Способ, система и устройство для измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения объемного расхода топлива в процессе работы мощных двигателей внутреннего сгорания /ДВС/. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение измерителя объемного расхода при обеспечении высокой точности измерения накопительного и текущего расхода топлива при эксплуатации и испытании ДВС. Для достижения технического результата в способ измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащий операции подсчета числа заполнений из топливного бака и опорожнений топлива во впускной коллектор ДВС мерного гидроцилиндра с поршнем, введено опорожнение одной части гидроцилиндра одновременно с наполнением топливом другой его части за счет избыточного давления топлива, создаваемого топливным насосом ДВС, а присоединение первой и второй частей гидроцилиндра к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС и наоборот производят с помощью распределителя, переключаемого из одного положения в другое при достижении поршнем одного из крайних положений в гидроцилиндре. Кроме того, слив остатков топлива в топливный бак из впускного коллектора ДВС производят через мерную емкость, производят подсчет числа наполнений мерной емкости топливом, а при определении общего расхода топлива вычитают объем топлива, слитого в топливный бак, из объема, полученного путем подсчета опорожнений топлива из мерного гидроцилиндра. В устройстве для измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащем мерную емкость с тремя патрубками /штуцерами/ и датчиком количества топлива в ней, соединенную первым штуцером с топливным баком ДВС через 2-ходовой электромагнитный клапан, второй штуцер мерной емкости соединен с отводным патрубком впускного коллектора ДВС, а третий штуцер мерной емкости соединен с атмосферой. В системе для измерения объемного расхода топлива ДВС датчик расхода топлива в прямом трубопроводе выполнен в виде мерного гидроцилиндра с поршнем и сигнализаторами крайних положений поршня, а также с датчиком положения поршня внутри гидроцилиндра, а датчик расхода топлива в обратном трубопроводе выполнен в виде мерной емкости с сигнализаторами ее наполнения и опорожнения топливом. Предложены конструкции мерных емкости и гидроцилиндра, распределителя топлива и датчика положения поршня внутри гидроцилиндра. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения объемного расхода топлива в процессе работы мощных двигателей внутреннего сгорания /ДВС/. Специфика работы мощных ДВС, например дизелей, заключается в том, что часть топлива, подаваемого во впускной коллектор, не расходуется и возвращается в топливный бак по обратному трубопроводу. Как следствие, для точного определения расхода топлива необходимо измерить количество топлива, протекающего как по прямому, так и по обратному трубопроводам, а затем вычислить их разность.

Прототипом для способа может служить расходомер фирмы «Ono Sokki Со. Ltd» /Япония/, в котором применены четыре мерных цилиндра с поршнями, которые в процессе работы поочередно наполняются топливом и опорожняются в ДВС, а расход определяют по числу опорожнений мерных цилиндров в ДВС. Счетчик объемного расхода соединен с коленчатым валом, который приводится во вращение от поршней мерных цилиндров. Обладая высокой точностью измерения объемного расхода топлива на бензоколонках, например, этот расходомер непригоден для контроля текущего расхода, не учитывает остатки топлива, возвращаемые в топливный бак из впускного коллектора ДВС. Кроме того, обилие механических звеньев и сложная схема распределения топлива в этом измерителе снижают его надежность и повышают стоимость.

Известно устройство для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания по патенту RU №2145412, в котором применена мерная емкость с тремя патрубками /штуцерами/, введенная в топливный бак ДВС и соединенная с ним первым штуцером через 2-ходовой электромагнитный клапан /ЭМК/, снабженная датчиком давления для контроля количества топлива в ней. Второй штуцер мерной емкости соединен с топливным насосом, а третий штуцер соединен с обратным патрубком впускного коллектора ДВС, по которому стекают остатки топлива. В этом устройстве производится наполнение мерной емкости топливом из топливного бака, а затем его закачка топливным насосом из мерной емкости во впускной коллектор ДВС. Накопительный контроль расхода топлива может производиться подсчетом числа опорожнений мерной емкости, а текущий массовый расход определяют по измерению интервала времени между двумя значениями давления топлива на дне мерной емкости, измеряемыми с помощью датчика давления, когда прекращена подача топлива в мерную емкость закрытием ЭМК и уровень топлива в мерной емкости понижается. Остатки топлива из впускного коллектора ДВС свободно сливаются в мерную емкость и объем этого топлива не учитывается, что снижает точность отсчета накопительного расхода топлива. Существенным дополнительным недостатком этого варианта измерения является невысокая точность косвенного метода определения количества топлива в мерной емкости по давлению на дне мерной емкости, поскольку это давление зависит от плотности и температуры топлива.

Известна также система контроля расхода дизельного топлива СКРТ (см. сайт предприятия "Технотон" /Беларусь/ http//www/tehnoton.bu/skrt//), которая содержит датчики расхода топлива в прямом и обратном трубопроводах топливного бака, процессор, дисплей, вход сигналов с датчика уровня топлива в топливном баке и выходной разъем. Использованные в системе датчики расхода используют метод косвенного определения расхода по скорости потока топлива через калиброванное сечение датчика. Результат измерения зависит от плотности и температуры топлива, как следствие, велика погрешность измерения и для сохранения приемлемой погрешности измерения необходим небольшой межповерочный интервал. Эти недостатки существенно снижают надежность работы системы в широком температурном диапазоне и повышают эксплуатационные расходы.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение измерителя объемного расхода при обеспечении высокой точности измерения накопительного и текущего расхода топлива при эксплуатации и испытании ДВС.

Для достижения технического результата в способ измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащий операции подсчета числа заполнений из топливного бака и опорожнений топлива во впускной коллектор ДВС мерного гидроцилиндра с поршнем, введено опорожнение одной части гидроцилиндра одновременно с наполнением топливом другой его части за счет избыточного давления топлива, создаваемого топливным насосом ДВС, а присоединение первой и второй частей гидроцилиндра к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС и наоборот производят с помощью распределителя, переключаемого из одного положения в другое при достижении поршнем одного из крайних положений в гидроцилиндре. Кроме того, слив остатков топлива в топливный бак из впускного коллектора ДВС производят через мерную емкость, производят подсчет числа наполнений мерной емкости топливом, а при определении общего расхода топлива вычитают объем топлива, слитого в топливный бак, из объема, полученного путем подсчета опорожнений топлива из мерного гидроцилиндра. В устройстве для измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания /ДВС/, содержащем мерную емкость с тремя патрубками /штуцерами/ и датчиком количества топлива в ней, соединенную первым штуцером с топливным баком ДВС через 2-ходовой электромагнитный клапан, второй штуцер мерной емкости соединен с отводным патрубком впускного коллектора ДВС, а третий штуцер мерной емкости соединен с атмосферой, введен мерный гидроцилиндр со штуцерами в торцевых стенках, разделенный на две несообщающиеся части поршнем, причем присоединение первой и второй частей гидроцилиндра штуцерами соответственно к топливному насосу ДВС и к впускному коллектору ДВС и наоборот происходит через распределитель, введенный в устройство и переключаемый по сигналам введенных в устройство сигнализаторов крайнего положения поршня гидроцилиндра. Кроме того, мерный гидроцилиндр снабжен датчиком положения поршня внутри гидроцилиндра, а датчик количества топлива в мерной емкости выполнен в виде по меньшей мере двух сигнализаторов наличия топлива в мерной емкости - одного сигнализатора наполнения и одного сигнализатора опорожнения мерной емкости. Внутренний объем Vм мерного гидроцилиндра и мерной емкости выбирают по условиям:

Vм=(0,001-0,0001)Vт,

где Vт - объем топливного бака ДВС, а

Vм≥Δtи min dV/dt,

где dV/dt - максимальная скорость объемного расхода топлива, Δtи min≥5 с - минимальное время перемещения поршня в гидроцилиндре из одного крайнего положения в другое. Используемая в устройстве мерная емкость состоит из двух полых усеченных конусообразных половин, герметично соединенных друг с другом основаниями и содержащих в вершинах присоединительные штуцеры, причем в месте соединения каждого штуцера с вершиной конусообразной половины размещены электроды сигнализатора наличия топлива. Используемый в устройстве мерный гидроцилиндр выполнен из диэлектрических корпуса и двух торцевых заглушек со штуцерами, причем на торцевой поверхности каждой заглушки размещены электроды сигнализатора близости поршня, а поршень мерного гидроцилиндра выполнен с высокопроводящими поверхностями и имеет на своей цилиндрической поверхности не менее двух канавок, в каждой из которых размещено уплотнительное кольцо треугольного сечения. Датчик положения поршня внутри гидроцилиндра выполнен в виде протяженных конусообразных емкостных электродов, нанесенных на поверхность мерного цилиндра и включенных в частотозадающую цепь автогенератора, введенного в устройство.

Распределитель устройства выполнен в виде корпуса с каналами и ротора с двумя каналами для протекания топлива, причем ротор поджат к поверхности корпуса пружиной, а соприкасающиеся поверхности корпуса и ротора выполнены коническими. Дополнительно в устройство введен дополнительный 2-ходовой электромагнитный клапан, который присоединен к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС через тройники, введенные в устройство.

В системе для измерения объемного расхода топлива ДВС датчик расхода топлива в прямом трубопроводе выполнен в виде мерного гидроцилиндра с поршнем и сигнализаторами крайних положений поршня, а также с датчиком положения поршня внутри гидроцилиндра, а датчик расхода топлива в обратном трубопроводе выполнен в виде мерной емкости с сигнализаторами ее наполнения и опорожнения топливом, кроме того, в систему введены управляющие выходы процессора, к которым подключены электромагнитный привод распределителя и обмотки первого и второго ЭМК, введенных в систему, а к введенному в процессор дополнительному кодовому входу подключены выходы цифрового термометра, введенного в систему, датчик которого контролирует температуру топлива в мерном гидроцилиндре.

Структура устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на Фиг.1 и на Фиг.2 - в каждом из двух положений распределителя. На Фиг.3 показан вариант структуры системы для измерения объемного расхода топлива с предлагаемым измерителем, а на Фиг.4 приведен вариант конструкции распределителя /разрез по оси вращения/, на Фиг.5 изображена конструкция мерной емкости, а на Фиг.6 - структура мерного цилиндра устройства. Вариант датчика положения поршня внутри гидроцилиндра, конфигурация и расположение емкостных электродов датчика на корпусе гидроцилиндра приведены на Фиг.7.

Устройство содержит топливный бак 1 с патрубками 2, 3, 4, присоединенный к патрубку 3 топливный насос 5. Выход топливного насоса 5 присоединен к каналу 6 корпуса 7 распределителя, в котором выполнены также каналы 8, 9, 10. В корпусе 7 распределителя размещен ротор 11, в котором выполнены каналы 12 и 13. Канал 8 соединен со штуцером 14 гидроцилиндра 15, а штуцер 16 гидроцилиндра 15 соединен с каналом 10 корпуса 7 распределителя. Внутри гидроцилиндра 15 размещен поршень 17 с уплотнительным кольцом 18. У торцов гидроцилиндра 15 размещены сигнализаторы 19 и 20 крайних положений поршня 17. Кроме того, гидроцилиндр 15 оснащен датчиком 21 положения поршня 17 внутри гидроцилиндра 15.

Канал 9 корпуса 7 распределителя соединен с патрубком 22 впускного коллектора 23 двигателя внутреннего сгорания /ДВС/ 24. Сливной патрубок 25 впускного коллектора 23 соединен с патрубком 26 мерной емкости 27, которая имеет также патрубки 28 и 29. Мерная емкость 27 оснащена сигнализаторами 30 и 31 нижнего и верхнего уровней топлива в мерной емкости. Штуцер 28 соединен через электромагнитный клапан /ЭМК/ 32 с патрубком 4 топливного бака 1, а штуцер 29 мерной емкости 27 соединен с атмосферой. В устройство введен, кроме того, нормально закрытый ЭМК 33, присоединенный к топливному насосу 5 и к патрубку 22 впускного коллектора ДВС с помощью тройников 34 и 35. Эти элементы необходимы для обеспечения возможности подачи топлива в ДВС при временно отсоединенном устройстве для измерения объемного расхода топлива.

В положении, показанном на Фиг.1, обеспечена подача топлива из топливного бака 1 через элементы 3, 5, 35, 6, 13, 10 и 16 в правую часть П мерного гидроцилиндра 15. Под действием давления Рт топлива поршень 17 перемещается влево и выталкивает топливо из левой части мерного гидроцилиндра через элементы 14, 8, 12, 9, 34 и 22 во впускной коллектор 23 ДВС 24. Остатки топлива стекают через патрубки 25 и 26 в мерную емкость 27 до момента полного ее заполнения, при котором формируется сигнал U5=1 с выхода сигнализатора 31 уровня. По сигналу U5=1 открывается ЭМК 32 и остается открытым до формирования сигнала U4=1 на выходе сигнализатора 30 нижнего уровня топлива, при котором ЭМК 32 закрывается до следующего заполнения мерной емкости 27. Выбором условного проходного сечения элементов 4, 32 и 28 погрешность за счет неконтролируемого слива при открытом ЭМК может быть снижена до приемлемого уровня и исключена из результатов измерения при обработке информации в процессоре.

Вытеснение топлива из левой части мерного гидроцилиндра 15 завершается в крайнем левом положении поршня 17, при котором формируется сигнал U1=1 на выходе сигнализатора 19. По сигналу U1=1 распределитель 7 переключается в положение, показанное на Фиг.2, начинается процесс вытеснения топлива из правой части мерного гидроцилиндра 15 во впускной коллектор 23 через элементы 16, 10, 13, 9, 34 и 22. Процесс происходит под воздействием давления Рт топлива, подаваемого в левую часть мерного гидроцилиндра 15 через элементы 3, 5, 35, 6, 12, 8, 14. Следует отметить, что интенсивность вытеснения топлива из мерного гидроцилиндра 15 пропорциональна производительности топливного насоса 5, зависящей в свою очередь от числа оборотов коленчатого вала ДВС. При неработающем ДВС перемещение поршня 17 внутри гидроцилиндра 15 прекращается.

Вытеснение топлива из правой части мерного гидроцилиндра 15 завершается в крайнем правом положении поршня 17, при котором формируется сигнал U2=1 на выходе сигнализатора 20. По сигналу U2=1 распределитель 7 переключается в положение, показанное на Фиг.1, начинается процесс вытеснения топлива во впускной коллектор 23 из левой части мерного гидроцилиндра 15 через элементы 14, 8, 12, 9, 34 и 22.

Контроль промежуточного положения поршня 17 в мерном гидроцилиндре 15 может быть обеспечен протяженным датчиком 21, который может быть выполнен в виде емкостных электродов или полосков замедляющей системы, нанесенных на поверхность гидроцилиндра 15 и включенных в частотозадающую цепь автогенератора.

Вариант структурной схемы системы для измерения объемного расхода топлива ДВС с использованием устройства Фиг.1 показан на Фиг.3.

В состав системы входят преобразователь 36 сигналов датчика 21 в код Nп положения поршня 17 в цилиндре 15, процессор 37 с панелью управления 38, дисплеем 39 и выходным разъемом 40 для подключения внешнего пользователя. Кроме того, к управляющим выходам процессора 37 подключены ЭМК 32 и 33, электропривод 41 распределителя 7. В состав измерителя может входить цифровой термометр 42 с выходами цифрового кода Nт и с датчиком температуры 43, а также вход сигнала U6 с штатного или дополнительного датчика уровня или объема топлива в топливном баке.

Процессор 37 производит цифровую обработку сигналов U1, U2, U4, U5, U6 кодов Nк и Nт, а также формирует управляющие сигналы U6...U9, выводит результаты обработки информации и сведения о состоянии основных узлов измерителя на дисплей 39 и выходной разъем 40. С помощью панели управления 38 оператор системы может изменять формат данных, выводимых на индикацию, и при необходимости изменять режим работы процессора 37.

Формат данных, доступных внешнему пользователю через внешний разъем 40, защищен кодом доступа, является фискальным и необходим для контроля режимов расхода топлива и других режимов работы двигателя за определенный интервал времени. По сравнению с известной системой контроля расхода топлива СКРТ (см. сайт предприятия "Технотон" /Беларусь/ http//www/tehnoton.bu/skrt//) в предложенном варианте обеспечено формирование сигналов для управления распределителем и ЭМК 32, 33 устройства, а также возможна коррекция температурной погрешности по коду температуры Nт, если функция значения этой погрешности от температуры известна.

Вариант исполнения распределителя топлива для устройства Фиг.1 приведен на Фиг.4 /разрез по оси вращения/. В корпусе 7 распределителя выполнены каналы 8...10, соединяемые друг с другом с помощью каналов 12 и 13 ротора 11. Соприкасающиеся поверхности корпуса 7 и ротора 11 выполнены коническими, причем ротор 11 поджат к корпусу 7 пружиной 44, размещенной между шайбами 45 и крышкой 46, которой закрыт сверху корпус 7 распределителя. Ось 47 ротора вращается во втулке 48 и соединена с выходным валом привода 41 /например, шагового/, обеспечивающего поворот ротора 11 на угол, необходимый для переключения распределителя из одного положения в другое. Каждый из каналов 6, 8...10 корпуса 7 снабжен штуцерами 49 для подключения распределителя в топливную систему ДВС.

Целесообразно изготовить корпус 7 из износостойкого материала /например, полипропилена или тефлона/ с малым коэффициентом трения. В совокупности с постоянной смазкой поверхностей корпуса 7 и ротора 11 топливом вполне возможно обеспечить износостойкость распределителя Фиг.4 не менее 500 тысяч циклов переключения.

На Фиг.5 изображена конструкция мерной емкости 27 /в разрезе/. Корпус мерной емкости образован верхней 50 и нижней 51 полыми усеченными конусообразными половинами, герметично соединенными друг с другом основаниями с помощью крепежных элементов 52 и содержащими в вершинах присоединительные штуцеры 26 и 28 соответственно, причем в месте соединения каждого штуцера с вершиной конусообразной половины размещены пары электродов 53 и 54, 55 и 56 соответственно сигнализаторов 31 верхнего и 30 нижнего уровня топлива в мерной емкости. Электроды 53...56 снабжены выводами 57...60 для подключения к сигнализаторам, а в верхней части половины 50 корпуса мерной емкости 27 размещен штуцер 29, соединенный с атмосферой. При заполнении мерной емкости топливом до электродов 53 и 54 срабатывает сигнализатор 31 /см. Фиг.1/, формируется сигнал U5=1, ЭМК 32 открывается, а при понижении уровня топлива до электродов 55 и 56 срабатывает сигнализатор 31, формируется сигнал U4=1, ЭМК 32 закрывается. Конусообразная форма мерной емкости 27 с разъемным соединением верхней и нижней частей корпуса упрощает процесс изготовления, сборки и ремонта, кроме того, повышает стабильность срабатывания сигнализаторов 30 и 31 за счет размещения электродов 53...56 в малом сечении мерной емкости. Практически обеспечивается стабильная работа сигнализатора с емкостными электродами при пороговой чувствительности по изменению объема топлива на (0,5-0,8) миллилитра при 1,5 литровом объеме мерной емкости.

Конструкция мерного гидроцилиндра 15 приведена на Фиг.6 /разрез по оси вращения/. Рабочее положение гидроцилиндра предпочтительно горизонтальное, на Фиг.6 условно показан в вертикальном положении. Гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус 61 и заглушки 62, 63 со штуцерами 14 и 16 соответственно. Внутри корпуса 61 размещен поршень 17 с по крайней мере двумя уплотнительными кольцами 18 треугольного сечения. За счет треугольной формы колец 18 обеспечивается надежное разделение внутренней полости гидроцилиндра на две несообщающиеся части и в то же время легкое перемещение поршня 17 под действием давления Рт топлива. Наличие на поршне 17 по крайней мере двух колец 18 исключает его перекос в корпусе 61. На торцевых поверхностях заглушек 62 и 63 размещены емкостные пары электродов 64 и 65, 66 и 67 сигнализаторов 19 и 20 близости поршня 17 к соответствующей заглушке. Электроды 64...67 снабжены выводами 68...71 для подключения к схеме соответствующего сигнализатора. С целью повышения чувствительности и обеспечения стабильного порога срабатывания сигнализаторов 19 и 20 при приближении к ним поршня 17 его поверхность выполнена высокой электропроводности. Корпус 61 и заглушки 62, 63 выполнены из диэлектрика, в качестве материала корпуса 61 следует использовать полипропилен, тефлон или стекло. В этом случае, с учетом естественной смазки трущихся поверхностей гидроцилиндра топливом, обеспечивается практически неограниченный ресурс работы гидроцилиндра (Фиг.6).

Датчик 21 положения поршня 17 внутри корпуса 61 гидроцилиндра может быть выполнен в виде протяженных емкостных электродов 72 и 73, включенных в частотозадающую цепь автогенератора 74 с помощью выводов 75 и 76 /см. Фиг.7, вид сверху и вид сбоку/. При конусообразной форме протяженных емкостных электродов 72 и 73 обеспечивается близкая к линейной зависимость емкости Сэ между электродами от положения поршня 17 внутри корпуса 61. В крайнем левом положении поршня 17 в корпусе 61, изображенном на Фиг.7, величина емкости Сэ минимальна, а в крайнем правом - максимальна за счет влияния поршня 17 с поверхностным слоем высокой проводимости. Соответственно, выходная частота fд автогенератора 74 при крайнем левом положении поршня 17 будет максимальной, а при крайнем правом - минимальной. Расчеты и экспериментальная проверка показывают, что реальное соотношение емкости Сэ max=(1,5-2,2)Сэ min, что позволяет определять положение поршня 17 внутри корпуса 61 с абсолютной погрешностью в доли миллиметра, а значит контролировать вытекание топлива из гидроцилиндра 15 на уровне долей миллилитра и скорость его расхода /мгновенный расход/ с высокой точностью.

Расчет основных параметров устройства для измерения объемного расхода топлива ДВС.

1. Выберем полезный объем Vм мерного гидроцилиндра 15 по условию:

Vм≥Δtи min×dV/dt, где dV/dt - максимальная скорость расхода топлива двигателем тепловоза в литрах в минуту, Δtи min - минимальное время перемещения поршня 17 из одного крайнего положения во второе. При dV/dt=2 л/мин и Δtи min=0,5 мин получим Vм=1000 куб. см.

2. Объем мерной емкости 27 целесообразно выбрать в пределах:

Vo=(1-2)Vц. Выберем Vo=Vм=1000 куб. см.

3. Из практических соображений выберем полный ход поршня Lц в пределах (30±5) см. Пусть Lц=30 см.

4. Поскольку Vм=Lц Sц, где Sц=Vм/Lц 1000/30=33,33 кв.см - площадь торцевой поверхности поршня 17. В то же время Sц=0,785 Dц отсюда Dц=1,273

5. Определяем падение давления ΔРт в гидроцилиндре 15 по условию: ΔРт=Fп/Sп, где Sп - площадь торцевой стенки поршня 17 в кв. см, Fп - сила, достаточная для преодоления трения между поршнем 17 и корпусом 61 гидроцилиндра 15 в кг. При реальном значении Fп=0,5 кг и имеющей место Sп=33,33 кв. см получим ΔРт=0.015 ати. Очевидно, что падение давления ΔРт на поршне 17 незначительно и практически не повлияет на работу системы подачи топлива в ДВС.

6. Определяем погрешность контроля объемного расхода топлива из-за вариации порога срабатывания сигнализаторов 19 и 20 крайних положений поршня. При реальном значении абсолютной погрешности срабатывания сигнализаторов на уровне Δ=1 мм при перемещении поршня 17 на длину Lц=300 мм имеем %: Ψ=(Δ/Lц)100%=0,33%.

7. С учетом погрешности Y=0,1% образцового средства при поверке измерителя, суммарная относительная погрешность прямого отсчета объема с помощью мерного цилиндра не превысит значения 0,4%.

8. Соответствующим выбором конструкции мерной емкости 27 и за счет цифровой обработки информации относительная погрешность γ контроля остатков топлива, стекающих из коллектора 23 в емкость 27, не превысит 0,2%.

9. Суммарная относительная погрешность β измерителя может быть определена по формуле: В данном случае получим β=0,5%.

10. Определим число циклов N и длину пути L∑ перемещения поршня 17 на 1000 литров топлива.

N=1000/2Vм=500, L∑=2NLц=30 метров

11. Обеспечение износостойкости, точности и надежной работы измерителя во многом зависит от правильного выбора материалов и изделий внешней комплектации. Наиболее ответственные элементы измерителя - распределитель 7 и мерный гидроцилиндр 15. Целесообразно выполнить корпус 61 гидроцилиндра 15 из износостойкого диэлектрического материала, например из стекла или тефлона. В этом случае кроме обеспечения его практически безызносной работы снижается усилие на перемещение поршня 17. Кроме того, при этом создается возможность реализации датчика 21 на высокочастотной замедляющей системе.

12. Гарантируемый изготовителем ресурс работы электромагнитных распределителя 7 и ЭМК 32, 33 находится на уровне 500 тысяч срабатываний. Наиболее часто будет происходить переключение распределителя 7. Определим объем топлива, которое протечет через мерный гидроцилиндр 15 за 500 тысяч переключений по формуле: Vт=500000 Vц=500000 литров. При объеме топливного бака Vб=6000 литров и расходе этого количества топлива в среднем за неделю ресурса работы распределителя 7 хватит на 83 полных заправки топливного бака или на 580 суток работы. С учетом реальной стоимости распределителя на уровне (0,5-1,5) тысяч рублей и его замены без изменения тарировочной характеристики измерителя эта замена вполне допустима.

13. По сравнению с традиционным способом мерных емкостей, реализованным в расходомере фирмы «Ono Sokki Co. Ltd» /Япония/, предложенный способ позволяет существенно упростить процесс измерения и повысить надежность устройства для измерения объемного расхода топлива, сохранив при этом основное преимущество способа мерных емкостей - высокая точность прямого отсчета объемного расхода топлива.

14. Использование в предложенном устройстве вариантов реализации распределителя, мерной емкости, мерного гидроцилиндра и датчика положения поршня внутри гидроцилиндра позволяет обеспечить требуемый технический результат - повышение надежности, точности и простоты эксплуатации собственно измерителя, а также и обеспечить увеличение межповерочного интервала и упрощение методики его поверки.

15. Для снижения суммарной относительной погрешности измерения объемного расхода топлива до уровня (0,1-0,15)% в предложенной структуре системы для измерения объемного расхода топлива возможна эффективная компенсация температурной погрешности путем использования кода температуры Nт с выхода цифрового термометра 42 в качестве кода адреса ячейки перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства, в котором хранятся цифровые значения температурной поправки /как это выполнено, например, в SU №1326919, «Устройство для измерения давления и температуры», 1987/. При этом датчик 43 температуры следует разместить в тепловом контакте с топливом в наиболее ответственном элементе измерителя - мерном гидроцилиндре 15.

Предложенный пакет технических решений обеспечивает высокую точность измерения объемного расхода топлива ДВС при высокой эксплуатационной надежности и технологической простоте устройства.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

К заявке «Способ, система и устройство для измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания»

Фиг.1, Фиг.2

1 - топливный бак

2, 3, 4 - патрубки топливного бака

5 - топливный насос

6, 8, 9, 10 - каналы статора распределителя

7 - корпус распределителя топлива

11 - ротор распределителя топлива

12, 13 - каналы ротора

14, 16 - штуцеры мерного гидроцилиндра

15 - мерный гидроцидиндр

17 - поршень мерного гидроцилиндра

18 - уплотнительное кольцо поршня

19, 20 - сигнализаторы крайних положений поршня

21 - датчик положения поршня внутри гидроцилиндра

22, 25 - патрубки входного коллектора ДВС

23 - входной коллектор ДВС

24 - двигатель внутреннего сгорания /ДВС/

26, 28, 29 - штуцеры мерной емкости

27 - мерная емкость

30 - сигнализатор нижнего уровня топлива в мерной емкости

31 - сигнализатор верхнего уровня топлива в мерной емкости

32, 33 - клапаны электромагнитные

34, 35 - тройники

Фиг.3

11 - ротор распределителя топлива

15 - мерный гидроцилиндр

27 - мерная емкость

32, 33 - клапаны электромагнитные

36 - преобразователь сигналов датчика положения поршня в код

37 - процессор

38 - панель управления

39 - дисплей /регистратор/

40 - выходной разъем

41 - привод ротора распределителя топлива

42 - цифровой термометр

43 - датчик температуры

Фиг.4

6, 8 - каналы корпуса распределителя топлива

7 - корпус распределителя топлива

12, 13 - каналы корпуса распределителя топлива

41 - привод ротора распределителя топлива

44 - пружина

45 - шайбы

46 - крышка корпуса распределителя топлива

47 - ось ротора

48 - втулка

49 - штуцеры

Фиг.5

26, 28, 29 - штуцеры мерной емкости

50 - верхняя половина корпуса мерной емкости

51 - нижняя половина корпуса мерной емкости

52 - крепежные элементы

53, 54 - электроды сигнализатора верхнего уровня топлива

55, 56 - электроды сигнализатора нижнего уровня топлива

57...60 - выводы электродов

Фиг.6

14, 16 - штуцеры мерного гидроцилиндра

17 - поршень мерного гидроцилиндра

18 - кольца уплотнительные

61 - корпус гидроцилиндра

62, 63 - заглушки корпуса гидроцилиндра

64...67 - электроды сигнализаторов крайних положений поршня

68...71 - выводы электродов

Фиг.7

14, 16 - штуцеры мерного гидроцидиндра

17 - поршень мерного гидроцилиндра

61 - корпус мерного гидроцилиндра

62, 63 - заглушки корпуса мерного гидроцилиндра

72, 73 - электроды датчика положения поршня

74 - автогенератор

75, 76 - выводы электродов

1. Способ измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания (ДВС), содержащий операции подсчета числа заполнений из топливного бака и опорожнений топлива во впускной коллектор ДВС мерного гидроцилиндра с поршнем, отличающийся тем, что опорожнение одной части гидроцилиндра производят одновременно с наполнением топливом другой его части за счет избыточного давления топлива, создаваемого топливным насосом ДВС, а соединение первой и второй частей гидроцилиндра к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС и наоборот производят с помощью распределителя, переключаемого из одного положения в другое при достижении поршнем одного из крайних положений в гидроцилиндре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слив остатков топлива в топливный бак из впускного коллектора ДВС производят через мерную емкость, производят подсчет числа наполнений мерной емкости топливом, а при определении общего расхода топлива вычитают объем топлива, слитого в топливный бак, из объема, полученного путем подсчета опорожнений топлива из мерного гидроцилиндра.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость расхода топлива (мгновенный расход) определяют по изменению положения поршня в гидроцилиндре за определенный интервал времени или по времени продвижения поршня внутри гидроцилиндра от одного определенного положения поршня внутри гидроцилиндра до другого определенного его положения.

4. Устройство для измерения объемного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания (ДВС), содержащее мерную емкость с тремя штуцерами и датчиком количества топлива в ней, соединенную первым штуцером с топливным баком ДВС через 2-ходовой электромагнитный клапан, отличающееся тем, что второй штуцер мерной емкости соединен с отводным патрубком впускного коллектора ДВС, а третий штуцер мерной емкости соединен с атмосферой, в устройство введен мерный гидроцилиндр со штуцерами в торцевых стенках, разделенный на две несообщающиеся части поршнем, причем присоединение первой и второй частей гидроцилиндра соответственно к топливному насосу ДВС и к впускному коллектору ДВС и наоборот происходит через распределитель, введенный в устройство, и переключаемый по сигналам сигнализаторов крайнего положения поршня гидроцилиндра, введенных в устройство.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что мерный гидроцилиндр снабжен датчиком положения поршня внутри гидроцилиндра.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что датчик количества топлива в мерной емкости выполнен в виде, по меньшей мере, двух сигнализаторов наличия топлива в мерной емкости, одного сигнализатора наполнения и одного сигнализатора опорожнения мерной емкости.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внутренний объем Vм мерного гидроцилиндра и мерной емкости выбирают по условиям

Vм=(0,001-0,0001)Vт, где Vт - объем топливного бака ДВС,

Vм≥Δtи min dV/dt, где dV/dt - максимальная скорость объемного расхода топлива, tи min=≥5 с - минимальное время перемещения поршня в гидроцилиндре из одного крайнего положения в другое.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что мерная емкость состоит из двух полых усеченных конусообразных половин, герметично соединенных друг с другом основаниями, и содержащих в вершинах присоединительные штуцеры, причем в месте соединения каждого штуцера с вершиной конусообразной половины размещены электроды сигнализатора наличия топлива.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что мерный гидроцилиндр выполнен из диэлектрических корпуса и двух торцевых заглушек со штуцерами, причем на торцевой поверхности каждой заглушки размещены электроды сигнализатора близости поршня.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что поршень мерного гидроцилиндра выполнен с высокопроводящими поверхностями и имеет на своей цилиндрической поверхности не менее двух канавок, в каждой из которых размещено уплотнительное кольцо треугольного сечения.

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что датчик положения поршня внутри гидроцилиндра выполнен в виде протяженных конусообразных емкостных электродов, нанесенных на поверхность мерного цилиндра, и включенных в частотозадающую цепь автогенератора, введенного в устройство.

12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что распределитель выполнен в виде статора с четырьмя каналами, и ротора с двумя каналами для протекания топлива, причем ротор соединен с приводом и поджат к поверхности статора пружиной, а соприкасающиеся поверхности статора и ротора выполнены коническими.

13. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен дополнительный 2-ходовой электромагнитный клапан, который присоединен к топливному насосу и к впускному коллектору ДВС через тройники, введенные в устройство.

14. Система для измерения объемного расхода топлива ДВС, содержащая датчики расхода в прямом и обратном трубопроводах топливного бака, процессор, дисплей (регистратор), выходной разъем, а также основной кодовый вход процессора и вход для приема сигналов с датчика, уровня топливного бака, отличающееся тем, что датчик расхода топлива в прямом трубопроводе выполнен в виде мерного гидроцилиндра с поршнем и сигнализаторами крайних положений поршня, а также с датчиком положения поршня внутри гидроцилиндра, включенного через преобразователь сигналов датчика в код к основному кодовому входу процессора, а датчик расхода топлива в обратном трубопроводе выполнен в виде мерной емкости с сигнализаторами ее наполнения и опорожнения топливом, кроме того, в систему введены управляющие выходы процессора, к которым подключены электромагнитный привод распределителя и обмотки первого и второго ЭМК, введенных в систему, а к введенному в процессор дополнительному кодовому входу подключены выходы цифрового термометра, введенного в систему, датчик которого размещен с обеспечением теплового контакта с топливом в мерном цилиндре.

15. Система для измерения объемного расхода топлива ДВС по п.14, отличающаяся тем, что скорость изменения расхода топлива (мгновенный расход) определяют по разности показаний датчика положения поршня внутри гидроцилиндра за определенный интервал времени или по времени изменения кода на выходе преобразователя сигналов датчика положения поршня внутри гидроцилиндра в код от одного определенного значения до другого определенного значения кода.