СИСТЕМА УЧЕТА РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться для измерения, учета и контроля расхода топлива двигателем внутреннего сгорания транспортного средства в процессе эксплуатации и мониторинга его состояния.
Известно устройство для измерения расхода топлива в двигателе внутреннего сгорания, применяемое при проведении эксплуатационных и реостатных испытаний тепловозов [Авторское свидетельство SU, №1242744, G01M 15/00, опубл. 07.07.1986 г. авт. Мягких О.В. и д.р.]. Недостатком данного устройства является наличие одного первичного преобразователя потока, из-за чего требуется при установке устройства переделка топливной системы из проточной в тупиковую, отсутствие возможности компьютерного сбора данных по расходу, незащищенности получаемых данных из-за свободного доступа к ним.
Известна система учета расхода топлива двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащая два первичных преобразователя расхода, два термометра, размещенных на нагнетательном и сливном трубопроводах топлива, вычислитель, состоящий из микроконтроллера, панели индикации, архива, электронных часов реального времени, порта, два формирователя импульсов, соединенных с преобразователями расхода и вычислителем, блока питания, связанный с вычислителем, устройство стабилизации потока топлива, установленного в нагнетательном и сливном трубопроводах, устройством считывания, подключаемым к порту для вывода всего объема информации из архива и ввода значений объема и плотности заправленного топлива. Указанная система обеспечивает возможность измерения и контроля расхода топлива транспортным средством в координатах времени, с выводом информации на панель индикации, компьютерный сбор и обработку данных по расходу, защищенность получаемых данных. [Полезная модель RU, №24555, G01F 9/00, 1/10, опубл. 10.08.2002 г., авт. Охотин А.А.]
Данная система выбирается авторами в качестве прототипа.
Недостатками известной системы учета расхода топлива двигателя внутреннего сгорания транспортного средства является отсутствие измерения уровня топлива в процессе эксплуатации и расчет его остатка в топливном баке, недостаточный контроль расхода топлива в координатах местоположения транспортного средства, отсутствие фиксации несанкционированного отбора и потери топлива, контроля режимных параметров работы двигателя и транспортного средства в целом, отсутствие учета метеоусловий окружающей среды, отсутствие возможности компьютерного удаленного сбора данных по расходу топлива.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и оптимизация оперативного контроля расхода топлива за счет учета расхода воздуха через двигатель, частоты вращения коленчатого вала, скорости движения, географических координат и метеоусловий окружающей среды в реальном масштабе времени работы транспортного средства, визуальное отображение запаса топлива в топливном баке, а также возможность компьютерного удаленного сбора данных по расходу.
Технический результат достигается тем, что в систему, содержащую два первичных преобразователя расхода, два термометра, размещенных на нагнетательном и сливном трубопроводах топлива, блок вычислителя, состоящий из микроконтроллера, панели индикации, блока памяти, электронных часов реального времени и порта ввода/вывода информации, два формирователя импульсов, соединенных с первичными преобразователями расхода и блоком вычислителя, блок автономного питания, подключенный к блоку вычислителя, устройство стабилизации потока топлива, установленное в нагнетательном и сливном трубопроводах, устройство считывания, подключаемое к порту для вывода всего объема информации из блока памяти и ввода значений объема и плотности заправленного топлива, дополнительно введены датчик скорости транспортного средства, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчик уровня топлива, датчик расхода воздуха через двигатель транспортного средства, датчики давления и температуры окружающего воздуха, которые подключены через усилитель и аналогово-цифровой преобразователь к микроконтроллеру блока вычисления, причем к микроконтроллеру также дополнительно подключены блок расчета запаса топлива, CDMA - модем и приемник ГЛОНАСС/GPS - сигналов, при этом микроконтроллер запрограммирован с возможностью накопления статистики измерений уровня топлива в баке транспортного средства, расхода топлива и воздуха двигателем, температуры и давления окружающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала двигателя, регистрации пуска двигателя, движения транспортного средства, слива/заправки топлива с привязкой к географическим координатам местности, полученных приемником ГЛОНАСС/GPS - сигналов, а также приема через CDMA - модем кода электронного адреса компьютера АСУ предприятия и передачи по указанному адресу кодированной информации в режиме реального времени из блока памяти блока вычислителя.
Дополнительное введение новых элементов обеспечивает не только сохранение и отображение визуальной информации на панели индикации, но и возможность непосредственного (через устройство для считывания), а также дистанционного (через CDMA - модем) считывания и отображения на внешнем устройстве информации о расходе топлива, режимах работы транспортного средства и таких параметрах как слив/заправка топлива с регистрацией местоположения транспортного средства в координатах реального масштаба времени и, соответственно, передачи данных в АСУ предприятия для оперативного контроля, архивирования и дополнительного анализа, чем обеспечивается расширение функциональных возможностей и оптимизация оперативного контроля расхода топлива за счет учета уровня топлива в топливном баке, расхода воздуха через двигатель, географических координат и метеоусловий окружающей среды в реальном масштабе времени работы транспортного средства, а также визуальное отображение запаса топлива в топливном баке.
На фиг.1 представлена принципиальная схема системы учета расхода топлива двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Система состоит (фиг.1) из нагнетательного трубопровода 1, первого устройства стабилизации потока 2 первого термометра 3, первого первичного преобразователя расхода 4, двигателя внутреннего сгорания 5, второго устройства стабилизации потока 6, второго первичного преобразователя расхода 7, второго термометра 8, сливного трубопровода 9, первого формирователя импульсов 10, устройства считывания 11, CDMA - модема 12, электронных часов реального времени 13, блока памяти 14, панели индикации 15, микроконтроллера 16, порта ввода/вывода информации 17, блока вычислителя 18, второго формирователя импульсов 19, блока питания 20, приемника ГЛОНАСС/GPS - сигналов 21, блока расчета запаса топлива 22, аналогово-цифрового преобразователя 23, усилителя 24, датчика скорости транспортного средства 25, датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя 26, датчика уровня топлива 27, датчика расхода воздуха через двигатель 28, датчика давления окружающего воздуха 29 и датчика температуры окружающего воздуха 30.
Первичные преобразователи расхода 4 и 7, термометры 3 и 8 размещены на нагнетательном 1 и сливном 9 трубопроводах топлива, блок вычислителя 18 состоит из микроконтроллера 16, панели индикации 15, блока памяти 14, электронных часов реального времени 13 и порта ввода/вывода информации 17. Формирователи импульсов 10 и 19 соединены с первичными преобразователями расхода 4 и 7 и соответствующими входами блока вычислителя 18. Выход блока автономного питания 20 подключен к входу блока вычислителя 18. Устройства стабилизации потока топлива 2 и 6, установлены в нагнетательном и сливном трубопроводах. Устройство считывания 11 подключено к порту 17 для вывода всего объема информации из блока памяти 14 и ввода значений объема и плотности заправленного топлива. Датчик скорости транспортного средства 25, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя 25, датчик уровня топлива 26, датчик расхода воздуха через двигатель транспортного средства 27, датчики давления 29 и температуры 30 окружающего воздуха подключены через усилитель 24 и аналогово-цифровой преобразователь 23 к входам микроконтроллера 16 блока вычислителя 18, так же к входу микроконтроллера 16 подключен приемник ГЛОНАСС/GPS - сигналов 21, а к входам/выходам микроконтроллера 16 подключены блок расчета запаса топлива 22 и CDMA - модем 12.
Система работает следующим образом:
При помощи двух первичных преобразователей 4 и 7 расхода турбинного типа, установленных на нагнетательном 1 и сливном 9 трубопроводах топлива, измеряют объемный расход топлива на входе в двигатель 5 внутреннего сгорания и на выходе из него. В топливных системах двигателей внутреннего сгорания транспортных средств равномерное протекание топлива отсутствует. Равномерное протекание топлива через первичные преобразователи 4 и 7 обеспечивает точное измерение топлива. Равномерное протекание топлива в системе обеспечивают установкой двух устройств 2 и 6 стабилизации потока. Электрические сигналы с преобразователей 4 и 7 расхода поступают в формирователи 10 и 19 импульсов, а оттуда в микроконтроллер 16 блоку вычислителя 18. Сюда же поступают сигналы с термометров 3 и 8, которые измеряют температуру топлива в местах измерения расхода, т.е. на входе и выходе из двигателя внутреннего сгорания. С помощью временно подключаемого к блоку вычислителя 18 устройства считывания 11 через порт 17 в микроконтроллер 16 вводят параметры плотности и объема заправленного в топливный бак топлива, производят первоначальную установку даты и времени часов 13 реального времени.
Вычисляют новые значения объема топлива в баке и новое значение плотности, с учетом находящегося в баке остатка топлива с помощью микроконтроллера 16, который подсчитывает число импульсов, поступающих с каждого формирователя 10 и 19 импульсов, формирующих сигналы с соответствующих первичных преобразователей расхода 4 и 7, по градуировочной зависимости, заложенной в память микроконтроллера 16, переводят число импульсов в объемный расход, приводят плотность топлива к плотности, соответствующей температуре топлива, измеренной в местах измерения расхода топлива, т.е. размещения первичных преобразователей расхода 4 и 7 и термометров 8, 3 по специальной зависимости, вычисляют массовый расход топлива на входе в двигатель внутреннего сгорания и на выходе из него, т.е. по каждому преобразователю расхода, вычисляют массовый расход топлива двигателя внутреннего сгорания как разность на входе в двигатель внутреннего сгорания и на выходе из него, определяют израсходованное топливо суммированием текущих значений массового расхода топлива двигателя внутреннего сгорания.
В рабочем состоянии система питается от аккумуляторной батареи транспортного средства, при отсоединении аккумуляторной батареи - работа системы проходит в режиме микропотребления от блока автономного питания 20. При работе системы контроля расхода топлива микроконтроллер 16, помимо определения расхода топлива, через аналогово-цифровой преобразователь 23 усилитель 24 производит сбор информации со следующих первичных преобразователей: датчика уровня топлива 27, датчика расхода воздуха через двигатель 28, датчика давления наружного воздуха 29, датчика температуры наружного воздуха 30. Микроконтроллер производит накопление статистики указанных замеров в масштабе реального времени фиксируемого электронными часами 13 блока вычислителя 18. При этом на панель индикации 15 выводится следующая информация: мгновенный расход топлива, средний расход топлива на 100 км пройденного пути, в случае стоянки транспортного средства на 1 час холостого хода, а также остаток топлива в топливном баке определяемый блоком расчета запаса топлива 22.
Одновременно приемником ГЛОНАСС/GPS - сигналов 21 производится прием навигационной информации, которая подается на микроконтроллер 16, где происходит обработка и привязка параметров снимаемой системой с первичных преобразователей информации с координатами местоположения транспортного средства.
После обработки полученных данных микроконтроллер производит сохранение информации в блоке памяти 14.
При приеме специального кодированного запроса от внешнего устройства (определяется программным обеспечением микроконтроллера), указанная информация считывается из блока памяти 14 блока вычислителя 18 и передается через CDMA - модем 12 на сервер внешнего устройства.
При возникновении любого из событий, например, "Пуск двигателя", "Начало движения", "Слив топлива" сигналы датчика частоты вращения двигателя 26, датчика скорости движения 25, датчика уровня топлива 27 поступают в блок вычислителя 18. Полученная блоком вычислителя 18 информация об указанных событиях обрабатывается специальным образом с привязкой к координатам местоположения транспортного средства в реальном масштабе времени.
Считывание информации из блока памяти 14 блока вычислителя 18 обеспечивается внешними компьютерными устройствами с разной степенью доступа (через устройство считывания 11 и порт 17 или через CDMA - модем 12).
Предлагаемая система позволяет снизить на 2,5% потери топлива, связанные с несанкционированными сливами, на 7% уменьшить «пережог» топлива транспортным средством в эксплуатации, позволяет накапливать статистику режимных параметров работы энергетической установки транспортного средства при конкретных условиях эксплуатации с привязкой к географии местности, позволяет оптимизировать режимы движения транспортного средства.