устройство для измерения расхода топлива дизелем

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода топлива дизелем, содержащее датчики длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса и скорости вращения коленчатого вала, регистрирующий прибор расхода топлива, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчики температуры и давления топлива, установленные на выходе топливовпрыскивающего насоса, блоки формирования импульсных сигналов, блок коррекции со входами записи от внешнего устройства и микроконтроллер, при этом выходы всех датчиков подключены к соответствующим блокам формирования импульсных сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам микроконтроллера, выход блока формирования сигнала датчика скорости вращения коленчатого вала подключен также ко входу блока коррекции, выход которого в свою очередь подключен ко входу микроконтроллера, выходы которого связаны с регистрирующим прибором расхода топлива и со входами бортового (маршрутного) компьютера.

Описание изобретения к патенту

Устройство предназначено для использования на дизелях, преимущественно транспортного типа, в частности тепловозных.

Из технической литературы известны многочисленные конструкции расходомеров-счетчиков жидкости и газа. Для целей измерения расхода именно дизельного топлива наиболее совершенными являются роликолопастные расходомеры количества жидкости (1), которые предназначены для точного измерения объема и расхода различных рабочих сред (жидкостей и газов) при рабочих давлениях до 40 МПа (400 бар). В отличие от турбинных расходомеров и расходомеров других типов, роликолопастные расходомеры обеспечивают точность измерения объемного расхода порядка 0,1% в широком диапазоне вязкостей рабочих сред и не требуют переградуировки в течение длительного времени. Конструктивное отличие расходомеров серии ОР от расходомеров серии РЛГ заключается в конструкции ротора и роликов-разделителей: в ОР-расходомерах двухлопастной ротор и два ролика-разделителя, каждый из которых имеет по одному пазу для прохода лопастей с зубчатым механизмом синхронизации с передаточным числом u=2:1. В РЛГ-расходомерах - трехлопастный ротор и ролики-разделители с двумя пазами (u=3:2).

Указанный тип устройств имеет некоторые недостатки, а именно точность измерения расхода топлива в системе снижается при малом потреблении, например при работе двигателя в режиме холостого хода, а также при наличии воздуха в топливе (трубопровод слива от двигателя в топливный бак - обратка).

Наиболее близким по технической сущности является устройство (2), содержащее датчики длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса и скорости вращения коленчатого вала, подключенные через блоки формирования сигналов к регистрирующему прибору. По сравнению с роликолопастными расходомерами (1) здесь обеспечивается большая надежность измерения объема топлива, поступающего в двигатель.

Оно и принято за прототип. Однако применяемые здесь схемные решения не позволяют обеспечить требуемую в современных условиях точность контроля массы расходуемого топлива.

Техническим результатом является повышение надежности и точности измерения расхода топлива.

Сущность изобретения состоит в расширении функциональных возможностей устройства, а именно измерении не только объема, но и массы потребляемого топлива.

Для этого в состав известного устройства (2), содержащего датчики длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса и скорости вращения коленчатого вала, подключенные через блоки формирования сигналов к регистрирующему прибору, дополнительно введены датчики температуры и давления топлива, блок коррекции и микроконтроллер, выходы датчиков температуры и давления подключены к блокам формирования сигналов, выходы всех блоков формирования сигналов датчиков длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса, скорости вращения коленчатого вала, температуры и давления подключены к соответствующим входам микроконтроллера, выход блока формирования сигнала датчика скорости вращения коленчатого вала подключен также к входу блока коррекции, выход которого, в свою очередь, подключен к входу микроконтроллера, выходы микроконтроллера связаны с регистрирующим прибором расхода топлива и с входами бортового (маршрутного) компьютера.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Заявляемое устройство содержит датчик 1 скорости вращения коленчатого вала, подключенный к блоку 2 формирования сигналов, датчик 3 длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса, подключенный к блоку 4 формирования сигналов, датчик 5 температуры, подключенный к блоку 6 формирования сигналов, датчик 7 давления, подключенный к блоку 8 формирования сигналов, выходы всех блоков формирования сигналов подключены к соответствующим входам микроконтроллера 9, выход блока 2 формирования сигналов, датчик 1 скорости вращения коленчатого вала подключен также к входу блока 10 коррекции, выход которого, в свою очередь, подключен к входу микроконтроллера 9, выходы микроконтроллера 9 связаны с регистрирующим прибором 11 расхода топлива и с входами бортового (маршрутного) компьютера 12.

Блок 10 коррекции имеет вход записи от внешнего устройства 13, а регистрирующий прибор 11 расхода топлива имеет выходы для подключения внешнего считывающего устройства 14.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При работе двигателя (локомотива) первичный сигнал от датчика 1 скорости вращения коленчатого вала поступает на блок 2 формирования сигналов. Работа блока 2 формирования сигналов заключается в преобразовании первичного сигнала о скорости вращения коленчатого вала в последовательность импульсов с частотой, прямо пропорциональной числу оборотов. Известны многочисленные схемные решения таких формирователей сигналов, например (3). Информация об объеме топлива, поступающего в двигатель за один оборот коленчатого вала, получается косвенным путем как длина выхода рейки топливовпрыскивающего насоса. В процессе работы двигателя рейка топливного насоса перемещается в соответствии с изменением подачи топлива, при этом одновременно поворачиваются плунжеры всех секций (4). Измерение объема топлива производится датчиком 3 длины выхода рейки топливовпрыскивающего насоса, подключенным к блоку 4 формирования сигналов, на выходе которого появляется последовательность импульсов с частотой, прямо пропорциональной длине выхода рейки топливовпрыскивающего насоса. Непосредственно на выходе топливовпрыскивающего насоса установлены датчик 5 температуры, подключенный к блоку 6 формирования сигналов, и датчик давления 7 топлива, подключенный к блоку 8 формирования сигналов. Таким образом, на входы микроконтроллера 9 поступает информация в виде импульсных сигналов о частоте вращения коленчатого вала, объеме топлива, поступающего в двигатель за один оборот, а также о температуре и давлении топлива непосредственно в двигателе. Это позволяет не только определить объем поступившего топлива, но и с учетом данных о температуре и давлении определить массу топлива. Повышение точности достигается введением в расчетное уравнение, решаемое микроконтроллером 9, поправок на объемные коэффициенты температурного расширения (k₁) и сжимаемости топлива (k ₂). Температура топлива, поступающего в двигатель, существенно отличается от температуры топлива в баке (в зависимости от конкретных условий меняется от 30 до 100°С). Изменение температуры топлива всего на 30°С по сравнению с первоначальной приводит к увеличению объема почти на 4%, а действие избыточного давления, например, 10 МПа приводит к уменьшению объема на 2,3%. В результате обработки данных с учетом поправок на температуру и давление топлива в микроконтроллере 9 формируется уточненная информация не только об объемных, но и массовых текущих расходах топлива. Эта информация дополнительно корректируется по управляющим сигналам от блока 10 коррекции, который выдает управляющие сигналы в зависимости от числа оборотов двигателя. Предварительная запись управляющих сигналов в блок 10 коррекции осуществляется на этапе реостатных испытаний двигателя, на которых проводится эталонное измерение массового расхода топлива с учетом слива части топлива в топливный бак. Таким образом, окончательная информация о текущем расходе топлива в микроконтроллере 9 корректируется по статистическим зависимостям, установленным на этапе реостатных испытаний двигателя для различного числа оборотов.

В итоге на выходе микроконтроллера 9 формируется информация о реальном расходе топлива, которая поступает далее в регистрирующий прибор 11 и на бортовой (маршрутный) компьютер 12. Наличие маршрутного компьютера позволит оценить соответствие расхода топлива фактическому нагрузочному режиму, выбрать оптимальный вариант места очередной заправки и ряд других задач. Периодический контроль за расходом топлива в отсутствие бортового (маршрутного) компьютера 12 может осуществляться с помощью внешнего устройства 14 считывания информации.

Литература

1. Внедрение на тепловозах роликово-лопастных расходомеров. Кокоткин В.З., Туров Л.С., Балабин В.Н. Интернет-сайт http://www.miit.ru/raskhod.htm. 21.01.2004.

2. Устройство для измерения расхода топлива дизелем. Третьяков А.П., Маханько М.Г., Пупынин В.Н., Жуков В.И., Викдорчик М.Б., Глазков А.И. А.с. №364845 по кл. G01F 9/00, опубл. БИ №5, 1973 г.

3. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства. М., Радио и связь, 1992. - 336 с.

4. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Олдфильд В.Д. М., Транспорт. 1999, - 430 с.