СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И РАСХОДА ТОПЛИВА ДЛЯ ТЕХНИКИ С ДВИГАТЕЛЯМИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и применяется на технике с двигателями внутреннего сгорания для увеличения ее производительности, сокращения расхода топлива и уменьшения износа.
Известен измерительный комплекс для выбора оптимального состава машинно-тракторного агрегата (МТА) и режимов его работы (патент РФ на полезную модель №123521), позволяющий на основании сигналов с датчиков оборотов колес, выполняющих также роль датчиков скорости, и показаний датчика расхода топлива выбирать оптимальный с точки зрения расхода топлива режим движения МТА. Недостатком указанного устройства является невозможность оценки режима работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), что может в процессе оптимизации расхода топлива приводить к перегрузке ДВС и, как следствие, его повышенному износу, либо к его недогрузке и, как следствие, к потере производительности МТА.
Задачей заявляемой полезной модели является выбор такого режима движения единицы техники, при котором расход топлива и производительность будут оптимальными, а ДВС будет работать в допустимом режиме.
Поставленная задача решается следующим образом. В систему, содержащую датчик расхода топлива, датчик скорости и блок регистрации и анализа, вводятся датчик оборотов двигателя и узел деления, предназначенный для вычисления отношения величины текущего расхода топлива к текущей скорости вращения коленчатого вала (КВ) ДВС:
где Q - текущий расход топлива, ω - текущая скорость вращения КВ, L - количество топлива, поступающее в цилиндры ДВС за фиксированное число оборотов КВ. Эта величина, по сути, характеризует величину нагрузки на ДВС (например, на дизельном двигателе она пропорциональна положению рейки топливного насоса высокого давления). В свою очередь, блок регистрации и анализа запрограммирован на сравнение полученной нагрузки на ДВС с вложенными в него минимальным и максимальным допустимыми значениями этой величины и выдачу водителю рекомендации по выбору оптимального режима работы ДВС и режима движения единицы техники.
Для упрощения процедуры установки системы на технику предлагается в качестве датчика оборотов двигателя использовать микрофон с интегрирующим и пороговым устройствами, преобразующими звук работы ДВС в импульсы, характеризующие скорость вращения КВ, и микроконтроллер, запрограммированный на преобразование этих импульсов в значение скорости вращения КВ.
Также в систему может быть введен датчик измерения обратного топлива и узел вычитания показаний датчика измерения обратного топлива из показаний датчика расхода топлива, что делает систему пригодной для установки на технику, ДВС которой имеет обратную магистраль для слива топлива в топливный бак.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства. На фиг.2 приведена функциональная схема датчика оборотов двигателя, основанная на использовании микрофона. На фиг.3 показана функциональная схема устройства при использовании датчика измерения обратного топлива и узла вычитания.
Устройство, приведенное на фиг.1, содержит датчик расхода топлива 1, датчик скорости 2, блок регистрации и анализа 3, датчик оборотов двигателя 4 и узел деления 5. Выход датчика расхода топлива 1 соединен с входом «Делимое» узла деления 5, выход датчика оборотов двигателя 4 соединен с входом «Делитель» узла деления 5, а выход узла деления 5, передающий информацию о текущей нагрузке на ДВС, соединен с блоком регистрации и анализа 3, запрограммированным на сравнение значения с выхода узла деления с заданными минимальным и максимальным допустимыми значениями.
Датчик оборотов двигателя, приведенный на фиг.2, содержит микрофон 6, интегрирующее устройство 7, пороговое устройство 8 и микроконтроллер 9, запрограммированный на расчет скорости вращения КВ по частоте поступающих импульсов и выдачи ее на выход 10.
Схема устройства, приведенная на фиг.3, помимо элементов, изображенных на фиг.1, содержит также датчик измерения обратного топлива 11 и узел вычитания 12, при этом выход датчика расхода топлива 1 соединен только с входом «Уменьшаемое» узла вычитания 12, выход датчика измерения обратного топлива 11 соединен с входом «Вычитаемое» узла вычитания 12, а выход узла вычитания 12 соединен с входом «Делимое» узла деления 5 и с блоком регистрации и анализа 3.
Функционирование предлагаемого устройства происходит следующим образом. При движении единицы техники датчик расхода топлива 1 измеряет текущий расход топлива, а датчик оборотов двигателя 4 измеряет текущую скорость вращения КВ. Эти величины поступают на узел деления 5, вычисляющий текущую нагрузку на ДВС. Сигналы с датчиков 1, 2 и 4, а также с узла деления 5 поступают на блок регистрации и анализа 3, который отображает их значения на дисплее, а также сравнивает текущую нагрузку на ДВС с вложенными в него минимальным и максимальным допустимыми для данной единицы техники значениями этой величины и выдает водителю рекомендации по выбору оптимального режима работы ДВС (например, в виде сигналов «Недогрузка», «Перегрузка» и «Норма») и режима движения единицы техники.
Функционирование схемы, изображенной на фиг.2, происходит следующим образом. Во время работы ДВС микрофон 6 регистрирует звуки вспышек при сгорании топлива в цилиндрах, выходящие через выхлопную трубу или стенки ДВС. Интегрирующее устройство 7 преобразует эти звуки в огибающую по положительной стороне, в результате чего частота сигнала на его выходе будет равна частоте вспышек топлива в цилиндрах (одной вспышке соответствует один период его выходной частоты). Пороговое устройство 8 преобразует полученный сигнал в цифровые импульсы путем сравнения с порогом с учетом гистерезиса. При этом порог формируется этим же устройством как середина амплитуды нескольких последних импульсов и динамически изменяется вместе с изменением их амплитуды (по сути, изменения громкости звука). Полученные цифровые импульсы поступают на микроконтроллер 9, измеряющий их период, рассчитывающий по нему частоту вращения КВ и выдающий ее на выход 10.
Дополнительной функцией микроконтроллера 9 может являться анализ непрерывности поступления импульсов и выдача водителю сигнала о неисправности ДВС (отсутствии вспышек в одном или нескольких цилиндрах).
Функционирование устройства, изображенного на фиг.3, происходит следующим образом. Датчик расхода топлива 1 измеряет текущий расход топлива, а датчик измерения обратного топлива 11 измеряет текущий отток топлива, возвращаемый по обратной магистрали для слива топлива в топливный бак. Значения, полученные датчиками 1 и 11, поступают на узел вычитания 12, который рассчитывает их разницу. Эта разница принимается за текущий расход топлива ДВС и поступает на узел деления 5 и в блок регистрации и анализа 3. В остальном функционирование устройства происходит аналогично функционированию устройства, изображенного на фиг.1.
Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в возможности контроля режима работы ДВС и возможности оптимизации расхода топлива и производительности единицы техники без внесения в ДВС конструктивных или иных изменений, что существенно упрощает и удешевляет процедуру установки системы на единицу техники.