ПОРШНЕВОЙ РАСХОДОМЕР
PISTON FLOW METRE

Изобретение относится к контрольно-измерительным средствам для учета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания и может быть использовано в системе контроля и управления работой мобильных и стационарных энергосредств, в том числе и сельскохозяйственной техники.
Из литературы известны конструкции поршневых расходомеров [3], [4], [5]. Недостатками данных поршневых расходомеров являются повышенное сопротивление перемещению поршня по цилиндру за счет уплотнения сопряжения «цилиндр - поршень», «подклинивание» поршня в цилиндре при недостаточном качестве очистки топлива, за счет этого возрастает динамическая погрешность при измерении расхода топлива; недостаточно надежная система позиционирования поршня в крайних точках измерительной системы, а также система привода клапанов управления потоками топлива.
Известен универсальный объемный расходомер топлива [6]. Измерительные камеры расходомера разделены мембраной, что позволило умень-шить динамическую составляющую погрешности прибора. Но при этом при «старении» разделительной мембраны изменяется ее жесткость и как следствие неодинаковый прогиб при работе. Вследствие чего изменяются единичные объемы измерительных камер и возрастает погрешность при измерении.
Наиболее близким к заявляемому поршневому расходомеру является расходомер топлива, включающий элементы управления электромагнитными клапанами, элементы управления измерительного сигнала в виде поршневого первичного измерительного преобразователя, представляющего собой цилиндр, внутри которого расположена поршневая система, снабженная планкой с нанесенным на нее оптическим растором. В стенку цилиндрической внутренней полости первичного измерительного преобразователя жестко вмонтированы фотоэлементы устройства получения измерительного сигнала с двумя ветвями, представляющие собой электрическую лампочку и фоторезистор. Электромагнитные клапаны и фотоэлементы подключены к электронному блоку [1].
Недостатками известного устройства являются: с достигаемой относительной погрешностью может производиться измерение только суммарного расхода топлива, а при измерении текущих значений расхода топлива погрешность увеличивается в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания, т.к. на поршневой первичный измерительный преобразователь оказывает влияние пульсирующий характер движения топлива в трубопроводах [2]; расходомер имеет ограниченное применение, т.к. его конструкция не позволяет измерять расход малопрозрачных и непрозрачных жидкостей; производство и настройка данного прибора также затруднительна, т.к. некоторые его детали требуют высокой точности обработки.
Технический результат заключается в повышении точности измерения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения динамической составляющей погрешности измерения; повышении функциональных возможностей, заключающихся в повышении универсальности использования расходомера как для учета расхода топлива, так и других жидких сред, неагрессивных к материалам измерительной системы, за счет снижения требований к качеству и чистоте учитываемой жидкости.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом поршневом расходомере, содержащем прямоугольный корпус с технологическими и крепежными отверстиями, закрытыми с двух сторон крышками с датчиками по-ложения поршня, четыре электромагнитных клапана, поршень и измерительный цилиндр, а также подводящие и отводящие штуцеры.
Поршень изготавливается с оптимальным зазором для топливных систем ДВС, имеющих, как известно, пульсирующий характер движения топлива в трубопроводах, и между измерительным цилиндром и поршнем отсутствует уплотнение.
При этом утечек топлива через зазор в сопряжении «цилиндр - поршень» из одной измерительной камеры в другую удается избежать ввиду того, что поршень имеет такой же удельный вес, как и вытесняемый им объем жидкости. При этом сила тяжести поршня уравновешивается архимедовой силой. Поршень в данном расходомере является меткой для электронного блока контроля и управления, которая свободно перемещается с потоком топлива по измерительному цилиндру.
В данном расходомере позиционирование поршня осуществлено при помощи емкостных датчиков положения, сигнал с которых воспринимается электронным блоком управления. Каждый из двух емкостных датчиков положения поршня имеет одну металлическую обкладку конденсатора, а второй обкладкой таких датчиков служит торцевая часть поршня. При приближении поршня к емкостному датчику наблюдается скачкообразное увеличение емкости, что воспринимается электронной системой управления клапанами.
Привод клапанов управления потоками топлива осуществлен посредством электромагнитов, получающих питание от бортовой сети энергосредства через электронный блок управления. В предлагаемом расходомере применены четыре электромагнитных клапана, работающих по «диагональной» схеме, осуществляющих распределение потоков жидкости между мерными полостями измерительного цилиндра.
На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства, состоящая из прямоугольного корпуса - 1, четырех электромагнитных клапанов - 2, 3, 4, 5. В корпусе расположены подводящая - 6 и отводящая - 7 магистрали, в центральной части корпуса запрессован измерительный цилиндр - 8, по которому перемещается поршень - 9, разделяя цилиндр по длине на две измерительные камеры «А» и «В». С двух сторон цилиндр закрыт крышками - 12, 13 с емкостными датчиками положения поршня - 10, 11.
Расходомер, например, устанавливается в топливную систему двигателя между фильтром грубой очистки топлива и топливоподкачивающим насосом.
Электромагнитные клапаны, электронный блок контроля и управления подключаются к бортовой сети.
Расходомер топлива работает следующим образом. При работающем двигателе топливоподкачивающий насос перемещает топливо по закрытой топливной системе двигателя, при этом электронный блок управления подает напряжение на два электромагнитных клапана (например, 2 и 5), включенных по диагональной схеме. Топливо из подводящей магистрали - 6 через открытый электромагнитный клапан - 2 поступает в измерительную камеру «А», заставляя при этом перемещаться поршень - 9 в сторону измерительной камеры «В». Топливо из измерительной камеры «В» через открытый электромагнитный клапан - 5 поступает в отводящую магистраль - 7 и далее в топливоподкачивающий насос. Поршень, дойдя до емкостного датчика, изменяет суммарную емкость датчика, что воспринимается электронным блоком контроля и управления как сигнал для реверсирования направления потока топлива и окончания единичного измерительного цикла. Электромагнитные клапана - 2 и 5 отключаются и под действием возвратной пружины запирают топливные отверстия. Питание подается на электромагнитные клапаны - 3 и 4. В измерительную камеру «В» начинает поступать топливо, а измерительная камера «А» начинает опорожняться. Поршень начинает движение в сторону измерительной камеры «А» и рабочий цикл поршневого расходомера повторяется. Блок контроля суммирует число единичных ходов поршня. Зная единичный объем измерительной камеры, расход топлива может быть отображен в любой удобной для дальнейшего счисления форме, в том числе и с учетом коррекции по температурной составляющей.
По сравнению с известными решениями предлагаемый поршневой расходомер топлива позволяет повысить точность измерения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения динамической составляющей погрешности измерения как при измерении суммарных, так и текущих значений расхода топлива, а также расширить его функциональные возможности, повысить универсальность использования расходомера как для учета расхода топлива, так и других жидких сред, неагрессивных к материалам измерительной системы, за счет снижения требований к качеству и чистоте учитываемой жидкости.
Использованные источники
1.  Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Изд. 4. Л.: Машиностроение, 1989, с.614-616, рис. 362.
2.  «Тракторы и сельскохозяйственные машины», 2005, №6. Точность измерения расхода топлива ДВС с помощью поршневых расходомеров. С 37 - 38.
3.  Авторское свидетельство СССР N 1185093, кл. G01F 9/00, 1985.
4.  Авторское свидетельство СССР N 1435944, кл. G01F 3/16, 1988.
5.  Патент № 2084833, кл. G01F 03/3.
6.  Диссертационная работа на соискание ученой степени доктора технических наук Глотова Сергея Викторовича «Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов за счет совершенствования контроля эксплуатационных параметров тракторов». 2004 г.