ДАТЧИК УРОВНЯ И КАЧЕСТВА МАСЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01F23/26 G01N11/00 

Изобретение относится к конструированию машин, в частности к устройствам замера уровня и качества масла двигателей внутреннего сгорания, например тепловозов, путевых машин с двигателями внутреннего сгорания.

Известен сигнализатор наличия токопроводящих частиц в диэлектрической жидкости, содержащий полый перфорированный каркас из диэлектрика с крышкой и днищем, завихрителя потока и обмотки из неизолированного проводника, навитые с разным шагом и включенные в электрическую цепь каждая через свой счетчик частиц. Обмотки размещены одна в другой, а входное отверстие выполнено в крышке каркаса (SU, авторское свидетельство 1691655 А1, кл. F 16 N 29/04, опубл. ь1991).

Недостатком известного сигнализатора является невозможность определения уровня (количества) масла в масляной ванне двигателя, невозможность определения качества масла по наличию токонепроводящих частиц, низкая точность определения качества масла из-за недостаточного массообмена масла в измерительном канале с маслом в масляной ванне при отсутствие принудительной (под давлением) подачи масла в измерительный канал.

Известен датчик уровня и качества масла, содержащий корпус с первым и вторым электродами, выполненными в виде цилиндрических деталей, размещенных одна в другой (концентрично) и образующих с пленкой масла между ними (в измерительном канале) конденсатор, датчик температуры, имеющий возможность контактировать с маслом, электронный блок для анализа температуры и качества масла по его диэлектрической проницаемости (Olwechsel nur bei Bedarf// AMZ: Auto, Mot., Zubehor. - 1997. 9. С.123).

Недостатком известного датчика является низкая точность определения уровня и качества масла из-за одновременного замера обоих параметров масла одними и теми же (первым и вторым) электродами, а также из-за недостаточного массообмена масла в измерительном канале с маслом в масляной ванне при отсутствии принудительной (под давлением) подачи масла в измерительный канал.

Известен датчик качества масла двигателя внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий корпус, две перегородки, размещенные внутри корпуса, монтажный канал, выполненный в перегородке, первый и второй электроды, выполненные в виде пластин и размещенные в корпусе, измерительный канал, образованный зазором между первым и вторым электродами, крышку, электрический разъем, закрепленный в крышке, датчик температуры, подложку (центровочную шайбу) из изоляционного материала, размещенную внутри корпуса, первое, второе и третье кольцевые уплотнения (изолирующие прокладки), интегральную схему с образцовым конденсатором, распорную втулку, причем две перегородки, первый и второй электроды и крышка скреплены с корпусом, первый и второй электроды соединены электрическими проводниками с электрическим разъемом, измерительный канал сообщен каналами с окружающей средой, электроды погружены в масляную ванну двигателя, расстояние между электродами составляет 0,25-0,5 мм, а качество масла определяется в зависимости от диэлектрической проницаемости масла в процессе его загрязнения (US патент 5540086, кл. G 01 N 11/00, опубл. 1996).

Недостатком известного датчика является невозможность определения уровня масла в масляной ванне двигателя, низкая точность определения качества масла из-за недостаточного массообмена масла в измерительном канале с маслом в масляной ванне при отсутствии принудительной (под давлением) подачи масла в измерительный канал и из-за низкой точности определения температуры масла при отсутствии непосредственного контакта датчика температуры с маслом.

Техническим результатом изобретения является возможность определения уровня (количества) масла в масляной ванне двигателя, повышенная точность определения качества масла при принудительном массообмене масла в измерительном канале с маслом в масляной ванне двигателя и при непосредственном контакте датчика температуры с маслом.

Указанный технический результат достигается тем, что датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с перегородкой внутри корпуса, монтажный канал, выполненный в перегородке, первый электрод, второй электрод, крышку, измерительный канал, образованный зазором между первым и вторым электродами, электрический разъем, закрепленный в крышке, датчик температуры, центровочную шайбу, первую, вторую и третью изолирующие прокладки, причем первый электрод, перегородка и крышка скреплены с корпусом, первый и второй электроды, предназначенные для размещения в масляной ванне и соединенные электрическими проводниками с электрическим разъемом, измерительный канал сообщен каналами с окружающей средой, а центровочная шайба выполнена из изоляционного материала, снабжен третьим электродом, с верхним и нижним карманами, выполненными в третьем электроде, подводящим каналом, выполненным в крышке и сообщенным с верхним карманом третьего электрода и масляной магистралью двигателя, вторым измерительным каналом, образованным зазором между вторым и третьим электродами и сообщенным верхним и нижним перепускными каналами соответственно с верхним и нижним карманами третьего электрода, первым и вторым фланцами, скрепленными соответственно со вторым и третьим электродами, причем первый электрод выполнен в виде стакана с донышком и сливным каналом в донышке, второй электрод выполнен в виде цилиндра, третий электрод скреплен с корпусом через перегородку, выполнен в виде стержня, соединен электрическим проводником с электрическим разъемом и предназначен для частичного размещения в масляной ванне двигателя, первый, второй и третий электроды размещены концентрично: третий - внутри второго, второй - внутри первого, расположены изолирующие прокладки: первая - между перегородкой корпуса и первым фланцем, вторая - между первым фланцем и вторым фланцем, третьяы - между вторым фланцем и крышкой.

Кроме этого, датчик снабжен масляным фильтром, размещенным в подводящем канале, демпфирующей шайбой со сквозным каналом, размещенной между центровочной шайбой и донышком первого электрода, кольцевой канавкой и опорным каналом, выполненными в центровочной шайбе, причем центровочная шайба размещена внутри первого электрода, а второй и третий электроды частично входят соответственно в кольцевую канавку и опорный канал центровочной шайбы, кольцевая канавка и опорный канал в центровочной шайбе выполнены конической формы с вершинами, обращенными в сторону донышка первого электрода, датчик температуры частично размещен в подводящем канале, первый и второй электроды предназначены для частичного размещения в масляной ванне двигателя.

На фиг.1 изображена схема датчика уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - фрагмент фиг.1.

Датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) содержит корпус 1 с перегородкой 2, скрепленной с корпусом 1, монтажный канал 3, выполненный в перегородке 2, первый электрод 4, скрепленный с корпусом 1 через перегородку 2 и выполненный в виде стакана с донышком 5, сливной канал 6, выполненный в донышке 5, второй электрод 7, выполненный в виде цилиндра и размещенный концентрично внутри первого электрода 4, первый фланец 8, скрепленный со вторым электродом 7, третий электрод 9, выполненный в виде стержня с верхним 10 и нижним 11 карманами и размещенный концентрично внутри второго электрода 7, второй фланец 12, скрепленный с третьим электродом 9, крышку 13, скрепленную крепежными элементами 14 с корпусом 1, первую 15, вторую 16 и третью 17 изолирующие прокладки, расположенные: первая 15 - между перегородкой 2 корпуса 1 и первым фланцем 8, вторая 16 - между первым фланцем 8 и вторым фланцем 12, третья 17- между вторым фланцем 12 и крышкой 13, причем крышка 13 опирается на перегородку 2 корпуса 1 через третью изолирующую прокладку 17, второй фланец 12, вторую изолирующую прокладку 16, первый фланец 8 и первую изолирующую прокладку 15, подводящий канал 18, выполненный в крышке 13, электрический разъем 19 и датчик температуры 20, закрепленные в крышке 13, причем датчик температуры 20 частично размещен в подводящем канале 18, центровочную шайбу 21, размещенную внутри первого электрода 4, кольцевую канавку 22 и опорный канал 23, выполненные в центровочной шайбе 21, причем второй 7 и третий 9 электроды входят частично соответственно в кольцевую канавку 22 и в опорный канал 23, первый измерительный канал 24, образованный зазором между первым 4 и вторым 7 электродами, второй измерительный канал 25, образованный зазором между вторым 7 и третьим 9 электродами, демпфирующую шайбу 26, размещенную между центровочной шайбой 21 и донышком 5 первого электрода 4, сквозной канал 27, выполненный в демпфирующей шайбе 26, масляный фильтр 28, размещенный в подводящем канале 18.

Первый измерительный канал 24 сообщен верхними 29 и нижними 30 каналами с окружающей средой, верхний 10 и нижний 11 карманы третьего электрода 9 сообщены соответственно верхним 31 и нижним 32 перепускными каналами со вторым измерительным каналом 25, подводящий канал 18 сообщен с верхним карманом 10 третьего электрода 9 и с масляной магистралью 33 двигателя 34 внутреннего сгорания.

Первый 4, второй 7 и третий 9 электроды предназначены для частичного размещения в масляной ванне 35 двигателя 34 и соединены электрическими проводниками соответственно 36, 37 и 38 (фиг.1, 2 и 3) с электрическим разъемом 19.

Кольцевая канавка 22 и опорный канал 23 в центровочной шайбе 21 выполнены (фиг.4) конической формы с вершинами, обращенными в сторону донышка 5 первого электрода 4.

Части наружных поверхностей 39 и 40 соответственно второго 7 и третьего 9 электродов, контактирующие с центровочной шайбой 21, выполнены наклонными в форме усеченных конусов с вершинами, обращенными в сторону центровочной шайбы 21.

Включение в датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания третьего электрода 9, размещенного концентрично внутри второго электрода 7, выполненного в виде стержня, скрепленного с корпусом 1 через перегородку 2, соединенного электрическим проводником 38 с электрическим разъемом 19 и образующего в зазоре со вторым электродом 7 второй измерительный канал 25, необходимо для определения качества масла по параметру его (масла) диэлектрической проницаемости.

Выполнение третьего электрода 9 с верхним 10 и нижним 11 карманами, сообщенными верхним 30 и нижним 31 перепускными каналами со вторым измерительным каналом 25, а также включение в датчик подводящего канала 18, выполненного в крышке 13 и сообщенного с верхним карманом 10 третьего электрода 9 и с масляной магистралью 33 двигателя 34, необходимо для организации движения потока масла по второму измерительному каналу 25 с целью повышения точности определения качества масла за счет постоянного его массообмена между вторым измерительным каналом 25 и маслом в масляной ванне 35 двигателя 34. Это особенно актуально при достаточно малом зазоре между вторым 7 и третьим 9 электродами, который, в свою очередь, обусловлен стремлением повысить электрическую проницаемость пленки масла во втором измерительном канале 25.

Включение в датчик первого 8 и второго 12 фланцев, скрепленных соответственно со вторым 7 и третьим 9 электродами, кольцевой канавки 22 и опорного канала 23, выполненными в центровочной шайбе 21, демпфирующей шайбы 26 со сквозным каналом 27, размещенной между центровочной шайбой 21 и донышком 5 первого электрода 4, размещение центровочной шайбы 21 внутри первого электрода 4, размещение первой 15, второй 16 и третьей 17 изолирующих прокладок соответственно между перегородкой 2 корпуса 1, первым фланцем 8, вторым фланцем 12 и крышкой 13 обусловлено выбором оптимальной конструкции датчика с обеспечением его прочности, герметичности и ремонтопригодности.

Первый 4 и второй 7 электроды с первым измерительным каналом 24 образуют первый конденсатор, а второй 7 и третий 9 электроды со вторым измерительным каналом 25 образуют второй конденсатор.

Включение в датчик масляного фильтра 28, размещенного в подводящем канале 18, обусловлено необходимостью очистки масла от загрязнений для предотвращения засорения второго измерительного канала 25.

Выполнение кольцевой канавки 22 и опорного канала 23 в центровочной шайбе 21 конической формы с вершинами, обращенными в сторону донышка 5 первого электрода 4, а также наружных поверхностей 39 и 40 соответственно второго 7 и третьего 9 электродов, контактирующих с центровочной шайбой 21, наклонными в форме усеченных конусов с вершинами, обращенными в сторону центровочной шайбы 21, обусловлено необходимостью центровки первого 4, второго 7 и третьего 9 электродов для обеспечения минимальных зазоров между ними (минимальной толщины масляной пленки в первом 24 и втором 25 измерительных каналах, т. е. между обкладками первого и второго конденсаторов), что повышает точность определения уровня и качества масла.

Величина зазора между первым 4 и вторым 7 электродами, образующими первый измерительный канал 24, находится в пределах 0,5-1,0 мм. Повышение величины зазора уменьшает точность определения количества масла в масляной ванне 35 двигателя 34 из-за снижения величины емкости первого конденсатора, а уменьшение величины зазора снижает проникающую способность масла, особенно при низкой его температуре.

Величина зазора между вторым 7 и третьим 9 электродами, образующими второй измерительный канал 25, находится в пределах 0,05-0,1 мм. Повышение величины зазора снижает точность определения качества масла в масляной ванне 35 двигателя 34 из-за малой величины изменения емкости второго конденсатора при изменении качества (степени загрязненности) масла, а уменьшение величины зазора может привести к засорению второго измерительного канала 25, т.к. тонкость фильтрации современных масляных фильтров, как правило, не превышает 0,04 мм.

Датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

В датчике, частично погруженном в масляную ванну 35 двигателя 34, первый измерительный канал 24 через нижний канал 30 заполняется маслом по принципу сообщающихся сосудов (первый измерительный канал 24 и масляная ванна 35) до уровня, равного уровню масла в масляной ванне 35 двигателя 34.

Датчик каналом 18 подсоединяется к масляной магистрали 33 двигателя 34 и подключается через электрический разъем 19 к источнику электрического питания и измерительной системе (не показаны).

Уровень масла в первом измерительном канале 24, меняющийся в зависимости от уровня масла в масляной ванне 35 двигателя 34, изменяет емкость первого конденсатора, образованного первым 4 и вторым 7 электродами с масляной пленкой между ними в первом измерительном канале 24. Сигнал от первого 4 и второго 7 электродов по проводникам 36 и 37 через электрический разъем 19 передается в коммутирующую, усиливающую и фиксирующую (индицирующую) систему (не показана), с помощью которых производится контроль уровня масла в масляной ванне 35 двигателя 34.

Из масляной магистрали 33 двигателя 34 масло под давлением по подводящему каналу 18, верхнему карману 10 и верхнему перепускному каналу 31 третьего электрода 9 подается во второй измерительный канал 25, откуда через нижний перепускной канал 32 и нижний карман 11 третьего электрода 9, минуя опорный канал 23, сквозной канал 27 и сливной канал 6, сливается в масляную ванну 35 двигателя 34.

При изменении качества масла (степени его загрязненности) меняется диэлектрическая проницаемость масла, а следовательно, емкость второго конденсатора, образованного вторым 7 и третьим 9 электродами с пленкой масла во втором измерительном канале 25. Сигнал от второго 7 и третьего 9 электродов по электрическим проводникам 37 и 38 через электрический разъем 19 передается в коммутирующую, усиливающую и фиксирующую (индицирующую) систему (не показана), с помощью которых производится контроль качества масла в масляной ванне 35 двигателя 34, а следовательно, и контроль качества масла в масляной системе двигателя 34.

Для повышения точности определения качества масла производится замер температуры масла (влияющей на величину диэлектрической проницаемости масла) датчиком температуры 20, частично размещенном в подводящем канале 18, сигнал от которого также передается в коммутирующую и фиксирующую систему.

Подача масла под давлением во второй измерительный канал 25 необходимо для повышения точности определения качества масла при постоянном его массообмене с маслом в масляной ванне 35 двигателя 34.

Таким образом, предлагаемый датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания обеспечивает определение уровня и качества (степени загрязненности) масла по изменению диэлектрической проницаемости масла с учетом его температуры при работе двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к конструированию машин, в частности к устройствам замера уровня и качества масла двигателей внутреннего сгорания, например тепловозов, путевых машин. Устройство содержит корпус с перегородкой внутри корпуса, монтажный канал, выполненный в перегородке, три электрода, крышку, два измерительных канала, электрический разъем, закрепленный в крышке, датчик температуры, центровочную шайбу, три изолирующие прокладки, подводящий канал, два фланца. Первый измерительный канал образован зазором между первым и вторым электродами и сообщен соответствующими каналами с окружающей средой. Электроды соединены соответствующими электрическими проводниками с электрическим разъемом. Первый электрод, перегородка и крышка скреплены с корпусом. Центровочная шайба выполнена из изоляционного материала. В третьем электроде выполнены верхний и нижний карманы. Подводящий канал выполнен в крышке и сообщен с верхним карманом третьего электрода и масляной магистралью двигателя. Второй измерительный канал образован зазором между вторым и третьим электродами и сообщен верхним и нижним перепускными каналами соответственно с верхним и нижним карманами третьего электрода. Первый и второй фланцы скреплены соответственно со вторым и третьим электродами. Первый электрод выполнен в виде стакана с донышком и сливным каналом в донышке. Второй электрод выполнен в виде цилиндра. Третий электрод скреплен с корпусом через перегородку, выполнен в виде стержня и предназначен для частичного размещения в масляной ванне двигателя. Первый, второй и третий электроды размещены концентрично: третий - внутри второго, второй - внутри первого. Изолирующие прокладки расположены: первая - между перегородкой корпуса и первым фланцем, вторым - между первым фланцем и вторым фланцем, третья - между вторым фланцем и крышкой. Технический результат состоит в возможности определения уровня масла в масляной ванне двигателя, повышении точности определения качества масла при принудительном массообмене масла в измерительном канале с маслом в масляной ванне двигателя и при непосредственном контакте датчика температуры с маслом. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Датчик уровня и качества масла двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус (1) с перегородкой (2) внутри корпуса (1), монтажный канал (3), выполненный в перегородке (2), первый электрод (4), второй электрод (7), крышку (13), измерительный канал (24), образованный зазором между первым (4) и вторым (7) электродами, электрический разъем (19), закрепленный в крышке (13), датчик температуры (20), центровочную шайбу (21), первую (15), вторую (16) и третью (17) изолирующие прокладки, причем первый электрод (4), перегородка (2) и крышка (13) скреплены с корпусом (1), первый (4) и второй (7) электроды предназначены для размещения в масляной ванне (35) и соединены электрическими проводниками (36) и (37) с электрическим разъемом (19), измерительный канал (24) сообщен каналами (29) и (30) с окружающей средой, а центровочная шайба (21) выполнена из изоляционного материала, отличающийся тем, что он снабжен третьим электродом (9), верхним (10) и нижним (11) карманами, выполненными в третьем электроде (9), подводящим каналом (18), выполненным в крышке (13) и сообщенным с верхним карманом (10) третьего электрода (9) и масляной магистралью (33) двигателя (34), вторым измерительным каналом (25), образованным зазором между вторым (7) и третьим (9) электродами и сообщенным верхним (31) и нижним (32) перепускными каналами, соответственно, с верхним (10) и нижним (11) карманами третьего электрода (9), первым (8) и вторым (12) фланцами, скрепленными, соответственно, со вторым (7) и третьим (9) электродами, причем первый электрод (4) выполнен в виде стакана с донышком (5) и сливным каналом (6) в донышке (5), второй электрод (7) выполнен в виде цилиндра, третий электрод (9) скреплен с корпусом (1) через перегородку (2), выполнен в виде стержня, соединен электрическим проводником (38) с электрическим разъемом (19) и предназначен для частичного размещения в масляной ванне (35) двигателя (34), первый (4), второй (7) и третий (9) электроды размещены концентрично: третий (9) - внутри второго (7), второй (7) - внутри первого (4), расположены изолирующие прокладки: первая (15) - между перегородкой (2) корпуса (1) и первым фланцем (8), вторая (16) - между первым фланцем (8) и вторым фланцем (12), третья (17) - между вторым фланцем (12) и крышкой (13). 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что снабжен масляным фильтром (28), размещенным в подводящем канале (18). 3. Датчик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что снабжен демпфирующей шайбой (26) со сквозным каналом (27), размещенной между центровочной шайбой (21) и донышком (5) первого электрода (4). 4. Датчик по пп. 1-3, отличающийся тем, что снабжен кольцевой канавкой (22) и опорным каналом (23), выполненными в центровочной шайбе (21), центровочная шайба (21) размещена внутри первого электрода (4), а второй (7) и третий (9) электроды частично входят соответственно в кольцевую канавку (22) и опорный канал (23) центровочной шайбы (21). 5. Датчик по п. 4, отличающийся тем, что кольцевая канавка (22) и опорный канал (23) в центровочной шайбе (21) выполнены конической формы с вершинами, обращенными в сторону донышка (5) первого электрода (4). 6. Датчик по пп. 1-6, отличающийся тем, что датчик температуры (20) частично размещен в подводящем канале (18). 7. Датчик по пп. 1-6, отличающийся тем, что первый (4) и второй (7) электроды предназначены для частичного размещения в масляной ванне (35) двигателя (34).