УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЕМ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя, количества избыточного топлива, сливаемого из топливного насоса высокого давления в топливный бак, количества топлива просочившегося между распылителями и иглами форсунок и сливаемого в топливный бак.
Известен расходомер топлива двигателем [1], чувствительным элементом которого является вертушка, помещенная внутри конического раструба корпуса. До раструба установлен пластинчатый струевыпрямитель. Скорость вращения вертушки, пропорциональную расходу топлива, измеряют при помощи тахометрического узла, состоящего из магнита, колпачка и двух противоположных спиральных пружин, связанных с осью и корпусом. С осью колпачка связан ротор бесконтактного сельсина-датчика и сельсина-приемника, соединенных друг с другом при помощи проводов. Питание сельсинов осуществляется от сети переменного тока напряжением 115 В, частотой 400 Гц через трансформатор.
Данный расходомер обладает погрешностью измерений 2,5%. Для его работы необходим источник питания напряжением 115 В и частотой 400 Гц, что увеличивает стоимость изготовления и эксплуатации прибора. Эти недостатки делают невозможным применение рассматриваемого расходомера на автотранспортных средствах. При течении через прибор топлива оно испытывает значительное гидравлическое сопротивление в вертушке, коническом раструбе и струевыпрямителе. А любое гидравлическое сопротивление снижает надежность работы прибора.
Известно устройство для измерения расхода топлива дизелем, которое принято за прототип [2], содержащее снабженный емкостным датчиком уровня топлива левый герметичный расходный топливный бак, фильтр тонкой очистки топлива, соединенный с топливным насосом низкого давления и подключенный к топливному насосу высокого давления (ТНВД) системы топливоподачи дизеля, регистрирующий прибор и дифференциатор, вход которого подсоединен к емкостному датчику уровня, а выход - к регистрирующему прибору, центральный герметичный: расходный топливный бак со встроенным емкостным датчиком уровня топлива, соединенный с ТНВД для приема избыточного топлива, возвратившегося в топливный бак и дифференциатор, вход которого подсоединен к емкостному датчику уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, правый герметичный расходный топливный бак со встроенным датчиком уровня топлива, соединенный топливопроводом с форсунками для приема топлива, просочившегося между иглами и распылителями форсунок и сливаемого из правого герметичного расходного топливного бака в топливный бак, а также дифференциатор, вход которого подсоединен к емкостному датчику уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, причем на выходах центрального и правого герметичных расходных топливных баков и на входе в левый герметичный расходный топливный бак установлены электромагнитные клапаны, электрические обмотки которых через электрические выключатели соединены с положительным полюсом источника постоянного тока.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения количества топлива, просачивающегося между иглами и распылителями отдельных форсунок. Просочившееся между штоком и его направляющей в корпусе привода поршня топливоподкачивающего насоса (ТПН), топлива, сливаемого из трубопровода корпуса ТНВД. Кроме того в приборе отсутствует электронный блок контроля, диагностическая колодка и диагностическое табло. Диагностическая колодка обеспечивает подключение диагностических приборов с целью определения неисправностей и отказов, возникающих при работе устройства. Диагностическое табло сигнализирует водителя о возникающих неисправностях и отказов. Этот недостаток не обеспечивает проверку отдельных форсунок на надежность работы на различных режимах работы дизеля.
Технический результат направлен на возможность проведения диагностики работы устройства с целью определения его неисправностей и отказов, повышение точности измерения расхода топлива дизелей, количества топлива, просочившегося в корпус ТНВД, просочившегося между иглами и распылителями форсунок, просочившегося в корпус ТНВД из ТПН, отводимого из ТНВД в топливный бак.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения расхода топлива дизелем, содержащее снабженный емкостным датчиком уровня топлива левый герметичный расходный бак, фильтр тонкой очистки топлива, соединенный с топливным насосом низкого давления и подключенный к ТНВД системы топливо-подачи двигателя, регистрирующий прибор и дифференциатор, вход которого подсоединен к емкостному датчику уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, центральный герметичный расходный бак со встроенным емкостным датчиком уровня топлива, соединенный с ТНВД для приема избыточного топлива, возвращающегося в топливный бак и дифференциатор, вход которого подсоединен к емкостному датчику уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, причем на выходе центрального герметичного расходного бака и на входе в левый центральный бак установлены электромагнитные клапаны, электрические обмотки которых через электрические выключатели соединены с положительным полюсом источника постоянного тока, при этом в его конструкцию дополнительно введены четыре правых герметичных расходных топливных бака со встроенными емкостными датчиками уровня топлива, соединенные трубопроводами с форсунками для приема топлива, просочившегося между иглами и распылителями форсунок и сливаемого в топливный бак дифференциатора, вход которого подсоединен к встроенным емкостным датчикам уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, причем на выходах правых герметичных расходных топливных баков установлены электромагнитные клапаны, электрические обмотки которых через электрические выключатели подсоединены к положительному полюсу источника постоянного тока, два расходомера, установленных в трубопроводах до и после ТПН, расходомер, размещенный на трубопроводе слива топлива, просочившегося в корпус ТНВД, электронный блок контроля, диагностическая колодка и диагностическое табло, соединены электрическими проводами с регистрирующим прибором.
Отличительными признаками от прототипа устройства для измерения расхода топлива дизелем является то, что в него дополнительно введены четыре правых герметичных расходных топливных бака со встроенными емкостными датчиками уровня топлива, соединенные трубопроводами с форсунками для приема топлива, просочившегося между иглами и распылителями форсунок и сливаемого в топливный бак дифференциатора, вход которого подсоединен к встроенным емкостным датчикам уровня топлива, а выход к регистрирующему прибору, причем на выходах правых герметичных расходных баков установлены электромагнитные клапаны, электрические обмотки которых через электрические выключатели подсоединены к положительному полюсу источника постоянного тока, два расходомера, установленных в трубопроводах до и после ТПН, расходомер, размещенный на трубопроводе слива топлива, просочившегося в корпус ТНВД, электронный блок контроля, диагностическая колодка и диагностическое табло, соединены электрическими проводами с регистрирующим прибором.
На чертеже представлена схема описываемого устройства. Устройство содержит левый 1, центральный 2 и четыре правых 3, 4, 5 и 6 герметичных расходных топливных бака, снабженных емкостными датчиками уровня топлива 7, 8, 9, 10, 11 и 12, электромагнитные клапаны 13, 14, 15, 10, 17 и 18, дифференциаторы 19, 20 и 21 и регистрирующий прибор 22. Дифференциаторы 19, 20 и 21 и регистрирующий прибор 22 выполнены по микропроцессорной схеме. Левый герметичный расходный топливный бак 1 и электромагнитный клапан 13 размещены между фильтром тонкой очистки топлива 23 и ТНВД 24.
Центральный герметичный расходный топливный бак 2 и электромагнитный клапан 14 размещены в магистрали 25, из которой избыточное топливо из ТНВД 24 сливается в топливный бак (на чертеже не показан).
Правые герметичные расходные топливные баки 3, 4, 5 и 6 и электромагнитные клапаны 15, 16, 17 и 18 подсоединены к топливной магистрали 26. Через магистраль 26 осуществляется слив топлива просачивающегося между иглами и распылителями форсунок 27, 28, 29 и 30 в топливный бак.
Дифференциаторы 19, 20 и 21 с помощью электрических проводов 31, 32 и 33 соединены с емкостными датчиками уровня топлива 7, 8, 9, 10, 11 и 12. В электрические обмотки электромагнитных клапанов 13, 14, 15, 16, 17 и 18 электрический ток поступает от положительного полюса источника постоянного тока через электрические провода 34, 35, 36, 37, 38 и 49 при замыкании контактов электрических выключателей 39, 40, 41, 42, 43 и 44.
Для замера расхода топлива, просочившегося из ТПН 60 в ТНВД 24 на трубопроводах до и после ТПН 60 установлены расходомеры 56 и 57, на трубопроводе 58 слива топлива, просочившегося в корпус ТНВД 24 из ТПН 60 и плунжерных пар ТНВД 24 установлен расходомер 59. С целью контроля за точностью работы устройства, определения возникающих в нем отказов и неисправностей к регистрирующему прибору 22 с помощью электрического провода 55 подключен электронный блок контроля 50. Электронный блок контроля 50 соединен электрическими проводами 53 и 54 с диагностическим табло 51 и диагностической колодкой 52.
Устройство работает следующим образом. При работе двигателя контакты электрических выключателей 39, 40, 41, 42, 43 и 44 разомкнуты, электромагнитные клапаны 13, 14, 15, 16, 17 и 18 открыты и топливо под давлением, создаваемым топливным насосом низкого давления 60 перетекает из топливного бака через фильтр тонкой очистки топлива 23, открытый электромагнитный клапан 13, левый герметичный расходный топливный бак 1 в ТНВД 24. В этом случае под действием давления топлива объем воздуха, находящегося в баке 1, будет минимальным, а уровень топлива в баке 2 будет максимальным. Из ТНВД 24 часть топлива впрыскивается через форсунки 27, 28, 29 и 30 в цилиндры дизеля, а избыточное топливо через магистраль 25, центральный герметичный расходный топливный бак 2, открытый электромагнитный клапан 14 будет сливаться в топливный бак вместе с парами топлива и воздухом, находящимся в топливе. При этом уровень топлива в баке 2 будет минимальным.
При работе двигателя часть топлива просачивается между иглами и распылителями форсунок 27, 28, 29 и 30 и через магистрали 45, 46, 47 и 48, правые герметичные расходные топливные баки 3, 4, 5 и 6, электромагнитные клапаны 15, 16, 17 и 18 и магистраль 26 сливается в топливный бак. При этом уровни топлива в топливных баках 3, 4, 5 и 6 будут минимальными.
Перед замером расхода топлива сливаемого из форсунок в топливный бак необходимо замкнуть контакты электрических выключателей 41, 42, 43 и 44. В этом случае электрический ток будет протекать от положительного полюса источника постоянного тока через электрические провода 36, 37, 38 и 49 и через электрические обмотки электромагнитных клапанов 15, 16, 17 и 18 к отрицательному полюсу источника постоянного тока. При протекании электрического тока через электрические обмотки электромагнитных клапанов 15, 16, 17 и 18 вокруг обмоток возникает магнитное поле, под действием которого клапаны 15, 16, 17 и 18 закрываются. В этом случае уровень топлива в герметичных расходных топливных баках 3, 4, 5 и 6 будет увеличиваться и электрические сигналы с емкостных датчиков уровня топлива 9, 10, 11 и 12 поступают по электрическому проводу 33 на дифференциатор 21 и на вход регистрирующего прибора 22. Таким образом, можно определять расход топлива, просачивающегося между иглами и распылителями всех форсунок двигателя.
После выполнения замера расхода топлива, просачивающегося между иглами и распылителями всех форсунок, электрические выключатели 41, 42, 43 и 44 выключают, при этом электромагнитные клапаны 15, 16, 17 и 18 открываются и топливо из баков 3, 4, 5 и 6 перетекает по магистрали 26 в топливный бак.
При замере расхода топлива, просочившегося между иглой и распылителем одной форсунки, например форсунки 28, необходимо замкнуть контакты электрического выключателя 43. В этом случае электромагнитный клапан 17 закроется, а уровень топлива в баке 5 будет повышаться. Электрический сигнал будет поступать от датчика уровня топлива 11 по электрическому проводу 33 через дифференциатор 21 к регистрирующему прибору 22.
После выполнения замера расхода топлива необходимо разомкнуть контакты электрического выключателя 43. При этом электромагнитный клапан 17 закроется, а в баке 5 установится минимальный уровень топлива.
При замере количества топлива, просочившегося из корпуса 60 ТПН в корпус 24 ТНВД необходимо снять показания расходомеров 56 и 57. Для этого путем вычитания из показаний расходомера 56, показаний расходомера 57 определить расход топлива, просочившегося из корпуса 60 ТПН в корпус 24 ТНВД. Количество топлива, просочившегося в корпус 24 ТНВД из корпуса 60 ТПН и из плунжерных пар ТНВД 24 и сливаемого через трубопровод 58 определяется с помощью расходомера 59.
Перед замером расхода топлива дизелем необходимо замкнуть контакты электрических выключателей 39, 40, 41, 42, 43 и 44. В этом случае электрический ток будет протекать от положительного полюса источника постоянного тока через электрические провода 34, 35, 36, 37, 38 и 49 и через электрические обмотки электромагнитных клапанов 13, 14, 15, 16, 17 и 18 к отрицательному полюсу источника постоянного тока. При протекании электрического тока через электрические обмотки клапанов 13, 14, 15, 16, 17 и 18 вокруг обмоток возникает магнитное поле, под действием которого клапаны 13, 14, 15, 16, 17 и 18 закрываются. В этом случае уровень топлива в баке 1 будет уменьшаться, а в баках 2, 3, 4, 5 и 6 увеличиваться. Подача топлива к ТНВД 24 будет осуществляться из левого расходного бака 1 под давлением сжатого в нем воздуха. Электрический сигнал поступает от датчика уровня топлива 7 по электрическому проводу 31 через дифференциатор 19 на вход регистрирующего прибора 22. Избыточное топливо из ТНВД 24 поступает по трубопроводу 25 в расходный бак 2. Электрический сигнал с датчика уровня топлива 8 поступает по электрическому проводу 32 на вход дифференциатора 20. Сигнал с входа дифференциатора 20 поступает на вход регистрирующего прибора 22.
Электрические сигналы с датчиков уровня 9, 10, 11 и 12 будут поступать через электрический провод 33 и дифференциатор 21 на вход регистрирующего прибора 22. Регистрирующий прибор 22 показывает расход топлива дизелем путем вычитания из количества топлива, подаваемого из бака 1 в ТНВД 24 количества избыточного топлива сливаемого из ТНВД 24 в бак 2 и количества топлива, просачивающегося между иглами и распылителями форсунок 27, 28, 29 и 30 и сливаемого в топливные баки 3, 4, 5 и 6.
После выполнения замера расхода топлива дизелем электрические выключатели 34, 35, 41, 42, 43 и 44 выключают, а электромагнитные клапаны 13, 14, 15, 16, 17 и 18 открываются.
Таким образом, заявляемое устройство расширяет функциональные возможности расходомера топлива двигателя внутреннего сгорания обеспечивает диагностирование возникающих неисправностей и отказов, повышает точность измерения расхода просачивающегося между иглами и распылителями отдельных форсунок дизеля топлива, сокращает время выполняемых при замерах расхода топлива операций.
Источники информации:
1. Яковлев, Л.Г. Приборы контроля работы силовых установок [Текст]./
2. Патент РФ №71162, МПК G01F 9/00, 2008