ИЗМЕРИТЕЛЬ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01F9/00 G01M15/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания.

Известно устройство для измерения удельного расхода топлива, работа которого заключается в определении количества топлива, расходуемого двигателем внутреннего сгорания за заданный промежуток времени, с последующим пересчетом в часовой и удельный расход топлива (SU 1272119, 1986).

Измерение расхода топлива в этом устройстве производится лишь тогда, когда двигатель внутреннего сгорания выведен на номинальный режим работы по крутящему моменту и по оборотам. По окончании счета в счетчике имеется информация о массе топлива, которое расходуется двигателем за 1 сек. Это значение посредством импульсов с блока автоматики заносится в память реверсивного счетчика, затем из него подается на блок индикации для индикации часового расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, а также поступает на делитель, где происходит деление значения часового расхода топлива на значение мощности ДВС, снимаемого с блока умножения и поступающего на делитель через ЦП. Сигнал об удельном расходе топлива на единицу мощности подается с делителя на блок индикации для визуального наблюдения результата измерения.

Недостатком этого расходомера топлива является наличие большого числа блоков и сложность схемы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является измеритель удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащий датчик частоты вращения с частотным выходом, датчик крутящего момента с время-импульсным выходом и измеритель времени расходования дозы топлива, подключенные ко входам преобразовательной схемы (SU 767603, 1980).

Особенностью известного измерителя является то, что преобразовательная схема выполнена в виде интегрирующего устройства умножения, устройства деления и масштабного задатчика дозы топлива, причем входы интегрирующего устройства умножения служат входами преобразовательной схемы, а ко входам устройства деления подключены выходы интегрирующего устройства умножения и масштабного задатчика дозы топлива.

При стендовых испытаниях ДВС для получения полной информации о его техническом состоянии в известном устройстве одновременно с удельным расходом топлива определяются значения частоты вращения вала, крутящего момента и мощности на валу.

Недостатком описанного измерителя является то, что он имеет сложную конструкцию, а, кроме того, имея высокую точность измерения, не может применяться на транспортных объектах, что вызвано особенностью его схемы, включающей весоизмерительное устройство.

Задачей настоящего изобретения является создание простой конструкции измерителя удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания.

Решение данной задачи достигается тем, что измеритель удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащий датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя с частотным выходом и датчик крутящего момента, связанные с устройством деления, а также расходомерное устройство, подключенное ко входу счетчика импульсов, и индикатор, дополнительно снабжен одновибратором, при этом устройство деления выполнено в виде счетчика-распределителя, а расходомерное устройство - в виде датчиков расхода с частотными выходами, подключенных к первому входу счетчика импульсов, причем датчик частоты вращения связан с первым входом счетчика-распределителя через одновибратор, датчик крутящего момента связан со вторым входом счетчика-распределителя, выход которого подключен ко второму входу счетчика импульсов, а выход последнего подключен к индикатору.

Дополнительной задачей изобретения является обеспечение возможности измерения расхода топлива на неустановившемся режиме работы двигателя.

Решение этой задачи достигается тем, что предлагаемый измеритель дополнительно снабжен последовательно соединенными фильтром низких частот, пороговым устройством и триггером останова, а также элементом ИЛИ и дифференциальной цепью, причем вход фильтра низких частот подключен к выходу одновибратора, выход триггера подключен к первому входу элемента ИЛИ и третьему входу счетчика-распределителя, а выход последнего подключен через дифференциальную цепь ко второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу счетчика импульсов.

Предлагаемый измеритель позволяет определить удельный расход топлива (мл/л.с.час) посредством обработки 2-х сигналов:
- сигнал F - частота, пропорциональная объемному расходу, поступает с турбинного датчика расхода топлива;
- сигнал И_p - напряжение, пропорциональное моменту, создаваемому двигателем относительно одной из опор. Сигнал И_p поступает с датчика давления масла в опорном цилиндре.

Иp = Иpo+ΔИp,
где И_po - сигнал, соответствующий давлению масла при неработающем двигателе;
ΔИр - сигнал, соответствующий дополнительному давлению масла, возникающего от крутящего момента двигателя.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого измерителя удельного расхода топлива.

Согласно изобретению измеритель содержит элементы, обозначенные на чертеже следующими позициями.

1, 2 - турбинные датчики ТДР₁, ТДР₂ расхода топлива (выход - частота F, пропорциональная расходу топлива).

3, 4 - усилители-формирователи У1, У2 сигнала расхода топлива (выход - импульсы с частотой F).

5 - датчик крутящего момента, выполнен в виде измерительного преобразователя давления ИПД (выход - напряжение И_p, пропорциональное давлению масла в двигателе).

6 - усилитель УЗ сигнала давления (выход - напряжение, пропорциональное дополнительному давлению ΔP ).

ΔP = K_ус•ΔИр,
где K_ус - коэффициент усиления;
ΔИр = Ир-Иро.
7 - преобразователь "напряжение - частота" (выход - импульсы с частотой f, пропорциональной входному напряжению).

f = K_пр•ΔP = K_пр•K_ус•ΔИр,
где K_пр - коэффициент преобразования напряжения в частоту.

8 - устройство деления частоты f, выполнено в виде счетчика-распределителя, задающего время счета T_сч:
T_сч = K_д/f, где
K_д - коэффициент деления.

9 - счетчик импульсов, накапливает импульсы F в течение времени счета T_сч, после чего хранит код числа импульсов до момента обнуления импульсом R.

10 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, выполненный в виде индукционного датчика ИД.

11 - усилитель-формирователь У4 сигнала частоты вращения.

12 - одновибратор ОВ, вырабатывает импульс постоянной длительности.

13 - фильтр низких частот ФНЧ, работает как преобразователь частоты в напряжение.

14 - пороговое устройство ПУ.

15 - триггер ТТ останова работы устройства 8 деления.

16 - дифференциальная цепь ДЦ.

17 - дешифратор, переводит код счетчика 9 в код, требуемый для индикатора 18.

18 - цифровой индикатор, отображает число П.

19 - логический элемент ИЛИ.

Элементы заявленного измерителя связаны между собой так, как показано на чертеже.

Работа измерителя удельного расхода топлива осуществляется следующим образом.

Если на двигателе установлены два датчика расхода топлива: один в магистраль подачи топлива (датчик 1), а другой - в магистраль слива (датчик 2), то расход F топлива двигателем будет определяться разностью показаний этих датчиков: F = F₁ - F₂.

При работе измерителя датчики 1, 2 расхода топлива подают частотный синусоидальный сигнал на два усилителя-формирователя 3, 4. Прямоугольные импульсы с усилителей-формирователей 3, 4 поступают соответственно на прямой (+1) и вычитающий (-1) каналы первого входа счетчика 9, благодаря чему из общего расхода F₁ в магистрали подачи (сигнал на входе +1) вычитается значение расхода F₂ в магистрали перепуска (сигнал на входе -1).

Для получения величины удельного расхода топлива используется прием включения счетчика 9 только на время счета T_сч, которое прямо пропорционально коэффициенту K_д и обратно пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя и крутящему моменту, развиваемому двигателем.

Время счета T_сч формируется устройством 8 деления частоты, которое работает следующим образом.

Аналоговый сигнал с датчика 5 через усилитель 6, в который входят регулировочные элементы R2 (для регулировки коэффициента усиления K_ус) и R1 (для регулировки нулевого показания датчика) поступает на преобразователь 7, с выхода которого частотный сигнал поступает на второй вход "C" устройства 8 деления частоты.

Сигналы с датчика 10 частоты вращения, сформированные усилителем 11, поступают на одновибратор 12, с выхода которого импульсы постоянной длительности t_ов и частотой fn=n/60 (где n - частота вращения коленчатого вала двигателя) поступают на вход "V" устройства 8 деления частоты, которое и осуществляет деление частоты сигналов с датчиков расхода топлива 1,2 на параметры частоты, поступающие с одновибратора 12 и преобразователя 7 и определяющие мощность двигателя.

Так как T_сч = K_д/f, a f = K_пр • K_ус • ΔИ_р, то

Так как K_д/K_пр • K_ус = const = K, то T_сч = K/ΔИр•f.
Вместе с тем устройство 8 деления (счетчик-распределитель) в течение времени T_сч работает только по разрешению сигнала от одновибратора 12. Поэтому результаты деления обратно пропорциональны частоте сигнала с одновибратора, т.е. "n" двигателя.

В результате с выхода устройства 8 деления прямоугольный импульс поступает на вход "V" счетчика 9, в котором в течение времени T_сч накапливаются импульсы F с датчиков расхода в виде показаний:
П = K•F/ΔИp•f•fn,
т. е. показания П прямо пропорциональны отношению текущего расхода топлива к крутящему моменту и частоте вращения коленвала двигателя, иначе говоря, прямо пропорциональны удельному расходу топлива.

Показания П со счетчика индицируются цифровым индикатором 18.

Описанное выше характеризует работу измерителя удельного расхода топлива при постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя. При отсутствии стендового оборудования измеритель позволяет определять удельный расход топлива при имитации загрузки дизельного двигателя свободным разгоном его коленчатого вала. Для этого подключается дополнительная управляющая цепь, состоящая из фильтра 13 низких частот, порогового устройства 14 с регулятором R₃ уровня срабатывания, триггера 15 и элемента 19 ИЛИ.

При работе измерителя в целом, как описано выше, эта цепь функционирует следующим образом:
- на двигателе внутреннего сгорания устанавливают минимально устойчивую частоту вращения коленвала (n мин);
- кнопкой "ОСТАНОВ" триггер 15 через его вход "S" устанавливают в состояние "1", при котором выходной сигнал триггера, поступающий на третий вход "R" устройства 8 деления, останавливает работу делителя, а через элемент 19 ИЛИ обнуляет счетчик 9 и блокирует его работу (измерения прекращаются);
- резко увеличивают подачу топлива дизелю и тем самым осуществляют свободный разгон его коленчатого вала. В момент достижения дизелем частоты вращения n_ном - 50, заданный резистором R3, пороговое устройство 14 выдает импульс напряжения на вход "R" триггера 15 и переводит его в исходное состояние. При этом снимается блокировка с устройства 8 деления и со счетчика 9 и в первом цикле измерения происходит вычисление удельного расхода топлива при свободном разгоне дизеля в интервале времени от момента достижения дизелем n_ном - 50 до момента окончания срабатывания устройства 8 деления.

Измеритель имеет несложную конструкцию и содержит датчик 10 частоты вращения коленчатого вала двигателя с частотным выходом, подключенным через одновибратор 12 к первому входу устройства 8 деления, выполненного в виде счетчика-распределителя, датчик 5 крутящего момента, подключенный ко второму входу устройства 8, и датчики 1, 2 расхода с частотным выходом, подключенные к первому входу счетчика 9 импульсов, выход которого подключен к индикатору 18, причем выход устройства 8 подключен ко второму входу счетчика 9. Удельный расход топлива определяется посредством обработки сигналов с турбинных датчиков 1,2 расхода топлива и сигнала, пропорционального моменту, создаваемому двигателем. Для обеспечения возможности измерения расхода топлива на неустановившемся режиме работы двигателя измеритель дополнительно содержит последовательно соединенные фильтр 13 низких частот, пороговое устройство 14 и триггер 15 останова, а также элемент 19 ИЛИ, причем вход фильтра 13 подключен к выходу одновибратора 12, выход триггера 15 подключен к первому входу элемента 19 и третьему входу устройства 8, а выход последнего подключен через дифференциальную цепь 16 ко второму входу элемента 19, выход которого подключен к третьему входу счетчика 9. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Измеритель удельного расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащий датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя с частотным выходом и датчик крутящего момента, связанные с устройством деления, а также расходомерное устройство, подключенное ко входу счетчика импульсов, и индикатор, отличающийся тем, что он снабжен одновибратором, устройство деления выполнено в виде счетчика-распределителя, а расходомерное устройство - в виде датчиков расхода с частотными выходами, подключенных к первому входу счетчика импульсов, причем датчик частоты вращения связан с первым входом счетчика-распределителя через одновибратор, датчик крутящего момента связан со вторым входом счетчика-распределителя, выход которого подключен ко второму входу счетчика импульсов, а выход последнего подключен к индикатору. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными фильтром низких частот, пороговым устройством и триггером останова, а также элементом ИЛИ и дифференциальной цепью, причем вход фильтра низких частот подключен к выходу одновибратора, выход триггера подключен к первому входу элемента ИЛИ и третьему входу счетчика-распределителя, а выход последнего подключен через дифференциальную цепь ко второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу счетчика импульсов.