KR101259533B1

KR101259533B1 - 엔진오일센서

Info

Publication number: KR101259533B1
Application number: KR1020060042944A
Authority: KR
Inventors: 이철섭; 최유식; 채홍일
Original assignee: 타이코에이엠피(유)
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2013-05-06
Also published as: KR20070109643A

Abstract

본 발명은 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일의 열화(산화도) 상태를 정확하게 측정하여 엔진오일의 교체시기를 정확하게 사용자에게 알려줄 수 있도록 한 엔진오일센서에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 엔진 오일의 정전 용량을 측정하기 위한 주파수를 가변하면서 산화도 프로브를 이용하여 정전용량을 측정하고, 측정한 정전용량으로부터 대표 정전용량을 산출하며, 그 산출한 대표 정전용량으로 유전율을 결정하고, 결정한 유전율을 이용하여 오일의 레벨을 판단하며, 결정한 유전율과 판단한 오일 레벨 및 엔진제어장치로부터 제공되는 속도 정보 및 운행 거리 정보를 조합하여 오일 교환 시기를 자동으로 판단함으로써, 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일의 열화 상태를 정확하게 측정할 수 있으므로, 운전자에게 엔진 오일의 교체시기를 정확하게 알려 줄 수 있어 보다 운전에 편리함을 도모해주게 된다.

산화도, 센서 프로브, 산화도 프로브, 레벨 프로브, 주파수 변경, 유전율

Description

엔진오일센서{MOTOR OIL SENSOR}

도 1은 주파수에 따른 엔진 오일의 상태 측정시 정전용량의 변화 상태를 도시한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 엔진오일센서가 오일 팬에 설치된 상태를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 엔진오일센서 프로브(Probe)의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 엔진오일센서의 구성을 보인 블록도.

도 5는 본 발명에서 차량용 엔진오일센서를 이용한 엔진오일 상태 측정과정을 보인 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100… 센서 프로브

120… 신호 접속부

130… 레벨 프로브

140… 산화도 프로브

200… 제어장치

210… 스위칭부

220… 주파수 변경부

230… 메인 제어부

본 발명은 엔진오일의 상태 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일의 열화(산화도) 상태를 정확하게 측정하여 엔진오일의 교체시기를 정확하게 사용자에게 알려줄 수 있도록 한 엔진오일센서에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일은 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 동작하는 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. 이러한 오일 점도의 감소는 엔진의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 즉, 엔진 내의 찌꺼기, 타르, 부식물 및 침전물 등은 엔진 내에 그대로 남게 되어 오일펌프, 오일 팬, 오일 순환통로 등에 침전되어 엔진의 마모뿐만 아니라 출력저하와 함께 엔진 내부 온도를 상승시켜 윤활작용을 감소시킨다. 특히, 냉각수, 휘발유 및 물 등이 오일에 섞이게 되면 엔진 가스켓에 손상을 주거나 피스톤 링이 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 깨끗한 엔진을 유지하기 위해서 엔진오일은 주기적으로 새로운 오일로 교환해 주어야 한다.

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 없다.

따라서 차량 엔진오일의 노화상태를 측정할 수 있는 장치(또는, 방법)를 개발하여 운전자가 운전석에서 최적의 엔진 오일 교환시기를 파악할 수 있도록 자동으로 예고해주는 장치가 있으면 엔진오일의 교환계획을 설정하여 효과적으로 엔진오일을 교환해줄 수 있게 될 것이다.

이를 위해서 종래에는 엔진오일의 교환 일로부터 차량의 주행거리를 계수하여 미리 지정해 놓은 주행거리가 되면 램프 또는 소리로서 오일 교환시기를 알리는 방법과 오일 팬에 설치된 팬의 회전속도를 가속도 센서와 결합하여 오일의 점도를 측정하여 적당한 시기에 운전자에게 알려주는 장치가 제안되었다. 그러나 이러한 방법도 차량의 주행상태라든지 차량 연령 등을 고려하지 않고 단순히 주행거리라든지 오일 점도만을 측정하여 엔진오일의 상태를 예고해주므로, 정확성이 떨어지는 문제점을 발생하였다.

주지한 바와 같은 엔진 오일의 상태 측정 방법 이외에 다른 방법으로는 오일 의 노화에 따라 오일의 유전상수가 증가하는 것을 DC전압으로 변환시키는 센서를 이용하여 엔진오일의 상태를 측정하는 방법도 제안되었다. 이 방법은 일정한 주파수(하나의 주파수)를 측정 대상의 한쪽에서 인가하고, 상기 측정 대상을 투과한 신호를 직류로 정류한 후 임피던스(Impedance)의 크기를 이용하여 정전 용량(Capacitance)을 계산하는 방법으로 엔진오일의 상태를 측정한다.

그러나 이러한 방법도 단일의 주파수를 측정 대상에 인가하고, 투과된 신호를 DC정류한 후 임피던스의 크기만을 측정하여 정전 용량을 계산하므로, 주파수 특성을 표현하지 못할 뿐더러 위상 각을 알지 못하여 완벽한 측정이 불가능하다는 문제점을 발생하였다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 오일의 상태에 따라 정전 용량의 역전 현상이 발생한다. 다시 말해 주파수에 따라 엔진 오일의 상태를 판단하기 위한 정전 용량이 달라지므로, 단일의 주파수를 이용한 종래의 방법으로는 정확하게 엔진 오일의 상태를 판단할 수 없는 문제점을 발생하였다.

또한, 오일 산화도 및 오일 팬 내의 오일 레벨을 측정하는 측정 프로브는 각각 독립적으로 형성되기도 하였으나, 이는 오일 센서의 구조를 복잡하게 하는 문제점을 발생하기도 하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 엔진 오일 측정방법에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일의 열화 상태를 정확하게 측정하면서도 간단한 구조로 오일의 산화도 및 레벨을 측정할 수 있는 프로브를 구비한 엔진오일센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 엔진오일의 교체시기를 정확하게 사용자에게 알려줄 수 있도록 한 엔진오일센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 정전 용량을 측정하고 이를 이용하여 유전율(ε)을 계산하여 엔진 오일의 산화도를 판단함으로써, 엔진 오일의 상태를 정확히 판단할 수 있도록 한 엔진오일센서를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "엔진오일센서"는,

오일 팬 내부에 고정되고, 엔진 오일의 산화도를 판별하기 위한 오일 상태를 측정하는 센서 프로브와 상기 센서 프로브에서 획득한 값을 분석하여 오일 상태를 판별하는 제어장치를 포함하고,

상기 센서 프로브는,

오일 센서 하우징내에 삽입되며 PCB로 이루어진 몸체와

상기 몸체의 상부에 일체로 형성되고, 검출된 오일레벨의 평균치를 산출하기 위해 일정 간격으로 오일이 통과되는 통공이 병렬로 형성된 다수개의 정전용량 검출소자를 구비한 레벨 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 프로브는 상기 몸체의 하부에 일체로 형성되어 오일의 정전 용량을 측정하는 산화도 프로브 및 상기 레벨 프로브와 상기 산화도 프로브에서 검출한 신호를 상기 제어장치로 전송하는 신호 접속부를 더 포함하고,

상기 제어장치는,

엔진오일센서의 전체 동작을 제어하되, 상기 신호 접속부에 주파수를 가변하여 제공하고, 상기 가변 주파수에 대응하여 상기 센서 프로브로부터 획득되는 정전용량을 계산하여 오일의 유전율 및 레벨을 산출하고, 그 유전율과 오일 레벨을 조합하여 상기 오일의 교환 시기를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 레벨 프로브 및 산화도 프로브는,

일정 간격을 두고 오일이 통과되는 통공이 형성되는 정전용량 검출소자가 다수개 병렬로 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 통공은 장공 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 정전용량 검출소자는,

인가되는 가변 주파수와 오일의 점도에 따라 변화하는 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어장치는,

상기 센서 프로브의 산화도 프로브와 레벨 프로브의 측정값을 선택하기 위한 스위칭부와;

상기 산화도 프로브에 인가하는 주파수를 가변시킴과 동시에 임피던스를 변환하는 주파수 변경부와;

상기 주파수 변경부에 주파수 가변을 위한 제어신호를 제공하고, 상기 획득한 정전용량으로 상기 오일의 물리적 현상인 유전율을 이용하여 산화도를 판단하고, 상기 획득한 오일 레벨 측정치와 상기 산화도를 조합하여 오일 교환시기를 판 단하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 메인 제어부는,

엔진 오일의 정전 용량을 측정하기 위한 주파수를 가변하면서 산화도 프로브를 이용하여 정전용량을 측정하는 제1단계와; 상기 측정한 정전용량으로부터 대표 정전용량을 산출하는 제2단계와; 상기 산출한 대표 정전용량으로 유전율을 결정하는 제3단계와; 상기 결정한 유전율을 이용하여 오일의 레벨을 판단하는 제4단계와; 상기 결정한 유전율과 상기 판단한 오일 레벨 및 엔진제어장치(ECU)로부터 제공받은 속도 정보를 조합하여 오일 교환 시기를 판별하는 제5단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 제어부는,

상기 오일 교환 시기 판별시 엔진 오일 교환 후 초기에 측정한 유전율과 기울기에 따라 오일 교환 시기 판단을 위한 기준 값을 보정 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 엔진오일센서가 오일 팬에 설치된 상태를 보인 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 엔진오일센서의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 엔진오일센서의 구성을 보인 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진오일센서는 오일 팬(10)의 내부에 고정 삽입되어 지며, 오일(20)이 흐르는 통공(30)이 형성된 센서 하우징(40)내에 삽입된다.

엔진오일센서는, 엔진 오일의 산화도와 레벨을 판별하기 위한 센서 프로브(100)와, 상기 센서 프로브(100)에서 획득한 값을 분석하여 오일 상태를 판별하는 제어장치(200)로 이루어진다.

센서 프로브(100)는, 오일이 들어있는 오일 팬(10)에 고정 삽입되는 센서 하우징(40)내에 삽입되어 지는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 상부에는 센서 프로브(100)에서 검출한 신호를 상기 제어장치(200)로 전송하는 신호 접속부(120)가 형성되고, 중간에는 오일의 레벨을 측정하는 레벨 프로브(130)가 형성되며, 하부에는 정전 용량을 측정하는 산화도 프로브(140)가 일체로 형성된다.

여기서 레벨 프로브(130)는, 일정 간격을 두고 오일이 통과되는 통공(132)이 형성되는 정전용량 검출소자(131a)가 다수 개(131b, 131c, 131d, 131e, 131f) 병렬로 구비되며, 상기 통공은 장공 형상으로 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 산화도 프로브(140)는, 인가되는 가변 주파수와 오일의 점도에 따라 변화하는 정전용량을 검출하는 정전용량 검출소자(141)가 구비되며, 그 형상은 레벨 프로브(130)와 동일하다. 여기서 산화도 프로브(140)는 엔진 오일의 높이에 관계없이 항상 오일 내에 위치할 수 있도록 엔진오일센서가 오일 팬(10)에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 제어장치(200)는, 상기 센서 프로브(100)의 산화도 프로브(140)와 레 벨 프로브(130)의 측정값을 선택하기 위한 스위칭부(210)와; 상기 산화도 프로브(140)에 인가하는 주파수를 가변시킴과 동시에 임피던스를 변환하는 주파수 변경부(220)와; 상기 주파수 변경부(220)에 주파수 가변을 위한 제어신호를 제공하고, 상기 획득한 정전용량으로 상기 오일의 물리적 현상인 유전율을 이용하여 산화도 및 오일 레벨을 판단하고, 상기 판단한 오일 레벨과 상기 산화도를 조합하여 오일 교환시기를 판단하는 메인 제어부(230)를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서 메인 제어부(230)는 엔진오일센서의 전체 동작을 제어하기 위한 프로그램이 내장되고, 엔진 오일 상태 측정시 발생하는 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리가 부가되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량용 엔진오일센서는, 엔진오일의 상태 측정이 시작되면, 메인 제어부(230)는 스위칭부(210)를 컨트롤하여 센서 프로브(100)의 신호 접속부(120)를 통해 산화도 프로브(140)와 연결을 하고, 주파수 변경부(220)를 제어하여 기본 주파수부터 일정 주파수까지 일정 주기로 주파수를 가변하여 산화도 프로브(140)에 인가하도록 한다.

예를 들어, 초기에는 기본 주파수가 산화도 프로브(140)에 제공되고, 산화도 프로브(140)는 그 인가되는 기본 주파수를 통상의 오일 센서를 이루는 두 극 판 사이의 일 측 전극에 인가한다. 그런 후 대향 측의 전극을 투과한 신호를 정전용량 측정값으로 주파수 변경부(220)에 전달한다. 다음 주기에서 주파수 변경부(220)에 의해 기본 주파수와는 다른 주파수가 산화도 프로브(140)에 제공되고, 전술한 바와 같은 동작을 통해 획득되는 정전용량 측정값이 상기 주파수 변경부(220)에 전달된 다. 즉, 가변 주파수(f1, f2, f3, ...., fn)에 대응하여 정전용량 측정값(c1, c2, c3, ...., cn)을 획득하게 된다.

여기서 주파수 변경부(220)에서 제공되는 주파수는 미리 실험을 통해서 오일의 열화 상태를 판단하기에 유효 적절한 최적의 주파수이며, 그 개수는 많으면 많을수록 정확성이 향상되는 장점이 있으나, 주파수를 많이 가변시키면 정전 용량의 획득시간과 누적 시간 및 유전율 산출 시간이 상대적으로 많이 소요되는 단점이 있다. 따라서 실험을 통해 그 개수를 정하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0 ~ 100KHz의 주파수를 사용하는 것으로 한다.

한편, 주파수 변경부(220)에서 출력되는 하나의 주파수에 대한 정전용량 측정 신호가 발생하고, 이를 주파수 변경부(220)에서 주지의 임피던스 컨버터를 이용하여 임피던스 크기를 산출하게 된다. 여기서 임피던스(Zc)를 알게 되면 공지의 극좌표 이론이나 직각좌표이론에 의해서 정전용량(C) 값을 측정할 수 있게 된다.

통상, 오일의 산화도(열화)를 측정하기 위해서는 오일의 물리적 현상인 유전율을 측정하여야 하나, 이것을 바로 측정하는 것은 현실상 많은 비용과 복잡한 시스템이 요구되어 비효율적이다.

따라서 본 발명에서는 측정이 용이한 정전용량을 측정하여 유전율인 ε를 수학적으로 계산하여 오일의 산화도를 판단하게 된다.

즉, 메인 제어부(230)는 주지한 바와 같이 주파수를 가변하면서 획득하는 정전용량(c1, c2, c3, ...., cn)을 내부 메모리에 저장하고, 일정 주기 단위(예를 들어, 가변 주파수를 0 ~ 100KHz로 변환한 경우)로 그 누적한 정전용량 값을 이용하 여 대표 정전용량을 산출하게 된다. 여기서 누적된 정전용량으로부터 특정의 대표 정전용량을 산출하는 방법은, 누적된 정전용량을 산술평균을 이용하여 대표 정전용량을 추출하는 방법이 있으며, 다른 방법으로는 누적된 정전용량 중 최고와 최저를 제외한 나머지 정전용량만을 산술평균하여 대표 정전용량을 산출하는 방법이 있다. 대표 정전용량을 산출하는 이유는 주파수 특성에 따라, 오일의 특성에 따라 획득되는 정전용량에 약간의 차이가 있다. 그 차이가 오차 범위 이내에 존재할 경우에는 어떠한 정전용량을 사용해도 별반 문제가 없으나 도 1에 도시한 바와 같이, 주파수에 따라 정전용량에 상당한 오차가 발생함을 알 수 있다. 따라서 이러한 오차를 최소화하기 위해서 본 발명에서는 주파수를 가변하고, 복수 개의 정전용량(1 사이클의 정전용량)을 누적시킨 후 산술평균이나 기타 다른 방법에 의해서 대표 정전용량을 산출하게 되는 것이다.

1 사이클에 대한 대표 정전용량의 산출이 완료되면, 메인 제어부(230)는 정전용량(C)을 수학식으로 표현하면 아래의 [수학식1]과 같이 표현할 수 있으므로, 상기 산출한 대표 정전용량을 상기 [수학식1]에 대입하여 유전율인 ε를 수학적으로 계산하게 된다.

C = (ε×ε0 ×D)/S

여기서 D는 두 전극 판 사이의 거리를 나타내고, S는 두 전극 판간의 면적을 나타낸다.

유전율인 ε을 계산하게 되면, 메인 제어부(230)는 스위칭부(210)를 컨트롤 하여 레벨 프로브(130)와 연결을 하게 되고, 연결이 이루어지면 레벨 프로브(130)는 병렬로 연결된 다수개의 정전용량 검출소자(131a ~ 131f)로 오일의 정전용량을 측정하여 상기 메인 제어부(230)에 제공한다.

그러면 메인 제어부(230)는 레벨 프로브(130)에서 획득한 정전용량과 상기 계산한 유전율 ε과 미리 알고 있는 두 전극 판 간의 거리(D)를 상기 [수학식1]에 적용하여 면적(S)을 산출하게 된다. 이렇게 산출한 면적을 이용하여 레벨 프로브(30)에서의 오일 레벨(높이)을 수학적으로 계산하게 된다. 여기서 오일 레벨은 하나의 가변 주파수(예를 들어, f1) 당 정전용량 검출소자의 개수만큼 계산된다. 따라서 이것을 평균하여 하나의 가변 주파수에 대한 평균치 오일 레벨을 획득하며, 각 가변 주파수에 대해서 각각 획득한 평균치를 다시 산술평균함으로써 최종적으로 1 사이클에 대한 오일 레벨을 정확하게 산출할 수 있게 된다.

여기서 다수 개의 정전용량 검출소자(131a ~ 131f)에서 각각 검출한 오일 레벨들의 평균치를 취함으로써, 차량이 수평상태를 유지하지 않은 상태에서도 정확하게 오일레벨을 판별하게 된다.

다음으로, 메인 제어부(230)는 상기 결정한 유전율과 오일레벨 그리고 부가적으로 엔진제어장치(ECU)로부터 획득한 속도 정보, 운행 거리 정보 등을 조합하여 엔진 오일의 교환시기를 판별하게 된다. 즉, 획득한 유전율과 엔진 오일 교환 시기를 사용자에게 알려주기 위해서 실험에 의해 미리 결정된 유전율을 비교하여 그 대소 여부에 따라 오일 교환 시기를 판단하고, 아울러 측정한 오일 레벨과 오일 교환 시기를 사용자에게 알려주기 위해서 실험에 의해 미리 결정된 오일 레벨을 비교하 여 그 대소 여부에 따라 오일 교환 시기를 판단하게 된다.

여기서 기준이 되는 미리 결정된 유전율은 오일의 특성에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서는 검출되는 오일의 유전율에 따라 기준이 되는 유전율의 보정을 수행하게 된다. 즉, 엔진 오일 교환 후 초기에 검출되는 유전율과 미리 결정된 기준 유전율을 바로 비교하는 것이 아니고, 초기에 검출되는 유전율과 유전율 기울기를 함께 검출한 후, 각 엔진 오일에 따라 미리 결정된 유전율 및 기울기를 대비하여 동일한 유전율 및 기울기를 보인 값을 현재 엔진 오일의 유전율 기준 값으로 설정하는 방법으로 보정을 하게 된다. 이것은 각 엔진 오일별로 유전율은 동일하나 엔진 오일의 특성에 따라 유전율 기울기가 달라질 수 있으므로, 정확히 교환된 엔진 오일을 숙지한 상태에서 유전율 기준 값을 설정하여 최적으로 엔진 오일의 교환시기를 판별하기 위함이다.

한편, 속도에 따라 유전율도 변화하는 특성이 있으므로, 속도 정보를 오일 교환 시기 판별시 적용하여 더욱 정확하게 엔진 오일의 교환시기를 판별하게 된다. 또한, 엔진 오일 교환 시기 판단시 해당 엔진오일의 운행 거리 정보를 이용하게 되면 오일 팬에 구멍이 발생하여 오일누수가 발생하는지도 판별이 가능하다. 예를 들어, 엔진오일의 운행거리가 통상적으로 5000km라고 가정한 경우, 엔진오일 레벨이 기준 엔진 오일 레벨 이하로 떨어진 상태에서 운행거리가 1000km라고 판단되면, 이 경우에는 오일 팬에 문제가 발생하여 엔진 오일이 누수되는 상태이므로, 제어장치(200)에 별도로 표시 장치만을 부가하면 간단하게 오일 팬의 이상 여부도 운전자에게 알려줄 수 있게 된다.

여기서 제어장치(230)에 엔진오일 교환시기를 표시해줄 수 있는 표시부라든지 경고장치를 연결하면, 오일을 교환해야한다고 판단이 되는 경우 메인 제어부(230)는 표시부 및 경고부를 통해 오일 교환 시기를 경고토록 한다. 이로써 운전자는 용이하게 엔진 오일 교환시기를 알 수 있으므로, 더욱 편리하면서도 안전하게 차량을 관리할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 "엔진오일센서의 엔진오일 상태 측정과정"을 보인 흐름도로서, 여기서 S는 단계(Step)를 나타낸다.

이에 도시된 바와 같이, 엔진 오일의 정전 용량을 측정하기 위한 주파수를 가변하면서 산화도 프로브를 이용하여 정전용량을 측정하는 제1단계(S101)와; 상기 측정한 정전용량으로부터 대표 정전용량을 산출하는 제2단계(S103)와; 상기 산출한 대표 정전용량으로 유전율을 결정하는 제3단계(S105)와; 상기 결정한 유전율을 이용하여 오일의 레벨을 측정하는 제4단계(S107)와; 상기 결정한 유전율과 상기 측정한 오일 레벨 및 엔진제어장치로부터 제공되는 속도 및 운행 거리 정보를 조합하여 오일 교환 시기를 판단하는 제5단계(S109)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 차량용 엔진오일센서의 엔진오일 상태 측정과정은, 단계 S101에서 메인 제어부(230)는 스위칭부(210)를 컨트롤하여 산화도 프로브(140)와 연결을 하고, 주파수 변경부(220)를 제어하여 기본 주파수부터 일정 주파수까지 일정 주기로 주파수를 가변하도록 한다. 여기서 주파수 변경부(220)에서 제공되는 주파수는 미리 실험을 통해서 오일의 열화 상태를 판단하기에 유효 적절한 최적의 주파수이며, 그 개수는 많으면 많을수록 정확성이 향상되는 장점이 있으나, 주파수 를 많이 가변시키면 정전 용량의 획득시간과 누적 시간 및 비 유전율 산출 시간이 상대적으로 많이 소요되는 단점이 있다. 따라서 실험을 통해 그 개수를 정하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 0 ~ 100KHz의 주파수를 사용하는 것으로 한다.

다음으로, 단계 S103에서 메인 제어부(230)는 주지한 바와 같이 주파수를 가변하면서 획득하는 정전용량을 내부 메모리에 저장하고, 일정 주기(1 사이클) 단위로(예를 들어, 가변 주파수를 0 ~ 100KHz로 변경한 경우) 그 누적한 정전용량 값을 이용하여 대표 정전용량을 산출하게 된다. 여기서 누적된 정전용량으로부터 특정의 대표 정전용량을 산출하는 방법은, 누적된 정전용량을 산술평균을 이용하여 대표 정전용량을 추출하는 방법이 있으며, 다른 방법으로는 누적된 정전용량 중 최고와 최저를 제외한 나머지 정전용량만을 산술평균하여 대표 정전용량을 산출하는 방법이 있다. 대표 정전용량을 산출하는 이유는 주파수 특성에 따라, 오일의 특성에 따라 획득되는 정전용량에 약간의 차이가 있다. 그 차이가 오차 범위 이내에 존재할 경우에는 어떠한 정전용량을 사용해도 별반 문제가 없으나 도 1에 도시한 바와 같이, 주파수에 따라 정전용량에 상당한 오차가 발생함을 알 수 있다. 따라서 이러한 오차를 최소화하기 위해서 본 발명에서는 주파수를 가변하고, 복수 개의 정전용량을 누적시킨 후 산술평균이나 기타 다른 방법에 의해서 대표 정전용량을 산출하게 되는 것이다.

1 사이클에 대한 대표 정전용량의 산출이 완료되면, 단계 S105에서 메인 제어부(230)는 상기 산출한 대표 정전용량을 주지한 [수학식1]에 대입하여 유전율인 ε를 수학적으로 계산하게 된다.

다음으로, 단계 S107에서 메인 제어부(230)는 스위칭부(210)를 컨트롤하여 레벨 프로브와 연결을 하게 되고, 연결이 이루어지면 레벨 프로브는 정전용량 검출소자를 이용하여 오일 레벨 판단을 위한 정전용량을 검출하여 상기 메인 제어부(230)에 제공한다.

메인 제어부(230)는 레벨 프로브에서 획득한 정전용량과 상기 계산한 유전율 ε과 미리 알고 있는 두 전극 판 간의 거리(D)를 상기 [수학식1]에 적용하여 면적(S)을 산출하게 된다. 이렇게 산출한 면적을 이용하여 오일 레벨(높이)을 수학적으로 계산하게 된다. 여기서 오일 레벨은 하나의 가변 주파수(예를 들어, f1) 당 정전용량 검출소자의 개수만큼 계산된다. 따라서 이것을 평균하여 하나의 가변 주파수에 대한 평균치 오일 레벨을 획득하며, 각 가변 주파수에 대해서 각각 획득한 평균치를 다시 산술평균함으로써 최종적으로 1 사이클에 대한 오일 레벨을 정확하게 산출할 수 있게 된다.

다음으로, 단계 S109에서 메인 제어부(230)는 측정한 유전율과 오일 레벨 및 엔진제어장치(ECU)로부터 제공되는 속도 정보 및 운행 거리 정보를 적절히 조합하여 오일의 교환 시기를 자동으로 판단하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 차량용 엔진에 사용되는 엔진오일의 열화 상태를 정확하게 측정할 수 있으므로, 운전자에게 엔진 오일의 교체시기를 정확하게 알려 줄 수 있어 최적의 차량 상태의 유지가 가능토록 도모해줌은 물론 보다 운전에 편리함을 도모해주는 효과가 있다.

Claims

오일 팬 내부에 고정되고, 엔진 오일의 산화도를 판별하기 위한 오일 상태를 측정하는 센서 프로브,

상기 센서 프로브에서 획득한 값을 분석하여 오일 상태를 판별하는 제어장치를 포함하고,

상기 센서 프로브는,

오일 센서 하우징내에 삽입되며 PCB로 이루어진 몸체와,

상기 몸체의 상부에 일체로 형성되고, 검출된 오일레벨의 평균치를 산출하기 위해 일정 간격으로 오일이 통과되는 통공이 병렬로 형성된 다수개의 정전용량 검출소자를 구비한 레벨 프로브를 포함하고,

상기 제어장치는 엔진 오일의 정전 용량을 측정하기 위한 주파수를 가변하면서 산화도 프로브를 이용하여 정전용량을 측정하고, 측정한 정전용량으로부터 대표 정전용량을 산출하고, 산출한 대표 정전용량으로 유전율을 결정하고, 결정한 유전율을 이용하여 오일의 레벨을 측정하고, 결정한 유전율과 측정한 오일 레벨 및 엔진제어장치(ECU)로부터 제공받은 속도 정보를 조합하여 오일 교환 시기를 판별하는 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
제1항에 있어서,

상기 센서 프로브는,

상기 몸체의 하부에 일체로 형성되어 오일의 정전 용량을 측정하는 산화도 프로브 및

상기 레벨 프로브와 상기 산화도 프로브에서 검출한 신호를 상기 제어장치로 전송하는 신호 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
제2항에 있어서, 상기 통공은 장공 형상인 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
제1항에 있어서, 상기 산화도 프로브는,

일정 간격을 두고 오일이 통과되는 통공이 형성되는 정전용량 검출소자를 다수 개 병렬로 각각 구비한 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 정전용량 검출소자는,

인가되는 가변 주파수와 오일의 점도에 따라 변화하는 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
제2항에 있어서, 상기 제어장치는,

상기 센서 프로브의 산화도 프로브와 레벨 프로브의 측정값을 선택하기 위한 스위칭부와;

상기 산화도 프로브에 인가하는 주파수를 가변시킴과 동시에 임피던스를 변환하는 주파수 변경부와;

상기 주파수 변경부에 주파수 가변을 위한 제어신호를 제공하고, 획득한 정전용량으로 상기 오일의 물리적 현상인 유전율을 이용하여 산화도를 판단하고, 획득한 오일 레벨 측정치와 상기 산화도를 조합하여 오일 교환시기를 판단하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.
삭제
제6항에 있어서, 상기 메인 제어부는,

상기 오일 교환 시기 판별시 엔진 오일 교환 후 초기에 측정한 유전율과 기울기에 따라 오일 교환 시기 판단을 위한 기준 값을 보정 하는 것을 특징으로 하는 엔진오일센서.