까다로워 일정한 규격을 갖는 센서의 제작이 어렵다.

또한, 오일 팬에는 금속 마모입자나 슬러지가 많아 오일센서를 오래 사용하면 그 성능이 제대로 유지될 수없는 경우가 발생한다.

광반사형 센서는 오일 유로에 별도의 부착 위치를 마련해야 하는 번거로움이 있다. 이와 같은 센서들은 비효율적인 장착 위치 및 장착이 어려운 점 때문에 사용하기가 불편하다.

이와 같이 엔진오일 퇴화 자체로 오일 교환주기를 판단하고자 하면 설치장소의 선택이 중요하다. 적당한 위치로는 각종 이물질로부터 격리된 장소가 유리하며 정체된 곳보다는 흐르는 곳이 오일 슬러지의 축적을 피할 수 있어 좋다. 즉, 오일 팬 내에 엔진오일 측정센서를 붙일 경우 슬러지나 마모입자가 센서 표면에 붙어 센서의 상태를 정상으로 유지하기가 어렵다.

따라서, 엔진오일의 퇴화상태를 보다 신뢰성 있게 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.

본 발명의 목적은 오일에 포함된 이물질이 여과된 후 정체되지 않고 흐르는 곳에서 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하여 엔진오일의 퇴화 상태를 판단함에 따라 오일 측정에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능을 동시에 확보함에 따라 기존의 오일필터 조립체를 대체할 수 있어 장착성을 높일 수 있는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능 중 오일 퇴화상태를 측정하는 수단은 교환이 불필요하도록 설계하고 오일을 필터링하는 수단만이 교환하도록 설계함에 따라 유지 보수에 대한 효율을 극대화시킬 수 있는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체와 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 외부에서 엔진룸의 소정의 위치에 체결되어 엔진오일에 포함된 이물질을 여과하는 오일필터 조립체에 있어서, 오일유입구를 갖는 원통 형상이며, 원통 내부에 필터수용부를 갖는 내부본체; 상기 내부본체의 필터수용부에 밀착 설치되는 원통 형상이며, 오일유입구를 통해 유입된 오일의 이물질을 여과하여 유출하는 필터부재; 상기 내부본체 외측에 일 정거리 이격 설치되어 필터부재를 통해 유출된 오일을 외부로 방출하는 오일유로와 오일유출구를 갖는 외부본체; 상기 내부본체의 외주면인 오일유로 상에 설치되는 제 1전극판; 상기 제 1전극판과 대향되는 외부본체의 내주면에 설치되는 제 2전극판; 상기 내부본체와 외부본체의 하단에서 외부본체에 탈착 가능하게 결합되되 상기 오일유로와 연통되도록 일측면이 상기 내부본체의 하단과 일정거리 이격되고, 상단면에 상기 필터부재를 압박할 수 있는 완충수단이 형성된 하부커버; 및 상기 제 1 및 제 2전극판과 전기적으로 연결되어 제 1 및 제 2전극판 사이에 채워진 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정한 후 오일의 유전상수의 변화량을 통해 오일의 퇴화정도를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 하부커버는 외부본체와의 착탈을 통해 필터부재의 교체가 가능한 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 필터부재로부터 여과된 오일의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 측정된 유전상수의 변화량이 설정된 기준범위를 벗어날 경우 제어부의 제어에 따라 경고신호를 표시하는 표시수단을 더 포함하며, 상기 하부커버의 완충수단은 커버의 중앙면에 설치되어 필터부재를 압박함과 아울러 유입오일의 과도압력에 대한 필터함몰을 방지하는 스프링인 것을 특징으로 한다.

상기 내부본체와 외부본체 및 하부커버는 고내열성이 우수한 플라스틱 재질인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1전극판과 제 2전극판은 내부본체의 외주면과 외부본체의 내주면에 각각 결합되는 원통형이거나 오일유로 상에 각기 설치되는 곡면형상의 판 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 엔진 내부를 순환한 엔진오일을 오일유입구를 통해 오일필터 조립체로 유입하는 단계; 상기 유입된 엔진오일에 포함된 이물질을 필터부재를 통해 여과하는 단계; 상기 이물질이 여과된 오일을 오일유로를 통해 복수의 전극판 사이로 이동하는 단계; 제어부는 상기 복수의 전극판 사이에 채워진 오일의 커패시턴스를 측정한 후 오일의 유전상수 변화량을 계산하여 오일 물성의 퇴화정도를 체크하는 단계; 및 상기 복수의 전극판을 통과한 오일은 오일유출구를 통해 다시 엔진으로 유출되는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제어부는 오일의 커패시턴스를 측정하기 전에 온도센서를 통해 필터링된 오일의 온도를 측정하여 일정 온도범위의 속할 경우 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 오일 퇴화정도를 체크하는 단계는 교환된 오일의 초기 유전상수를 기준으로 변화된 유전상수의 변화량과 설정된 기준 변화량 값을 상호 비교하여 퇴화정도를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 측정된 유전상수의 변화량이 설정된 기준범위를 벗어날 경우 제어부는 소정의 표시수단을 통해 오일교환을 지시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설 명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 오일필터 조립체를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 1의 하부커버를 나타낸 평면도로서, 오일필터 조립체(100)는 내부본체(110), 외부본체(140), 제 1전극판(120), 제 2전극판(150), 하부커버(160) 및 제어부(170)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 오일필터 조립체(100)는 외부에서 오일팬이나 오일펌프 등과 같은 엔진룸의 소정의 위치에 장착되는 것으로 기존의 오일필터가 장착되는 위치에 그대로 장착할 수 있어 오일퇴화측정센서에 대한 장착성과 기존 오일필터와의 호환성이 우수하다.

이와 같은 오일필터 조립체(100)의 내부본체(110)는 하측이 개구되고 내부에 필터부재(130)를 수용하기 위한 필터수용부(113)가 형성된 원통 형상으로, 상측의 중심에 내경보다 작은 외경을 가진 돌출부를 통해 오일유입구(111)가 관통 형성되어 있으며, 오일유입구(111)의 내벽에는 엔진측의 돌출봉과 결합하기 위한 나사산이 형성된 구조로 이루어져 있다. 상기 오일유입구(111)의 내측 나사산은 엔진측의 오일팬이나 오일펌프 등에 설치된 돌출봉에 나사 결합되어 오일필터 조립체(100)를 지지하는 역할을 하게 된다.

필터부재(130)는 내부본체(110)의 필터수용부(113)에 밀착 설치되는 원통 형상이며, 오일유입구(111)를 통해 유입된 오일의 이물질을 여과하여 하단 또는 측면으로 유출하도록 구성되어 있다.

외부본체(140)는 하단이 개구된 원통 형상이며 상기 내부본체(110)가 수용되 도록 상기 내부본체(110)의 외경보다 큰 내경을 가지고, 상단벽이 상기 내부본체(110)의 오일유입구(111) 외주면과 일체로 형성되며, 상단벽에 상기 내부본체(110)의 오일유입구(111)와 이격되어 오일유출구(143)가 형성되고, 상기 오일유출구(143)는 외부본체(140)의 내주면과 내부본체(110)의 외주면 사이의 형성된 오일유로(141)를 통해 필터부재(130)의 오일출구(133)와 연통되는 구조로 형성되어 있다.

아울러, 외부본체(140)의 하단에는 하부커버(160)와 볼트로 결합하기 위한 돌출 플랜지(147)가 형성되어 있다.

제 1전극판(120)은 내부본체(110)의 외주면인 오일유로(141) 상에 설치되는 원통형 또는 곡면형상의 판 형태로 이루어져 있고, 제 2전극판(150)은 상기 제 1전극판(120)과 대향되는 외부본체(140)의 내주면에 설치되는 원통형 또는 곡면형상의 판 형태로 이루어져 있다.

상기 제 1 및 제 2전극판(120, 150) 사이에 채워지는 오일의 양은 대략 20∼30cc 정도가 되게 두 전극판(120, 150) 사이의 간극을 설계하는 것이 바람직하며, 이로부터 전극판(120, 150)의 간극과 면적 및 형태가 결정된다.

하부커버(160)는 상기 내부본체(110)와 외부본체(140)의 하단에서 외부본체(140)에 탈착 가능하게 결합되되 상기 오일유로(141)와 연통되도록 일측면이 상기 내부본체(110)의 하단과 일정거리 이격되고, 상단 중앙면에 상기 필터부재(130)를 압박함과 아울러 유입오일의 과도압력에 대한 필터부재(130)의 함몰을 방지하는 완충수단(163)이 형성된 구조로 이루어져 있다.

그리고, 제어부(170)는 상기 제 1 및 제 2전극판(120, 150)과 전기적으로 연결되어 제 1 및 제 2전극판(120, 150) 사이에 채워진 오일의 커패시턴스를 측정하여 사용 중인 오일의 유전상수의 변화량을 계산한 후 계산된 유전상수의 변화량과 미리 설정된 기준값을 상호 비교하여 오일 물성의 퇴화정도를 체크하여 사용한계를 판단하도록 구성되어 있다.

아울러, 상기 제어부(170)에는 측정한 오일품질이 설정된 기준값을 벗어날 경우 제어부(170)의 제어에 따라 경고신호를 표시하는 적색 발광다이오드와 같은 표시수단(171)이 더 설치되어 있으며, 상기 하부커버(160)에는 제어부(170)와 전기적으로 연결되고 상기 필터부재(130)로부터 여과되어 유출된 오일의 온도를 감지하는 온도센서(161)가 더 설치되어 있다.

또한, 상기 내부본체(110)와 외부본체(140) 및 하부커버(160)는 제 1전극판(120)과 제 2전극판(150)과의 전기 절연성을 위해 고내열성과 내구력이 우수한 플라스틱 재질인 것이 바람직하고, 제 1전극판(120)과 제 2전극판(150)은 열팽창률이 낮은 금속재질인 것이 바람직하다.

한편, 도 2를 보면, 내부본체(110)의 중앙에 오일유입구(111)가 형성되어 있고, 오일유입구(111)의 외측 주변을 따라 일정간격으로 복수의 오일유출구(143)가 형성되어 있으며, 상기 외부본체(140)의 상단면에 오일유출구(143)의 외측 둘레를 따라 환형의 기밀부재(145)가 형성되어 있다.

도 3에 도시된 하부커버를 나타낸 평면도로서, 하부커버(160)에는 온도센서(161), 완충수단(163), 제 1전극연결도체(165-1), 제 2전극연결도체(165-2), 및 개스킷(167) 등이 형성되어 있다.

온도센서(161)는 커버의 중앙에 설치되어 필터부재(130)로부터 여과된 오일의 온도를 감지하기 위한 것이다.

완충수단(163)은 상기 온도센서(161)의 주변에 고정 설치되어 필터부재(130)의 하단면과 접촉되어 필터부재(130)를 압박함과 아울러 유입오일의 과도압력에 대한 필터부재의 함몰을 방지하는 완충작용을 하는 스프링이나 돌출부로 구성되어 있다.

제 1전극연결도체(165-1)는 상기 커버의 소정 위치에 형성되어 내부본체(110)의 외주면에 형성된 제 1전극판(120)과 전기적으로 접속되도록 구성되어 있고, 제 2전극연결도체(165-2)는 상기 제 1전극연결도체(165-1)의 외측에 형성되어 외부본체(140)의 내주면에 형성된 제 2전극판(150)과 전기적으로 접속되도록 구성되어 있다.

개스킷(167)은 상기 제 2돌기(163)의 외측의 외부본체(140)와 접촉되는 부분에 형성된 환형의 밀폐부재이고, 커버(160)의 최외측의 플랜지(149)에는 볼트구멍이 형성되어 있는 데 하부커버(160)를 외부본체(140)의 플랜지(147)와 연결할 때 볼트구멍을 통해 볼트를 이용하여 하부커버(160)와 외부본체(140)를 결합하도록 되어 있다.

또한, 도면에는 도시하지는 않았지만 하부커버(160)와 외부본체(140)를 힌지를 통해 연결하여 하부커버(160)의 볼트를 뺄 경우에도 하부커버(160)가 외부본체(140)로부터 완전히 이탈되는 것을 방지하도록 할 수도 있다.

도 4는 도 1의 필터부재(130)를 나타낸 사시도로서, 필터부재(130)는 원통 형태로 이루어져 있다.

필터부재(130)는 상하단면에 각각 복수의 오일출입구가 형성되어 있는 데, 내부본체(110)의 오일유입구(111)를 통해 유입된 오일은 필터부재의 상단면에 형성된 오일입구(131)를 통해 필터 내부로 유입되고, 내부로 유입된 오일은 소정의 필터소재를 통해 이물질이 여과된 후 하단면의 오일출구(133)를 통해 하부커버(160)를 경유하여 내부본체(110)의 외주면과 외부본체(140)의 내주면 사이에 형성된 오일유로(141)로 유출되도록 구성되어 있다.

아울러, 필터부재(130)의 상단면의 가장자리를 따라 환형 돌출부(135)를 형성함에 따라 필터부재(130)를 내부본체(110)의 필터수용부(113)에 삽입시 필터수용부(113)의 상측에 형성된 돌출부(115)와 요철 형태로 결합되어 장착성과 밀폐력을 높인다.

상기 필터부재(130)는 오일출구(133)가 하단에 위치한 경우를 도시하였지만 필터부재(130)의 소재나 방식에 따라 오일출구(133)가 필터부재(130)의 측면에 형성될 수도 있고, 필터부재(130)의 구조나 형상이 변경될 수도 있다.

이와 같이 구성된 필터부재(130)는 하부커버(160)의 개폐를 통해 교환이 용이하며, 엔진오일 교환시에 필터부재(130)도 교환하게 된다.

이와 같은 구조를 갖는 오일필터 조립체(100)는 기존의 필터가 장착되는 위치에 그대로 장착할 수 있도록 설계되어 있는 데, 엔진룸 측의 부위는 기존의 오일필터와 동일한 형상으로 되어 있고, 반대쪽의 부위는 하부커버(160)를 볼트와 같은 체결수단으로 외부본체(140)에 체결하는 구조로 되어 있어 하부커버(160)의 개폐를 통해 엔진오일 교환시 필터부재(130)도 용이하게 교환할 수가 있다.

즉, 오일필터 조립체(100)에는 오일의 퇴화정도를 감지하는 전극센서(120, 150)와 제어부(170)가 장착되어 있으므로, 엔진오일 교환 주기에 맞춰 오일필터 조립체(100)를 모두 교환하는 것은 비용적인 측면에서 상당히 비효율적이므로 하부커버(160)의 개폐를 통해 내부본체(110)에 삽입된 필터부재(130)만 교체 가능하도록 설계하는 것이 바람직한 것이다.

본 발명에서는 내부본체(110)의 외주면과 외부본체(140)의 내주면 사이에 각기 설치된 제 1 및 제 2전극판(120, 150)을 통해 오일유로(141) 상에 채워진 엔진오일의 커패시턴스를 측정하고, 제어부(170)는 측정된 커패시턴스를 통해 사용 중인 엔진오일의 유전상수의 변화량을 체크하여 오일 물성의 퇴화정도를 알아내어 엔진오일의 사용한계를 판단하게 된다.

상기 제어부(170)는 하부커버(160)의 저면에 부착하는 것이 바람직하며, 측정된 오일물성의 퇴화 정도를 운전석의 계기판에 표시하기 위하여 외부 계기와 연결할 수 있는 복수의 단자(175)를 설치하는 것이 바람직하다.

여기에서 본 발명의 측정 대상인 엔진오일은 주성분이 탄화수소로서, 원자 간의 결합력이 강하지 못하고 열분해로 인해 공기 중의 산소와 반응하여 산화물을 만들기에 용이하다. 즉 열화가 용이하다. 따라서 엔진오일의 물성 변화로 그 기능이 상실되어 점도 변화 및 금속부식을 유발할 수 있다. 이에 1차 기능성 첨가제인 산화 경감 및 산화 지연용 산화방지제를 넣어 열화 및 부식을 방지하게 된다.

한편, 유전상수는 전기에너지를 전달하는 정도를 나타내며, 이는 오일의 물성 중 특히 전산가(TAN)와 관련이 깊다. 전산가는 윤활유 중에 포함된 산성물질의 양을 말하며, 산성물질은 전기적으로 양성을 나타낸다. 다시 말해 전산가는 윤활유의 산화 정도를 나타낸다. 이러한 전산가는 윤활유가 열화 됨에 따라 증가한다. 즉, 산화방지제가 고갈됨에 따라 증가한다. 그러나 사용 초기에 산화방지제가 활성화될 때는 잠시 동안 감소하는 현상이 나타난다.

따라서 일반적으로 오일 유전상수는 처음에 감소하여 초기값보다 작아지는데, 이는 산화방지제가 활성화되기 때문이다. 그 후 산화방지제가 충분히 고갈되어 산화물을 축적하게 되어, 오일 유전상수는 증가하게 된다.

오일의 사용한계를 판단하는 항목은 점도, 연료 희석량, 오일 내 금속성분, 물과 연료와 그을음(soot) 및 냉각수 등의 함유량, 불용분, 전산가(TAN) 및 전염가(혹은 전알카리가, TBN) 등과 같이 다양하나, 본 발명에서는 오일의 유전상수의 변화와 연계하여 고려한 물성은 점도와 전산가와 전염기가이며, 혼합 유입물은 물, 냉각수, 연료 및 그을음(Soot) 등의 영향을 고려하였다.

전산가는 오일 중의 산성분의 전량으로 나프탄계 첨가제 중의 산성물질, 사용 중에 생성된 유기산 등 전부를 합한 양을 나타낸다. 즉 시료 1g 중에 포함되어 있는 산성성분을 중화하는 데 필요한 수산화칼륨(KOH)의 양을 mg 수로 표시한다. 본 측정은 상온(room temperature)에서 실시한다. 이러한 전산가로 오일에 포함된 산성 첨가제 양을 조사하거나 사용 중인 오일의 산화정도를 측정에 이용한다. 따라서 윤활유의 정제도의 기준으로 적용하기도 하고, 제조공정의 관리지표, 사용 윤활 유의 관리 또는 윤활유의 산화시험이나 실기시험 후의 열화상태를 알기 위한 기준으로 널리 사용되고 있다. 일반적으로 윤활유가 열화됨에 따라 전산가는 통상적으로 증가하는 경향을 보인다.

전염가는 오일 중의 염기성 물질의 양을 나타낸다. 즉 시료 1g중에 포함되어 있는 전 알카리성 성분을 중화하는 데 필요한 산과 같은 당량의 수산화칼륨(KOH)의 양을 mg 수로 표시한다. 본 측정도 상온(room temperature)에서 실시한다. 천연의 석유 유분 중에는 염기성 물질은 거의 존재하지 않는다. 따라서 전염가는 윤활유에 첨가된 청정분산제의 양의 기준으로 엔진오일의 평가나 사용 엔진오일의 관리 측면에서 사용되고 있는데, 사용함에 따라 감소하는 경향을 보인다.

즉 엔진오일에 있어서 전산가는 윤활유의 산화정도를 의미하며, 전염가는 잔존 청정분산 첨가제의 양을 의미한다.

점도는 엔진 오일 중에 결정체로 존재하는 왁스분의 응결현상을 막아 오일의 유동성을 좋게 해주는 유동성 강하제 성분에 의해 결정된다. 윤활유를 사용함에 따라 이 유동성강하제가 고갈될 때 점도는 증가하게 된다.

이와 같이 구성된 오일필터 조립체의 오일 필터링 및 품질측정 과정을 도 5의 플로우챠트를 통해 간단하게 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 오일필터 조립체(100)가 오일유입구(111)의 나사산을 통해 엔진룸의 소정 위치에 고정 장착된 상태에서, 하부커버(160)를 개방하여 필터부재(130)를 내부본체(110)의 필터수용부(113)에 삽입한다. 이때 필터부재(130)의 상단면의 가장자리에 형성된 돌출부(135)는 필터수용부(113)의 상측에 형성된 돌출부(115)의 외 측에 상호 요철 형태로 결합되어 필터부재(140)의 장착성과 오일유입의 기밀성을 높이게 된다.

이어, 하부커버(160)를 닫고, 하부커버(160)와 외부본체(140)의 플랜지(147, 169)에 각각 형성된 볼트구멍을 통해 볼트를 통해 하부커버(160)와 외부본체(140)를 체결함에 따라 도 1과 같이 하부커버(160)의 스프링(163)이 필터부재(130)의 하단면과 접촉되어 필터부재(130)를 상단으로 압박하게 된다.

이와 같은 상태에서 차량 엔진이 작동되면, 엔진 내부를 순환한 엔진오일이 소정의 오일펌프의 작동으로 인해 오일필터 조립체(100)의 오일유입구(111)로 유입된다(S1).

상기 오일유입구(111)로 유입된 엔진오일은 필터부재(130)를 통해 이물질이 여과된 후 오일출구(133)를 통해 하부커버(160) 측으로 유출된다(S2).

상기 하부커버(160)로 유출된 오일은 온도센서(161)에 의해 그 온도가 감지되고, 제어부(170)는 온도센서(161)를 통해 오일의 온도가 미리 설정된 범위 내에 속하는지를 판단하게 된다(S3). 통상 물질이 갖고 있는 고유 유전성질의 값인 유전상수(Dielectric constant)는 온도가 올라갈수록 증가하고, 주파수가 높아질수록 감소하는 특성을 가지고 있는 데, 측정 주파수를 동일하게 세팅한 상태에서는 온도만이 변수가 되므로, 일정 온도에서 오일의 품질을 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 예컨대, 제어부(170)는 커패시턴스 0.1∼10pF 범위를 분해능 0.01pF로 측정할 수 있고, 8∼12kHz의 교류전원을 제 1 및 제 2전극판(120, 150)으로 공급하며, 10∼90℃ 범위에서 제한 작동되도록 구성되어 있다.

이와 같이 필터부재(130)를 통과한 오일은 오일유로(141)를 통해 복수의 전극판(120, 150) 사이로 이동되어 채워지게 되며, 제어부(170)는 상기 복수의 전극판(120, 150) 사이에 채워진 오일의 커패시턴스를 측정하여 사용 중인 오일의 유전상수의 변화를 계산한 후 계산된 유전상수와 미리 설정된 기준 유전상수를 상호 비교하여 오일 물성의 퇴화정도를 체크하여 사용한계를 판단하게 된다. 상기 유전상수의 변화량의 범위는 커패시턴스의 변화량의 범위와 비례한다.

한편, 엔진오일의 유전상수가 오일의 종류와 제품마다 상이하므로, 제어부(170)에 유전상수에 대한 기준값을 미리 설정하지 않고, 교환된 신유의 초기 유전상수의 값을 체크하여 저장하고, 그 신유의 유전상수에 대한 실시간 측정값의 변화량으로 퇴화정도를 판단하는 것도 바람직하다. 이 경우 예컨대, 가솔린 엔진오일의 경우 80℃에서 대략 5% 정도의 유전상수의 변화가 생겼을 경우에 오일교환 경고 시점으로 설정하게 되고, 디젤 엔진오일의 경우 80℃에서 대략 10% 정도의 유전상수의 변화가 생겼을 경우 오일교환 경고 시점으로 설정하는 것이 적절하다.

상기에서 제어부(170)는 측정된 유전상수의 변화량을 통해 오일품질의 양호, 보통 및 퇴화 등으로 세분화하여 판단하는 것이 가능하며, 그 판단결과에 따라 제어부(170)는 제어부(170)에 마련된 발광다이오드와 같은 표시수단(171)이나 제어부(170)의 외부 단자(175)를 통해 연결된 운전석의 계기판에 오일품질 상태를 나타낼 수 있도록 한다.

이어, 상기 복수의 전극판(120, 150)을 통과한 오일은 외부본체(140)의 오일유출구(143)를 통해 다시 엔진룸으로 유출 순환하게 된다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상을 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 오일에 포함된 이물질이 여과된 후 정체되지 않고 흐르는 곳에서 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하여 엔진오일의 퇴화 상태를 판단함에 따라 오일센서의 측정 신뢰성을 높일 수 있고, 오일의 특성을 직접 측정함에 따라 오일교환 시기를 정확하게 알 수 있음과 아울러 표준이하 수준의 오일을 사용하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능을 동시에 확보함에 따라 기존의 오일필터 조립체를 대체할 수 있어 오일퇴화감지센서에 대한 장착성과 기존 오일필터와의 호환성을 높일 수 있고, 오일을 필터링하는 기능과 오일의 퇴화 상태를 측정하는 기능 중 오일 퇴화상태를 측정하는 수단은 교환이 불필요하도록 설계하고 오일을 필터링하는 수단만이 교환하도록 설계함에 따라 유지 보수에 대한 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

1. 외부에서 엔진룸의 소정의 위치에 체결되어 엔진오일에 포함된 이물질을 여과하는 오일필터 조립체에 있어서,

   오일유입구를 갖는 원통 형상이며, 원통 내부에 필터수용부를 갖는 내부본체;

   상기 내부본체의 필터수용부에 밀착 설치되는 원통 형상이며, 오일유입구를 통해 유입된 오일의 이물질을 여과하여 유출하는 필터부재;

   상기 내부본체 외측에 일정거리 이격 설치되어 필터부재를 통해 유출된 오일을 외부로 방출하는 오일유로와 오일유출구를 갖는 외부본체;

   상기 내부본체의 외주면인 오일유로 상에 설치되는 제 1전극판;

   상기 제 1전극판과 대향되는 외부본체의 내주면에 설치되는 제 2전극판;

   상기 내부본체와 외부본체의 하단에서 외부본체에 탈착 가능하게 결합되되 상기 오일유로와 연통되도록 일측면이 상기 내부본체의 하단과 일정거리 이격되고, 상단면에 상기 필터부재를 압박할 수 있는 완충수단이 형성된 하부커버; 및

   상기 제 1 및 제 2전극판과 전기적으로 연결되어 제 1 및 제 2전극판 사이에 채워진 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정한 후 오일의 유전상수의 변화량을 통해 오일의 퇴화정도를 판단하는 제어부;를 포함하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부커버는 외부본체와의 착탈을 통해 필터부재의 교체가 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어부와 전기적으로 연결되고, 상기 필터부재로부터 여과된 오일의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 측정된 유전상수의 변화량이 설정된 기준범위를 벗어날 경우 제어부의 제어에 따라 경고신호를 표시하는 표시수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부커버의 완충수단은 커버의 중앙면에 설치되어 필터부재를 압박함과 아울러 유입오일의 과도압력에 대한 필터함몰을 방지하는 스프링인 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 내부본체와 외부본체 및 하부커버는 고내열성이 우수한 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1전극판과 제 2전극판은 내부본체의 외주면과 외부본체의 내주면에 각각 결합되는 원통형이거나 오일유로 상에 각기 설치되는 곡면형상의 판 형태인 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부본체의 상단면에 오일유출구의 외측 둘레를 따라 환형의 기밀부재가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부커버는 외부본체와 접촉되는 부분에 환형의 개스킷이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진오일의 품질 검사가 가능한 오일필터 조립체.
10. 엔진 내부를 순환한 엔진오일을 오일유입구를 통해 오일필터 조립체로 유입하는 단계;

    상기 유입된 엔진오일에 포함된 이물질을 필터부재를 통해 여과하는 단계;

    상기 이물질이 여과된 오일을 오일유로를 통해 복수의 전극판 사이로 이동하는 단계;

    제어부는 상기 복수의 전극판 사이에 채워진 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정한 후 오일의 유전상수 변화량을 계산하여 오일 물성의 퇴화정도를 체크하되, 오일의 초기 유전상수를 기준으로 변화된 유전상수의 변화량과 설정된 기준 변화량 값을 상호 비교하여 퇴화정도를 판단하는 단계; 및

    상기 복수의 전극판을 통과한 오일은 오일유출구를 통해 다시 엔진으로 유출되는 단계;를 구비하는 엔진오일의 필터링 및 품질 검사 방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 제어부는 오일의 커패시턴스를 측정하기 전에 온도센서를 통해 필터링된 오일의 온도를 측정하여 일정 온도범위의 속할 경우 오일의 유전상수와 관련된 커패시턴스를 측정하는 것을 특징으로 하는 엔진오일의 필터링 및 품질 검사 방법.
12. 삭제
13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,

    상기 측정된 유전상수의 변화량이 설정된 기준범위를 벗어날 경우 제어부는 소정의 표시수단을 통해 오일교환을 지시하는 것을 특징으로 하는 엔진오일의 필터링 및 품질 검사 방법.

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