Сигнальное устройство загрязнения масляного фильтра

Полезная модель относится к области автомобилестроения, а именно к фильтрам для очистки масла, в том числе содержащим устройства контроля степени загрязненности масляных фильтров автомобильных двигателей внутреннего сгорания и чистоты моторного масла.
Известно, что чистота моторного масла существенно влияет на работоспособность автомобильного двигателя, качество его работы и, в конечном счете, срок его службы. В то же время, сама чистота масла в работающем двигателе определяется эффективностью работы масляного фильтра, которая напрямую зависит от степени его загрязнения. Из практики эксплуатации автомобилей хорошо известны визуальные методы контроля уровня масла в двигателе (по отметке на масляном щупе) и его качества (по цвету). Их простота позволяет осуществлять контроль уровня и качества моторного масла непосредственно водителю автомобиля. Что касается масляных фильтров, то их замена осуществляется согласно требованиям по техническому обслуживанию автомобилей (двигателей), исходя либо от периода работы (как правило, в годах), либо от величины пробега (в тысячах километрах).
Известна система контроля состояния фильтра двигателя внутреннего сгорания, содержащая фильтр, измеритель давления, полости которого сообщены каналами с входом и выходом фильтра, электронный блок управления, датчики температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала двигателя. При этом, один из входов электронного блока управления соединен с измерителем давления, а второй и третий входы блока соединены с указанными датчиками, один из выходов электронного блока управления соединен с исполнительным механизмом, а второй выход соединен с сигнальными элементами цепи сигнализации двигателя (патент РФ 2252811, опубликован в 2005 г.).
max
min
Наличие связи измерителя давления с входом и выходом фильтра позволяет регистрировать потерю давления в фильтре. По перепаду давления до и после фильтра можно судить о состоянии фильтрующего элемента. Если перепад давления на фильтре находится в допустимых пределах, то система не выдает никаких сигналов. Если перепад давления на фильтре ΔР выходит за пределы максимально допустимого перепада ΔР, что свидетельствует о засорении фильтра, то электронный блок управления выдает сигнал на сигнальный элемент (лампочку), сообщая оператору (водителю) о необходимости технического обслуживания фильтра. Если перепад давления на фильтре ΔР оказывается ниже минимального перепада давления ΔР, то электронный блок управления выдает сигнал на сигнальный элемент (лампочку), сообщая оператору (водителю) о разгерметизации фильтра (открытии перепускного клапана).
Недостатком указанной системы контроля состояний фильтра двигателя внутреннего сгорания является усложнение конструкции системы смазки из-за необходимости подключения к масляному фильтру измерителя давления, полости которого с помощью дополнительных трубопроводов сообщены с входом и выходом фильтра. Кроме того, возникает необходимость обеспечения коммутационной связи электронного блока управления измерителя давления с находящимися в разных местах датчиками температуры охлаждающей жидкости и частоты вращения коленчатого вала двигателя, а также для передачи сигнала от него на сигнальный элемент цепи сигнализации двигателя (контрольную лампочку на панели приборов автомобиля). Вся эта работа может быть выполнена только на этапе разработки и производства новых автомобилей.
Указанные недостатки системы контроля состояния фильтра устранены в масляном фильтре с сигнальным устройством, содержащем масляный фильтр, в верхней части корпуса которого выполнена горловина с отверстием, имеющим внутреннюю резьбу, в которое устанавливается электропроводящий датчик давления, электрически соединенный с контрольной (сигнальной) лампой (патент РФ 185104, опубликован в 2018 г.).
Масляный фильтр с сигнальным устройством работает следующим образом. После установки фильтра на двигатель автомобиля, на его горловину с помощью резьбового соединения устанавливается электропроводящий датчик давления. Таким образом, электропроводящий датчик давления располагается точно напротив перепускного клапана фильтра. В тот момент, когда давление масла внутри корпуса фильтра достигает порогового значения, при котором открывается перепускной клапан, электропроводящий датчик давления, подает по проводу электрический сигнал на контрольную лампу, которая загорается, сообщая, тем самым, водителю, что перепускной клапан открыт. При падении давления внутри фильтра ниже порогового значения, перепускной клапан закрывается, одновременно с этим выключается и электропроводящий датчик давления, электрическая сеть размыкается, и контрольная лампа гаснет. Масляный фильтр с сигнальным устройством в качестве дополнительной опции может устанавливаться на любой автомобиль, в том числе, и на находящийся в эксплуатации. Это может быть сделано как в условиях автосервиса, так и самостоятельно владельцем машины.
Недостатками масляного фильтра с сигнальным устройством является то обстоятельство, что значение давления масла, на которое запрограммировано срабатывание электропроводящего датчика давления, является лишь косвенным признаком реального открытия перепускного клапана. Срабатывание перепускного клапана в конкретном фильтре зависит от характеристики жесткости его пружины, в то время как электропроводящий датчик выдает сигнал при достижении давления масла строго определенной величины. Поэтому в реальной эксплуатации могут случиться ситуации, когда перепускной клапан уже открылся, а электропроводящий датчик давления еще не выдал соответствующий сигнал, либо наоборот, электропроводящий датчик давления выдает сигнал, а перепускной клапан еще остается в закрытом положении. Кроме того, данное сигнальное устройство не может работать со стандартным масляным фильтром, без горловины в его верхней части для установки электропроводящего датчика давления.
Наиболее близким к заявляемому устройству является масляный фильтр с сигнальным устройством (патент РФ192311, МПК В01 D 35/14, опубликован в 2019 году, бюл. № 26). К центральному резьбовому отверстию основания стандартного масляного фильтра присоединяется сигнальное устройство загрязнения масляного фильтра, содержащее корпус, соединенный закаткой с основанием и крышкой, в которых выполнены периферийные отверстия для прохода масла. Внутри корпуса установлена центральная трубка, верхняя часть которой проходит через центральное отверстие крышки и имеет наружную резьбу. Сигнальное устройство содержит два электропроводящих датчика давления, соединенных проводами с электронным блоком управления, а тот в свою очередь, с сигнальной лампой, при этом, первый из датчиков расположен внутри корпуса, а второй – внутри центральной трубки.
Масляный фильтр с сигнальным устройством работает следующим образом. Перед установкой на двигатель, масляный фильтр и сигнальное устройство посредством центрального резьбового отверстия основания фильтра и наружной резьбы в верхней части центральной трубки сигнального устройства соединяются друг с другом. После установки масляного фильтра с сигнальным устройством на двигатель, электронный блок управления подключается к электропроводящим датчикам давления, сигнальной лампе и аккумуляторной батареи автомобиля.
После запуска двигателя автомобиля, неочищенное масло из системы смазки через периферийные отверстия в основании сигнального устройства попадает внутрь его корпуса, а  оттуда, посредством периферийных отверстий в крышке сигнального устройства и в основании фильтра проходит внутрь масляного фильтра. Затем оно проходит через фильтрующий элемент и попадает в центральную трубку фильтра, после чего через центральное резьбовое отверстие фильтра, центральную трубку и центральное резьбовое отверстие сигнального устройства поступает в систему смазки двигателя.
Таким образом, первый электропроводящий датчик давления, расположенный внутри корпуса сигнального устройства, находится в потоке неочищенного масла на входе в масляный фильтр, а второй электропроводящий датчик давления, расположенный внутри центральной трубки сигнального устройства, находится в потоке очищенного масла на выходе из масляного фильтра.
При работе двигателя первый электропроводящий датчик давления фиксируют величину давления масла перед фильтром в потоке неочищенного масла (Р1), а второй электропроводящий датчик давления - после фильтра в канале очищенного масла (Р2). В случае прохождения масла через фильтрующий элемент, что свидетельствует о нормальной работе фильтра, разность этих величин (P1-P2) всегда будет иметь какое-то значение, напрямую зависящую от гидравлического сопротивления фильтрующего элемента, которое, в свою очередь, определяется степенью его засоренности. Разность величин (Р1-Р2) равная нулю показывает, что величины давления масла перед фильтрующим элементом и после него равны. Это может произойти только в том случае, если перепускной клапан фильтра открыт и масло поступает в систему смазки двигателя напрямую, минуя фильтрующий элемент.
При работе двигателя, сигналы с первого и второго электропроводящих датчиков давления поступают в электронный блок управления. В случае, если величины сигналов с первого и второго электропроводящих датчиков давления становятся равными (это означает, что разность Р1-Р2 равна нулю), электронный блок управления подает сигнал к сигнальной лампе, тем самым, информируя водителя, о том, что в масляном фильтре открылся перепускной клапан. При падении давления масла в фильтре ниже порогового значения, перепускной клапан закрывается, и масло, поступающее в систему смазки двигателя, проходит через фильтрующий элемент. При этом, равенство давлений Р1 и Р2 нарушается, одновременно с этим нарушается и равенство величин сигналов от первого и второго электропроводящих датчиков. В результате электронный блок управления размыкает электрическую цепь и сигнальная лампа гаснет.
Недостатками данного фильтра с сигнальным устройством являются его конструктивная и технологическая сложность, поскольку сигнальное устройство состоит из большого количества деталей, для изготовления которых необходимо применять штамповку, а при его сборке - технологию закатки. Все это делает данное сигнальное устройство довольно сложным и относительно дорогим в производстве.
В основу заявляемой полезной модели положена задача разработки простого при изготовлении сигнального устройства загрязнения масляного фильтра. При этом оно не требует конструктивных изменений ни системы смазки двигателя, ни существующих масляных фильтров и может устанавливаться на любые автомобили,  как новые, так и эксплуатируемые.
Техническая задача состоит в упрощении конструкции сигнального устройства загрязнения масляного фильтра.
Поставленная задача достигается тем, что сигнальное устройство загрязнения масляного фильтра содержиткорпус со сквозным резьбовым отверстием, выполненным вдоль его центральной оси, и периферийными сквозными отверстиями, два электропроводящих датчика давления и датчик температуры масла, соединенные посредством электропроводов с аккумуляторной батареей и сигнальной лампой автомобиля,  согласно полезной модели, корпус выполнен в виде цельной металлической детали цилиндрической формы, в центральном сквозном резьбовом отверстии закреплена втулка с наружной резьбой, в периферийной части корпуса выполнены шесть сквозных равномерно расположенных отверстий одинакового диаметра, оси которых расположены параллельно оси центрального сквозного отверстия на одинаковом от нее расстоянии, сумма площадей указанных  отверстий равна площади центрального сквозного отверстия;в боковой части корпуса выполнены три боковых радиальных резьбовых отверстия, среднее из которых соединено с центральным сквозным осевым отверстием, а два крайних радиальных отверстия соединены с периферийными сквозными отверстиями; в крайних радиальных отверстиях закреплены соответственно первый электропроводящий датчик давления и датчик температуры масла, а в среднем радиальном отверстии закреплен второй электропроводящий датчик давления. Кроме того, корпус сигнального устройства может быть выполнен из высокопрочного термостойкого полимерного материала, стойкого к воздействию моторного масла.
Устройство и работа полезной модели объясняется чертежами, на которых представлены:
фиг. 1 – общий вид сигнального устройства загрязнения масляного фильтра; фиг.2 – сечение    А-А и сечение Б-Б с фиг.1; фиг.3 – схема соединения устройства, с установленными в нем электропроводящими датчиками и датчиком температуры масла, с источником электроэнергии и сигнальной лампой; фиг.4 - схема установки сигнального устройства на стандартном масляном фильтре.
Предлагаемое сигнальное устройство загрязнения масляного фильтра (фиг.1,2) включает корпус 1 в виде цельной детали цилиндрической формы, выполненной из металла или высокопрочного термостойкого полимерного материала, стойкого к воздействию моторного масла. Изготовление корпуса 1 из полимерного материала при наличии соответствующего оборудования является менее трудоемким и упрощает технологический процесс его производства.
2
В центре корпуса 1 сигнального устройства по центральной оси выполнено центральное сквозное отверстие 2, в котором накатана внутренняя резьба 3. В периферийной части корпуса 1 сигнального устройства выполнены шесть сквозных равномерно расположенных периферийных  отверстий 4, 5, 6, 7, 8, 9 одинакового диаметра, оси периферийных сквозных отверстий расположены параллельно оси центрального сквозного отверстия, на одинаковом расстоянии от оси центрального сквозного отверстия 2.
В нижней части сигнального устройства выполнена выемка 10, в которой расположено уплотнительное кольцо 11. На боковой части сигнального устройства (фиг.1,2,3) выполнены  три боковых радиальных отверстия 12, 13, 14, в которых накатана резьба 15, 16 и 17. Среднеерадиальное отверстие 12 образует канал, доходящий до центрального сквозного отверстия 2, а оси крайних радиальных отверстий 13, 14, образуют каналы, доходящие до периферийных сквозных отверстий 9 и 4 соответственно (фиг.2,3).
(
)
Внутри отверстия 13 (фиг.1) располагается первый электропроводящий датчик давления 18 фиг.3. Второй электропроводящий датчик давления 19 расположен внутри отверстия 12.  Внутри отверстия 14 размещается датчик температуры масла 20. С целью обеспечения лучшей герметизации электропроводящих датчиков давления, площадки в непосредственной близости от отверстий 12,13 и 14 выполняются плоскими.
С помощью электропроводов 21, 22 и 23 датчики 18, 19 и 20 подключены к электронному блоку управления 24. Сам электронный блок управления 24 с помощью электропровода 25 подключается к сигнальной лампе 26, которая может быть расположена на панели приборов в кабине водителя, и с помощью электропровода 27 к аккумуляторной батареи 28 автомобиля. К верхней части центрального сквозного отверстия 2 (фиг.1,3) сигнального устройства с помощью внутренней резьбы 3 присоединяется металлическая втулка 29 имеющая наружную резьбу 30.
Предлагаемое сигнальное устройство загрязненности масляного фильтра работает следующим образом (фиг.4). Перед установкой на двигатель описанное сигнальное устройство посредством наружной резьбы 30 переходной втулки 29 и внутренней резьбы центрального резьбового отверстия 31 стандартного масляного фильтра 32 соединяются друг с другом. При этом, уплотнительное кольцо 33 фильтра плотно прилегает к верхней части корпуса сигнального устройства 1 обеспечивая, тем самым, герметизацию полученного соединения. Затем масляный фильтр с сигнальным устройством устанавливается на двигатель автомобиля, что осуществляется с помощью наружной резьбы штуцера 34 системы смазки двигателя автомобиля и внутренней резьбы 3 центрального сквозного отверстия 2 сигнального устройства. При этом, уплотнительное кольцо 11, расположенное в выемке 10 в нижней части корпуса сигнального устройства 1 обеспечивает герметизацию соединения сигнального устройства с двигателем автомобиля.
После установки масляного фильтра с сигнальным устройством на двигатель автомобиля, электронный блок управления 24 (фиг.3) с помощью электропроводов 21, 22 и 23 подключается к электропроводящим датчикам давления 18, 19 и датчику температуры масла 20, электропровода  25 к сигнальной лампе 26 и электропровода 27 - к аккумуляторной батарее 28 автомобиля.
После запуска двигателя автомобиля, неочищенное масло из системы смазки двигателя через сквозные отверстия 4,5,6,7,8, 9 в периферийной части сигнального устройства и через отверстия в основании фильтра попадает внутрь масляного фильтра 32 (фиг. 4). Масло проходит через фильтрующий элемент 35, очищается, попадает в центральную трубку 36 фильтра и через центральное резьбовое отверстие 31 стандартного масляного фильтра 32, попадает в центральное сквозное отверстие  2 корпуса сигнального устройства 1 и, проходя через него, и штуцер 34 системы смазки, поступает в систему смазки двигателя.
Таким образом, первый электропроводящий датчик давления 18, расположенный в радиальном отверстии 13, соединенном с периферийным сквозным отверстием 9 корпуса сигнального устройства 1, оказывается в потоке неочищенного масла в полости на входе в масляный фильтр 32, а второй электропроводящий датчик давления 19, расположенный внутри радиального отверстия 12, соединенного с центральным сквозным отверстием 2 корпуса сигнального устройства 1, оказывается в потоке очищенного масла на выходе из масляного фильтра 32.
В результате, при работе двигателя первый электропроводящий датчик давления 18 фиксируют величину давления масла (P1) перед фильтром в потоке неочищенного масла, а второй электропроводящий датчик давления 19 фиксирует давление масла на выходе из фильтра (Р2). При прохождении масла через фильтрующий элемент фильтра, разность этих величин (P1-P2) всегда будет иметь значение, отличное от нуля, величина которого напрямую зависит от гидравлического сопротивления фильтрующего элемента, а оно, в свою очередь, определяется степенью его засоренности. Разность величин (Р1-Р2) равная нулю показывает, что величины давления масла перед фильтром и после него сравнялись. Это может произойти только в том случае, если перепускной клапан 37 стандартного фильтра 32 открыт и масло поступает в систему смазки двигателя напрямую, минуя фильтрующий элемент 35, то есть, не проходя очистку.
При работе двигателя, сигналы с электропроводящих датчиков давления 18 и 19 (фиг.3) по проводам 21 и 22 поступают в электронный блок управления 24. В случае, если величины сигналов с электропроводящих датчиков давления становятся равными (то есть, Р1=Р2), электронный блок управления 24 по электропроводу 25 подает сигнал к сигнальной лампе 26, которая, загораясь, информирует водителя, о том, что в масляном фильтре открылся перепускной клапан. При этом, поскольку на процесс выравнивания давлений Р1 и Р2 требуется какое-то время, можно утверждать, что загорание лампы свидетельствует о реальной разгерметизации системы смазки (открытии перепускного клапана).
При падении давления масла в подводящей магистрали ниже порогового значения, перепускной клапан 37 стандартного масляного фильтра 32 закрывается, и масло, поступающее в систему смазки двигателя, снова начинает проходить через фильтрующий элемент 35 фильтра 32. В этом случае, равенство давлений Р1 и Р2 нарушается, одновременно с этим нарушается и равенство величин сигналов от электропроводящих датчиков 18 и 19. В результате электронный блок управления 24 размыкает электрическую цепь, и сигнальная лампа 26 гаснет.
При этом электронный блок управления 24 запрограммирован таким образом, что он выдает сигнал на лампу 26 только в случае, если температура масла на входе в фильтр выше нуля. Это позволяет исключить срабатывание сигнального устройства в случае пуска холодного двигателя в зимнее время года, когда вязкость масла повышается, а проходимость фильтрующего элемента 35 в результате этого, напротив, падает, что может вызвать открытие перепускного клапана. Данные о температуре моторного масла, поступающего в сигнальное устройство, передаются в электронный блок управления 24 от датчика температуры масла 20.
Диаметр центрального сквозного отверстия 2 в корпусе сигнального устройства загрязнения масляного фильтра 1 выбирается аналогичным диаметру центрального резьбового отверстия 31 стандартного масляного фильтра 32, а сумма площадей периферийных сквозных  отверстий 4, 5, 6, 7, 8, 9 равна площади центрального сквозного отверстия 2. Благодаря этому исключается возникновение гидравлических сопротивлений при работе сигнального устройства загрязнения масляного фильтра, а все перепады давления масла на выходе из фильтра 32 связаны со степенью засоренности его фильтрующего элемента 35.
Диаметры боковых радиальных отверстия 12, 13, 14 выбираются из условия размещения в них электропроводящих датчиков давления 18, 19 и датчика температуры масла 20. Размещение боковых радиальных отверстия 12, 13, 14 выполнено на боковой части устройства (фиг.1) с целью облегчения компоновки сигнального устройства загрязнения масляного фильтра в подкапотном пространстве автомобиля, а именно дает возможность выполнить электропровода 21, 22 и 23 в виде единого монтажного жгута.
С помощью предлагаемого сигнального устройства загрязнения масляного фильтра водитель может получить следующую информацию.
1. Если контрольная лампа загорается при резком увеличении оборотов двигателя, а затем, через некоторое время гаснет, то это означает, что фильтрующий элемент фильтра уже частично засорен и фильтр желательно заменить.
2. Если контрольная лампа загорается в процессе работы двигателя, при постоянных оборотах, то это является явным признаком полного засорения фильтрующего элемента фильтра и загрязненности самого моторного масла. Поэтому масло, и фильтр необходимо заменить.
3. Если контрольная лампа не загорается ни при резком увеличении оборотов, ни при пуске холодного двигателя, то это является признаком повреждения фильтрующего элемента (разрыв фильтрующей шторы). В этом случае и масло, и фильтр необходимо заменить.
Таким образом, с помощью предлагаемого сигнального устройства загрязнения масляного фильтра можно определить, как состояние самого фильтра, так и уровень загрязненности используемого в двигателе моторного масла.
Применение сигнального устройства не требует никаких изменений в конструкции, как масляных фильтров, так и системы смазки двигателя автомобиля. Предлагаемое сигнальное устройство загрязнения масляного фильтра может устанавливаться в качестве дополнительной опции на любой автомобиль, в том числе, и на находящийся в эксплуатации.
Установка устройства может проводиться как в условиях автосервиса, так и самостоятельно владельцем машины. При этом, при замене масляного фильтра, сигнальное устройство может продолжать эксплуатироваться. В этом случае масляный фильтр отсоединяется от корпуса сигнального устройства, который остается на месте, соединенный со штуцером системы смазки двигателя, а новый масляный фильтр присоединятся к сигнальному устройству.
Таким образом, поставленная техническая задача по упрощению конструкции сигнального устройства загрязнения масляного фильтра в данной полезной модели решена:
- предлагаемое сигнальное устройство обладает конструктивной и технологической простотой;
- для изготовления предлагаемого сигнального устройства не требуется технологически сложные и дорогостоящие операции штамповки и закатки.
Кроме того, изготовление корпуса 1 из полимерного материала является менее трудоемким и еще более упрощает процесс его изготовления.