Дроссельный расходомер

Дроссельный расходомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области диагностики технического состояния и испытания бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания строительных, дорожных, коммунальных машин (СДКМ).

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

Прибор КИ-4887-11 [Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Россельхозиздат, 1979, С.110-115] позволяет измерять количество газов, попадающих в картер двигателя.

Основными недостатками прибора КИ-4887-11 являются большая трудоемкость работ при диагностировании (использование жидкостных манометров), потребность в источнике разрежения, недостаточная точность прибора при измерении малых расходов картерных газов.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является прибор КИ-13671 [Бельских В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Россельхозиздат, 1986, С.119-121], который состоит из корпуса, ротаметра, набора съемных наконечников под различные диаметры маслоналивных горловин двигателей, пробки, поворотной крышки с прорезью и шкалой значений расхода картерных газов. Прибор КИ-13671 позволяет измерять количество газов попадающих в картер двигателя. При этом перепад давлений при истечении газов через прибор измеряется ротаметром. Ротаметр представляет собой устанавливаемый вертикально прозрачный цилиндр, изготовленный из оргстекла, в котором скоростным напором потока картерных газов на определенной высоте поддерживается поршенек, выполненный из легкого материала.

Прибор также позволяет определять величину расхода сжатого воздуха, проходящего через неплотности впускных и выпускных клапанов с целью определения технического состояния механизма газораспределения.

Основными недостатками прибора КИ-13671 являются.

1. Диапазон измерений прибора (30-260 литров в минуту) не позволяет диагностировать бензиновые ДВС по параметрам расхода газов в системах с принудительной вентиляцией картера (4-6 литров в минуту) и дизельные ДВС большой мощности (более 180 кВт), расход картерных газов у которых превышает 260 литров в минуту.

2. Погрешность при измерении составляет ¹/₂ деления шкалы, что соответствует 2,5 литрам в минуту. С учетом диапазона предельных значений (30-260 литров в минуту) погрешность при однократном измерении изменяется в пределах от 8,3 до 1%. Такая погрешность может быть неприемлемой для оценки ресурсных параметров ДВС СДКМ.

3. Для обеспечения достоверности измерений требуется проведение большого количества измерений, что приводит к большой трудоемкости диагностирования. Время одного измерения может составлять до 20 с, в серии измерений до 1,5 минуты.

4. Корпус прибора изготовлен из непрочного материала (пластмасса). Прибор хрупкий. При ударах прибора и появлении трещин нарушается герметичность прибора, тем самым снижается надежность выполняемого диагностирования.

5. Поворотная крышка прибора поворачивается неравномерно (рывками), что также влияет на ошибки при снятии показаний расхода картерных газов.

6. Измерение картерных газов, содержащих пары моторного масла, приводит к прилипанию поршенька к стенкам корпуса ротаметра, что может привести к грубым ошибкам и повторным измерениям.

Задачей изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения картерных газов как бензиновых ДВС по параметрам расхода в системах с принудительной вентиляцией картера (4-6 литров в минуту), так и дизельных ДВС большой мощности (более 180 кВт), снижение трудоемкости диагностирования, влияния вредных факторов на оператора-диагноста, расхода топлива при измерениях, повышение экологичности диагностического процесса, безотказности и долговечности прибора-прототипа.

Указанный технический результат достигается тем, что в дроссельном расходомере, содержащем конусообразный переходник-наконечник, который крепится к корпусу, имеющему крышку, к которой крепится ротаметр, согласно изобретению в стенке металлического корпуса дроссельного расходомера выполнено сквозное дроссельное отверстие прямоугольного сечения, площадь которого изменяется движком поворотного кольца с прорезью, которое сверху ограничено кольцом, а снизу опирается на выступ, выполненный внутри корпуса, на котором расположено поворотное кольцо, взаимодействующее с прижимным кольцом ирисовой диафрагмы, которая опирается на опорное кольцо и размещена внутри корпуса, и каждое положение поворотного кольца фиксируется с помощью фиксатора, содержащего шарик, пружину и прижимной винт, а в крышку вмонтирован газовый кран с переходником и ротаметр, содержащий шарик и соединяющийся с картером ДВС посредством металлической трубки.

Повышение точности измерений предлагаемого прибора по сравнению с прибором КИ-13671 достигается за счет увеличения диаметра корпуса и одновременного уменьшения площади отверстия для истечения картерных газов. Это позволяет разбить шкалу измерений с меньшей ценой деления и тем самым повысить чувствительность разрабатываемого прибора.

Увеличение диапазона измерения расхода картерных газов от 5 литров в минуту до 325 литров в минуту достигается за счет изготовления прибора, включающего в себя устройства для измерения малых и больших расходов газов. Первое устройство должно обеспечить измерения малых расходов картерных газов, начиная с 5 литров в минуту до 85 литров в минуту. Второе устройство в совокупности с первым должно обеспечить измерения больших расходов картерных газов (с перекрытием диапазона шкалы малых расходов).

Снижение трудоемкости диагностирования, влияния вредных факторов на оператора-диагноста, а следовательно повышение экологичности диагностического процесса достигается за счет использования в конструкции ротаметра вместо поршенька полого шарика. Площадь контакта шарика со стенками корпуса ротаметра значительно уменьшается, что приводит к уменьшению частости прилипания его к внутренним стенкам корпуса ротаметра, а следовательно уменьшению числа грубых ошибок в серии измерений. Сокращение времени серии измерений достигается за счет большей чувствительности предлагаемого прибора, который позволяет плавно выравнивать давление в ротаметре.

Для повышения безотказности и долговечности прибора-прототипа предлагается изготовить его корпус металлическим, что позволит сохранять первоначальные свойства корпуса (сохранение начальных геометрических параметров, герметичность корпуса) при незначительном воздействии ударных нагрузок, например при падении прибора с маслоналивной горловины на бетонный пол или асфальтобетонное покрытие.

Конструкция устройства для измерения расходов картерных газов прибора-прототипа была изменена следующим образом: проходное сечение в виде дуги было изменено на проходное в виде прямоугольного сечения, выполненного на боковой поверхности корпуса в виде прорези. Изменение площади прямоугольного сечения происходит за счет перемещения движка, который связан с кольцом, расположенным внутри корпуса прибора. Оператор проводящий измерения не перекрывает отверстие рукой, и это не влияет на точность измерения, в отличие от конструкции прибора-прототипа. Изменение площади сечения для выхода газов происходит плавно за счет использования внутреннего металлического поворотного кольца с прорезью, вместо пары трения пластмасса по пластмассе в приборе-прототипе.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 приведен дроссельный расходомер, на фиг.2 - сечение корпуса дроссельного расходомера, на фиг.3 приведена шкала дроссельного расходомера, на фиг.4 - элементы устройства малых и больших расходов газов, на фиг.5 - поворотное кольцо с прорезью устройства малых расходов газов.

Дроссельный расходомер состоит из конусообразного переходника-наконечника 1, который крепится к корпусу 2, в стенке которого размещено сквозное дроссельное отверстие 3, выполненное в виде прорези шириной 2 мм с увеличенной длиной дуги 89 мм, что составляет 110°, с возможностью изменения площади движком поворотного кольца 4, в стенке которого выполнена прорезь, совпадающая с дроссельным отверстием 3 (фиг.1, 4, 5). Поворотное кольцо 4 опирается на выступ, выполненный внутри корпуса, и ограничивается сверху кольцом 5. Дроссельное отверстие 3, стенка корпуса 2, движок с поворотным кольцом 4 и кольцо 5 в совокупности представляют собой устройство для измерения малых расходов газов (фиг.1, 4). Шкала №1 устройства для измерения малых расходов размещена непосредственно над прорезью в корпусе 2.

Устройство для измерения больших расходов содержит регулируемое поворотным кольцом 6 прижимное кольцо 7, которое приводит в движение лепестки ирисовой диафрагмы 8 (фиг.2, 4), расположенной внутри корпуса 2, с дроссельным отверстием 9 в виде кольца и опорное кольцо 10 (фиг.4). Прижимное кольцо 7 ограничивается сверху кольцом 11. Поворотное кольцо 6 может устанавливаться в три положения с помощью фиксатора. Каждому положению поворотного кольца 6 соответствует определенное значение расхода картерных газов в порядке возрастания, и используются соответственно шкалы №2, №3, №4. Фиксатор состоит из шарика 12, пружины 13 и прижимного винта 14. Ирисовая диафрагма 8 состоит из 18 лепестков, максимальный ее диаметр в открытом состоянии составляет 62 мм (учитывая диаметр корпуса равный 94 мм) и расположена в корпусе выше устройства для измерения малых расходов картерных газов.

Помимо устройств малых и больших расходов прибор состоит из крышки корпуса 15, в которую вмонтирован газовый кран 16, полное открытие отверстия которого позволяет истекать газам в объеме 350 литров в минуту, съемного переходника 17 на который с помощью хомутов крепится гибкий шланг 18. Гибкий шланг 18 может соединяться с газовым счетчиком СГК-4 (на чертеже не показан), предназначенным для тарирования шкал прибора. В крышке 15 установлен ротаметр 19 с шариком 20. К крышке корпуса 15 дополнительно крепится металлическая трубка 21, предназначенная для сообщения ротаметра с картером ДВС, с целью исключения местного сопротивления, создаваемого элементами конструкции устройства больших расходов картерных газов.

Дроссельный расходомер работает следующим образом. При измерениях малых расходов картерных газов ДВС предварительно подготавливают для измерений, устанавливают расходомер в (на) маслоналивную горловину испытуемого ДВС и открывают полностью дроссельное отверстие 3, затем постепенно уменьшают площадь дроссельного отверстия, поворачивая поворотное кольцо 4, пока шарик 20 в ротаметре 19 не займет среднее положение напротив риски, расположенной на корпусе ротаметра. Над дроссельным отверстием расположена шкала №1, по которой определяется значение расхода картерных газов (фиг.2).

Для измерения большого расхода картерных газов полностью открывают дроссельное отверстие 3 и регулируют площадь дроссельного отверстия 9 ирисовой диафрагмой 8 до значения расхода картерных газов, соответствующего мощности диагностируемого ДВС, затем прибавляют значение расхода газов, полученных с помощью устройства малых расходов и ротаметра 19, используя при этом соответственно шкалы №2, №3, №4.

Для тарирования и проверки точности шкалы устройств малых и больших расходов газов используется газовый счетчик СГК-4, характеристики которого приведены ниже в таблице 1.

Таблица 1
Технические и метрологические характеристики счетчика газа СГК-4
Наименование характеристик	Значения характеристик
Расход газа:
- максимальный, м3/ч (литров в минуту)	6 (100)
- минимальный, м3/ч (литров в минуту)	0,04 (0.67)
Порог чувствительности прибора, не более, м3/ч (литров в минуту)	0,008 (0,13)
Предел допускаемой относительной погрешности при нормальной температуре измеряемого объема газа (20±3)°С в условиях эксплуатации в диапазонах расхода:
- от Umin до 0,1 Unom., %;	±5
- от 0,1 Unom. до Umax, %	±3

Отличиями предлагаемой конструкции прибора от прибора-прототипа является изменение геометрических параметров корпуса (увеличение диаметра) и дроссельного отверстия (уменьшение площади и формы сечения), замена поршенька на шарик в корпусе ротаметра, создание дополнительного устройства для измерения больших расходов картерных газов, кратных установленным значениям, наличие газового крана, позволяющего истекать газам до 350 литров в минуту, а также работать совместно с газовым счетчиком СГК-4 для тарировки и проверки точности значений шкалы прибора, наличие трубки, позволяющей производить замеры газов без искажения.

Изменение конструкции, внедрение новых элементов позволили повысить точность (таблица 2) и диапазон измерения расхода картерных газов, экологичность диагностического процесса, безотказность и долговечность прибора, снизить трудоемкость диагностического процесса и количество расходуемого топлива при испытаниях.

Таблица 2
Значения погрешностей при однократном измерении расхода картерных газов прибором-прототипом и предлагаемым прибором, %
Интервалы значений расхода картерных газов, л/мин	Прибор-прототип	Предлагаемый прибор
30-85	8,3%-2,9%	4,1%-1,4%
85-165	2,9%-1,5%	1,4%-0,7%
165-260	1,5%-0,9%	0,7%-0,5%

Дроссельный расходомер, содержащий конусообразный переходник-наконечник, прикрепленный к корпусу, имеющему крышку, в которую вмонтирован ротаметр, связанное с движком поворотное кольцо с прорезью, установленное в корпусе с возможностью изменения площади сквозного дроссельного отверстия, и шкалу малых расходов, отличающийся тем, что поворотное кольцо установлено в металлическом корпусе, в стенке которого выполнено сквозное дроссельное отверстие, имеющее прямоугольное сечение, и сверху ограничено кольцом, а снизу опирается на выступ, выполненный внутри корпуса, на котором расположено поворотное кольцо, с возможностью взаимодействия указанного кольца с прижимным кольцом ирисовой диафрагмы, опертой на опорное кольцо и размещенной внутри корпуса, и возможностью фиксации в каждом положении с помощью фиксатора, содержащего шарик, пружину и прижимной винт, и шкалы, при этом в крышку вмонтирован газовый кран с переходником, а ротаметр, содержащий шарик, соединен с картером ДВС посредством металлической трубки.