KR101730679B1 - 윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 그의 측정 장치 - Google Patents

윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 그의 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량을 구하고, 상기 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하는 방법으로서, 상기 2 이상의 주파수 중 하나의 주파수(H1)을 1 내지 100Hz의 범위, 다른 하나의 주파수(H2)를 (H1) 초과 10,000Hz 이하의 범위로 함으로써, 간편하고 정확하게 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정할 수 있음과 동시에, 그 열화·변질 기구를 예측할 수 있는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 측정 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Description

윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 그의 측정 장치{MEASUREMENT METHOD OF DEGRADATION/ALTERATION DEGREE OF LUBRICANT OIL AND MEASUREMENT DEVICE THEREOF}
본 발명은 윤활유의 열화·변질도 측정 방법 등에 관한 것이며, 상세하게는 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정함과 함께 열화·변질 기구를 예측할 수 있는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 그의 측정 장치에 관한 것이다.
윤활유의 열화·변질도는 그것을 사용하는 기계·장치 등의 성능이나 내구성, 나아가 에너지 절약 성능 등에 큰 영향을 준다. 또한, 윤활유의 열화·변질의 진행 속도는 윤활유가 사용되는 조건에 따라 현저하게 상이하다. 따라서, 윤활유의 열화·변질 상태는 간편하고 정확하게 측정 가능할 필요가 있다.
종래, 엔진 오일 등의 윤활유의 열화·변질도의 측정은, 윤활유의 사용 시간을 표준으로 하는 방법이나, 윤활유의 성상(예를 들어, 동점도, 불용해분, 산가, 염기가 등)을 측정하고, 그 결과로부터 판단하는 방법 등이 행해지고 있었다. 그러나, 이러한 방법은 윤활유의 열화·변질도를 간편하고 정확하게 측정할 수 있는 것이 아니었다.
상기 문제에 대하여, 예를 들어 특허문헌 1에는, 오일 팬 중에 저항 센서를 설치하여, 엔진 오일의 전기 저항의 변화에 따라 윤활유의 수명을 측정하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 오일 팬 중에 pH 센서를 설치하여, 오일의 산성, 염기성도의 변화에 수반하는 pH의 변화로부터 윤활유의 수명을 측정하는 방법도 다수 개시되어 있다.
이러한 방법은, 윤활유에 있어서의 전기 저항의 변화나 pH의 변화를 항상 확인할 수 있고, 전기 저항이나 pH의 변화율이 소정의 값이나 상황에 도달한 시점에서 수명이라고 판단할 수 있다는 점에서 간편한 방법이다.
그러나, 상기 전기 저항은, 윤활유의 열화·변질에 따라 발생하는 극성 물질이 아닌 수트(카본)의 혼입에 따라서도 변동되기 때문에, 윤활유의 열화·변질도를 정확하게 측정할 수 없는 경우가 있다. 또한, 상기 pH는 열화·변질의 정도를 표현하고 있다고 하여도, 이에 따라 윤활유가 열화·변질된 원인(열화·변질 기구)을 판단하는 단서를 얻을 수 없다. 따라서 윤활유의 열화·변질을 관리하는 데에는 문제가 있었다.
최근, 윤활유의 임피던스를 측정함으로써 윤활유의 열화도를 측정하고, 또한 수트 혼입에 의한 영향에 대해서도 구명하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 비특허문헌 1에서는, 주파수 20Hz 내지 600kHz의 넓은 영역에서의 윤활유의 임피던스를 측정하고, 수트나 디젤의 혼입에 의한 임피던스의 변화를, 레지스턴스(저항 성분)와 리액턴스(용량 성분)로 나누어 검토하였다. 그러나, 이 검토 결과로부터는, 수트나 디젤의 농도와 임피던스와의 관계는, 명확하게는 해명되어 있지 않다.
또한, 특허문헌 2에는, 오일의 복소 임피던스를 측정하고, 그 역수의 실부를 저항 성분으로 간주하여 도전율을 구하고, 복소 임피던스의 역수의 허부를 용량 성분으로 간주하여 유전율을 구하여, 도전율과 유전율로부터 오일의 열화·변질을 검출하는 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 유전율의 측정값으로부터 열화·변질도를 정확하게 측정하고, 또한 윤활유 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 해석하기는 곤란하다.
또한, 비특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되어 있는 임피던스를 측정하는 장치는, 측정 회로가 복잡해지고, 매우 고가의 장치가 된다고 하는 문제도 있다.
일본 특허 공개 평10-78402호 공보 일본 특허 공개 제2009-2693호 공보
Sensors and Actuators, B127(2007), 613-818
본 발명은 이러한 상황 하에서, 간편하고 정확하게 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정할 수 있음과 동시에, 그 열화·변질 기구(機構)를 예측할 수 있는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법 및 그의 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 윤활유가 특정한 저주파수 영역에서의 유전율 및 정전 용량이, 윤활유의 열화·변질에 의해 발생하는 극성 물질의 양에 따라서 변화한다는 것, 및 윤활유의 주파수에 대한 유전율 또는 정전 용량의 변화의 상황이 윤활유의 열화·변질 기구(열화·변질 원인)에 관련된 정보를 부여하고 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지식에 기초하여 완성한 것이다.
즉, 본 발명은,
[1] 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량을 구하고, 상기 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법으로서, 상기 2 이상의 주파수 중 하나의 주파수(H1)가 1 내지 100Hz의 범위이며, 다른 하나의 주파수(H2)가 (H1) 초과 10,000Hz 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법,
[2] 주파수(H1)가 5 내지 80Hz의 범위이며, 주파수(H2)가 (H1)을 초과 1,000Hz 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 방법,
[3] 상기 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1) 또는 정전 용량(C1)과 주파수(H2)에 있어서의 유전율(ε2) 또는 정전 용량(C2)을 구하고, (ε1) 또는 (C1), 또는(ε2) 또는 (C2)의 값이 설정값에 도달한 경우를 윤활유가 열화·변질되었다고 판단하고, 상기 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율 [(ε1-ε2)/(H2-H1)] 또는 정전 용량의 변화의 비율 [(C1-C2)/(H2-H1)]에 기초하여 윤활유의 열화·변질 기구를 예측하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 방법,
[4] 한 쌍의 전극, 상기 전극간에 100Hz 이하의 영역까지 주파수를 제어하여 교류 전압을 인가하는 교류 전원, 및 상기 한 쌍의 전극간의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로를 갖는 정전 용량 측정부를 구비하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치,
[5] 상기 정전 용량 측정 회로에서 얻어진 정전 용량에 기초하여 유전율을 산출하는 유전율 산출 회로를 갖는 유전율 측정부를 더 구비하는 상기 [4]에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 장치,
[6] 상기 한 쌍의 전극이 빗형 전극인 상기 [4] 또는 [5]에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 장치, 및
[7] 상기 [4] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 기계·장치에 있어서의 윤활유 감시 시스템
을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 간편하고 정확하게 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정할 수 있음과 동시에, 그 열화·변질 기구를 예측할 수 있는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에서 사용한 윤활유의 용량 성분(정전 용량)과 주파수의 관계를 도시하는 도면(그래프)이다.
도 2는 비교예에서 사용한 윤활유의 저항 성분과 주파수의 관계를 도시하는 도면(그래프)이다.
도 3은 본 발명의 윤활유의 열화·변질도 측정 장치(정전 용량 측정부 및 유전율 산출부)의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 윤활유의 열화·변질도 측정 장치(정전 용량 측정부 및 유전율 산출부)의 다른 일례를 나타내는 개념도이다.
본 발명은, 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 윤활유의 유전율 또는 정전 용량을 측정하고, 상기 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법이다.
본 발명에 있어서의 「윤활유의 열화·변질 상태의 판단」이란, 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정함과 동시에, 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 추정하는 것을 말한다. 이 양자에 의해, 사용되고 있는 윤활유의 수명을 정확하게 예측할 수 있어, 적절한 윤활유 관리를 행할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하는 수단으로서, 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 윤활유의 유전율 또는 정전 용량을 측정한다.
또한, 상기에 있어서의 「2 이상」에는, 「2」인 경우 및 「3 이상인 경우」가 포함되고, 그 측정수의 상한은 특별히 제한은 없다. 즉, 주파수 H1, H2·… Hn에 있어서의 정전 용량 C1, C2… Cn을 측정하고, 그것에 기초하여 유전율 ε1, ε2… εn을 구한다.
이와 같이 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 윤활유의 유전율 또는 정전 용량을 측정하면, 주파수의 변화에 대한 유전율 또는 정전 용량의 변화의 비율을 측정할 수 있고, 후술하는 바와 같이, 윤활유의 열화·변질 상태를 예측할 수 있다. 또한, 3 이상의 다른 주파수에서 측정하면, 주파수에 대한 유전율 또는 정전 용량의 변화를 보다 넓고 정확하게 파악할 수 있다.
상기 2 이상의 다른 주파수 H1, H2·… Hn 중 적어도 하나의 주파수(통상 가장 낮은 주파수)(H1)가, 1 내지 100Hz의 범위인 것이 필요하다. 이 주파수(H1)가 100Hz를 초과하면, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성되는 극성 물질의 농도에 따라서 변화하는 유전율 또는 정전 용량의 변화가 충분하지 않은 경우가 있기 때문에, 윤활유간의 열화·변질 상태를 정확하게 구별해서 판단할 수 없다. 따라서 주파수(H1)는, 80Hz 이하인 것이 바람직하고, 60Hz 이하인 것이 보다 바람직하다.
이에 대해, 주파수(H1)가 1Hz 미만이 되면, 측정하는 유전율이나 정전 용량의 값이 안정되지 않아, 측정에 상당한 시간을 필요로 하는데다가, 노이즈도 많기 때문에 재현성이 있는 측정값이 얻어지지 않는다. 따라서, 주파수(H1)는, 5Hz 이상인 것이 바람직하고, 10Hz 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기로부터 2 이상의 다른 주파수 중 적어도 1개의 주파수(H1)는, 5 내지 80Hz의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 60Hz의 범위인 것이 보다 바람직하다.
한편, (H1) 이외의 다른 주파수(H2)는, 상기 (H1)보다 주파수가 크고, 10,000Hz 이하의 범위인 것이 필요하다. 주파수가 10,000Hz를 초과하면 윤활유의 열화·변질에 의해 생성되는 극성 물질의 농도에 따라서 변화하는 유전율 또는 정전 용량의 변화가 충분하지 않은 경우가 있기 때문에, 윤활유간의 열화·변질 상태를 정확하게 구별하여 판단할 수 없다. 따라서, (H2)의 주파수는 주파수가 10,000Hz 미만인 것이 바람직하고, 1,000Hz 이하인 것이 보다 바람직하고, 500Hz 이하인 것이 더욱 바람직하고, 200Hz 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 3 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 등을 측정하는 경우의 주파수 (H3)…(Hn)의 범위는, (H2) 초과 10,000Hz 이하, 바람직하게는 1,000Hz 이하의 범위에서 선택하면 된다.
본 발명에 있어서는, 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단한다.
예를 들어, 2 이상 주파수의 그 중 2개의 주파수에 착안하여 이하와 같이 판단할 수 있다. 즉 주파수가 1 내지 100Hz 범위의 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1) 또는 정전 용량(C1)과, 10,000Hz 이하의 영역에서, 상기 주파수(H1)보다 큰 주파수(H2)에 있어서의 유전율(ε2) 또는 정전 용량(C2)을 구하고, (ε1) 또는 (C1), 또는 (ε2) 또는 (C2)의 값, 및 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율 [(ε1-ε2)/(H2-H1)] 또는 정전 용량의 변화의 비율 [(C1-C2)/(H2-H1)]에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단한다.
상기한 바와 같이, 열화·변질 상태의 판단이란, 열화·변질의 정도를 판단하고, 또한 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측하는 것인데, 열화·변질 정도의 판단은, 통상 (ε1) 또는 (C1)의 값에 의해 행하는 것이 바람직하다. 통상, 측정한 주파수 중에서 가장 작은 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량이 가장 큰 값을 나타내고, 유전율 또는 정전 용량의 경시 변화를 정확하게 인식할 수 있기 때문이다. 그러나, 경우에 따라서는 (ε2)나 (Y2)이어도 좋고, (ε2)…(εn)이나 (C3)…(Cn)이어도 좋다.
그리고 열화·변질의 정도는, (ε1)나 (C1)의 유전율, 정전 용량의 값이 클수록 윤활유의 열화·변질이 진행하고 있다고 판단한다. 유전율 또는 정전 용량의 값은, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성 및 혼입된 극성 물질(주로 산화·열 열화하여 생성된 극성 물질 및 윤활유 중에 혼입된 극성 물질)의 양에 대응해서 변화하기 때문이다.
상기 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1) 또는 정전 용량(Y1)의 값으로부터 얻어진 윤활유의 열화·변질도(열화·변질의 정도)에 기초하여, 윤활유의 수명을 예측하는 방법으로서는, 예를 들어, (ε1)나 (Y1)의 값이 미리 규격 엔진 시험 전후 오일에서의 측정과 같은 예비 실험에서 정한 설정값에 도달한 시점에서 열화·변질되었다고 추정하고, 또한 사용되는 윤활유의 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1) 또는 정전 용량(Y1)의 경시 변화를 외삽하여 상기 설정값까지의 기간을 잔존 수명으로 하여 추정하여도 좋다.
이어서, 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측하는 방법에 대해서 설명한다.
2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측하는 방법으로서는, 주파수에 대한 유전율 또는 정전 용량의 변화의 비율(크기)에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하는 방법을 들 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율 [(ε1-ε2)/(H2-H1)] 또는 정전 용량의 변화의 비율 [(C1-C2)/(H2-H1)]에 착안한다.
[(ε1-ε2)/(H2-H1)]나 [(C1-C2)/(H2-H1)]이 통상보다 상당히 큰(통상에 비해 200% 초과하는) 경우에는, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성되는 극성 물질에는 산화 열화하여 생성된 것 이외에 다른 요인에 의해 발생한 극성 물질이 혼입되었다고 추측된다(열화·변질 상태 I). 이러한 열화·변질 기구는, 가솔린 엔진에 사용되는 가솔린 엔진 오일에서 발견되었다는 것이 확인되어 있다.
이에 대해, [(ε1-ε2)/(H2-H1)]나 [(C1-C2)/(H2-H1)]이 통상보다 그다지 크지 않지만(통상보다 200% 이내), 윤활유의 점도 상승이나 색상의 악화가 인정되는 경우에는, 윤활유의 열화·변질에 의한 극성 물질에는 산화 열화하여 생성된 것 이외에 다른 비극성 물질 또는 약극성 물질이 혼입된 것이 예측된다(열화·변질 상태 II). 이러한 열화·변질 기구에 의한 열화·변질은, 디젤 엔진에 사용되는 디젤 엔진 오일에 수트가 혼입된 경우에 확인된다. 이러한 경우에는, 엔진 내의 연소 상태의 조정이나 수트의 포착 장치의 개선 등을 포함해서 대책을 강구할 필요가 있다는 것을 나타내고 있다.
또한, 주파수에 대한 유전율 또는 정전 용량의 변화의 비율이 큰지 여부의 판단 기준은, 상이한 종류의 규격 엔진 시험의 전후 오일로부터의 계산가을 비교하는 등의, 예비 실험을 행하여 설정하면 된다. 또한, 이러한 경우에는, 측정 장치중에 점도계나 색상계를 구비해 두는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여, 윤활유의 열화·변질 기구를 판단할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 상기 윤활유의 열화·변질 기구를 판단하기 위해서 상기 유전율 또는 정전 용량 이외의 특성을 측정하고, 그러한 특성을 가미하여 열화·변질 기구를 판단하여도 좋다.
이어서, 본 발명의 유전율 또는 정전 용량을 측정하기에 적합한 측정 장치에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 윤활유의 열화·변질도 측정 방법에 사용되는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치의 일례를 나타내는 개념도이다.
이 윤활유의 열화·변질도 측정 장치는, 한 쌍의 전극(1), 상기 한 쌍의 전극간에 주파수를 100Hz 이하의 영역까지 제어할 수 있는 교류 전압을 인가하는 교류 전원(2a) 및 당해 전극간의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로(2b)를 갖는 정전 용량 측정부(2)를 구비하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치이며, 이 측정 장치는, 또한 상기 정전 용량 측정부(2)에서 얻어진 정전 용량에 기초하여 유전율을 산출하는 유전율 산출 회로(3a)를 갖는 유전율 산출부(3)를 구비하고 있어도 좋다.
상기 교류 전원(2a)은, 10Hz 이하의 영역까지 제어할 수 있는 것이 바람직하고, 1Hz까지 제어할 수 있는 것이 보다 바람직하다.
윤활유의 정전 용량의 측정 방법이나 유전율의 산출 방법으로서는, 우선 한 쌍의 전극(1)을 윤활유에 침지하고, 정전 용량 측정부(2)의 교류 전원(2a)에 의해 목적으로 하는 주파수 H1의 교류 전압을 전극간에 인가하고, 정전 용량 측정 회로(2b)에서 전극간의 정전 용량 C1을 측정한다. 계속해서 필요에 따라 유전율 산출 회로(3a)에서 정전 용량 C1을 유전율 ε1로 변환한다. 마찬가지로 하여 다른 주파수 H2에 있어서의 정전 용량 C2를 측정하고, 마찬가지로 유전율 ε2를 산출한다. 또한, 유전율 ε과 정전 용량 C는, 하기 (I)식의 관계에 있다.
ε=C ×d/s …·(I)
(식 중 d는 한 쌍의 전극간의 거리, s는 전극의 표면적을 나타낸다.)
또한, 상기 정전 용량의 측정에 있어서의 측정 전압은, 0.1 내지 10Vp -p의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 3에 있어서의 한 쌍의 전극(1)으로서는, 빗형 전극이 바람직하고, 특히 빗형 미소 전극이 적합하다. 또한, 정전 용량 측정부(2), 유전율 산출부(3)로서는, LCR미터 또는 C미터를 사용할 수 있다.
이와 같이 윤활유의 정전 용량 C를 직접 측정하고, 또한 그 정전 용량 C의 값으로부터 유전율 ε을 산출하는 방법이면, 간단한 장치이기 때문에, 저렴하고 간단하게, 게다가 높은 정밀도로 윤활유의 정전 용량이나 유전율을 측정, 산출할 수 있다.
특히, 한 쌍의 전극(1)으로서, 빗형 전극을 사용한 경우는 평가 장치를 매우 소형화할 수 있기 때문에, 시료 오일(윤활유)을 미량 채취하는 것만으로 윤활유의 열화·변질도를 측정할 수 있는 효과가 있고, 또한 측정할 때, 시료 오일을 관찰하는 것이 용이하기 때문에, 시료 오일의 외관(색)이나 냄새로도, 윤활유의 열화·변질정도나 열화·변질 기구에 관한 보충 정보를 얻을 수 있는 효과도 있다.
도 4는 본 발명의 열화·변질도 측정 방법을 실시하기 위해서 사용하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치의 다른 예를 나타내는 개념도이다.
당해 측정 장치는, 한 쌍의 전극(11), 주파수를 1Hz 영역까지 제어할 수 있는 교류 전원(12), 전류계(13), 전압계(14), 및 복소 임피던스 산출 회로(15a)와 정전 용량 산출 회로(15b)을 갖는 정전 용량 측정부(15)을 구비하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치이며, 이 측정 장치는, 또한 유전율 산출 회로(16a)를 갖는 유전율 산출부(16)을 구비하고 있어도 좋다.
정전 용량 또는 유전율을 측정, 산출하는 방법으로서는, 우선 한 쌍의 전극(11)을 윤활유에 침지시켜, 주파수를 1Hz까지 제어할 수 있는 교류 전원(12)에 의해, 전극간에 주파수 H1의 교류 전압을 인가한다. 계속해서, 전류계, 전압계로 측정한 전류 I, 전압 V 및 전류와 전압의 위상차로부터 복소 임피던스 산출 회로(15a)에서 윤활유의 복소 임피던스를 산출하고, 정전 용량 산출 회로(15b)에서 그의 임피던스를 구성하는 실수 부분(저항 성분) ZR와 허수 부분(리액턴스) ZC 중, 허수 부분(리액턴스) ZC의 값으로부터 용량 성분(즉 정전 용량) C1을 산출한다(하기식(II) 참조). 계속해서 필요에 따라 유전율 산출 회로(16a)에서 정전 용량 C1의 값으로부터 유전율 ε1을 산출한다. 또한, 마찬가지로 하여 주파수 H2에 있어서의 정전 용량 C2를 측정한다.
Z = V/I
= ZR + ZC = R +1/jωC …(II)
(식 중 Z는 임피던스, ZR은 저항 성분, ZC는 임피던스의 허수 부분, R은 저항값, j는 허수 단위, ω은 교류의 각진동수, C은 정전 용량을 나타낸다.)
상기 정전 용량의 측정에 있어서의 측정 전압은 0.1 내지 10Vp -p의 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 사용하는 상기와 같은 윤활유의 열화·변질도 측정 장치는, 엔진 등의 기계·장치의 운전 감시 시스템의 일부에 내장하여, 윤활유의 열화·변질 상태를 항상 감시할 수 있다. 따라서 기계·장치에 있어서의 윤활유 감시 시스템으로서 사용할 수 있다.
실시예
본 발명의 실시예를 추가로 설명하지만, 본 발명은 이러한 예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도 4에 도시하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치(정전 용량 측정부 및 유전율 산출부)를 사용하고, 하기의 측정 조건에서, 하기의 시료 오일(i) 내지 (v)(새 오일 및 열화·변질 오일)에 대해서 주파수가 40, 100, 150, 1000 및 10,000Hz에 있어서의 용량 성분 [정전 용량(pF)]을 측정하였다. 그 결과를, 주파수에 대한 용량 성분(정전 용량)의 변화로서 도 1에 도시한다.
(측정 조건)
·전극: 빗형 미소 전극
·측정 전압: 1Vp-p
(측정 시료)
(i) 윤활유 A 새 오일(무회 엔진 오일)
(ii) 윤활유 B 새 오일(CD급 디젤 엔진 오일)
(iii) 윤활유 A 열화 오일(GE) [가솔린 엔진(GE)에 사용하여 열화시킨 것: 극성 물질 혼입]
(iv) 윤활유 A 열화 오일(DE) [디젤 엔진(DE)에 사용하여 열화시킨 것: 매연 혼입]
(v) 윤활유 B 열화 오일(DE) [디젤 엔진(DE)에 사용하여 열화시킨 것: 매연 혼입]
또한, 주파수 40Hz 및 100Hz에 있어서의 용량 성분(정전 용량)을 (C40) 및 (C100)으로 했을 때, 주파수에 대한 용량 성분의 변화의 비율을 하기의 식으로 계산하였다.
주파수에 대한 용량 성분(정전 용량)의 변화의 비율(%)
= [(C40-C100)/(100-40)]×100
또한 마찬가지로, 주파수 40Hz 및 100Hz에 있어서의 용량 성분으로부터 구한 유전율을 ε40 및 ε100이라고 했을 때, 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율은 하기의 식에 의해 계산할 수 있다.
주파수에 대한 유전율의 변화의 비율(%)
= [(ε40-ε100)/(100-40)]×100
여기에서는, 상기 주파수에 대한 용량 성분의 변화의 비율의 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112012040688441-pct00001
도 1 및 표 1로부터 이하와 같은 것을 알 수 있다.
시료 오일 (i) 및 시료 오일 (ii)는, 조성이 상이하지만, 그 용량 성분(정전 용량)은 주파수 40 내지 10,000Hz에 걸쳐서 차이가 없고, 어떤 열화·변질 오일보다 작다.
또한, 동일한 윤활유 A이어도 가솔린 엔진에서 열화·변질 시킴으로써 열화·변질 생성물인 극성 물질이 혼입된 시료 오일 (iii)과, 디젤 엔진에서 열화·변질시키는 것에 의한 열화·변질 생성물인 극성 물질 이외에 매연이 혼입된 시료 오일(iv)과는, 주파수에 대한 용량 성분(정전 용량)의 변화의 비율이 상이하고, 전자가 크고, 후자가 작다. 또한, 시료 오일 (ii)인 윤활유 B 새 오일을 시료 오일 (iv)와 같은 디젤 엔진에서 열화·변질된 시료 오일(v)의 윤활유 B 열화·변질 오일도, 시료 오일 (iv)과 같은 주파수에 대한 용량 성분(정전 용량)의 변화의 비율을 나타낸다.
따라서, 주파수의 변화에 대한 용량 성분(정전 용량)의 변화의 비율로부터, 윤활유의 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한, 40Hz 및 100Hz 이외의 2 이상의 주파수에 있어서의 용량 성분(정전 용량)의 변화의 비율의 차이로도, 윤활유의 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측할 수 있다는 것을 알 수 있다.
[비교예]
실시예에서 사용한 시료 오일에 대해서, 실시예의 용량 성분(정전 용량) 대신에, 임피던스의 저항 성분(Ω)을 측정하였다. 결과를 주파수에 대한 저항 성분의 변화로서 도 2에 도시한다. 측정 장치, 전압, 측정한 주파수, 및 사용한 시료 오일은 실시예와 동일하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 시료 오일 (i) 내지 시료 오일 (v)의 윤활유의 새 오일, 열화·변질 오일 모두 주파수에 대한 저항 성분의 변화에 명확한 차이는 확인되지 않는다. 따라서, 이 방법에 따라서는 윤활유의 열화·변질 기구를 예측하는 것을 할 수 없다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예의 도 1 및 비교예의 도 2로부터 이하의 것을 알 수 있다.
(1) 윤활유의 열화·변질의 정도는, 그 윤활유에 대하여 측정한 임피던스의 용량 성분(정전 용량)에 나타나지만, 저항 성분에는 나타나지 않는다.
(2) 윤활유의 열화·변질의 정도는, 보다 저주파수 영역의 상기 용량 성분(정전 용량), 특히 1 내지 100Hz의 범위의 영역에서의 상기 용량 성분(정전 용량)에 명확하게 나타난다.
(3) 윤활유의 새 오일에 관한 상기 용량 성분(정전 용량)에서는, 윤활유의 차이에 의한 차이는 거의 인정되지 않는다.
(4) 동일한 윤활유이어도, 열화·변질 조건이 상이하면 각각의 상기 용량 성분(정전 용량)의 거동(정전 용량의 크기나 주파수의 변화에 의한 정전 용량의 변화)이 상이하다.
(5) 동일한 열화·변질 조건에서도, 윤활유에 의해 열화·변질 상태가 상이하다.
이상으로부터, 2 이상의 다른 특정한 주파수에 있어서의 용량 성분(정전 용량) 또는 상기 정전 용량으로부터 산출되는 유전율을 측정함으로써, 윤활유의 열화·변질의 정도 및 열화·변질 기구의 예측을 할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 윤활유의 열화·변질도 측정 방법에 의하면, 간편하고 정확하게 윤활유의 열화·변질의 정도를 측정할 수 있음과 동시에, 그 열화·변질 기구(열화·변질 원인)를 예측할 수 있다. 또한, 본 발명의 윤활유의 열화·변질도 측정 장치는, 미량의 시료 오일에서도 열화·변질 상태를 판단할 수 있고, 또한, 자동차 엔진 등 기계·장치에 설치해서 윤활 관리 시스템으로서도 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 2 이상의 상이한 주파수에 있어서의 유전율 또는 정전 용량을 구하고, 상기 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화·변질 상태를 판단하고,
    상기 2 이상의 주파수 중 하나의 주파수(H1)가 1 내지 100Hz의 범위이며, 다른 하나의 주파수(H2)가 (H1) 초과 10,000Hz 이하의 범위에 있어서의 유전율 또는 정전 용량을 구하고, 상기 유전율 또는 정전 용량의 값에 기초하여 상기 윤활유의 열화 상태를 판단하고,
    상기 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1) 또는 정전 용량(C1)과 주파수(H2)에 있어서의 유전율(ε2) 또는 정전 용량(C2)을 구했을 때, 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율 [(ε1-ε2)/(H2-H1)] 또는 주파수에 대한 정전 용량의 변화의 비율 [(C1-C2)/(H2-H1)]에 기초하여,
    [(ε1-ε2)/(H2-H1)]나 [(C1-C2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200%를 초과하는 경우에는, 윤활유의 열화에 의해 생성되는 극성 물질 이외에 다른 요인에 의해 발생한 극성 물질이 혼입된 열화 상태 I인 것으로 예측되고,
    [(ε1-ε2)/(H2-H1)]나 [(C1-C2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200% 이내이며, 윤활유의 점도 상승이나 색상의 악화가 인정되는 경우에는, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성된 극성 물질 이외에 다른 비극성 물질 또는 약극성 물질이 혼입된 열화 상태 II인 것으로 예측되는 것을 특징으로 하는 윤활유의 열화·변질도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수(H1)가 5 내지 80Hz의 범위이며, 주파수(H2)가 (H1) 초과 1,000Hz 이하의 범위인 윤활유의 열화·변질도 측정 방법.
  3. 삭제
  4. 한 쌍의 전극, 상기 한 쌍의 전극간에 100Hz 이하의 영역까지 주파수를 제어하여 교류 전압을 인가하는 교류 전원, 및 상기 한 쌍의 전극간의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정 회로를 갖는 정전 용량 측정부를 구비하며,
    상기 정전 용량 측정부는 2 이상의 주파수 중 하나의 주파수(H1)가 1 내지 100Hz의 범위이며, 다른 하나의 주파수(H2)가 (H1) 초과 10,000Hz 이하의 범위에 있어서의 정전 용량을 구하고, 상기 정전 용량의 값에 기초하여 윤활유의 열화 상태를 판단하고,
    상기 주파수(H1)에 있어서의 정전 용량(C1)과 주파수(H2)에 있어서의 정전 용량(C2)을 구했을 때, 주파수에 대한 정전 용량의 변화의 비율 [(C1-C2)/(H2-H1)]에 기초하여,
    [(C1-C2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200%를 초과하는 경우에는, 윤활유의 열화에 의해 생성되는 극성 물질 이외에 다른 요인에 의해 발생한 극성 물질이 혼입된 열화 상태 I인 것으로 예측되고,
    [(C1-C2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200% 이내이며, 윤활유의 점도 상승이나 색상의 악화가 인정되는 경우에는, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성된 극성 물질 이외에 다른 비극성 물질 또는 약극성 물질이 혼입된 열화 상태 II인 것으로 예측되는 것을 특징으로 하는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정전 용량 측정부에서 얻어진 정전 용량에 기초하여 유전율을 산출하는 유전율 산출 회로를 갖는 유전율 산출부를 더 구비하며,
    상기 유전율 산출부는, 정전 용량(C1) 및 정전 용량(C2)로부터 유전율(ε1) 및 유전율(ε2)를 산출하고, 상기 유전율에 기초하여 상기 유전율의 열화 상태를 판단하고,
    상기 주파수(H1)에 있어서의 유전율(ε1)과 주파수(H2)에 있어서의 유전율(ε2)을 구했을 때, 주파수에 대한 유전율의 변화의 비율 [(ε1-ε2)/(H2-H1)]에 기초하여,
    [(ε1-ε2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200%를 초과하는 경우에는, 윤활유의 열화에 의해 생성되는 극성 물질 이외에 다른 요인에 의해 발생한 극성 물질이 혼입된 열화 상태 I인 것으로 예측되고,
    [(ε1-ε2)/(H2-H1)]이 새 오일의 해당 값과 비교하여 200% 이내이며, 윤활유의 점도 상승이나 색상의 악화가 인정되는 경우에는, 윤활유의 열화·변질에 의해 생성된 극성 물질 이외에 다른 비극성 물질 또는 약극성 물질이 혼입된 열화 상태 II인 것으로 예측되는 윤활유의 열화·변질도 측정 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극이 빗형 전극인 윤활유의 열화·변질도 측정 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 기재된 윤활유의 열화·변질도 측정 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 기계·장치에 있어서의 윤활유 감시 시스템.
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