CN201347823Y - 空气滤清器自动报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种报警装置，旨在提供一种内燃机用空气滤清器自动报警装置。该装置包括报警单元，报警单元中设置连接继电器的驱动电路，继电器还与报警灯或蜂鸣器其中至少一种连接；还包括：信号发生单元和A/D转换单元，信号发生单元、A/D转换单元和报警单元依次连接。该装置报警功能完备，可以同时声光报警，警示性高，防止误报警且可靠性高；结构简单、体积小、布置灵活；造价低、适合推广；可以防止内燃机不正常工作带来的恶劣排放，具有显著的环保功效和社会公益。

Description

空气滤清器自动报警装置

技术领域

本实用新型涉及一种报警装置，特别是适合于内燃机用空气滤清器自动报警装置。

背景技术

滤清器是机械运转装置不可缺少的组成部分，以内燃机车为例，其中就有空气滤清器，机油滤清器和燃油滤清器、空调滤清器等四大类，前三者一般被统称为“三滤”。“三滤”分别担负发动机进气系统、润滑系统和燃烧系统中介质的过滤，空调滤清器则可以保护驾驶员和相关零部件，它们共同保护和净化机器设备的工作环境，从而延长机器的使用寿命，提高工作效率。

拿空气滤清器举例，它是发动机进气系统的重要组成部分，就好像人体的“鼻子”一样，为发动机的“健康”提供第一道屏障。它不仅是发动机正常、持久、可靠工作不可缺少的组件，而且会直接影响到发动机的动力性、燃油经济性和使用寿命。如果没有空气滤清器的过滤作用，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，导致发动机活塞组及气缸磨损严重，较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，这在干燥多沙的工作环境中尤为严重。有人通过试验证明，不带空气滤清装置的发动机，其缸套、活塞等零件的磨损速度将提高约20倍。同时空气滤清器对发动机的进气噪声和排气烟度有着重要的影响。

为了保证空气滤清器的正常使用，需要定时清洗或者更换滤芯(每行驶3000公里)，但是由于工作的环境差异很大，例如在一般的公路行驶条件下汽车周围的灰尘浓度为0.2mg/m³～3mg/m³，而在建筑工地现场等环境灰尘浓度高达0.5g/m³～1.0g/m³。仅仅靠定期清洗或更换空气滤芯可能会导致发动机在某段时间内的进气不足、燃烧不充分、工况较差和油耗过大，导致排放恶劣、氧传感器等老化，造成环境污染。为了避免这种情况的发生，现在的发动机上往往都安装了堵塞报警装置，当进气管负压达到规定的报警压力后就会报警，提醒驾驶员清洗或更换。如果对堵塞的发生置之不理，那么长时间随着压力差的逐渐增大最终会导致空气滤清器滤芯被击穿，导致发动机寿命缩短，甚至破损、毁坏等严重情况。据统计，工程机械发动机早期的破损70％与空气滤清器有关。因此，应尽可能的避免击穿的现象发生。

但是在一些情况下，空气滤清器有可能没有经过堵塞的过程就发生了击穿。比如在一些恶劣的工作环境下，如果沙粒飞石等混在进气流中，由于滤纸材料通常是由纸质、非棉织物或化学纤维材料制成，而且为保证流通性降低流动阻力通常加工地很薄，非常容易被击破出小洞，并很快扩展为大洞发生击穿；另外，一些突发情况，比如一个塑料袋由于进气口的吸气作用而突发被吸附在进气管口或者空气滤清器的进气口端，在较大的流量下很可能瞬间产生一个大的压力波动而导致滤纸层的大变形甚至瞬时击穿；同时，鉴于发动机的工作工程，其进气过程本身就是一个脉动的过程，随着发动机的高强度、高功率、紧凑的发展趋势，对于燃烧所需的进气量会逐渐增加，脉动过程会更加剧烈，随着排放法规的日趋严格，一些新技术的应用也会对进气产生影响，例如SAE2004-01-1316中Tomoya Aba等人就提到了一种可变涡流控制阀SCV，SCV随着工况而改变其开启程度，在工况改变特别是工况变化剧烈的时候势必会对造成进气强烈的波动情况。

现有的空气滤清器的堵塞报警装置中只考虑了堵塞乃至堵塞过久导致击穿的状况，并未对击穿情况做一个全面的考虑，现在使用的报警装置无法完全实现击穿报警的功能，其功能性并不完善，因此需要设计一种可以囊括堵塞和击穿二种状况，全面监测空气滤清器的运行情况并及时做出提醒的堵塞报警装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了填补现有技术的空白，弥补现有空气滤清器报警装置的不足，提供一种适用于空气滤清器，并可以全面反映其运行情况并做出提醒的报警装置。

为了达到本实用新型的目的，本实用新型提供了一种空气滤清器自动报警装置，包括报警单元，报警单元中设置连接继电器的驱动电路，继电器还与报警灯或蜂鸣器其中至少一种连接；还包括：信号发生单元和A/D转换单元，信号发生单元、A/D转换单元和报警单元依次连接；

所述信号发生单元包括：一个中空的腔体，腔体内部设置一个活塞，将腔体分隔为两个腔室；腔体的一端与空气滤清器连通，腔体的另一端设置至少一个通气孔连通至大气；活塞的另一侧上设滑动杆，滑动杆穿过腔体端头的腔壁并与电位计上的滑动部件连接，活塞与腔壁之间的滑动杆上套设一弹簧；电位计与电源组成闭合回路，闭合回路与A/D转换单元连接。

作为一种改进，所述电位计与电源组成的闭合回路上有一保护电阻。

作为一种改进，所述活塞与腔壁之间有一密封圈，密封圈设于活塞上。

作为一种改进，所述报警单元中还包括连接D/A转换单元的LED显示屏，D/A转换单元与驱动电路相连。

作为一种改进，所述报警装置还包括一个微控单元，A/D转换单元通过微控单元与报警单元连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提供的空气滤清器报警装置报警功能完备。以往的空气滤清器报警装置往往只有堵塞报警功能，多采用膜片弹簧或者柱塞式的压力开关原理，仅仅当超过报警限制时触点闭合，启动报警装置，且没有考虑到击穿情况，本实用新型通过布置在驾驶室内的LED显示屏可以使驾驶员时时观察空气滤清器的使用状态，了解空气滤清器的堵塞和击穿程度，为清洗或更换提供利好信息。

2、本实用新型提供的空气滤清器报警装置可以同时声光报警，警示性高。当达到堵塞许用限值或者击穿情况发生的时候报警灯亮、蜂鸣器鸣叫，声光同时报警，提醒驾驶员清洗或更换空气滤清器，防止危险的发生。为空气滤清器安全可靠的使用以及内燃机的正常工作提供了有力的保障。

3、本实用新型提供的空气滤清器报警装置可以防止误报警且可靠性高。通过微控单元里面的滤波，可以防止车辆在恶劣路况上行驶时，由于大幅度的颠簸振动导致报警装置随之振动，造成其中活塞突发性的剧烈运动，使得瞬时电流信号达到报警值，产生一个高频振动毛刺干扰信号，导致报警装置产生误报警给驾驶员带来错误信息，并设有保护电阻装置防止电路中电流过大损坏器件。

4、本实用新型提供的空气滤清器报警装置结构简单、体积小、布置灵活。机械结构仅有活塞、滑动杆和弹簧等组成，且根据空腔压力差而改变电位计电阻值，所以装置可以做的很小巧便于安装和布置。

5、本实用新型提供的空气滤清器报警装置造价低、适合推广。电位计等器件为成熟产品，造价低，可以使本报警装置成本比较低，为本实用新型的市场化铺平了道路，而且本实用新型适用于各种车型的配套，适用面广。

6、本实用新型提供的空气滤清器报警装置，可以防止内燃机不正常工作带来的恶劣排放，具有显著的环保功效和社会公益。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为信号发生单元的结构示意图；

图3为信号发生单元的电路示意图。

图4为活塞受力示意图(横向安装)；

图5为活塞受力示意图(垂向安装)。

图中：信号发生单元1、A/D转换单元2、微控单元3、报警单元4、驱动电路5、D/A转换单元6、继电器7、LED显示屏8、报警灯9、蜂鸣器10、电源11、保护电阻12、电流信号至A/D转换单元的接线点13、电位计14、腔壁15、弹簧16、通气孔17、电位计接线点18、空气滤清器后端的管路19、密封圈20、活塞21、滑动杆22、电位计接线点23、腔体24。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实施例中的空气滤清器报警装置包括：信号发生单元1、A/D转换单元2、微控单元3和报警单元4依次相连。报警单元中包括驱动电路5、D/A转换单元6、继电器7、LED显示屏8、报警灯9和蜂鸣器10。继电器7与报警灯9和蜂鸣器10连接，LED显示屏8连接D/A转换单元6，D/A转换单元6和继电器7通过驱动电路5连接微控单元3。

如图2所示，信号发生单元1包括：一个中空的腔体24，腔体24内部设置一个活塞21。密封圈23密封的活塞21将腔体24分隔为两个腔室，由于密封圈20的存在，可以保证左右二腔独立不联通。腔体24的一端通过螺纹管与空气滤清器后端的管路19连通，腔体24的另一端设置数个通气孔17连通至大气；活塞21的另一侧上设滑动杆22，滑动杆22穿过腔体24端头的腔壁15，并与电位计14上的滑动部件连接，活塞21与腔壁15之间的滑动杆22上套设一弹簧16；电位计14与电源11和保护电阻12组成闭合回路，闭合回路与A/D转换单元2在电流信号至A/D转换单元的接线点13处连接。电位计上设电位计接线点18、23。

腔体24左边腔室的压力即为经过空气滤清器过滤后的气体压力，其右端通过通气孔17与大气相联通，使右边腔室压力始终保持大气压。弹簧16起固定作用，一端固定在活塞21右部，另外一端固定在右侧腔室底部。滑动杆22一端固定在活塞21右部，与活塞21形成整体，可以与活塞21共同运动，另外一端则穿过腔壁15后固定在电位计14的滑动部件上。随着滑动杆22的移动，电位计14的阻值会相应发生变化。

如图3所示，电源11、保护电阻12、电位计14依此串联形成闭合回路，产生电流信号。其特征在于产生的电流信号随着电位计14阻值的变化而变化，电流信号引出后接至A/D转换单元2。

如图4所示，活塞16受到弹簧力Fk、两腔压力差Fp，其中左腔压力为Fp1，右腔压力为Fp2，非横向安装时还受到重力G，合力为零，活塞16保持平衡，当二腔压力差Fp发生改变时，合力不为零，活塞21带动固结的滑动杆22会随着发生运动，直到弹簧力Fk、二腔压力差Fp(非横向安装时还有G)合力再次为零时，活塞21和滑动杆22将停止运动，电位计14的阻值不再发生变化，引出的电流信号再次稳定。

本实施例中的微控单元3可选用Intel公司生产的MCS-51系列8051型号的产品，微控单元3中有预置的标定值和滤波元器件。微控单元3接收发动机的转速信号，并根据发动机转速信号和负荷情况标定Map图标准信号值，反映空气滤清器正常工作下的压力差值，作为经A/D转换单元2转换后得到的数字信号的比较依据，通过二者的比较可以判断出此时空气滤清器的运行和使用情况。微控单元3中同时设有滤波元器件，当由于剧烈振动等原因导致活塞21突然运动达到报警状态时，微控单元3接收到的信号会有一个高频毛刺信号，经过微控单元3的滤波，会将这一毛刺干扰信号去除，使信号光滑，不发出报警指令信号。

本实用新型初始安装使用时，左右两腔压力值相等，弹簧16处于自然无变形长度情况或者克服活塞重力的初始长度，固定在活塞21右部的滑动杆22保持不动，电位计14的阻值不发生变化，引出的电流信号保持恒定；当空气滤清器使用一段时间后，堵塞程度会发生改变，左腔的压力会随之逐渐变小，左右二腔的压力差值会逐渐变大，活塞21就会在压力差的驱动下向左侧方向移动，固结在活塞21右部的滑动杆22会随着向左运动，带动电位计14的阻值发生变化，引出的电流信号也会随之发生变化，直到活塞21再次受力平衡后电流信号将不再变化；当堵塞到击穿的情况或者突发性击穿情况出现的时候，左腔的压力会突然变大，左右两腔的压力差值会突然变小，活塞21就会在弹簧16的下向右侧方向移动，固结在活塞右部的滑动杆22会随着向右侧方向移动，带动电位计14的阻值往相反趋势方向发生变化，引出的电流信号也会随着往相反趋势发生变化，直到活塞21再次受力平衡后电流信号将不再变化。

从电流信号至A/D转换单元的接线点13处引出的电流信号经过A/D转换单元2，转换为数字信号输入到微控单元3，经过与微控单元3里面标准信号进行比较，输出空气滤清器状态并判断报警单元4是否工作。当微控单元3判断此时没有达到报警设定值，则微控单元3输出状态信号经过驱动电路5的功率放大后，通过D/A转换单元6转变为输出信号，将当前状态显示在LED显示屏8中；如果经过微控单元3滤波处理的输入信号经过与微控单元3的标准信号比较后发现仍达到了报警设定值，则微控单元3发出报警指令，命令信号经过驱动电路5的功率放大后使得继电器7开关闭合，报警灯9亮、蜂鸣器10鸣叫，声光同时报警，同时状态信号经过驱动电路5的功率放大后，通过D/A转换单元6转变为输出信号，将当前报警状态显示在LED显示屏8中。

A/D转换单元2、微控单元3、D/A转换单元6、驱动电路5可以设于发动机的ECU单元里面也可单独设于一独立的电路里面，报警单元4中的LED显示屏8、报警灯8和蜂鸣器10置于驾驶室内的适当位置。其中，微控单元内各程序的设计以及显示和报警单元等的电路设计对于本技术领域人员来说是显而易见的，不需要付出创造性劳动，因此不再详述。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是以空气滤清器为例介绍本实用新型的具体实施例框架。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种空气滤清器自动报警装置，包括报警单元，报警单元中设置连接继电器的驱动电路，继电器还与报警灯或蜂鸣器其中至少一种连接；其特征在于，还包括：信号发生单元和A/D转换单元，信号发生单元、A/D转换单元和报警单元依次连接；

所述信号发生单元包括：一个中空的腔体，腔体内部设置一个活塞，将腔体分隔为两个腔室；腔体的一端与空气滤清器连通，腔体的另一端设置至少一个通气孔连通至大气；活塞的另一侧上设滑动杆，滑动杆穿过腔体端头的腔壁并与电位计上的滑动部件连接，活塞与腔壁之间的滑动杆上套设一弹簧；电位计与电源组成闭合回路，闭合回路与A/D转换单元连接。

2、根据权利要求1所述的空气滤清器自动报警装置，其特征在于，所述电位计与电源组成的闭合回路上有一保护电阻。

3、根据权利要求1所述的空气滤清器自动报警装置，其特征在于，所述活塞与腔壁之间有一密封圈，密封圈设于活塞上。

4、根据权利要求1所述的空气滤清器自动报警装置，其特征在于，所述报警单元中还包括连接D/A转换单元的LED显示屏，D/A转换单元与驱动电路相连。

5、根据权利要求1所述的空气滤清器自动报警装置，其特征在于，所述报警装置还包括一个微控单元，A/D转换单元通过微控单元与报警单元连接。

Images