Устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2771653:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" (RU)
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения объемного расхода жидкого топлива двигателем внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано для точного измерения объемного расхода топлива колесных транспортных средств с впрысковыми одноконтурными системами питания бензиновых ДВС в процессе проведения лабораторных или дорожных испытаний. Устройство (1) устанавливается в разрыв магистрали, соединяющей топливный бак (24) с рейкой (8) форсунок путем подключения в него входного и выходного топливопроводов (6 и 7) соответственно. Манометр (10) позволяет узнать значение нормативного давления, штатного регулятора давления топлива на выходе топливного насоса (5). Путем закрытия игольчатого крана (20) перекрывается подача топлива к рейке (8) с форсунками. Шкала (4) измерительной трубки позволяет следить за расходом топлива, а нагнетание топлива происходит за счет давления воздуха, создаваемого в ресивере (14) системы наддува (13). Использование стержня (18), установленного в отверстие заливной пробки (19), позволяет производить более точные испытания. С помощью клапана (16) для закачки осуществляется заполнение ресивера (14) воздухом, давление которого контролируется манометром (11). Редуктор (15) стабилизирует системное давление воздуха до нормативного значения. Шаровой кран (17) осуществляет подачу воздуха под давлением к мерной емкости (2), а манометром (9) контролируется создаваемое давление, которое должно быть равно давлению манометра (10), при этом топливо из мерной емкости (2) под действием давления подается к рейке (8) с форсунками. Клапан (12) сброса давления используется при необходимости первичного или повторного наполнения мерной емкости (2) топливом. Датчиком (21) уровня в процессе проведения испытаний периодически осуществляется контроль вертикального расположения мерной емкости (2). Технический результат: упрощение конструкции устройства для измерения объемного расхода топлива бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с впрысковой одноконтурной системой подачи топлива в процессе проведения лабораторных или дорожных испытаний как при средних или высоких, так и при минимальных показателях производительности топливной аппаратуры в заданных временных интервалах с достаточно высокой степенью точности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно, к устройствам для измерения объемного расхода жидкого топлива двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для точного измерения объемного расхода топлива колесных транспортных средств с впрысковыми одноконтурными системами питания бензиновых ДВС в процессе проведении лабораторных или дорожных испытаний.
Известно устройство для автоматического измерения расхода топлива, содержащее топливный бак, от которого отходит топливная магистраль низкого давления, в которую последовательно включены запорный вентиль, топливоподкачивающий насос низкого давления (помпа), устройство для автоматического измерения расхода топлива, выполненное в виде расходной емкости с демпфирующей решеткой, над которой расположен погружаемый элемент, преобразующий вес топлива в электрический сигнал, передающийся на регистрирующий прибор, выполненный в виде аналогового преобразователя и электронно-вычислительной машины, фильтр тонкой очистки топлива, топливный насос высокого давления, от которого топливо по разветвленной магистрали подается во впрыскивающие форсунки, и магистраль, возврата неиспользованного топлива в топливный бак (см. патент РФ №2097707, МПК G01F 9/00, G01F 25/00 опубл. 1997 г.).
Недостатком известного устройства является ограниченность использования стационарными стендовыми испытаниями, обусловленная необходимостью полного отсутствия колебаний для получения точных результатов. Использование аналогового преобразователя и электронно-вычислительной машины резко увеличивает стоимость устройства.
Известно устройство для определения расхода топлива и его остатка в баке транспортного средства, содержащее дозатор газа, регистратор давления и соединительные трубопроводы. Внутренняя полость бака соединена через герметичную пробку с трубопроводом. В составе устройства имеются воздушный кран, бачок-накопитель и гидравлический кран с напорной трубой и дополнительной емкостью. При этом в верхней части напорной трубы установлены атмосферный клапан и микроманометр, а к нижней -подсоединен указатель уровня жидкости (см. А.С. СССР №1620845, МПК G01F 1/34, G01F 9/00 опубл. 1991 г.).
Недостатком известного устройства является возможность применения данного устройства только в условиях лаборатории. Устройство демонстрирует изменение уровня топлива в топливном баке за определенный промежуток времени, засекаемый секундомером. Для определения значения расхода необходимо производить расчеты с использованием геометрических параметров топливного бака, что негативно сказывается на получаемой точности измерений.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания, принятое в качестве прототипа, которое содержит 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. В состав устройства входят также 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 (см. А.С. СССР №1789865, МПК G01F 9/00 опубл. 1993 г.).
Главным недостатком прототипа является сложность программирования и настройки регистратора, который должен фиксировать интервал времени между началом измерения и его окончанием, а также осуществлять синхронизацию сигналов управления выключений и выключений клапанов.
Энергозависимость прибора не позволяет ему проводить измерения без подключения к электрической сети автомобиля или к городской сети 220 В. Также прототип требует обязательного подключения топливной магистрали автомобиля для обеспечения устройства топливом и избыточным давлением в процессе проведения испытаний. У данного прибора отсутствует ограничение стабилизации давления топлива от бензонасоса, что негативно отражается на точности получаемых результатов. Диапазон измерений ограничен размерами колбы и фотодиодными датчиками уровня.
Технической задачей, на решение которое направлено изобретение, является упрощение конструкции устройства для измерения объемного расхода топлива бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с впрысковой одноконтурной системой подачи топлива в процессе проведения лабораторных или дорожных испытаний, как при средних или высоких, так и при минимальных показателях производительности топливной аппаратуры в заданных временных интервалах с достаточно высокой степенью точности.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее мерную емкость и измерительную трубку со шкалой, нижние части полостей которых соединены между собой с возможностью их подключения к топливному насосу испытуемого двигателя внутреннего сгорания через входной топливопровод и через выходной топливопровод - к рейке с форсунками упомянутого двигателя, аппаратуру для контроля давления в соединительных магистралях, при этом верхние части полостей упомянутых мерной емкости и измерительной трубки соединены как между собой, так и с атмосферой через клапан сброса давления, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено системой наддува и набором специальных цилиндрических стержней, каждый из которых имеет заданный диаметр, при этом мерная емкость выполнена с возможностью размещения в ней любого стержня из упомянутого набора стержней, а система наддува подключена к верхним частям полостей мерной емкости и измерительной трубки посредством регулирующего элемента.
На решение поставленной технической задачи направлено также то, что система наддува выполнена в виде ресивера с редуктором и клапаном для заправки ресивера воздухом.
Решение поставленной технической задачи достигается также тем, что входной и выходной топливопроводы устройства выполнены с быстроразъемными и быстросъемными элементами.
Также на решение поставленной технической задачи направлено то, что дополнительно устройство снабжено датчиком уровня для контроля вертикального положения мерной емкости и измерительной трубки.
Простота конструкции устройства для бензинового двигателя внутреннего сгорания с впрысковой одноконтурной системой подачи топлива достигается уменьшением количества используемых мерных емкостей, использованием манометра вместо электронных датчиков уровня, а наличие в устройстве набора стержней позволяет эффективно измерить расход топлива в процессе проведения лабораторных испытаний при минимальных показателях производительности топливной аппаратуры в заданных временных интервалах с достаточно высокой степенью точности.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 представлена мерная емкость в разрезе для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 1 стрелками указано направление движения топлива.
Устройство 1 для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания (см. фиг. 1) содержит мерную емкость 2 и измерительную трубку 3 со шкалой 4, нижние части полостей которых соединены между собой с возможностью их подключения к топливному насосу 5 испытуемого двигателя внутреннего сгорания через входной топливопровод 6 и через выходной топливопровод 7 - к рейке 8 с форсунками бензинового двигателя внутреннего сгорания. Аппаратура для контроля давления выполнена в виде набора манометров 9, 10, 11, установленных в соединительных магистралях (на черт, не обозначены) устройства 1. При этом верхние части полостей упомянутых мерной емкости 2 и измерительной трубки 3 соединены как между собой, так и с атмосферой через клапан 12 сброса давления. Устройство дополнительно снабжено системой наддува 13, выполненной в виде ресивера 14 с редуктором 15 и клапаном 16 для заправки ресивера 14 воздухом. Упомянутая система 13 наддува подключена к верхним частям полостей мерной емкости 2 и измерительной трубки 3 посредством шарового крана 17. В состав устройства входит также набор специальных цилиндрических стержней, каждый из которых, например стержень 18, имеет заданный диаметр. При этом мерная емкость 2 выполнена с возможностью размещения в ней с помощью заливной пробки 19 любого стержня из упомянутого набора стержней. Для управления подачей топлива предусмотрен игольчатый кран 20, давление которого определяется манометром 10. Устройство также дополнительно снабжено датчиком 21 уровня для контроля вертикального положения мерной емкости 2 и измерительной трубки 3. Подключение входного и выходного топливопроводов 6 и 7 осуществляется с помощью быстросъемных и быстроразъемных соединений 22 и 23, соответственно, в разрыв между топливным насосом 5, находящимся в топливном баке 24, и топливной рейкой 8 с форсунками.
Устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
Перед началом испытаний для подключения устройства 1 в разрыв топливной магистрали автомобиля необходимо снизить в ней давление топлива, удалив предохранитель бензонасоса, либо отключив разъем к топливному насосу 5 на топливном баке 24, либо отключив реле топливного насоса 5. После этого осуществляют запуск двигателя и ожидают выработки оставшегося топлива до момента, когда автомобиль заглохнет. Затем следует его запустить 2-3 раза для большего снижения количества оставшегося топлива в магистралях. При разъединении штатных штуцеров следует удалить вытекшее топливо - бензин, ветошью в качестве противопожарной меры.
Устройство 1 посредством быстросъемных и быстроразъемных соединений 22 и 23, соответственно, подключается к отключенным штатным соединителям топливной магистрали автомобиля. После этого следует восстановить работу топливного насоса 5. Включив зажигание, необходимо определить значение рабочего давления топлива с помощью манометра 10. Заполнение мерной емкости 2 топливом может осуществляться как через заливную пробку 19, так и напрямую из топливного бака 24 автомобиля. В последнем случае соответствующие шаровой и игольчатый краны 17 и 20 должны быть закрыты. Повернув ключ зажигания в положение "Зажигание", штатным топливным насосом 5 создается нормативное давление во входной магистрали устройства, которое контролируется манометром 10. При плавном открытии игольчатого крана 20 происходит медленное заполнение мерной емкости 2 до требуемого уровня, визуально контролируемого по ее шкале 4, после чего игольчатый кран 20 перекрывается. При этом в ресивер 14 воздух закачивается через клапан 16 закачки, а давление воздуха контролируется манометром 11. При прохождении воздуха через редуктор 15 давление стабилизируется до нормативного значения, контролируемого манометром 9, которое должно быть равным рабочему (нормативному) значению давления топлива в системе питания автомобиля, отраженному на манометре 10.
В случае, если давление воздуха по манометру 9 сравнялось с показаниями манометра 10 до того, как мерная емкость 2 была заполнена на необходимую величину, следует при помощи клапана 12 сброса давления воздуха добиться требуемого уровня топлива в мерной емкости 2.
При выполнении описанных выше действий процесс подачи топлива к топливной рейке 8 с форсунками системы питания двигателя внутреннего сгорания осуществляется исключительно из мерной емкости 2 устройства 1. Это позволяет приступить к началу проведения испытаний в заданных условиях.
Перед проведением измерений следует запустить и прогреть двигатель внутреннего сгорания, если проводимый опыт не направлен на исследование расхода на прогревочном режиме. При испытании необходимо зафиксировать текущий уровень топлива, в данном случае бензина, в мерной емкости 2, затем одновременно с запуском двигателя включить секундомер и произвести замер времени до его окончания. В зависимости от выбранного режима испытания может определяться не только значение расхода топлива за определенный промежуток времени, но и за пройденный путь, зафиксированный одометром, в случае если испытание проводилось в дорожных условиях. В последнем случая рекомендуется делать маршрут с возвратом в исходную точку по тому же пути с целью компенсирования влияния направления ветра и рельефа дорожного полотна для получения наиболее корректных результатов.
Мерная емкость 2 используется со шкалой 4 и дополнительными перерасчетными коэффициентами для возможности проведения измерения расхода топлива на различных режимах работы двигателя. В первом случае используется шкала 4, если испытание проводится в дорожных условиях, а во втором случае, если испытание осуществляется в условиях лаборатории (стационарно) с целью проведения измерений на различных режимах работы двигателя, требующих крайне малого потребления топлива, значения, получаемые на шкале 4, необходимо умножить на соответствующие перерасчетные коэффициенты. В этом случае для получения точных результатов используются стержни из набора специальных цилиндрических стержней заданных диаметров, погружаемых в мерную емкость 2. Выбранный по диаметру стержень, например стержень 18, располагается вертикально, при этом в верхней части полости мерной емкости 2 он устанавливается в отверстие заливной пробки 19, а в нижней ее части стержень центрируется и фиксируется на днище цилиндрической колбы, снижая объем мерной емкости 2 в тех величинах, которые требуются для проведения испытаний. При дорожных испытаниях следует использовать мерную емкость 2 без применения специального стержня, т.е. снятие значений расхода происходит непосредственно со шкалы 4 без использования перерасчетных коэффициентов. Вертикальное положение уровня топлива в мерной емкости 2 периодически контролируется датчиком уровня 21.
Исходя из объема колбы мерной емкости 2 (см. фиг. 2) можно вывести соотношения ее объема к объему стержня 18 для получения значений определенной кратности. При использовании стержня 18, объем которого составляет половину объема мерной емкости 5, получаемое на мерной шкале значение следует уменьшать в 2 раза. В данном случае вдвое повышается точность измерений. Для этого следует использовать стержень, размеры которого соответствуют следующей пропорции: 
где Дст - диаметр стержня, а Дм - диаметр мерной емкости. Аналогично, при установке стержня, занимающего 75% объема емкости, его диаметр будет равен 
а значение на шкале будет необходимо уменьшать в 4 раза.
Также данное устройство может использоваться для диагностики топливной подсистемы на различных режимах работы двигателя, если при закрытом игольчатом кране 20 подключиться входным топливопроводом 6 к топливной магистрали автомобиля через диагностический клапан "Шредера" или специальный переходник ("тройник"). Таким образом, можно будет контролировать значение параметра рабочего давления топлива по манометру 10 в процессе проведения диагностики топливной подсистемы -электронной системы управления двигателем (ЭСУД).
Дополнительно данное устройство может применяться как установка для химической промывки элементов топливной подсистемы ЭСУД. В этом случае оно подключается к топливной магистрали автомобиля, как это было описано для условий проведения измерения расхода топлива. При перекрытом игольчатом кране 20 и созданном нормативном давлении воздуха мерная емкость 2 освобождается от остатков топлива методом их выработки двигателем в режиме холостого хода. Спустив давление воздуха в пневматической системе устройства, производится заполнение мерной емкости 2 промывочной жидкостью через заливную пробку 19. Вновь создав требуемое рабочее давление воздуха в верхней полости мерной емкости 2, производиться запуск двигателя и выполняется комплекс мероприятий по химической очистке топливной подсистемы ЭСУД согласно установленной заводом изготовителем технологии.
Таким образом, устройство обеспечивает упрощение конструкции при измерении расхода топлива бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с впрысковой одноконтурной системой подачи топлива в процессе проведения лабораторных или дорожных испытаний, как при средних или высоких, так и при минимальных показателях производительности топливной аппаратуры в заданных временных интервалах.
1. Устройство для измерения расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащее мерную ёмкость и измерительную трубку со шкалой, нижние части полостей которых соединены между собой с возможностью их подключения к топливному насосу испытуемого двигателя внутреннего сгорания через входной топливопровод и через выходной топливопровод - к рейке с форсунками упомянутого двигателя, аппаратуру для контроля давления в соединительных магистралях, при этом верхние части полостей упомянутых мерной ёмкости и измерительной трубки соединены как между собой, так и с атмосферой через клапан сброса давления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено системой наддува и набором цилиндрических стержней, каждый из которых имеет заданный диаметр, при этом мерная ёмкость выполнена с возможностью размещения в ней любого стержня из упомянутого набора стержней, а система наддува подключена к верхним частям полостей мерной ёмкости и измерительной трубки посредством регулирующего элемента.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система наддува выполнена в виде ресивера с редуктором и клапаном для заправки ресивера воздухом.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что входной и выходной топливопроводы выполнены с быстроразъёмными и быстросъёмными элементами.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно устройство снабжено датчиком уровня для контроля вертикального положения мерной ёмкости и измерительной трубки.
