Устройство “Технотон” для измерения расхода топлива

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ТЕХНОТОН ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА(71) Заявитель Полторан Валерий Владимирович(72) Авторы Каплунский Александр Романович Павлович Александр Эдуардович Полторан Валерий Владимирович Успенский Александр Алексеевич Успенский Алексей Александрович(73) Патентообладатель Полторан Валерий Владимирович(57) 1. Устройство для измерения расхода топлива, содержащее металлическую камеру,разделенную мембраной, снабженной металлической осью, на две конические полости,входы которых сообщены с выходами гидравлического распределителя, а электрические входы, соединенные с расположенными на изолирующих втулках контактами, сообщены с электронным блоком управления, отличающееся тем, что в металлической камере дополнительно выполнены цилиндрические полости, расположенные между коническими полостями и их входами, которые сообщены с выходами гидравлического распределителя через уплотнительные кольца, деформированными между стыковыми поверхностями гидравлического распределителя и металлической камеры, кроме того, электронный блок управления выполнен с возможностью определения суммарного и текущего значений объемного и весового расходов топлива, а также текущего и среднего значений коэффициентов загрузки двигателя, которые рассчитываются по формулам 1105,,/,/,(-)/(н-),..-1(12-1))/(12),где- суммарный объемный расход топлива, - суммарный весовой расход топлива, - текущий объемный расход топлива, - текущий весовой расход топлива, - текущее значение коэффициента загрузки двигателя,. - среднее значение коэффициента загрузки двигателя за определенное количество измерений, - число порций топлива, прошедшее через металлическую камеру, - объем металлической камеры, - плотность топлива при определенной температуре, - время прохождения через металлическую камеру порции топлива, - текущий весовой расход топлива на холостом ходу двигателя,н - текущий весовой расход топлива при номинальной мощности двигателя,.-1 - среднее значение коэффициента загрузки двигателя за определенное количество измерений, предшествующих последнему измерению,1 - длительность первого измерения,Т 2 - длительность второго измерения,-1 -длительность предпоследнего измерения, - длительность последнего измерения,при этом объем металлической камеры выбирается из условия/12,где- максимальный текущий объемный расход топлива,причем конструктивные параметры устройства определяются согласно уравнениям 6/(122212),2(м)/(1-2)180/,2 м-2(вк)-2,где- ход мембраны, - угол образующей конических полостей металлической камеры, - длина металлической оси мембраны,3,141593,1 - диаметр защемления мембраны между коническими полостями металлической камеры,2 - диаметр основания цилиндрических полостей,м - толщина мембраны,Н - расстояние от мембраны до основания изолирующих втулок, - толщина изолирующих втулок,к - толщина контактов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из входов конических полостей размещен не перпендикулярно стыковым поверхностям гидравлического распределителя и металлической камеры. 11053. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в металлической камере выполнены дополнительные входы, сообщенные со входами гидравлического распределителя. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что металлическая камера выполнена Гобразной. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что металлическая камера выполнена Тобразной. 6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дополнительные входы металлической камеры расположены за мембраной с одной ее стороны. 7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дополнительные входы металлической камеры расположены за мембраной по обе ее стороны. 8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что сообщение входов гидравлического распределителя с дополнительными входами металлической камеры осуществлено через дополнительные уплотнительные кольца, деформированные между стыковыми поверхностями гидравлического распределителя и металлической камеры.(56) 1. Смирикаров А. и др. Разходомер на течни горива // Селлскостоланска техника. 1983. -8, - С. 66-71. 2. Патент 167 . Республики Беларусь. МПК 01 3/00, 11/08. Приоритет 2000.02.09. Публикация 2000.09.30 (прототип). 3. Успенский А.А. Мобильные агрокомпьютеры В 4 ч. Ч.3. Мембранные камерные датчики расхода топлива. - Мн. БГПА, 1994. - С. 5-12. 4. Успенский А.А., Бойков В.П. К вопросу оценки надежности и долговечности дизельных двигателей. - 99. - -,1999. -. - . 211-216. Полезная модель относится к устройствам для измерения расхода топлива двигателей внутреннего сгорания, может использоваться на тракторах, автомобилях и других мобильных и стационарных сельскохозяйственных и дорожных машинах, оснащенных дизельными и бензиновыми двигателями для измерения суммарного и текущего расхода, и направлено на повышение точности. Известно устройство для измерения расхода топлива, содержащее металлическую камеру, разделенную эластичной мембраной на две полости, входы которых сообщены с гидравлическим распределителем, а соединенные с контактами электрические выходы - со схемой управления, регистрации и питания 1. Недостаток известного устройства в низкой точности измерения расхода топлива. Точнее является устройство, которое наиболее близко по сущности к полезной модели, и которое содержит металлическую камеру, разделенную мембраной, снабженной металлической осью, на две конические полости, входы которых сообщены с выходами гидравлического распределителя, а электрические входы, соединенные с расположенными на изолирующих втулках контактами, сообщены с электронным блоком управления 2. Недостатком прототипа является сложность исполнения конструкции устройства для измерения расхода топлива из-за необходимости соединения трубопроводами или через специальную проставку конических полостей металлической камеры с гидравлическим распределителем. В прототипе также затруднено определение оптимальных конструктивных параметров элементов устройства для измерения расхода топлива в случае его использования для измерений различных диапазонов расхода топлива, что усложняет конструирование устройства и увеличивает его габариты в случаях применения для измерения больших расходов. 3 1105 Кроме того, в таком устройстве усложненная конструкция герметизации соединения металлической камеры и гидравлического распределителя. Если они между собой соединяются трубопроводами, то необходимо герметизировать входные и выходные присоединительные места в металлической камере и гидравлическом распределителе, а также присоединительные места в соединительных элементах трубопроводов. При соединении металлической камеры с гидравлическим распределителем через специальную проставку необходимо герметизировать входы и выходы этой проставки как с металлической мембраной, так и с гидравлическим распределителем. Поэтому большое количество мест герметизации вызывает также усложнение конструкции устройства в целом и снижает надежность его работы в процессе эксплуатации. Задача полезной модели в упрощении конструкции устройства для измерения расхода топлива. Задача решается тем, что в устройстве для измерения расхода топлива, содержащем металлическую камеру, разделенную мембраной, снабженной металлической осью, на две конические полости, входы которых сообщены с выходами гидравлического распределителя, а электрические входы, соединенные с расположенными на изолирующих втулках контактами, сообщены с электронным блоком управления, имеются следующие отличительные признаки в металлической камере дополнительно выполнены цилиндрические полости, расположенные между коническими полостями и их входами, которые сообщены с выходами гидравлического распределителя через уплотнительные кольца, деформированные между стыковыми поверхностями гидравлического распределителя и металлической камеры. Кроме того, электронный блок управления выполнен с возможностью определения суммарного и текущего значений объемного и весового расходов топлива, а также текущего и среднего значений коэффициентов загрузки двигателя, которые рассчитываются по формулам,,/,/,(-)/(н-),..-1(12-1))/(12),где- суммарный объемный расход топлива, - суммарный весовой расход топлива, - текущий объемный расход топлива, - текущий весовой расход топлива, - текущее значение коэффициента загрузки двигателя,. - среднее значение коэффициента загрузки двигателя за определенное количество измерений, - число порций топлива, прошедшее через металлическую камеру, - объем металлической камеры, - плотность топлива при определенной температуре, - время прохождения через металлическую камеру порции топлива,о - текущий весовой расход топлива на холостом ходу двигателя,н - текущий весовой расход топлива при номинальной мощности двигателя,.-1 - среднее значение коэффициента загрузки двигателя за определенное количество измерений, предшествующих последнему измерению,1 - длительность первого измерения,4 1105 Т 2 - длительность второго измерения,-1 - длительность предпоследнего измерения, - длительность последнего измерения. При этом объем металлической камеры выбирается из условия/12,где- максимальный текущий объемный расход топлива. Причем конструктивные параметры устройства определяются согласно уравнениям 6 о/(122212),2(м)/(1-2)180/,2 м-2(вк)-2,где- ход мембраны, - угол образующей конических полостей металлической камеры, - длина металлической оси мембраны,3,141593,1 - диаметр защемления мембраны между коническими полостями металлической камеры,2 - диаметр основания цилиндрических полостей,м - толщина мембраны,Н - расстояние от мембраны до основания изолирующих втулок,в - толщина изолирующих втулок,к - толщина контактов. Рекомендуется, по крайней мере, один из входов конических полостей размещать не перпендикулярно стыковым поверхностям гидравлического распределителя и металлической камеры. Желательно также выполнение в металлической камере дополнительных входов, сообщенных с входами гидравлического распределителя. Возможно выполнение металлической камеры Г-образной и Т-образной. Возможно также расположение дополнительных входов металлической камеры за мембраной с одной ее стороны или с обеих сторон. Желательно сообщение входов гидравлического распределителя с дополнительными входами металлической камеры также осуществить через уплотнительные кольца, деформированные между стыковыми поверхностями гидравлического распределителя и металлической камеры. Дополнительное выполнение в металлической камере цилиндрических полостей, расположенных между коническими полостями и их входами, позволит увеличить объем металлической камеры не меняя габаритов ее корпуса, что необходимо для упрощения конструкции устройства в целом при использовании его для измерения больших расходов топлива. Сообщение входов конических полостей металлической камеры с выходами гидравлического распределителя через уплотнительные кольца, направлено на упрощение герметизации стыковых поверхностей гидравлического распределителя и металлической камеры. Выполнение уплотнительных колец деформированными между стыковыми поверхностями гидравлического распределителя и металлической камеры, упростит технологию обработки этих поверхностей, так как не потребуется соблюдения высокой точности по плоскостности и параллельности их взаимного расположения. При этом будет обеспечена простая и надежная герметизация соединений входов и выходов устройства. 1105 Выполнение электронного блока управления с возможностью определения суммарного и текущего значений объемного и весового расхода-расхода топлива по вышеприведенной формуле направлено на упрощение электрической части устройства. Определение объема металлической камеры, выбор хода мембраны и угла образующей конических полостей металлической камеры по предложенным зависимостям позволит подобрать рациональные параметры конструктивных элементов устройства для множества случаев его использования при измерении различных расходов топлива. Остальные приведенные рекомендуемые, желательные и возможные зависимые признаки отличительной части полезной модели необходимы при использовании различных марок гидравлических распределителей, что расширяет универсальность применения устройства для измерения расхода топлива без существенных усложнений его конструкции. Сущность полезной модели поясняется приведенной принципиальной схемой устройства для измерения расхода топлива. Устройство для измерения расхода топлива содержит металлическую камеру 1, которая может выполняться Г-образной (как показано) или Т-образной. Металлическая камера 1 состоит из двух одинаковых конических полостей 2 и 3, между которыми расположена мембрана 4, снабженная металлической осью 5. Конические полости 2, 3 сообщены с цилиндрическими полостями 6, 7, на основаниях которых закреплены, соответственно, контакты 8, 9, расположенные на изолирующих втулках 10. Причем контакты 8, 9 соединены через электрические входы 11 с электронным блоком управления 12. Конические и цилиндрические полости 2, 3 и 6, 7 имеют входы 13, 14, которые сообщены с выходами 15,16 гидравлического распределителя 17. Электромагнит 18 гидравлического распределителя питания двигателя внутреннего сгорания (не показано). Вход 20 гидравлического распределителя 17 сообщен с устройством приема, распределения и подачи топлива в камеры сгорания этого двигателя (также не показано). Гидрораспределитель 17 снабжен золотником 21, служащим для открытия и перекрытия сообщения вышеупомянутых входов 13, 14,19, 20 с выходами 15, 16. Металлическая камера 1 снабжена также дополнительными входами 22 и 23, сообщенными, соответственно, со входами 19 и 20 гидравлического распределителя 17. Причем дополнительные входы 22 и 23 могут располагаться за мембраной 4 по одну или по обе стороны от нее. Золотник 21 с одной стороны поджат возвратной пружиной 24. Между основаниями цилиндрических полостей 6, 7 и мембраной 4 расположены пружины 25. Входы 13 и 14 конических полостей 2, 3 могут располагаться не перпендикулярно (как показано) относительно стыковой поверхности А гидравлического распределителя 17 и стыковым поверхностям Б 1 и Б 2 металлической камеры 1. Причем между этими стыковыми поверхностями А и Б 1 и Б 2 деформированы уплотнительные кольца 26, через которые входы 13, 14 конических и цилиндрических полостей 2, 3 и 6, 7 металлической камеры 1 сообщены с выходами 15, 16 гидравлического распределителя 17, а дополнительные входы 22, 23 металлической камеры 1 - с его входами 19 и 20. Это позволит не предъявлять высоких требований по обработке упомянутых стыковых поверхностей А, Б 1 и Б 2. Причем допускается, что одна из стыковых поверхностей Б 1, Б 2 может располагаться немного (до 1,5 мм) выше другой. При этом герметичность такого соединения не нарушится. При проектировании устройства выбирают рациональные конструктивные параметры(для примера даются единицы измерений) его элементов по следующим нижеприведенным зависимостям (также с примерными единицами измерений). Объем металлической камеры ( в мл) определяется при проектировании устройства уравнением на основании ранних экспериментальных исследований аналогов 1, 3, 4 и прототипа 2/12,6 1105 где- максимальный текущий объемный расход топлива, л/ч. Исходными данными для расчета конструктивных параметров металлической камеры служат объемметаллической камеры, мл диаметр 1 защемления мембраны 1 между коническими полостями 2 и 3 металлической камеры 1, мм диаметр 2 основания цилиндрических полостей 6 и 7, мм толщина м мембраны 4, мм расстояние Н от мембраны 4 до основания изолирующих втулок 10, мм толщина в изолирующих втулок 10, мм толщина к контактов 8, 9, мм. Результатом расчета являются следующие конструктивные параметры датчика ходмембраны 1, мм уголобразующей конических камер, град. длинаметаллической оси 5 мембраны 4, мм, которые вычисляются соответственно по формулам(6000 о)/(122212)2(м)/(1-2)180/2 м-2(вк)-2,где 3,141593. Электронный блок управления 12 выполнен с возможностью вычисления суммарных объемного (, л) и весового (, кг) расходов топлива, текущих объемного (, л/ч) и весового (, кг/ч) расходов топлива, а также текущего и среднего значений коэффициентов загрузки двигателя , по формулам/1000 л ,/1000 кг ,3,6/ л/ч ,3,6/ кг/ч ,где- число порций топлива, прошедшее через металлическую камеру- плотность топлива при температуре, г/мл- время прохождения порции топлива через металлическую камеру 1 и гидравлический распределитель 17 устройства, с. Текущее значение коэффициента загрузкидвигателя по расходу топлива рассчитывается по формуле(Ре/Рн)100(-)/(н-)100 ,где Ре - эффективная мощность двигателя, кВ Рн - номинальная мощность двигателя, кВи н - соответственно, текущие весовые расходы (часовые расходы) топлива на холостом ходу и при Рн, кг/ч. Они зависят от технического состояния двигателя и изменяются в процессе эксплуатации. В связи с этим, при установке системы на объекте в память системы заносятся паспортные значения о и Он, которые автоматически корректируются в процессе эксплуатации. Причем из экспериментальных данных по аналогу 4 н 4. Средний коэффициент загрузки двигателя за определенный промежуток времени (за время опыта, смену, сезон и весь срок службы двигателя) по формуле..-1(12-1)/(12),где .-1 - среднее значение коэффициента загрузки двигателя за определенное количество измерений, предшествующих последнему измерению,7 11051 - длительность первого измерения,Т 2 - длительность второго измерения,-1 - длительность предпоследнего измерения, - длительность последнего измерения. Устройство для измерения расхода топлива работает следующим образом. Для измерения расхода топлива включают электронный блок 12. Гидравлический распределитель 17 находится в исходном положении (как показано), при котором его выход 15 сообщается со входом 13 металлической камеры 1, а выход 16 - со входом 14 этой камеры. По мере поступления топлива в цилиндрическую и коническую полости 6, 2 мембрана 4 переместится влево. В момент касания ее металлической оси 5 контакта 9 электронный блок управления 12 выдаст управляющий сигнал и через электромагнит 18 переключит гидравлический распределитель 17 в другую позицию. В результате его вход 19 сообщится с цилиндрической и конической полостями 6, 2, а вход 20 - с цилиндрической и конической полостями 7, 3. Поэтому мембрана 4 теперь будет перемещаться вправо, вытесняя оставшееся топливо из конической и цилиндрической полостей 2, 6 в выход 15 металлической камеры 1 и вход 19 гидравлического распределителя 17, и далее, к двигателю внутреннего сгорания. В момент замыкания контакта 8 металлической осью 5 мембраны 4 электронный блок управления 12 выдаст очередной управляющий сигнал, переключив, через электромагнит 18 гидравлический распределитель 17 в исходную позицию (как показано). Цикл работы устройства повторится. При этом топливо будет вытесняться мембраной 4 уже из конической и цилиндрической полостей 3, 7. Так как конические полости 2, 3 и цилиндрические полости 6, 7 являются симметричными, то, независимо от направления движения мембраны 4, через металлическую камеру 1 устройства проходят равные по величине порции топлива. Причем электронный блок управления автоматически ведет подсчет упомянутых изменений направления движения мембраны 4 за счет попеременного замыкания контактов 8, 9 ее металлической осью 5. Этот блок также автоматически определяет расходтоплива по упомянутой выше формуле. Особенно ценно будет использование упрощенной конструкции устройства для измерения расхода топлива в бортовом измерительном комплексе эксплуатационных характеристик транспортного средства или в автоматической системе коммерческого учета расходования горючесмазочных материалов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8