專利名稱：一體式油狀態(tài)和油位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油傳感器。
背景技術(shù)：
較新的車輛通常具有允許車輛制造商對更高里程車輛保修的擴展條 款。定期換油通常是維持保修條款范圍的條件。為了確保正確的維護，可 將油狀態(tài)和油位傳感器結(jié)合到車輛中以監(jiān)控油的狀態(tài)，當(dāng)需要換油時警告 駕駛者，并檢測是否已進行換油。過去，換油頻率憑經(jīng)驗確定(例如，每隔3000英里)。然而，油品添 加劑和車輛調(diào)校的新技術(shù)可延長換油的時間間隔和距離。此外，更好地理 解車輛操作對油狀態(tài)的影響以及提高的發(fā)動機控制器計算能力允許基于油的實際狀態(tài)定制和預(yù)測換油頻率。 發(fā)明內(nèi)容提供一種油狀態(tài)和油位傳感器，其包括螺線管主體、線圏、銜鐵和磁 極件。螺線管主體限定銜鐵和磁極件之間的銜鐵室。銜鐵可響應(yīng)線圈的通 電而在銜鐵室中運動(movement)。在油狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，線圏可操作地 連接到可確定油溫、油粘度、油位和換油事件中至少一者的控制器。在一 個實施例中，可檢測四個油位，包括滿溢油位和極低油位。該傳感器稱為一體式油狀態(tài)和油位傳感器，因為在一個傳感器中結(jié)合(集成)了多種檢 測功能。該傳感器可用于其中需要測量流體液位、流體粘度和/或流體溫度 的許多不同應(yīng)用中，例如發(fā)動機、食品加工、靜壓油齒輪箱和流體冷卻系 統(tǒng)中。銜鐵、磁極件和螺線管主體限定構(gòu)造成用以確立流體在銜4失移動時經(jīng) 銜鐵室的正排量的多個孔和腔室。銜鐵在銜鐵室中的移動時間對應(yīng)于經(jīng)過 孔的流體流的阻力。經(jīng)過各相應(yīng)的孔的"流體流"可以是空氣、液體如油或 者兩者的組合，且取決于油位。例如，銜鐵限定與銜鐵室連通的第一孔。磁極件限定與銜鐵室連通的第二孔。這些孔構(gòu)造成用以使得流體在銜鐵運動時經(jīng)這些孔i^銜鐵室和 從銜鐵室排出，且銜鐵在銜鐵室內(nèi)的運動從而受經(jīng)過這些孔的流體流的阻 力的影響。如果第一孔和第二孔的尺寸不同則在銜鐵室內(nèi)形成壓力差，造 成流體在銜鐵沿著豎直方向運動時經(jīng)這些孔排進和排出銜鐵室。傳感器構(gòu) 造成用以浸于充滿狀態(tài)下的油盤內(nèi)的油中。銜鐵在銜鐵室內(nèi)的移動時間與 流經(jīng)該腔室和這些孔的流體的粘度有關(guān)。例如，如果油位低，則空氣而不 是油將被吸入銜4失室中。由于空氣比油更加流動自如，所以當(dāng)油位低時平 均銜鐵移動時間，也稱"響應(yīng)時間"，將更短。因此，文中所述的腔室和孔 內(nèi)的"流體流"可為空氣或油。磁極件可具有大致圓錐形輪廓以減'lt銜鐵在銜4失室內(nèi)的運動。通過減 'l^^鐵的運動，增加了從線圏吸取的電流與銜鐵的移動時間相應(yīng)的增益。 磁極件的圓錐形輪廓消除了銜鐵在其運動時的加速度，提供了接近線性的 粘度對速率曲線，使得響應(yīng)時間特性更一致，以更精確地檢測油狀態(tài)?？?使用止回閥、密封機構(gòu)和偏壓機構(gòu)以進一步減慢銜鐵移動并在各腔室內(nèi)形 成正排量。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點將從以下結(jié)合附圖對 用于實施本發(fā)明的最佳模式的詳細描述而容易顯現(xiàn)。


圖l是油狀態(tài)和油位傳感器的第一實施例的透視剖面示意圖；圖2是油狀態(tài)感測系統(tǒng)的透視示意圖，該油狀態(tài)感測系統(tǒng)包括安裝在油盤中的圖1的油狀態(tài)和油位傳感器，該油盤具有連接到傳感器的控制器； 圖3是油狀態(tài)和油位傳感器的第二實施例的剖面示意圖； 圖4是油狀態(tài)和油位傳感器的第三實施例的剖面示意圖； 圖5是油狀態(tài)和油位傳感器的第四實施例的剖面示意圖；以及 圖6是用于圖1-圖5的油狀態(tài)和油位傳感器中任意一者中的移動的銜鐵的示例性電流吸取對移動時間的示意曲線圖，示出了感應(yīng)沖擊現(xiàn)象。
具體實施方式
參照附圖，其中相似參考標(biāo)號表示相似構(gòu)件，圖l示出支撐在安裝支 架12上的油狀態(tài)和油位傳感器10。在圖2中，安裝支架12固定到油盤14 (oil pan )如車輛上的發(fā)動機油底殼，使得油狀態(tài)和油位傳感器12定位在 油盤14中以便能夠檢測多種油狀態(tài)，包括油溫、油粘度、換油事件(oil change occurrence)和多個油位，如文中將進一步描述。油狀態(tài)和油位傳 感器10可操作地連接到電子控制器16，該電子控制器16可容納在油盤內(nèi) 部或外部，例如容納在車輛變速器上或車輛中的其它部位，以確立油狀態(tài) 感測系統(tǒng)18。參照圖1，更詳細地示出油狀態(tài)和油位傳感器IO。螺線管主體20包括 外部22—也稱為"罐"、基座部24、線圏支撐部26、延伸部28和帽部34。 線圏支撐部26 (也稱為"繞線筒")環(huán)繞線圈30。外部22、基座部24、線 圏支撐部26、延伸部28和帽部34可通過鑄造、模制或其它工藝一體制造 或相互制造成單一體。磁極件32 (pole piece,極鞅)壓配合或以其它方式固定在外部22內(nèi)。六孔，，或稱為"另一孔，，)。磁極件32、外部22、線圈30、磁通量收集器41 和銜鐵40 (armature)形成電磁體。當(dāng)線圈30被電源(例如電池，未示 出)通電(energize)時磁通線形成在磁極件32和銜鐵40之間的氣隙中。銜鐵40可在由線圏支撐部26和基座部24限定的柱形空腔37內(nèi)運動， 銜鐵40部分限定在銜鐵40與磁極件32之間的銜鐵室42，該銜鐵室42的 體積隨著銜鐵40響應(yīng)于線團通電形成的磁通量(flux)而運動而變化。磁 通量收集器41鄰近銜鐵40定位。螺線管主體20、銜鐵40和磁極件32具 有為減'漫銜鐵40的移動時間以增加指示移動末端的信號感應(yīng)沖擊的增益 (gain of signature inductive kick)(即，直到發(fā)生的時間)而設(shè)計的許多特 征。通過減慢移動時間并從而增加增益，移動時間由于油粘度、油位或換 油事件的變化而產(chǎn)生的相對差異祐放大(即，傳感器10的靈敏度增加)， 且因此油狀態(tài)凈皮控制器16更精確地i會斷和多艮蹤。
參照圖6，電流吸取對時間(current draw versus time)的示例性標(biāo)繪形 成具有感應(yīng)沖擊的電流吸取曲線39，將該感應(yīng)沖擊示出為電流吸取增加后 明顯驟降，指示螺線管銜鐵40在已知油溫(25攝氏度)和加油位(油位 設(shè)為低，致使0.15秒的較快的感應(yīng)沖擊)下到達移動末端。圖6的標(biāo)繪僅 為示例性的，且電流吸取和感應(yīng)沖擊時間(即，銜鐵移動時間)的水平可 如文中所述變化。
桿44可在一端固定或未固定到活塞46。將塞狀元件一文中稱為"珠體 48"—壓配合、焊接或以其它方式在相對端固定到銜鐵40。盡管稱為珠體 48 (ball)，但可使用非球形塞狀元件代替珠體48。珠體48并不相對于銜 鐵40運動。當(dāng)傳感器10的磁磁通量驅(qū)動銜4失40時，活塞46在磁^ L件32 中的磁極件室50內(nèi)運動。偏壓(施力)機構(gòu)，其在本例中為彈簧52，偏 壓銜鐵40遠離磁極件32。磁極件32具有內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有與銜4失40 的外表面的類似圓錐形輪廓接口 (interface,接界)的圓錐形輪廓54。圓 錐形輪廓54在鄰近銜4失40的、相比于平直f茲極件輪廓將會具有的氣隙大 的氣隙上分配磁通量，從而減慢銜鐵移動時間。
第二主體室56形成在基座部24中。銜鐵中的第一孔58經(jīng)通道57(以 虛線示出)與第二腔室56流體連通，該通道57經(jīng)銜鐵40的不同部 /(申。 穿過銜鐵40的通道60由止回球閥62選擇性地打開和封閉。銜鐵40中的 另一孔64 (文中稱為"第四孔，，)在固定的珠體48與止回球閥62的活動珠體或塞之間。孑L64經(jīng)由通道66與銜鐵室42流體連通。磁極件32中的另 一孔68 (文中稱為"第二孔")與銜4失室42流體連通并與周圍的油盤14流 體連通。
當(dāng)銜鐵40離開磁極件32時，閥62的活動珠體離開通道60，允許經(jīng) 孔58和64以及通道57、 60和66從第二主體室56流動到銜鐵室42，從 而允許傳感器10用作正排量泵(正容積式泵，positive displacement pump)，與在不具備止回球閥62的封閉裝置的情況下發(fā)生的被動泵吸動 作(泵作用)相反?？字g的尺寸差異也有助于正排量。當(dāng)銜鐵40移向磁 極件32時，活動珠體覆蓋通道60,迫使銜鐵室42中的流體經(jīng)由通道67 流出第二孔68。
延伸部28具有腔室70，其在文中稱為"第一主體室"或"下腔室"，因 為其在油盤14中的位置比傳感器10的其M分低，如圖2中明顯示出。 基座部24具有在文中稱為"第三孔，，的孔72，其將第二主體室56與第一主 體室70流動連接。銜鐵40具有在此實施例中為彈性體密封件的密封機構(gòu) 74，其密封第三孔72，防止當(dāng)銜鐵40被彈簧52偏壓到圖1中的極(最) 低位置時(例如，當(dāng)線圈未通電時)流體從第一腔室70流到第二腔室56。 當(dāng)銜鐵49移向磁極件32時密封機構(gòu)74不覆蓋第三孔72。第五孔78確立 剛好在以D代表的油盤14中流體的液位上方時的第二腔室56與油盤14 之間的流體連通。
上述各種腔室和孔確立銜鐵移動時間(時期，travel times)，其指示 各種油狀態(tài)如油粘度和換油事件，以及如以下所述油盤14中的各種油位T。 傳感器也可操作以確定油溫。
油位
將整個傳感器IO定位成浸于油盤14中的油中。當(dāng)油盤14內(nèi)的油處于 圖l和圖2中均以A指示的預(yù)定滿油位時,銜鐵移動時間為流體經(jīng)各孔36、 68、 64、 58、 78和72流動的阻力總和的函數(shù)，粘性阻力對銜鐵和活塞運 動也有輕微影響。由于這些阻力將隨著油位變化而變化，所以油狀態(tài)系統(tǒng) 18可監(jiān)控和記錄油盤14內(nèi)的油位，識別瞬時當(dāng)前油位處于四個范圍之一說明書第6/12頁
滿油位；滿溢油位；"低一夸脫"(quart low)油位；以及過低油位。如果需要，可通過將監(jiān)視器如^板屏幕連接到控制器16并編程控制器16以將顯示信號發(fā)送到對應(yīng)于所監(jiān)控的油位的監(jiān)視器而將此信息傳送到車輛操作員。
如果油盤14中的油位在低于第五孔78的任何液位，如圖1和圖2中以"過低，，油位D所示，則迫4吏所有油流出第一銜鐵循環(huán)上的腔室50、 42和56。當(dāng)彈簧52偏壓銜鐵40和活塞46時，空氣代替油被吸入腔室50、42、 56內(nèi)，因為孑L36、 68和78在油位上方。在1^#的循環(huán)上，由于只有空氣經(jīng)大多數(shù)孔運動，所以銜鐵運動時間較快。因此，控制器16將識別此類銜鐵移動時間為"過低"油位的指示，將儲存此信息，并且可編程以將提示車輛操作員需要加油的信息發(fā)送到顯示器。
如果油盤14中的油位在第二孔68下方，如圖1和圖2中以"低一夸脫，，油位C表示、但在第五孔78上方的任何液位，則銜鐵室42將會將油排出第一銜鐵循環(huán)上的腔室50、 42和56。當(dāng)彈簧52偏壓銜鐵40和活塞46時，空氣代替油凈皮吸入腔室50、 42內(nèi)，因為孔36和68在該油位上方。由于孔78現(xiàn)在在該油位下方，所以當(dāng)傳感器10通電時它將吸入油。在隨后的循環(huán)上，由于只有空氣經(jīng)孔68和36運動，所以銜^t逸動時間比在極低油位時慢。因此，銜鐵移動時間將是經(jīng)過孔72、 58、 64、 68和36的流體流的阻力的總和的函數(shù)。因此，控制器16將識別此類銜鐵移動時間為"低一夸脫"油位的指示。
當(dāng)如圖1和圖2所示油處于第二孔68上方并低于第六孔36的任何液位時，銜鐵室42以及第一主體室70和第二主體室56將在銜鐵40移動時一直充滿油，且油將被迫經(jīng)過孔72、 58、 64和68。 ^茲極件室50將充滿空氣。此結(jié)合將形成被控制器16識別為滿油位指示的唯一銜鐵移動時間，且該銜4失移動時間為流體流經(jīng)孔72、 58、 64、 78、 36和68的阻力的總和的函數(shù)。
如果油盤14中的油位在第六孔36上方的任何液位，則油滿溢，如圖1和圖2中以滿溢液位B所指示。迫使流體在壓力作用下經(jīng)過孔36以及磁極件室50中的油產(chǎn)生的附加粘性阻力將相對于在滿油位或任何更低的油位的銜鐵移動時間而減慢銜鐵40。銜鐵移動時間將是經(jīng)過孔72、 58、 64、78、 36、 68和36的流體流的阻力的總和的函數(shù)?？刂破?6將識別此類銜鐵移動時間作為滿溢狀態(tài)的指示。油粘度
當(dāng)線圏30通電和斷電時，銜鐵40在空腔37內(nèi)運動，該空腔37包括銜鐵室42。當(dāng)銜鐵40離開磁極件32時，銜鐵室42和磁極件室50中的壓力減小并且大氣壓力推動流體(無論是油還是空氣)在磁極件32中分別經(jīng)過第二孔68和第六孔36。流體還經(jīng)孔58、通道57、通道60、孔64和通道66從主體室56被吸入銜鐵室42中。油還從腔室56被推動經(jīng)過孔72和78。當(dāng)銜鐵40移向磁極件32時，銜鐵室42內(nèi)的流體(無論是油還是空氣)被迫流出第二孔68，且球閥62如上所述選擇性地防止流體經(jīng)孔58離開銜4失室42。此外，磁極件室50中的流體被迫經(jīng)過第六孔36。同樣，第二主體室56中的壓力減小并且大氣壓力迫使流體經(jīng)過第三孔72和第五孔78。通過合計所有不同孔的流體流的總阻力和運動零件的摩擦，這減慢了銜鐵運動使得通過測量銜鐵運動的時間并且然后應(yīng)用算法，響應(yīng)時間就對應(yīng)于指示流體粘度的值。
第二孔68在尺寸上大于笫一孔58，或至少連同通道67構(gòu)造成用以形成比通道57、孑L58、孔64和通道66大的液壓阻力，形成銜鐵室42中的壓力差，并且使傳感器10用作泵。如上所述，球閥62也有助于泵吸作用。流經(jīng)孔58、 64和68以及通道57、 60、 66和67的油減慢了銜鐵40。更高的油粘度致使銜鐵40在其循環(huán)時運動得更緩慢，增加了銜鐵響應(yīng)時間。此外，第二主體室56的體積(容積)隨著銜鐵40移向磁極件32而增加，同時油經(jīng)孔72和78被^V腔室56內(nèi)且然后當(dāng)銜鐵40離開磁極件32時被泵吸到銜鐵室42。第三孔72在直徑上大于第一孔58和通道57，在銜4失40運動形成壓力差。發(fā)生在該循環(huán)中的銜鐵移動的末端的感應(yīng)"沖擊"由連接到線圏30的控制器16檢測。油越稠，則發(fā)生感應(yīng)沖擊所需時間就越長。然后在儲存在控制器16中的查詢表核對總銜鐵響應(yīng)時間以獲得油的相對粘度。因此可使用傳感器10測量油粘度(除了當(dāng)油處于極低液位時(即，低于孔78,例如液位D))。
還可測量傳感器10的阻力并且可控制發(fā)動機控制器電壓以控制對傳感器10的操作電流。這減少了電流變化對銜鐵響應(yīng)時間的任何影響。將電壓限制在12伏以下可更進一步地減'隻銜鐵40以修改響應(yīng)時間對粘度關(guān)系并從而增加傳感器靈敏度。
換油事件
油狀態(tài)和油位傳感器10構(gòu)造成用以使得在許多螺線管循環(huán)(solenoidcycle)上監(jiān)控傳感器IO的電流沖擊(current kick)可指示換油事件。當(dāng)傳感器10關(guān)閉時(即，當(dāng)線圏30未通電時)，彈性體密封件74截留(trap )第一主體室70內(nèi)的任何空氣。也可使用備選密封結(jié)構(gòu)如止回閥、金屬密封件或針閥截留第一主體室70中的空氣。基座部24在第一主體室70形成的圓錐形結(jié)構(gòu)82 (特征，feature)引導(dǎo)處于第一主體室70中的任何空氣，以保持鄰近第三開口 72直到被從第一主體室70泵吸出來為止。在換油期間，油從油盤14排出，且油還從第一主體室70排出。當(dāng)油盤14重新注油時空氣將,皮截留在第一主體室70內(nèi)。壓力差，其部分是由于開口58、 64、78和72的尺寸差異，以及銜鐵的運動和截留在第一主體室70中的氣泡的尺寸，因此指明在空氣被泵出第一主體室70以及相繼的腔室56和42之前操作循環(huán)(銜鐵在柱體37中的往復(fù)運動為單個循環(huán))的數(shù)目。在截留的空氣經(jīng)傳感器10#_泵吸時，響應(yīng)時間變化，且然后當(dāng)所有截留空氣均已4皮排出時穩(wěn)定。由于空氣經(jīng)開口和腔室更加流動自如，所以當(dāng)所有空氣均已經(jīng)經(jīng)第二主體室56、經(jīng)銜鐵室42從第一主體室70泵吸出來并回到油盤14中時，油的粘性阻力將顯著減慢銜鐵移動時間。編程控制器16以識別所監(jiān)控的銜鐵移動時間的此模式作為換油事件的指示。
油溫
整個傳感器10定位成當(dāng)油盤14內(nèi)的油處于在圖1和圖2兩者中均表示為A的預(yù)定滿液位時浸于油盤14中的油中。結(jié)果，線圏30的溫度將達到與油溫相同的溫度。為了測量油溫，測量線圏電阻且然后與儲存在控制器內(nèi)的溫度查詢表進行核對以確定油的溫度?？商娲?，傳感器IO可使用
預(yù)定電壓循環(huán)。通過測量電流，可計算出線圏電阻然后與溫度關(guān)聯(lián)。
相應(yīng)地，作為油感測系統(tǒng)18的一部分，油狀態(tài)和油位傳感器10可操作以確定油位和換油事件，以及油狀態(tài)如油溫和油粘度。油狀態(tài)和油位傳感器的其它實施例提供類似的性能。例如，參照圖3，油狀態(tài)和油位傳感器110具有螺線管主體120，該螺線管主體120包括外部122、單體式基座和線圈支撐件124,以;SJ^f申部128。該單體式基座和線圏支撐件124環(huán)繞線圈130。
與油狀態(tài)和油位傳感器10相似，油狀態(tài)和油位傳感器110可定位成當(dāng)油盤14內(nèi)的油處于在圖1和圖2兩者中均表示為A的預(yù)定滿液位時浸于油盤14中的油中。結(jié)果，線圈溫度將達到與油溫相同的溫度。為了測量油溫，測量線圈電阻且然后與儲存在控制器16內(nèi)的溫度查詢表進行核對，以確定油的溫度。
油狀態(tài)和油位傳感器110包括壓配合或以其它方式固定在外部122內(nèi)的磁極件132。磁極件132的塞部133具有穿過該塞部133的孔168 (孔168在文中稱為"第二孔")。
銜4失140可在由基座部和線圏支撐部124限定的柱形空腔137內(nèi)運動，銜鐵140部分限定銜鐵140與磁極件132之間的銜鐵室42，該銜鐵室142的體積隨著銜鐵140響應(yīng)于通過對線圏130通電產(chǎn)生的磁通量的運動而增加。磁通量收集器141鄰近銜鐵140定位。
在本例中為彈簧152的偏壓才幾構(gòu)偏壓銜鐵140遠離磁極件132。磁極件132具有內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有與銜鐵140的外表面的相似的圓錐形輪廓接口的圓錐形輪廓154。圓錐形輪廓154在鄰近銜鐵140的比平直磁極件輪廓將具有的氣隙大的氣隙上分配磁通量，從而減慢銜鐵移動時間。
第二主體室156形成在基座和線圏部124中。銜4失140的臂部143中的第一孔158與第二腔室156流體連通。第三孔172容許笫二主體室156和形成在延伸部128中的第一主體室170之間的流體連通。孑L 171容許第一主體室170與周圍的油盤環(huán)境之間的流體連通。第一主體室170中的任何空氣將上升并被保持在腔室170鄰近孔172的頂部173。當(dāng)銜鐵140被 遠離磁極件132地偏壓時，連接到銜鐵140的臂部143的彈性體密封件174 密封第三孔172。第一孔158在直徑上小于第二孔168，第二孔168在直徑 上又小于第三孔172。當(dāng)線團130通電時，銜鐵140將截留在銜鐵室142 中的油排出孔158、 168兩者，并且還被填充第二主體室156的油減慢。假 設(shè)油位為^f吏得銜鐵室142充滿油，經(jīng)過孔158、 168的油流動的阻力和油流 經(jīng)腔室142的粘性阻力提供抵抗銜鐵運動的阻力，從而減慢銜鐵的行程速 度并改變螺線管電流吸取的信號(signature)(即，曲線)。更高的油粘 度致使銜鐵140更緩慢地運動。在儲存在控制器16中的查詢表中核對銜鐵 響應(yīng)時間以獲得油的相對粘度。
油狀態(tài)和油位傳感器110可用來指示滿油位或低油位。當(dāng)油盤14中的 油位高于孔168時，減慢了從銜鐵室142的排油，滿油位由電流吸取指示。 當(dāng)油盤14中的油位低于孔168時，低油位由電流吸取指示，由于空氣經(jīng)孔 168被^IX銜鐵室142中，所以允許銜鐵140以更小的阻力運動。油狀態(tài) 和油位傳感器110可通過壓力差來指示換油事件，該壓力差的形成部分是 由于孔172、 158、 168的孔尺寸差異，銜鐵140的運動，以及截留在第一 主體室170中的氣泡的尺寸。這些因素指明直到所有空氣均凈皮泵吸出第一 主體室以及相繼的腔室156和142為止(即，直到銜4失移動時間響應(yīng)泵吸 代替空氣的油而減慢和穩(wěn)定為止)的銜鐵循環(huán)數(shù)目，以指示換油事件。
參照圖4，示出螺線管傳感器210在所有方面和功能均與螺線管傳感 器110相似，除了通過將銜鐵240構(gòu)造有帶有具有圓錐形形狀274的遠端 的臂部243來替代傳感器110的彈性體密封件174之外。圓錐形形狀274 通過堵塞孔272用作密封機構(gòu)，該孔272具備與孔172相同的功能。相對 于螺線管傳感器110，使用相似參考標(biāo)號來表示相似構(gòu)件。
參照圖5，示出螺線管傳感器310，其在功能上與圖3的螺線管傳感器 110相似，除了在形成在螺線管主體320的塞部329中的孔372之間不存 在密封機構(gòu)之外，該螺線管主體320也包括外部322、單體式線圏支撐和 基座部324、延伸部328和腔室密封部331。油狀態(tài)和油位傳感器310包括壓配合或以其它方式固定在外部322內(nèi) 的磁極件332。磁極件332的塞部333具有穿過該插塞部333的孔368 (孔 368在文中稱為"第二孔")。
銜鐵340可在由基座和線圏支撐部324限定的柱形空腔338內(nèi)運動， 銜4失340部分限定銜4失340和磁極件332之間的銜鐵室342(其為空腔337 的一部分)，該銜4失室342的體積隨著銜4失340響應(yīng)當(dāng)線圈330通電時產(chǎn) 生的磁通量的運動而變化。磁通量收集器341鄰近銜鐵340定位。
在本例中為彈簧352的偏壓機構(gòu)偏壓340遠離磁極件332。磁極件332 具有內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有與銜鐵340的外表面的相似的圓錐形輪廓接口 的圓錐形輪廓354。圓錐形輪廓354在鄰近銜鐵340的比平直磁極件輪廓 將會具有的氣隙大的氣隙上分配磁通量，從而減慢銜鐵移動時間。
第二主體室356形成在基座和線圈部324中。銜鐵340的塞部343中 的第一孔358與第二主體室356流體連通。第三孔372容許第二主體室356 和形成在延伸部328中的第一主體室370之間的流體連通。盡管與傳感器 110中一樣在孔372上方未設(shè)密封件，但第三孔372在直徑上大于第一孔 358，從而在銜鐵340往復(fù)運動時在腔室356產(chǎn)生被動泵吸動作。因此，銜 鐵移動時間不僅受油經(jīng)孔358、 356泵進和泵出腔室340影響，而且受經(jīng)過 孔372的油流動影響。傳感器310可用來以與關(guān)于傳感器110所述相似的 方式確定油溫、油粘度、滿油位和^f民油位。
稱為"兩孑L設(shè)計，，的低含油狀態(tài)和液位傳感器(low content oil condition and level sensor)—未示出一 可構(gòu)造成與油狀態(tài)和油位傳感器310相似， 但不具備主體室356、塞部329和第三孔372。相應(yīng)地，第一孔358將與下 主體部370直接流體連通。此類油狀態(tài)和油位傳感器在功能上將與油狀態(tài) 和油位傳感器310相似，但減慢銜鐵移動時間將不及具備第三孔372的情 況，因此提供更少的電流p及取增益。
油通氣和油泵功能
除上述油狀態(tài)指示外，傳感器10、 110、 210和310可用來檢測油的通 氣水平(level of aeration )。通氣度更大的油將具有更小的粘度，將易于強制經(jīng)過孔，并且將在銜鐵上形成更小的阻力(曳力，drag)。這將致使 在油盤內(nèi)的特定油位具有更快的移動時間?？蓪刂破骶幊桃詫⒋祟愩曡F 移動時間的差異與油通氣水平相關(guān)聯(lián)。
另外，可在車輛上4吏用傳感器10、 110、 210和310來確定在起動時泵 吸A^動機中的油的體積。當(dāng)發(fā)動機在起動時吸油以進行潤滑和冷卻時發(fā) 生油盤中的向下吸油(draw down of oil)。下吸的量將形成油盤中油位的 差異，這可如上所述通過銜鐵移動時間的差異來檢測?？稍谟蜖顟B(tài)和油位 傳感器內(nèi)增設(shè)另外的孔和腔室以更精密地跟蹤和區(qū)分各種油位。作為數(shù)據(jù) 儲存在控制器內(nèi)的預(yù)期下吸量與檢測到的下吸——控制器將其與預(yù)期下吸 進行對比——之間的差別可指示發(fā)動機油泵的不正常工作。
雖然已詳細描述用于實施本發(fā)明的最佳模式，但熟悉本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域 的人員將想到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用于實施本發(fā)明的各種備選設(shè) 計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種油狀態(tài)和油位傳感器，包括螺線管主體；線圈、銜鐵和磁極件；其中所述螺線管主體至少部分地限定所述銜鐵和所述磁極件之間的銜鐵室；其中所述銜鐵能夠響應(yīng)所述線圈的通電而在所述銜鐵室內(nèi)運動；其中所述銜鐵限定與所述銜鐵室連通的第一孔；其中所述磁極件限定與所述銜鐵室連通的第二孔；并且其中所述孔構(gòu)造成使得當(dāng)所述銜鐵運動時流體進入所述銜鐵室和經(jīng)所述孔從所述銜鐵室排出，所述銜鐵在所述銜鐵室內(nèi)的運動從而受經(jīng)過所述孔的流體流的阻力影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述第一孔和所述 第二孔具有不同尺寸，以形成所述銜鐵室內(nèi)的壓力差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述第一孔小于所 述第二孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述磁極件具有構(gòu) 造成用以減慢所述銜鐵在所述銜鐵室內(nèi)的運動的大致圓錐形的輪廓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述螺線管主體限 定第一主體室和第二主體室；其中所述第二主體室與所述第一孔流體連 通；并且其中所述螺線管主體限定與所述第 一主體室和所述第二主體室兩 者流體連通的第三孔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述螺線管主體在 所述第 一主體室鄰近所述第三孔地形成圓錐形結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的油狀態(tài)和油位傳感器，進一步包括 在所述銜鐵和所述螺線管主體之間的密封機構(gòu)，其構(gòu)造成用以密封所述第三孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述密封機構(gòu)為彈 性體密封件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述密封機構(gòu)為所 述銜鐵的遠端。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的油狀態(tài)和油位傳感器，進一步包括 偏壓機構(gòu)，其構(gòu)造成用以當(dāng)所述線圏未通電時將所述密封機構(gòu)保持在所述第三孔；其中所述第三孔以及所述第一主體室和所述第二主體室構(gòu)造 成使得所述銜鐵在所述銜鐵室內(nèi)的運動受經(jīng)過所述第三孔的流體流的阻 力影響。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述銜鐵限定與 所述第一孔和所述銜鐵室流體連通的通道；并且進一步包括止回閥，其容納于所述通道中，以當(dāng)所述銜4^沿著一個方向運動時， 選擇性地堵塞從所述銜鐵室到所述第 一孔和所述第二主體室的流動，并且 當(dāng)所述銜鐵沿著與所述一個方向相反的方向運動時，選擇性地容許經(jīng)所述 第一孔和所述通it^所述第二主體室到所述銜鐵室的流動，所述止回閥從 而能實現(xiàn)經(jīng)所述銜鐵室的流體正排量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的油狀態(tài)和油位傳感器，其中，所述磁極件限定 磁極件室；其中所述螺線管主體限定與所述磁極件室流體連通的另 一孔， 并且進一步包括活塞，所述活塞在所述磁極件室內(nèi)并且可響應(yīng)所述銜鐵的運動而運 動，使得當(dāng)所述活塞在所ii^極件室中運動時，所述銜鐵的運動受經(jīng)過所 述另 一孔的流體流的阻力影響。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的油狀態(tài)和油位傳感器，進一步包括 偏壓機構(gòu)，其偏壓所述銜鐵遠離所ii^極件。
14. 一種油狀態(tài)感測系統(tǒng)，包括 螺線管主體；線圏、銜鐵和磁極件；其中所述螺線管主體限定所述銜4失與所M極 件之間的銜鐵室；其中所述銜鐵響應(yīng)所述線圏的通電而在所述銜鐵室內(nèi)移 動；其中所述銜鐵限定與所述銜鐵室流體連通的第 一孔;其中所ii^極件限定與所述銜鐵室連通的第二孔；并且其中所述孔構(gòu) 造成使得當(dāng)所述銜鐵移動時，流體經(jīng)所述孔ii^所述銜鐵室和從所述銜鐵 室排出，所述銜鐵在所述銜鐵室內(nèi)的移動時間從而受經(jīng)過所述孔的流體流 的阻力的總和影響；以及控制器，其可操作地連接到所述線圈并且可操作以確定油溫、油粘度、 油位和換油事件中至少一者。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的油狀態(tài)感測系統(tǒng)，其中，所ii^極件具有構(gòu)造 成用以減慢所述銜鐵的運動的大致圓錐形輪廓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的油狀態(tài)感測系統(tǒng)，其中，所述螺線管主體限定 第 一主體室和第二主體室；其中所述第二主體室與所述第 一孔流體連通； 其中所述螺線管主體限定與所述第一主體室和所述第二主體室兩者流體 連通的第三孔；以及其中所述所述第三孔以及所述第一主體室和所述第二主體室構(gòu)造成 使得所述銜鐵在所述銜鐵室內(nèi)的移動時間進一步受經(jīng)過所述第三孔的流 體流的阻力影響。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的油狀態(tài)和油位傳感器，進一步包括 所述銜鐵上的密封機構(gòu)，其構(gòu)造成用以當(dāng)所述銜鐵移向所述第三孔時密封所述第三孔；其中當(dāng)所述銜鐵運動時所述第 一主體室內(nèi)的空氣經(jīng)由所 述孔通過所述第二主體室和所述銜鐵室從所述傳感器排出，銜鐵移動時間 從而受所述空氣的排出影響且作為換油事件的指示。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14的油狀態(tài)感測系統(tǒng)，進一步包括止回閥，其當(dāng)所述銜鐵沿著一個方向運動時堵塞從所述銜鐵室到所述第 一孔的流動，并且當(dāng)所述銜鐵沿著與所述一個方向相反的方向運動時， 選擇性地容許經(jīng)所述第一孔到所述銜鐵室的流動，從而能實現(xiàn)經(jīng)過所述銜 鐵室的流體的正排量。
19. 一種用于油盤的油狀態(tài)和油位傳感器，包括 螺線管主體；線圏、銜鐵和》茲極件；其中所述螺線管主體限定所述銜4失與磁極件之間的銜鐵室；其中所述銜鐵響應(yīng)所述線圏的通電而在所述銜鐵室中移動； 其中所述銜鐵、所述^^極件和所述螺線管主體限定多個孔和腔室；以及其中所述孔構(gòu)造成用以當(dāng)所述銜鐵移動時確立經(jīng)過所述腔室和孔的 流體的正排量，并對應(yīng)于經(jīng)過所述孔的流體流的阻力而影響所述銜4失在所 述銜鐵室中的移動時間。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的油狀態(tài)和油位傳感器，其與構(gòu)造成用以容納油 的油盤和可操作地連接到所述線圏的控制器結(jié)合；其中所述銜鐵限定與所 述銜鐵室連通的第一孔；其中所M極件限定與所述銜鐵室連通的第二孔；其中所述螺線管主 體限定第一主體室和第二主體室以及第三孔；其中所述第一主體室和所述 第二主體室經(jīng)由第三孔互相連通；其中所述第二主體室與所述第一孔連 通；其中所述油狀態(tài)和油位傳感器連接到所述油盤并定位成所述銜鐵在 所述磁極件與所述第二主體室之間，所述傳感器構(gòu)造成至少部分浸于處于 預(yù)定滿油位的油中，且所述第一主體室在所述油盤中比所，極件低，使 得銜鐵移動時間被所述控制器與當(dāng)所述油盤中的油在所述第二孔上方時 的所述預(yù)定滿油位、以及當(dāng)所述油盤中的油低于所述第二孔但高于所述第 一孔時低于所述預(yù)定滿油位的第二油位相關(guān)聯(lián)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的油狀態(tài)和油位傳感器及油盤，其中所述銜鐵限 定與所述銜鐵室流體連通的第四孔，以及與所述第 一孔和所述第四孔流體 連通的通道；其中所述螺線管主體限定與所述第二主體室流體連通的第五 孔；并且其中當(dāng)所述油盤中的油低于所述第五孔時，銜鐵移動時間-陂所述 控制器與低于所述第二油位的第三油位相關(guān)聯(lián)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的油狀態(tài)和油位傳感器及油盤，其中所iL^極件 限定磁極件室；其中所述螺線管主體限定與所i^ t極件室流體連通的第六 孔，并且進一步包括活塞，其在所述磁極件室內(nèi)并且能夠響應(yīng)所述銜鐵的運動而運動，使 得當(dāng)所述活塞在所述磁極件室中運動時，所述銜鐵的運動受經(jīng)過所述第六 孔的流體流影響；并且其中當(dāng)油位在所述第六孔上方時，銜4失移動時間被所述控制器與高于 所述預(yù)定滿油位的第四油位相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
提供一種油狀態(tài)和油位傳感器，其包括螺線管主體、線圈、銜鐵和磁極件。螺線管主體限定銜鐵與磁極件之間的銜鐵室。銜鐵可響應(yīng)線圈的通電而在銜鐵室中運動。在油狀態(tài)感測系統(tǒng)，線圈可操作地連接到控制器，該控制器可確定油溫、油粘度、油位和換油時間中至少一者。在一個實施例中，可檢測到四種油位，包括滿油位和過低油位。該傳感器稱為一體式油狀態(tài)和油位傳感器，因為一個傳感器中結(jié)合了多個感測功能。
文檔編號F01M11/12GK101680319SQ200880018350
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者G·V·貝內(nèi)克, R·D·凱勒 申請人:伊頓公司