СПОСОБ УЧЕТА РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК G01F9/00 G07C5/10 

Изобретение относится к измерению массы жидкостей, в частности топлива для двигателей внутреннего сгорания при пропускании его через измерительные устройства непрерывным потоком.

Известен способ учета расхода топлива, при котором измеряют массовый расход топлива путем применения специальных массовых расходомеров [Ильинский В. М. Измерение массовых расходов. М., "Энергия", 1973, с.27]. Недостатком известного способа является относительно невысокая точность учета расхода топлива в условиях работы двигателей внутреннего сгорания транспортного средства.

Известен способ учета расхода топлива, при котором переход от объемного расхода топлива к массовому осуществляется путем ввода в память вычислителя объемного расходомера плотности топлива, измеренного предварительно [Ильинский В.М. Измерение массовых расходов. М., "Энергия", 1973, с.8]. Недостатком известного способа являются отсутствие учета количества и плотности топлива, оставшегося в топливном баке, что искажает реальное значение плотности топлива после заправки.

Известен способ учета расхода топлива двигателем внутреннего сгорания транспортного средства, принятый за прототип, при котором измеряют объемный расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, измеряют температуры топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вводят в вычислитель значение плотности топлива при температуре 20^oС, приводят плотности к температурам топлива, измеренным в местах измерения расхода, вычисляют массовый расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, выводят текущее значение массового расхода на панель индикации, указанный в системе регистрации потока топлива [Modern Railroads, 1980, 10, р. 66]. Недостатком известного способа является отсутствие учета количества и плотности топлива, оставшегося в топливном баке, что искажает реальное значение плотности топлива после заправки.

Известно устройство для измерения расхода в двигателе внутреннего сгорания, применяемое при проведении эксплуатационных и реостатных испытаний тепловозов [SU, авторское свидетельство 1242744, кл. G 01 М 15/00, опубл. 1986 г. ] . Недостатком данного устройства является наличие одного первичного преобразователя потока, из-за чего требуется при установки устройства переделка топливной системы из проточной в тупиковую, отсутствие возможности компьютерного сбора данных по расходу, незащищенности получаемых данных, из-за свободного доступа к ним.

Известно устройство - дистанционный топливомер типа ДТ для измерения расхода топлива, включаемое по проточной схеме топливоснабжения дизеля.

Это устройство разностного типа содержит два измерительных элемента на входе в дизель и на выходе из него. Топливомер содержит также блок питания и указатель расхода и количества топлива. Информацию о количестве и расходе топлива можно вывести на внешние устройства индикации и регистрации [статья "Расходомеры топлива для тепловозов" в журнале "Электрическая и тепловозная тяга" 9, 1982 г.]. Недостатком указанного устройства является невозможность учета им массового расхода топлива и незащищенность от несанкционированного ввода и вывода информации.

Известна установка в топливную систему тепловозного дизеля 2-2Д49 двух расходомеров типа ОР-40, одного на линии нагнетания, другого на линии слива. Разность показаний этих расходомеров является количеством топлива, израсходованного дизелем. В роли вычислителя здесь выступает прибор МС-75, который измеряет, фиксирует и запоминает общий объем, прошедший через расходомер. Кроме того, прибор МС-75 позволяет определить также разность объемов и расходов двух первичных преобразователей, расход, время работы и время проведения эксперимента. Прибор МС-75 имеет порт для подключения компьютера (устройства считывания) [статья в журнале "Тяжелое машиностроение" 7, 1999 г. , В. В. Домогацкий, В.З.Какоткин, Л.С.Туров "Универсальные широкодиапазонные образцовые роликолопастные расходомеры и счетчики количества жидкости и газа"] . Недостатком этого устройства является отсутствие определения массового расхода топлива, незащищенность от несанкционированного ввода и вывода информации, отсутствие возможности подключения устройства к системам диагностики двигателя внутреннего сгорания и управлении транспортным средством.

Известно устройство - FuelCom, которое обеспечивает полную температурно-вязкостную компенсацию топлива для приведения к одному объему. Устройство содержит два первичных преобразователя на входе в дизель и на выходе из него [Progressive Raill 997-4, р. 63]. Недостатком устройства является отсутствие компенсации по плотности топлива, т.е. отсутствует учет массового расхода топлива и то, что из-за расположения панели управления на вычислителе не исключено несанкционированное вмешательство в работу вычислителя. Отсутствует возможность подключения устройства к системам диагностики двигателя внутреннего сгорания и управления транспортным средством.

Известна система регистрации потока топлива для применения на дизелях транспортных средств. Система дает показания о текущем расходе топлива, суммарном расходе топлива, оставшемся в баке. Система оборудована температурной компенсацией, обеспечивающей учет изменения в вязкости и удельном весе при измерении расхода в нагнетательном и сливном трубопроводах [Modern Railroads, 1980, 10, р. 66]. Недостатком данной системы является отсутствие архивации данных и возможности вывода их для последующей с ними работы, отсутствия возможности ввода действительных значений плотности топлива и учета возможного изменения его величены с учетом смешивания с остатками топлива в баке, отсутствие возможности подключения устройства к системам диагностики двигателя внутреннего сгорания и управлении транспортным средством.

Техническим результатом изобретения является повышение точности регистрации суммарного массового расхода топлива двигателем внутреннего сгорания при расширении функциональных возможностей устройства: компьютерному сбору и обработки данных по расходу, повышение степени защищенности получаемых данных, из-за невозможности несанкционированного доступа к ним без использования устройства считывания, для диагностики двигателя внутреннего сгорания и управления транспортного средства.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе учета расхода топлива двигателя внутреннего сгорания транспортного средства при котором измеряют объемный расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, измеряют температуры топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вводят в вычислитель значения плотности топлива при температуре 20^oС, приводят введенные значения плотности топлива к значениям плотности соответствующей температурам топлива, измеренным в местах измерения расхода топлива, вычисляют массовый расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вычисляют массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания как разность массовых расходов на входе в двигатель внутреннего сгорания и на выходе из него, выводят текущие значения массовых расходов на индикации, архивируют данные по расходу топлива, привязывают их к дате и времени и выводят всю информацию из архива на устройство считывания, вычисленные значения массового расхода топлива передают на системы диагностики двигателя внутреннего сгорания и автоматики транспортного средства, вводят параметры заправленного в топливный бак двигателя внутреннего сгорания топлива по плотности и объему в вычислитель через временно подключаемое устройство считывания, вычисляют и выводят на индикацию новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности, с учетом находящегося в баке остатка топлива, определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода топлива и остаток топлива в баке транспортного средства вычитанием из нового значения объема топлива в баке величины израсходованного объема топлива и выводят на индикацию израсходованное топливо и остаток топлива в баке.

Заявленный способ поясняется схемой. Для реализации предлагаемого способа система содержит два первичных преобразователя расхода 1 и 2, расположенных на нагнетательном 3 и сливном 4 трубопроводах топлива двигателя внутреннего сгорания 5 с топливным баком (не показанного), устанавливаемого на транспортном средстве, два формирователя импульсов 6 и 7, два термометра 8 и 9, размещенных на нагнетательном 3 и сливном 4 трубопроводах двигателя внутреннего сгорания 5 вблизи от первичных преобразователей расхода 1 и 2, одно или несколько устройств стабилизации потока 10, 11, 12, 13 (показано на чертеже максимальное их число - 4), вычислителя 14, включающего в себя микроконтроллер 15, панель индикации 16, архив 17, электронные часы реального времени 18, два порта 1-й - 19 и 2-й - 20, а также система содержит блок питания 21 и устройство считывания 22, связанных с вычислителем 14. Формирователи импульсов 6 и 7 соединены соответственно с преобразователями расхода 1 и 2 и вычислителем 14. Устройство считывания 22 предназначено для вывода всего объема информации, касающейся топлива из вычислителя 14, и ввода значений объема заправленного топлива и его плотности в вычислитель 14. Вычислитель 14 в свою очередь связан через 2-й порт 20 с системами диагностики двигателя внутреннего сгорания и автоматики транспортного средства.

Предлагаемый способ учета расхода топлива осуществляется следующим образом.

При помощи двух первичных преобразователей расхода 1 и 2 объемно-тахометрического типа измеряют объемный расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания 5 и на выходе из него. Равномерное протекание топлива через первичные преобразователи 1 и 2 является предпосылкой для точного измерения расхода топлива. В топливных системах двигателей внутреннего сгорания транспортных средств условия для равномерного протекания топлива отсутствуют. Равномерное протекание топлива в системе обеспечивают установкой одного или нескольких устройств стабилизации потока 10, 11, 12, 13. Устройство стабилизации потока представляет собой конструкцию, включающую расширительную емкость, струевыпрямитель и армированные бензостойкие резиновые трубки (не показаны). Электрические сигналы с преобразователей расхода 1 и 2 поступают в формирователи импульсов 6 и 7, а оттуда в микроконтроллер 15 вычислителя 14. Сюда же поступают сигналы с термометров 8 и 9, которые измеряют температуру топлива в местах измерения расхода, т.е. на входе и выходе из двигателя внутреннего сгорания. С помощью временно подключаемого к вычислителю 14 устройства считывания 22 через порт 19 в микроконтроллер 15 вводят параметры заправленного в топливный бак двигателя внутреннего сгорания по плотности топлива и объему, производят первоначальную установку даты и времени часов реального времени 18.

Вычисляют новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности, с учетом находящегося в баке остатка топлива по формулам:
для объема:
V_бака=V_ост+V_запр
где V_бака - новый объем топлива после заправки,
V_ост - остаток топлива в баке,
V_запр - объем заправленного топлива, для плотности:

где ρ_бака - новая плотность топлива в баке после заправки,
ρ_ост - плотность топлива, оставшегося в баке,
ρ_запр - плотность топлива, заправленного в бак.

С помощью микроконтроллера 15, который подсчитывает число импульсов, поступающих с каждого формирователя импульсов 6 и 7, формирующих сигналы с соответствующих преобразователей расходов 1 и 2, по градуировочной зависимости, заложенной в память микроконтроллера 15, переводят число импульсов в объемный расход, приводят введенные значения плотности топлива к значениям плотности, соответствующей температуре топлива, измеренной в местах измерения расхода топлива, т.е. размещения преобразователей расхода 1, 2 и термометров 8, 9 по специальной зависимости:
ρ^t = ρ²⁰±k(t-20),
где k - температурная поправка к плотности топлива при изменении температуры топлива на 1^oС, величина, зависящая от ρ²⁰,
t - температура топлива в^oС,
ρ^t - плотность топлива при температуре топлива t,
ρ²⁰ - плотность топлива при температуре топлива 20^oС, вычисляют массовый расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и на выходе из него, т.е. по каждому преобразователю расхода по формуле:
M = V•ρ^t,
где М - массовый расход топлива,
V - объем топлива, измеренный за время τ,
ρ^t - плотность топлива,
вычисляют массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания как разность на входе в двигатель внутреннего сгорания и на выходе из него по формуле:
М_двс=M₁-M₂,
где М_двс - массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания,
M₁ - массовый расход топлива, измеренный преобразователем расхода на входе в двигатель,
М₂ - массовый расход топлива, измеренный преобразователем расхода на выходе из двигателя,
определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода топлива двигателя внутреннего сгорания и остаток топлива в баке транспортного средства вычитанием из объема топлива в баке величины израсходованного топлива. На панель индикации 16 выводятся по вызову текущие значения массовых расходов топлива двигателем внутреннего сгорания, суммарное значение температуры топлива, времени (в часах и минутах), объемов заправленного, израсходованного топлива и его остатка в баке. Стабилизированное напряжение постоянного тока преобразователи расхода 1 и 2, вычислитель 14 получают от блока питания 21.

Архивируют в архиве 17 вычислителя 14 данные по расходу топлива, привязывают их к дате и времени. Вся информация из памяти архива 17 через порт 19 может быть передана на устройство считывания 22 для дальнейшей ее компьютерной обработки. Вычисленные значения массового расхода топлива передают через второй порт 20 на системы диагностики двигателя внутреннего сгорания и автоматики транспортного средства. Наличие одного устройства считывания в локомотивном депо или ином месте базирования транспортных средств обеспечивает единый характер контроля за сбором информации по расходованию топлива в депо. Предусмотрена возможность считывания информации во время одного из технических обслуживаний транспортного средства, проходящего с интервалом 5-15 суток.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить минимум на 1,5% потери топлива, связанные с несанкционированными сливами; на 5% уменьшить "пережог" топлива, благодаря своевременному снятию машин с эксплуатации по диагностическим показателям, минимум на 1% уменьшить расход топлива при контроле за топливными характеристиками при реостатной настройке, резко снизить расход топлива в эксплуатации (на 10-15%), благодаря оптимизации режимов движения.

Изобретение относится к измерению массы жидкостей, в частности топлива для двигателей внутреннего сгорания, при пропускании его через измерительные устройства непрерывным потоком. На входе и выходе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) измеряют объемный расход и температуру топлива. В вычислитель через временно подключаемое устройство считывания вводят параметры заправленного в бак топлива по плотности и объему, а также значение плотности при 20^oС. Вычисляют плотность топлива в зависимости от измеренной температуры и его массовый расход как разность массовых расходов на входе и выходе ДВС. Вычисляют новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности, с учетом находящегося в баке остатка, определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода и остаток топлива в баке вычитанием из нового значения объема топлива величины израсходованного топлива. Выводят на индикацию текущие значения массовых расходов, израсходованное топливо и остаток в баке. Данные о массовом расходе топлива передают на системы диагностики ДВС и автоматики транспортного средства. Изобретение обеспечивает повышение точности учета суммарного массового расхода топлива, а также степени защищенность получаемых данных. 1 ил.

Способ учета расхода топлива двигателем внутреннего сгорания транспортного средства, при котором измеряют объемный расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, измеряют температуры топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вводят в вычислитель значения плотности топлива при температуре 20^oС, приводят введенные значения плотности топлива к значениям плотности топлива, соответствующим температурам топлива, измеренным в местах измерения расхода топлива, вычисляют массовые расходы топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, вычисляют массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания как разность массовых расходов топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и выходе из него, выводят текущие значения массовых расходов топлива на индикацию, архивируют данные по расходу топлива, привязывают их к дате и времени и выводят всю информацию из архива на устройство считывания, вычисленные значения массового расхода топлива передают на системы диагностики двигателя внутреннего сгорания и автоматики транспортного средства, отличающийся тем, что вводят параметры заправленного в топливный бак двигателя внутреннего сгорания топлива по плотности и объему в вычислитель через временно подключаемое устройство считывания, вычисляют и выводят на индикацию новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности с учетом находящегося в баке остатка топлива, определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода топлива и остаток топлива в баке транспортного средства вычитанием из нового значения объема топлива в баке величины израсходованного объема топлива и выводят на индикацию израсходованное топливо и остаток топлива в баке.