Расходомер топлива

 

Использование: для измерения часового и удельного на единицу мощности и на единицу предельного пути расхода топлива двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: вихревой расходомер содержит один задатчик мощности (1), один датчик момента (2), один блок умножения (3), две схемы сравнения (4, 8), один задатчик оборотов (5), пять схем И (6, 14, 18, 22, 23), один датчик оборотов (7), один электроклапан (9), один блок управления электроклапаном (10), один блок автоматики (11), один аналого-цифровой преобразователь (12), одно весовое устройство (13), два делителя (15, 26), один частотный датчик веса топлива (16), три счетчика (17, 24, 25), один блок индикации (19), один датчик объема (20) и один датчик пройденного пути (21). 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения часового и удельного на единицу мощности и на единицу пройденного пути расхода топлива двигателей внутреннего сгорания.

Известны расходомеры топлива двигателей внутреннего сгорания.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является расходомер топлива, который и выбран в качестве прототипа.

Однако рассматриваемое устройство достаточно точно определяет расход топлива лишь на фиксированном временном интервале, что является характеристикой качества двигателя и его регулировок в стационарных вариантах его использования, хотя известно, что эти характеристики не всегда приемлемы. Так, более удобным показателем является расход топлива на единицу пройденного пути при оценивании качества и регулировок двигателя, установленного на транспортном средстве. Прототип же не позволяет без дополнительных косвенных измерений оценить этот показатель. Кроме того, в прототипе оценивается вес расходуемого топлива в строго фиксируемом гидроотсекателем временном интервале с постоянной дискретностью, что на некоторых режимах работы двигателя может служить лишь грубой оценкой качества его регулировок.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей расходомера топлива, а именно определения расхода топлива на единицу пройденного пути транспортным средством с требуемой точностью.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство введены датчик объема, датчик пройденного пути, четвертая и пятая схемы И, первый и второй счетчики и второй делитель, причем к выходу датчика объема последовательно подключены четвертая схема И, второй вход которой соединен со вторым выходом блока автоматики, и первый счетчик, выход которого соединен с третьим входом блока индикации, к выходу датчика пройденного пути последовательно подключены пятая схема И, второй вход которой соединен со вторым выходом блока автоматики, и второй счетчик, выход которого соединен с четвертым входом блока индикации, пятый вход которого через второй делитель соединен с выходами первого и второго счетчиков, третьи входы четвертой и пятой схем И соединены со вторым выходом весового устройства, второй и третий входы первого и второго счетчиков соединены с четвертым и пятым выходами блока автоматики соответственно.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема; на фиг.3 - диаграммы, поясняющие работу блока автоматики.

Устройство содержит задатчик 1 мощности, датчик 2 момента, блок 3 умножителя, первую схему 4 сравнения, задатчик 5 оборотов, первую схему И 6, датчик 7 оборотов, вторую схему 8 сравнения, электроклапан 9, блок 10 управления электроклапаном, блок 11 автоматики, аналого-цифровой преобразователь 12, весовое устройство 13 с емкостью для топлива и датчиком наполнения, вторую схему И 14, первый делитель 15, частотный датчик 16 веса топлива, реверсивный счетчик 17, третью схему И 18, блок 19 индикации, датчик 20 объема, датчик 21 пройденного пути, четвертую схему И 22, пятую схему И 23, первый счетчик 24, второй счетчик 25 и второй делитель 26. Причем к выходу датчика 2 момента последовательно подключены блок 3 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 7 оборотов, схема 4 сравнения, второй вход которой соединен с выходом задатчика 1 мощности, схема И 6, второй вход которой через вторую схему 8 сравнения соединен с выходами задатчика 5 оборотов и датчика 7 оборотов, блок 11 автоматики, блок 10 управления электроклапаном, второй вход которого соединен с вторым выходом весового устройства 13, электроклапан 9, весовое устройство 13, частотный датчик 16 веса топлива, схема И 18, второй вход которой соединен с третьим выходом блока 11 автоматики, реверсивный счетчик 17, суммирующий вход которого через схему И 14 соединен со вторым выходом блока 11 автоматики и с выходом частотного датчика 16 веса топлива, делитель 15, второй вход которого через аналого-цифровой преобразователь 12 соединен с выходом блока 3 умножителя и блок 19 индикации, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 17. К выходу датчика 20 объема последовательно подключены схема И 22, второй вход которой соединен с вторым выходом блока 11 автоматики и счетчик 24, выход которого соединен с третьим входом блока 19 индикации. К выходу датчика 21 пройденного пути последовательно подключены схема И 23, второй вход которой соединен четвертым входом блока 19 индикации, пятый вход которого через делитель 26 соединен с выходами счетчиков 24 и 25. Третьи входы схем И 14, 18, 22 и 23 соединены с вторым выходом весового устройства 13. Входы записи реверсивного счетчика 17 и счетчиков 24 и 25 соединены с четвертым выходом блока 11 автоматики. Входы сброса реверсивного счетчика 17 и счетчиков 24 и 25 соединены с пятым выходом блока 11 автоматики. Датчик 20 объема топлива содержит стяжные хомуты 27 и 28, топливопровод 29, корпус 30 датчика объема топлива, крыльчатку 31, магнитные вставки 32, геркон 33, патрубки 34 и 35.

Работа расходомера заключается в определении количества топлива, расходуемого двигателем внутреннего сгорания за заданные промежутки времени и пути, с последующим пересчетом в часовой и удельный расход топлива. Измерение расхода топлива производится лишь тогда, когда двигатель внутреннего сгорания выведен на нормальный режим работы по крутящему моменту и по оборотам.

Исходное состояние схемы - режим ожидания. Если емкость для топлива весового устройства 13 не заполнена, то датчиком наполнения вырабатывается сигнал, поступающий на блок 10 управления гидроотсекателем, который вырабатывает сигнал, открывающий гидроотсекатель 9, что приводит к заполнению емкости для топлива. Сигнал с датчика наполнения из весового устройства 13 подается на вторую 14, третью 18, четвертую 22 и пятую 23 схемы И и является запрещающим для режима измерения расхода топлива. При заполнении емкости для топлива гидроотсекатель 9 закрывается, запрет на режим измерения расхода топлива снимается. Расходомер готов к работе.

Двигатель внутреннего сгорания выводится на номинальный режим работы. Сигнал с датчика 2 крутящего момента поступает на блок 3 умножителя, где умножается на сигал с датчика 7 оборотов. Сигнал, пропорциональный мощности двигателя внутреннего сгорания, с блока 3 умножения поступает на первую схему 4 сравнения, на которую также приходит сигнал с задатчика 1 мощности, задающего уровень номинальной мощности для данного типа двигателя внутреннего сгорания. Если сигналы с задатчика 1 мощности и блока 3 умножения совпадают, то на выходе первой схемы 4 сравнения формируется сигнал разрешения измерения расхода топлива и подается на первый вход первой схемы И 6.

Датчик 7 числа оборотов двигателя представляет собой делитель частоты (для 4-х тактных 4-х цилиндровых двигателей - на четыре, для 6-ти цилиндровых - на шесть и т.д.) импульсов, поступающих от прерывателя-распределителя системы зажигания двигателя. Указанный датчик реагирует на импульсы в системе зажигания (аналогично стандартным тахометрам), а следовательно, на число оборотов коленчатого вала двигателя. Таким образом, один выходной импульс датчика 7 оборотов соответствует одному полному обороту коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Сигнал с датчика 7 оборотов поступает на первый вход второй схемы 8 сравнения, на второй вход которого с задатчика 5 оборотов приходит сигнал о номинальном уровне оборотов для данного типа двигателя внутреннего сгорания. При совпадении величин сигналов с задатчика 5 оборотов и датчика 7 оборотов вторая схема 8 сравнения формирует сигнал разрешения изменения расхода топлива, который подается на второй вход первой схемы И 6.

При наличии двух сигналов разрешения измерения расхода топлива на выходе первой схемы И 6 формируется высокий логический уровень, который подается на блок 11 автоматики и запускает его в режим измерения расхода топлива. При этом на выходе блока 11 автоматики появляются импульсы, которые получаются посредством деления частоты тактового кварцевого генератора, находящегося в блоке 11 автоматики.

На диаграмме (фиг.3) состояний выходов блока 11 автоматики показаны: V_т - тактовые импульсы с выхода кварцевого генератора; V₁₀ - импульсы, поступающие на вход блока 10 управления гидроотсекателем; V₁₄ - импульс, поступающий на входы второй 14, четвертой 22 и пятой 23 схемы И; V₁₈ - импульс, поступающий на вход третьей 18 схемы И; V₃ - импульс записи в память результатов счета; V_о - импульс сброса на нуль счетчиков.

При условии, если в данный момент не идет заполнение емкости для топлива в весовом устройстве 13, импульс V₁₀ (фиг.3б) приводит блок 10 управления гидроотсекателем в состояние, при котором гидроотсекатель 9 закрыт, и топливо не поступает в весовое устройство 13. С частотного датчика 16 веса топлива снимается сигнал в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна весу топлива, находящегося в весовом устройстве 13. Этот сигнал подается в момент времени, задаваемый последовательностью импульсов V₁₄ (фиг.3в), снимаемой со второго входа блока 11 автоматики, через вторую схему И 14 на суммирующий вход реверсивного счетчика 17, тем самым происходит фиксирование веса топлива в начальный момент измерения расхода топлива. Через 1 сек сигналом V₁₈ (фиг. 3г) с третьего выхода блока 11 автоматики сигнал с частотного датчика 16 веса топлива через третью схему И 18 подается на вычитающий блок реверсивного счетчика 17. Соотношение между весом топлива и частотой выбирается таким, что по мере расхода топлива частота сигнала, снимаемого с частотного датчика 16 веса топлива, уменьшается.

Таким образом, по окончании счета в реверсивном счетчике 17 имеется информация о весе топлива, которое расходуется двигателем за 1 секунду. Это значение посредством импульса V₃ (фиг. 3д) с четвертого выхода блока автоматики 11 заносится в память реверсивного счетчика 17, а импульсом V_o (фиг. 3е) - с пятого выхода блока 11 автоматики производится обнуление реверсивного счетчика 17.

Датчик 20 объема потребляемого топлива (фиг. 2) представляет собой гидравлическую турбину, размещенную в пластмассовом корпусе 30, патрубки 34 и 35 которого вставлены в разрыв топливопровода 29 между топливным насосом и карбюратором. Крыльчатка 31 турбинки выполнена из немагнитного материала, а некоторые ее лопасти имеют магнитные вставки 32. Ось крыльчатки 31 имеет в качестве опор отверстия в крышках корпуса 30 датчика.

Принцип действия датчика основан на реактивном действии струи топлива, воздействующей на крыльчатку турбинки. Учитывая, что объем топлива, ограниченный лопатками турбинки, имеет фиксированную величину, число оборотов крыльчатки оказывается пропорциональным объему топлива, проходящему через поперечное сечение топливопровода в единицу времени. Таким образом, подсчитав число оборотов крыльчатки, можно определить объем топлива, протекающего через поперечное сечение топливопровода. Для реализации подсчета числа оборотов крыльчатки 31 в нее впрессованы магнитные вставки 32, которые проходят вблизи расположенного с внешней стороны на корпусе датчика геркона 33, приводят к замыканию его контактов. Число крыльев крыльчатки 31, а также число магнитных вставок 32, определяется требуемой точностью измерения объема топлива, проходящего через поперечное сечение топливопровода.

Сигнал с датчика 20 объема подается в момент времени, задаваемый последовательностью импульсов (фиг. 3в), снимаемой со второго выхода блока 11 автоматики, через четвертую схему И 22 на вход счетчика 24, где в цифровом коде определяется объем потребляемого топлива. Это значение посредством импульса (фиг. 3д) с четвертого выхода блока 11 автоматики заносится в память счетчика 24, а импульсом (фиг. 3е) с пятого выхода блока 11 автоматики производится обнуление счетчика 24.

Датчик 21 пройденного пути представляет датчик импульсов, механически связанный с валами (осями) транспортного средства, на которых вращаются ведущие колеса, или другие элементы трансмиссии. Указанный датчик выдает при смещении транспортного средства (или эквивалентном вращении колес) на единицу длины (например, на 1 метр).

Сигнал с датчика 21 пройденного пути подается в момент времени, задаваемый последовательностью импульсов V₁₄ (фиг. 3в), снимаемой со второго выхода блока 11 автоматики, через пятую схему И 23 на вход счетчика 25, где в цифровом коде определяется пройденный путь. Это значение посредством импульса V₃ (фиг. 3д) с четвертого выхода блока 11 автоматики заносится в память счетчика 25, а импульсом Vo (фиг. 3е) с пятого выхода блока 11 автоматики производится обнуление счетчика 25.

Цикл измерения завершен.

Информация из памяти реверсивного счетчика 17 подается на первый вход блока 19 индикации для индикации часового расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, а также поступает на делитель 15, где происходит деление значения часового расхода топлива на значение мощности двигателя внутреннего сгорания, снимаемого с блока 3 умножения, поступающего на делитель 15 через аналого-цифровой преобразователь 12. Сигнал об удельном расходе топлива на единицу мощности с делителя 15 подается на второй вход блока 19 индикации для визуального наблюдения результата измерения.

Информация из памяти счетчика 24 подается на третий вход блока 19 индикации для индикации объема потребляемого топлива и на первый вход делителя 26. Информация из памяти счетчика 25 подается на четвертый вход блока 19 индикации для индикации пройденного пути и на второй вход делителя 26. Сигнал об объеме потребляемого топлива на единицу пути с делителя 26 подается на пятый вход блока 19 индикации для визуального наблюдения результатов измерения.

Формула изобретения

РАСХОДОМЕР ТОПЛИВА, содержащий последовательно соединенные датчик крутящего момента, блок умножения, первую схему сравнения, первую схему И и блок автоматики, последовательно соединенные датчик оборотов и вторую схему сравнения, подключенную выходом к второму входу первой схемы И, последовательно соединенные блок управления электроклапаном, электроклапан, весовое устройство, частотный датчик веса, вторая схема И, реверсивный счетчик, делитель и блок индикации, а также третью схему И, аналого-цифровой преобразователь, задатчик мощности, соединенный с вторым входом первой схемы сравнения, и задатчик оборотов, подключенный к второму входу второй схемы сравнения, причем выход датчика оборотов соединен с вторым входом блока умножения, первый выход блока автоматики подключен к входу блока управления электроклапаном, соединенного вторым выходом с вторым выходом весового устройства и подключенного к второму входу второй схемы И и первому входу третьей схемы И, соединенной вторым входом с выходом частотного датчика, второй и третий выходы блока автоматики подключены к третьим входам соответственно второй и третьей схем И, выход третьей схемы И соединен с вторым входом реверсивного счетчика, подключенного выходом к второму входу блока индикации, четвертый и пятый выходы блока автоматики подключены соответственно к третьему и четвертому входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные датчик объема топлива, четвертая схема И и первый счетчик, подключенный выходом к третьему входу блока индикации, последовательно соединенные датчик пройденного пути, пятая схема И, второй счетчик и второй делитель, подключенный вторым входом к выходу первого счетчика, а выходом соединенный с четвертым входом блока индикации, при этом аналого-цифровой преобразователь включен между выходом блока умножения и вторым входом первого делителя, вторые входы четвертой и пятой схем И подключены к выходу весового устройства, а их третьи входы подключены к второму входу блока автоматики, соединенного четвертым и пятым выходами соответственно с вторыми и третьими входами первого и второго счетчиков, выход второго счетчика подключен к пятому входу блока индикации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4