KR100865536B1 - 탄소나노튜브 센서 및 이를 이용한 자동차용 엔진 오일교환시기 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진 오일 교환시기를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 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 동작가능하게 되면 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 오일의 유전율 또는 전기전도도를 검출한 다음 설정된 기준값과 비교하여 기준값을 초과하면 엔진 오일의 열화에 의해 교환시기가 도래된 것으로 판정하여 지시한다.

엔진오일, 열화, 교환, 탄소나노튜브, 유전율, 전기전도도

Description

탄소나노튜브 센서 및 이를 이용한 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치 및 검출방법{Carbon nanotube sensor and apparatus and method for detecting change time of engine oil for automobile using the same}

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전기전도도 검출센서의 사시도이다.

도 2는 도1의 Ⅰ - Ⅰ선의 단면도이다.

도 3는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 유전율변화 검출센서의 개략도이다.

도 4는 도3의 Ⅱ - Ⅱ선의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치에 대한 개략적인 구성 블록도이다.

도 6은 본 발명에 따라 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출을 수행하는 일 실시예의 흐름도이다.

도 7은 엔진오일의 주행거리에 따른 센서의 저항변화를 나타내는 그래프이다.

도 8은 엔진오일의 주행거리에 따른 센서의 전류변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열화감지부 11, 21 : 기판

12, 22 : 감지막 13, 23 : 전극

14, 24 : 리드선 20 : 구동부

30 : 전원부 31 : 컨버터

32 : 레귤레이터 40 : 소신호증폭부

50 : 오일상태판단부 60 : 증폭부

70 : 표시부 80 : 표시부

본 발명은 자동차의 엔진 오일 교환시기를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 탄소 나노튜브를 이용한 센서를 통해서 엔진 오일의 유전율 및 전기 전도도의 변화를 측정하여 엔진오일의 교환 시기를 검출 지시하도록 하는 자동차의 엔진 오일 교환시기 검출장치 및 방법에 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.

그러므로, 상기한 엔진 오일에 대하여 주기적인 점검을 실시하여, 그 상태에 따라 교환시기를 판정하여야 하는데, 이를 위해서는 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 내구성을 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.

상기한 바와 같이 엔진 오일의 교환시기를 운전자의 육안으로 점도와 색상의 변화에 의존함에 따라 발생되는 여러 가지의 단점을 배제하기 위하여 특허출원 제1997-54022호에 자동차의 각 소모품에 대한 교환시기를 주행거리를 기준으로 설정한 다음 적산되는 주행거리가 설정된 주행거리에 도달되는 경우 각 소모품, 즉 엔진 오일, 브레이크 오일, 에어 필터, 브레이크 디스크 등의 교환시기를 경고하도록 하는 기술이 제시되고 있다.

또한, 실용신안등록출원 제1996-63422호에는 근적외선으로 오일을 투과시켜 수광되는 센싱 레벨에 따라 오일의 교환시기를 판단하도록 하는 기술이 제시되어 있다.

그러나, 상기 전자의 경우 자동차에 구비되는 각 소모품에 대한 교환시기를 주행거리의 적산을 기준하고 있어 운전자의 운전습관이나 불필요한 공회전 및 기타의 이유 등으로 인하여 각 소모품, 특히 엔진 오일의 경우 열화 정도에 많은 차이가 발생되므로, 정확성이 결여되어 적정시기의 엔진 오일 교환이 이루어지지 않게 되고 이로 인한 경제적 낭비와 엔진의 내구성을 저하시키는 단점이 있다.

또한, 후자의 경우 근적외선 발광소자 혹은 수광소자의 파손이 발생하는 경우에는 오일의 교환시기를 검출할 수 없는 단점이 있고, 오일의 양이 줄어든 상태에서는 정상적인 교환시기의 검출을 수행할 수 없으며, 오일의 경우 생산 회사별로 그 투명도가 각기 상이함에 따라 정확한 교환시기를 검출할 수 없으며, 이에 대한 신뢰성 역시 저하되는 문제점이 있다.

또한, 엔진오일의 열화는 여러 가지 물리적, 화학적 변화에 의해 일어나는데 이것을 단순히 점도나 색깔의 변화 측정만을 통해 엔진오일의 교체시기를 결정하는데 문제점이 있다.

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

그러나 외국기업에서는 전기적인 특성 중에서 출력전압, 교류 임피던스, 점도를 이용한 방법을 사용하였으나 그에 따른 문제점이 있기 때문에 그 결과물에 대한 상품화가 늦어지고 있는 것으로 보인다.

하지만 전기 전도도 또는 유전상수의 변화는 엔진오일의 여러 가지 물리적, 화학적 변화에 기인하는 것으로 여러 가지 원인에 의한 엔진오일 변화 정보를 쉽게 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.

하지만, 현재까지 전기 전도도 또는 유전상수를 이용한 측정 장치들은 부피가 큰 실린더 형태나 평행판 구조 형태로 되어 있어 대량생산과 소형화에 어려운 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 자동차용 엔진 오일의 유전율변화 및 전기전도도 변화를 감지하기 위하여 탄소나노 튜브를 이용한 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 엔진오일의 교환 시기를 결정하기 위하여 엔진 오일의 열화 여부를 측정하여 운전자에게 교환시기를 지시하여 줄 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 센서를 포함하는 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치 및 검출방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서는, 전원이 인가되는 전극, 상기 전극 사이에 연결되며 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막 및 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 전기 전도도 변화 검출 센서이다.

또한, 상기 전기전도도 변화 센서에 있어서, 상기 감지막은 탄소 나노 튜브로 형성된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 다른 예는, 전원이 인가되는 전극, 상기 전극에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막, 상기 감지막과 전극을 탑재하는 기판을 포함하는 유전율 변화 검출 센서이다.

또한, 상기 유전율 변화 검출 센서에 있어서, 상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유전율 변화 검출 센서에 있어서, 상기 전극 또는 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

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한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 의하면, 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 동작가능하게 되면 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 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 열화감지부의 센서는, 전원이 인가되는 전극, 상기 전극 사이에 연결되며 전기 전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막, 상기 감지막 및 상기 전극을 탑재하는 기판을 포함하는 전기 전도도 변화 센서인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 감지막은 탄소 나노 튜브로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 열화감지부의 센서는, 전원이 인가되는 전극, 상기 전극에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막 및 상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 감지막은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 전극 및 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 전원부는 배터리에서 공급되는 직류 전원을 각 부하에서 요구되는 전원으로 변환하는 DC/DC 컨버터, 및 상기 DC/DC 컨버터에서 변환된 전원을 안정화시키는 레귤레이터를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 표시부는 클러스터 내에 LCD 또는 LED 디스플레이 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상 기 표시부에는 오일 교환시기에 대한 정보를 경고음 또는 음성 메시지로 출력하는 오디오용 스피커를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 전원부의 전압장치는 80℃ 이상의 온도 범위에서 전원이 인가되도록 하며, 상기 온도 범위를 모니터링하는 열센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 구동부에서 인가되는 전원 주파수는 10kHz에서 10GHz 인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출방법은 엔진 시동 온에 의해 각 부하에 전원을 공급하는 단계, 엔진 오일 챔버 내에 설치된 열화감지부가 엔진 오일의 유전율 또는 전기 전도도를 측정하여 초기 기준값을 설정하는 단계, 상기 열화감지부가 엔진 오일의 열화상태를 측정하여 유전율 변화 또는 전기전도도 변화를 검출하면 오일상태 판단부는 상기 설정된 기준값과 비교하여 오일 교환시기가 도래하였는지를 판단하는 단계 및 상기 열화감지부가 측정한 엔진 오일의 열화에 따른 유전율 또는 전기전도도의 변화가 설정된 기준값을 초과하지 않으면 상기 오일 상태 판단부는 엔진 오일이 정상 상태인 것으로 판단하고, 상기 기준값을 초과하는 경우에는 엔진 오일의 열화에 의해서 교환시기가 도래한 것으로 판정하여 표시수단을 통해 지시하는 단계를 포함하는 것이다.

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

도1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전기전도도 검출센서로서 그 구동 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 사시도이고 도2는 상기 도1의 Ⅰ - Ⅰ선의 단면도이다.

도1, 도2에서, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전기전도도 검출센서는 전원이 인가되는 전극(13), 상기 전극(13) 사이에 연결되며 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막(12), 상기 감지막(12) 및 상기 전극(13)을 탑재하는 기판(11)을 포함한다.

여기서, 상기 센서의 기판(11)은 유리 또는 실리콘 등이 사용된다.

상기 기판(11) 상에 증착되어 성장되거나 스크린프린팅 방법으로 형성된 탄소나노튜브는 감지막(12)로서 상기 감지막(12)는 상기 전극(13) 사이에 걸쳐 브릿지로서 연결되어 있다.

또한, 상기 전극(13)은 리드선(14)에 의하여 전원과 연결되며, 상기 리드선(14)은 상기 전극(13)에 부착되어 전체 폐회로를 만들게 된다.

상기 전극(13)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 감지막(12)과 동일하게 탄소나노튜브로 전극을 형성하는 것도 가능하다.

상기 감지막(12)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.

또한, 탄소나노튜브는 전기적으로 금속 또는 반도체의 특성을 가지며, 가스 분자 또는 이온의 흡착에 따라 전기전도도가 변하는 특성을 가지고 있다.

그러므로, 상기 감지막(12)가 탄소나노튜브로 구성되는 경우, 직류전압을 인가하면, 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 저항이 변화하게 되고, 이에 따라 전기전도도의 변화를 검출할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브 센서의 다른 실시예로 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출 센서에 대한 설명을 위해 도3, 도4를 참조한다.

도시된 도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 유전율 변화 검출센서의 개략도이고, 도 4는 상기 도3의 Ⅱ - Ⅱ선의 단면도이다.

상기 유전율 변화 검출 센서는, 전원이 인가되는 전극(23), 상기 전극에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막(22) 및 상기 전극(23), 상기 감지막(22)를 탑재하는 기판(21)을 포함한다.

도4를 참조하면, 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.

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

또한, 도3을 참조하면 상기 유전율 변화 검출 센서에서, 상기 전극(22)과 은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 더욱 바람직한데, 이 경우 감지막(22) 로 기능하는 탄소나노튜브가 상기 전극(22) 위에 증착되어 있으므로 상기 전기 용량의 측정 전극의 표면적을 넓히게 되므로 그 측정 감도가 크게 향상될 수 있기 때문이다.

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 100um 이하, 전극의 간격은 100um 이하이며, 직접성장방법의 경우, 전극간의 간격은 50um 이하로 하는 것이 적합하다.

그리고, 상기 센서의 감지막(12, 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.

또한, 상기 탄소나노튜브를 감지막(12, 22)로 이용한 검출 센서는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 좁은 면적에 많은 전극을 형성하여 고감도의 센서를 제조하게 되며 센서 규격을 일정하게 할 수 있다.

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

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치의 개략적인 구성 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따라 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출을 수행하는 일 실시예의 흐름도이다.

도5를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차의 엔진 오일 교환시기 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 동작가능하게 되면 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(10)는 자동차의 시동 온시 배터리(80)에서 공급되는 DC 12V의 전원을 각 부하에서 요구하는 필요 전원으로 변환하여 공급한다.

상기 전원부(10)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(12)로부터 DC 5V의 전원이 공급되어 동작가능하게 되면 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 변화 또는 전기전도도 변화를 측정하여 그에 대한 미세신호를 출력한다.

여기에서, 상기 열화감지부(10)는 탄소나노튜브를 감지막(12, 22)로서 포함하는 도1에 도시된 전기전도도 변화 검출 센서 또는 도3에 도시된 유전율 변화 센서를 사용하게 된다.

또한, 상기 열화감지부(10)의 센서로서 전기전도도 검출 센서는, 직류전원이 리드선(14)을 통하여 인가되는 전극(13), 상기 전극(13) 사이에 연결되며 저항 증가에 따른 전기전도도의 감소를 감지하는 감지물질로서 탄소나노튜브로 형성된 감지막(12) 및 상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판(11)을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치에 있어서, 상기 전극(13)은 탄소 나노 튜브로 형성되는 것도 가능하다.

그리고, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치에 있어서, 상기 열화감지부(20)는, 리드선(24)을 통하여 교류 전원이 인가되는 전극(23), 상기 전극(23)에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막(22) 및 상기 전극(23), 상기 감지막(22)를 탑재하는 기판(21)을 포함하여 구성된다.

이 경우, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치의 상기 열화감지부(10)에 있어서, 상기 전극(23)은 탄소 나노 튜브로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출장치에 있어서, 상 기 전극(23)이나 감지막(22)은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 바람직하다.

우선 탄소나노튜브를 감지물질로 사용하는 상기 전기전도도 변화 센서는 엔진 챔버에 수용되는 새로운 오일에 DC 전압을 인가하여 최초 기준값의 전기전도도를 측정한 후에 상기 엔진 오일의 사용시간에 따라 엔진 오일 내부 조성의 산도가 변화되고 이에 따라 상기 탄소나노튜브에 흡착되는 이온 흡착정도가 증가하면서 저항이 증가하고 전기전도도가 감소하는 특성을 보이게 되는 것이다.

상기 탄소나노튜브를 감지물질로 사용하는 전기전도도 변화 검출 센서는 이러한 저항값의 변화를 통하여 기존에 측정한 기준값과 비교하여 엔진 오일의 열화 상태를 판단하여 엔진 오일의 교환 시기를 지시하게 된다.

또한, 탄소나노튜브를 감지전극으로 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 교환 시기를 지시하게 된다.

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

상기 오일상태 판단부(50)는 마이크로 프로세서로, 검출되는 엔진 오일의 유전율 또는 전기 전도도를 설정된 기준값과 비교하여 엔진 오일의 열화 정도를 판단하며, 비교되는 열화 정도가 설정된 기준값을 초과하는 경우 엔진 오일의 교환시기 로 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 교환시기 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.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서에 있어서, 상기 전원부의 전압장치는 전원이 인가되는 온도범위가 80℃ 이상이 되도록 하며 이때, 상기 온도 범위를 모니터링 하는 열센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환시기 검출센서 중 유전율 변화측정 센서에 있어서, 상기 구동부에서 인가되는 전원 주파수는 10KHz에서 10GHz 인 것이 바람직하다.

상기 전원부(30)의 전압장치(미도시)는 특정온도 범위에서만 전원이 인가되도록 하는데, 상기 온도 범위를 모니터링 하는 열센서(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 전압장치는 열센서에 의한 모니터링을 통하여, 80℃이상에서만 작동되도록 하며, 특히 전기용량을 측정하는 온도는 85℃가 바람직하다.

이는 전기용량값이 엔진오일 내 수분의 함량에 따라 영향이 크기 때문에 엔진오일의 온도를 80℃ 이상 올려 수분에 대한 센서 출력의 영향을 최소화해야 하기 위한 것이다.

또한 유전율 변화를 측정하는 센서인 경우 구동부(20)에 있는 오실레이터(미도시)에 의해 인가되는 전원주파수는 10kHz~10㎓ 값이 되어야 한다.

이는 기존 센서의 전기용량값이 전원주파수 50~500kHz를 벗어나면 온도에 의해 오일의 비유전율 상수값이 역전하는 것에 비해 탄소나노튜브는 주파수 전역에서 오일의 열화 정도를 측정하기에 적합하기 때문이다.

이제, 전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 자동차용 엔진 오일 교환 시기 검출 장치에 의한 검출과정을 도6을 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 동작가능하게 되어 열화감지부(10)의 동작을 드라이브하게 되면, 탄소나노튜브를 포함하는 마이크로 센서로 이루어지고 오일 쳄버내에 설치되어 있는 상기 열화감지부(10)는 먼저 새로이 주입된 엔진 오일의 유전율 또는 전기 전도도를 측정하여 초기 기준값을 설정한다(S103)

그후, 상기 열화감지부(10)는 열화에 따라 가변되는 엔진 오일의 유전율 변화 또는 전기전도도 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 변화 또는 전기전도도 변화로부터 상기 엔진 오일의 열화 정도를 판단하기 위하여 설정된 기준값과 비교하며(S104), 비교된 결과 설정된 기준값 이상인지를 판단한다(S105).

상기 S105의 판단 결과 현재 검출되는 엔진 오일의 유전율 또는 전기 전도도가 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).

상기와 같이 탄소나노튜브를 감지막으로 이용한 센서를 이용하여 엔진오일의 주행거리에 따라 측정을 실시하였다.

도 7과 도 8에서 보는바와 같이 엔진오일의 주행거리에 따라 전류와 저항의 값이 바뀌는 것을 볼 수 있었으며 상기 변화에 의하여 센서와 검출장치가 자동차 엔진오일의 열화를 측정할 수 있음을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 엔진 오일의 교환시기를 측정하여 경보하여 줌으로써 숙련된 검사자의 도움없이 누구나 쉽게 엔진 오일의 교환시기를 판단할 수 있어 편리성이 제공된다.

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

또한, 정확한 시점에서의 엔진 오일 교환으로 환경 오염을 방지할 수 있는 이점을 가진다.

Claims (19)

1. 전원이 인가되는 전극;

   상기 전극 사이에 연결되며 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막; 및

   상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 전기 전도도 변화 검출 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성된 것을 특징으로 하는 전기 전도도 변화 검출 센서.
3. 전원이 인가되는 전극;

   상기 전극에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막; 및

   상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 유전율 변화 검출 센서.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전율 변 화 검출 센서.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 전극 또는 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 유전율 변화 검출 센서.
6. 삭제
7. 삭제
8. 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 동작가능하게 되면 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 포함하는 자동차 엔진 오일 교환시기 검출 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 열화감지부의 센서는,

   전원이 인가되는 전극;

   상기 전극 사이에 연결되며 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막; 및

   상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 전기 전도도 변화 검출 센서인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출 장치.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 열화감지부의 센서는,

    전원이 인가되는 전극;

    상기 전극에 연결되며 유전율의 변화를 감지하는 탄소 나노 튜브로 형성된 감지막; 및

    상기 전극, 상기 감지막을 탑재하는 기판을 포함하는 유전율 변화 검출 센서인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전극은 탄소 나노 튜브로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 전극은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출 장치.
14. 제 8 항에 있어서,

    상기 전원부는 배터리에서 공급되는 직류 전원을 각 부하에서 요구되는 전원으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 및

    상기 DC/DC 컨버터에서 변환된 전원을 안정화시키는 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진오일 교환 시기 검출장치.
15. 제 8 항에 있어서,

    상기 표시부는 클러스터 내에 LCD 또는 LED 디스플레이 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환시기 검출장치.
16. 제 8 항에 있어서,

    상기 표시부에는 오일 교환시기에 대한 정보를 경고음 또는 음성 메시지로 출력하는 오디오용 스피커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출장치.
17. 제 8 항에 있어서,

    상기 전원부의 전압장치는 80℃ 이상의 온도 범위에서 전원이 인가되도록 하며, 상기 온도 범위를 모니터링하는 열센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환 시기 검출 장치.
18. 제 8 항에 있어서,

    상기 구동부에서 인가되는 전원 주파수는 10kHz에서 10GHz 인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진 오일 교환시기 검출 장치.
19. 삭제

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