專利名稱：空氣濾清器自動報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種報警裝置，特別是適合于內(nèi)燃機用空氣濾清器自動報 警裝置。
背景技術(shù)：
濾清器是機械運轉(zhuǎn)裝置不可缺少的組成部分，以內(nèi)燃機車為例，其中就有 空氣濾清器，機油濾清器和燃油濾清器、空調(diào)濾清器等四大類，前三者一般被 統(tǒng)稱為"三濾"。"三濾"分別擔(dān)負(fù)發(fā)動機進氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)中介 質(zhì)的過濾，空調(diào)濾清器則可以保護駕駛員和相關(guān)零部件，它們共同保護和凈化 機器設(shè)備的工作環(huán)境，從而延長機器的使用壽命，提高工作效率。
拿空氣濾清器舉例，它是發(fā)動機進氣系統(tǒng)的重要組成部分，就好像人體的 "鼻子" 一樣，為發(fā)動機的"健康"提供第一道屏障。它不僅是發(fā)動機正常、 持久、可靠工作不可缺少的組件，而且會直接影響到發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng) 濟性和使用壽命。如果沒有空氣濾清器的過濾作用，發(fā)動機就會吸入大量含有 塵埃、顆粒的空氣，導(dǎo)致發(fā)動機活塞組及氣缸磨損嚴(yán)重，較大的顆粒進入活塞 與氣缸之間，會造成嚴(yán)重的"拉缸"現(xiàn)象，這在干燥多沙的工作環(huán)境中尤為嚴(yán) 重。有人通過試驗證明，不帶空氣濾清裝置的發(fā)動機，其缸套、活塞等零件的
磨損速度將提高約20倍。同時空氣濾清器對發(fā)動機的進氣噪聲和排氣煙度有著 重要的影響。
為了保證空氣濾清器的正常使用，需要定時清洗或者更換濾芯(每行駛 3000公里)，但是由于工作的環(huán)境差異很大，例如在一般的公路行駛條件下汽 車周圍的灰塵濃度為0. 2mg/m3 3mg/m3，而在建筑工地現(xiàn)場等環(huán)境灰塵濃度高 達0.5g/m3 1.0g/m3。僅僅靠定期清洗或更換空氣濾芯可能會導(dǎo)致發(fā)動機在某 段時間內(nèi)的進氣不足、燃燒不充分、工況較差和油耗過大，導(dǎo)致排放惡劣、氧 傳感器等老化，造成環(huán)境污染。為了避免這種情況的發(fā)生，現(xiàn)在的發(fā)動機上往 往都安裝了堵塞報警裝置，當(dāng)進氣管負(fù)壓達到規(guī)定的報警壓力后就會報警，提 醒駕駛員清洗或更換。如果對堵塞的發(fā)生置之不理，那么長時間隨著壓力差的 逐漸增大最終會導(dǎo)致空氣濾清器濾芯被擊穿，導(dǎo)致發(fā)動機壽命縮短，甚至破損、毀壞等嚴(yán)重情況。據(jù)統(tǒng)計，工程機械發(fā)動機早期的破損70%與空氣濾清器有關(guān)。 因此，應(yīng)盡可能的避免擊穿的現(xiàn)象發(fā)生。
但是在一些情況下，空氣濾清器有可能沒有經(jīng)過堵塞的過程就發(fā)生了擊穿。 比如在一些惡劣的工作環(huán)境下，如果沙粒飛石等混在進氣流中，由于濾紙材料 通常是由紙質(zhì)、非棉織物或化學(xué)纖維材料制成，而且為保證流通性降低流動阻 力通常加工地很薄，非常容易被擊破出小洞，并很快擴展為大洞發(fā)生擊穿；另 外， 一些突發(fā)情況，比如一個塑料袋由于進氣口的吸氣作用而突發(fā)被吸附在進 氣管口或者空氣濾清器的進氣口端，在較大的流量下很可能瞬間產(chǎn)生一個大的 壓力波動而導(dǎo)致濾紙層的大變形甚至瞬時擊穿；同時，鑒于發(fā)動機的工作工程, 其進氣過程本身就是一個脈動的過程，隨著發(fā)動機的高強度、高功率、緊湊的 發(fā)展趨勢，對于燃燒所需的進氣量會逐漸增加，脈動過程會更加劇烈，隨著排 放法規(guī)的日趨嚴(yán)格， 一些新技術(shù)的應(yīng)用也會對進氣產(chǎn)生影響，例如SAE 2004-01-1316中Tomoya Aba等人就提到了一種可變渦流控制閥SCV， SCV隨著 工況而改變其開啟程度，在工況改變特別是工況變化劇烈的時候勢必會對造成 進氣強烈的波動情況。
現(xiàn)有的空氣濾清器的堵塞報警裝置中只考慮了堵塞乃至堵塞過久導(dǎo)致?lián)舸?的狀況，并未對擊穿情況做一個全面的考慮，現(xiàn)在使用的報警裝置無法完全實 現(xiàn)擊穿報警的功能，其功能性并不完善，因此需要設(shè)計一種可以囊括堵塞和擊 穿二種狀況,全面監(jiān)測空氣濾清器的運行情況并及時做出提醒的堵塞報警裝置。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是為了填補現(xiàn)有技術(shù)的空白，彌補現(xiàn)有空氣濾清器報警 裝置的不足，提供一種適用于空氣濾清器，并可以全面反映其運行情況并做出 提醒的報警裝置。
為了達到本實用新型的目的，本實用新型提供了一種空氣濾清器自動報警 裝置，包括報警單元，報警單元中設(shè)置連接繼電器的驅(qū)動電路，繼電器還與報 警燈或蜂鳴器其中至少一種連接；還包括信號發(fā)生單元和A/D轉(zhuǎn)換單元，信 號發(fā)生單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和報警單元依次連接；
所述信號發(fā)生單元包括 一個中空的腔體，腔體內(nèi)部設(shè)置一個活塞，將腔 體分隔為兩個腔室；腔體的一端與空氣濾清器連通，腔體的另一端設(shè)置至少一 個通氣孔連通至大氣；活塞的另一側(cè)上設(shè)滑動桿，滑動桿穿過腔體端頭的腔壁 并與電位計上的滑動部件連接，活塞與腔壁之間的滑動桿上套設(shè)一彈簧；電位計與電源組成閉合回路，閉合回路與A/D轉(zhuǎn)換單元連接。
作為一種改進，所述電位計與電源組成的閉合回路上有一保護電阻。 作為一種改進，所述活塞與腔壁之間有一密封圈，密封圈設(shè)于活塞上。 作為一種改進，所述報警單元中還包括連接D/A轉(zhuǎn)換單元的LED顯示屏，
D/A轉(zhuǎn)換單元與驅(qū)動電路相連。
作為一種改進，所述報警裝置還包括一個微控單元，A/D轉(zhuǎn)換單元通過微
控單元與報警單元連接。
本實用新型的有益效果在于
1、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置報警功能完備。以往的空氣濾清 器報警裝置往往只有堵塞報警功能，多采用膜片彈簧或者柱塞式的壓力開關(guān)原 理，僅僅當(dāng)超過報警限制時觸點閉合，啟動報警裝置，且沒有考慮到擊穿情況， 本實用新型通過布置在駕駛室內(nèi)的LED顯示屏可以使駕駛員時時觀察空氣濾清
器的使用狀態(tài)，了解空氣濾清器的堵塞和擊穿程度，為清洗或更換提供利好信 息。
2、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置可以同時聲光報警，警示性高。 當(dāng)達到堵塞許用限值或者擊穿情況發(fā)生的時候報警燈亮、蜂鳴器鳴叫，聲光同 時報警，提醒駕駛員清洗或更換空氣濾清器，防止危險的發(fā)生。為空氣濾清器 安全可靠的使用以及內(nèi)燃機的正常工作提供了有力的保障。
3、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置可以防止誤報警且可靠性高。通 過微控單元里面的濾波，可以防止車輛在惡劣路況上行駛時，由于大幅度的顛 簸振動導(dǎo)致報警裝置隨之振動，造成其中活塞突發(fā)性的劇烈運動，使得瞬時電 流信號達到報警值，產(chǎn)生一個高頻振動毛刺干擾信號，導(dǎo)致報警裝置產(chǎn)生誤報 警給駕駛員帶來錯誤信息，并設(shè)有保護電阻裝置防止電路中電流過大損壞器件。
4、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、布置靈活。 機械結(jié)構(gòu)僅有活塞、滑動桿和彈簧等組成，且根據(jù)空腔壓力差而改變電位計電 阻值，所以裝置可以做的很小巧便于安裝和布置。
5、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置造價低、適合推廣。電位計等器 件為成熟產(chǎn)品，造價低，可以使本報警裝置成本比較低，為本實用新型的市場 化鋪平了道路，而且本實用新型適用于各種車型的配套，適用面廣。
6、 本實用新型提供的空氣濾清器報警裝置，可以防止內(nèi)燃機不正常工作帶 來的惡劣排放，具有顯著的環(huán)保功效和社會公益。

圖1為本實用新型的原理示意圖； 圖2為信號發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為信號發(fā)生單元的電路示意圖。 圖4為活塞受力示意圖(橫向安裝)； 圖5為活塞受力示意圖(垂向安裝)。
圖中信號發(fā)生單元l、 A/D轉(zhuǎn)換單元2、微控單元3、報警單元4、驅(qū)動 電路5、 D/A轉(zhuǎn)換單元6、繼電器7、 LED顯示屏8、報警燈9、蜂鳴器10、電源 11、保護電阻12、電流信號至A/D轉(zhuǎn)換單元的接線點13、電位計14、腔壁15、 彈簧16、通氣孔17、電位計接線點18、空氣濾清器后端的管路19、密封圈20、 活塞21、滑動桿22、電位計接線點23、腔體24。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的 限定。
如圖1所示，本實施例中的空氣濾清器報警裝置包括信號發(fā)生單元l、
A/D轉(zhuǎn)換單元2、微控單元3和報警單元4依次相連。報警單元中包括驅(qū)動電路 5、 D/A轉(zhuǎn)換單元6、繼電器7、 LED顯示屏8、報警燈9和蜂鳴器10。繼電器7 與報警燈9和蜂鳴器10連接，LED顯示屏8連接D/A轉(zhuǎn)換單元6， D/A轉(zhuǎn)換單 元6和繼電器7通過驅(qū)動電路5連接微控單元3。
如圖2所示，信號發(fā)生單元1包括 一個中空的腔體24，腔體24內(nèi)部設(shè) 置一個活塞21。密封圈23密封的活塞21將腔體24分隔為兩個腔室，由于密 封圈20的存在，可以保證左右二腔獨立不聯(lián)通。腔體24的一端通過螺紋管與 空氣濾清器后端的管路19連通，腔體24的另一端設(shè)置數(shù)個通氣孔17連通至大 氣；活塞21的另一側(cè)上設(shè)滑動桿22，滑動桿22穿過腔體24端頭的腔壁15， 并與電位計14上的滑動部件連接，活塞21與腔壁15之間的滑動桿22上套設(shè) 一彈簧16;電位計14與電源11和保護電阻12組成閉合回路，閉合回路與A/D 轉(zhuǎn)換單元2在電流信號至A./D轉(zhuǎn)換單元的接線點13處連接。電位計上設(shè)電位計 接線點18、 23。
腔體24左邊腔室的壓力即為經(jīng)過空氣濾清器過濾后的氣體壓力,其右端通 過通氣孔17與大氣相聯(lián)通，使右邊腔室壓力始終保持大氣壓。彈簧16起固定 作用， 一端固定在活塞21右部，另外一端固定在右側(cè)腔室底部。滑動桿22 —端固定在活塞21右部，與活塞21形成整體，可以與活塞21共同運動，另外一 端則穿過腔壁15后固定在電位計14的滑動部件上。隨著滑動桿22的移動，電 位計14的阻值會相應(yīng)發(fā)生變化。
如圖3所示，電源11、保護電阻12、電位計14依此串聯(lián)形成閉合回路， 產(chǎn)生電流信號。其特征在于產(chǎn)生的電流信號隨著電位計14阻值的變化而變化， 電流信號引出后接至A/D轉(zhuǎn)換單元2。
如圖4所示，活塞16受到彈簧力Fk、兩腔壓力差Fp,其中左腔壓力為Fpl， 右腔壓力為Fp2，非橫向安裝時還受到重力G，合力為零，活塞16保持平衡， 當(dāng)二腔壓力差Fp發(fā)生改變時，合力不為零，活塞21帶動固結(jié)的滑動桿22會隨 著發(fā)生運動，直到彈簧力Fk、 二腔壓力差Fp (非橫向安裝時還有G)合力再次 為零時，活塞21和滑動桿22將停止運動，電位計14的阻值不再發(fā)生變化，引 出的電流信號再次穩(wěn)定。
本實施例中的微控單元3可選用Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列8051型號 的產(chǎn)品，微控單元3中有預(yù)置的標(biāo)定值和濾波元器件。微控單元3接收發(fā)動機 的轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和負(fù)荷情況標(biāo)定Map圖標(biāo)準(zhǔn)信號值，反映 空氣濾清器正常工作下的壓力差值，作為經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元2轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字 信號的比較依據(jù)，通過二者的比較可以判斷出此時空氣濾清器的運行和使用情 況。微控單元3中同時設(shè)有濾波元器件，當(dāng)由于劇烈振動等原因?qū)е禄钊?1 突然運動達到報警狀態(tài)時，微控單元3接收到的信號會有一個高頻毛刺信號， 經(jīng)過微控單元3的濾波，會將這一毛刺干擾信號去除，使信號光滑，不發(fā)出報 警指令信號。
本實用新型初始安裝使用時，左右兩腔壓力值相等，彈簧16處于自然無變 形長度情況或者克服活塞重力的初始長度，固定在活塞21右部的滑動桿22保持 不動，電位計14的阻值不發(fā)生變化，引出的電流信號保持恒定；當(dāng)空氣濾清器 使用一段時間后，堵塞程度會發(fā)生改變，左腔的壓力會隨之逐漸變小，左右二 腔的壓力差值會逐漸變大，活塞21就會在壓力差的驅(qū)動下向左側(cè)方向移動，固 結(jié)在活塞21右部的滑動桿22會隨著向左運動，帶動電位計14的阻值發(fā)生變化， 引出的電流信號也會隨之發(fā)生變化，直到活塞21再次受力平衡后電流信號將不 再變化；當(dāng)堵塞到擊穿的情況或者突發(fā)性擊穿情況出現(xiàn)的時候，左腔的壓力會 突然變大，左右兩腔的壓力差值會突然變小，活塞21就會在彈簧16的下向右 側(cè)方向移動，固結(jié)在活塞右部的滑動桿22會隨著向右側(cè)方向移動，帶動電位計 14的阻值往相反趨勢方向發(fā)生變化，引出的電流信號也會隨著往相反趨勢發(fā)生變化，直到活塞21再次受力平衡后電流信號將不再變化。
從電流信號至A/D轉(zhuǎn)換單元的接線點13處引出的電流信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換單 元2，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到微控單元3，經(jīng)過與微控單元3里面標(biāo)準(zhǔn)信號進行 比較，輸出空氣濾清器狀態(tài)并判斷報警單元4是否工作。當(dāng)微控單元3判斷此 時沒有達到報警設(shè)定值，則微控單元3輸出狀態(tài)信號經(jīng)過驅(qū)動電路5的功率放 大后，通過D/A轉(zhuǎn)換單元6轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?，將?dāng)前狀態(tài)顯示在LED顯示屏8 中；如果經(jīng)過微控單元3濾波處理的輸入信號經(jīng)過與微控單元3的標(biāo)準(zhǔn)信號比 較后發(fā)現(xiàn)仍達到了報警設(shè)定值，則微控單元3發(fā)出報警指令，命令信號經(jīng)過驅(qū) 動電路5的功率放大后使得繼電器7開關(guān)閉合，報警燈9亮、蜂鳴器10鳴叫， 聲光同時報警，同時狀態(tài)信號經(jīng)過驅(qū)動電路5的功率放大后，通過D/A轉(zhuǎn)換單 元6轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?，將?dāng)前報警狀態(tài)顯示在LED顯示屏8中。
A/D轉(zhuǎn)換單元2、微控單元3、 D/A轉(zhuǎn)換單元6、驅(qū)動電路5可以設(shè)于發(fā)動 機的ECU單元里面也可單獨設(shè)于一獨立的電路里面，報警單元4中的LED顯示 屏8、報警燈8和蜂鳴器10置于駕駛室內(nèi)的適當(dāng)位置。其中，微控單元內(nèi)各程 序的設(shè)計以及顯示和報警單元等的電路設(shè)計對于本技術(shù)領(lǐng)域人員來說是顯而易 見的，不需要付出創(chuàng)造性勞動，因此不再詳述。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是以空氣濾清器為例介紹本實用新 型的具體實施例框架。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變 形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所 有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1、一種空氣濾清器自動報警裝置，包括報警單元，報警單元中設(shè)置連接繼電器的驅(qū)動電路，繼電器還與報警燈或蜂鳴器其中至少一種連接；其特征在于，還包括信號發(fā)生單元和A/D轉(zhuǎn)換單元，信號發(fā)生單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和報警單元依次連接；所述信號發(fā)生單元包括一個中空的腔體，腔體內(nèi)部設(shè)置一個活塞，將腔體分隔為兩個腔室；腔體的一端與空氣濾清器連通，腔體的另一端設(shè)置至少一個通氣孔連通至大氣；活塞的另一側(cè)上設(shè)滑動桿，滑動桿穿過腔體端頭的腔壁并與電位計上的滑動部件連接，活塞與腔壁之間的滑動桿上套設(shè)一彈簧；電位計與電源組成閉合回路，閉合回路與A/D轉(zhuǎn)換單元連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣濾清器自動報警裝置，其特征在于，所述電 位計與電源組成的閉合回路上有一保護電阻。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣濾清器自動報警裝置，其特征在于，所述活 塞與腔壁之間有一密封圈，密封圈設(shè)于活塞上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣濾清器自動報警裝置，其特征在于，所述報 警單元中還包括連接D/A轉(zhuǎn)換單元的LED顯示屏，D/A轉(zhuǎn)換單元與驅(qū)動電路相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣濾清器自動報警裝置，其特征在于，所述報 警裝置還包括一個微控單元，A/D轉(zhuǎn)換單元通過微控單元與報警單元連接。
專利摘要本實用新型公開了一種報警裝置，旨在提供一種內(nèi)燃機用空氣濾清器自動報警裝置。該裝置包括報警單元，報警單元中設(shè)置連接繼電器的驅(qū)動電路，繼電器還與報警燈或蜂鳴器其中至少一種連接；還包括信號發(fā)生單元和A/D轉(zhuǎn)換單元，信號發(fā)生單元、A/D轉(zhuǎn)換單元和報警單元依次連接。該裝置報警功能完備，可以同時聲光報警，警示性高，防止誤報警且可靠性高；結(jié)構(gòu)簡單、體積小、布置靈活；造價低、適合推廣；可以防止內(nèi)燃機不正常工作帶來的惡劣排放，具有顯著的環(huán)保功效和社會公益。
文檔編號F02M35/02GK201347823SQ20092011219
公開日2009年11月18日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者俞小莉, 劉忠民, 佳 李 申請人:浙江大學(xué)