О дифференциальном измерении расхода топлива.
В статье "О погрешностях измерений расходомеров" мы говорили о проблемах, возникающих при дифференциальном методе измерения расхода жидкостей.
Нижеизложенный материал посвящен более узкой области применения данного метода измерений – использованию дифференциального метода измерения расхода топлива транспортных средств.
Итак, вспомним базовую формулу определения погрешности такой системы:
+/-ΔRсистемы = +/- δR x (Vпрямой+ Vобратный)/ (Vпрямой – Vобратный),
где ΔRсистемы – суммарная погрешность системы,
δR – относительная (паспортная) точность расходомеров, входящих в систему (полагаем ее одинаковой),
Vпрямой – прямой расход топлива,
Vобратный – обратный поток топлива.
Проблемы, возникающие при данном методе измерения расхода топлива:
1. Существует основная погрешность, вследствие вышеуказанных причин (см. формулу) и дополнительная погрешность, вносимая изменением температуры топлива, которая, в свою очередь, состоит из трех типов погрешностей:
- погрешность, определяемая изменением температуры топлива при изменении внешних условий (температуры окружающей среды);
- погрешность изменения температуры топлива в топливном баке при подогреве его потоком прогретого топлива из обратного трубопровода;
- погрешность, обусловленная разностью температур топлива (см. более подробно ниже);
Также возможно проявление следующих причин, снижающих точность измерения дифсистемы:
2. Воздух, попадающий в топливопровод возврата топлива. Это происходит, как правило, при неисправной топливной аппаратуре ТС и/или разгерметизации топливопровода на участке всасывания (например до насоса подкачки). Все расходомеры объемного типа, к которым относятся и механические расходомеры считают объем вещества, проходящего через них, т.е. они благополучно посчитают весь объем топливо-воздушной смеси.
3. Возвратно- поступательное движение топлива в линии подачи при неисправном топливном насосе.
Методы решения.
Начнем с конца - проблема №3: движение топлива в обоих направлениях, что вызывает ложное (двойное) срабатывание магниточувствительных элементов расходомеров (когда шестерня или шайба только что «прошли» мимо него), и увеличивает количество импульсов, вырабатываемых расходомером, завышая его показания.
Решение:
1. Стандартное для всех систем- использование после расходомера обратного клапана, установленного таким образом, что при реверсивном движении топлива он закрывается. Усилие срабатывания должно быть минимальным для снижения гидродинамического сопротивления в системе.
Достоинства: простота реализации, универсальность.
Недостатки: дополнительное сопротивление потоку, создаваемое обратным клапаном.
2. Установка в качестве расходомеров счетчиков Дарконт серии ЕМ (ОМ) с функцией PF. Эта функция, реализованная на базе датчика Холла, позволяет не подсчитывать обратный (дублирующий) проход шестерни мимо магниточувствительного элемента.
Достоинства: простота реализации (не требуются дополнительные элементы), не увеличивается гидродинамическое сопротивление в линии.
Недостатки: опция нестандартная, необходимо специально заказывать расходомер с ней, что увеличивает срок поставки, требует подключения расходомера только по датчику Холла.
Проблема №2 - воздух в топливопроводе, вспенивание топлива.
Решение: при невозможности установить причину течи во всасывающем трубопроводе, первое и единственное решение – установка воздухоудалителя. Для потоков топлива до 120 л/час она легко решается с помощью воздухоудалителей фирм OVENTROP (например модель Toc-Uno-N), AFRISO, TIGERLOOP, GOK.
По рекомендации производителя для потоков выше 120 л возможна установка нескольких воздухоудалителей параллельно (например Tigerloop Twin 50700E) . В то же время, если опираться на данные предоставленного им же графика (см. ниже), поток через воздухоудалитель можно довести до 300 л/час. Падение давления при этом на нем не превысит 0,2 атм. Можно также использование промышленные модели, которые рассчитаны в основном на потоки от 10 л/мин.
Проблема №1 в отношении дополнительной (температурной) погрешности, вызванной разностью температур, а именно:
- температур в топливопроводе подачи и обратном, вызванная нагреванием топлива в двигателе,
- температуры топлива в начале работы двигателя и при установившемся режиме работы, когда достигается тепловой баланс топлива в баке (потери в окружающую среду и нагрев от двигателя),
- температур окружающей среды (например ночь- день, зима-лето).
Решения:
1. Простейшее- усреднить погрешность, вносимую данными факторами, внести ее в К-фактор (другое название - коэффициент преобразования или количество импульсов на 1 л проходящего топлива) и работать с этими значениями.
Достоинства- простота. Известно эмпирическое значение поправочного коэффициента для К – факторов расходомеров подачи и обратки – около 2%. Остальные факторы, как правило, не учитываются.
Недостатки: суммарная погрешность может весьма отличаться от этого значения (например, эти значения для зимы и лета будут совершенно разными).
2. Использование блока СИД-1, разработанного нашей компанией. В его комплектацию входят два термодатчика и поправочные коэффициенты для потоков подачи и возврата изменяются в режиме «он-лайн» относительно паспортных данных для ДТ при нормальных условиях -20°С.
Достоинства: на порядок более точный учет погрешностей, нет необходимости в постоянной корректировке поправочных коэффициентов.
Недостаток: необходимость использования дополнительного блока, программирование его на компьютере с помощью прилагаемого ПО. Этот недостаток, по нашему мнению компенсируется универсальностью и большим количеством функций данного блока, который может использоваться, в том числе и как высокоточный дифференциальный сумматор.
Проблема №1 относительно основной погрешности +/-ΔRсистемы = +/- δR x (Vпрямой+ Vобратный)/ (Vпрямой – Vобратный),
Решения:
1. Простейшее и самое очевидное- уменьшать значения над дробной чертой и увеличивать значение делителя.Уменьшить δR т.е. улучшить точностные характеристики расходомеров, входящих в систему.
Достоинство: простота.
Недостатки: большинство проточных расходомеров, применяющихся в измерении расхода топлива, имеют точность от ±0,5% до ±1%. Чем выше точность – тем выше цена, причем, как правило, эта зависимость ближе к квадратичной (улучшая точность на порядок, стоимость счетчика возрастет на два).
2. Уменьшение множителя (Vпрямой+ Vобратный).
Эти значения, как правило, заданы достаточно жестко производителем транспортного средства – подача обусловлена производительностью топливного насоса подачи (подкачки) топлива, обратный поток – потреблением топлива двигателем ТС.
Казалось бы сделать здесь ничего нельзя, т.к. не мне вам говорить о проблемах, которые могут возникнуть при замене ТННД на нештатный.
Как возможное решение можно рассмотреть вариант, предложенный одним из дилеров компании Технотон (Белоруссия) и уже получивший среди инсталляторов название «схема Колошинского». Его смысл в том, что между магистралью подачи и обратной устанавливается перепускной клапан (кран) таким образом, что он частично перенаправляет поток топлива входящий в двигатель в обратку. Он может быть как регулируемым вручную, так и механическим или электромагнитным.
Пока реализован вариант с механическим исполнением (см. схему 1 и 2 внизу)
Схема №1 установки расходомера на "разряжении".
Схема № 2 установки расходомера на "нагнетании".
Достоинства:
1. Можно использовать расходомеры для меньшего расхода топлива и, таким образом, уменьшить стоимость системы.
2. При частичном приоткрытии крана и перенаправлении части топлива по малому кругу расходы топлива (Vпрямой+ Vобратный) через расходомеры подачи и обратного потока снизятся, что вызовет повышение точности системы.
3. Топливо все-таки частично возвращается в бак, таким образом, мы избегаем существующих проблем схем «полной закольцовки».
Недостатки: при различных нагрузках потребление топлива двигателем различно. Таким образом, установить «универсальное» положение крана практически невозможно. Это может вызвать перегрев и выход из строя двигателя при работе под нагрузкой. Возможно это решается установкой регулируемого крана, управляемого нагрузкой двигателя.
4. Увеличение значения (Vпрямой – Vобратный).
Решение: изменение данного значения, возможно, пожалуй, только при подключении расходомеров по схемам 1 и 2. Достоинства и недостатки – см. выше.
Суммируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что точность системы дифференциального расхода топлива будет напрямую зависеть от следующих факторов:
1. Технического состояния двигателя и топливной системы ТС
2. Требуемой точности решения.
3. Максимальной допустимой стоимости системы.
Таким образом, возможна целая гамма вариантов установки расходомеров:
а) Минимальная комплектация - два расходомера в топливопроводах подачи и обратном и (опционально) перепускной кран.
б) Максимальная комплектация должна включать в себя:
Расходомер с функцией PF или обратными клапанами– 2 шт.
Дополнительный фильтр грубой очистки топлива -1шт.
Блок СИД-1 -1шт.
Воздухоудалитель (опционально) -1 или 2 шт.
Перепускной кран (опционально) – 1 шт.
А на какой конфигурации остановиться – а, б, или промежуточной – решать Вам.