CN211777729U - 一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，包括掺混系统、油耗测量系统以及电控系统，掺混系统通过两个独立可调的流量泵实现两种燃料特定比例的供给，使用超声波震荡混合器实现两者充分混合。测量系统则使用科里奥利质量流量计测量油耗，通过压力反馈控制燃料泵实现主测量油路对发动机单向稳压供油，通过初始充油与排气设计来消除质量流量计测量精度的干扰因素。本实用新型可以实现按照设定掺混比例自动配制混合燃料，同时实时、精确地测量发动机的油耗值，为双燃料发动机性能测试提供数据。

Description

一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置

技术领域

本实用新型涉及发动机台架性能测试设备领域，尤其涉及一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置。

背景技术

随着传统石油资源日益枯竭，以及传统燃料发动机尾气所造成的大气环境污染日益严重，有关替代燃料在发动机上的应用课题成为研究者们的研究热点。甲醇、乙醇、聚甲氧基二甲醚(PODE)、煤制油、生物柴油等均已被国内外研究人员作为替代燃料，用于部分替代或者完全替换柴油或汽油的使用，以减轻对于石油资源的消耗，并且优化缸内燃烧，改善污染物排放。

在目前替代燃料的应用方式中，柴油与一种替代燃料或者两种替代燃料之间按照一定比例掺混燃烧是一种重要而简便的应用方法。在进行双燃料掺混燃烧发动机的研究中，研究者往往需要按照不同的体积比例配置出混合燃料，并分别进行实验研究与测量。如果每次都要预先人工配置不同比例的燃料，然后再分别进行实验，将是繁重的工作。与此同时，在内燃机的性能指标中，油耗率是衡量内燃机经济性的重要指标，尤其是对于类似甲醇、PODE这样的含氧燃料，由于其热值低，同样功率下其质量消耗率显著大于柴油，对于其油耗率的考察尤其重要。因此需要保证这一物理量测量的足够精确，以准确衡量发动机的燃油经济性。

实用新型内容

针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，能够按照台架控制电脑的设定值自动配置出一定体积比例的混合燃料，并将其持续稳定地供入发动机供油循环回路中去，同时还能精确、实时地测量出发动机的油耗率，从而为双燃料掺混燃烧发动机的研究提供有效数据支持。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，包括掺混系统、油耗测量系统以及电控系统；

所述掺混系统包括第一油箱、第二油箱、第一进油管、第二进油管、第一流量泵、第二流量泵和超声波震荡混合器，所述第一油箱和所述第二油箱分别用于存放两种不同燃料，所述第一进油管的一端以及所述第二进油管的一端分别与两个油箱一一对应连接，另一端均与所述超声波震荡混合器连接，所述第一流量泵设置于所述第一进油管上，所述第二流量泵设置于所述第二进油管上；

所述油耗测量系统包括主测量油路，所述主测量油路包括排气缓存箱、燃料泵和质量流量计，所述超声波震荡混合器、所述排气缓存箱、所述燃料泵以及所述质量流量计依次连接，所述排气缓存箱顶部设有排气阀；

所述质量流量计与所述发动机的发动机供油循环回路连接；

所述电控系统与所述第一流量泵、所述第二流量泵、所述超声波震荡混合器以及所述质量流量计连接，所述电控系统通过控制所述第一流量泵、所述第二流量泵以及所述超声波震荡混合器来控制两种燃料分别按照一定的体积流量掺混，所述电控系统根据所述质量流量计测得的信号实时反馈发动机的油耗数值。

优选的，所述掺混系统还包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述排气缓存箱与所述燃料泵之间的管路上安装有燃油滤清器，所述掺混系统还包括第一液位传感器，所述第一液位传感器安装于所述超声波震荡混合器上，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀以及所述第一液位传感器均与所述电控系统连接，所述电控系统根据所述第一液位传感器的信号控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀以及所述超声波震荡混合器的启闭。

优选的，所述主测量油路还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器安装于所述燃油滤清器的出油口，所述第二压力传感器安装于所述质量流量计的入油口，所述电控系统根据所述第一压力传感器和所述第二压力传感器信号调整燃料泵的输入电压。

优选的，所述燃料泵与所述质量流量计之间的管路上安装有单向阀。

优选的，所述油耗测量系统还包括回油油路，所述回油油路包括卸压回油油路，所述卸压回油油路从所述单向阀出口经恒压阀连通至所述排气缓存箱。

优选的，所述回油油路还包括主回油回路，所述主回油油路从发动机供油循环回路的回油口出发，经回油开关电磁阀、液视镜连通至所述排气缓存箱，所述液视镜内安装有第二液位传感器，所述第二液位传感器与所述电控系统连接。

优选的，所述第一流量泵与所述第二流量泵的最大供油速率均大于所述燃料泵的最大供油速率。

优选的，所述质量流量计为科里奥利质量流量计。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型能够准确实现按照设定双燃料掺混比例自动配油，只需在电控系统上改变设定值即可自动获得不同掺混比例的双燃料混合燃料，不必提前配油，便于进行不同掺混比例下的双燃料发动机台架实验。

2.本实用新型可以应用于发动机的各种双燃料混合燃烧实验，尤其是对于尚处于早期研究阶段的双燃料掺烧发动机，由于两种燃料混合后的沉淀、分层问题可能尚未解决，在实验时采用现配现用的方法可以有效避免这一问题。

3.本实用新型通过压力反馈控制，实现油耗测量油路对发动机供油循环油路的单向稳压供油，保证了发动机供油和运转的连续性和稳定性。

4.本实用新型使用科里奥利质量流量计测量油耗，能够实现对燃油流量的高精度、瞬态的直接测量。由于在装置正常运行过程中没有回油过程，为单向稳压供油，确保质量流量计测得的燃油质量流量即为发动机的油耗，通过测量油路的排气设计，有效消除了对于质量流量计测量精度的干扰因素，确保了测量结果的准确性。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置的系统示意图。

图2为根据本实用新型实施例的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置的结构示意图。

附图标记：

00、双燃料定比掺混及油耗测量系统，01、控制柜，1、第一油箱，2、第二油箱，3、第一流量泵，4、第二流量泵，5、第一电磁阀，6、第二电磁阀，7、超声波震荡混合器，8、液位传感器，9、排气阀，10、排气缓存箱，11、燃油滤清器，12、第一压力传感器，13、燃料泵，14、单向阀，15、恒压阀，16、第二压力传感器，17、质量流量计，18、测量系统出油口，19、回油口，20、回油开关电磁阀，21、液视镜，22、发动机供油循环回路，23、A/D 转换器，24、开关电源，25、单片机。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置。

请参阅图1和图2，发动机的燃油箱包括第一油箱1和第二油箱2，第一油箱1和所述第二油箱2分别用于存放两种不同燃料。根据本实用新型实施例的一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置00包括从两个油箱中分别抽取两种燃料并且按给定体积比例混合的掺混系统、测量混合燃料的消耗量的油耗测量系统，以及监控燃油在油路中流动情况并控制相关部件运转从而得到发动机耗油量的电控系统。

具体的，所述掺混系统包括第一进油管、第二进油管、第一流量泵3、第二流量泵4、第一电磁阀5、第二电磁阀6、超声波震荡混合器7、第一液位传感器8，第一进油管连接第一油箱1和超声波震荡混合器7，第二进油管连接第二油箱2和超声波震荡混合器7，第一流量泵3和第一电磁阀5设置在第一进油管上，第二流量泵4和第二电磁阀6设置在第二进油管上。第一流量泵3与第二流量泵4均选用可调精密流量泵，通过这种流量泵可以在电控系统控制下分别实现两种燃料按不同设定流量的精确供油。两种燃料由对应的两个流量泵分别经过第一电磁阀5、第二电磁阀6输送至超声波震荡混合器7，在混合器内实现两种燃料的掺混。

进一步，在超声波震荡混合器7上部合适的位置设有第一液位传感器8，第一液位传感器8有上下两个感应点，可以监测超声波震荡混合器7中的液位，当进入超声波震荡混合器 7的燃料液面达到上限位时，第一液位传感器8就会向电控系统发出反馈信号，随后电控系统控制两个流量泵暂停向混合器中输油，同时第一电磁阀5、第二电磁阀6关闭，以确保燃料不会回流。而超声波震荡混合器7则把按给定比例输入的两种燃料进行震荡混合，并输送到油耗测量系统的排气缓存箱10中。当混合器中液面下降到下限位时，第一液位传感器8会再次向电控系统发出反馈信号，使电控系统控制第一电磁阀5和第二电磁阀6打开，第一流量泵3和第二流量泵4继续输油。

具体的，所述油耗测量系统包括主测量油路和回油油路。所述主测量油路接受来自掺混系统的混合燃料，并将其供入发动机供油循环回路22。所述回油油路包括主回油油路和卸压回油油路。

具体地，所述主测量油路包括排气缓存箱10，所述排气缓存箱10与超声波震荡混合器7 相通，在其顶部设有排气阀9，兼具存油与排气的作用。进入主测量油路的混合燃料由排气缓存箱10缓存，并且通过燃料泵13将燃料泵入主测量油路，经由燃油滤清器11、单向阀14 输入质量流量计17中，燃油流过质量流量计17后由测量系统出油口18流入发动机的供油循环回路22。

作为优选，所述质量流量计17为科里奥利质量流量计，它是一种利用流体在振动管道中流动时产生与质量流量成正比的科里奥利力原理来直接测量质量流量的装置，由流量检测元件和转换器组成，实现了质量流量的直接而又精确的瞬态测量，并且在流体通道内没有阻流元件和可动部件，在油耗测量方面具有较好的应用性能。由于液体中含气量会显著影响其测量精度，因此对于测量油路的排气是非常必要的。

进一步，为了监测主测量油路上的压力变化，在燃油滤清器11的出油口和质量流量计 17的入油口分别设有第一压力传感器12和第二压力传感器16，两个压力传感器把油路中的压力实时反馈给电控系统，电控系统根据反馈信号通过开关电源24调整燃料泵13的输入电压，从而控制燃料泵13的运转，保证油路中压力保持在一个合理值。

进一步，为了保证主测量油路油压不超过安全值，在单向阀14的出口设有卸压回油油路，卸压回油油路经恒压阀15通至排气缓存箱10。恒压阀为常闭式阀，当且仅当压力达到限值时才打开，在初始油路充油过程以及发动机运转时油路出现异常，压力超过安全值的情况下，恒压阀15将会打开，使多余燃油回流至排气缓存箱10，从而确保油路中相关设备的安全，尤其是质量流量计17的安全。

进一步，从供油循环回路经回油口19、回油开关电磁阀20、液视镜21通回至排气缓存箱10，构成主回油油路，液视镜21内安装有第二液位传感器，第二液位传感器与电控系统连接，回油开关电磁阀20仅在发动机初始运转时打开，在正常运行过程中为关闭状态。

需要进一步说明的是，所述掺混系统与油耗测量系统的相应功能均由电控系统控制实现。所述电控系统包括A/D转换器23、开关电源24、单片机25以及通往装置中各个传感器与执行器的线路。电控系统与台架控制柜01相连，接受来自台架控制电脑的控制指令，并且根据各个传感器的反馈信号监控燃油在油路中流动情况，控制相关部件运转，以实现装置的功能；同时将测得的油耗结果反馈至台架控制电脑上，使实验人员能够实时而准确地获得双燃料发动机的台架油耗情况。

本实用新型的装置工作过程：

对于一台柴油-PODE双燃料掺混燃烧发动机，所述第一油箱1中为柴油，第二油箱2中为PODE。当发动机开始起动运转时，电控系统接受来自台架控制柜01的控制信号，以及设定的柴油与PODE的掺混比例，从而计算出第一流量泵3与第二流量泵4各自的输油流量。电控系统控制第一电磁阀5、第二电磁阀6打开，第一流量泵3与第二流量泵4在电控系统的控制下分别把柴油与PODE两种燃料从油箱中按照给定的体积流量输送到掺混系统的进油管路，两种燃料沿着各自的进油管路进入超声波震荡混合器7。在超声波震荡混合器7的上部合适位置装有第一液位传感器8，第一液位传感器8在混合器内腔的上下两个合适的液面位置设有感应点。当超声波震荡混合器7中的液面超过上限位时，传感器会向电控系统发出反馈信号，电控系统进而控制第一电磁阀5和第二电磁阀6关闭，同时第一流量泵3和第二流量泵4停止供油。超声波震荡混合器7利用超声波震荡把燃油掺混，并把经过充分掺混的混合燃油输送至油耗测量系统的排气缓存箱10中。而当第一液位传感器8测得的液位低于下限位时，第一电磁阀5和第二电磁阀6打开，第一流量泵3与第二流量泵4也分别再次开始供油。当装置需要停止运行时，第一电磁阀5、第二电磁阀6则同时关闭。

需要说明的是，在本实用新型的双燃料掺混与油耗测量装置中，燃油在掺混系统油路中的供给是间歇性的，而在油耗测量系统中，主测量油路中燃油的流动则是持续而稳定的，以保证对发动机供油循环回路22的稳定输油，以及质量流量计17的测量精度与工作稳定性。为了防止主测量油路出现缺油情况，第一流量泵3与第二流量泵4的最大供油速率均大于燃料泵13的最大供油速率，并且通过上述断油机制实现掺混系统对油耗测量系统的适量供油。

进一步，来自掺混系统的混合燃油进入油耗测量系统中，流入排气缓存箱10中。排气缓存箱10能够缓存来自掺混系统的混合燃料，并通过燃料泵13供给到主测量油路。同时它还能通过滤网分离燃料中的气泡，并使气体从顶部的排气阀9排出，保证系统的测量精度与工作稳定。混合燃油沿着主测量油路经燃油滤清器11、燃料泵13、单向阀14流入质量流量计 17中，由质量流量计17测出流过主测量油路的燃料的质量流量。

进一步，由质量流量计17流出的燃料从测量系统出油口18流入发动机供油循环回路22。在发动机正常工作过程中，电控系统根据来自第一压力传感器12和第二压力传感器16的反馈信号，通过开关电源24调整燃料泵13的输入电压，从而控制燃料泵13的运转，保证油路中压力保持在一个合理值。发动机供油循环回路22中的燃油循环进入发动机中，发动机在运行过程中不断消耗供油循环回路中的燃料。而主测量油路则以适当的压力把燃料及时地输入发动机供油循环回路22，补充回路中的燃料消耗，保证供油循环回路的油压稳定。此时从发动机供油循环油路22中不会有燃料经回油开关电磁阀20回流，因此布置在主测量油路的质量流量计17就能实时测量出从油耗测量系统输入供油循环回路的燃料质量流量，这也就是发动机的燃油消耗率。质量流量计17发出的质量流量信号反馈给电控系统，经单片机25处理后将其反馈至台架控制电脑，即可获得发动机的油耗值。

需要说明的是，在发动机尚未起动，双燃料掺混与油耗测量的装置使用之前，油耗测量系统的内部管路以及相关部件内部为空。因此需要对油耗测量系统进行初次充油，将管路与相关部件内部的空气排出，以保证油耗测量系统能够稳定、可靠工作。在初次充油过程中，电控系统发出控制信号把各个管路与部件同时打开，燃油从掺混系统进入排气缓存箱10，再从排气缓存箱10沿着主测量油路流入发动机供油循环回路22。此时燃料泵13不受开关电源调节，仅以较高的流量输油。回油开关电磁阀20打开，发动机供油循环回路22中多余的燃料会经回油开关电磁阀20由主回油油路流回排气缓存箱10，避免了发动机供油循环回路22 中出现压力过高的情况，并实现对供油循环回路及油耗测量系统管路及部件的冲洗。当主回油油路中液视镜21充满时，即可判定管路中已经注满燃料，管路与相关部件内的空气也已经排尽。此时液视镜21内的第二液位传感器向电控系统发出反馈信号，回油开关电磁阀20关闭，第一压力传感器12和第二压力传感器16与开关电源24开始工作，整个双燃料掺混与油耗测量的装置进入正常工作状态。此时油耗测量系统对于发动机供油循环回路22是单向稳压供油，从质量流量计17中测得的混合燃料质量流量即为发动机的油耗率。

需要特别说明的是，除了上述实施例中的柴油与PODE，本实用新型装置亦可直接用于或稍作修改用于其它具有互溶性的任意两种燃料。

本实用新型针对双燃料掺混燃烧发动机台架实验的需求，通过利用超声波震荡混合器与科里奥利质量流量计，设计了一种双燃料定比掺混和油耗测量装置。该装置能够自动实现双燃料的实时定比掺混与供给，不需要提前配油，在实验进行过程中也可以很方便地调节掺混比例，同时可以在发动机运行过程中实时而又精确地测量发动机的油耗率。通过合理的电控反馈控制，以及排气、回油设计，保证装置安全、稳定、可靠的工作。由于在正常工作过程中主测量油路对发动机供油循环油路为单向稳压供油，有效消除了对于质量流量计的油耗测量精度的干扰因素，大大提高了油耗测量精度。此装置可以有效减轻发动机双燃料掺烧实验研究的工作量，并且能够精确而实时地测量双燃料的油耗情况，从而使研究人员能够更有效地掌握不同掺混比例下双燃料发动机的经济性、动力性等性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，包括掺混系统、油耗测量系统以及电控系统；

所述掺混系统包括第一油箱(1)、第二油箱(2)、第一进油管、第二进油管、第一流量泵(3)、第二流量泵(4)和超声波震荡混合器(7)，所述第一油箱(1)和所述第二油箱(2)分别用于存放两种不同燃料，所述第一进油管的一端以及所述第二进油管的一端分别与两个油箱一一对应连接，另一端均与所述超声波震荡混合器(7)连接，所述第一流量泵(3)设置于所述第一进油管上，所述第二流量泵(4)设置于所述第二进油管上；

所述油耗测量系统包括主测量油路，所述主测量油路包括排气缓存箱(10)、燃料泵(13)和质量流量计(17)，所述超声波震荡混合器(7)、所述排气缓存箱(10)、所述燃料泵(13)以及所述质量流量计(17)依次连接，所述排气缓存箱(10)顶部设有排气阀(9)；

所述质量流量计(17)与所述发动机的发动机供油循环回路(22)连接；

所述电控系统与所述第一流量泵(3)、所述第二流量泵(4)、所述超声波震荡混合器(7)以及所述质量流量计(17)连接，所述电控系统通过控制所述第一流量泵(3)、所述第二流量泵(4)以及所述超声波震荡混合器(7)来控制两种燃料分别按照一定的体积流量掺混，所述电控系统根据所述质量流量计(17)测得的信号实时反馈发动机的油耗数值。

2.根据权利要求1所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述掺混系统还包括第一电磁阀(5)和第二电磁阀(6)，所述掺混系统还包括第一液位传感器(8)，所述第一液位传感器(8)安装于所述超声波震荡混合器(7)上，所述第一电磁阀(5)、所述第二电磁阀(6)以及所述第一液位传感器(8)均与所述电控系统连接，所述电控系统根据所述第一液位传感器(8)的信号控制所述第一电磁阀(5)、所述第二电磁阀(6)以及所述超声波震荡混合器(7)的启闭。

3.根据权利要求1所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述主测量油路还包括第一压力传感器(12)和第二压力传感器(16)，所述排气缓存箱(10)与所述燃料泵(13)之间的管路上安装有燃油滤清器(11)，所述第一压力传感器(12)安装于所述燃油滤清器(11)的出油口，所述第二压力传感器(16)安装于所述质量流量计(17)的入油口，所述电控系统根据所述第一压力传感器(12)和所述第二压力传感器(16)信号调整燃料泵(13)的输入电压。

4.根据权利要求1所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述燃料泵(13)与所述质量流量计(17)之间的管路上安装有单向阀(14)。

5.根据权利要求4所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述油耗测量系统还包括回油油路，所述回油油路包括卸压回油油路，所述卸压回油油路从所述单向阀(14)出口经恒压阀(15)连通至所述排气缓存箱(10)。

6.根据权利要求5所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述回油油路还包括主回油回路，所述主回油油路从发动机供油循环回路(22)的回油口(19)出发，经回油开关电磁阀(20)、液视镜(21)连通至所述排气缓存箱(10)，所述液视镜(21)内安装有第二液位传感器，所述第二液位传感器与所述电控系统连接。

7.根据权利要求1所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述第一流量泵(3)与所述第二流量泵(4)的最大供油速率均大于所述燃料泵(13)的最大供油速率。

8.根据权利要求1所述的发动机双燃料掺混与油耗测量的装置，其特征在于，所述质量流量计(17)为科里奥利质量流量计。

Images