KR20060132655A - 내연기관에서 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연기관에서 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 윤활 오일 또는 연료를 방사성 추적자로 표지하는 단계; 상기 방사성 추적자에 의해 방출되는 방사선에 민감한 검출기를 사용하여 오일 샘플의 방사능을 측정하는 단계; 및 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 계산하기 위하여 측정 결과를 이용하는 컴퓨터로 이러한 측정 결과를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위해 사용되는 장치, 특히 엔진을 위한 시험 벤치(test bench)에 관한 것이다.
윤활 오일, 방사성 추적자, 반감기, 시험 벤치
Description
본 발명은 윤활 오일 또는 연료에 주입된 방사성 추적자(radioactive tracer)의 방사능을 측정함으로써 내연기관의 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 측정하는 방법 및 그 방법의 실행을 가능하게 하는 내연기관의 시험 벤치(test bench)와 같은 장치에 관한 것이다.
자동차 제조업자 및 윤활 오일 및/또는 엔진 오일을 위한 기능성 첨가제의 제조업자 모두에게 새로운 종류의 직접 분사 엔진, 특히 포지티브 점화(positive ignition) 또는 압축 점화를 하는 직접 분사 엔진에서 연료에 의한 윤활제의 희석 현상에 대한 정확한 지식은 매우 중요하다.
따라서, 일반적으로 디젤 엔진으로 불리는 압축 점화 엔진에서, 연소 챔버 내로 직접 분사에 의한 연료 공급 구조는 연료의 일부가 윤활 오일과 혼합되는 바닥 말단에 그 연료의 일부를 이동시키는 기초이다.
엔진의 윤활 오일 시스템 쪽으로의 연료의 이러한 이동은 입자 필터 또는 촉매 변환 장치와 같은 배기가스 후처리 시스템이 구비된 엔진에서 더욱 두드러진다. 사실상, 이러한 후처리 시스템이 구비된 엔진에서, 연료의 추가 주입은 연료가 연소 챔버에서 연소되는 것이 아니라 그 연료가 예를 들어 입자 필터에 축적된 그을음의 연소를 위해 배기가스 후처리 시스템을 개량하거나 또는 촉매 시스템 내의 매질의 산화 상태를 변형하기 위하여 사용될 배기 라인 쪽으로 보내지는 그 순간에 연소 챔버 정도에서 실행될 수 있다. 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율은 부피면에서 10% 이상일 수 있다.
오일 윤활 시스템으로의 연료의 도입은 한편으로는 예를 들어 윤활제의 점성의 감소, 첨가제의 희석과 같은 윤활제의 특성의 퇴화 및 다른 한편으로는 오일 팬(oil pan) 내에 존재하는 부피의 증가라는 결과를 가진다. 감소한 오일 압력 및 비정상적인 높은 오일 소비 및 장기적으로 기계 부품의 마모의 증가 및 심지어 엔진 파열에 의해 엔진의 작동 변화가 명백히 나타난다.
그러나, 배기가스 후처리 시스템은 더욱 더 엄격해진 오염 방지 기준으로 인해 점점 더 많이 사용되므로 결과적으로 상기한 윤활 오일의 희석 문제의 해결책은 자동차 산업 분야에서 중요한 도전이 된다.
현재 그리고 앞으로 자동차 제조업자는 연소 챔버에 주입된 연료에 의한 윤활 오일의 희석이 가능하다면 최소로 통제되는 엔진의 개발을 위해 수많은 실험을 하여야 한다.
시험 벤치(test bench)로 엔진 내에서 획득된 오일 샘플에서 연료의 분량을 분석하는 것을 가능하게 하는 충전탑(packed-column) 또는 모세관 가스 크로마토그래피와 같은 많은 기술이 존재한다. 그러나, 이러한 분석 기술은 불연속적이고, 상대적으로 복잡하며, 분석된 오일 샘플을 다 소비하여 윤활 시스템에 재도입할 수 없고 상대적으로 긴 분석 시간을 필요로 한다.
본 출원인은 실질적으로 실시간으로 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 제공하기 위하여, 공지된 기술보다 상대적으로 더 간단하고 더 빠르며, 분석된 샘플을 낭비하지 않고, 엔진이 작동할 때 연속적으로 실행될 수 있는 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 분석하는 방법을 개발하였다.
본 분석 방법은 오일 샘플의 방사능 측정에 기초하고, 이러한 방사능은 희석이 분석될 윤활 오일 또는 시너(thinner), 즉 엔진에 공급되는 연료에 존재하는 방사성 추적자의 형태로 오일 시스템에 주입된다. 일정한 조건하에서, 이러한 방사능은 사실상 분석될 오일 샘플에서 윤활 오일의 분량 또는 연료의 분량을 완벽하게 반영하고 결과적으로 컴퓨터에 의해 실행되는 간단한 계산에 의해 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 즉시 획득하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은:
- 윤활 오일 또는 연료를 방사성 추적자로 표지하는 단계;
- 방사성 추적자에 의해 방출되는 방사선에 민감한 검출기를 사용하여, 바람직하게는 엔진이 작동할 때 연속적으로 오일 샘플의 방사능을 측정하는 단계; 및
- 이러한 측정 결과를 그 측정 결과로부터 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 계산하는 컴퓨터로 전송하는 단계;를 포함하는 내연기관의 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한:
- 윤활 오일에 의해 윤활되고 공기/연료 혼합물이 제공되며, 그 윤활 오일 또는 연료는 방사성 추적자를 포함하는 내연기관;
- 내연기관의 오일 시스템으로부터 연속적 또는 불연속적으로 오일 샘플을 순간 샘플링하고 재주입 하는 수단;
- 오일 샘플에 존재하는 방사성 추적자에 의해 방출되는 방사선에 민감하고, 상기 순간 샘플링 및 재주입 수단에 인접하여 배치되는 검출기; 및
- 상기 검출기에 연결되어 그 검출기에서 제공되는 오일 샘플의 방사능 측정의 결과로부터 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 계산하도록 프로그램된 컴퓨터;를 포함하는 상기 측정 방법의 실행을 가능하게 하는 장치, 특히 내연기관의 시험 벤치(test bench)를 목적으로 한다.
본 발명의 방법 및 장치를 더 구체적으로 설명하기 위하여, 이하에서 "윤활 오일" 및 "윤활제"라는 용어는 희석되지 않은 오일 또는 분석될 오일/연료 혼합물에서 오일 부분을 의미하기 위하여 완전히 같은 뜻으로 사용될 것이다. 또한, "오일 샘플"이라는 용어는 방사능 측정을 위해 일시적으로 획득되거나 분기된(deviated) 샘플을 나타내기 위해 사용된다. 엔진 테스트 초기에, 이러한 "오일 샘플"은 물론 절대적으로 윤활 오일로 구성되고 아직 연료를 포함하지 않는다.
또한, "윤활 오일"이라는 용어 또는 그 동의어는 최종 윤활 생성물, 즉 가능하게는 존재할 수 있는 모든 기능성 첨가제 및 이하에서 알 수 있는 것처럼 가능하게는 이러한 기능성 첨가제 중 하나일 수 있는 방사성 추적자를 포함하는 윤활제 주성분을 의미한다.
엔진에서 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 측정하는 방법은 단지 어떤 방사성 추적자만으로는 실행될 수 없다. 특히, 이하에서 기술될 조건을 충족하여야 한다.
방사성 추적자는 엔진의 작동을 방해하거나 바람직하지 않은 방식으로 윤활 오일 또는 연료의 물리-화학적 특성을 변형하지 않아야 한다. 이를 위하여, 방사성 추적자는 윤활 오일 또는 연료의 다른 성분에 대하여 화학적으로 비활성이거나 그 성분들 중 하나(예를 들어 기능성 첨가제)의 기능과 유사한 기능을 가지고 상기 성분을 부분적으로 또는 완전하게 대신할 수 있어야 한다.
방사성 추적자는 정확하면서도 재현할 수 있는 측정을 할 수 있도록 충분한 방사능을 가져야 한다. 방사성 추적자의 선택은 특히 획득된 오일 샘플의 분량 및 사용된 검출기의 민감도와 관련이 있다. 즉, 만약 검출기가 오일 샘플의 방사능에 매우 민감하지 않다면 오일 샘플의 방사능은 높아야 한다(방사성 추적자의 높은 방사능 또는 방사능적으로 상대적으로 약한 방사성 추적자의 고농도). 즉, 다르게 표현하면, 만약 사용되는 검출기가 상당히 민감하다면 오일 샘플의 방사능은 상대적으로 낮을 수 있다.
마지막으로, 방사성 추적자는 엔진의 오일 시스템에서 순환하는 그 분량이 본 방법의 처리 기간 내내 엔진의 오일 시스템에서 순환하는 윤활 오일의 분량 또는 연료의 분량에 전적으로 비례하도록 선택되어야 한다.
이러한 비례는 방사성 추적자 및 그 방사성 추적자가 처음에 주입된 액체 매질(윤활 오일 또는 연료)의 물리-화학적 특성에 따라 좌우된다. 사실상, 어떤 순간에 오일 샘플(오일/연료 혼합물)에서 윤활 오일의 분량 또는 연료의 분량을 반영하기 위하여, 방사성 추적자는 오일 또는 연료가 소비될 때 그 혼합물에 축적되거나 예를 들어 증발, 연소 또는 열 분해에 의해 오일 또는 연료보다 더 빨리 소비되지 않아야 하고 오일 필터와 같은 엔진의 어딘가에 갇혀서도 안된다.
상기로부터, 관련 분야의 숙련된 자는 방사성 추적자의 물리-화학적 특성(휘발성, 열적 안정성, 화학적 반응성)이 그 방사성 추적자가 주입된 액체 매질의 물리-화학적 특성에 일치하도록 방사성 추적자를 선택할 것이고 그 방사성 추적자는 액체 매질의 분량을 반영하여야 한다. 특히, 관련 분야의 숙련된 자는 추적자/윤활 오일 혼합물 또는 추적자/연료 혼합물에 엔진의 온도 및 압력 조건을 적용해봄으로써 주어진 매질에 적절한 추적자를 선택할 수 있을 것이다.
위에서 설명한 것처럼, 본 발명의 방법은 원칙적으로 방사성 추적자로 표지된 연료 또는 방사성 추적자로 표지된 윤활 오일을 사용하여 실행될 수 있다.
방사성 연료의 사용은 상대적으로 많은 양의 연료의 표지(marking) 및 배기가스에서 방사성 추적자를 포함하는 연료의 연소 생성물의 배출 조절을 수반한다.
방사성 윤활제 사용의 경우에, 부피는 더 줄어들고 배기가스에서 일어남 직한 배출은 매우 제한되고 오일 소비량에 따라 좌우된다.
이하의 설명에서, 본 발명의 방법은 윤활 오일이 처음에 주입된 방사성 추적자를 포함하는 실시 형태에 대하여 더 상세히 설명된다.
사용 가능한 검출기는 액체 또는 고체 형태(요오드화나트륨 결정 NaI(T1), BGO 결절)의 섬광 계수관(scintillation counter) 또는 반도체 형태(게르마늄 결정, CZT 결정)의 섬광 계수관일 수 있는 전리 방사선(베타선, X선 또는 감마선)을 검출하기 위한 프로브(probe)이다. 또한, 그 검출기는 동시에 여러 방사성 추적자의 존재를 검출할 수 있다. 오일 샘플의 방사능이 높을 때(방사성 추적자의 높은 방사능 또는 약한 방사능의 방사성 추적자의 고농도), 상기 검출기는 민감도가 높을 필요가 없다. 다르게 표현하면, 오일 샘플의 방사능이 높지 않을 때, 검출기는 더 높은 민감도를 필요로 할 것이다. 바람직하게는, 사용되는 방사성 추적자의 양을 제한하기 위하여, 더 높은 검출 효율을 지닌 측정 프로브, 예를 들어 3 x 3 인치 요오드화나트륨 결정이 사용될 것이다.
이러한 형태의 검출기는 차량에 탑재될 수 있는 소형일 수 있다.
일반적으로, 테스트될 엔진의 오일 시스템의 오일 샘플을 검출기 내에 위치하거나 검출기 가까이에 위치한 고정된 부피 측정 챔버 쪽으로 전달할 필요가 있다. 다시 오일 시스템으로 재주입될 샘플의 이러한 "순간 샘플링"은 바람직하게는 측관(deviation)에 의해 달성된다. 엔진의 조절에 관한 실질적인 이유 때문에, 상기 측관(deviation)은 바람직하게는 오일 압력이 낮거나 없는 것을 특징으로 하는 오일 시스템 구역에 위치한다.
검출기에 의해 검출된 신호는 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율의 계산을 가능하게 하는 일련의 수단에 의해 처리된다. 이러한 수단은 특히 검출된 신호의 처리 수단(예를 들어, 증폭기, 필터 및 아날로그/수치 ADC 변환기), 임펄스 처리 수단(예를 들어, 다채널 분석기) 및 수집된 자료의 저장 및 처리 수단, 예를 들어 개인용 컴퓨터를 포함한다. 희석 비율을 계산하기 위해, 컴퓨터 프로그램은 물론 반감기와 직접적으로 관련이 있는 방사성 추적자의 방사능의 자연 감소를 고려하여야 한다.
오일 샘플의 이탈(deviation), 이탈된 샘플의 방사능의 측정 및 결과의 처리는 바람직하게는 작동 중인 뜨거운 엔진에서 연속적으로 실행된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 방사성 추적자는 방사성 원소(방사성 핵종)의 유기 또는 무기 화합물 또는 기본적인 형태인 방사성 원소 자체일 수 있다. 그러나, 윤활 오일의 물리-화학적 특성에 대해 방사성 추적자의 물리-화학적 특성을 고려해 볼 때, 방사성 추적자의 분자 유기 또는 무기 형태, 특히 유기 형태가 방사성 핵종의 기본적인 형태보다 더 바람직하다.
따라서, 방사성 추적자는 유기 또는 무기 화합물 또는 상기한 조건(즉, 윤활제 또는 윤활제의 성분 중 하나의 치환에 대한 비활성 특성, 충분한 방사능 및 오일/추적자 비율)을 충족시키는 원소에서 선택된다. 그러나, 취급 및 환경 보호에 관한 명백한 이유 때문에, 짧은 반감기, 바람직하게는 3년 이하, 특히 1년 이하 및 더 바람직하게는 30일 이하의 반감기를 가진 방사성 핵종을 포함하는 추적자는 우선적으로 선택될 것이다. 이러한 방식으로, 긴 반감기를 가진 방사성 폐기물의 생산은 방지될 것이다.
방사성 핵종의 반감기는 테스트의 예상되는 지속 기간과 같거나 더 긴 것이 바람직하다. 방사성 붕괴의 법칙에 따라 컴퓨터는 측정된 값을 쉽게 교정할 수 있을 것이다.
적절한 반감기(괄호 안에 기술됨)를 가진 방사성 핵종의 예로는 22Na(2.61년), 65Zn(243.8일), 45Ca(165일), 35S(87.2일), 32P(14.3일), 47Ca(4.54일), 99Mo(65.9시간), 82Br(35.3시간), 64Cu(12.7시간), 99 mTc(6.01시간), 28Mg(20.91시간), 68Ge(270.95일), 69Ge(39시간), 77Ge(11.30시간), 85Sr(64.8일) 또는 56Co(77.3일)를 인용할 수 있다.
이러한 방사성 추적자는 일반적으로 핵 반응, 특히 활성 반응에 의해 인공적으로 제조된다. 그 활성은 관련 분야의 숙련된 자에게 친숙한 방법, 예를 들어 상기한 비활성 원소를 포함하는 비활성 원소 또는 화합물을 중성자 복사 공급원에 노출하거나 입자 가속기에서 생긴 가속화된 이온의 빔에 노출함으로써 실행된다.
경우에 따라서, 상기 비활성 원소를 포함하는 비활성 원소 또는 화합물은 윤활 오일 또는 연료에 첨가되기 전에 활성화되거나 또는 윤활 오일 또는 연료 내에서, 즉 활성화될 원소 또는 화합물을 포함하는 윤활 오일 또는 연료를 중성자 복사 또는 양성자 빔에 노출함으로써 활성화된다.
인공의 방사성 핵종을 얻기 위한 가능한 선택 중 하나는 상기 비활성 원소를 포함하는 비활성 원소 또는 화합물을 적절한 양의 벡터(예를 들어, 용매 또는 오일과 같은 시너(thinner))에 통합시킨 다음, 그 혼합물을 활성화시키고 마지막으로 윤활 오일 또는 연료에 첨가하는 것이다.
방사성 추적자는 항부식제, 항산화제, 점성변형제, 윤활 첨가제, 염료, 유동점을 낮추는 첨가제 및 세제 또는 분산 첨가제와 같은 윤활 오일 또는 연료에 일반적으로 사용되는 첨가제일 수 있다. 기능성 첨가제로서 기능할 수 있는 이러한 방사성 첨가제의 예로는 디티오인산 아연(zinc dithiophosphate), 칼슘 또는 마그네슘의 알킬술폰산염(alkylsulfonate), 아릴술폰산염(arylsulfonates) 또는 알킬아릴술폰산염(alkylarylsulfonates)과 같은 칼슘 또는 마그네슘의 술폰산염, 칼슘 페놀레이트(calcium phenolate), 마그네슘 페놀레이트, 칼슘 살리실산염(calcium salicylate) 및 마그네슘 살리실산염을 인용할 수 있다.
그러나, 물론 엔진 윤활 시스템에 어떠한 물리적 또는 화학적 작용을 하지 않는 방사성 추적자의 사용도 매우 적절할 수 있다.
본 출원인은 윤활 오일에 주입하기 위해 특별히 관심이 가는 방사성 추적자는 게르마늄-69의 어떤 화합물이라는 것을 주목하였다. 이러한 화합물은 예를 들어 테트라-알킬 게르마늄 중에서 선택된다. 이러한 테트라-알킬 게르마늄의 끓는점은 알킬 사슬에 비례하기 때문에, 바람직하게는 테트라-알킬 게르마늄의 혼합물의 끓는점이 사용되는 오일의 증류 범위에 속할 정도의 길이의 알킬 사슬을 포함하는 테트라-알킬 게르마늄의 혼합물이 사용될 것이다. 예로서, 테트라-헥실 게르마늄, 테트라-헵틸(heptyl) 게르마늄 및 테트라-옥틸(octyl) 게르마늄 각각은 종래의 엔진 윤활제의 끓는점과 비슷한 끓는점을 가진다.
도 1은 본 발명의 방법을 실행하기 위해 사용되는 장치를 도시한 도면;
도 2는 시간 함수로서 분석 챔버 수준에서 집계율(밝은 회색점)의 변화 및 윤활 오일/디젤유 혼합물에서 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석(검은 점)의 변화를 함께 도시한 그래프; 및
도 3은 방사성 추적자 검출 시스템에 의해 오일 팬에서 연속적으로 측정된 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율(연속선) 및 가스상 크로마토그래피에 의해 일정한 간격으로 측정된 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율(까만 사각형)의 변화를 함께 도시한 그래프이다.
실시예 1
폐쇄 오일 시스템에서 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율의 연속
모니터링
도 1은 본 실시예에서 기술된 방법을 실행하기 위해 사용되는 실험 장치를 도시한다. 흐름 속도가 3 리터/분인 펌프(2)를 사용하여, 15W40 무기 형태 윤활 오일(전체 브랜드) 5.5 리터는 폐쇄 시스템을 순환하게 된다. 상기 오일은 방사성 추적자를 포함한다. 본 실시예에서 사용되는 방사성 추적자는 수용액에서 소디움 퍼 테크네테이트(sodium pertechnetate)(Na99mTcO4) 형태인 99 mTc이다. 상기 방사성 추적자의 특징은 다음과 같다: 140 keV의 감마 방출, 방출 강도 89% 및 반감기 6시간. 상기 수용액을 윤활 오일에 수월하게 통합하기 위하여, 상표명 "Bardahl Water Dispersant"로 판매되는 물 분산제가 사용된다.
상기 폐쇄 시스템은 연속으로 내연기관의 케이싱을 흉내낸 온도 조절 가능한 오일 저장소(1) 및 분석 챔버를 구성하는 1 리터 용량의 이중 벽 실린더(3)을 포함하고, 그 부피는 획득된 오일 샘플의 부피이다. 오일의 온도는 70℃로 유지된다. 크기는 7.62 x 7.62 ㎝(3 x 3 인치)이고, 통합된 광전자증배관(photomultiplier)을 가지며, 그 온도는 자동온도조절 장치(5)에 의해 30℃로 유지되는 표준 요오드화나트륨 NaI(T1) 검출기(4)는 상기 분석 챔버의 가운데에 위치한다. 방사성 추적자에 의해 방출되는 140keV 감마 복사에 민감한 상기 검출기는 캔버라(Canberra) 모델 2007P 전치증폭기(preamplifier), 캔버라(Canberra) 모델 2020 분광 증폭기, 캔버라(Canberra) 모델 8087 ADC 변환기 및 캔버라(Canberra) 모델 S100 다채널 카드(multi-channel card)로 구성된 데이타 인식 및 처리 시스템(6)에 연결된다. 본 실시예에 사용되는 소프트웨어는 이름이 "IDSWear"이고 캐나다에 본거지를 둔 Atlantic Nuclear Services(ANS)에서 판매된다. 상기 소프트웨어는 99 mTc의 신호 특징이 위치하는 100 keV에서 180 keV까지 신장하는 에너지 창에서 검출기의 집계율의 일시적인 변화에 주의를 기울이는 것을 가능하게 한다.
윤활 오일 5.5 리터를 99 mTc 1 MBq로 표지함으로써 희석되지 않은 오일에서 기록된 최초 집계율은 9020 회/초이고, 분석 챔버에 포함된 오일의 리터 활성에 일치한다. 50분 후, 95분 후 및 120분 후에 각각 연료 55 ㎖, 연료 200 ㎖ 및 연료(디젤유, 유럽 기준) 200 ㎖가 오일 저장소에 첨가되었으며, 이는 각각 부피면에서 0.99%, 4.4% 및 7.6% 희석에 일치한다.
도 2는 시간 함수로서 분석 챔버 수준에서 집계율(밝은 회색점)의 변화 및 윤활 오일/디젤유 혼합물에서 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석(검은 점)의 변화를 함께 도시한다. 희석 그래프는 비율 법칙을 따라, 집계율의 측정된 값으로부터 상기 소프트웨어에 의해 계산된다: 최초 집계율은 부피면에서 0% 희석에 일치하고, 반면 집계율 0은 부피면에서 100% 희석에 일치한다.
본 실시예는 검출기에 의해 측정된 집계율이 측정 불확실성의 범위 내에서 연료(디젤유)의 첨가에 의해 부과된 희석의 비율을 정확하게 반영한다는 것을 보여준다.
실시예 2
디젤 엔진에서 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율의 연속
모니터링
본 실시예에서, 디젤 엔진 시험 벤치는 저속 흐름 오일 우회 시스템이 구비된다. 상기 시스템은 샘플 윤활제가 오일 팬에서 나와 엔진으로 돌아가기 전에 검출기 쪽으로 연속적으로 보내지도록 할 수 있다. 실험 장치는 오일 저장소가 디젤 엔진으로 대체되는 것만 제외하고는 실질적으로 실시예 1의 장치와 동일하다. 이런 테스트를 위하여, 상기 디젤 엔진은 디젤유에 의한 희석을 돕기 위하여 저하중 및 저속으로 일반적인 방식으로 작동되었다: 1500 rpm, 동력 8.2 kW 및 오일 온도 80 ℃.
본 실시예에서 사용된 방사성 추적자는 유기 화합물 형태이고, 오일에 용해되며, 오일의 증류 범위의 중간 정도의 끓는점(약 450 ℃)을 가진 게르마늄-69(Ge-69)이다. 상기 추적자는 오일 5 리터에 1 MBq의 농도로 사용된다. 상기 방사성 추적자의 특징은 다음과 같다:
- 511 keV(47%), 574 keV(13%), 871 keV(12%), 1106 keV(36%) 및 1336 keV(5%)에서 감마 방출,
- 반감기 39 시간.
희석되지 않은 오일에 대해 기록된 최초 집계율은 약 950 회/초이다. 상기 집계율은 각 측정 지점에서 0.6%의 통계 오류를 동반한다.
본 실시예에서 사용되는 엔진은 4-행정 커먼레인(common rail) 직접 분사 디젤 엔진이다.
연속 측정에 병행하여, 소량의 윤활제 샘플을 일정한 간격으로 획득하여 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 종래의 가스상(gas-phase) 크로마토그래피법으로 측정하였다(DIN 51308 표준).
도 3의 그래프는 방사성 추적자 검출 시스템에 의해 오일 팬에서 연속적으로 측정된 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율(연속선)(%로 표현됨) 및 가스상 크로마토그래피에 의해 일정한 간격으로 측정된 디젤유에 의한 윤활 오일의 희석 비율 (까만 사각형)의 변화를 함께 도시한다. 본 발명의 방법에 따른 희석 비율의 연속 측정은 관련 분야의 불연속 측정법과 완벽하게 일치함을 알 수 있다.
Claims (20)
- - 윤활 오일 또는 연료를 방사성 추적자로 표지하는 단계;- 상기 방사성 추적자에 의해 방출되는 방사선에 민감한 검출기를 사용하여 오일 샘플의 방사능을 측정하는 단계; 및- 상기 측정 결과를, 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 계산하는 컴퓨터로 전송하는 단계;를 포함하는 내연기관의 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 측정하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 윤활 오일은 방사성 추적자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 연료는 방사성 추적자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사능이 측정될 오일 샘플은 측관(deviation)에 의해 검출기 쪽으로 보내진 다음 엔진의 오일 시스템으로 재주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서,상기 측관(deviation)은 오일 압력이 없거나 낮은 엔진의 오일 시스템 구역에서 오일 샘플을 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사성 추적자는 방사성 원소의 유기 또는 무기 화합물, 바람직하게는 방사성 원소의 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사성 원소는 3년 이하, 바람직하게는 1년 이하, 특히 30일 이하의 반감기를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항에 있어서,상기 방사성 원소는 22Na, 65Zn, 45Ca, 35S, 32P, 47Ca, 99Mo, 82Br, 64Cu, 99 mTc, 28Mg, 68Ge, 69Ge, 77Ge, 85Sr 및 56Co 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서,상기 방사성 추적자는 69Ge를 포함하는 테트라-알킬 게르마늄 중에서, 바람직하게는 테트라-헥실 게르마늄, 테트라-헵틸(heptyl) 게르마늄 및 테트라-옥틸(octyl) 게르마늄, 또는 그 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 검출기는 전리 방사선 검출 프로브(probe)인 것을 특징으로 하는 방법.
- - 윤활 오일에 의해 윤활되고 공기/연료 혼합물이 공급되며, 상기 윤활 오일 또는 연료는 방사성 추적자를 포함하는 내연기관;- 상기 내연기관의 오일 시스템으로부터 연속적 또는 불연속적으로 오일 샘플을 순간 샘플링하고 재주입하는 수단;- 상기 오일 샘플에 존재하는 방사성 추적자에 의해 방출되는 방사선에 민감하고, 상기 순간 샘플링 및 재주입 수단에 인접하여 배치되는 검출기; 및- 상기 검출기에 연결되어 그 검출기에서 제공되는 오일 샘플의 방사능 측정 결과로부터 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 계산하도록 프로그램된 컴퓨터;를 포함하는 내연기관의 연료에 의한 윤활 오일의 희석 비율을 모니터하는 장치.
- 제11항에 있어서,상기 윤활 오일은 방사성 추적자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항에 있어서,상기 연료는 방사성 추적자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항 또는 제12항에 있어서,상기 오일 샘플의 연속적 또는 불연속적 순간 샘플링 및 재주입 수단은 측관(deviation)인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제14항에 있어서,상기 측관(deviation)은 오일 압력이 없거나 낮은 엔진의 오일 시스템 구역에서 오일 샘플을 샘플링하고 재주입하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사성 추적자는 방사성 원소의 유기 또는 무기 화합물, 바람직하게는 방사성 원소의 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,상기 방사성 원소는 3년 이하, 바람직하게는 1년 이하, 특히 30일 이하의 반감기를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항에 있어서,상기 방사성 원소는 22Na, 65Zn, 45Ca, 35S, 32P, 47Ca, 99Mo, 82Br, 64Cu, 99 mTc, 28Mg, 68Ge, 69Ge, 77Ge, 85Sr 및 56Co 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제18항에 있어서,상기 방사성 추적자는 69Ge를 포함하는 테트라-알킬 게르마늄 중에서, 바람직하게는 테트라-헥실 게르마늄, 테트라-헵틸(heptyl) 게르마늄 및 테트라-옥틸(octyl) 게르마늄, 또는 그 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,상기 검출기는 전리 방사선 검출 프로브(probe)인 것을 특징으로 하는 장치.
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