No Image

Расходомер бензина для карбюраторного двигателя

СОДЕРЖАНИЕ
0
877 просмотров
20 августа 2019

Конструкции мониторинга рабочих параметров автомобиля заметно продвинулись за последние годы. Они стали функциональнее, технологичнее и просто ближе к массовому потребителю. Системы учета топливного расхода пока занимают периферийное место в общей нише транспортной электротехники, но и это направление интересует все большее количество автолюбителей. На таком фоне вполне логично появляются расходомеры топлива, действующие по разным принципам. Также практикуется и самостоятельное изготовление аналогичных приборов учета, которые, разумеется, имеют свою специфику.

Общие сведения и характеристики расходомеров

Большинство таких приборов представляет собой традиционные счетчики небольших размеров, конструкция которых рассчитывается на установку в топливной системе. Характеристики по габаритам типового устройства можно представить так: 50 х 50 х 100 мм.

Это небольшой блок с пропускной способностью 100-500 л/ч. Погрешность в среднем составляет 5-10%. В процессе расхода жидкости прибор фиксирует тем или иным способом показатели чувствительного элемента и сохраняет полученные данные. Реализация системы учета, контроля и представления информации может быть разной. Например, проточный расходомер топлива для автомобиля выполняется с расчетом на ручное снятие показаний. У него может быть механическая панель с отображением данных или привязка к жидкокристаллическому цифровому дисплею в салоне, но информация не обрабатывается бортовым компьютером. Более технологичные устройства допускают и возможность электронного учета в автоматическом режиме. В зависимости от динамики расхода, например, бортовое оборудование может корректировать определенные параметры узлов и агрегатов машины.

Разновидности устройств

Классификация основывается как раз на принципе учета показаний, который определяется чувствительным элементом. На сегодняшний день выделяют следующие расходомеры для автомобилей:

  • Кориолисовые. Принцип работы основан на эффекте Кориолиса, при котором происходит измерение динамики фаз механических колебаний в трубках, по которым циркулирует топливо.
  • Турбинные. В систему интегрируется лопаточное устройство, вращение лопастей которого преобразуется в скоростные показатели. Таким образом, с учетом параметров обслуживаемых каналов определяется и объем потребления.
  • Шестеренчатые. Еще одна разновидность механического расходомера топлива, который фиксирует данные посредством вращающихся элементов. В данном случае используется компактное зубчатое колесо, движение которого позволяет регистрировать данные по расходу.
  • Ультразвуковые. Это счетчики нового типа, которые вовсе не контактируют с целевой средой, а фиксируют параметры изменения характеристик топливной системы на основе акустических волн.

Особенности приборов учета дизеля

На тяжелом топливе обычно работают грузовики и спецтехника, предъявляющие более высокие требования к приборам учета топлива. Принцип действия, как правило, механический. Причем конструкция датчиков имеет более высокую степень изоляции – например, с классом защиты IP66. Таким образом устройство защищается от воздействий агрессивной среды. Корпус может формироваться алюминиевым твердотельным сплавом, измерительные камеры которого также обеспечиваются антифрикционными покрытиями. Размещается расходомер дизельного топлива и в магистрали подачи топливной смеси, и в возвратном канале, по которому жидкость возвращается в бак. Только при условии охвата обоих контуров можно получить точные данные по объему потребления.

Дополнительный функционал

Наличие системы GPS-мониторинга, пожалуй, является наиболее современным дополнением датчиков топливного расхода. Такие устройства позволяют передавать информацию бортовому компьютеру по беспроводному каналу. Многофункциональные устройства могут комплексно фиксировать данные по расходу в нескольких системах одновременно. Учитываться может основная топливная смесь и технические жидкости с присадками и модификаторами. Преимущество комплексного мониторинга заключается в возможности точного контроля добавок для топливной, трансмиссионной и других систем. Кроме того, могут предусматриваться разные режимы работы приборов. Существуют расходомеры топлива, которые помимо функции счетчиков выполняют задачи контроля холостого хода, фиксируют возможные температурные перегрузки и на основе полученной информации регулируют климатическое оборудование. При вводе устройства в сигнализационную инфраструктуру датчик расхода вполне может программироваться на выполнение задач контроля обогревателя и системы автозапуска двигателя.

Установка расходомеров

Приборы устанавливаются в целевом контуре учета посредством физической врезки в канал. И здесь важно подчеркнуть, что топливные каналы в зависимости от модели автомобиля изначально могут иметь выносные патрубки с пробками, которые можно использовать как раз в качестве точек интеграции приборов учета. Также следует учитывать, что монтаж производится за системой фильтрации. Это решение предотвратит возможные загрязнения расходомера топлива и его преждевременный выход из строя.

Механическая фиксация массивных устройств обычно производится на комплектной раме, которая крепится к поверхности кузова. По отзывам автолюбителей, важно рассчитать точку крепления так, чтобы чувствительный канал достаточно сопрягался с целевой средой, а основа корпуса могла быть надежно зафиксирована на монтажной платформе метизами. Желательно, чтобы место установки не предполагало сильных вибрационных нагрузок и тепловых воздействий.

Самостоятельное изготовление расходомеров

Полностью с нуля, по отзывам водителей, собрать полноценный счетчик достаточно сложно, и для этого необходимо обладать определенными знаниями в радиотехнике. Однако на базе готового блока управления типа контроллера и датчика с электрическим клапаном задача упрощается. Сам датчик интегрируется в топливную магистраль. Размещать его следует между бензонасосом и карбюратором. Что касается блока управления, то он соединяется с детектором и выводится в салон. Применяя CAN-интерфейс, расходомер топлива своими руками можно подключить и к бортовой электронике. В качестве дополнительных элементов крепления и управления датчиком может потребоваться использование штуцеров, шайб, поддонов и втулок. Техническая инфраструктура должна рассчитываться на автономное срабатывание, когда бензонасос открывается.

Как обмануть расходомер топлива?

Штатные счетчики контроля потребления бензина или дизеля вполне можно скорректировать в ту или иную сторону. Простейший способ предполагает выполнение слива через обратную магистраль. В этот канал достаточно вставить штуцер и слить жидкость по скрытому контуру. В некоторых конфигурациях встроенную линию можно использовать для непосредственной функции снабжения, и в этом случае счетчики расходомера топлива просто не будут давать актуальную информацию. Еще один вариант предусматривает тепловое воздействие на датчик. Это касается именно детекторов уровня жидкости, которые после термического ожога перестают корректно работать, хотя внешне выглядят целыми. Можно полить прибор кипятком или поднести к нему обогреватель на 5-10 мин. Но прежде чем делать это, стоит подумать о целесообразности таких экспериментов.

Отзывы о расходомерах

Устройства для учета топлива в любом исполнении будут предусматривать необходимость встройки в топливный канал. Именно это вторжение вызывает наиболее критические отзывы, поскольку оно чувствительно для двигателя и контуров подачи жидкости. Специалисты по этой же причине без особой нужды использовать такие средства контроля не рекомендуют. Если же решение принято окончательно, то лучше всего выбирать специализированные расходомеры топлива, ориентированные на использование в конкретной модели автомобиля. К плюсам же устройств относят возможность относительно точного мониторинга потребления топлива. И что еще важно, автовладелец может использовать получаемые данные для других систем электроники, работающих с параметрами двигателя.

В корпусе размещена поворотная головка с измерительной камерой колоколообразной формы. В камере закреплена мягкая диафрагма, повторяющая по форме профиль ее стенки. Измерительный объем образован одной из стенок камеры и диафрагмой, плотно прижатой к другой стенке давлением жидкости. Реверсирование потока через камеру осуществляется путем поворота головки по сигналу датчика перепада давления, размещенного в корпусе. Торцовый стык между камерой и корпусом, поджатый пружиной, выполняет роль переключающего золотника. Расходомер прост и технологичен, обладает повышенным эксплуатационным ресурсом. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники.

Для эксплуатации на транспортных средствах расходомер должен отвечать следующим требованиям: а) точность измерения расхода топлива – не хуже 1-1,5%; б) ресурс не менее 10000 л с сохранением точности без дополнительных калибровок; в) не должен отказывать при попадании твердых частиц и воды; г) должен быть недорогим в производстве.

Из известных конструкций расходомеров в наибольшей степени приближаются к выполнению совокупности указанных требований те, которые используют измерительную камеру с диафрагмой и золотниковый переключатель направления потока. В большинстве аналогов, например авт.св. CCC N 381904, кл.C 01 E 3/20, 1973; пат. США N 4054054, 73-113, 1977; авт.св. N 1673848 A1 СССР, кл. C 01 E 3/00, 1991, применяются камера с диафрагмой и переключение потока клапанами с механическим или электрическим приводом от диафрагмы. Ближе всего по технической сущности к заявленному является расходомер по пат. Франции N 2301809, кл. C 01 E 3/26, в котором диафрагма механически управляет золотниковым переключателем, нажимая в конце хода на упоры штока, жестко связанного с золотником.

Данный расходомер имеет следующие недостатки: а) конструктивно не обеспечена точная фиксация измерительного объема между крайними положениями диафрагмы; последняя фиксируется только по центру, тогда как для получения требуемой точности она должна фиксироваться по всей площади с ошибкой не более 1% от величины хода, т.е. 0,1-0,2 мм в реальной конструкции, а неконтролируемое выпучивание гибкой диафрагмы под действием перепада давлений может значительно превышать эту величину; б) коаксиальный золотник с малым зазором уязвим в отношении задания, особенно в "мертвой зоне", где перекрыты все каналы и шток движется по инерции; в) износ золотника в процессе эксплуатации приведет к возрастанию прямой утечки через него и ухудшению точности измерения.

В заявленном расходомере эти недостатки устранены следующим образом. Используется полностью свободная диафрагма, крайние положения которой жестко фиксированы прилеганием по всей площади к стенке камеры, что обеспечивает конструктивную стабильность измерительного объема. Для реверсирования потока применен золотниковый переключатель торцового типа, поджатый заданным усилием, который имеет нулевой зазор и не склонен к заеданию. Переключение золотника производится исполнительным механизмом, управляемым не положением диафрагмы, а перепадом давления на камере, возникающим, когда диафрагма прижимается к ее стенке, перекрывая поток жидкости.

Конструкция заявленного расходомера показана на фиг. 1-3.

Прибор состоит из корпуса 1 и поворотной головки 2, внутри которой находится измерительная камера симметричной колокольной формы, разделенная в плоскости симметрии свободной мягкой диафрагмой 3, отформованной по профилю стенки камеры. Последняя снабжена мелким радиальным рифлением, способствующим полному выжиманию жидкости из-под диафрагмы. Головка поворачивается относительно корпуса электромагнитным механизмом 4. В корпусе размещены датчик перепада давления, состоящий из мембраны с магнитом 5 и геркона 6, и аварийный перепускной клапан 7. Пружина 8 прижимает головку к корпусу с силой 0,5-0,6 кГс.

Топливо, поступающее во входной штуцер под действием топливного насоса, заполняет верхнюю (на чертеже) часть измерительной камеры, вытесняя топливо из нижней части через выворачивающуюся диафрагму на выход к карбюратору. Перепад давления между входом и выходом при этом мал благодаря малой жесткости диафрагмы. Когда последняя ложится на стенку камеры, перепад давления растет и при 50-60 мм рт.ст. происходит замыкание геркона 6. От него в формирователе 9 вырабатывается импульс переключения триггера 10. Сигнал триггера через токовые усилители 11 поворачивает ротор электромагнитного механизма 4 вместе с головкой 2 на угол около 40 o , соответствующий расположению каналов в корпусе, схематически показанному на фиг. 2. Вход и выход измерительной камеры при этом меняются местами, диафрагма освобождается, геркон размыкается и процесс повторяется снова. Каждое замыкание геркона посылает импульс на регистратор 13. Для автоматической фазировки триггера в составе формирователя 9 имеется таймер. При замкнутом герконе он повторяет импульсы переключения триггера с интервалом 1-2 с, пока поворотный механизм не займет правильное положение. Самофазирующаяся схема управления не боится случайных сбоев.

Конструкция поворотного механизма показана на фиг. 3. Она может быть и иной при сохранении условия осесимметричности сил, действующих на головку при повороте, чтобы износ золотникового стыка был равномерным по площади. Вместо плоского стыка с центрирующим вкладышем может быть применен самоцентрирующийся конусный.

Аварийный клапан 7 открывается при перепаде давления 80-100 мм рт.ст. (рабочее давление топливных насосов карбюраторных двигателей 150-280 мм рт. ст.).

Герметичный корпус 12 препятствует появлению пленки бензина на поверхности прибора и подсосу воздуха после остановки двигателя.

Преимущества данного изобретения состоят в следующем. Рабочий объем измерительной камеры жестко зафиксирован ее геометрией, калибровка производится при изготовлении и сохраняется на весь ресурс. Долговечность диафрагмы обеспечена большими радиусами изгиба благодаря колокольной форме камеры и отсутствием растягивающих напряжений. Поджатый пружиной торцовый золотник не боится износа и заеданий, самопришлифовывается при работе. Расходомер прост по конструкции и технологии.

Основным отличием данного изобретения является совокупность трех признаков: а) применение измерительной камеры со свободной мягкой диафрагмой, способной плотно прилегать к любой из стенок; б) выбор момента реверсирования потока жидкости по перепаду давления на камере; в) использование золотникового переключателя торцового типа, конструктивно объединенного с камерой, с постоянным поджатием рабочего стыка.

Топливный расходомер для карбюраторных двигателей, содержащий корпус, измерительную камеру с мягкой диафрагмой, переключающий золотник и регистратор, отличающийся тем, что диафрагма повторяет по форме профиль стенки измерительной камеры так, что измерительный объем образован одной из стенок камеры и диафрагмой, плотно прижатой к другой стенке давлением жидкости, а реверсирование потока через камеру производится по сигналу размещенного в корпусе датчика перепада давления между входом и выходом расходомера, при этом постоянно поджатый торцовый стык между камерой и корпусом выполняет роль переключающего золотника.

В одной из статей первого номера журнала «Радио» за 1986 год был описан вариант устройства, позволяющего осуществлять контроль над количеством жидкости и ее скоростью (в данном случае нас интересует топливо для авто), которая протекает в магистральных трубах.

В связи с высокими требованиями к точности обработки, могут возникнуть определенные сложности при повторении описанного расходомера, а так же в процессе его налаживания. Электронный блок этого прибора должен быть хорошо защищен от помех, в связи с тем, что в автомобильной бортовой сети уровень помех достаточно высокий. У этого устройства имеется и другой недостаток. Речь идет об том, что при сокращении скорости топливного потока, погрешность измерения неизбежно увеличивается.

Устройство, описанное ниже, не имеет указанных недостатков, конструкция датчика у него более простая, так же, как и схема электронного блока. Это устройство не имеет прибора, контролирующего скорость топливного расхода – для данной функции предназначен счетчик суммарного расхода. Водитель на слух воспринимается скорость топливного расходования, которое пропорционально частоте срабатывания. В городских условиях интенсивного движения это особенно важно, поскольку не отвлекает водителя от управления автомобилем.

Из чего состоит расходомер?

В приборе два узла:

1. Датчик с электрическим клапаном.

2. Электронный блок.

Датчик встроен в топливную магистраль, и располагается между карбюратором и бензонасосом. Электронный блок находится в салоне. На рисунке изображена конструкция датчика. 1 Эластичная диафрагма 4 зажата между поддоном 2 и корпусом 8. Она разделяет внутренний объем на две полости – нижнюю и верхнюю.

Направляющая втулка 7 выполнена из фторопласта. В ней свободно перемещается шток 5. В его нижней части зажата диафрагма с помощью гайки и двух шайб 3. Постоянный магнит 9 установлен на верхнем конце штока. Параллельно каналу, где расположен шток, вверху корпуса, имеется 2 дополнительных канала. В эти каналы входят два геркона 10. Один геркон срабатывает при нижнем положении магнита и диафрагмы, другой – при верхнем положении.

Puc.1. 1-Штуцер, 2 – Поддон, 3- Шайбы, 4 – Диафрагма, 5- Шток, 6 – Пружина, 7 – Втулка, 8 – Корпус, 9 – Магнит, 10 – Герконы

Диафрагма переходит в верхнее положение, благодаря действию давления топлива, которое поступает от бензонасоса. В нижнее положение она возвращается с помощью пружины 6. Чтобы датчик включился в топливную магистраль, на корпусе предусмотрено два штуцера, на поддоне – один. Штуцеры 3. На рисунке показана 2 гидравлическая схема расходомера. Топливо от бензонасоса, через электроклапан и канал 3, начинает поступать в каналы 1, 2, заполняя в датчике нижнюю и верхнюю полости. А в карбюратор оно поступает через канал 4. Клапан переключается под воздействием электронного блока и поступающих от него сигналов (на данной схеме не указан). Эл.блок управляется герконовым коммутатором, установленным в датчике.

Puc.2 Гидравлическая схема расходомера топлива.

Обмотка электроклапана в исходном состоянии обесточена, каналы 3 и 1 сообщаются между собой, в то время, как канал 2 перекрыт. На схеме показано, что диафрагма располагается в нижнем положении. В нижней полости 6 возникает избыток давления жидкости с помощью бензонасоса. Диафрагма начнет постепенно подниматься, по мере выработки топлива двигателем, из верхней полости а датчика, сжимая пружину.

Геркон 1 сработает по достижении верхнего положения, тогда электроклапан откроет канал 2 и закроет канал 3. При этом канал 1 постоянно открыт. Диафрагма немедленно переместится вниз под действием сжатой пружины. Она вернется в свое исходное положение, пропустив топливо из полости б в а, через каналы 1 и 2. Затем наблюдается повтор цикла в работе расходомера.

К электроклапану и датчику подключают электронный блок, с помощью гибкого кабеля, через разъем ХТ1. В датчике установлены горкомы SF1 и SF2. По схеме – ни на один из них не воздействует магнит. Транзистор VT1 закрыт в исходном положении, обмотка электромагнита клапана Y1 обесточена, 2 реле К1 разомкнуты. рРядом с герконом SF2 находится магнит датчика, поэтому геркон не проводит ток.

Puc.3 Электронный блок расходомера топлива.

Магнит постепенно перемещается, по мере расхода топлива, между герконами SF2 и SF1, из полости а датчика. В определенный момент переключается геркон SF2, но изменений в блоке это не вызовет никаких. Магнит, в конце хода переключает геркон SF1, и базовый ток транзистора VT1 потечет резистор R2 и через геркон SF1. Открывается транзистор, срабатывает реле К1, и включает электромагнит клапана контактами К1.2. При этом цепь питания счетчика импульсов Е1 замкнет контактами К1.1.
В итоге магнит и диафрагма быстро будут перемещаться вниз. В определенный момент, после обратного переключения, геркон SF1 размыкает цепь базового тока транзистора. При этом он остается открытым, поскольку теперь базовый ток протекает через диод VD2, замкнутые контакты К1.1 и геркон SF2. Это является причиной того, что шток с магнитом и диафрагмой продолжают перемещаться.
Магнит переключает геркон SF2 в конце обратного хода. После этого выключатся счетчик Е1 и электромагнит Y1 клапана, транзистор закроется и система возвращается в свое исходное состояние, после чего она готова новому циклу работы. Как видим, число циклов фиксирует счетчик Е1. При этом один цикл соответствует тому или иному объему топлива, равного объему ограниченного диафрагмой пространства, расположенной в нижнем и верхнем положениях.
Умножением объема топлива, использованного в ходе одного цикла, на показания счетчика, и определяют расход топлива, который устанавливают во время тарировки датчика. Чтобы было удобнее рассчитывать расходуемое топливо за один цикл, его объем приравнен к 0,01 литра. Этот объем можно изменить, увеличив или уменьшив, меняя при этом между герконами расстояние по высоте.
Оптимальный ход диафрагмы, при имеющихся размерах датчика, составляет около 10 мм. Продолжительность цикла датчика – в пределах от 6 до 30 с., и находится в зависимости от режима работы двигателя. При его тарировке следует отключить от бензобака трубопровод, вставив его в мерный сосуд, наполненный топливом, далее надо запустить двигатель, чтобы выработать то или иное количество топлива – делим его на число циклов (определяем по счетчику), и в итоге получаем число единичного объема топлива, израсходованного за один цикл.

Возможность его отключения предусмотрена в расходомере, тумблером SA1. При этом топливо будет поступать в карбюратор напрямую, через полость а, по каналам 2 и 3, поскольку диафрагма датчика в это время постоянно будет находиться в нижнем положении. Чтобы отключить в электроклапане устройства, придется снять перекрывающую канал 3 резиновую манжету, однако погрешность расходомера при этом ухудшится. Монтаж электронного блока выполнен на печатной плате, изготовленной из стеклотекстолита – пластина толщиной 1,5 мм. Ее чертеж приведен на рисунке 4. устанавливаемые на плату детали обведены штрихпунктиром на схеме. Смонтирована плата в металлической коробке. Ее крепление выполнено под щитком приборов в салоне авто.

Puc.4 Чертеж платы электронного блока расходомера топлива

Что использовалось в устройстве:

– Электроклапан – П-РЭ 3/2,5-1112

– Счетчик СИ-206 или СБ-1М.

При этом магнит можно брать любой, где длина 18…20 мм, а полюса имеют торцевое расположение. Важно, чтобы магнит мог свободно перемещаться в пределах своего канала, не затрагивая стенок. Для этого вполне подойдет магнит от РПС32 дистанционного переключателя, но придется его сточить до нужных размеров. Вытачивают поддон и корпус датчика из любого материала с немагнитными и бензостойкими качествами.

Между каналами магнита и герконов толщина стенки должна составлять до 1 мм, под магнит глубина отверстия – 45 мм, диаметр – 5,1+0,1 мм. Шток выполнен из стали 45 или латуни, длина резьбовой части – 8 мм, диаметр – 5 мм, общ.длина – 48 мм. На штуцерах датчика резьба – М8; отверстие с диаметром – 5 мм. На штуцерах электроклапана резьба коническая К 1/8″ ГОСТ 6111-52.

Используется пружина диаметром 0,8 мм, из стальной проволоки, ГОСТ 9389-75. Усилие полного сжатия – 300…500 г, диаметр пружины – 15 мм, длина – 70 мм, шаг – 5 мм. В случае, когда шток изготовлен из стали, магнит сам удерживается на нем.

Когда шток сделан из немагнитного металла, необходимо укрепить магнит другим способом. Чтобы давление сжимаемого воздуха, не мешало работе датчика, следует предусмотреть во втулке перепускной канал, сечением порядка 2 кв.мм. Диафрагма выполнена из полиэтилена 0,2 мм. Ее придется отформовать перед установкой в датчик. В этих целях можно использовать поддон датчика.

Из листового дюралюминия 5 мм. следует выполнить прижимное кольцо, которое по форме соответствует фланцу поддона. Шток, в сборе с ее заготовкой, для формовки диафрагмы вставляют в отверстие штуцера поддона с внутренней стороны, и зажимают технологическим кольцом всю заготовку.

Далее нагревают равномерно узел со стороны диафрагмы, удерживая его на расстоянии 60…70 см от пламени горелки. Формуют диафрагму слегка поднимая шток. Чтобы он, в дальнейшем, не теряла эластичности, надо чтобы она находилась в топливе постоянно. Поэтому придется пережимать шланг к карбюратору при длительной стоянке машины. Это исключит испарение бензина.

В моторном отсеке устанавливают электроклапан и датчик. Крепят их около топливного насоса и карбюратора на кронштейне, соединяя кабелем с электронным блоком. С помощью насоса с манометром можно проверить работоспособность расходомера, без его установки на автомобиль.

При этом манометр подключают вместо бензонасоса. Датчик срабатывает при давлении 0,1 …0,15 кг/см 2 . Расходомер был испытан на автомобилях Жигули и Москвич. В ходе проверки было установлено, что режим работы двигателя никак не влияет на точность показаний расхода топлива. Точный расход определяется расчетом погрешности установки разового объема при тарировке до 1,5…2 %.

Комментировать
0
877 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock
detector