СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ГАЗОБАЛЛОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УЧЕТА РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, РАБОТАЮЩЕГО НА ГАЗОВОМ ИЛИ ГАЗОВОМ И ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ Российский патент 2023 года по МПК F02D19/02 F02D45/00 

Изобретение относится к области транспорта, а именно к способам работы систем, позволяющих осуществлять мониторинг движения транспортного средства, а также учитывать расход и другие параметры газообразного (далее - ГМТ) и жидкого топлива (далее - ЖМТ) в любой момент времени.

В настоящее время широкое распространение получили системы мониторинга и учета контроля расхода топлива, которые позволяют отследить перемещение транспортного средства (далее - ТС), в том числе в режиме онлайн, определить время и место остановок и заправок, отследить изменение количества топлива в топливом баке с целью определения моментов, когда топливо могло быть слито. Такие системы способны обрабатывать информацию от различных датчиков, установленных на ТС, для получения максимально полной информации о его работе для своевременной реакции водителя и диспетчера на возникновение внештатных ситуаций и обеспечения безопасности движения.

Например, известен способ работы системы мониторинга и контроля расхода топлива (https://wialon.ru/, опубликовано 08.10.2012 г., просмотрено 25.05.2022 г.), который заключается в том, что на ТС устанавливают ГЛОНАСС-трекер, к которому подключают датчики, данные с которых передают на ГЛОНАСС-трекер, GSM канал и сервер. В данном случае используют программный комплекс Wialon, который обрабатывает полученные данные и передает их на рабочее место диспетчера или выводит на любое другое устройство пользователя.

Рассмотренный способ работы системы мониторинга может быть применим на ТС, работающем на ЖМТ. Датчик уровня топлива позволяет определить количество топлива, которое осталось в топливном баке и вывести эти данные на пульт мониторинга диспетчера. Однако для ТС, использующих в качестве топлива сжатый или сжиженный природный газ, система мониторинга, реализующая рассмотренный способ, использована быть не может, так как при такой установке внешнего датчика уровня топлива на газобаллонное оборудование (далее - ГБО) точность определения газа, оставшегося внутри ГБО, остается крайне низкой. Об этом, например, упоминается на сайте http://control-sk.ru/infotsentr/blog/sistemy-kontrolya-glonass/121-kontrol-urovnya-i-raskhoda-topliva-sovremennye-resheniya, (опубликовано 06.07.2016 г., просмотрено 25.05.2022 г.) Кроме того, такая система не предполагает учет расходуемого топлива, что приводит к недостаточному количеству информации для полноценного анализа работы ТС. При этом способ работы системы мониторинга не предполагает контроль качества выхлопных газов и получение информации о составе продуктов сгорания.

Известен способ работы системы мониторинга и учета природного газа ТС (патент РФ №2736454, опубликовано 17.11.2020 г.), принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, который заключается в том, что с помощью GPS/ГЛОНАСС-трекера передают на сервер программы мониторинга всю собранную информацию с системы мониторинга ГБО, со счетчика газа, с подключенных датчиков и модулей, такую как параметры включенного/выключенного зажигания, оборотов двигателя, датчиков нагрузки на ось, датчиков исполнительных механизмов, датчиков уровня жидкого топлива и любых других подключенных модулей и механизмов для онлайн-мониторинга и фиксации всей информации, касающейся работы ТС, при этом между редуктором газа и баллоном ГБО устанавливают счетчик газа для снятия параметров расхода газа и передачи на GPS/ГЛОНАСС-трекер.

Такой способ работы системы мониторинга позволяет осуществлять мониторинг параметров движения ТС, а также учитывать нормы расхода жидкого топлива и природного газа, осуществлять онлайн-мониторинг ГБО, работающего на сжатом природном газе, на предмет осуществления его безопасной эксплуатации.

Однако система мониторинга, реализующая рассмотренный способ работы, как и в предыдущем случае, не предполагает контроль качества выхлопных газов и получение информации о составе продуктов сгорания. Таким образом, предоставляемые данные о работе ТС и его систем являются недостаточно полными и точными.

Технической проблемой настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих аналогам, и получение способа работы системы мониторинга и учета расхода топлива ТС, который позволяет повысить эффективность использования такой системы, получить более полную информацию о работе оборудования различного типа, установленного на ТС, и повысить безопасность движения ТС, оборудованного ГБО.

Техническим результатом изобретения является повышение точности представления данных о работе ТС, его двигателя, системы ГБО и других вспомогательных систем за счет:

- обеспечения учета расхода газообразного и жидкого топлива;

- снижения влияния человеческого фактора при эксплуатации ГБО с использованием различного типа газа: компримированного природного газа (далее - КПГ), сжиженного природного газа (далее - СПГ) и сжиженного углеводородного газа (далее - СУГ);

- предотвращения преждевременного выхода из строя двигателей внутреннего сгорания путем получения данных от датчиков и передачи данных на сервер обработки посредством подключения GPS/ГЛОНАСС-трекера.

Технический результат достигается при использовании способа работы системы мониторинга параметров газобаллонного оборудования и учета расхода топлива двигателя транспортного средства, работающего на газовом или газовом и жидком топливе, заключающегося в том, что:

- проводят замер давления, температуры и уровня газа в баллонах газобаллонного оборудования, а также мониторинг геометрии и положения в любой момент времени баллона газобаллонного оборудования, мониторинг состояния запорной аппаратуры газобаллонного оборудования и загрязнений баллонов газобаллонного оборудования, после чего полученную информацию хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ;

- проводят мониторинг показаний с приборов измерения расхода топлива, в том числе природного газа, после чего полученную информацию хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ;

- получают, хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ информации о качестве выхлопных газов, а именно о составе продуктов сгорания, определяющих состав горючей смеси;

- используют программное обеспечение для реализации процессов сбора, хранения, обработки и анализа информации;

- на основе указанного анализа, получают информацию о состоянии газобаллонного оборудования и расходе топлива двигателя транспортного средства.

Такой перечень проводимых операций заявляемого способа позволяет учесть изменения во всех наиболее важных параметрах ТС, что обеспечивает водителя и диспетчера полноценной точной информацией о состоянии ТС в любой момент времени для принятия своевременного решения.

В состав системы, реализующей заявляемый способ, входят:

- GPS/ГЛОНАСС-трекер;

- счетчик газа (на основе датчика давления);.

- система подключения GPS/ГЛОНАСС-трекера к ГБО;

- адаптер (модулятор) сигналов;

- система мониторинга параметров газобаллонного оборудования СМП ГБО;

- программное обеспечение для мониторинга транспорта;

- различные датчики как средства инструментального контроля за работой ТС, его отдельных узлов и агрегатов, системой ГБО и состоянием его отдельных частей:

- широкополосный зонд и опросный модуль;

- штатные датчики и устройства ГБО (ультразвуковой, термоанемометрирический, термальномассовый, струйноакустический, емкостные, комбинированные датчики измерения давления, турбинные и механические датчики, Кориолисовы расходомеры штатные датчики измерения заправки и расхода газа);

- привнесенные датчики и устройства с измененным или расширенным диапазоном применения.

Перечень используемого оборудования может быть дополнен или изменен при необходимости.

GPS/ГЛОНАСС-трекер используется для передачи полученной информации от средств инструментального контроля на сервер обработки данных по специальным протоколам передачи данных путем прямого или косвенного (через устройства-посредники) подключения к ГБО, а также непосредственную интеграцию модуля телематических и телеметрических данных в модуль электронного блока управления ГБО.

Может быть использован GPS/ГЛОНАСС-трекер разных производителей и разных марок, с открытыми и закрытыми протоколами передачи данных EGTS, NDPT, MBIK.

Счетчик газа предназначен для измерения и непрерывного преобразования значения измеряемого параметра: абсолютного давления, избыточного давления, разности давлений, давления разрежения, гидростатического давления и параметров, определяемых по разности давлений (расхода, уровня, плотности, оставшийся объем газа в баллонах и оставшееся время работы на газу) в унифицированные выходные сигналы постоянного тока, напряжения постоянного тока и/или в цифровые сигналы в стандартах протокола MBIK, MODBAS, HART, CAN, LLS с интерфейсом RS-232 TTL или RS-485.

Может быть использован счетчик газа АТС 478 производства ООО «ЭРА ГЛОНАСС».

Измеряемой средой для счетчика газа является газ, пар, жидкость, компримированный и сжиженный газ (метан, пропан, водород). Счетчик газа может располагаться за баллонами ГБО путем размещения на ТС и соединения с магистралью баллонов или запорной арматуры, которые участвуют в общей схеме заправке и расхода. Также он может быть расположен на отдельной арматуре.

Счетчики газа других производителей могут быть расположены в промежутке между газовыми форсунками-клапанами и редуктором ГБО на трубопроводе с низким давлением путем врезки.

На ТС, работающих на СПГ, КПГ и СУГ, счетчики газа могут располагаться на входе заправочной магистрали и при этом измерять заправку, расход, температуру, вес, коэффициент сжимаемости и давления. Также счетчики газа могут измерять предельно высокое давление, предельно низкое давление, разницу между этими давлениями, температуру.

Для ТС, работающих на КПГ, СПГ и СУГ, при наличии нескольких точек заправки могут использоваться несколько счетчиков газа.

Система подключения GPS/ГЛОНАСС-трекера к ГБО может быть реализована следующим образом:

- через GPS/ГЛОНАСС-трекер, подключенный к CAN шине ТС, куда электронный блок управления ГБО отдает данные;

- с самого электронного блока управления ГБО через прямое подключение, через переходную шину или по каналам беспроводной связи WI-FI и BLUETOOTH.

Приемная часть GPS/ГЛОНАСС-трекера при работе с ГБО используется для получения и перевода полученных данных от электронного блока управления ГБО, счетчиков газа, системы СМП ГБО, широкополосного зонда, штатных датчиков ГБ и привнесенных датчиков с расширенным диапазоном применения из одного формата в другой формат, который передается через GPS/ГЛОНАСС-трекер на сервер приема и обработки данных.

Адаптер (модулятор) сигналов - это отдельный блок, предназначенный для передачи данных с ГБО от GPS/ГЛОНАСС-трекеров сторонних производителей. Он позволяет переводить полученные данные от электронного бока управления ГБО, счетчиков газа, системы СМП ГБО, широкополосного зонда, штатных датчиков ГБО и привнесенных датчиков с расширенным диапазоном применения из одного формата в другой формат, который передается на GPS/ГЛОНАСС-трекеры сторонних производителей в формате LLS, CAN, MBIK. с целью передачи этих данных на ГЛОНАСС и программное обеспечение мониторинга ТС.

Система СМП ГБО позволяет снимать показания работы электроклапанов, расположенных на редукторе и запорной арматуре ГБО с целью передачи полученных данных через GPS/ГЛОНАСС-трекер или адаптер в программу мониторинга для анализа работы устройств и удаленного управления ими.

Снятие показаний производится через непосредственное подключение к ним посредством переходной шины или посредством подключения бесконтактных датчиков, считывающих проходящие импульсы, а также через подключение к электронному блоку управления ГБО.

В качестве системы мониторинга параметров движения транспорта и работы бортового оборудования, включающей мониторинг ГБО, используется система МБИК 3030.

Система мониторинга МБИК 3030 параметров движения транспорта и работы бортового оборудования, включающая мониторинг ГБО, предназначена для онлайн-мониторинга параметров работы ГБО на предмет изменений состояния баллона со сжатым газом, а также окружающей среды вокруг баллона с целью мониторинга и своевременного обнаружения критических изменений (геометрических форм, температуры, вибрации, наличие утечек газа и др. вредных факторов), влияющих на состояние баллона, находящегося под избыточным давлением. Данная информация автоматически поступает к водителю ТС и в диспетчерский пункт и уведомляет всех заинтересованных лиц о неисправности конкретного баллона на конкретном транспортном средстве. При этом система мониторинга ГБО МБИК 3030 также выдает предупреждение о наступлении критических изменений персоналу автогазонаполнительных станций, водителю, персоналу, находящемуся рядом с баллоном. В систему мониторинга ГБО включены режимы ручного и автоматического сброса давления газа с помощью исполнительных механизмов для предотвращения разгерметизации баллона.

Широкополосный зонд и опросный модуль используются для снятия показаний о выхлопных газах из трубопровода отведения, коллектора или выхлопной трубы. Служат для определения текущих параметрах работы двигателя, выходящих выхлопных газов с целью идентификации наличия «рабочего коридора» работы двигателя и отсутствия обогащенной или объединенной горючей смеси, для предотвращения выхода из строя деталей двигателя.

Также целью снятия показаний является измерение остаточных газов от использования двух видов топлива одновременно или по очередности с целью определения реального процента замещения в битопливном режиме (ЖМТ на ГМТ), а также реального расхода газа в монотопливном режиме с последующей передачей данных через GPS/ГЛОНАСС-трекер или адаптер в программу мониторинга.

Устанавливаются указанные устройства путем врезки в коллектор или выхлопную трубу, а также путем подключения к штатному зонду и датчику температуры, датчику массового расхода воздуха, датчику оборотов двигателя, датчика моточасов, датчику температуры охлаждающей жидкости.

В качестве штатного датчика ГБО может использоваться датчик температуры, в качестве штатного устройства ГБО - манометр.

Так же параметры работы датчиков могут сниматься непосредственно с электронного блока управления ГБО.

Температура измеряемой среды может сниматься непосредственно со среды путем погружения датчика температуры в измеряемую среду, а также путем снятия температуры через размещение на трубопроводе путем врезки или непосредственного размещения датчика температуры на поверхности трубопровода путем размещения датчика температуры на баллоне ГБО, на вентиле баллона ГБО, с обратной стороны баллона ГБО, на редукторе и после него. Датчик температуры размещается с целью передачи данных через GPS/ГЛОНАСС-трекер или адаптер в программу мониторинга.

Текущее давление может сниматься со штатного манометра ГБО путем непосредственного подключения к манометру, путем установки переходной шины или через подключение к индикатору показателя уровня топлива (датчик уровня газа в салоне), а также через подключение к электронному блоку управления ГБО с целью передачи полученных данных о заправках, расходе и утечках газа через GPS/ГЛОНАСС-трекер или адаптер в программу мониторинга.

Для определения наличия грязи и конденсата в баллонах ГБО с компримированным газом в ходе эксплуатации могут использоваться ультразвуковые датчики, которые показывают уровень отложений и их наличия. Данные, полученные с ультразвукового датчика, передаются на GPS/ГЛОНАСС-трекер с целью передачи данных на сервер обработки.

В систему мониторинга, реализующую заявляемый способ, могут быть привнесены различные датчики. Например, такие как:

- датчик давления и температуры редуктора Ловато;

- датчик температуры редуктора OMVL CPR;

- датчик температуры редуктора BRC;

- датчик температуры редуктора Bigas и другие.

Их подключение производится с целью передачи полученных данных через GPS/ГЛОНАСС-трекер или адаптер в программу мониторинга.

Дополнительно к системе мониторинга может подключаться система пожаротушения. Она может участвовать является промежуточным звеном для работы систем пожаротушения на легковых, грузовых, пассажирских, железнодорожных, авиатехники и спецтехники, на водном транспорте, путем прямого или косвенного подключения к ним, а также передачи данных о параметрах работы этих систем в программу мониторинга через GPS/ГЛОНАСС-трекер.

Данная система может участвовать и является промежуточным звеном в системах автоинформирования водителей о состоянии ГБО, систем эвакуации пассажиров, а также осуществлять информирование водителя о наличии начала и окончания заправки газом, о текущем состоянии газа в баллонах ГБО, о текущем остатке газа в баллонах ГБО, времени работы на оставшемся газу, текущем давлении, а также критических параметрах работы ТС, утечке, опасности и критическом давлении в баллонах ГБО, неправильной работе двигателя и т.д.

Программным обеспечением, обеспечивающим сбор, хранение и обработку данных мониторинга, является программа АС - 1.0, 2.0 СЕРВИС ЭРА-ГЛОНАСС или любая другая программа мониторинга транспорта. Программа предназначена для сбора и обработки данных средств инструментального контроля системы мониторинга (http://eraglonass.ru/viberite-glonas-service/, опубликовано 25.09.2020 г., просмотрено 25.05.2022 г.).

Способ работы системы мониторинга реализуется следующим образом.

ТС начинает движение. GPS/ГЛОНАСС-трекер фиксирует координаты перемещения ТС посредством приема сигнала со спутника GPS/ГЛОНАСС по GSM-модулю, передает на сервер программы мониторинга данные местоположения, а также всю собранную информацию с системы СМП ГБО, со счетчика газа, с подключенных датчиков и модулей, такую как параметры включенного/выключенного зажигания, оборотов двигателя, датчиков нагрузки на ось, датчиков исполнительных механизмов, датчиков уровня жидкого топлива, широкополосного зонда, свидетельствующего о работе двигателя, и любых других подключенных модулей и механизмов для онлайн-мониторинга и фиксации всей информации, касающейся работы ТС.

После запуска двигателя на монотопливных ТС при непосредственном движении газа в топливной магистрали счетчик газа начинает фиксировать проходящие через него параметры.

Битопливные ТС прогреваются на жидком топливе до рабочей температуры, которая предполагает дальнейшее использование газа (обычно 30 градусов), после чего происходит автоматическое открытие соленоидного клапана, который пускает по газопроводу природный газ (метан или пропан-бутан). Счетчик газа фиксирует проходящие через него параметры. При нагреве двигателя до примерно 95 градусов соленоидный клапан перекрывает подачу газа для того, чтобы опять начало работать жидкое топливо. Это делается для охлаждения двигателя. Также может быть включен режим переключения с газа на жидко-моторное топливо на высоких оборотах, при этом подача газа также осуществляться не будет. Также присутствует кнопка ручного переключения с ГМТ на ЖМТ и обратно.

Также может быть использован цикл Дизеля, когда используются два разных вида топлива ГМТ и ЖМТ одновременно, где ГМТ используется для замещения процента ЖМТ в цилиндре, например, 30% ЖМТ и 70% ГМТ. Такой режим является смешанным.

Счетчик газа передает информацию на GPS/ГЛОНАСС-трекер и далее - на сервер.

Система СПМ ГБО ведет постоянный учет параметров работы ГБО, в частности баллонов, без перерывов, онлайн, в автоматическом режиме посредством снятия параметров с датчика изменения геометрии баллона, датчика температуры окружающей среды, датчика дыма, датчика удара-переворота, датчика газа и платы исполнительных механизмов (опционально). Независимо от движения ТС система мониторинга ГБО следит за состоянием баллонов для передачи параметров остаточной деформации баллона персоналу, находящемуся рядом, в диспетчерский пункт в автоматическом режиме для извещения всех заинтересованных лиц о наступлении критических изменений в параметрах работы конкретного баллона на конкретном ТС, а также извещения водителя о критических изменениях для ручного сброса газа либо сброса в автоматическом режиме.

Замер давления, температуры и уровня газа во всех баллонах ГБО с заданным объемом является необходимой операцией заявляемого способа для получения таких значений работы ТС, как расход газа, его текущий остаток в баллоне или баллонах, а также оставшееся время работы двигателя ТС на газу. При этом счетчику газа задают объем, исходя из которого далее производят необходимые расчеты.

В постоянном режиме также отслеживается показания о выхлопных газах из трубопровода отведения, коллектора или выхлопной трубы, что в итоге позволяет фиксировать изменения в составе выхлопных газов.

Также стадия передачи собранной информации может иметь следующий вид.

Измерение давления и температуры газа производится в заданном объеме с выводом информации на информационные экраны, а также для передачи на сервер приема данных по средством приборов GPS/ГЛОНАСС/-трекер.

Измерения производятся для произведения технологических расчетов по специальным формулам.

В итоге, в технологических отчетах указывают:

- заправки газом - по повышению давления газа или уровню газа, изменению температуры за заданный период времени в заданном объеме;

- расход газа - по понижению давления и температуры за заданный период времени в заданном объеме;

- утечки газа - по понижению давления и температуры за заданный период времени в заданном объеме.

- превышение давления газа - по повышению и превышению рабочего заданного давления газа, изменению температуры за заданный период времени в заданном объеме;

- измерение и трансляцию данных о заданном давлении, температуре в заданной объеме для других устройств или систем в виде натуральных или пересчитанных данных.

На основании данных технологических отчетов формируются транспортные и экономические отчеты с применением полученных данных для проведения расчетов работы ТС во время выполнения технических заданий.

В итоге заявляемый способ, позволяет осуществлять:

- мониторинг движения транспортного средства;

- учитывать расход газообразного и жидкого топлива в любой момент времени;

- осуществлять безопасность транспорта и людей посредством мониторинга отдельных узлов и агрегатов транспорта, работающего на газу;

- предотвращать преждевременный выход из строя двигателей внутреннего сгорания, использующих для работы газ.

Системой, реализующей рассматриваемый способ, может быть оснащен любой вид транспорта: легковой, грузопассажирский, железнодорожный, водный, а также авиатранспорт и спецтехника.

Изобретение относится к области транспорта, а именно к способам работы систем, осуществляющих мониторинг движения транспортного средства (ТС) и учитывающих расход и другие параметры газообразного и жидкого топлива в любой момент времени. Технический результат - повышение точности представления данных о работе ТС, его двигателя, системы газобаллонного оборудования (ГО) и других вспомогательных систем. Предложен способ работы системы мониторинга параметров ГО и учета расхода топлива двигателя ТС, работающего на газовом или газовом и жидком топливе, заключающийся в том, что проводят замер давления, температуры и уровня газа в баллонах ГО, а также мониторинг геометрии и положения в любой момент времени баллона ГО, мониторинг состояния запорной аппаратуры ГО и загрязнений баллонов ГО, проводят мониторинг показаний с приборов измерения расхода топлива, в том числе природного газа, после чего полученную информацию хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ. Получают, хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ информации о качестве выхлопных газов, а именно о составе продуктов сгорания, определяющих состав горючей смеси. Используют программное обеспечение для реализации процессов сбора, хранения, обработки и анализа информации, на основе указанного анализа получают информацию о состоянии ГО и расходе топлива двигателя ТС.

Способ работы системы мониторинга параметров газобаллонного оборудования и учета расхода топлива двигателя транспортного средства, работающего на газовом или газовом и жидком топливе, заключающийся в том, что:

- проводят замер давления, температуры и уровня газа в баллонах газобаллонного оборудования, а также мониторинг геометрии и положения в любой момент времени баллона газобаллонного оборудования, мониторинг состояния запорной аппаратуры газобаллонного оборудования и загрязнений баллонов газобаллонного оборудования, после чего полученную информацию хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ;

- проводят мониторинг показаний с приборов измерения расхода топлива, в том числе природного газа, после чего полученную информацию хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ;

- получают, хранят, передают, обрабатывают и проводят анализ информации о качестве выхлопных газов, а именно о составе продуктов сгорания, определяющих состав горючей смеси;

- используют программное обеспечение для реализации процессов сбора, хранения, обработки и анализа информации;

- на основе указанного анализа получают информацию о состоянии газобаллонного оборудования и расходе топлива двигателя транспортного средства.