DE102007011833A1

DE102007011833A1 - Symmetrischer Viskositätssensor

Info

Publication number: DE102007011833A1
Application number: DE102007011833A
Authority: DE
Inventors: Jin Hee Suwon Cho
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: CN101165468B; US7578172B2; CN101165468A; KR20080035158A; US20080092637A1; DE102007011833B4; KR100931153B1

Abstract

Symmetrischer Viskositätssensor zum Messen der Viskosität von Fluiden, wie beispielsweise Getriebeöl oder Motoröl. Torsionsschwinger sind symmetrisch auf beiden Seiten angeordnet. Der Viskositätssensor weist eine Verbindungswelle, einen Torsionsschwinger, der symmetrisch an beide Enden der Verbindungswelle gefügt ist, wenigstens einen Isolator, der mit einem Mittelabschnitt der Verbindungswelle verbunden ist, eine Mehrzahl von Schwingmitteln, die zwischen jedem Torsionsschwinger und dem Isolator angeordnet sind, eine Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung zum Übertragen und Empfangen eines Treiber- und eines Erfassungssignals der Schwingmittel und eine Steuereinheit auf zum Steuern des Treiber- und des Erfassungssignals über die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung.

Description

Querverweis auf eine zugehörige Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2006-0101448 , die am 18. Oktober 2006 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen symmetrischen Viskositätssensor, und insbesondere einen symmetrischen Viskositätssensor zum Messen der Viskosität von Fluiden, wie beispielsweise Getriebeöl oder Motoröl, bei dem die Torsionsschwinger symmetrisch auf beiden Seiten angeordnet sind, so dass die Viskosität infolge von Schwingungen innerhalb des elastischen Bereichs effektiv gemessen werden kann, während die effektiven Erfassungsbereiche zunehmen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen ist ein Viskositätssensor zum Messen der Viskosität von Getriebeöl oder Motoröl in einen Ölpfad montiert. Der Viskositätssensor kann verwendet werden zum Signalisieren, wenn das Öl ausgetauscht werden sollte.
Die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 1978-107881 beschreibt eine Viskositätsmessvorrichtung, bei der die eine Kreisform aufweisenden Schwingplatten gegenüberliegend angeordnet sind, und das USA-Patent 6,2447,354 beschreibt einen Sensor zum Erfassen der Fluideigenschaften, bei dem die Resonatoren der piezoelektrischen Platte, die als eine Sensoreinheit wirkt, als ein Paar ausgebildet sind.
Ferner beschreibt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 1994-148055 eine Viskositätsmessvorrichtung, bei der eine einer Sensoreinheit entsprechende Schwingeinheit als ein Paar ausgebildet ist. Jedoch gibt es, da jede Schwingeinheit dieser Patente einfache Schwingung erzeugt, einen Nachteil dahingehend, dass die Viskositätsmessergebnisse für die Fluide nicht genau sind.
Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung, und daher kann dieser Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land einem Durchschnittsfachmann schon bekannt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen symmetrischen Viskositätssensor, welcher die Viskosität von Fluiden, wie beispielsweise Getriebeöl oder Motoröl, messen kann. Da die Torsionsschwinger symmetrisch auf beiden Seiten angeordnet sind, kann, während die effektiven Erfassungsbereiche zunehmen, die Viskosität infolge von Schwingungen innerhalb des elastischen Bereichs effektiv gemessen werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt bereit: einen symmetrischen Viskositätssensor mit einer Verbindungswelle, einem Torsionsschwinger, der symmetrisch an jedes Ende der Verbindungswelle gefügt ist, einem ersten und einem zweiten Isolator, die in einen Mittelabschnitt der Verbindungswelle eingefügt sind und die damit verbunden sind, einer Mehrzahl von Schwingmitteln, welche zwischen den Torsionsschwinger der linken Seite und der rechten Seite und jedem Isolator eingebaut sind, einer Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung zum Übertragen und Empfangen eines Treiber-/Erfassungssignals des Schwingmittels, und einer Steuereinheit zum Steuern des Treiber- und des Erfassungssignals über die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung.
Kurzbeschreibung der Figuren
1a und 1b zeigen einen demontierten, symmetrischen Viskositätssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt einen Einbauzustand eines symmetrischen Viskositätssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt einen Montagezustand eines symmetrischen Viskositätssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4a und 4b zeigen einen Montagezustand eines symmetrischen Viskositätssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt Messergebnisse, die in einer Standardviskositäts-Flüssigkeit gemessen wurden.
6 zeigt Veränderungswerte der Viskositäts-Messergebnisse, wenn Dieselkraftstoff in ein Motoröl gemischt wurde.
7 zeigt Viskositäts-Messergebnisse eines Motoröls nachdem der Sensor an ein Fahrzeug montiert wurde und das Fahrzeug bei einer Normaltemperatur gestartet wurde.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung stellt einen symmetrischen Viskositätssensor bereit, der symmetrisch eingerichtet ist, so dass von außen her eingegebene Signale ausgetauscht werden können, wobei zwischen einem Torsionsschwinger und einem Schwingmittel ein Isolator angeordnet ist.
Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Torsionsschwinger symmetrisch an beide Enden einer Verbindungswelle angefügt, wobei der Isolator in einen Mittelabschnitt der Verbindungswelle eingefügt ist und damit verbunden ist, und wobei eine Mehrzahl von Schwingmitteln zwischen dem Torsionsschwinger und jedem Isolator angeordnet sind. Eine Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung überträgt und empfängt ein Treiber- und ein Erfassungssignal der Schwingmittel, und eine Steuereinheit steuert das Treiber- und das Erfassungssignal über die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform ist ein Innengehäuse vorgesehen zum Schützen der Torsionsschwinger, des ersten und des zweiten Isolators, der Schwingmittel und der Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung. Ein Spritzkunststoffgehäuse kann das Innengehäuse zusätzlich umgeben.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform weist die Steuereinheit ferner eine gedruckte Leiterplatte, welche in eine Oberseite des Spritzkunststoffgehäuses eingebaut ist und welche zum Austauschen der Signale mit der Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung verbunden ist, und einen Mikrocomputer auf zum Empfangen eines von der gedruckten Leiterplatte übertragenen Signals.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform hat der Torsionsschwinger eine von einem rostfreien Material gebildete, symmetrische Struktur und weist eine äußere Torsionsschwingplatte, die an der Außenseite des Spritzkunststoffgehäuses freiliegt, eine innere Torsionsschwingplatte, die in ein Innengehäuse des Spritzkunststoffgehäuses eingebaut ist, und eine Schwingwelle auf, welche mit der äußeren Torsionsschwingplatte und der inneren Torsionsschwingplatte verbunden ist und dadurch an der Außenseite des Spritzkunststoffgehäuses freiliegt.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform ist ein Aufnahme-Schraubengewinde, mit dem ein an jedes Ende der Verbindungswelle angearbeitetes Einsetz-Schraubengewinde gekuppelt werden kann, an einem Mittelabschnitt einer Innenseite jeder inneren Torsionsschwingplatte ausgebildet.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform weist die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung eine Stromversorgungsleitung zum Treiben der Schwingmittel und eine Signalerfassungsleitung auf zum Empfangen eines Erfassungssignals der Schwingmittel.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform weisen die Schwingmittel zwischen dem Isolator und einem der inneren Torsionsschwinger eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen zur Aufnahme, die ein Signal von der Stromversorgungsleitung empfangen und die schwingen, und zwischen dem Isolator und dem anderen, inneren Torsionsschwinger eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen zum Übertragen auf, die ein Signal über die Signalerfassungsleitung an die gedruckte Leiterplatte übertragen.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform sind die piezoelektrischen Elemente in dem inneren Torsionsschwinger und dem Isolator angeordnet und sind alle vier Elemente mit gleichem Abstand zwischen sich entlang der Umfangsrichtung der Verbindungswelle angeordnet.
Ein symmetrischer Viskositätssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat eine komplett symmetrische Struktur, bei der Torsionsschwinger 12, 14 symmetrisch angeordnet sind.
Die Torsionsschwinger 12, 14 sind aus einem rostfreien Material hergestellt. Jeder weist eine äußere Torsionsschwingplatte 30, eine innere Torsionsschwingplatte 32, die eine Dicke hat, die geringer als jene der äußeren Torsionsplatte ist, und eine Schwingwelle auf. Ein Aufnahme- Schraubengewinde 36 ist in der inneren Torsionsplatte 32 vorgesehen.
Die Torsionsschwinger 12, 14 sind mittels einer Verbindungswelle 10, an deren beiden Enden ein Einsetz-Schraubengewinde 38 vorgesehen ist, miteinander verbunden. Das Einsetz-Schraubengewinde 38 ist mit dem Aufnahme-Schraubengewinde 36 der inneren Torsionsschwingplatte 32 der Torsionsschwinger 12, 14 verbunden. Ein erster Isolator 16 und ein zweiter Isolator 18 sind mit der Verbindungswelle 10 verbunden, und diese Isolatoren 16, 18 verhindern Kontakte und Kurzschlüsse zwischen einem piezoelektrischen Element 46 zur Aufnahme und einem piezoelektrischen Element 48 zur Übertragung der Schwingmittel, was später beschrieben wird.
Bei einigen Ausführungsformen, wie in 1b und 4b gezeigt, ist nur ein einziger Isolator 17 verwendet.
Die Schwingmittel stellen den Torsionsschwingern 12, 14 die Torsionsschwingung bereit und weisen eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 46 zur Aufnahme und von piezoelektrischen Elementen 48 zur Übertragung auf.
Die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 46 zur Aufnahme sind zwischen der inneren Torsionsplatte 32 des Torsionsschwingers 12 und dem ersten Isolator 16 vorgesehen, und die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 48 zur Übertragung sind zwischen der inneren Torsionsschwingplatte 32 des Torsionsschwingers 14 und dem zweiten Isolator 18 vorgesehen.
Vier Elemente mit gleichem Abstand können in jedem piezoelektrischen Element 46, 48 vorgesehen sein.
Die innere Torsionsschwingplatte 32, die Isolatoren 16, 18 und die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 46, 48 sind mit einem Innengehäuse 22 umgeben, und das Innengehäuse 22 ist mit einem Gehäuse 24 umgeben.
Eine gedruckte Leiterplatte 26 ist an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 24 vorgesehen und ist zum Austauschen von Signalen mit einem Mikrocomputer 28 verbunden.
Die gedruckte Leiterplatte 26 und die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 46 zur Aufnahme sind über eine Stromversorgungsleitung 40 und eine Masseleitung 42 einer Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung 20 verbunden. Ferner sind die gedruckte Leiterplatte 26 und die Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 48 zur Übertragung über eine Signalerfassungsleitung 44 der Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung 20 verbunden.
Wie in 3 und 4 gezeigt, liegen die äußeren Torsionsschwingplatten 30 und die Schwingwelle 34 an der Außenseite des Gehäuses 24 frei und ist die innere Torsionsschwingplatte 30 in dem Gehäuse 22 untergebracht.
Hier wird der Betrieb des symmetrischen Viskositätssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Es ist zu bemerken, dass die äußeren Torsionsschwingplatten 30 einen Schervorgang durchführen und die Torsionsschwinger 12, 14 symmetrisch sind, so dass Einflüsse infolge äußerer Schwingungen (Schwingungen wegen eines Motors, eines Stromgenerators, eines Übertragungsgetriebes usw.) beseitigt werden können.
Ferner bewegen sich die Torsionsschwinger 12, 14 auf symmetrische Weise um eine mittlere Schwingfläche und weisen ein Massengleichgewicht auf. Wegen der symmetrischen Struktur wird die Torsionsverlagerung jedes Schwingers in einem Mittelabschnitt umgekehrt, wodurch die Einflüsse infolge von Schwingung eines Motors entfernbar sind.
Wenn das Treibersignal eines Mikrocomputers 28 über die gedruckte Leiterplatte 26 und die Stromversorgungsleitung 40 an die piezoelektrischen Elemente 46 übertragen wird, erzeugen die piezoelektrischen Elemente 46 zur Aufnahme eine Torsionsschwingung, welche über die innere Torsionsschwingplatte 32 und die Verbindungswelle 34 an die äußere Torsionsschwingplatte 30 übertragen wird.
Daher erzeugen die äußere Torsionsschwingplatte 30 und die Verbindungswelle 34 in den Fluiden Torsionsschwingung und wird die linke/rechte, symmetrische Bewegung um die mittlere Schwingfläche herum erzeugt.
Als Nächstes wird mittels der Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 48 zur Übertragung die Schwingfrequenz der äußeren Torsionsschwingplatte 30 und der Verbindungswelle 34 erfasst und wird das Erfassungssignal über die Signalerfassungsleitung 44 und dann die gedruckte Leiterplatte 26 an den Mikrocomputer 28 übertragen.
Der Mikrocomputer misst die Viskosität des Fluids.
Hier wird ein Testbeispiel für einen symmetrischen Viskositätssensor gemäß der Erfindung erläutert.
5 zeigt ein Testbeispiel für einen symmetrischen Viskositätssensor gemäß der Erfindung und ist ein Diagramm, das in einer Standardviskositäts-Flüssigkeit gemessene Messeergebnisse zeigt.
Wie in 5 gezeigt, ist zu verstehen, dass der Berechnungswert (eine Strichlinie) für die Standardviskosität eines Motoröls und der Wert (durchgezogene Linie), der von dem erfindungsgemäßen Sensor gemessen wurde, konsistent sind.
Als ein anderes Testbeispiel wurde, wenn Dieselkraftstoff dem Motoröl beigemengt wurde, die Viskosität gemessen, und die Ergebnisse sind in dem Diagramm von 6 gezeigt.
Das gemessene Öl ist das qualitätsgeminderte Motoröl, das nach dem Fahren von 12.500km erhalten wurde, und die Anfangsviskosität wurde in einem Laborraum gemessen. Zu jedem vorbestimmten Zeitintervall wurde Dieselkraftstoff von 2% hinzugefügt und wurde unter Umrühren die Viskosität gemessen.
Als Ergebnis der Messung wurde herausgefunden, dass während der hinzugefügte Dieselkraftstoff zugenommen hat, die Viskosität beträchtlich abgenommen hat.
Als ein anderes Testbeispiel wurde, nachdem der erfindungsgemäße Viskositätssensor an ein Fahrzeug montiert wurde und das Fahrzeug gestartet wurde, die Viskosität des Motoröls gemessen, und die Ergebnisse sind in dem Diagramm von 7 gezeigt.
Wie in 7 gezeigt, ist zu verstehen, dass während die Zeit nach dem Starten vergeht, die Viskosität sich vermindert, wobei dieses Phänomen der Erhöhung der Temperatur des Motoröls zuzuschreiben ist, und die Viskosität wurde sehr gleichmäßig in einem Motor gemessen, in dem Schwingung und Geräusche erzeugt wurden.
Durch solch ein Testbeispiel kann gut verstanden werden, dass der erfindungsgemäße Viskositätssensor die Viskosität des Motoröls genau messen kann.
Wie im Obigen beschrieben, stellt der symmetrische Viskositätssensor gemäß der Erfindung die folgenden Effekte bereit.

1) Da die Torsionsschwinger symmetrisch auf beiden Seiten angeordnet sind, nehmen die effektiven Erfassungsbereiche zu und kann wegen Schwingungen innerhalb des elastischen Bereichs die Viskosität effektiv gemessen werden.
2) Da der Torsionsschwinger zum Messen der Viskosität, die infolge der Torsionsschwingung generiert wird, als eine komplett symmetrische Struktur ausgebildet ist, kann er stets als eine Viskositätsmessvorrichtung in einem Motor, einem Stromgenerator, einem Übertragungsgetriebe usw., in denen übermäßige Schwingungen erzeugt werden, ohne Beeinflussung eines Montageabschnitts verwendet werden.
3) Der Sensor kann als eine sehr kleine Vorrichtung hergestellt werden, welche 10g wiegt, und kann daher sehr bequem eingesetzt werden.

Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als praktische exemplarische Ausführungsformen zu sein erachtet wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu dafür bestimmt ist, unterschiedliche Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die in dem Sinn und dem Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Claims

Symmetrischer Viskositätssensor, aufweisend: eine Verbindungswelle, die ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen Mittelabschnitt aufweist, einen ersten Torsionsschwinger, der mit dem ersten Ende der Verbindungswelle verbunden ist, einen zweiten Torsionsschwinger, der mit dem zweiten Ende der Verbindungswelle verbunden ist, wenigstens einen Isolator, der mit dem Mittelabschnitt der Verbindungswelle verbunden ist, wenigstens ein erstes Schwingmittel zwischen dem ersten Torsionsschwinger und dem Isolator, wenigstens ein zweites Schwingmittel zwischen dem zweiten Torsionsschwinger und dem Isolator, eine Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung zum Übertragen und Empfangen eines Treiber- und eines Erfassungssignals des ersten und des zweiten Schwingmittels, und eine Steuereinheit zum Steuern des Treiber- und des Erfassungssignals über die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 1 dargelegt ist, ferner ein erstes Gehäuse aufweisend, das den Isolator, das erste und das zweite Schwingmittel, die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung und einen inneren Abschnitt von jedem von dem ersten und dem zweiten Torsionsschwinger aufnimmt.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 2 dargelegt ist, ferner ein zweites Gehäuse aufweisend, das das erste Gehäuse umgibt.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 1 dargelegt ist, wobei die Steuereinheit aufweist: eine Leiterplatte, die mit der Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung verbunden ist, und einen Mikrocomputer zum Empfangen eines von der Leiterplatte übertragenen Signals.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 1 dargelegt ist, wobei jeder von dem ersten und dem zweiten Torsionsschwinger aufweist: eine äußere Torsionsschwingplatte, eine innere Torsionsschwingplatte, und eine Schwingwelle, welche mit der äußeren Torsionsschwingplatte und der inneren Torsionsschwingplatte verbunden ist.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 5 dargelegt ist, wobei jede innere Torsionsschwingplatte ein Aufnahme-Schraubengewinde aufweist, und wobei die Verbindungswelle zwei Enden aufweist, die jeweils ein Einsetz-Schraubengewinde aufweisen, das an einem der Aufnahme-Schraubengewinde angebracht ist.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 1 dargelegt ist, wobei die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung aufweist: eine Stromversorgungsleitung zum Treiben der Schwingmittel, und eine Signalerfassungsleitung zum Empfangen eines Erfassungssignals von den Schwingmitteln.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 1 dargelegt ist, wobei: das erste Schwingmittel zwischen dem Isolator und einem ersten der Torsionsschwinger wenigstens ein erstes piezoelektrisches Element zur Aufnahme aufweist zum Empfangen eines Signals von der Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung, und das zweite Schwingmittel zwischen dem Isolator und einem zweiten der Torsionsschwinger wenigstens ein zweites piezoelektrisches Element zum Übertragung aufweist zum Übertragen über die Signal-Übertragungs/Aufnahme-Leitung eines Signals an die Steuereinheit.
Symmetrischer Viskositätssensor, der in Anspruch 8 dargelegt ist, wobei die piezoelektrischen Elemente in dem Torsionsschwinger und dem Isolator angeordnet sind.