УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к устройствам для измерения расхода жидкого топлива двигателем внутреннего сгорания и может найти применение для измерения объемного массового расхода топлива.
Известно устройство для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащее мерный бачок, находящийся внутри топливного бака и связанный магистралью с двигателем, через управляемый клапан с топливным баком, а в своей нижней части с дифманометром, который соединен с регистратором, и управляющий блок, на тепловозе управляемый клапан расположен в нижней части мерного бака и выполнен нормально открытым в виде корпуса с отверстиями на боковой поверхности, в нижней части которого расположена крышка со штуцером и гофрированная мембрана, установленная между корпусом и крышкой, а в верхней части клапана расположенная решетка. (авторское свидетельство СССР №1747917; МПК: G01F 15/00, авторы: Д.Я.Носырев, Н.Д.Ерпанова и Г.П.Токарев. Устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, 1989.)
Недостатками являются малый диапазон и низкая точность измерения.
Известно устройство для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, содержащее соединенную с насосом накопительную емкость, посредством первого клапана связанную с атмосферой, мерную емкость, вторым клапаном связанную с накопительной емкостью, измерительную трубку с двумя датчиками уровня, связанную с мерной емкостью в нижнем сечении, все три емкости связаны между собой в верхнем сечении, регистратор, первым и вторым входом подключенный к датчикам уровня, дифференциальный датчик давления, входы которого соединены соответственно с нижним и верхним сечением измерительной емкости, а выход с третьим входом регистратора (Авторское свидетельство СССР №1789865, МПК: G01F 9/00, авторы: ДЛ.Носырев и Д.Н.Ханлаев. Устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, БИ №3, 1993).
Недостатком является ограничение диапазона измерения и не обеспечивается высокая точность во всем диапазоне измерения.
Данное техническое решение взято авторами за прототип.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения за счет дополнительного измерения массового расхода топлива и управления процессом измерения.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее соединенную трубопроводом с топливным насосом накопительную емкость, посредством поплавкового клапана связанную с атмосферой, мерную емкость, электромагнитным клапаном связанную с накопительной емкостью, измерительную трубку с нижним и верхним фотодиодными датчиками уровня, связанную трубопроводом с мерной емкостью в нижнем сечении, все три емкости связаны между собой в верхнем сечении воздухопроводом, блок измерения первым и вторым входом подключенный к нижнему и верхнему фотодиодным датчикам уровня, дифференциальный датчик давления, входы которого соединены трубопроводами соответственно с нижним и верхним сечением мерной емкости, а выход с третьим входом блока измерения, дополнительно введены блок обработки, таймер, блок управления, фильтры грубой и тонкой очистки, промежуточный фотодиодный датчик уровня и топливный бак с переливной трубой, которая соединена с накопительной емкостью, а ее выход соединен через фильтр грубой очистки и топливный насос с нижней частью накопительной емкости, нижняя часть мерной емкости соединена через фильтр тонкой очистки с дизелем, причем блок измерения соединен с промежуточным фотодиодным датчиком уровня и через блок обработки и таймер с блоком управления, с которым также соединены топливный насос и электроуправляемый клапан накопительной емкости.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет одновременно измерять объемный и массовые расходы топлива, а также плотность топлива в широком диапазоне расходов, тем самым расширить функциональные возможности за счет измерения массового расхода топлива и плотности топлива, а введение блока обработки данных, таймера и блока управления - повышает точность измерения.
На фиг.1 изображена принципиальная схема предложенного устройства для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания.
Устройство содержит мерную емкость 1 с топливом, трубопроводы 2 и 3, топливный бак 4, топливный насос 5, фильтр грубой очистки 6, дизель 7, фильтр тонкой очистки 8, поплавковый клапан 9, электроуправляемый клапан 10. накопительную емкость 11, поплавок 12, измерительную трубку 13, воздухопровод 14, верхний 15 и нижний 16 фотодиодные датчики уровня, переливную трубку 17, измерительный блок 18, мениск топлива 19, дифференциальный датчик давления 20, трубопроводы 21 и 22, блок обработки 23, блок управления 24, таймер 25, промежуточный (перестраиваемый) фотодиодный датчик уровня 26.
Мерная емкость 1 с топливом соединена трубопроводом 3 с измерительной трубкой 13 и через фильтр тонкой очистки 8 с дизелем 7, а через электроуправляемый клапан 10 - с накопительной емкостью 11, которая через электроуправляемый клапан 9 связана с атмосферой, а переливной трубкой 17 с топливным баком 4, который через фильтр грубой очистки 6 и топливный насос 5 соединен трубопроводом 2 с накопительной емкостью 11, в которой расположен поплавок 12. Верхние сечения накопительной емкости 11, мерной емкости 1 и измерительной трубки 13 соединены воздухопроводом 14. Верхний 15, нижний 16 и промежуточный (перестраиваемый) 26 фотодиодные датчики уровня, установленные на измерительной трубке 13, соединены с измерительным блоком 18. При этом верхний фотодиодный датчик уровня 15 располагается ниже мениска 19 топлива в накопительной емкости 11. Устройство снабжено дифференциальным датчиком давления 20, соединенным с измерительным блоком 18, трубопроводом 21 с нижним сечением мерной емкости 1, а через трубопровод 22 - с верхним сечением мерной емкости 1. Выход измерительного блока 18 соединен с входом блока обработки 23, выход которого соединен с входом блока управления 24, выходы которого соединены топливным насосом 5, электроуправляемым клапаном 10 и таймером 25, выход которого соединен с с измерительным блоком 18.
Для обеспечения работоспособности устройства объем накопительной емкости 11 должен быть выбран, исходя из следующего соотношения: объем воздушного пространства V над уровнем мениска 19 топлива в накопительной емкости 11 в момент начала цикла измерений при равенстве давления воздуха над мениском топлива в этой емкости давлению, развиваемому топливным насосом 5, должен быть
1
2
V>V+V,
1
где V - объем топлива в мерной емкости 1 между уровнем мениска 19 топлива и уровнем нижнего фотодиодного датчика уровня 16;
2
V - объем топлива в измерительной трубке 13 между уровнем мениска 19 топлива и уровнем нижнего фотодиодного датчика уровня 16. При этом в момент начала цикла измерения уровень мениска 19 топлива в накопительной емкости 11, мерной емкости 1 и измерительной трубке 13 находится выше верхнего датчика уровня 15, т.е.
1
1
1
1
V=ΔV+V ,
1
где ΔV - объем топлива в мерной емкости 1 между уровнем мениска 19 топлива и уровнем верхнего фотодиодного датчика 15 уровня;
1
1
V  - объем топлива в мерной емкости 1 между уровнями верхнего 15 и нижнего 16 фотодиодных датчиков уровня;
2
2
2
1
V=ΔV+V ,
2
где ΔV- объем топлива в измерительной трубке 13 между уровнем мениска топлива 19 и уровнем верхнего фотодиодного датчика уровня 15;
2
1
V  - объем топлива в измерительной трубке 13 между уровнями верхнего 15 и нижнего 16 фотодиодных датчиков уровня.
Устройство работает следующим образом.
При измерении объемного расхода топлива дизелем 7, по трубопроводу 2 из топливного бака 4 через фильтр грубой очистки 6 под давлением, создаваемым топливным насосом 5 топливо поступает в накопительную емкость 11, и через электроуправляемый клапан 10 - в мерную емкость 1 и измерительную трубку 13. Поплавковый клапан 9 при этом открыт и воздух из устройства отводится в атмосферу. По мере заполнения емкостей 1 и 11 и измерительной трубки 13 топливом, поплавок 12, помещенный в накопительной емкости 11 всплывает и клапан 9 закрывается. Уровень топлива в емкостях 1, 11 и измерительной трубке 13 будет подниматься до тех пор, пока давление сжимаемого воздуха, находящегося в верхних полостях емкостей 1 и 11 и измерительной трубки 13, не станет равным давлению, развиваемому топливным насосом 5. При этом уровень топлива в емкостях 1 и 11 и измерительной трубке 13 находится выше уровня верхнего датчика уровня 15, что свидетельствует о готовности устройства к измерению. В начале цикла измерения сигнал от блока управления 24 закрывает электромагнитный клапан 10, при этом топливо из мерной емкости 1 и измерительной трубки 13 по трубопроводу 3 подается к дизелю 7 через фильтр тонкой очистки 8. Таймер 25 включается блоком управления 24 при прохождении мениска 19 в измерительной трубке 13 верхнего фотодиодного датчика уровня 15 и выключается при прохождении нижнего фотодиодного датчиков уровня 16. Во время цикла измерения уровень топлива в мерной емкости 1 и измерительной трубке 13 понижается, но давление воздуха, находящегося над топливом, остается неизменным, так как в накопительную емкость 11 продолжает поступать топливо при закрытом электроуправляемом клапане 10. Поплавок 12 удерживает клапан 9 закрытым и воздух из верхней части накопительной емкости 11 по воздухопроводу 14 поступает в мерную емкость 1 и измерительную трубку 13. Таким образом, в мерной емкости и измерительной трубке 13 в течение цикла измерения автоматически поддерживается давление, создаваемое топливным насосом 5. При достижении мениском 19 в измерительной трубке 13 нижнего фотодиодные датчики уровня 16, блок управления 24 открывает электроуправляемый клапан 10 и цикл измерения заканчивается. Уровень топлива в емкостях 1 и 11 и измерительной трубке 13 выравнивается в исходное состояние и устройство готово к следующему циклу измерения. При переполнении накопительной емкости 11, избыток топлива по переливной трубке 17 переливается в топливный бак 4. При измерении массового расхода топлива, которое может производиться параллельно с измерением объемного расхода топлива, сигнал от блока управления 24 закрывает электромагнитный клапан 10 и цикл измерения повторяется в описанной выше последовательности. При этом дифференциальный датчик давления 20, соединенный трубопроводами 21 и 22 с нижним и верхним сечениями мерной емкости 1, регистрирует изменение гидростатического давления столба топлива в мерной емкости 1 в процессе выработки топлива. Эта информация совместно от нижнего 15 и верхнего 16 фотодиодных датчиков уровня поступает в блок измерения 18, блок обработки данных 23 и блок управления 24, который соединен с таймером 25. При снижении уровня до величины, соответствующей верхнему фотодиодному датчику уровня 15 автоматически включается таймер 25. Таймер 25 выключается при снижении уровня до величины, соответствующей нижнему фотодиодному датчику уровня 16. Связь между изменением гидростатического давления ΔР и массой топлива, выработанной в одном цикле измерений устанавливается соотношением
1
2
1
1
m=(V +V )·ρ=K·H·ρ=К'ΔP\g
где ΔP=ρ·g·H - измерение гидростатического давления в цикле измерения;
- плотность топлива;
g - ускорение свободного падения.
Следовательно, секундный расход топлива будет равен
B=m\τ=K·ΔP\g·τ=К'ΔP\τ
где τ- время измерения ΔР в цикле измерения,
К, К' - постоянная для данного устройства величина.
При измерении пониженных расходов топлива вместо верхнего датчика уровня 15 используется промежуточный (перестраиваемый) датчик уровня 26.
Предлагаемое устройство позволяет определить массовый и объемный расход топлива. Одновременное измерение объемного и массового расхода топлива позволяет определить плотность топлива.