[논문]엔진오일 상태점검을 위한 프로브 시스템 구현

김영주

doi:10.7846/jkosmee.2012.15.1.025

엔진오일 상태점검을 위한 프로브 시스템 구현
Implementation of the Probe System with Respect to the Engine Oil States Inspection 원문보기

한국해양환경공학회지 = Journal of the Korean society for marine environmental engineering, v.15 no.1, 2012년, pp.25 - 29

초록
AI-Helper

본 논문은 프로브의 반사계수를 이용하여 엔진오일의 열화정도를 측정하기 위해 반사 계수를 측정하는 회로를 설계한다. 프로브에 펄스를 인가하고 반사 신호를 측정할 수 있는 회로를 구현 하였다. 엔진오일의 상태가 열화 될 수록 반사 신호는 증가하는 것을 알 수 있었고, 엔진오일의 온도가 상승함에 따라 열화된 엔진오일의 유전율이 감소하는 현상을 측정하였다. 결론적으로, 프로브의 반사 계수를 이론치와 측정치를 비교 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, in order to measure the degree of degradation using the reflection coefficient of the probe, the measuring circuit is designed. we put pulse signal into the probe and measure the reflected signal in the circuit. As the condition of engine oil degradation, we can see that the reflected signal was increased and as the engine oil temperature increases, a phenomenon shows that the degradated dielectric constant is decreased. Finally, the theoretical values and measured values of the reflection coefficients of the probe are analyzed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 유전율의 변화를 이용하여 엔진오일의 열화를 측정하는 장치를 설계하였다. 엔진오일룸에 설치되는 측정단의 프로브 크기는 작게 제작되어야 하므로 소형회로로 설계를 하여야 한다.
측정 값과 이론값에서 오차는 이론적 특성 임피던스의 근사값을 이용하는 과정에서 생성 되었다. 본 논문에서는 측정 장치를 설계하여 반사 계수를 측정함으로써 엔진오일의 열화 과정 정도를 보였다. 향후, 엔진오일의 상태를 측정할 수 있는 시스템을 구현할 수 있음을 보였다.
엔진오일 측정 장치의 주파수는 f=200 mHz, duty cycle 20%로 결정하였다. 저주파수를 사용하는 목적은 프로브의 DC화를 위해서이다. MCU칩은 ATmega128을 이용하며, 펄스는 레귤레이터를 이용한 승압회로를 거치게 되고 승압된 펄스는 저전력 OP Amp의 인가전압이 된다.

제안 방법

나머지 4초 동안 2번의 ADC, 온도 데이터와 반사파의 연산을 하기 위해서는 타이밍 제어가 필요하다. ATmega128 자체로 카운팅 할 수 있는 timer0을 이용하여 실시간으로 시스템을 제어 할 수 있도록 하였다.
OCn레지스터와 TCNTn레지스터를 이용하여 펄스의 주기를 설정하여 PWM(Pulse Width Modulation)을 생성하여 이때의 주파수 200 mHz(Duty Cycle 20%)인 펄스를 출력 한다(Fig. 6참조).
10참조). 구조물 간격으로 원활한 오일유입을 위해 접지 구조물 둘레에 지름 4 mm의 원형 구멍 4개를 뚫어 놓았다.
내연기관의 엔진오일의 온도가 120 ℃ 이상 상승할 수 있으므로 본 실험에서는 엔진오일을 가열해 가며 오일의 상태를 측정하였다 (김청균[2009]).
8과 같이 각각의 ADC포트는 멀티플렉서(multiplexer)와 연결되어 있기 때문에 온도센서의 출력값을 받은 후 반사파의 전압값을 받게 되면 ADC를 처리하는 부분에서 오류가 생긴다. 따라서 이러한 오류를 없애기 위하여 Timer0을 이용하여 순차적으로 ADC처리를 하도록 하였다.
엔진오일의 열화에 따라서 프로브의 반사 신호가 변화하는 특성을 이용 하였고, 반사 신호를 측정 할 수 있는 회로를 구성, 설계 하였다. 엔진오일의 오염도가 증가함에 따라 반사계수도 증가하게 되는데 이는 이론값에서 제시한 경향과 유사함을 볼 수 있다.
측정된 엔진오일의 상태는 사용하기 전의 새 엔진오일(A), 폐 엔진오일(C) 그리고 이 두 종류의 오일을 50%씩 섞어서 만든 오염도가 중간정도인 오일(B)로 분류하였다. 새 오일(A)와 오염도가 중 간정도인 오일(B), 폐 오일(C)의 반사 신호 크기는 Table 1과 같다.
엔진오일의 온도를 측정하기 위해 온도 센서가 부착된다. 프로브는 접지 구조물인 외부 원통(stainless steel)안에 그보다 직경이 2 mm 작은 원통 형태의 펄스 출력단 구조물(황동)로 설계 를 하였다. 그러므로 엔진오일은 2개의 구조물 사이(간격 1 mm)에 채워지게 된다(Fig.

성능/효과

현재 국내에서 엔진오일의 상태 자동 측정 시스템은 아직 개발되지 않았으며 외국의 오일센서를 수입하여 판매를 하고 있다. 본 연구를 통하여 펄스를 이용한 오일 상태 측정 시스템의 설계를 통해 센서의 국산화 및 저가격화를 이룰 수 있고 또한 항공기 및 선박 등 다양한 내연 기관엔진에 장착되는 오일 상태를 측정하는 시스템으로 발전시킬 수 있다.
12에서 측정된 반사 계수와 이론적 반사 계수와의 관계를 보여준다. 측정된 반사 신호로 유도된 반사 계수는 오일 상태가 열화 될수록 증가 하는 것을 알 수 있고, 이론적으로 구한 반사 계수의 증가와 일치 하는 것을 보인다. 이론적 반사 계수는 이론적 오차를 포함하고 있으므로, 측정된 반사 계수와 일치 하지 않음을 볼 수 있다.

후속연구

해양환경에서 기름유출 사고는 해양에 서식하는 생태계에 악영향을 주기 때문에 유출유의 존재 유무를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 기술(오상우 등[2011])이 연구되었으며, 선박의 엔진오일 불량에 따른 대기오염 대한 연구도 필요하다고 생각된다.
본 논문에서는 측정 장치를 설계하여 반사 계수를 측정함으로써 엔진오일의 열화 과정 정도를 보였다. 향후, 엔진오일의 상태를 측정할 수 있는 시스템을 구현할 수 있음을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엔진오일의 열화 중 가장 큰 원인은?	엔진오일의 열화 중 가장 큰 원인은 공기 중의 산소에 의한 산화 작용이며, 산화속도는 온도, 촉매, 공기와 접촉하는 엔진오일의 종류 및 첨가물의 종류에 따라 달라진다. 엔진오일이 산화되면 케톤 , 알데히드, 알코올 등과 같은 유용성의 산소화합물이 먼저 생성되고 다음으로 이것이 유기산으로 바뀌며, 최후에는 오일에 용해되지 않는 수지상의 물질을 생성하게 된다.
	엔진오일의 내구성을 나타내는 수명이나 사용한계가 산화 및 이물질의 유입에 따라 정해지게 된 이유는?	엔진오일의 내구성을 나타내는 수명이나 사용한계는 산화 및 이물질의 유입에 따라 정해지게 된다. 이는 양질의 엔진오일이라 할 지라도 사용 중에 변질되어 그 성질이 저하되는 열화현상이 나타나기 때문이다. 내연기관에서 엔진오일의 상태를 측정 할 수 있다면 적절한 시기에 엔진오일을 교체할 수 있으므로, 엔진마모 감소에 따른 엔진수명이 증가되어 엔진기능의 최적화가 이루어지며 엔진오일의 산화에 따른 환경오염을 방지 할 수 있다.
	엔진오일의 내구성을 나타내는 수명이나 사용한계는 무엇에 따라 정해지는가?	엔진오일의 내구성을 나타내는 수명이나 사용한계는 산화 및 이물질의 유입에 따라 정해지게 된다. 이는 양질의 엔진오일이라 할 지라도 사용 중에 변질되어 그 성질이 저하되는 열화현상이 나타나기 때문이다.

참고문헌 (6)

C. Pu et al, 2000, IEEE Photonics Technol. Letters, Vol. 12, No. 12, pp. 1665-1667.

상세보기
Jangannathan, S, Raju, GV.S. 28-30 June 2000, Remaining useful life prediction of automotive engine oils using MEMS technologies, American Control Conference, 2000. Proceedings of the 2000, Volume 5, pp. 3511-3512.
Simon S. Wang, Yingjie Lin, 15 November 2003, A new Technique for detecting antifrreze in engine oil during early stage of leakage, Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 96, Issues 1-2.

상세보기
오상우, 이문진, 최혁진, November 2011, 기름에 대한 실리콘의 부피 변화 성질을 이용한 유출유 탐지 센서 개발, Journal of the KOSMEE, Volume 14, No. 4, pp. 280-286.
윤덕용, 2006, AVR ATMEGA 1280/2560 정복, OHM사.
김청균, 2009, 디젤차량의 주행거리에 따른 DPF 윤활유의 특성분석에 관한 실험적 연구, Journal of the KSTLE Vol. 25.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증