Масляный фильтр с сигнальным устройством

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 и визуальный контроль его качества (по цвету). Их простота позволяет осуществлять контроль уровня и качества моторного масла водителю автомобиля. Что касается масляных фильтров, то их замена осуществляется согласно требованиям по техническому обслуживанию автомобилей (двигателей), исходя либо от времени 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, электронным блоком управления, датчиками 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 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 при разработке и производстве новых автомобилей.
Указанные выше недостатки системы контроля состояния фильтра устранены в наиболее близком техническом решении - масляном фильтре с сигнальным устройством (патент РФ 185104 «Масляный фильтр с сигнальным устройством», МПК B01D 35/14, F01M 1/18, опубликован в 2018 г.). Масляный фильтр содержит основание с центральным резьбовым отверстием, соединенным закаткой с корпусом, в основании которого выполнены дренажные отверстия для прохода масла, с установленным над ними подпружиненным антидренажным клапаном. В корпусе установлен поджимаемый пружиной фильтрующий элемент, внутри которого установлена центральная трубка, с установленным в верхней части перепускным клапаном, содержащим мембрану, поджимаемую пружиной.
В верхней части корпуса фильтра выполнена горловина с внутренним отверстием и резьбой, в которое закручена заглушка с уплотнительным кольцом. Основой сигнального устройства для определения состояния автомобильного масляного фильтра является электропроводящий датчик давления открытия перепускного клапана, включающийся при том же давлении в полости внутри корпуса фильтра до фильтрующего элемента, при котором открывается перепускной клапан. Электропроводящий датчик давления открытия перепускного клапана устанавливается вместо заглушки и подключается с помощью электрического провода, запитываемого от аккумуляторной батареи автомобиля, к контрольной лампе, которая может быть установлена на панели проборов в кабине водителя.
Недостатком прототипа - масляного фильтра с сигнальным устройством является то обстоятельство, что значение давления, при котором срабатывает электропроводящий датчик давления, является косвенным признаком его реального открытия. Перепускной клапан в конкретном фильтре открывается при определенном значении давления масла. При этом, величина давления, при которой открывается перепускной клапан, в первую очередь, зависит от жесткостных характеристик его пружины, в то время как электропроводящий датчик давления выдает сигнал при достижении давлением масла строго определенной величины. Поэтому в реальной эксплуатации могут случаться ситуации, когда перепускной клапан уже открылся, а электропроводящий датчик давления еще не выдал соответствующего сигнала, либо наоборот, электропроводящий датчик давления выдает сигнал, а перепускной клапан остается еще в закрытом положении. Кроме того, сигнальное устройство не может работать со стандартным масляным фильтром, без горловины в его верхней части.
В основу заявляемой полезной модели положена задача разработки простого по конструкции масляного фильтра с сигнальным устройством для определения критической степени загрязнения масляного фильтра, которое не требовало бы модернизации системы смазки двигателя и конструкции существующих масляных фильтров и могло бы устанавливаться как на новые, так и уже эксплуатируемые автомобили. При этом, предлагаемое сигнальное устройство позволяло бы получать информацию о соответствии качественных (вязкостно-температурных) характеристик используемого в двигателе моторного масла условиям эксплуатации автомобиля.
Поставленная задача достигается тем, что масляный фильтр с сигнальным устройством содержит основание с центральным резьбовым отверстием, соединенное закаткой с корпусом, в основании которого выполнены отверстия для прохода масла, с установленным над ними подпружиненным антидренажным клапаном, в корпусе установлен поджимаемый пружиной фильтрующий элемент, внутри которого располагается центральная трубка с отверстиями для прохода масла и  установленным в ее верхней части перепускным клапаном, содержащим мембрану, поджимаемую пружиной, согласно полезной модели на центральном резьбовом отверстии  основания фильтра установлено сигнальное устройство, содержащее корпус, соединенный закаткой, с основанием и крышкой, в которых выполнены периферийные отверстия для прохода масла и специальные выемки с уплотнительными кольцами, в корпусе сигнального устройства установлена центральная трубка с наружной резьбой в верней части, проходящая через центральное отверстие крышки сигнального устройства, при этом корпус сигнального устройства содержит два электропроводящих датчика давления, соединенных с электронным блоком управления, а тот в свою очередь с сигнальной лампой, первый из датчиков расположен внутри корпуса, а второй - внутри центральной трубки.
Устройство и работа полезной модели объясняется чертежами, на которых представлена конструкция масляного фильтра с сигнальным устройством в сборе в разрезе, общий вид - фиг.1; конструкция сигнального устройства в разрезе, общий вид - фиг.2, на фиг. 3 представлено: а) - вид А, б) - вид Б.
Предлагаемый масляный фильтр с сигнальным устройством (фиг.1) содержит основание 1, с центральным резьбовым отверстием 2, соединенное закаткой с корпусом 3. В основании 1 выполнены отверстия 4 для прохода масла в фильтр, над которыми установлен подпружиненный антидренажный клапан 5. Внутри корпуса фильтра установлен фильтрующий элемент 6, поджимаемый пружиной 7. Через фильтрующий элемент проходит центральная трубка 8, с отверстиями для прохода масла 9, в верхней части которой имеется перепускной клапан 10, имеющий мембрану 11, поджимаемую пружиной 12. Уплотнительное кольцо 13 служит для герметизации соединения основания 1 с крышкой сигнального устройства 14.
Сигнальное устройство 14 (фиг. 1 и фиг.2) содержит основание 15 с центральным резьбовым отверстием 16. Основание 15 сигнального устройства соединено закаткой с корпусом 17. В основании 15 выполнены периферийные отверстия 18 для прохода масла и специальная выемка 19, в которой расположено уплотнительное кольцо 20 (фиг. 2 и фиг. 3б), обеспечивающее герметизацию соединения основания 15 сигнального устройства с двигателем. Внутри корпуса 17 сигнального устройства установлена центральная трубка 21, имеющая в верней части наружную резьбу 22 (фиг. 2 и фиг. 3а). Центральная трубка 21 проходит через центральное отверстие крышки 23 сигнального устройства. Герметичность соединения центральной трубки 21 и крышки 23 обеспечивает уплотнительное кольцо 24 из эластомера. В крышке выполнены периферийные отверстия 25 для прохода масла и специальная выемка 26. Для фиксации положения центральной трубки 21 относительно крышки 23 служит стопорное кольцо 27. Соединение крышки 23 в сборе с центральной трубкой 21 с корпусом 17 сигнального устройства обеспечивается закаткой. Внутри корпуса 17 сигнального устройства расположен первый электропроводящий датчик давления 28. Второй электропроводящий датчик давления 29 расположен внутри центральной трубки 21. С помощью электропроводов 30 и 31 датчики 28 и 29 подключены к электронному блоку управления 32, подключенному с помощью электропроводов 33 к сигнальной лампе 34, которая может быть расположена на панели приборов в кабине водителя и к аккумуляторной батареи 35 автомобиля.
Предлагаемое сигнальное устройство работает следующим образом (фиг.1, 2). Масляный фильтр и сигнальное устройство посредством центрального резьбового отверстия 2 основания фильтра 1 и наружной резьбы 22 в верхней части центральной трубки 21 сигнального устройства соединяются друг с другом. При этом уплотнительное кольцо 13 фильтра плотно прилегает к специальной выемке 26 крышки сигнального устройства, тем самым, обеспечивая герметизацию полученного соединения. После установки масляного фильтра с сигнальным устройством на двигатель автомобиля, электронный блок управления 32 с помощью электропроводов 30 и 31 подключается к электропроводящим датчикам давления 28 и 29 и электропроводов 33 к сигнальной лампе 34 и аккумуляторной батареи автомобиля 35.
После запуска двигателя автомобиля, неочищенной масло из системы смазки двигателя через периферийные отверстия 18 в основании сигнального устройства попадает внутрь корпуса 17 сигнального устройства, а оттуда посредством периферийных отверстий 25 в крышке 23 сигнального устройства и отверстий 4 в основании фильтра проходит внутрь масляного фильтра, затем оно проходит через фильтрующий элемент 6, очищается и попадает в центральную трубку 8 фильтра, после чего через центральное резьбовое отверстие 2 фильтра, центральную трубку 21 и центральное резьбовое отверстие 16 сигнального устройства 14 поступает в систему смазки двигателя.
Таким образом, первый электропроводящий датчик давления 28, расположенный внутри корпуса сигнального устройства 14, находится в потоке неочищенного масла на входе в масляный фильтр, а второй электропроводящий датчик давления 29, расположенный внутри центральной трубки 21 сигнального устройства 14, находится в потоке очищенного масла на выходе из масляного фильтра.
При работе двигателя первый электропроводящий датчик давления 28 фиксируют величину давления масла перед фильтром в потоке неочищенного масла (Р1), а второй электропроводящий датчик 29 - давления после фильтра в канале очищенного масла (Р2). В случае прохождения масла через фильтрующий элемент 6, что свидетельствует о работе фильтра разность этих величин (P1-P2) всегда будет иметь какое-то значение, напрямую зависящую от гидравлического сопротивления фильтрующего элемента 6, которое, в свою очередь, определяется степенью его засоренности. Разность величин (Р1-Р2) равная нулю показывает, что величины давления масла перед фильтрующим элементом 6 и после него равны. Это может произойти только в том случае, если перепускной клапан 10 фильтра открыт и масло поступает в систему смазки двигателя напрямую, минуя фильтрующий элемент 6.
При работе двигателя, сигналы с первого 28 и второго 29 электропроводящих датчиков давления по проводам 30 и 31 поступают в электронный блок управления 32. В случае, если величины сигналов с первого 28 и второго 29 электропроводящих датчиков давления становятся равными (это означает, что разность Р1-Р2 равна нулю), электронный блок управления 32 по электропроводу 33 подает сигнал к сигнальной лампе 34, тем самым, информируя водителя, о том, что в масляном фильтре открылся перепускной клапан 10. 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 10 закрывается, и масло, поступающее в систему смазки двигателя, проходит через фильтрующий элемент 6. При этом, равенство давлений Р1 и Р2 нарушается, одновременно с этим нарушается и равенство величин сигналов от первого 28 и второго 29 электропроводящих датчиков. В результате электронный блок управления 32 размыкает электрическую цепь, и сигнальная лампа 34 гаснет.
С помощью предлагаемого устройства водитель может получить следующую информацию.
1. При пуске холодного двигателя при низких температурах окружающего воздуха, вязкость моторного масла существенно повышается, поэтому давление масла на входе в фильтр возрастает, в результате чего пропускная способность фильтрующего элемента 6 падает и открывается перепускной клапан 10. В этот момент давление Р1 в магистрали сигнального устройства на входе в фильтр и давление Р2 в магистрали сигнального устройства на выходе из фильтра сравниваются. Соответственно, в электронный блок управления 32 поступают одинаковые величины сигналов с первого 28 и второго 29 электропроводящих датчиков давления, в результате электронный блок управления 32 по электропроводу 33 подает сигнал, и сигнальная лампа 34 загорается. При прогреве двигателя, температура масла повышается и снижается его вязкость, в результате повышается пропускная способность фильтрующего элемента 6. Вслед за этим давление масла в магистрали сигнального устройства на входе в фильтр снижается, и перепускной клапан 10 закрывается, одновременно электронный блок управления размыкает электрическую сеть, и сигнальная лампа 34 гаснет. Если известно, что фильтр установлен на автомобиль относительно недавно, но при пуске холодного двигателя при низких температурах, периодически загорается сигнальная лампа, и продолжает гореть пока двигатель не прогреется, то это означает, что залитое в двигатель моторное масло не соответствует условиям эксплуатации автомобиля и его следует заменить.
2. Если контрольная лампа 34 загорается при пуске холодного двигателя при положительной температуре окружающего воздуха, либо в прогретом состоянии двигателя при резком увеличении оборотов, а затем, через некоторое время гаснет, то это означает, что фильтрующий элемент фильтра уже частично засорен и фильтр желательно заменить.
3. Если контрольная лампа 34 загорается при работе прогретого двигателя, то это явный признак полного засорения фильтрующего элемента фильтра и загрязненности самого моторного масла. Поэтому необходимо срочно заменить и масло, и фильтр.
Таким образом, с помощью предлагаемого масляного фильтра с сигнальным устройством можно определить, как состояние фильтра, так и степень соответствия используемого в двигателе моторного масла условиям эксплуатации автомобиля и уровень его загрязненности.
Важным преимуществом предлагаемого масляного фильтра с сигнальным устройством является то, что он не требует никаких изменений в конструкции как масляного фильтра, так и системы смазки двигателя автомобиля в целом. Он может устанавливаться на любой автомобиль, в том числе и уже находящийся в эксплуатации, как в условиях автосервиса, так и самостоятельно владельцем машины, в качестве дополнительной опции.