KR20070053941A

KR20070053941A - 엔진오일 측정 센서

Info

Publication number: KR20070053941A
Application number: KR1020050111791A
Authority: KR
Inventors: 조진희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-05-28
Also published as: KR100820692B1

Abstract

본 발명은 차량의 엔진 오일 측정센서에 관한 것이다.

본 발명에 일 실시예에 의한 엔진 오일 측정센서와 상태 진단장치 및 진단방법은, 엔진 오일의 물리적, 화학적 특성 및 오일량을 개별적인 각각의 센서 또는 복합센서를 통해 측정하고, 상기 측정값을 운전조건 또는 운전이력 정보와 비교 연산하여, 현재 오일 상태가 계속 사용 가능한 상태인가를 운전자가 판단할 수 있도록 계기판에 정보를 표시한다.

또한, 현재 엔진에서 사용중인 오일 상태가 표시되도록 하고, 정비시 엔진오일의 교환 이력, 오일소모량, 오일점도, 산화도의 변화 이력 정보를 차량정비 스캐너에 제공한다.

엔진 오일, 복합 센서, DSP, ECU, 오일 점도, 오일 산화도, 오일 레벨, 오일 온도

Description

엔진오일 측정 센서{a sensor for measuring a property of engine oil}

도 1은 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단장치의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단장치 중의 DSP의 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 복합 센서의 개략적인 단면도.

도 4는 도3의 복합센서에 내장된 오일점도센서의 개략적인 사시도.

도 5는 도4의 오일점도센서의 개략적인 단면도.

도 6은 본 발명에 의해 측정되는 오일의 레벨과 오일 산화도에 의한 물리적 화학적 특성을 디지털 값으로 얻기 위한 원리를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단방법을 설명하기 위한 플로우차트.

도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합센서의 단면도.

도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지부 및 레벨 전극의 사시도.

도10은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일 레벨센서의 개략적인 측면도.

도11는 도9의 점도센서를 확대하여 도시한 단면도.

도12는 본 발명의 일 실시예에 의한 점도센서를 도시한 단면도.

본 발명은 차량의 엔진 오일 측정센서에 관한 것이다.

엔진오일은 다양한 원료, 첨가제를 포함할 수 있으며, 다양한 제조 공정을 이용해 제조될 수 있으므로, 물리, 화학적 다양성을 가지며, 오일 열화정도 또한 엔진의 상태, 사용연료, 운전조건, 환경적 조건에 따라 다양하게 상태가 변화한다.

따라서 오일상태 진단 장치는 이러한 다양한 종류의 오일 상태를 보다 정확하고 효과적으로 측정한 후, 현재의 오일상태 및 오일보충시기, 최적의 오일교환시점을 지시할 수 있어야 한다.

일반적으로, 자동차의 엔진에서 엔진오일의 주요기능은 마찰감소, 냉각, 하중분산, 밀봉, 청정, 방청작용이다.

그러나 오일은 사용시간이 증가 함에 따라 이러한 기능이 감소하게 된다.

엔진오일은 고온의 연소실에 노출되므로 산화되기도 하고, 연소 화합물이 오 일에 함유되기도 한다.

또한, 인젝터에서 누유되는 가솔린, 디젤 등 연료가 오일을 희석시키기도 하며, 또한 섭동부 마모로 인한 금속 부스러기가 오일 내부에 침전 및 부유 되기도 한다.

그리고 엔진 이상 시는 부동액, 수분 등이 가스켓 등의 접합부를 통해 유입되기도 한다.

일반적으로 엔진 이상이 없다면 사용시간이 증가할수록 엔진 오일의 점도는 증가한다.

증가된 오일 점도는 엔진 운전시 과다한 마찰 손실을 초래한다.

하지만 엔진 상태에 따라 인젝터를 통한 연료의 누유량이나, 수분함량이 높아 질수록 점도가 떨어지기도 한다.

이러한 상태에서는 엔진 섭동부의 과다한 마모를 일으키게 된다.

즉, 오일상태에서 점도는 가장 중요한 물리적 특성이며 직접적으로 그 상태를 측정할 필요가 있다.

하지만 종래의 기술에서는 이러한 오일의 물리적 특성을 측정하기 위한 장치로서 단순히 코일에 흐르는 정전용량을 측정하는 방식이나, 반도체 가공형태로 그물 구조를 만들어진 센서로서 정전용량을 측정하는 방식이 주종을 이루고 있었으며, 이러한 방법으로는 정확한 오일의 점도를 측정하는 데에 한계가 있다.

한편, 엔진오일의 화학적 특성을 측정하는 방법에서도 코일이나, 반도체 형태로 정전 용량을 측정할 경우 오일에 함유 되는 각종 금속 마모분이 센서에 침전 또는 고형화되어 달라 붙는 현상이 발생되어 그 내구성을 확보하는 데 어려움이 많았다.

엔진 오일량을 측정하는 일반적인 방법은 오일레벨 게이지를 장착하여 운전자의 육안점검으로 수동적으로 확인하는 방법이 주종을 이루고 있다.

하지만 그 불편함이 크고, 차량 운행 중에는 측정할 수 없으며 대부분의 운전자는 오랜 기간이 경과해도 점검을 하지 않는 것이 사실이다.

일반적으로 계기판에 장착되어 있는 오일 압력센서에 의한 압력저하 경고등은 오일레벨이 오일팬에 설치된 오일 흡입구보다 낮을 경우, 즉 오일 압력이 통상운전조건 약 5기압 보다 매우 낮을 경우 (약 0.5 기압 이하) 점등되나 이를 운전자가 확인하고 엔진을 정지해도, 엔진은 큰 손상을 입게 된다.

아주 짧은 수초의 시간에도 이미 엔진의 주요 섭동 부는 손상을 받으며 이후 오일을 보충하여도 한번 손상된 상태를 회복할 수가 없기 때문이다.

따라서, 상시 모니터 가능한 오일레벨 센서의 필요성이 증가되고 있다.

발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 고안된 것으로서, 엔진 오일의 물리적, 화학적 특성 및 엔진 오일량을 개별적인 각각의 센서 또는 복합센서를 통해 측정하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 전류가 인가되는 입력전극과; 상기 입력전극과 이격되어 위치하며 상기 입력전극으로부터 전류가 유전되는 오일 레벨전극과; 상기 입력전극의 입력전류와 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 오일의 레벨을 산출하는 제어부를; 포함하되, 상기 제어부는, 상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일레벨전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스 및 유전률을 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스 및 유전률을 기초로 오일레벨을 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 입력전극은 파이프 형상을 가지며, 상기 오일레벨전극은 상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 가질 수 있다.

상기 오일레벨전극은 횡단면을 기준으로 복수개로 분할되며, 상기 제어부는상기 입력전극의 입력전류와, 상기 복수개로 분할된 오일레벨전극의 출력신호들을 기초로 각각의 분할된 부분에서의 오일레벨을 산출할 수 있다.

상기 분할된 오일레벨전극을 고정시키는 지지부를 더 포함하되, 상기 지지부는, 절연 가능한 재질로 파이프 모양으로 형성되며, 상기 오일레벨전극은 상기 지지파이프의 외주면에 고정될 수 있다.

상기 지지부의 외주면에는 4개의 수직돌출부가 길이방향으로 형성되며, 상기 수직돌출부는, 상기 오일레벨전극의 각 분할 부분 사이에 위치하여, 각각의 분할된 부분 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.

전류가 인가되는 입력전극과, 상기 입력전극과 이격되어 위치하며 상기 입력전극으로부터 전류가 유전되는 오일산화도 전극과, 상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일산화도 전극의 출력전류를 기초로 오일 산화도 변화를 검출하는 제어부를; 포함하되, 상기 제어부는 상기 입력전극에 인가되는 전류 및 상기 오일 산화도 전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일산화도 전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스를 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스를 기초로 변화된 유전율을 계산하며, 상기 변화된 유전율을 기초로 오일레벨을 산출할 수 있다.

상기 입력전극은 파이프 형상을 가지며, 상기 오일산화도 전극은, 상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 가질 수 있다.

점도센서 케이스와; 파이프 형상의 압전소자와; 상기 압전소자의 내주면에 결합되며 상하로 분리되어 있는 내부전극과; 상기 압전소자의 외주면에 결합되는 외부전극과; 상기 분리된 내부 전극 각각에 전력을 공급하기 위한 전선들과; 압전소자의 진동에 대한 오일의 감쇄력을 기초로 압전소자의 점도를 산출하는 제어부를; 포함하되, 상기 압전소자는, 상기 내부전극의 분리된 부분을 중심으로 일측은 오일에, 반대측은 공기에 노출되어, 전류가 인가되면 상기 오일에 노출된 부분과 상기 공기중에 노출된 부분이 서로 다른 방향으로 회전진동하며, 상기 제어부는, 공기의 감쇄력과 오일의 감쇄력을 기초로 공기에 대한 상대적인 오일 점도를 산출할 수 있다.

상기 점도센서 케이스는, 내주면의 일부가 내측으로 돌출되며, 상기 돌출된 부분에 상기 외부전극의 상하방향 중심부가 고정되며, 상기 내부전극은, 상기 외부전극이 상기 케이스에 고정된 부분에 대응되는 위치에서 분리될 수 있다.

하부로 연장된 진동튜브를 포함하는 점도센서 케이스와; 상기 점도센서 케이스 내부에 위치하는 환형의 압전소자와; 상기 압전소자의 상,하면에 각각 위치하는 링과; 중앙부분에 플라이 휠이 결합되고 하단 단부에는 탐촉자가 결합되며, 상기 압전소자의 중앙을 관통하는 진동축과; 오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출하는 제어부를; 포함하되, 상기 플라이 휠은 상기 압전소자 상부의 링에 고정되고, 상기 탐촉자는 상기 진동튜브와 고정되어, 상기 압전소자의 진동에 대해 오일에 노출되는 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브가 함께 진동하며, 상기 제어부는, 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브의 진동에 대한 오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출할 수 있다.

상기 압전소자는 복수개가 적층되며, 상기 적층된 압전소자의 사이에는 상기 링이 개재될 수 있다.

상기 압전소자는, 전류가 인가될 때에 진동을 발생시켜 오일의 진동에 의한 자기청정 기능을 가질 수 있다.

케이스와; 상기 케이스의 내부에 위치하는 오일레벨센서, 오일산화도센서, 오일점도센서, 오일온도센서와; 상기 각각의 센서로부터 제공되는 측정값을 받아 오일의 물리적 화학적 특성을 계산하기 위한 제어부;를 포함하되, 상기 오일레벨센서는, 상기 케이스의 내부에 수용되며 소정의 전류가 인가되도록 형성된 입력전극과; 상기 입력전극의 내주연과는 소정 간격 떨어지도록 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일레벨전극을; 포함하며, 상기 오일산화도센서는, 상기 입력전극과; 상기 오일레벨전극의 하측으로 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일산화도전극을; 포함하며 상기 오일점도센서는, 점도센서 케이스와; 파이프 형상의 압전소자와; 상기 압전소 자의 내주면에 결합되며 상하로 분리되어 있는 내부전극과; 상기 압전소자의 외주면에 결합되는 외부전극과; 상기 분리된 내부 전극 각각에 전력을 공급하기 위한 전선들을; 포함하되, 상기 압전소자가 상기 내부전극의 분리된 부분을 중심으로 일측은 오일에, 반대측은 공기에 노출되어, 전류가 인가되면 상기 오일에 노출된 부분과 상기 공기중에 노출된 부분이 서로 다른 방향으로 회전 진동할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일레벨전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스 및 유전률을 계산하고, 상기 계산된 커패시턴스 및 유전률을 기초로 오일레벨을 연산할 수 있다.

상기 입력전극은, 파이프 형상을 가지며, 상기 오일레벨전극은 상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 가질 수 있다.

상기 오일레벨전극은, 단면을 기준으로 복수개로 분할된 파이프 형상을 가지며, 상기 제어부는, 상기 입력전극의 입력전류와, 상기 복수개로 분할된 오일레벨전극의 출력신호들을 기초로 각각의 분할된 부분에서의 오일레벨을 산출할 수 있다.

상기 분할된 오일레벨전극을 고정시키는 지지부를 추가로 포함하되, 상기 지지부는, 절연 가능한 재질로 파이프 모양으로 형성되며, 상기 지지부의 외주면에 상기 오일레벨전극이 고정될 수 있다.

상기 지지부의 외주면에는 4개의 수직돌출부가 길이방향으로 형성되며, 상기 수직돌출부는 상기 오일레벨전극의 분할된 부분에 위치하여, 각각의 분할된 부분 사이 를 전기적으로 절연시킬 수 있다.

상기 지지부의 외주면에는, 상기 수직돌출부의 하단에 수평돌출부가 형성되며, 상기 수평돌출부는 상기 오일레벨전극과 상기 오일산화도 전극을 절연시킬 수 있다.

상기 수평돌출부의 상부에는 홈이 형성되며, 상기 홈에 상기 오일레벨전극이 삽입, 고정될 수 있다.

상기 제어부는, 공기의 감쇄력을 기초로 공기의 점도를 측정하고, 오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 측정하여, 상기 공기의 점도에 대한 상대적인 오일 점도를 산출할 수 있다.

상기 점도센서 케이스는, 내주면의 일부가 내측으로 돌출되며, 상기 돌출된 부분에 상기 외부전극의 상하방향 중심부가 고정되며, 상기 내부전극은, 상기 외부전극이 상기 케이스에 고정된 부분에 대응되는 위치에서 분리되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

케이스와; 상기 케이스의 내부에 위치하는 오일레벨센서, 오일산화도센서, 오일점도센서, 오일온도센서와; 상기 각각의 센서로부터 제공되는 측정값을 받아 오일의 물리적 화학적 특성을 계산하기 위한 제어부;를 포함하되, 상기 오일레벨센서는, 상기 케이스의 내부에 수용되며 소정의 전류가 인가되도록 형성된 입력전극과; 상기 입력전극의 내주연과는 소정 간격 떨어지도록 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일레벨전극을; 포함하며, 상기 오일산화도센서는, 상기 입력전극과; 상기 오일레벨전극의 하측으로 위치되며, 상기 입 력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일산화도전극을; 포함하며 상기 오일점도센서는, 하부로 연장된 진동튜브를 포함하는 점도센서 케이스와; 상기 점도센서 케이스 내부에 위치하는 환형의 압전소자와; 상기 압전소자의 상,하면에 각각 위치하는 링과; 중앙부분에 플라이 휠이 결합되고 하단 단부에는 탐촉자가 결합되며, 상기 압전소자의 중앙을 관통하는 진동축과; 오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출하는 제어부를; 포함하되, 상기 플라이 휠은 상기 압전소자 상부의 링에 고정되고, 상기 탐촉자는 상기 진동튜브와 고정되어, 상기 압전소자의 진동에 대해 오일에 노출되는 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브가 함께 진동할 수 있다.

상기 케이스 ㄱ자형으로 구부러지며, 상기 복합센서는 엔진의 측면에 결합될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단장치 및 진단방법에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단장치 중의 DSP(Digital Signal Processor)의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 복합 센서의 개략적인 단면도이고, 도 4는 도3의 복합센서에 내장된 오일점도센서의 개략적인 사시도이고, 도 5는 도4의 오일점도센서의 개략적인 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의해 측정되는 오일의 레벨과 오일 산화도에 의한 물리적 화학적 특성을 디지털 값으로 얻기 위한 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도면 중에 표시된 도면부호 20은 DSP(Digital Signal Processor)로, 엔진 오일의 물리적 특성 변화 및 화학적 특성 변화를 측정하는 각종의 개별적인 센서(11~14)들 또는 상기 센서(11~14)들을 통합한 복합센서(10)에서 측정값을 입력받아 디지털 신호를 프로세싱하고, ECU(30)와 통신하여 얻어진 엔진 상태 정보를 이력화하여 현재 및 과거의 엔진 오일 열화도, 오일 교환시기, 오일 교환이력, 오일 레벨 등을 기억하고 계기판(40), 정비 스캐너(50) 및 ECU(30)로 이런 정보를 연산, 입출력할 수 있도록 하기 위한 전자장치의 하나이다.

그리고 도면부호 30은 엔진을 전자제어하기 위한 프로그램이 설정되어 있는 전자제어장치로, 이하에서는 설명의 편의를 위해 ECU로 표시하기로 한다.

이 ECU(30)는 기존의 일반적인 차량에서 적용되고 있는 것과 동등한 것으로, 본 발명에 의해 형성된 DSP(20)와 신호를 주고 받을 수 있도록 자동차용 국제규약에 의한 통신 포트 등을 통하여 연결된다.

제어부(미도시, control portion)는, 상기 ECU(30) 및 DSP(20)를 포함하는, 엔진 오일의 상태 진단에 필요한 데이터의 저장 및 계산을 수행하는 구성요소의 통칭이다.

상기 ECU(30)에는 종래의 일반적인 차량에서와 마찬가지로 엔진의 각종 운전정보를 입력받기 위한 각종의 엔진 운전상태측정 센서(31~36)들이 연결된다.

이러한 운전상태 측정센서(31~36)들에는 차량의 운행속도를 측정하기 위한 차속 센서(31)와, 엔진으로 입력되는 흡입 공기량을 측정하기 위한 에어 플로우 센 서(32)와, 엔진의 회전수를 측정하기 위한 크랭크 앵글 센서(33)와, 스로틀 밸브의 작동량을 측정하기 위한 TPS(34), 엔진의 아이들상태 운전을 측정하는 아이들 스위치(35), 차량의 이그니션 키의 ON 상태 검출하는 스위치(36)가 포함된다.

상기 센서(31~36)들에서 측정된 엔진의 각종 운전정보는 ECU(30)로 입력되고, 입력된 엔진의 각종 운전정보는 종래의 경우와 같이 엔진의 연료분사, 점화시기제어 및 엔진의 각종 보기류(alternator, power steering, air conditioner 등의 accessories) 등의 제어에 사용된다.

이들 정보는 상기 DSP(20)의 요구로 ECU(30)로부터 통신을 통해 DSP(20)로 전달된다.

상기 DSP(20)의 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 오일 상태측정부를 구성하는 각종 센서(11~14)들로부터 입력되는 엔진 오일의 물리적 또는 화학적 특성의 측정값과 엔진 ECU(30)에서 제공되는 엔진의 운전상태를 기초로 현재 엔진의 구동상태에 따른 최적상태의 오일의 특성이 맵핑된 설정값과의 비교, 판단을 수행하기 위한 CPU(21)와, 상기 오일 상태측정부의 각종 센서(11~14)들로부터 입력된 측정값과 CPU(21)의 연산에 의해서 얻어진 결과값이 시계열적으로 기억되기 위한 플래쉬 메모리(22)와, 상기 오일측정부의 각종 센서(11~14)들로부터 측정된 오일의 물리적 또는 화학적 특성의 디지털 신호를 CPU(21)에 입력시키고 상기 각종 센서(11~14)를 제어하기 위한 신호를 출력시킬 뿐만 아니라 상기 엔진 ECU(30)와의 통신을 위한 입출력 포트(23)와, 상기 CPU(21)의 연산처리를 위한 프로그램이 기억되기 위한 ROM(24)과, 상기 CPU(21)로 연산과정에서 생성되는 변수들을 일시 기억하기 위한 RAM(25)와, 상기 CPU(21)에 시간정보를 제공하기 위한 타이머(26)와, 상기 CPU(21)로 전원으로부터의 정전압을 제공하기 위해 형성되는 정전압 전원회로(27)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 오일 상태측정부의 각종 센서(11,12,13,14)들은 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단 장치의 보다 효과적인 작동을 위하여 각종 센서들이 하나의 몸체된 통합한 복합 센서(10)로 대체될 수 있다.

상기 복합 센서(10)와 DSP(20)사이에서는 PWM(pulse width modulation)를 통해서 상호간에 제어신호가 전달된다.

이하, 상기 복합센서의 일 실시예를 도3내지 도5를 참조하여, 상세히 설명한다.

본 실시예에 의한 복합센서(10)는, 상기 DSP(20)로 입력할 엔진 오일의 특성 변화를 측정하기 위한 것으로, 오일의 물리적 특성 값을 측정하기 위한 오일점도 센서, 오일레벨 센서, 오일온도 센서와, 오일의 화학적 특성을 측정하기 위한 산화도 센서를 포함하는 하나의 몸체로 구성된다.

즉, 오일점도 센서, 오일레벨 센서, 오일온도 센서 및 오일산화도 센서는 원통형의 케이스(15)의 내부 또는 외부에 수용되거나 부착되는 것이다.

우선, 상기 케이스(15)의 내부에는 파이프 형상의 입력전극(16)이 설치된다.

상기 입력전극(16)의 내측에는, 상기 입력전극(16)의 내경보다는 작은 직경을 가지는 파이프 형상의 오일레벨 전극(12)이, 상기 입력전극(16)의 내경과 소정의 간격만큼 이격되어 설치된다.

따라서, 본 실시예에 의한 오일레벨센서는 상기 오일레벨 전극(12)과 상기 입력전극(16)을 포함하여 구성된다.

상기 오일레벨 전극(12)의 하측으로는 절연판(17)을 사이에 두고 파이프 형상의 오일산화도 전극(14)이 위치된다.

상기 오일 산화도 전극(14)는 상기 입력전극(16)의 내경보다는 작은 직경을 가지는 파이프 형상을 하고 있으며, 상기 입력전극(16)의 내경과 소정의 간극만큼 이격되어 설치된다.

따라서, 본 실시예에 의한 오일산화도센서는 상기 오일산화도 전극(14)과 상기 입력전극(16)을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 오일산화도 전극(14)의 내부에는 오일의 점도를 측정하기 위한 오일점도 센서(11)가 위치되고, 상기 케이스(15)의 외측에는 오일의 온도측정을 위한 범용의 오일온도 센서(13)가 위치된다.

상기 케이스(15)와 상기 입력전극(16)의 일측에는 상기 케이스(15) 외측의 오일이 상기 각종의 센서가 위치된 케이스(15)의 내측으로 유입될 수 있도록 하기 위한 다수의 오일 홀(15a, 16a)이 관통형성된다.

한편, 상기 입력전극(16)은 배터리에서 공급되는 소정의 전류가 흐르도록 구성되고, 상기 입력전극(16)을 흐르는 전류는 오일레벨 전극(12) 및 오일산화도 전극(14)으로 유전되도록 구성된다.

이렇게 입력전극(16)에서 오일레벨 전극(12) 및 오일산화도 전극(14)으로 유전된 전류는 전선을 통해 기판(18)으로 인가된다.

한편, 상기 오일점도 센서(11)로도 배터리에서 공급되는 소정의 전류가 인가되도록 하고, 상기 오일점도 센서(11)를 구성하는 압전소자(11a)를 통과한 전류가 전선을 통해 기판(18)으로 인가되도록 형성된다.

상기 오일점도 센서(11)는 고무재로 된 O-링(19)에 의해서 상기 오일산화도 센서(14)의 내측에 지지된다.

오일의 점성의 변화를 측정하기 위한 상기 오일점도 센서(11)는 압전소자(11a)의 진동 특성을 이용해 오일의 점성을 측정한다.

압전 소자(11a)는 분극 특성으로 인해, 전압이 가해지면 진동을 일으킨다.

상기 압전소자는 PbO, ZrO2, TiO2, PbTiO3, 또는 PbNb2O6등으로 구성된다.

이 때, 압전소자의 일면은 오일에 접하며, 오일의 반대편 압전 소자면은 공기에 접한다.

오일 방향의 한 면은 소자를 보호하기 위해 금속재의 피막(11b)을 둘 수 있다.

이하, 압전소자를 이용한 오일의 점도를 측정하는 원리를 설명한다.

우선, 유체의 전단응력을 측정하기 위해 압전소자 전극에 파동의 전압을 인가하여 소자를 진동시킨다.

이때 접촉하는 오일의 점성에 따라 감쇄력이 달라지며 이러한 특성으로 점도를 측정한다.

센서 단자의 회로는 리엑턴스와 임피던스 직렬 회로로 등가할 수 있다.

따라서 이러한 리엑턴스와 임피던스의 변화량을 전기적으로 측정, 계산하면, 오일의 점성을 구할 수 있게 된다.

한편, 상기 오일점도 센서(11)에는 오일의 점도를 측정하는 기능 외에 부가 기능으로서 센서의 자기청정기능이 있다.

일반적인 센서는 사용시간이 증가할수록 각종 침전물에 의해 센서 자체가 오염되고 열화될 수 있다. 그러나 본 발명에 의한 복합 센서(10)에는 상술한 바와 같이 압전소자(11a)로 구성된 오일점도 센서(11)가 파이프 형상의 케이스(15) 내부에 위치되므로서, 상기 압전소자(11a)로 전류가 인가될 때에 발생되는 진동이 복합 센서(10)의 자기청정역할을 하게 되는 것이다.

즉, 상기 압전소자(11a)에는 주기적으로 전류가 흐르게 되고, 그 결과 발생되는 진동이 센서 및 오일의 파동을 유도하므로서 상기 각종 센서의 표면에 부착된 이물질을 분리시키게 되는 것이다.

한편, 압전소자(11a)의 또 다른 부가 기능으로는 오일레벨 센서의 정확도를 높이는 기능이 있다. 압전소자에서 일으킨 오일의 진동은, 오일량에 따라 달라지는 오일 레벨의 공기 접합면에서 반사되어, 센서쪽으로 초음파가 반사되어 돌아 온다.

따라서, 주기적으로 초음파를 발신하고 이후 반사파가 돌아 오는 시간을 측정하면 오일 레벨을 계산할 수 있게 된다.

이렇게 하여 측정된 오일레벨은 전술한 오일레벨 센서의 측정값과 상호 비교, 보정하여 그 정확도를 높이게 된다.

이하, 도 6을 참고하며 본 발명에 의한 복합센서의 산화도와 오일레벨을 측정하기 위한 원리를 설명한다.

오일의 산화도를 측정하기 위한 오일산화도 센서는 2개의 관(도면에서는 도면부호 14번과 도면부호 16번) 사이에 커패스턴스(capacitance)를 측정하여 측정된 유전율을 기초로 오일의 산가, 전알카리가, TBN 등의 화학적 특성을 측정한다.

이 때, 센서는 매끄러운 금속관으로 구성되고, 종래의 코일에 의한 정전용량 측정방법을 사용하는 센서보다는 경시 변화에 의한 센서 자체의 열화가 없으며, 센서 중앙부의 압전소자 진동에 의해 관로 표면은 주기적으로 청정화 된다.

오일 상태 및 레벨 측정 원리는 다음과 같다.

1) 동심관의 커패시턴스

일정한 유전율을 갖는 물질로 채워진, 바깥 관의 내경 D, 안쪽 관의 외경 d, 길이 L인 동심관 커패시터(capacitor);

(식1)

즉, 커패시턴스는 유전율과 관의 길이에 비례한다.

진공 상태의 유전율을 1이라고 할 때, 각 유전체의 유전율(dielectric constant) 은 아래의 테이블과 같다.

물질(Material)	유전율(ε)	물질(Material)	유전율(ε)
공기 (1 atm)	1.00054	20℃의 물	80.4
엔진 오일	2~6	25℃의 물	78.5

엔진 오일의 유전율은 점도, 첨가제 등에 따라 바뀌나, 공기와 물의 사이값이 된다.

일반적으로, 오일에 첨가된 산화 방지제가 감소함에 따라 유전율(dielectric constant) 서서히 증가한다.

또한, 오일에 냉각수가 유입되면 유전율(dielectric constant) 급격히 증가한다.

이러한 사실들에 기초한 오일 상태(Quality) 측정 원리는 다음과 같다.

이 때, 도 5에서와 같이, 오일 산화도 전극(14)은 항상 오일에 잠겨있다.

- 신유(ε 유전율NEW)일 때 제1커패시터의 커패시턴스(Capacitance):

식2

α 는 상수이다.

- 사용유(유전율 ε USED)일 때 제1커패시터에서의 커패시턴스:

식3

- 커패시턴스 변화:

식4

신유의 판단은 오일레벨 센서의 전극(12), 즉 오일레벨 전극(12)이 공기 중에 노출되는 시점을 기준으로 판단되며, 오일 교환 여부의 판단은 엔진의 운전 사이클 중, 급격한 커패시턴스의 변화로 판단이 가능하다.

오일 레벨(Level) 측정 원리는 다음과 같다.

도 6의 오일레벨 센서의 전극(12)은 오일에 일부분만 잠기는 구조이다.

제2커패시터는 두개의 유전체(공기, 오일)로 채워진 커패시터(Capacitor)이므로, 커패시턴스는 각각 공기와 오일로 채워진 두개의 커패시터의 병렬 연결로 생각할 수 있다.

- 제2커패시터의 커패시턴스:

식5

공기의 유전율은 1로 가정하고, 오일의 유전율은 제1커패시터로부터 구한다.

식6

오일 레벨(h)은 다음과 같다.

식7

그리고, 오일온도 센서(13)는 저항체(PT1000, NTC 등)로서 온도에 따른 저항의 변화를 브리지 회로를 통해 전기적 신호로 변환하여 온도를 측정한다.

상기와 같은 복합 센서(10)에서 측정된 오일의 물리적 화학적 변화량 측정값은 디지털 신호로 처리된 후에 DSP(20)에 마련된 플래쉬 메모리(22)에 저장이 되고, 입출력 포트(23)를 통해서 ECU(30)에서 입력된 엔진 운전 정보와 함께 계산된다.

DSP(20)에는 ECU(30)에서 입력되는 엔진의 운전정보를 기초로 하는 엔진 오일의 최적 상태를 제시하기 위한 설정값이 설정된다.

이와 같은 설정값은 다이나모 엔진을 통한 실험치 및 실제 차량 상태에서 얻어진 여러 종류의 엔진 오일 및 엔진 상태 분석 등을 바탕으로 결정된다.

이하, 도8 내지 도12를 참조하여 상기 복합센서의 또 다른 실시예를 상세히 설명한다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합센서(100)의 단면도이고, 도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 지지부 및 레벨 전극의 사시도이며, 도10은 본 발명의 일 실시예에 의한 오일 레벨센서의 개략적인 측면도이고, 도11은 도9의 점도센서를 확대하여 도시한 단면도이며, 도12는 본 발명의 일 실시예에 의한 점도센서를 도시한 단면도이다.

본 발명에 의한 복합센서(100)는 도8에 도시된 바와 같이, ㄱ 자 형태의 케이스(102)와, 상기 케이스(102)의 하단에 결합되는 캡(101)을 포함한다.

상기 케이스(102)의 내측에는 파이프 형상의 입력전극(106)이 위치하며, 상기 입력전극(106)은 상기 캡(101)의 상부에 장착된다.

상기 입력전극(106)의 내부에는 상기 입력전극(106)보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상의 오일산화도 전극(103)이 위치하는데, 상기 오일 산화도 전극(103) 역시 상기 캡(101)의 상부에 장착된다.

본 실시예에 의한 오일 산화도 센서는 상기 오일산화도 전극(103)과 상기 입력전극(106)을 포함하여 구성된다.

상기 오일 산화도 전극(103)의 상부에는 오일레벨 전극(105)이 위치한다.

상기 오일레벨 전극(105)은 상기 오일 산화도 전극(103)과 마찬가지로 상기 입력전극(106)보다 작은 직경을 가지며, 후술하는 바와 같이 분할된 파이프 형상을 갖는다.

상기 오일레벨 전극(105) 및 상기 오일산화도 전극(103)의 내측에는 파이프 형상의 지지부(115)가 위치하며, 상기 지지부(115)의 내부에는 오일 점도 센서(120) 및 온도센서(114)가 결합된다.

이하, 상기 복합센서를 이루는 각각의 구성을 좀 더 자세히 설명한다.

먼저 오일 레벨 센서에 대해 설명한다.

상기 오일 레벨 센서는, 상기 케이스(102)의 내부에 수용되며 소정의 전류가 인가되도록 형성된 파이프 형상의 입력전극(106)과, 상기 입력전극(106)의 내주연과는 소정 간격 떨어지도록 위치되며, 상기 입력전극(106)으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 파이프 형상의 오일레벨 전극(105)을 포함하여 구성된다.

상기 오일레벨 전극(105)은, 도9에 도시된 바와 같이 파이프 형상의 지지부(115)의 외주면에 결합되며, 복수개로 분활된 금속판으로 구성될 수 있다.

도9는 상기 지지부(115) 및 오일레벨 전극(105)만을 따로 분리하여 도시한 사시도이다.

여기서 상기 지지부(115)는 상기 오일 레벨 전극을 지지하기 위한, 지지 파이프의 역할을 하며, 상기 오일 레벨 전극(105) 은 4개로 분할된 파이프의 형상을 가질 수 있다.

상기 지지부(115)의 외주면에는, 길이방향으로 돌출되는 4개의 수직돌출부(115d)와, 상기 각각의 수직 돌출부(115d)의 하부에 위치하는 수평돌출부(115a)가 형성된다.

상기 수평돌출부(115a)의 안쪽에는 상기 지지부(115)의 외주면과의 사이에 삽입홈(115c)이 형성되며, 상기 삽입홈(115c)에 파이프 형상의 오일레벨 전극(105)이 삽입, 고정된다.

이 때, 상기 수직돌출부(115d)는 상기 오일레벨 전극(105)의 분할된 각 부분 사이를 절연시키는 역할을 한다.

상기 4개의 수평돌출부(115a)는 서로 이격되어 위치하며, 각각의 수평돌출부(115a) 사이에는 오일통로(115b)가 형성된다.

이러한 구성을 갖는 오일 레벨 센서는 제어부를 더 포함하며, 제어부에 의해 오일 레벨이 산출된다.

상기 오일 레벨 전극(105)의 각각의 분할된 부분과 상기 입력전극(106) 사이의 커패시턴스 및 유전율을 기초로 하여 오일의 레벨이 계산되는 것이다.

이 때, 상기 오일레벨센서에서 오일의 레벨을 계산하는 방법은 전술한 실시 예에서와 동일하므로, 반복적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에 의한 레벨센서에 의하면, 4개의 전극을 이용하여 4개 지점에서의 오일레벨을 계산하므로, 이를 이용하여 차량의 기울기를 구할 수 있게 된다.

또한 차량의 롤링각, 피칭각등을 구하여 차량의 자세제어에 활용할 수 있으 며, 이를 바탕으로 하여 오일량을 구할 수도 있다.

도10은 엔진과 오일레벨센서만을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면부호 131은 엔진을 나타내며, 105a와 105b는 서로 대향되는 레벨전극을 나타낸다.

제1레벨전극(105a)에서 측정된 오일레벨을 y1, 제2레벨전극(105b)에서 측정된 오일레벨을 y2, 엔진 중앙에서의 오일레벨을 yc, 엔진 바닥면에서의 임의의 수평 길이를 X, 엔진의 일측 끝에서 제1레벨전극까지의 거리를 d1, 엔진의 일측 끝에서 제2레벨전극까지의 거리를 d2, 엔진 바닥의 일측 끝에서 제1레벨전극까지의 길이를 d1, 엔진의 기울기를 θ, 엔진 바닥으로부터 오일의 유면 까지의 높이 중 큰 쪽을 Y, 작은 쪽을 h라 한다.

y1- h : d1 = y2 - h : d2 --- (식8)

이다.

여기서 y1, y2는 측정된 오일레벨이고, d1, d2는 엔진 설계 시 알려진 값이므로, h의 값은 간단하게 구해질 수 있다.

또한,

y2 - h : d2 = yc-h : 1/2 * X --- (식9)

여기서 y2 는 측정되는 값이고, h 는 식8을 통해 구한 값이며, X 는 설계 시 알려진 값이므로, yc 를 구할 수 있게 된다.

yc는 엔진 중심에서의 오일레벨 값이므로, 차량이 기울어진 경우에도, 엔진 중심에서의 오일 레벨값을 구할 수 있게 된다.

tan θ = (Y-h)/X --- (식10)

또한 상기 식10을 통해 차량의 기울기 θ를 용이하게 구할 수 있게 된다.

상기 기울기 θ를 알면, 차량의 롤링 및 피칭각 등을 알 수 있게 되므로, 차량의 자세제어에 활용할 수도 있게 된다.

또한, 엔진 설계시 계산된 바닥 면적에 상기 yc값을 곱함으로써, 오일의 양도 계산할 수 있게 된다.

이 때, 상기 식8 내지 식10은 오일레벨, 오일양, 차량 기울기 등을 구하기 위한 하나의 예시에 불과하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로 오일 산화도 센서를 설명한다.

본 실시예에 의한 오일 산화도 센서는, 상기 입력전극(106)과 오일산화도 전극(103)을 포함한다.

즉, 상기 입력전극(106)은 상기 오일레벨 전극(105)와는 오일레벨센서를 구성하고, 상기 오일산화도 전극(103)과는 오일산화도 센서를 구성하는 것이다.

상기 오일 산화도 전극(103)은 상기 입력전극(106)의 내측에서 상기 입력전극과 일정한 간격을 갖도록 이격되어 위치한다.

또한, 상기 오일 산화도 전극(103)은 상기 오일레벨전극(105)의 아래쪽에 위치하도록, 상기 지지부(115)의 수평돌출부(115d) 아래쪽에 결합된다.

이 때 오일 산화도 전극(103)은 상기 수평돌출부(115a)에 의해 그 상부에 위치하는 상기 오일 레벨 전극(105)과 전기적으로 절연이 된다.

상기 오일산화도 전극(103)은 상기 입력전극(106)과 일정한 간격 이격되도 록, 상기 입력전극(106)보다 작은 직경을 갖는다.

따라서, 상기 오일 산화도 전극(103) 및 상기 입력전극(106)은 2중관의 형상을 갖게 되며, 상기 2중관 사이에는 오일이 채워질 수 있는 공간이 형성 된다.

상기 오일산화도 전극(103)은 상기 입력전극(106)과 마찬가지로 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

엔진내부에 엔진 오일이 주입되면, 제2유입구(101b)로 유입된 오일은 상기 입력전극(106)과 오일산화도 전극(103) 사이의 이격된 공간을 거쳐, 상기 입력전극(106)과 오일레벨 전극(105) 사이의 이격된 공간까지 상승하게 되며, 이 때 상기 입력전극(106)과 오일레벨 전극(105) 사이의 공간에 존재하던 공기는 상기 에어홀(117)을 통해 복합센서 외부로 빠져나가게 된다.

이와 같은 구조의 오일 산화도 전극(103)를 이용하면, 제2유입구(101b)를 통해 상기 입력전극(106)과 상기 오일 산화도 전극(103) 사이로 유입되는 오일의 커패시턴스를 측정할 수 있게 되며, 상기 커패시턴스를 기초로 유전율을 계산한 후, 상기 유전율을 이용해 오일의 산화도 및 기타 화학적 특성을 측정할 수 있게 된다.

본 실시예에 의한, 오일 산화도 센서를 이용하여 오일의 커패시턴스 및 유전율을 측정하고 이를 이용하여 산화도 등의 화학적 특성을 계산하는 방법은, 전술한 실시 예에서와 동일하므로 반복적인 설명은 생략한다.

다음으로, 도8, 도11 및 12를 참조하여, 오일 점도 센서(120)의 구성을 상세히 설명한다.

도11은 도8에 도시된 복합센서에서, 상기 오일점도 센서(120)만을 확대 도시 한 단면도이다.

먼저 도11에 도시된 바와 같은 오일 점도 센서(120)는 상기 오일 산화도 전극(103) 및 상기 오일레벨 전극(105)의 내측에는 위치한다.

상기 오일 점도 센서(120)는 파이프 형상을 갖는 지지부(115)의 내측에 고정된다.

따라서, 상기 지지부(115)의 외측에는 상기 오일레벨 전극(105) 및 상기 오일산화도 전극(103)이 결합되며, 상기 지지부(115)의 내측에는 점도센서 케이스(126)가 결합된다.

상기 지지부(115)는 절연가능한 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시 예에 의한 오일점도 센서(120)는 원통형의 압전소자(122)와, 상기 압전소자(122)의 내측에 위치하는 제1내부전극(127a), 제2내부전극(127b)과, 압전소자의 외측에 위치하는 외부전극(125)을 포함하여 이루어 지며 상기 내부전극(127a, 127b)과 외부전극(125)이 결합된 압전소자(122)는 원통형의 점도센서 케이스(126) 내부에 결합된다.

상기 점도센서 케이스(126)는 금속으로 형성될 수 있다.

상기 점도센서 케이스(126)의 하단은 내측으로 돌출되도록 형성 되는데, 상기 돌출된 부분에 상기 외부전극(125)의 상하방향 중심부가 결합된다.

상기 압전소자(122)는 중심부를 기준으로 상부와 하부가 각각 다른 방향으로 회전진동을 하게 되므로, 중심부가 고정되는 것이 바람직하다.

상기 내부전극(127a, 127b)은 상하로 대칭이 되도록 분리되어 있으며, 분리 된 내부전극 각각에는 전선(108)이 결합되어 외부의 전력공급원(미도시)과 연결된다.

상기 오일점도센서의 하부에는 실링부재(121)가 결합되어 센서내부로 오일이 유입되는 것을 차단한다.

따라서 상기 점도센서(120)의 하부는 도8에 도시된 제1유입구(101a)로 유입된 오일에 잠겨 있는 상태가 되지만, 상부는 오일이 들어가지 못하도록 실링이 되어 있으므로, 공기 중에 노출되어 있게 된다.

이런 상태에서 상기 분리된 각각의 내부전극(127a, 127b)에 교류전압을 가해주면, 상기 압전소자(122)는 아랫부분과 윗부분이 도11에 도시된 중심선(C-C 라인)을 기준으로 하여 다른 방향으로 회전진동을 하게 된다.

압전소자(122)의 진동은 유체의 감쇄력을 유발시키며, 이러한 유체의 감쇄력을 이용하면, 유체의 점도를 구할 수 있게 된다. 유체의 감쇄력은 유체의 점도에 따라 달라지기 때문이다.

이 때 유체의 점도는 공기중에 노출되는 점도센서 상부에서 측정한 공기에 의한 감쇄력과, 오일에 노출되는 점도센서 하부에서 측정한 엔진오일에 의한 감쇄력을 비교하거나, 공기의 점도와 엔진 오일의 점도를 비교하여 상대적인 점도값을 구하는 것이 바람직하다.

압전소자 자체에 경시변화가 일어나는 경우, 오일에 노출되는 부분의 절대 감쇄력만을 기초로 절대 점도를 측정한다면, 소자의 경시변화에 따른 오차의 영향을 줄일 수 없게 되지만, 공기에 노출된 부분에서의 감쇄력을 측정하여 오일에 의 한 감쇄력과 비교한 상대 점도값을 구한다면, 소자의 경시변화에 따른 오차의 영향을 줄일 수 있게 되기 때문이다.

실제로는, 상기 압전소자(122)의 회전진동은 소재가 갖는 탄성범위내에서 이루어지므로, 경시변화의 발생은 거의 나타나지 않게 되지만, 미세한 경시변화가 발생한다 하더라도, 상기와 같은 방법을 채택함으로 인해 측정 점도의 정확도를 높일 수 있게 되는 것이다.

상기 오일점도센서는 도12에 도시된 바와 같이 구성될 수도 있다.

도12에 도시된 실시예에 의한 점도센서(140)는, 상기 점도센서 케이스(141)의 하단에는 파이프 모양으로 하향 연장된 진동튜브(142)가 형성되며, 상기 점도센서 케이스(141) 내부에는 환형의 압전소자(145)가 위치한다.

상기 압전소자(145)는 회전 진동의 변위를 크게 하기 위해 복수개가 사용될 수 있다.

상기 압전소자(145)의 상하면에는 상기 압전소자(145)에 전기를 인가하기 위한 링(146)이 위치한다.

상기 링(146)은 구리로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 링(146)은 압전 소자에 전기를 도전 시키고 적층된 압전 소자(145)의 진동을 상하면으로 전달 시키는 역할을 한다.

상기 압전소자(145)의 상부에는 고유 진동수를 맞추기 위한 플라이 휠(143)이 결합된다.

상기 플라이휠(143)은 진동축(144)의 외주면에 결합되며, 상기 진동축(144) 과 일체로 형성될 수 있다.

고유진동수는 관성 모멘트의 함수이고, 관성 모멘트=1/2 * mr^2 (m : 플라이 휠 질량, r : 플라이 휠 반경) 이므로, 플라이 휠의 질량 및 크기에 따라서 고유 진동수 는 변하게 된다.

상기 진동축(144)은 점도센서 케이스(141)의 중앙에 길이방향으로 위치 하며, 환형의 압전소자(145)와 진동튜브(142)를 관통하여 위치한다.

상기 진동축(144)의 하단은 상기 점도센서 케이스(141)의 하단 외측에서 탐촉자(147)와 결합한다. 상기 진동축(144)과 상기 탐촉자(147)는 일체로 형성될 수 있다.

상기 탐촉자(147)는 상기 점도센서 케이스(141)의 외부로 노출되어 오일과 직접 접촉하는 부분으로, 상기 진동튜브의 하단에 고정된다.

상기 탐촉자는 상기 진동축과 일체로 형성될 수 있다.

이와 같은 점도센서의 작동원리는 다음과 같다.

상기 압전소자(145)에 상기 링(146)을 통해 교류전압이 인가되면, 상기 압전소자(145)의 미소진동은 플라이 휠(143)을 통해 진동축(144)으로 전달된다.

진동축(144)의 미소 회전 진동은 탐촉자(147) 및 진동튜브(142)에 전달된다.

이 때 상기 탐촉자(147) 및 진동튜브(142)는 오일과 접하게 되므로, 유체에 대해 전단방향으로 미소 진동을 하게 된다.

따라서 유체의 감쇄력을 측정하면, 유체의 점도를 측정할 수 있게 된다.

도8, 도11 및 도12 에 도시된 도면부호 114는 온도센서를 나타낸다.

상기 오일 온도센서는 PT1000, NTC 등의 저항체로서 온도에 따른 저항의 변화를 브리지 회로를 통해 전기적 신호로 변환하여 온도를 측정한다.

이상에서 설명한 바와 같은 입력전극, 레벨센서, 오일 산화도 센서, 오일 점도 센서, 및 온도센서는 도8에 도시된 바와 같이 케이스의 내부에 설치되어, 하나의 복합센서를 이룰 수도 있고, 그 각각이 분리되어 별개로 설치될 수도 있다.

즉, 이상에서 설명한 각각의 센서는 독립적으로 사용될 수도 있으며, 전체로서 복합센서를 구성하여 사용될 수도 있는 것이다.

이하, 도8에 도시된, 상기 4개의 센서 이외에, 복합센서를 구성하는 다른 구성들을 자세히 설명한다.

먼저 상기 케이스(102)는 ㄱ 자 형상으로 구부러져 있어, 복합센서를 오일팬의 옆면에서 장착 시 외부의 충격 등에 비교적 안정적이다.

상기 케이스(102)의 하단에는 캡(101)이 결합된다.

케이스(102)는 바디 오링(111)과 함께 오일팬에 장착되며, 오일팬과 케이스(102)의 결합은 결합용 볼트로 고정될 수 있다.

상기 캡(101)의 중앙에는 오일 점도센서(120) 내부로 오일이 유입될 수 있도록 제1유입구(101a)가 형성되며, 상기 캡(101)의 가장자리에는 상기 오일 산화도 센서(103,106) 및 오일 레벨 센서(105,106) 내부로 오일이 유입될 수 있도록 제2유입구(101b)가 형성된다. 그리고, 상기 케이스(102)의 상부 일측에는 공기가 빠져나갈 수 있는 에어홀(117)이 형성된다.

따라서, 제1유입구(101a)와 제2유입구(101b)로 유입된 오일은 도 9 에서 보 는 바와 같이 상기 지지부(115)에 4개의 분할형태로 이루어진 오일통로(115b)를 통해 오일을 센서 상부로 보내어진다.

회로(109)는 상기 케이스(102) 내부의 일 단부에 체결된다.

카버(cover)(107)는 상기 케이스(102)의 단부에 체결되어 회로(109)를 보호하는 한편, 방열핀이 부착되어 회로(109)에서 발생하는 열을 외부로 방출한다.

그라운드 스프링(108)은 회로(109) 및 카버(cover,107)와 연결되어 회로(109)의 그라운드 역할을 한다.

플렉서블 케이블(Flexible-Cable,110)은 오일 점도센서(120), 온도센서(114), 오일 산화도센서, 오일 레벨 센서에 연결되어 전기적 신호를 회로(109)에 전달한다.

바디오링(111)은 상기케이스(102)에 부착되어 오일팬(30)과 케이스(102)사이의 오일 누수를 방지한다.

상부지지부(129)는 지지부(115)의 상부에 장착되어 오일 레벨 센서와 플렉서블 케이블(Flexible-Cable,10)을 지지한다.

보조 오링(sub O-ring, 119)은 상부지지부(129)에 장착되어 오일의 역류를 방지한다.

상기 케이스(102)의 내부에는 파이프 형상의 입력전극(106)이 위치하는데, 상기 입력전극(106)은 전류가 통할 수 있는 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 입력전극(106)은 상기 캡(101)의 상부에 장착된다.

이상에서 설명한 센서를 포함하는 오일 상태 진단장치를 이용한, 오일 상태 진단 과정을 설명한다.

도 7은 본 발명에 의한 엔진 오일 상태 진단방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

상기 DSP(20)를 포함하는 제어부는 상기와 같이 구성된 오일 상태 진단장치의 진단과정이 도 7에 제시된 플로우차트에서와 같은 단계를 거치며 작동이 제어되도록 프로그래밍된다.

도7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 오일 상태 진단장치의 진단과정을 설명하면, 먼저 센서에 의해 엔진 오일의 물리적 또는 화학적 특성이 측정된다.(S100)

이 때, 오일의 물리적 특성 측정 단계는 오일점도 센서를 통한 오일 점성 측정단계, 오일레벨 센서를 통한 오일량 측정단계, 오일온도 센서를 통한 오일 온도 측정단계 중 어느 하나 이상의 단계를 포함하여 이루어지도록 설정될 수 있다.

그리고 오일의 화학적 특성 단계는 오일산화도 센서를 통한 오일의 유전율 측정단계를 포함하여 이루어지도록 설정될 수 있다.

이렇게 측정된 엔진오일의 특성에 대한 측정값은 DSP에 입력된다.(S200)

그리고, 엔진의 운전상태 정보가, 운전상태를 측정하기 위한 각각의 센서들로부터 측정되어 엔진 ECU로 입력되며, 상기 엔진 ECU로 입력된 운전상태 정보 역시 DSP에 입력된다.(S300)

엔진의 운전상태를 측정하는 단계는, 차속 센서를 통한 주행속도 측정단계, 에어 플러우 센서를 통한 흡입공기량 측정단계 또는 크랭크 앵글 센서를 통한 엔진회전수 측정단계 중 어느 한 단계 이상을 포함하여 이루어지도록 설정될 수 있다.

다음으로, 측정된 엔진 운전상태 정보에 대응되는, 미리 저장되어 있던 오일상태 설정값이 선택되며, 상기 선택된 오일상태 설정값과, 오일의 물리적 또는 화학적 특성의 측정값이 비교된다.(S500)

DSP에는 각각의 엔진 운전상태에 따른 오일의 상태값이 미리 저장되며, 엔진 운전상태에 대한 정보가 입력되면, 그에 대응되는 오일 상태의 설정값이 선택된다.

그리고 선택된 오일상태 설정값과, 엔진오일의 상태에 대한 측정값이 비교되는 것이다.

상기 비교단계에서는 오일 상태의 측정값이 경보를 발생시키지 않아도 되는 설정 범위 이내에 포함되는지 여부가 판단된다.

다시 말하면, DSP(20)에 설정된 오일상태 설정값과, 상기 오일의 특성 변화를 측정하기 위한 복합 센서(10) 또는 개별적인 각각의 센서(11~14)들에서 측정되는 오일의 물리적 화학적 특성이 비교되는 것이다.

이 과정에서 복합 센서(10,100) 또는 각각의 개별적인 센서들에서 측정된 오일의 특성변화 값이 DSP(20)에 기 설정된 설정값 한계범위내에 포함되면 상기 DSP(20)는 경고등을 작동시키지 않지만, 오일의 상태값이 한계 범위를 벗어나면, 상기 DSP(20)는 엔진 오일을 점검하라는 경고등을 동작시키게 된다.

이 때, 상기 DSP에 맵핑된 오일상태 설정값은 엔진의 운전상태에 따라른 엔진의 운전 이력에 따라 보정되도록 하는 보정단계를 더 포함하여 이루어질 수 있 다.(S400)

상기 DSP(20)는 메모리에 기 맵핑된 설정 값이 ECU(30)에서 측정되는 운전상태의 변화에 따라서 보정되도록 하기 위한 보정단계를 거칠 수 있도록 설정될 수도 있는 것이다.

상기 보정단계는, DSP에 설정되는 오일 점도의 한계치가 엔진 오일의 온도변화량, 엔진의 회전수 변화량, 엔진의 운전 마일리지 변화량, 에어 플로우 센서에서 측정되는 흡입공기량 변화량 또는 엔진의 아이들(IDLE) 운전시의 공기량 변화량 중 어느 하나 이상의 변화량을 기준으로 결정되도록 설정될 수 있다.

한편, S500 단계에서 측정값과 설정값을 비교한 결과, 측정값이 설정값의 범위 안에 있으면, 측정값 및 보정된 설정값을 DSP에 저장한다.(S600)

그리고 상기 측정값 및 비교 결과값을 출력부를 이용해 출력한다.(S700)

측정된 엔진 오일의 측정값, 보정값, 현재 엔진의 이력에 최적상태가 제시되는 결과값 등은 DSP(20)의 플래쉬 메모리(22)에 저장되고, 상기 값은 출력부를 통하여 운전자 또는 차량의 정비자가 확인할 수 있도록 출력된다.

이러한 출력부는 차량의 운전석에 마련되는 계기판(40)에 마련될 수도 있으며, 정비스캐너(50) 장비를 통한 엔진 체크 시에 상기 정비 스캐너(50)의 모니터에 디스플레이될 수 있도록 구성된다.

상기 정비 스캐너(50)에 표시되는 값은 차량의 출고 시에서부터 그동안 엔진에 공급된 오일의 점도, 량, 압력, 산화도, 오염정도 등 이므로, 차량의 운전자나 정비자는 이를 통해 엔진 오일 상태 및 오일 상태의 이력을 알 수 있도록 한다.

그러나, S500 단계에서, 측정값이 설정값의 범위를 벗어나게 되면 계기판을 통해 경고를 한다.(S800)

상기 DSP(20)에서 엔진 오일 경고등이 작동되도록 하기 위한 제어 신호를 보내게 되는 것이다.

본 실시예에 의하면, 상기 DSP(20)는 보다 정확한 오일의 레벨 측정 및 오일의 산화도 측정을 위하여, 엔진의 운전시와 엔진이 정지한 경우에서의 오일상태를 측정하여 비교할 수 있도록 프로그래밍 될 수도 있다. 이 경우, 측정된 오일의 온도(oil_t)가 설정온도 한계치(oil_t_low, oil_t_high)와 비교되고, 측정된 엔진회전수(engine_rpm)가 설정회전수 한계치(rpm_low, rpm_high)와 비교되어 엔진 작동 상태를 파악할 수도 있으며, 엔진 오일 상태 측정을 위한 기준 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수도 있다.

특히, 엔진 운전시와 엔진 정지시에 측정되는 오일 상태변화를 구하여 평균값을 구할 수 있도록 설정될 수도 있는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한, 오일 상태 진단 장치방법에는 차량의 조립완성 후 출고전 초기화된 이후부터 엔진구동 사이클(엔진의 시동 on부터 시동 off까지)의 값이 반영되도록 할 수도 있다.

상기 DSP(20)에서는 DSP(20)의 메모리에 기 맵핑된 설정 값을 ECU(30)에서 측정되는 운전영역의 변화에 따라서 보정되도록 하기 위한 보정단계에서, DSP(20)에 설정되어 있는 오일 점도의 한계치가 엔진의 회전수 누적치를 기준으로 보정되도록 설정될 수 있는 것이다.

또한, DSP(20)에 설정되어 있는 오일 산화도의 한계치가 엔진의 회전수 누적치 변화량을 기준으로 보정되도록 설정될 수도 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 자기청정 작용으로 센서 자체의 열화가 없고, 구조적으로 내구성에 유리하게 된다.

오일레벨센서 전극이 복수개의 전극으로 분리되면, 오일레벨을 통해, 차체의 기울기등을 검출할 수 있게 되며, 이를 바탕으로 롤링각 피칭각 등을 계산할 수 있게 되어 차량 자세 제어에 활용할 수 있게 된다.

또한, 오일레벨전극이 복수개의 전극으로 분리되면, 각각의 전극에서 측정된 오일레벨을 바탕으로 엔진오일량을 구할 수 있게 된다.

오일 점도센서가 환형의 압전소자와, 그 사이를 관통하는 진동축과, 진동튜브를 포함하는 점도센서 케이스와, 진동튜브, 및 탐촉자를 포함하여 구성될 경우 내구성이 우수해진다.

또한, 진동튜브 및 탐촉자의 저면이 엔진오일에 노출되므로, 센싱 유효 면적이 커져서 센서로서 signal/noize의 비율 특성이 우수해 진다.

점도센서가 파이프형상의 압전소자와 외주면에 결합되는 외부전극과,

내주면에 결합되며 상하로 분리된 내부전극을 포함하여 구성되되, 일측은 오일에 노출되고, 반대측은 공기중에 노출되도록 형성될 경우, 오일에 의한 감쇄력과 공기에 의한 감쇄력을 비교하여 상대적인 점도 값을 구하게 되므로, 측정 정도를 높일 수 있게 되며, 압전소자 자체의 경시변화가 발생하여도, 측정오차가 거의 없 이 점도값을 구할 수 있게 된다.

또한, 경시 변화가 발생하더라도, 절대 점도가 상대적으로 보정되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한 원통형의 압전소자 외측면에 오일에 접하므로, 센싱 유효 면적이 커져서, 측정 정확도를 높일 수 있게 된다.

또한 오일점도센서에서 환형의 압전소자를 사용할 경우, 압전소자를 여러 층으로 적층하게 되면, 진동발생효과를 증대시킬 수 있게 되며,

또한, 상기 복합센서의 케이스가 ㄱ 자 형상으로 구부러져 있어, 복합센서를 오일팬의 옆면에서 장착 시 외부의 충격 등에 비교적 안정적인 구성을 갖는다.

Claims

전류가 인가되는 입력전극과;

상기 입력전극과 이격되어 위치하며 상기 입력전극으로부터 전류가 유전되는 오일레벨전극과;

상기 입력전극의 입력전류와 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 오일의 레벨을 산출하는 제어부를;

포함하되,

상기 제어부는,

상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일레벨전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스 및 유전률을 계산하고,

상기 계산된 커패시턴스 및 유전률을 기초로 오일레벨을 연산하는 오일 레벨 센서.
제1항에 있어서,

상기 입력전극은 파이프 형상을 가지며,

상기 오일레벨전극은 상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 센서.
제1항 또는 제2에 있어서,

상기 오일레벨전극은 횡단면을 기준으로 복수개로 분할되며,

상기 제어부는,

상기 입력전극의 입력전류와, 상기 복수개로 분할된 오일레벨전극의 출력신호들을 기초로 각각의 분할된 부분에서의 오일레벨을 산출하는 오일 레벨 센서.
제3항에 있어서,

상기 분할된 오일레벨전극을 고정시키는 지지부를 더 포함하되,

상기 지지부는,

절연 가능한 재질로 파이프 모양으로 형성되며,

상기 오일레벨전극은 상기 지지파이프의 외주면에 고정되는 오일 레벨 센서.
제4항에 있어서,

상기 지지부의 외주면에는 4개의 수직돌출부가 길이방향으로 형성되며,

상기 수직돌출부는,

상기 오일레벨전극의 각 분할 부분 사이에 위치하여,

각각의 분할된 부분 사이를 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 센서.
전류가 인가되는 입력전극과,

상기 입력전극과 이격되어 위치하며 상기 입력전극으로부터 전류가 유전되는 오일산화도 전극과,

상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일산화도 전극의 출력전류를 기초로 오일 산화도 변화를 검출하는 제어부를;

포함하되,

상기 제어부는

상기 입력전극에 인가되는 전류 및 상기 오일산화도 전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일산화도 전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스를 계산하고,

상기 계산된 커패시턴스를 기초로 변화된 유전율을 계산하며,

상기 변화된 유전율을 기초로 오일레벨을 산출하는 오일 산화도 센서.
제6항에 있어서,

상기 입력전극은 파이프 형상을 가지며,

상기 오일산화도 전극은,

상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 오일 산화도 센서.
점도센서 케이스와;

파이프 형상의 압전소자와;

상기 압전소자의 내주면에 결합되며 상하로 분리되어 있는 내부전극과;

상기 압전소자의 외주면에 결합되는 외부전극과;

상기 분리된 내부 전극 각각에 전력을 공급하기 위한 전선들과;

압전소자의 진동에 대한 오일의 감쇄력을 기초로 압전소자의 점도를 산출하는 제어부를;

포함하되,

상기 압전소자는,

상기 내부전극의 분리된 부분을 중심으로 일측은 오일에, 반대측은 공기에 노출되어,

전류가 인가되면 상기 오일에 노출된 부분과 상기 공기중에 노출된 부분이 서로 다른 방향으로 회전진동하며,

상기 제어부는,

공기의 감쇄력과 오일의 감쇄력을 기초로 공기에 대한 상대적인 오일 점도를 산출하는 오일 점도 센서.
제8항에 있어서,

상기 점도센서 케이스는,

내주면의 일부가 내측으로 돌출되며,

상기 돌출된 부분에 상기 외부전극의 상하방향 중심부가 고정되며,

상기 내부전극은,

상기 외부전극이 상기 케이스에 고정된 부분에 대응되는 위치에서 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 점도 센서.
하부로 연장된 진동튜브를 포함하는 점도센서 케이스와;

상기 점도센서 케이스 내부에 위치하는 환형의 압전소자와;

상기 압전소자의 상,하면에 각각 위치하는 링과;

중앙부분에 플라이 휠이 결합되고 하단 단부에는 탐촉자가 결합되며, 상기 압전소자의 중앙을 관통하는 진동축과;

오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출하는 제어부를;

포함하되,

상기 플라이 휠은 상기 압전소자 상부의 링에 고정되고,

상기 탐촉자는 상기 진동튜브와 고정되어,

상기 압전소자의 진동에 대해 오일에 노출되는 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브가 함께 진동하며,

상기 제어부는, 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브의 진동에 대한 오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출하는 오일 점도 센서.
제10항에 있어서,

상기 압전소자는 복수개가 적층되며, 상기 적층된 압전소자의 사이에는 상기 링이 개재되는 오일 점도 센서.
제항 8항내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전소자는,

전류가 인가될 때에 진동을 발생시켜 오일의 진동에 의한 자기청정 기능을 가진 것을 특징으로 하는 오일 점도 센서.
케이스와;

상기 케이스의 내부에 위치하는 오일레벨센서, 오일산화도센서, 오일점도센서, 오일온도센서와;

상기 각각의 센서로부터 제공되는 측정값을 받아 오일의 물리적 화학적 특성을 계산하기 위한 제어부;를 포함하되,

상기 오일레벨센서는,

상기 케이스의 내부에 수용되며 소정의 전류가 인가되도록 형성된 입력전극과;

상기 입력전극의 내주연과는 소정 간격 떨어지도록 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일레벨전극을; 포함하며,

상기 오일산화도센서는,

상기 입력전극과;

상기 오일레벨전극의 하측으로 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일산화도전극을; 포함하며

상기 오일점도센서는,

점도센서 케이스와;

파이프 형상의 압전소자와;

상기 압전소자의 내주면에 결합되며 상하로 분리되어 있는 내부전극과;

상기 압전소자의 외주면에 결합되는 외부전극과;

상기 분리된 내부 전극 각각에 전력을 공급하기 위한 전선들을;

포함하되,

상기 압전소자가 상기 내부전극의 분리된 부분을 중심으로 일측은 오일에, 반대측은 공기에 노출되어,

전류가 인가되면 상기 오일에 노출된 부분과 상기 공기중에 노출된 부분이 서로 다른 방향으로 회전진동하는 복합센서.
제13항에 있어서,

상기 제어부는,

상기 입력전극의 입력전류와, 상기 오일레벨전극의 출력전류를 기초로 하여 상기 입력전극과 상기 오일레벨전극 사이에 존재하는 오일의 커패시턴스 및 유전률을 계산하고,

상기 계산된 커패시턴스 및 유전률을 기초로 오일레벨을 연산하는 복합센서.
제14항에 있어서,

상기 입력전극은,

파이프 형상을 가지며,

상기 오일레벨전극은 상기 입력전극 보다 작은 직경을 갖는 파이프 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 복합센서.
제15 항에 있어서,

상기 오일레벨전극은,

단면을 기준으로 복수개로 분할된 파이프 형상을 가지며,

상기 제어부는,

상기 입력전극의 입력전류와, 상기 복수개로 분할된 오일레벨전극의 출력신호들을 기초로

각각의 분할된 부분에서의 오일레벨을 산출하는 복합센서.
제16항에 있어서,

상기 분할된 오일레벨전극을 고정시키는 지지부를 추가로 포함하되,

상기 지지부는,

절연 가능한 재질로 파이프 모양으로 형성되며,

상기 지지부의 외주면에 상기 오일레벨전극이 고정되는 복합센서.
제17항에 있어서,

상기 지지부의 외주면에는 4개의 수직돌출부가 길이방향으로 형성되며,

상기 수직돌출부는 상기 오일레벨전극의 분할된 부분에 위치하여,

각각의 분할된 부분 사이를 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 복합센서
제18항에 있어서,

상기 지지부의 외주면에는,

상기 수직돌출부의 하단에 수평돌출부가 형성되며,

상기 수평돌출부는 상기 오일레벨전극과 상기 오일산화도 전극을 절연시키는 것을 특징으로 하는 복합센서.
제19항에 있어서,

상기 수평돌출부의 상부에는 홈이 형성되며, 상기 홈에 상기 오일레벨전극이 삽입, 고정되는 것을 특징으로 하는 복합센서.
제13항에 있어서,

상기 제어부는,

공기의 감쇄력을 기초로 공기의 점도를 측정하고,

오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 측정하여,

상기 공기의 점도에 대한 상대적인 오일 점도를 산출하는 복합 센서.
제21항에 있어서,

상기 점도센서 케이스는,

내주면의 일부가 내측으로 돌출되며,

상기 돌출된 부분에 상기 외부전극의 상하방향 중심부가 고정되며,

상기 내부전극은,

상기 외부전극이 상기 케이스에 고정된 부분에 대응되는 위치에서 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 센서.
케이스와;

상기 케이스의 내부에 위치하는 오일레벨센서, 오일산화도센서, 오일점도센서, 오일온도센서와;

상기 각각의 센서로부터 제공되는 측정값을 받아 오일의 물리적 화학적 특성을 계산하기 위한 제어부;를 포함하되,

상기 오일레벨센서는,

상기 케이스의 내부에 수용되며 소정의 전류가 인가되도록 형성된 입력전극과;

상기 입력전극의 내주연과는 소정 간격 떨어지도록 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일레벨전극을; 포함하며,

상기 오일산화도센서는,

상기 입력전극과;

상기 오일레벨전극의 하측으로 위치되며, 상기 입력전극으로부터 인가되는 전류를 수신하도록 형성된 오일산화도전극을; 포함하며

상기 오일점도센서는,

하부로 연장된 진동튜브를 포함하는 점도센서 케이스와;

상기 점도센서 케이스 내부에 위치하는 환형의 압전소자와;

상기 압전소자의 상,하면에 각각 위치하는 링과;

중앙부분에 플라이 휠이 결합되고 하단 단부에는 탐촉자가 결합되며, 상기 압전소자의 중앙을 관통하는 진동축과;

오일의 감쇄력을 기초로 오일의 점도를 산출하는 제어부를;

포함하되,

상기 플라이 휠은 상기 압전소자 상부의 링에 고정되고,

상기 탐촉자는 상기 진동튜브와 고정되어,

상기 압전소자의 진동에 대해 오일에 노출되는 상기 탐촉자 및 상기 진동튜브가 함께 진동하는 복합 센서.
제23항에 있어서,

상기 압전소자는 복수개가 적층되며, 상기 적층된 압전소자의 사이에는 상기 링이 개재되는 복합 센서.
제13 또는 23항에 있어서,

상기 케이스는 ㄱ자형으로 구부러지며,

상기 복합센서는 엔진의 측면에 결합되는 복합 센서.