Устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания Российский патент 2020 года по МПК G01M15/02 G01M15/04 G01F9/00 

Изобретение относится к области измерительной техники для определения расхода топлива в двигателе внутреннего сгорания и может быть использовано при проведении исследовательских или диагностических испытаний систем топливоподачи двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащее средство сбора и обработки данных, подключенное к датчикам режима работы испытуемого двигателя, командный блок, подключенный к органам управления работой двигателя, и систему измерения расхода топлива в испытуемом двигателе, имеющую расходный топливный бак, подключенный к нему циркуляционный насос, последовательно установленные в напорной магистрали циркуляционного насоса компенсационную емкость с датчиком уровня и деаэратором, измеритель расхода топлива, подключенный к средству сбора и обработки данных, и трубопровод подключения системы измерения к напорному топливопроводу испытуемого двигателя (US 3831439, 1974).

В известном устройстве система измерения расхода топлива подключается в напорный топливопровод испытуемого двигателя, поэтому измерителем расхода топлива учитывается все количество топлива, подаваемое насосом в штатную систему топливоподачи испытуемого двигателя, при этом излишки топлива в топливной системе испытуемого двигателя через сливной топливопровод отводятся в расходный топливный бак и не учитываются системой измерения расхода топлива. Поэтому результаты измерения расхода топлива с помощью известной системы будут недостаточно достоверными.

Кроме того, в известной системе отсутствует регулятор давления, а демпфирующий элемент не установлен между измерителем расхода топлива и штатной системой топливоподачи испытуемого двигателя, что также негативно отразится на точности результатов измерения из-за возможного воздействия волн давления топлива, возникающих при работе штатной системы топливоподачи на измеритель расхода топлива.

Известно устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащее систему измерения расхода топлива в испытуемом двигателе, имеющую расходный топливный бак, подключенный к нему циркуляционный насос, регулятор давления топлива, связанный с напорной магистралью циркуляционного насоса, деаэратор с сепарирующим элементом и трубопроводы подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя, причем в напорной магистрали циркуляционного насоса последовательно установлены топливный фильтр, измеритель расхода топлива и компенсационная емкость с датчиком уровня, сообщенная с трубопроводами подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя (US 10060779, 2018).

В известном устройстве функции деаэратора выполняет компенсационная емкость, расположенная на выходе измерителя расхода топлива, поэтому очищенное от пузырьков воздуха топливо возвращается в топливную систему двигателя, а через измеритель расхода топлива протекает не сепарированное топливо, что искажает результаты проводимых измерений.

Кроме того, компенсационная емкость в известном устройстве снабжена дополнительным циркуляционным насосом, установленным на выходе измерителя расхода топлива, т.е. измеритель расхода топлива расположен между двумя циркуляционными насосами и подвержен воздействию на его работу волн давления как со стороны входа, так и со стороны выхода, а какие-либо демпфирующие элементы в системе измерения расхода топлива не предусмотрены. Такое выполнение системы измерения расхода топлива существенно снижает точность измеряемых величин расхода топлива.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащее средство сбора и обработки данных, подключенное к датчикам режима работы испытуемого двигателя, командный блок, подключенный к органам управления работой двигателя, и систему измерения расхода топлива в испытуемом двигателе, имеющую расходный топливный бак, подключенный к нему циркуляционный насос, регулятор давления топлива, связанный с напорной магистралью циркуляционного насоса, деаэратор с сепарирующим элементом и трубопроводы подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя, причем в напорной магистрали циркуляционного насоса последовательно установлены топливный фильтр, измеритель расхода топлива, подключенный к средству сбора и обработки данных, и компенсационная емкость с датчиком уровня, сообщенная с трубопроводами подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя через управляемые клапаны, (US 4134301, 1979).

В известном устройстве компенсационная емкость подключена к напорной магистрали параллельно с измерителем расхода топлива, т.е. на линии связи измерителя расхода топлива с насосом отсутствуют какие-либо средства для демпфирования колебаний давления, создаваемых в системе измерения расхода топлива при использовании циркуляционного насоса объемного типа, что создает помехи при проведении измерений и снижает точность полученных результатов.

Деаэратор с сепарирующим элементом в известном устройстве своим входом сообщен с трубопроводом подключения системы измерения к сливному топливопроводу испытуемого двигателя, а выходом с трубопроводом подключения системы измерения к напорному топливопроводу испытуемого двигателя после измерителя расхода топлива, т.е. через измеритель расхода топлива прокачивается не очищенное от воздушных пузырьков топливо, что существенно снижает точность измерения расхода топлива.

Кроме того, известное устройство может быть использовано для проведения испытаний двигателей внутреннего сгорания со впрыском топлива в камеру сгорания, т.е. двигателей с дизельным циклом работы, а для испытания двигателей внутреннего сгорания с другими циклами работы это устройство практически не применимо, что существенно снижает функциональные возможности известного устройства.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости исключить влияние находящихся в топливе пузырьков воздуха или пара, а также влияние волн давления топлива, создаваемых циркуляционным насосом системы измерения расхода топлива и системой топливоподачи двигателя внутреннего сгорания в трубопроводе, в котором установлен измеритель расхода топлива, и обеспечить возможность применения устройства для измерения расхода топлива в любых известных типах двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении точности и достоверности результатов измерения расхода топлива при расширении функциональных возможностей устройства.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания содержит средство сбора и обработки данных, подключенное к датчикам режима работы испытуемого двигателя, командный блок, подключенный к органам управления работой двигателя, и систему измерения расхода топлива в испытуемом двигателе, имеющую расходный топливный бак, подключенный к нему циркуляционный насос, регулятор давления топлива, связанный с напорной магистралью циркуляционного насоса, деаэратор с сепарирующим элементом и трубопроводы подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя, причем в напорной магистрали циркуляционного насоса последовательно установлены топливный фильтр, измеритель расхода топлива, подключенный к средству сбора и обработки данных, и компенсационная емкость с датчиком уровня, сообщенная с трубопроводами подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя через управляемые клапаны, устройство снабжено демпфирующей емкостью, установленной в напорной магистрали циркуляционного насоса перед измерителем расхода топлива и выполненной в виде герметичного бака с каналами подвода и отвода топлива, расположенными в нижней части бака, и воздушной полостью, расположенной в его верхней части и подключенной к расходному топливному баку через регулятор давления, сепарирующий элемент деаэратора выполнен в виде проницаемой перегородки, расположенной в нижней части герметичного бака между каналами подвода и отвода топлива, а компенсационная емкость выполнена в виде цилиндрического бака с конической верхней крышкой и воздушным колпаком, сообщенным со сливным трубопроводом расходного топливного бака через управляемый клапан, подключенный к командному блоку, причем датчик уровня размещен в воздушном колпаке и подключен к средству сбора и обработки данных.

Существенность отличительных признаков устройства для испытаний двигателей внутреннего сгорания подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая изобретение, позволяет обеспечить достижение технического результата - повышение точности и достоверности результатов измерения расхода топлива при расширении функциональных возможностей устройства.

Изобретение поясняется последующим подробным описанием устройства для испытаний двигателей внутреннего сгорания со ссылками на фиг. 1-4, где

на фиг. 1 показана общая схема устройства для испытаний двигателя внутреннего сгорания;

на фиг. 2 показана схема системы измерения расхода топлива;

на фиг. 3 показано поперечное сечение демпфирующей емкости с проницаемой перегородкой;

на фиг. 4 показана компенсационная емкость с датчиком уровня.

Устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания содержит испытуемый двигатель 1, средство 2 сбора и обработки данных, подключенное к датчикам 3 режима работы испытуемого двигателя 1, командный блок 4, подключенный к органам 5 управления работой испытуемого двигателя 1, и систему 6 измерения расхода топлива в испытуемом двигателе 1 (фиг. 1). Система 6 измерения расхода топлива состоит из расходного топливного бака 7, подключенного к нему циркуляционного насоса 8, регулятора 9 давления топлива, связанного с напорной магистралью 10 циркуляционного насоса 8, и деаэратора с сепарирующим элементом 11 (фиг. 2).

Система 6 измерения расхода топлива подключена к напорному топливопроводу 12 испытуемого двигателя 1 трубопроводом 13, а к сливному топливопроводу 14 - трубопроводом 15. В напорной магистрали 10 циркуляционного насоса 8 последовательно установлены топливный фильтр 16, измеритель 17 расхода топлива, подключенный к средству 2 сбора и обработки данных, и компенсационная емкость 18 с датчиком уровня 19, сообщенная с трубопроводами 13 и 15 подключения системы 6 измерения к напорному и сливному топливопроводам 12 и 14 испытуемого двигателя 1 через управляемые клапаны 20 и 21.

В напорной магистрали 10 циркуляционного насоса 8 перед измерителем 17 расхода топлива установлена демпфирующая емкость 22, выполненная в виде герметичного бака 23 (фиг. 3) с каналом 24 подвода топлива и каналом 25 отвода топлива, расположенными в нижней части бака 23, а также с воздушной полостью 26, расположенной в его верхней части и подключенной к расходному топливному баку 7 через регулятор 9 давления. Сепарирующий элемент 11 деаэратора выполнен в виде проницаемой перегородки 27, расположенной в нижней части герметичного бака 23 между каналом 24 подвода топлива и каналом 25 отвода топлива.

Компенсационная емкость 18 выполнена в виде цилиндрического бака 28 (фиг. 4) с конической верхней крышкой 29 и воздушным колпаком 30, сообщенным со сливным трубопроводом 31 расходного топливного бака 7 через управляемый клапан 32, подключенный к командному блоку 4, причем датчик уровня 19 размещен в воздушном колпаке 30 и подключен к средству сбора и обработки данных 2.

На входе и выходе измерителя 17 расхода топлива установлены ручные краны 33, обеспечивающие перекрытие напорной магистрали 10 для проведения калибровки или оперативной замены измерителя 17 расхода топлива без слива топлива из системы 6 измерения расхода топлива. Параллельно регулятору 9 давления топлива установлен ручной кран 34, предназначенный для сброса давления в демпфирующей емкости 22, в которой установлены датчик температуры 35 и давления 36. В компенсационной емкости 18 также установлены датчик температуры 37 и датчик давления 38.

Перед проведением испытания двигателя 1 внутреннего сгорания осуществляется заправка топлива в расходный топливный бак 7, уровень которого контролируется датчиком 39 уровня топлива, используемым для отслеживания количества оставшегося топлива во время испытаний. После подключения системы 6 измерения расхода топлива к напорному топливопроводу 12 и сливному топливопроводу 14 необходимо включить циркуляционный насос 8 и дождаться заполнения до рабочего объема демпфирующей емкости 22, после чего выставить в системе 6 заданную величину давления топлива. Регулировка давления топлива, подаваемого в двигатель 1, производится настройкой регулятора 9 давления. Также управление напряжением питания циркуляционного насоса 8 позволяет регулировать давление топлива непосредственно во время испытания.

Когда в системе 6 будет установлен необходимый уровень давления можно приступать к заполнению компенсационной емкости 18. Для этого необходимо открыть управляемый клапан 32 для стравливания лишнего воздуха до тех пор, пока датчик 19 уровня не передаст сигнал о достижении рабочего уровня топлива. После этого необходимо включить систему топливоподачи двигателя внутреннего сгорания и дать ей выйти на номинальный режим работы, после чего в компенсационную емкость 18 неизбежно попадет воздух. Для его удаления необходимо будет повторить процедуру по заполнению компенсационной емкости 18, при этом пока открыт управляемый клапан 32 измерение расхода топлива не осуществляется.

После удаления лишнего воздуха система 6 измерения расхода топлива готова к проведению испытаний двигателя 1. Испытания проводятся по программе испытаний, в которой отражается перечень регистрируемых параметров двигателя 1 датчиками 3 режима работы, а также описаны характерные режимы работы двигателя 1, на которых выполняются измерения. Отображение и регистрация измеренной величины расхода топлива во время испытаний может быть, как мгновенной (с частотой 1-10 Гц), так и осредненной на установившемся режиме работы двигателя, причем осреднение мгновенного значения за n циклов измерений позволяет повысить точность измерений.

Сигнал с измерителя 17 расхода топлива в цифровом или аналоговом виде передается на средство 2 сбора и обработки данных, где обрабатывается и сопоставляется с данными от датчиков 3 режима работы двигателя.

Система 6 предусматривает возможность установки большинства видов известных проточных измерителей расхода топлива (расходомеров). Они, как правило, делятся на расходомеры объемного или массового типа. При использовании расходомера массового типа (метод Кориолиса) дополнительной обработки полученных данных не требуется, т.к. выдаваемые расходомером данные соответствуют массовому расходу топлива. В случае использования расходомера объемного типа благодаря применению датчиков температуры 35 и 37, а также датчиков давления 36 и 38 имеется возможность определения плотности проходящего через расходомер топлива и расчета массового расхода топлива. Все вычисления выполняются в средстве 2 сбора и обработки данных.

Наличие или отсутствие в двигателе 1 внутреннего сгорания собственного топливного насоса непринципиально для описываемой системы 6 измерения расхода топлива, которая может быть подключена к испытуемому двигателю 1 без вмешательства в штатную компоновку системы топливоподачи испытуемого двигателя 1 и обеспечить его работу в штатном режиме вне зависимости от типа двигателя.

Наличие управляемых клапанов 20 и 21 в случае нештатной ситуации обеспечивает возможность оперативного отключения подачи топлива в двигатель 1 внутреннего сгорания с помощью органа 5 управления его работой. Наличие демпфирующей емкости 22 с сепарирующим элементом 11 деаэратора позволяет избавиться от пузырьков газа в случае использования циркуляционного насоса 8 центробежного типа, либо от пульсаций давления топлива в канале 25 отвода топлива, в которой установлен измеритель 17 расхода топлива, в случае использования циркуляционного насоса 8 плунжерного типа.

Таким образом, техническое решение позволяет обеспечить повышение точности и достоверности результатов измерения расхода топлива при проведении испытаний и исследований двигателей внутреннего сгорания любого типа, расширяет функциональные возможности устройства для испытаний.

Изобретение относится к области измерительной техники для определения расхода топлива в двигателе внутреннего сгорания. Устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания содержит средство 2 сбора и обработки данных, подключенное к датчикам 3 режима работы испытуемого двигателя, командный блок 4, подключенный к органам 5 управления работой двигателя, и систему 6 измерения расхода топлива в испытуемом двигателе 1, имеющую расходный топливный бак 7, подключенный к нему циркуляционный насос 8, регулятор давления топлива 9, деаэратор с сепарирующим элементом 11 и трубопроводы подключения системы измерения к напорному 12 и сливному 14 топливопроводам испытуемого двигателя. В напорной магистрали 10 циркуляционного насоса 8 последовательно установлены топливный фильтр 16, измеритель расхода топлива 17, подключенный к средству 2 сбора и обработки данных, и компенсационная емкость 18 с датчиком уровня 19, сообщенная с трубопроводами 13 и 15 испытуемого двигателя через управляемые клапаны 20, 21. Устройство дополнительно снабжено демпфирующей емкостью 22, выполненной в виде герметичного бака с каналами подвода 24 и отвода топлива 25 и воздушной полостью, расположенной в его верхней части и подключенной к расходному топливному баку 7 через регулятор давления 9. Сепарирующий элемент 11 деаэратора выполнен в виде проницаемой перегородки, расположенной в нижней части герметичного бака между каналами подвода и отвода топлива. Компенсационная емкость 18 выполнена в виде цилиндрического бака с конической верхней крышкой и воздушным колпаком, сообщенным со сливным трубопроводом 31 расходного топливного бака через управляемый клапан 32, подключенный к командному блоку 4, причем датчик уровня 19 размещен в воздушном колпаке и подключен к средству 2 сбора и обработки данных. Технический результат - повышение точности и достоверности результатов измерения расхода топлива при расширении функциональных возможностей устройства. 4 ил.

Устройство для испытаний двигателей внутреннего сгорания, содержащее средство сбора и обработки данных, подключенное к датчикам режима работы испытуемого двигателя, командный блок, подключенный к органам управления работой двигателя, и систему измерения расхода топлива в испытуемом двигателе, имеющую расходный топливный бак, подключенный к нему циркуляционный насос, регулятор давления топлива, связанный с напорной магистралью циркуляционного насоса, деаэратор с сепарирующим элементом и трубопроводы подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя, причем в напорной магистрали циркуляционного насоса последовательно установлены топливный фильтр, измеритель расхода топлива, подключенный к средству сбора и обработки данных, и компенсационная емкость с датчиком уровня, сообщенная с трубопроводами подключения системы измерения к напорному и сливному топливопроводам испытуемого двигателя через управляемые клапаны, отличающееся тем, что устройство снабжено демпфирующей емкостью, установленной в напорной магистрали циркуляционного насоса перед измерителем расхода топлива и выполненной в виде герметичного бака с каналами подвода и отвода топлива, расположенными в нижней части бака, и воздушной полостью, расположенной в его верхней части и подключенной к расходному топливному баку через регулятор давления, сепарирующий элемент деаэратора выполнен в виде проницаемой перегородки, расположенной в нижней части герметичного бака между каналами подвода и отвода топлива, а компенсационная емкость выполнена в виде цилиндрического бака с конической верхней крышкой и воздушным колпаком, сообщенным со сливным трубопроводом расходного топливного бака через управляемый клапан, подключенный к командному блоку, а датчик уровня размещен в воздушном колпаке и подключен к средству сбора и обработки данных.