CS265485B1 - Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva spalovacích motorů - Google Patents

Abstract

Očelem řešení je možnost změření výkonu motoru současně se spotřebou paliva příslušející vynaložené práci na zrychlení rotujících hmot spalovacího motoru. Uvedeného účelu dosáhne mikropočítačem s příslušnými periferiemi, opatřeného snímačem otáček motoru, elektronickými ovládacími obvody a palivoměrem, přičemž palivoměr je zkonstruován tak, aby byl schopen vykonávat algoritmem vložené povely od mikropočítače pomocí elektromagnetických rozváděčů a speciálních hydraulických větví a kanálků.

Description

Vynález se týká akceleračního měřiče měrné spotřeby paliva spalovacích motorů.

Dosud známá akcelerační zařízení pro měření spalovacích motorů umožňují stanovit jeho výkonové parametry, tj. úhlové zrychlení, točivý moment a výkon, bez nutnosti zatěžování výkonovou brzdou, avšak není známo zařízení umožňující současně stanovit spotřebu paliva odpovídající výkonu během akcelerace nezatíženého motoru a vyjádřit výsledný efekt hospodárnosti provozu motoru v podobě měrné spotřeby paliva, například v gramech paliva za jednotku užitečné práce motoru. Dosud známá zařízení pro měření měrné spotřeby, tj. výkonové brzdy a palivoměry vyžadují, aby měřený motor byl zatěžován po dobu podstatně delší, než je doba tzv. volné akcelerace a proto nejsou pro snadné, rychlé a levné diagnostické měření vhodné.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny akceleračním měřičem měrné spotřeby paliva spalovacích motorů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z mikropočítače opatřeného snímačem otáček motoru a elektronickými ovládacími obvody rozváděčů palivoměru, přičemž pálivoměr sestává z provozní větve, umístěné mezi přívodem a vývodem paliva palivoměru, měřicí větve, umístěné bočně k provozní větvi, přepadové větve, umístěné mezi provozní a měřicí větev, přičemž přepadová větev je od měřicí větve hydraulicky oddělena vzdušníkem, plnicí větve umístěné mezi přepadovou a měřicí větev a vratné větve, umístěné bočně k provozní větvi. Výhodně provozní větev palivoměru sestává z odplyňovací komory a sériově připojeného elektromagnetického rozváděče ve výchozí poloze. Měřicí větev zahrnuje odměrnou nádobku zakončenou nulovacím přímo - řízeným ventilem a sériově připojený elektromagnetický rozváděč v přestavěné poloze. Přepadová větev je tvořena regulačním hydraulickým odporem, sériově připojeným elektromagnetickým rozváděčem ve výchozí poloze, ke kterému je paralelně připojen hydraulický odpor. Plnicí větev zahrnuje elektromagnetický rozváděč v přestavěné poloze a vratná větev je tvořena jednosměrným ventilem.

Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva spalovacích motorů umožňuje měřit spotřebu paliva na určité množství práce vložené motorem do úhlového zrychlení vlastních rotujících hmot. Při známé hodnotě momentu setrvačnosti rotujících částí motoru se početně stanoví střední hodnota užitečného točivého momentu v předvoleném frekvenčním pásmu otáček a užitečný výkon ve střední části tohoto pásma. Dále se potom za pomoci změřené spotřeby paliva a výkonu stanoví pro předvolené frekvenční pásmo otáček střední hodnota měrné spotřeby paliva v gramech na kilowatthodinu užitečné práce. Frekvenční pásma měřicích otáček jsou volena zhruba v rozsazích 1 200 až 1 600 a 1 600 až 1 900 za minutu, což umožňuje stanovit ve dvou významných bodech rychlostní charakteristiky motoru výše uvedené veličiny. Pokud se v rámci diagnostického měření uvedené veličiny jeví jako nevyhovující umožňuje zařízení hledat příčinu v jednotlivých válcích motoru pomocí vratné větve palivoměru do které se postupně připojuji jednotlivá výtlačná potrubí vstřikovacího čerpadla, například u vznětového motoru. Měřením s takto postupně odpojovanými válci motoru a příslušným matematickým zpracováním lze výhodně získat indikované hodnoty výkonu a indikované měrné spotřeby paliva jednotlivých válců.

Na připojených výkresech je znázorněn příklad provedení akceleračního měřiče měrné spotřeby paliva na vznětovém motoru, kde na obr. 1 je schéma celého zařízení připojeného do palivové soustavy motoru a na obr. 2 je princip měření úhlového zrychleni a spotřeby paliva v časovém průběhu jedné akcelerace nezatíženého motoru.

Konkrétní provedení a funkce zařízení jsou dále popsány s odvoláním na připojené výkresy, přičemž odvolávky obr. 1 jsou tvořeny čísly 1 až 29 a odvolávky obr. 2 jsou z písmen, popřípadě kombinace písmena s číslem nebo indexem. Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva sestává z mikropočítače 14 s periferiemi, tj. klávesnicí, tiskárnou, zobrazovací jednotkou a vnější pamětí, opatřeného snímačem otáček 16, elektronickými ovládacími obvody 15, se kterými jsou kabelem 13 propojeny ovládací elektromagnety přímočarých Šoupátkových rozvádéčů 10 a 11 v soustavě palivoměru 2· Pálivoměr 2 sestává z několika hydraulických větví. Větev provozní je umístěna mezi šroubení přívodu paliva 2 ^a vývodu paliva 12 a zahrnuje odplyňovací komoru 2 se sériově připojeným přímočarým šoupátkovým elektromagnetickým rozváděčem 11, dále rozváděčem 11 ve výchozí poloze. Větev měřici je umístěna bočně k větvi provozní rozvaděčem v přestavěné poloze a dále obsahuje odměrnou nádobku zakončenou nulovacím přímořízeným ventilem Větev přepadová je umístěna bočně k větvi provozní mezi odplyňovací komoru 2 a rozváděč 11 a dále je připojena k větvi měřicí, přičemž je od měřicí větve hydraulicky oddělena vzdušníkem 4. a obsahuje sroubení přepadu paliva 2., sériově zapojený regulační hydraulický odpor 2 ^a rozváděč 1ke kterému je paralelně připojen hydraulický odpor 2· Větev plnicí je umístěna bočně k větvi měřicí mezi odměrnou nádobku 2 ^a rozváděč 11, dále je bočně připojena k přepadové větvi rozváděčem 10 v přestavěné poloze. Vratná větev je umístěna bočně k provozní větvi mezi rozváděč 11 a sroubení vývodu paliva 12, přičemž je tvořena sroubením vratného přívodu paliva 28 a jednosměrným ventilem 29 do série.

Funkce zařízení pro měření měrné spotřeby paliva spalovacích motorů je následující. Do mikropočítače 14 jsou přiváděny impulsy T křivka A ze snímače otáček 16, které vznikají odrazem světelného paprsku od reflexní značky pevně spojené s povrchem přístupné rotující částí spalovacího motoru 22 . čas mezi dvěma sousedními náběžnými hranami impulsů T odpovídá periodě jedné otáčky motoru 22. Je-li mikropočítačem 14 vyhodnocená délka periody T kratší než perioda odpovídající zvoleným tzv. startovacím otáčkám tj. frekvenci motoru 22 nastaví se vnitřní stavový bit D8 křivka B z hodnoty logická nula ”2 na hodnotu logická jedna ”2· Stavový bit D8 není využit přímo jako výstupní ovládací veličina pro řízení procesu měření z důvodu určité časové prodlevy At křivka B potřebné k vyhodnocení délky periody T. Stavový bit D8 je ve formě řídicí veličiny C vyslán okamžitě po přijetí následujícího impulsu T0 na výstup mikropočítače 22, dále do ovládacích obvodů 15 a elektromagnetických rozváděčů 10 a 11 palivoměru 2· Podle vyloženého algoritmu mikropočítač 14 ukládá od paměti jednotlivé doby osmi period Tl až T8 a zároveň řídí režimy palivoměru 2 pomocí ovládacích obvodů 15 a elektromagnetických rozváděčů 10 a 11 tak, aby^zpo dobu výše zmíněných osmi period Tl až T8, tj. po dobu čtyř pracovních cyklů motoru 22 bylo palivo do vstřikovacího čerpadla 20 dodáváno pouze z odměrné nádobky 2· Palivoměr 2 ^se d° obvodu palivové soustavy motoru 27 připojí šroubením vývodu paliva 18 za čističem paliva 24 běžnou palivovou hadičkou k sroubení přívodu paliva 2· Obdobně se spojí sroubení vývodu paliva 12 se šroubením přívodu paliva do vstřikovacího čerpadla 20, popřípadě sroubení vratného přívodu paliva 17 a 28, při • měření jednotlivých válců. Sroubení přepadu paliva 2 se palivovou hadičkou svede do palivové nádrže 26. Zahrnuje-li vstřikovací čerpadlo 20 přepad paliva do nádrže 27 je nutné jej zaslepit. Palivová soustava motoru se i s připojeným palivoměrem 2 odvzdušní ručním čerpáním paliva dopravním čerpadlem 23, přičemž nejprve se odvzdušní vstřikovací čerpadlo 20 při výchozích polohách rozváděčů 10 a 21, zároveň se odvzdušní provozní a přepadová větev palivoměru 8. Pokynem z klávesnice se přestaví polohy rozváděčů 10 a 11 a obdobně se odvzdušní / větev měřicí a plnicí. Po odvzdušnění se motor uvede do chodu a ustálí na volnoběžných otáčkách V tomto tzv. vyčkávacím režimu jsou rozváděče 10 a 11 ve výchozí poloze, provozní větev palivoměru 2 3^e otevřena, přičemž přebytečné palivo, které nespotřebuje vstřikovací čerpadlo 20 motoru 22 proudí přepadovou větví zpět do nádrže 26., Je-li motor 22 zahřát na předepsanou teplotu, provede se pokynem z klávesnice mikropočítače 14 naplnění odměrné nádobky 2 přestavěním rozváděče 10. Palivo z přepadové větve proudí plnicí větví do odměrné nádobky 9., která po naplnění udržuje pomocí přímořízeného ventilu ]_ výchozí nulovou hladinu paliva, přičemž přebytečné, přepadlé palivo proudí přes vzdušník 4 opět do přepadové větve. Proudění paliva plnicí větví je umožněno hydraulickým odporem 5_, který vytvoří v plnicí větvi potřebný přetlak. Konec plnicího režimu, tj. přestavění rozváděče 10 zpět do výchozí polohy provede podle vloženého algoritmu mikropočítač 14. Při měřicím režimu, tj. palivo je odebíráno pouze z odměrné nádobky 2 P° dobu osmi period Tl až T8 příslušné frekvence akcelerujícího motoru 22 je rozváděč 11 přestavěn, přičemž rozváděč 10 je ve výchozí poloze. Palivo, které při měřicím režimu stále dodává dopravní čerpadlo 23, proudí všechno přepadovou větví zpět do nádrže 26. Regulační hydraulický odpor 2 slouží k vytvoření potřebného přetlaku paliva v celém systému, přičemž vzdušník 4. hydraulicky odděluje měřicí a přepadovou větev, aby nedošlo k zpětnému toku paliva. Hladina paliva ve vzdušníku 2 se ustálí v závislosti na přetlaku paliva vytvořeném regulačním hydraulickým odporem 2 ^v určité poloze a pouze při měření stoupne o objem odebraného paliva. Po opětném naplnění odměrné nádobky 2 klesne hladina paliva ve vzdušníku £ na výchozí polohu. Měření paliva i příslušných dob osmi period Tl až T8 se pro zvýšení přesnosti 5x opakuje bez opětného naplnění odměrné nádobky 2* tj. 5x za sebou se z volnoběžných otáček motoru 22 rázně akceleruje do přeběhových otáček. Pro provedení 5 akcelerací se klávesnicí mikropočítače 14 vloží do paměti hodnota spotřeby paliva odečtená z odměrné nádobky 2 ^a mikropočítač 14 provede podle vloženého algoritmu následující výpočty, jejichž výsledky se objeví na zobrazovací jednotce a vytisknou na tiskárně.

.V ,

V = —2~~~ cm^J/200 vstřiků

V - dodávka paliva v cm¹ na 200 průměrných vstřiků do motoru 3

V_R - dodávka paliva v cm naměřená odměrnou nádobkou 2 ^{za OSIn} psirod TI až T8 5x opakovaně, tj. 40 period tj. za 4 pracovní cykly motoru 5x opakovaně, tj. za 20 pracovních cyklů motoru.

Z - počet válců spalovacího motoru 22 pro

40ύ1Γ^T1 ^{+ T}2 i=l li rad s i=l ^T2i ^(S) £ - střední hodnota úhlového zrychlení v rad s ² ve zvoleném frekvenčním pásmu otáček motoru

T|, - suma dob trvání prvých dvou a druhých dvou cyklů motoru při 5x opakovaném měření

Μ - I. £ Nm

M - střední hodnota užitečného točivého momentu motoru v Nm ve zvoleném frekvenčním pásmu otáček motoru

I - moment setrvačnosti rotujících hmot motoru v kg m P = l.f.uJ kW

P - užitečný výkon motoru v kW

- střední hodnota úhlové rychlosti v rad s v pásmu otáček m = 11 889 —J-γ- g kwh^-1 m - užitečná měrná spotřeba paliva v g kWh ¹ v předvoleném frekvenčním pásmu otáček motoru.

Výpočty se provedou pro obě zvolená frekvenční pásma otáček motoru. V případě nevyhovujících výsledků měřených veličin se měřeni opakují s postupně odpojovanými jednotlivými válci motoru, přičemž palivo z odpojeného válce je vratnou větví přiváděno zpět do okruhu. Výpočty se v tomto případě provádějí s malou úpravou výše uvedených vzorců a při použití předchozích výsledků lze výhodně získat inidikované výkony a indikované měrné spotřeby paliva jednotlivých válců měřeného spalovacího motoru.

Akceleračním měřičem měrné spotřeby paliva lze měřit výkon a měrnou spotřebu paliva všech typů spalovacích motorů na kapalná paliva. Například u zážehových motorů se oproti výše uvedenému příkladu měření vznětového motoru výhodně zjednoduší připojení do palivové soustavy a odvzdušnění. U výše uvedeného zařízení lze také použít jiné provedení odměrné časti palivoměru, například místo odměrné nádobky se do soustavy měřicí větve vbuduje průtokoměr nebo hmotnostní palivoměr, přičemž by výhodně odpadl nulovací přímořízený ventil určený pro nastavení výchozí nulové hladiny paliva.

Zařízení je určeno především jako diagnostické vybavení středisek péče o stroje poháněné spalovacími motory pro rychlou a levnou kontrolu jejich hospodárnosti provozu a přispět tak ke zvýšení provozní spolehlivosti strojů a úspor paliva v mnoha resortech národního hospodářství.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva spalovacích motorů, vyznačující se tím, že sestává z mikropočítače (14) , opatřeného snímačem otáček (16) a elektronickými ovládacími obvody (15) palivoměru (8), přičemž palivoměr (8) sestává z provozní větve umístěné mezi přívod paliva (1) a vývod paliva (12) palivoměru (8), měřicí větve spojené bočně s provozní větví elektromagnetickým rozváděčem (11), přepadové větve umístěné mezi provozní a měřicí větev, přičemž k provozní větvi je připojena bočně elektromagnetickým rozváděčem (10) a od měřicí větve je hydraulicky oddělena vzdušníkem (4), plnicí větve umístěné mezi přepadovou a měřicí větev, přičemž s přepadovou větví je spojena bočně elektromagnetickým rozváděčem (10) a k měřicí větvi je bočně připojena mezi odměrnou nádobkou (9) a elektromagnetický rozváděč (11) a vratné větve umístěné bočně k provozní větvi mezi elektromagnetický rozváděč (11) a vývod paliva (12).
2. 2. Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva podle bodu 1, vyznačující se tím, že provozní větev je opatřena odplyňovací komorou (6) a sériově připojeným elektromagnetickým rozváděčem (11), přičemž elektromagnetický rozváděč (11) je zároveň součástí měřicí větve, obsahující dále sériově připojenou odměrnou nádobku (9) zakončenou nulovacím přímořízeným ventilem (7) .
3. 3. Akcelerační měřič měrné spotřeby paliva podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že přepadová větev je opatřena regulačním hydraulickým odporem (3), do série připojeným elektromagnetickým rozváděčem (10), ke kterému je paralelně připojen hydraulický odpor (5), přičemž elektromagnetický rozváděč (10) je zároveň součástí plnicí větve.