Дроссельный расходомер

Полезная модель относится к области диагностики технического состояния и испытания как дизельных ДВС большой мощности (более 180 кВт), так и бензиновых ДВС в системах с принудительной вентиляцией картера (4-6 л/мин) дорожно-строительных машин. Предлагаемое устройство предназначено для оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания ДСМ. Дроссельный расходомер содержит конусообразный наконечник, соединенный с корпусом прибора гибким шлангом. В корпусе прибора выполнено сквозное дроссельное отверстие в виде прорези прямоугольного сечения, с возможностью изменения площади сквозного дроссельного отверстия движком поворотного кольца. Движок поворотного кольца механически связан с движком потенциометрического датчика измерения малых расходов картерных газов. Устройство для установки значений больших расходов содержит регулируемое поворотное кольцо, которое приводит в движение лепестки ирисовой диафрагмы, расположенной внутри корпуса, с дроссельным отверстием в виде кольца. При этом три фиксированных положения кольца обеспечивают подключение трех потенциометров установки больших расходов к корпусу прибора. Помимо устройств малых и больших расходов прибор состоит из крышки корпуса, в которую установлен ротаметр, заглушки используемой при тарировке прибора и заглушки отворачиваемой при измерении больших расходов. В комплект прибора также входит датчик положения поршенька ротаметра, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, устройство суммирования сигналов и электронный блок регистрации параметров, который позволяет рассчитывать среднее значение в измерении и в сериях измерений, минимальное и максимальное значения в интервале их разброса, величину остаточного ресурса с учетом данных о номинальном и предельном значениях расходов картерных газов для конкретных двигателей. Полезная модель обеспечивает повышение точности и достоверности оценок параметра расхода картерных газов, снижение продолжительности и, соответственно, трудоемкости диагностирования. 4 илл.

Полезная модель относится к области диагностики технического состояния и испытания дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания дорожно-строительных машин (ДСМ).

Предлагаемое устройство предназначено для оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания ДСМ.

Известно несколько технических решений по конструкции дроссельных расходомеров [А.с. 1589090 СССР. МПК⁵ G01L 13/00. Расходомер картерных газов [Текст] / А.В.Дунаев, Ю.Т.Кириченко; А.с. 1763928 СССР. МПК ⁵ G01М 15/00. Расходомер картерных газов [Текст] / А.Л.Чигвинцев, А.В.Дунаев; Пат. 2266524 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36, 15/04, G01М. Способ определения расхода картерных газов двигателя внутреннего сгорания и расходомер для осуществления этого способа [Текст] / Дунаев А.В., Чечет В.А.; Пат. 95829 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36. Расходомер картерных газов двигателя внутреннего сгорания [Текст] / Шлапак В.П., Буйлов В.Н., Пичугин А.И., Сафонов К.В., Федоров С.В.; Пат. 2347195 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36, 15/04, G01M 15/02. Дроссельный расходомер [Текст] / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.] сущность которых заключается в принципиальном отличии или введении в конструкцию дополнительных элементов, повышающих удобство и точность снимаемых показаний.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является дроссельный расходомер [Пат. 2347195 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36, 15/04, G01М 15/02. Дроссельный расходомер [Текст] / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.], который позволяет измерять расход картерных газов дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания дорожно-строительных машин.

Дроссельный расходомер [Пат. 2347195 Российская Федерация. МПК ⁷ G01F 1/36, 15/04, G01М 15/02. Дроссельный расходомер [Текст] / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.] состоит из конусообразного переходника-наконечника, прикрепленного к корпусу, имеющему крышку, в которую вмонтирован ротаметр, соединенный с картером двигателя посредством металлической трубки, связанного с движком поворотного кольца с прорезью, установленного в корпусе с возможностью изменения площади сквозного дроссельного отверстия, шкалы малых расходов, устройства измерения больших расходов, содержащего регулируемое поворотное кольцо, которое приводит в движение лепестки ирисовой диафрагмы, расположенной внутри корпуса, и возможностью фиксации в каждом положении с помощью фиксатора, содержащего шарик, пружину, прижимной винт, и шкалы.

Основными недостатками дроссельного расходомера [Пат. 2347195 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36, 15/04, G01М 15/02. Дроссельный расходомер [Текст] / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.] являются:

1. При измерении расхода картерных газов оператор устанавливает поршенек ротаметра примерно в среднее положение, перемещая движок шкалы малых расходов. При этом поршенек будет совершать перемещение вверх и вниз от некоторого среднего положения. Амплитуда и частота перемещений поршенька будет зависеть от характеристик объекта диагностирования (двигателя) и условий измерений. Соответственно, величина расхода картерных газов, которая определяется с учетом перемещения поршенька ротаметра примерно по среднему значению шкалы малых расходов, будет иметь ошибки субъективного контроля с учетом цены деления шкалы. Исключение случайных ошибок оператора обеспечивается увеличением числа измерений.

2. Не достаточная точность и достоверность оценок измеренного значения расхода картерных газов, в результате влияния воздушного потока, который создается вентилятором системы охлаждения двигателя и создает разность давлений в корпусе прибора и атмосферного.

3. Измеренное значение расхода картерных газов не позволяет определять величину остаточного ресурса двигателя по этому измеренному диагностическому параметру без необходимых расчетов его величины.

Задачей полезной модели является повышение точности и достоверности оценок параметра расхода картерных газов, снижение продолжительности и, соответственно, трудоемкости диагностирования, устранение субъективности в определении значений диагностического параметра оператором-диагностом, а также исключение влияния на точность и достоверность оценок воздушного потока, который создается вентилятором системы охлаждения двигателя. Сокращение числа измерений и, соответственно, продолжительности диагностирования уменьшает расход топлива двигателем, повышает экологичность диагностического процесса. Автоматизация процесса измерения расхода картерных газов, в том числе автоматизация расчетов по определению величины остаточного ресурса двигателя, обеспечивает эффективность диагностического процесса.

Повышение точности измерений, предлагаемого прибора по сравнению с прибором [Пат. 2347195 Российская Федерация. МПК⁷ G01F 1/36, 15/04, G01M 15/02. Дроссельный расходомер [Текст] / Иванов В.И., Салихов Р.Ф.] достигается за счет использования комплекта измерения и обработки данных, в который входит датчик положения поршенька ротаметра, потенциометрический датчик измерения малых расходов, три потенциометрических датчика установки значений больших расходов, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, устройство суммирования сигналов (УСС) и электронный блок регистрации параметров (ЭБРП) расхода картерных газов и величины остаточного ресурса двигателя.

Комплект измерения и обработки данных позволяет измерять значения расхода картерных газов с использованием емкостного датчика положения, потенциометрического датчика измерения малых расходов, а также с учетом трех потенциометрических датчиков установки значений больших расходов.

УСС и ЭБРП позволяют рассчитывать среднее значение в измерении и сериях измерений, минимальное и максимальное значение в интервале их разброса, величину остаточного ресурса с учетом данных о номинальном и предельном значениях расхода картерных газов для конкретных двигателей при номинальном значении частоты вращения коленчатого вала.

Повышение точности и достоверности измерений достигается тем, что конусообразный переходник-наконечник, устанавливаемый на маслоналивную горловину двигателя, соединяется гибким шлангом с корпусом прибора, что позволяет выполнять измерения на соответствующем удалении от двигателя, исключая влияние воздушного потока вентилятора системы охлаждения.

Таким образом, указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве содержащем корпус, имеющий крышку, в которую вмонтирован ротаметр, связанное с движком поворотное кольцо измерения малых расходов с прорезью, установленное в корпусе с возможностью изменения площади прямоугольного сквозного дроссельного отверстия в стенке металлического корпуса, поворотное кольцо, с возможностью взаимодействия указанного кольца с прижимным кольцом ирисовой диафрагмы, размещенной внутри корпуса, и возможностью фиксации в каждом положении с помощью фиксатора, содержащего шарик, пружину и прижимной винт, при этом ротаметр, соединен с картером ДВС посредством металлической трубки, отличающийся тем, что ротаметр имеет емкостной датчик положения, образованный двумя неподвижными обкладками наклейными в галтелеобразном углублении корпуса ротаметра, и подвижную обкладку, наклейную в галтелеобраное углубление поршенька, движок поворотного кольца механически связан с движком потенциометрического датчика измерения малых расходов картерных газов, три потенциометра установки больших значений расхода картерных газов подключают к корпусу прибор при фиксации поворотного кольца больших расходов картерных газов с помощью фиксатора, при этом сигналы от емкостного датчика положения поршенька, потенциометрического датчика измерения малых расходов и при необходимости потенциометра установки больших расходов, датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя подаются в устройство суммирования сигналов, а затем в блок регистрации параметров, а конусообразный наконечник соединен с гибким шлангом, который прикреплен к корпусу прибора.

Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема механической части дроссельного расходомера в комплекте с датчиками положения и датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя, на фиг.2 - схема емкостного датчика положения поршенька ротаметра, на фиг.3 - фиксатор установки значений больших расходов, на фиг.4 - дроссельный расходомер с конусообразным переходником и соединительным шлангом.

Предлагаемая конструкция дроссельного расходомера (фиг.1) состоит из корпуса 1, трубки-переходника 2, гибкого шланга 3, конусообразного наконечника 4, сквозного дроссельного отверстия 5, поворотного кольца измерения малых расходов 6, движка поворотного кольца 7, регулируемого поворотного кольца 8, прижимного кольца 9, ирисовой диафрагмы 10, дроссельного отверстия 11, крышки корпуса 12, ротаметра 13, металлической трубки ротаметра 14, заглушки (используется при тарировке прибора) 15, заглушки (отворачивается при измерении больших расходов) 16. Ротаметр 13 содержит трубку ротаметра 17, две неподвижные обкладки емкостного датчика из алюминиевой фольги 18, поршенек ротаметра 19, алюминиевую фольгу поршенька ротаметра 20.

К корпусу 1 крепится трубка-переходник 2 (фиг.1). Гибкий шланг 3 соединяет трубку переходник 2 и конусообразный наконечник 4, устанавливаемый на маслоналивную горловину диагностируемого двигателя (фиг.1, 3). Сквозное дроссельное отверстие 5, выполненное в виде прорези, с возможностью изменения площади движком 7 поворотного кольца измерения малых расходов 6, в стенке которого выполнена прорезь, совпадающая со сквозным дроссельным отверстием 5. Поворотное кольцо измерения малых расходов 6 опирается на выступ, выполненный внутри корпуса 1, и ограничивается сверху кольцом. Сквозное дроссельное отверстие 5, стенка корпуса 1, поворотное кольцо измерения малых расходов 6, движок поворотного кольца 7 в совокупности представляют собой устройство для измерения малых расходов газов. При этом потенциометрический датчик измерения малых расходов R4 механически связан с движком 7 поворотного кольца измерения малых расходов 6 (фиг.1).

Устройство для установки значений больших расходов содержит регулируемое поворотным кольцом 8 прижимное кольцо 9, которое приводит в движение лепестки ирисовой диафрагмы 10, расположенной внутри корпуса 1, с дроссельным отверстием 11 в виде кольца. При этом три фиксированных положения кольца 8 обеспечивают подключение потенциометров установки больших расходов R1, R2, R3 к корпусу прибора (фиг.1, 3).

Помимо устройств малых и больших расходов прибор состоит из крышки корпуса 12, в которую установлен ротаметр 13, заглушки 15 используемой при тарировке прибора и заглушки 16 отворачиваемой при измерении больших расходов (фиг.1).

Емкостной датчик положения поршенька ротаметра С1 конструктивно может быть выполнен следующим образом (фиг.2). Трубку ротаметру 17 изготавливают из органического стекла с углублением в виде галтели в средней части. В углубление наклеиваются две неподвижные обкладки емкостного датчика из алюминиевой фольги 18 с зазорами по окружности галтели трубки ротаметра 17. После наклейки обкладки покрывают прозрачным защитным слоем с нанесенной на нем риски среднего положения поршенька ротаметра. Поршенек ротаметра 19, корпус которого также изготавливают в виде галтели, обклеивается по его цилиндрической поверхности алюминиевой фольгой 20, причем высота h_п цилиндрической поверхности должна соответствовать высоте h_н неподвижных обкладок емкостного датчика положения поршенька. Перемещение поршенька относительно среднего положения изменяет емкость датчика положения. Максимальное значение емкости соответствует среднему положению поршенька относительно риски и условию выравнивания величины давления картерных газов и атмосферного давления. Таким образом, измеренная емкость при данном положении поршенька позволит фиксировать измеряемое значение расхода картерных газов, которые выходят через сквозное дроссельное отверстие шкалы малых расходов.

Расширение диапазона измерения расхода картерных газов обеспечивают установкой ирисовой диафрагмы 10 при отвернутой заглушке 16 в три фиксированных положения. В каждом из трех положений поворотное кольцо 8 обеспечивает замыкание вывода одного из трех потенциометра (R1, R2, R3) с корпусом прибора. Контактная цепь включает в себя три контакта SA1, SA2, SA3, соединяющих потенциометры R1, R2, R3 положения поворотного кольца измерения больших расходов картерных газов с корпусом прибора (фиг.1).

Сигналы датчика положения поршенька, поворотного кольца измерения малых расходов картерных газов, поворотного кольца измерения больших расходов картерных газов, датчика частоты вращения коленчатого вала суммируются в устройстве суммирования сигналов, которое связано с электронным блоком регистрации параметров (фиг.1).

Величина остаточного ресурса t_ост с учетом измеренного значения рассчитывается по формулам [Михлин В.М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1984, С.135-137]

где t₁ - наработка от начала эксплуатации до момента проведения диагностирования; U_н - номинальное значение параметра; U_и - измеренное значение параметра; U_п - предельное значение параметра; - показатель степени, зависящий от параметра диагностирования; t₂ - наработка между измерениями; U₁ - значение параметра при первом измерении; U₂ - значение параметра при втором измерении; .

Отличиями предлагаемого прибора от прибора-аналога является использование в его конструкции емкостного датчика положения поршенька ротаметра, потенциометрического датчика измерения малых расходов, датчиков установки значений больших расходов картерных газов, блока регистрации параметров. Для исключения влияния воздушного потока создаваемого вентилятором системы охлаждения ДВС прибор не устанавливается на маслоналивную горловину, а соединяется с ней посредством гибкого шланга и конусообразного наконечника.

Дроссельный расходомер содержит корпус, имеющий крышку, в которую вмонтирован ротаметр, связанное с движком поворотное кольцо измерения малых расходов с прорезью, установленное в корпусе с возможностью изменения площади прямоугольного сквозного дроссельного отверстия в стенке металлического корпуса, поворотное кольцо, с возможностью взаимодействия указанного кольца с прижимным кольцом ирисовой диафрагмы, размещенной внутри корпуса, и возможностью фиксации в каждом положении с помощью фиксатора, содержащего шарик, пружину и прижимной винт, при этом ротаметр соединен с картером ДВС посредством металлической трубки, отличающийся тем, что ротаметр имеет емкостной датчик положения, образованный двумя неподвижными обкладками наклеенными в галтелеобразном углублении корпуса ротаметра, и подвижную обкладку, наклеенную в галтелеобраное углубление поршенька, движок поворотного кольца механически связан с движком потенциометрического датчика измерения малых расходов картерных газов, три потенциометра установки больших значений расхода картерных газов подключают к корпусу прибора при фиксации поворотного кольца больших расходов картерных газов с помощью фиксатора, при этом сигналы от емкостного датчика положения поршенька, потенциометрического датчика измерения малых расходов и при необходимости потенциометра установки больших расходов, датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя подаются в устройство суммирования сигналов, а затем в блок регистрации параметров, а конусообразный наконечник соединен с гибким шлангом, который прикреплен к корпусу прибора.