УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЗАМКНУТОЙ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2004 года по МПК G01F3/10 G01F9/00 

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкости и предназначено для измерения расхода топлива в дизельных двигателях внутреннего сгорания, имеющих замкнутую (кольцевую) топливную систему.

Известно устройство для измерения расхода жидкости (патент РФ 2085860). Устройство выполнено в виде расходомера, имеющего корпус с входным и выходным каналами, между которыми во внутреннем объеме корпуса размещены взаимодействующие между собой шестерни. Выходной канал имеет механический измеритель в виде заслонки, тяги и гибкой мембраны. Измеритель расходомера связан со счетным устройством.

К недостаткам известного устройства следует отнести инерционность измерительной части, что снижает чувствительность устройства, в том числе в условиях изменения физико-химического состояния жидкого компонента, например топлива. Известное устройство обеспечивает измерение расхода жидкости в условиях однонаправленного потока жидкости.

Топливные системы дизельных двигателей транспортных средств, в том числе локомотивов, имеют замкнутый контур, который содержит подсоединенную к топливному баку топливоподающую магистраль с фильтрами грубой и тонкой очистки, расположенный на выходе указанной магистрали коллектор низкого давления, который подсоединен к насосам высокого давления форсунок цилиндров. Выход коллектора низкого давления, а также насосы высокого давления и форсунки цилиндров имеют возвратные сливные магистрали, которые подсоединяют к топливному баку. В этих условиях работы дизельного двигателя транспортного средства проблема учета объемного расхода топлива имеет актуальное значение.

Для решения этой задачи в известном техническом решении (см. журнал "Локомотив", 4, 2000 г., стр. 26-28) предложено измерение расхода топлива посредством двух роликолопастных расходомеров. Каждый роликолопастной расходомер содержит лопастной ротор, вал которого связан с крыльчаткой, имеющей первичные элементы датчика, вторичный элемент которого связан со счетчиком регистрации объемного расхода. Корпус расходомера имеет подводящий (входной) и отводящий (выходной) каналы, расположенные во внутренней полости корпуса, ролики-распределители. Лопастной ротор, ролики-распределители через заданные уплотнительные зазоры между их рабочими поверхностями и поверхностями внутренней полости корпуса образуют входную и выходную рабочие полости, которые через входной и выходной каналы соединяются с магистралью движущегося потока. Один из расходомеров размещают на выходе потока из фильтра тонкой очистки перед входом в топливный коллектор низкого давления. Другой расходомер размещают на выходе из коллектора низкого давления и перед входом сливного потока топлива в топливоподогреватель, который соединен с топливным баком. Каждый роликолопастной расходомер имеет счетное устройство, которое регистрирует объемный расход топлива с учетом заданного объема рабочих полостей расходомера и фиксируемых электромагнитным датчиком этого расходомера импульсов вращения ротора. По разности показаний счетных устройств (малая разница двух больших величин) обоих расходомеров определяют объемный расход топлива при эксплуатационном режиме двигателя внутреннего сгорания на транспортном средстве, в данном случае локомотива.

Однако при измерении расхода топлива не учитывается объем возврата топлива в топливный бак из ветви топливносливной магистрали, соединенной с насосами высокого давления и форсунками цилиндров, что для эксплуатационного режима транспортного средства (локомотива) имеет существенное значение. Отсутствие полного учета объемного возврата топлива снижает точность определения реального расхода топлива в эксплуатационных условиях.

Наличие счетного устройства для каждого расходомера снижает точность определения расхода топлива в эксплуатационном режиме транспортного средства и усложняет процесс счета, в том числе вследствие несопоставимости результатов по рабочим объемам расходомеров.

В качестве ближайшего аналога к заявляемому устройству для измерения расхода топлива в дизельных двигателях внутреннего сгорания с замкнутой топливной системой является устройство, описанное в журнале "Тяжелое машиностроение", 7, 1999 г., с. 38-40.

Известное устройство для измерения расхода топлива в дизельных двигателях внутреннего сгорания с замкнутой топливной системой содержит расположенные в названной топливной системе два роликолопастных расходомера, конструктивное исполнение которых описано в указанном журнале.

Корпус каждого роликолопастного расходомера имеет соосно выполненные в нем входной и выходной каналы и содержит лопастной ротор и ролики-распределители, образующие через уплотнительные зазоры между их рабочими поверхностями и поверхностями внутренней полости корпуса входную и выходную рабочие полости, сообщающиеся с входным и выходным каналами, при этом торцы корпусов расходомеров оснащены электромагнитными датчиками, посредством кабельной связи соединенными с общим счетным устройством.

Один из расходомеров расположен в топливоподающей магистрали перед входом подающего потока в нагнетательную систему дизельного двигателя, а другой - в сливной магистрали перед входом возвратного потока в топливный бак.

Однако известное устройство конструктивно усложнено протяженностью кабельных связей между счетным устройством и датчиками расходомеров, что также приводит к снижению эксплуатационной надежности и к повышению вероятности несанкционированного доступа к измерительной части устройства.

Технической задачей изобретения являлось создание эффективного, компактно простого и надежного устройства для измерения реального расхода топлива в дизельных двигателях внутреннего сгорания с замкнутой топливной системой.

Для решения поставленной технической задачи предложено устройство для измерения расхода топлива в замкнутой топливной системе дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащее расположенные в указанной топливной системе два роликолопастных расходомера, корпус каждого расходомера имеет соосно выполненные в нем входной и выходной каналы и содержит лопастной ротор и ролики-распределители, образующие через уплотнительные зазоры между их рабочими поверхностями и поверхностями внутренней полости корпуса входную и выходную рабочие полости, сообщающиеся с входным и выходным каналами, при этом торцы корпусов расходомеров оснащены электромагнитными датчиками, посредством кабельной связи соединенными с общим счетным устройством, согласно изобретению корпусы обоих расходомеров соединены между собой по торцам, противолежащих торцам, оснащенным датчиками, счетное устройство расположено со стороны датчика одного из расходомеров в соединенной с его корпусом торцовой крышке, кабельная связь счетного устройства с датчиком другого расходомера расположена в выполненных в боковых стенках обоих корпусов соосных отверстиях, продольная ось которых параллельна осям вращения лопастных роторов, при этом входной канал корпуса одного из расходомеров и выходной канал корпуса другого расходомера расположены с общей стороны по отношению к плоскости, проходящей через оси вращения лопастных роторов.

Согласно изобретению продольные оси входного и выходного каналов корпуса одного расходомера расположены под углом 0-90^o относительно каналов корпуса другого расходомера.

Согласно изобретению боковые стенки корпусов обоих расходомеров имеют дополнительные соосно выполненные отверстия под болтовые соединения для стягивания корпусов между собой, причем оси указанных отверстий параллельны осям вращения лопастных роторов.

Согласно изобретению торец каждого корпуса со стороны, противолежащей торцу, оснащенному датчиком, имеет фланец с отверстиями под болтовые соединения.

При реализации изобретения за счет описанной выше взаимосвязи корпусов расходомеров, расположения в них кабельной связи и каналов входа и выхода обеспечивается надежная и эффективная регистрация реального расхода топлива в эксплуатационном режиме транспортного средства как разницы между суммарной подачей топлива к нагнетательной системе дизельного двигателя и суммарным возвратом неиспользованной части топлива. Устройство конструктивно просто и компактно. Конструктивное выполнение устройства в целом уменьшает вероятность несанкционированного доступа к измерительной части расходомеров.

Анализ уровня техники показал, что заявляемое техническое решение существенно отличается от известных, что свидетельствует о наличии новизны, изобретательского уровня. Заявляемое устройство может быть промышленно использовано для измерения расхода топлива в топливных системах дизельных двигателей, преимущественно предназначенных для локомотивов, для эксплуатационного режима которых характерны высокие топливные затраты.

Изобретение поясняется чертежами, где на
Фиг.1 показана технологическая схема подключения устройства к магистралям замкнутой топливной системы тепловозного дизельного двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2 - общий вид устройства для измерения расхода топлива в названной системе двигателя;
Фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид А;
Фиг. 4 - общий вид устройства для измерения расхода топлива в названной системе двигателя, вариант;
Фиг.5 - то же, что на фиг.4, сечения Б-Б.

Представленная на фиг. 1 схема топливной системы дизельного двигателя внутреннего сгорания содержит топливный бак 1, топливнозаборное устройство 2 которого соединено с топливоподающей магистралью 3, имеющей фильтр грубой очистки 4, подкачивающий насос 5, фильтр тонкой очистки 6, коллектор низкого давления 7, соединенный с насосами высокого давления 8. Насосы 8 подключены к форсункам 9 цилиндров 10 двигателя. Коллектор низкого давления 7 соединен с топливным баком 1 через топливносливную магистраль 11, имеющую топливоподогреватель 12. В движущемся потоке топлива топливоподающей магистрали 3 в зоне выхода потока из фильтра тонкой очистки 6 размещают первый роликолопастной расходомер 13, выход которого подсоединяют к входу коллектора низкого давления 7. В движущемся потоке неиспользованной части топлива, в зоне, расположенной за обратным клапаном 14 сливной магистрали 11 коллектора 7, размещают входной канал второго роликолопастного расходомера 15. К входу названного расходомера подсоединяют возвратные магистрали 16, которые соединены с насосами высокого давления 8 и форсунками 9. Расходомеры 13 и 15 имеют электромагнитные датчики 17 и 18, соединенные посредством кабелей с общим счетным устройством 19. Изначально заданные объемы рабочих полостей (входной и выходной), параметры поперечного сечения входных и выходных каналов корпусов 20 обоих расходомеров равнозначны, что обеспечивает равные условия учета импульсов вращения лопастных роторов. Повышается точность счета расхода топлива. Традиционно корпус 20 каждого роликолопастного расходомера имеет подводящий (входной) и отводящий (выходной) каналы, расположенные во внутренней полости корпуса лопастной ротор и ролики-распределители. Ролики-распределители и лопатной ротор кинематически связаны между собой через синхронизирующую передачу, расположенную со стороны электромагнитного датчика расходомера.

Корпус 20 каждого расходомера для упрощения технологии его изготовления может быть выполнен, например, из двух частей, соединяемых между собой (см. фиг.4).

Лопастной ротор, ролики-распределители через заданные уплотнительные зазоры между их рабочими поверхностями и поверхностями внутренней полости корпуса образуют входную и выходную рабочие полости, которые через каналы, выполненные в корпусе, подсоединяются к движущемуся потоку топлива.

Конструктивное расположение лопастного ротора, роликов-распределителей, синхронизирующей передачи в корпусе каждого расходомера традиционно и на чертежах не показано.

Корпусы 20 роликолопастных расходомеров 13 и 15 соединены между собой по торцам, противолежащим торцам, оснащенным датчиками 17 и 18.

Соединение корпусов роликолопастных расходомеров 13 и 15 (фиг.2) обеспечено стяжными болтовыми соединениями 21, которые размещены в выполненных в корпусах соосных отверстиях 22. Оси отверстий 22 параллельны продольным осям вращения лопастных роторов 23.

По варианту выполнения устройства (фиг.4) торец каждого корпуса со стороны, противолежащей торцу, оснащенному датчиком, имеет фланец 24 с отверстиями 25 под болтовые соединения 26.

Электромагнитные датчики (традиционно известные) посредством кабелей 27 и 28 связаны с общим счетным устройством 19. Счетное устройство 19 расположено со стороны торца одного из корпусов 20 в зоне размещения его датчика. Для размещения счетного устройства 19 корпус 20 оснащается крышкой 29 с дисплейным окном 30. Крышка 29 и корпус 20 в зоне их соединения опломбированы. Конструктивное выполнение счетного устройства традиционно известно и широко применяется в конструкциях различных счетчиков, обеспечивающих учет расхода жидкости или газов.

Связь одного из датчиков 17 осуществляется со счетным устройством 19 посредством кабеля 27. Связь датчика 18 второго корпуса 20 со счетным устройством 19 осуществлена через кабель 28, размещенный в соосных отверстиях 31, которые выполнены в боковых стенках обоих корпусов 20. Продольные оси отверстий 31 параллельны продольным осям вращения лопастных роторов 23, размещаемых во внутренней полости корпусов 20.

Внутренняя полость каждого корпуса посредством лопастных роторов 23, роликов-распределителей, входных 32 и выходных 33 каналов разделяется соответственно на входную и выходную рабочие полости. Конструктивное расположение лопастных роторов, роликов-распределителей при образовании входной и выходной полостей для каждого корпуса 20 известно и унифицировано.

Входные и выходные каналы 32 и 33 каждого корпуса 20 соосны между собой, что уменьшает инерционность роликолопастной части каждого расходомера и обеспечивает возможность безшлангового подсоединения устройства к трубопроводам топливной системы дизельного двигателя, что в свою очередь повышает надежность работы устройства в условиях измерения расхода топлива в описанной системе двигателя. Продольные оси каналов корпуса одного расходомера расположены под углом 0-90^o относительно каналов корпуса другого расходомера. Входной канал 32 корпуса 20 одного из расходомеров и выходной канал 33 корпуса другого расходомера расположены с общей стороны по отношению к секущей плоскости, проходящей через оси вращения лопастных роторов.

Такое расположение входного и выходного каналов корпусов определяется, с одной стороны, условиями расположения магистралей топливной системы дизельного двигателя, а также целесообразностью фазового смещения регистрации импульсов вращения лопастных роторов счетным устройством 19.

Работа устройства основана на традиционном режиме работы роликолопастных расходомеров при подсоединении входных и выходных каналов их корпусов к движущемуся потоку топлива в соответствующей магистрали топливной системы.

Измерение расхода топлива осуществляется при регистрации датчиками 17 и 18 импульсов вращения лопастей роторов расходомеров 13 и 15 и передачи через кабельные связи полученных результатов в счетное устройство 19, посредством которого определяют разность между объемом подачи топлива через топливоподающую магистраль 3 и объемом возврата топлива (неиспользованной части) в топливносливную магистраль 11, что соответствует реальному возврату топлива в бак.

Таким образом, при работе устройства обеспечивается регистрация реального расхода топлива в топливной системе дизельного двигателя при эксплуатационном режиме транспортного средства как разницы между суммарной подачей топлива к нагнетательной системе дизельного двигателя и суммарным возвратом неиспользованной части топлива.

Использование в устройстве унифицированных узлов и деталей известных роликолопастных расходомеров оптимально упрощает конструкцию, повышает эксплуатационную надежность.

Изобретение может быть использовано в топливных системах локомотивов. Устройство содержит два роликолопастных расходомера, корпуса которых соединены между собой по торцам, оснащенным датчиками, связанными со счетным устройством, расположенным со стороны датчика одного из расходомеров в торцовой крышке корпуса. Кабель датчика другого расходомера расположен в выполненных в боковых стенках корпусов соосных отверстиях, оси которых параллельны осям вращения лопастных роторов. Входной канал корпуса одного расходомера и выходной канал корпуса другого расходомера расположены с одной стороны по отношению к плоскости, проходящей через оси вращения лопастных роторов. Входные и выходные каналы корпусов ориентированы под углом друг к другу, равным 0-90^o. Расходомер компактен и имеет повышенную эксплуатационную надежность. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для измерения расхода топлива в замкнутой топливной системе дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащее расположенные в указанной топливной системе два роликолопастных расходомера, корпус каждого расходомера имеет соосно выполненные в нем входной и выходной каналы и содержит лопастной ротор и ролики-распределители, образующие через уплотнительные зазоры между их рабочими поверхностями и поверхностями внутренней полости корпуса входную и выходную рабочие полости, сообщающиеся с входным и выходным каналами, при этом торцы корпусов расходомеров оснащены электромагнитными датчиками, посредством кабельной связи соединенными с общим счетным устройством, отличающееся тем, что корпуса обоих расходомеров соединены между собой по торцам, противолежащим торцам, оснащенным датчиками, счетное устройство расположено со стороны датчика одного из расходомеров в соединенной с его корпусом торцовой крышке, кабельная связь счетного устройства с датчиком другого расходомера расположена в выполненных в боковых стенках обоих корпусов соосных отверстиях, продольная ось которых параллельна осям вращения лопастных роторов, при этом входной канал корпуса одного из расходомеров и выходной канал корпуса другого расходомера расположены с общей стороны по отношению к плоскости, проходящей через оси вращения лопастных роторов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продольные оси входного и выходного каналов корпуса одного расходомера расположены под углом 0-90° относительно каналов корпуса другого расходомера.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые стенки корпусов обоих расходомеров имеют дополнительные соосно выполненные отверстия под болтовые соединения для стягивания корпусов между собой, причем оси указанных отверстий параллельны осям вращения лопастных роторов.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец каждого корпуса со стороны, противолежащей торцу, оснащенному датчиком, имеет фланец с отверстиями под болтовые соединения.