Самодельный расходомер для автомобиля
- Разработка под Arduino
Привет! Расскажу вам о своей попытке сделать бортовой расходомер на основе Arduino Nano. Это моё второе изделие из ардуинки, первым был шагающий паучок. После экспериментов с лампочками и сервоприводами хотелось сделать что-нибудь более полезное.
Конечно, можно было купить готовое изделие, может, даже за меньшую цену (хотя за меньшую я не находил). Но это было неинтересно, и оно могло не иметь тех функций, которые мне хотелось иметь. К тому же, хобби, как и спорт, редко оправдывает затраты в материальной форме.
Прежде, чем рассказать о процессе, покажу картинку, как это выглядит сейчас. Программа пока в стадии дебага, поэтому контроллер висит на проводах в салоне, а дисплей прилеплен на двухсторонний скотч) В дальнейшем это будет установлено по-человечески.
Прибор вычисляет и отображает на дисплейчике километровый расход топлива: на нижней строке мгновенный, на верхней - средний за последний километр.
Мысль сделать эту штуку мне пришла давно, но этому мешала нехватка информации о том, что и как устроено в моей машине. Она у меня достаточно старая - Corolla E11 с двигателем 4A-FE. О двигателе мне было известно, что он инжекторный и что форсунки имеют более-менее постоянную производительность, на что рассчитывает и собственный блок управления. Поэтому основная идея измерения расхода - измерение суммарной длительности открытия форсунок.
ЭБУ, как подсказал хороший человек и как потом подтвердила инструкция, управляет форсункой следующим образом: плюс на неё подаётся всегда, а минус открывается и закрывается в зависимости от пожеланий ЭБУ. Стало быть, если подключиться к минусовому проводу форсунки, то можно отслеживать момент её открытия, измеряя потенциал: когда ЭБУ замыкает форсунку на массу, 14 вольт падают до нуля. Эта простая мысль меня посетила далеко не сразу, т. к. мои познания в электронике ограничены школьным курсом физики и законом Ома. Далее потребовалось превратить +14В в +5В, которые можно подавать на логический вход контроллера. Тут я каким-то образом допёр до известной всем электронщикам схемы шунтирования, но перед этим пришлось изучить мануалы и убедиться, что сопротивление форсунки пренебрежительно мало, а сопротивление логического входа почти бесконечно.
Чтобы вычислить километровый расход, необходимо было получить данные с датчика скорости. С ним оказалось всё проще, т. к. он выдаёт ступеньки 0… +5В, чем больше ступенек, тем больше пробег. Эти ступеньки пошли сразу на логический вход без преобразований.
Очень хотелось выводить данные на ЖК-дисплей. Я рассматривал разные варианты и остановился на текстовом дисплее МЭЛТ за 234 рубля на основе микроконтроллера Hitachi HD44780, с которым ардуино умеет работать с рождения.
После долгих и мучительных размышлений была составлена вот такая схема:
Помимо резисторов, понижающих напряжение с форсунки, здесь присутствуют стабилизатор напряжения, дабы запитать контроллер от бортовой сети, а также по советам деда и хорошего друга добавлены конденсаторы, дабы сгладить возможные пики напряжения, и по резистору «на всякий случай» для каждого логического входа. И да, я решил подавать сигналы с форсунки и датчика на аналоговые входы, о чём впоследствии нисколько не пожалел, т. к. в цифровом режиме аналоговые входы не хотели понимать разницу между закрытой и открытой форсункой, а в аналоговом очень чётко показывали разный уровень напряжения. Возможно, это недоработка моей схемы, но всё делалось впервые, вслепую и без тестирования на макете, в общем, наобум.
Вслед за схемой я накидал разметку печатной платы (да, я сразу ломанулся печатать, т. к. возиться с копной проводов на монтажной плате не очень хотелось):
Плату травил в первый раз и с некоторыми нарушениями технологии, поэтому результат вышел так себе. Но после лужения всё пришло в порядок. Травил методом лазерного утюга, учился по хорошо известным роликам на easyelectronics. После травления плата получилась вот такая:
Чтобы припаять на плату элементы, пришлось изрядно её продырявить. Мне не хотелось покупать дорогую дрель типа Dremel или подобной, и чтобы сэкономить пару тысяч рублей, я сколхозил микродрель из моторчика и цангового зажима, которые были куплены в радиомагазине неподалёку:
После сверления дырок, лужения и пайки плата стала выглядеть вот так:
Тут я по глупости припаял лишний стабилизатор, который впоследствии был заменён на резистор.
После того, как изделие было готово, я приступил к тестированию в боевых условиях, т. е. прямо на машине. Для этого по моей просьбе провода от форсунки и датчика были выведены в салон. Для микроконтроллера я написал тестовую программу, которая писала в COM-порт сырые данные - число импульсов с датчика скорости и милисекунды, в течение которых была открыта форсунка. Посидев в машине с ноутбуком и увидев, что данные соответствуют действительности, я несказанно обрадовался и пошёл домой писать рабочую версию программы.
После двух-трёх сеансов тестирования программа стала показывать годные данные. Поначалу я вычислял средний расход по временному интервалу (5-10 минут), что вызвало интересный эффект: после пяти минут стояния на светофоре (даже не пробка, а лёгкое подобие) километровый расход подскакивал до запредельных величин в 50-100 литров на 100 км. Я поначалу недоумевал, а потом понял, что это обычное дело, т. к. расход километровый, а усредняю я по времени: часики тикают, бензин льётся, а машина стоит. После этого мне пришла в голову светлая идея усреднять по пробегу: в текущей версии программа вычисляет, сколько бензина было израсходовано за последний километр, и показывает, сколько литров уйдёт, если проехать 100 км в таком же темпе. «Моментальный» же расход вычисляется как средний за последнюю секунду и каждую секунду обновляется.
Исходный код (если кому интересно) я
Один из вариантов устройства, которое позволяет контролировать количество и скорость жидкости (в частности топлива), протекающего через магистраль, был описан в статье И. Семенова и др. "Электронный расходомер жидкости" ("Радио", 1986, № 1).
Повторение и налаживание этого расходомера связано с определенными трудностями, так как многие его детали требуют высокой точности обработки. Его электронный блок нуждается в хорошей помехозащищенности из-за высокого уровня помех в бортовой сети автомобиля. Еще один недостаток этого устройства - увеличение погрешности измерения с уменьшением скорости потока топлива (а режиме холостого хода и малой нагрузки на двигатель).
Описанное ниже устройство свободно от перечисленных недостатков, имеет более простую конструкцию датчика и схему электронного блока. В нем нет прибора для контроля скорости расходования топлива, его функцию выполняет счетчик суммарного расхода. Частота срабатывания пропорциональна скорости расходования топлива и воспринимается водителем на слух. Это не отвлекает от управления автомобилем, что особенно важно в условиях городского движения.
Расходомер состоит из двух узлов: датчика с электроклапаном, встроенного в топливную магистраль между бензонасосом и карбюратором, и электронного блока, расположенного в салоне автомобиля. Конструкция датчика изображена на рис.1. Между корпусом 8 и поддоном 2 зажата эластичная диафрагма 4, разделяющая внутренний объем на верхнюю и нижнюю полости. Шток 5 свободно перемещается в направляющей втулке 7 из фторопласта. Диафрагма зажата в нижней части штока двумя шайбами 3 и гайкой. На верхнем конце штока установлен постоянный магнит 9. В верхней части корпуса параллельно каналу, в котором находится шток, просверлены два дополнительных канала. В них установлены два геркона 10. В нижнем положении магнита, а значит, и диафрагмы, срабатывает один геркон, а в верхнем - другой.
Рис.1. 1-Штуцер, 2 - Поддон, 3- Шайбы, 4 - Диафрагма, 5- Шток,
6 - Пружина, 7 - Втулка, 8 - Корпус, 9 - Магнит, 10 - Герконы
В верхнее положение диафрагма переходит под действием давления горючего, поступающего от бензонасоса, а в нижнее ее возвращает пружина 6. Для включения датчика в топливную магистраль предусмотрены три штуцера 1 (один на поддоне и два - на корпусе).
Гидравлическая схема расходомера показана на рис. 2. Через канал 3 и электроклапан топливо от бензонасоса поступает в каналы 1, 2 и заполняет верхнюю и нижнюю полости датчика, а через канал 4 поступает в карбюратор. Переключается клапан под действием сигналов электронного блока (на этой схеме не показан), управляемого герконовым коммутатором датчика.
Рис.2
В исходном состоянии обмотка электроклапана обесточена, канал 3 сообщается с каналом 1, а канал 2 пепекрыт. Диафрагма находится в нижнем положении, как показано на схеме. Бензонасос создает избыток давления жидкости в нижней полости 6. По мере выработки двигателем топлива из верхней полости а датчика диафрагма будет медленно подниматься, сжимая пружину.
При достижении верхнего положения сработает геркон 1 и электроклапан закроет канал 3 и откроет канал 2 (канал 1 открыт постоянно). Под действием сжатой пружины диафрагма быстро переместится вниз, в исходное положение, и перепустит топливо через каналы 1, 2 из полости б в а . Далее цикл работы расходомера повторяется.
Электронный блок (Puc.3) подключают к датчику и электроклапану гибким кабелем через разъем ХТ1. Горкомы SF1 и SF2 (1 и 2 соответственно, по рис. 2) установлены в датчике (на схеме они изображены в положении, когда магнит не воздействует ни на один из них); Y1 - обмотка электромагнита клапана. В исходном положении транзистор VT1 закрыт, контакты К1.2 реле К1 разомкнуты и обмотка Y1 обесточена. Магнит датчика находится рядом с герконом SF2, поэтому геркон тока не проводит.
Рис.3
По мере расхода топлива из полости а датчика магнит медленно перемещается от геркона SF2 к геркону SF1. В некоторый момент геркон SF2 переключится, но это не вызовет никаких изменений в блоке. В конце хода магнит переключит геркон SF1 и через него и резистор R2 потечет базовый ток транзистора VT1. Транзистор откроется, сработает реле К1 и контактами К1.2 включит электромагнит клапана, а контактами К1.1 замкнет цепь питания счетчика импульсов Е1.
В результате диафрагма вместе с магнитом начнут быстро перемещаться вниз. В некоторый момент геркон SF1 после обратного переключения разорвет цепь базового тока транзистора, но он останется открытым, так как базовый ток теперь протекает через замкнутые контакты К1.1, диод VD2 и геркон SF2. Поэтому шток с диафрагмой и магнитом продолжат движение. В конце обратного хода магнит переключит геркон SF2, транзистор закроется, электромагнит Y1 клапана и счетчик Е1 выключатся. Система вернется в исходное состояние, и начнется новый цикл ее работы.
Таким образом, счетчик Е1 фиксирует число циклов срабатывания датчика. Каждый цикл соответствует определенному объему израсходованного топлива, который равен объему пространства, ограниченного диафрагмой в верхнем и нижнем положениях. Суммарный расход топлива определяют умножением показаний счетчика на объем топлива, израсходованного за один цикл. Этот объем устанавливают при тарировке датчика. Для удобства отсчета расходуемого топлива объем за один цикл выбран равным 0,01 литра. При желании этот объем можно несколько уменьшить или увеличить. Для этого необходимо изменить расстояние между герконами по высоте. При указанных размерах датчика оптимальный ход диафрагмы равен примерно 10 мм. Длительность цикла датчика зависит от режима работы двигателя и находится в пределах от 6 до 30 с.
При тарировке датчика необходимо отключить трубопровод от бензобака автомобиля и вставить его в мерный сосуд с топливом, а затем запустить двигатель и выработать некоторое количество топлива. Разделив это количество на число циклов по счетчику, получают значение единичного объема топлива за один цикл.
В расходомере предусмотрена возможность его отключения тумблером SA1. В этом случае диафрагма датчика постоянно находится в нижнем положении и топливо по каналам 2 и 3 через полость а будет напрямую поступать в карбюратор. Для реализации возможности отключения устройства в электроклапане необходимо снять резиновую манжету, перекрывающую канал 3, но при этом ухудшится погрешность расходомера.
Электронный блок смонтирован на печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы показан на рис. 4. Детали, устанавливаемые на плату, обведены на схеме штрихпунктирной линией. Плата смонтирована в металлической коробке и укреплена в салоне автомобиля под щитком приборов.
Рис.4
В устройстве использовано реле РЭС9, паспорт PC4.529.029.11; электроклапан - П-РЭ 3/2,5-1112. Счетчик СИ-206 или СБ-1М. Постоянный магнит можно использовать любой с торцевым расположением полюсов и длиной 18...20 мм, необходимо только, чтобы он свободно перемещался в своем канале, не задевая стенок. Например, подойдет магнит от дистанционного переключателя РПС32, надо только сточить его до нужных размеров.
Корпус и поддон датчика вытачивают из любого немагнитного бензостойкого материала. Толщина стенки между каналами герконов и магнита не должна быть более 1 мм, диаметр отверстия под магнит - 5,1+0,1 мм, глубина - 45 мм. Шток изготовлен из латуни или стали 45, диаметр - 5 мм, длина резьбовой части - 8 мм, общая длина - 48 мм. Резьба на штуцерах датчика - М8, диаметр отверстия - 5 мм, а на штуцерах электроклапана - коническая К 1/8" ГОСТ 6111-52. Пружина навита из стальной проволоки диаметром 0,8 мм ГОСТ 9389-75. Диаметр пружины - 15 мм, шаг - 5 мм, длина - 70 мм, усилие полного сжатия - 300...500 г.
Если шток выполнен из стали, то магнит удерживается на нем за счет магнитных сил. Если же шток выполнен из немагнитного металла, то магнит необходимо приклеить или укрепить любым другим способом. Для того, чтобы работе датчика не мешало давление сжимаемого над магнитом воздуха, во втулке следует предусмотреть перепускной канал сечением около 2 мм2.
Диафрагма изготовлена из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Перед установкой в датчик ее необходимо отформовать. Для этого можно воспользоваться поддоном датчика в сборе со штуцером. Необходимо изготовить технологическое прижимное кольцо из листового дюралюминия толщиной 5 мм. По форме это кольцо точно соответствует сборочному фланцу поддона.
Для формовки диафрагмы шток в сборе с ее заготовкой вставляют с внутренней стороны в отверстие штуцера поддона и зажимают заготовку технологическим кольцом. Затем равномерно нагревают узел со стороны диафрагмы, держа его над пламенем горелки на расстоянии 60...70 см и, слегка поднимая шток, формуют диафрагму. Для того, чтобы диафрагма не теряла эластичности в процессе эксплуатации, необходимо, чтобы она постоянно находилась в топливе. Поэтому при длительной стоянке автомобиля необходимо пережимать шланг от датчика к карбюратору, чтобы исключить испарение бензина из системы.
Датчик и электроклапан устанавливают на кронштейне в моторном отсеке около карбюратора и топливного насоса и кабелем соединяют с электронным блоком.
Работоспособность расходомера может быть проверена без установки его на автомобиль с помощью насоса с манометром, подключенного вместо бензонасоса. Давление, при котором срабатывает датчик, должно быть 0,1 ...0,15 кг/см2. Испытания расходомера на автомобилях "Москвич" и "Жигули" показали, что точность измерения расхода топлива не зависит от режима работы двигателя и определяется погрешностью установки единичного объема при тарировке, которую легко довести до 1,5...2 %.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ608Б | 1 | В блокнот | ||
| VD1-VD4 | Диод | КД105Б | 4 | В блокнот | ||
| HL1 | Светодиод | АЛ307Б | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | 0.5 Вт | В блокнот | |
| R2 | Резистор | 1.2 кОм | 1 |
Отечественной разработки.
Почему именно проточные датчики расхода топлива?
Ответ прост – только они дают точный реальный расход топлива, а не расчёты по косвенным измерениям (уровень топлива в баке, время открытия форсунок и прочие), которые легко фальсифицируются и часто дают только оценочные, а не точные значения.
Как подобрать счётчик расхода топлива или систему учёта топлива?
Для автотехники (легковых автомобилей, грузовиков, автобусов, тракторов, спецтехники и т.д.) наиболее успешно зарекомендовали себя счётчики расхода топлива швейцарского производства серии VZP и VZD и DFM , чешские расходомеры дизельного топлива DWF , а также Eurosens Direct и Eurosens Delta . Для тракторов, спецтехники не редко используются механические счетчики топлива VZO4 и VZO8. А специализированные системы учета топлива ПОРТ-1 получили заслуженное признание в деле контроля за фактическим расходом горючего и многими другими параметрами уже много лет назад.
Непосредственный выбор счётчика или системы учёта для определения расхода топлива техники в первую очередь основывается на величине максимального потока топлива, который идёт в топливной магистрали. Нельзя основывать выбор расходомера дизельного топлива на присоединительном размере или диаметре трубопровода! Нельзя выбирать расходомер на основе паспортных данных о расходе топлива двигателем, особенно это касается двухтрубных топливных систем (с обраткой), а они составляют подавляющее большинство. Важен именно поток топлива в топливопроводе, определяемый, как правило, производительностью подкачивающего насоса.
Вторым критерием для выбора датчика расхода топлива является необходимый функционал прибора.
Если удобно снимать показания расхода вручную , следует остановиться на счётчиках топлива с цифровым (механическим или ЖКД) индикатором на приборе — VZO4 (механический циферблат), VZO8 (механический циферблат), VZD4 (ЖКД на счётчике), VZD8 (ЖКД на счётчике), Eurosens Direct (ЖКД на счетчике), DFM c DFM-BC (ЖКД), Eurosens Delta (ЖКД на корпусе), Eurosens Delta c отдельным дисплеем для монтажа в кабине Display F1, с присоединяемым выносным ЖК-монитором (устанавливается в кабине или временно подключается к контроллеру для снятия показаний).
Если же требуется автоматизированная система учёта с выводом данных на компьютер , необходимо убедиться в наличии импульсного выхода на расходомере топлива — VZO4 OEM, VZO8 OEM, VZD4, VZP4, VZD8, VZP8, DFM8, DWF, Eurosens Delta, DFM20, DFM25, различные модификации системы ПОРТ-1. Более подробную информацию по этому оборудованию можно найти в или воспользоваться поиском. Наши обзорные статьи можно посмотреть в разделе ЭТО ИНТЕРЕСНО: и .
Чтобы получить высокоточные данные в условиях российского климата , мы рекомендуем использовать систему DFM8D с DFM-BC (датчик расхода дизельного топлива с бортовым компьютером) или DWF с контроллером ПОРТ. Учет расхода топлива системой dfm производится высокоточным расходомером специально адаптированным для работы в условиях тряски и суровых условий эксплуатации, позволяющим даже компенсировать ошибку из-за разницы температур подводимого и отводимого от двигателя горючего.
В большинстве же случаев нет необходимости в получении высокоточных данных и ошибка от 1 до 3% вполне приемлема, что позволяет с успехом применять указанные выше системы учёта ПОРТ и счётчики топлива.
Следует отметить, что наиболее часто учет дизельного топлива на транспорте нашей компанией осуществляется с помощью счетчиков VZP8, dfm8eco, Eurosens Delta PN 250 (КАМАЗ, МАЗ, практически все импортные грузовики и спецтехника, судовые двигатели и генераторы). Пройдя процедуру калибровки, а иногда даже и без нее, учёт дизельного топлива превращается в простую процедуру фиксации использования горючего на каждом потребителе. Реже мы используем счетчики учета топлива VZP4 и Eurosens Direct PN 100(трактора, сельхозтехника, двигатели без обратной магистрали).
Оценку типоразмера счётчика дизельного топлива производства компании “Aquametro AG” можно сделать на основе ниже приведённой таблицы:
| Двигатель | Счетчик топлива | ||||
| Мощность | Расход топлива | Пропускная способность | Номинальный диаметр DN | ||
| л.с. | кВт | л/ч | л/ч | мм | |
| 250 | 184 | 50 | 1…80 | 4 | |
| 680 | 500 | 135 | 4…200 | 8 | |
| 2 000 | 1 470 | 400 | 10…600 | 15 | |
| 5 000 | 3 680 | 1 000 | 30…1 500 | 20 | |
| 10 000 | 7 360 | 2 000 | 75…3 000 | 25 | |
| 30 000 | 22 000 | 6 000 | 225…9 000 | 40 | |
| 100 000 | 73 600 | 20 000 | 750…30 000 | 50 | |
Следует учитывать, что приведённые в таблице данные — оценочные. Основной показатель для выбора расходомера топлива для автомобиля — знание величины минимального и максимального потока в топливопроводе. Если вы затрудняетесь в выборе счётчика, пожалуйста, заполните и вышлите нам опросный лист, представленный на сайте или обратитесь по контактным телефонам, наши специалисты обязательно ответят вам на все интересующие вас вопросы.
Расходомер топлива для автомобиля. Контроль расхода топлива на грузовиках
Решение о том, какой же расходомер дизельного топлива для автомобиля или систему использовать также зависит от конкретной системы организации питания двигателя. Иногда для двигателей с ТНВД мы используем только один счётчик топлива, несколько видоизменяя систему питания (примеры в разделе « »). Для топливных систем с насос-форсункой, электронным впрыском или CommonRail всегда используются два однокамерных расходомера: на прямой и обратной топливной магистрали или один двухкамерный (DFM, Eurosens Delta, DWF).
Выбор оборудования определяется также вашими требованиями к нему. Нужно получать данные так, чтобы об этом не знал водитель — используется система учёта топлива без монитора и индикации на счётчиках. Если же требуется, чтобы водитель контролировал и моточасы и расход (общий, за рейс, суточный, моментальный) — в кабине устанавливается бортовой компьютер (система dfm8 + dfm-bc) или монитор (системы ПОРТ с функцией просмотра и управления). Хочется отслеживать все действия водителя, а именно: маршрут движения, скорость, время и место остановок, расход на каждом этапе пути и другие данные — следует установить систему мониторинга ПОРТ-1 с функцией GPS/Глонасс. Необходимо получать эти данные в режиме реального времени — контроллер с функцией GSM позволяет передавать данные в режиме on-line. На сегодняшний день мониторинг автотранспорта с фактическим расходом горючего — не дорогой, быстро окупаемый функционал.
Выбор оборудования сделан. Что же дальше?
Решения по монтажу датчиков расхода топлива или систем для учета расхода топлива, как правило, не вызывают затруднений и легко просматриваются непосредственно на месте. Монтаж производится или нашими специалистами или обслуживающим технику персоналом в соответствии со схемами, указанными в прилагаемых нами к приборам инструкциях по монтажу и эксплуатации.
Чтобы установить в топливопровод счетчик расходомер топлива DFM или DWF, Eurosens Delta/Direct или VZO обычно используются монтажные комплекты или просто штуцеры типа «резьба-ёлочка», шланги же крепятся обычными хомутами. Монтажный материал не всегда идёт в комплекте с прибором, но может быть приобретён отдельно. Счётчики топлива VZD и VZP имеют адаптированный вход M14х1,5. Для установки систем учета топлива серии ПОРТ-1 весь монтажный материал прилагается с изделием.
Любой датчик расхода топлива и даже vzp, vzo, vzd с внутренней предохранительной сеточкой, всегда устанавливается после фильтра (с соответствующим фильтрующим элементом) для предотвращения попадания посторонней грязи в механизм прибора. Грязь может вызвать не просто нарушение работы прибора, но и вывести его из строя, что в свою очередь приведёт к закупориванию топливопровода и ухудшению работы двигателя на больших нагрузках.
Счетчик расхода дизельного топлива (а счетчики dwf, Eurosens Direct, Eurosens Delta лучше горизонтально) должен быть закреплён на раме (не на двигателе!), все соединения рекомендуется защитить от вмешательства посторонних лиц (мы пломбируем съёмные соединения). Нельзя устанавливать расходомер топлива в непосредственной близости от ТНВД, если же этой ситуации нельзя миновать, то во избежание гидравлических ударов используйте гибкий шланг длиной не менее 2 метров, свёрнутый кольцом для уменьшения занимаемого им пространства.
Для измерения расхода топлива на локомотивах, судах, мощных дизельных генераторах используются расходомеры топлива как и для автомобиля различных конструкций, но основное распространение получили расходомеры большего типоразмера серии VZO (VZO15, VZO20, VZO25 даже VZO40) и DFM (DFM8S, DFM8D, DFM8ECO, DFM12eco, DFM20S, DFM25S) компании “Aquametro”, Eurosens Direct PN 250, Eurosens Direct PN 500, Eurosens Delta PN 250, Eurosens Delta PN 500 компании “Mechatronics”. Также в последнее время нами устанавливаются расходомеры серии OGM (OGM25 разных модификаций) шанхайской компании “Maide Machine”, погрешность измерения которых составляет всего 0,5% или 0,25%.
Основные схемы установки система контроля расхода топлива для учета расхода топлива в топливной системе автотранспорта прилагаются в «инструкциях по монтажу и эксплуатации» предлагаемого нами оборудования. На этой странице мы представим только общее решение. Базовая схема построения комплекса учёта расхода топлива двигателем представлена на следующем ниже рисунке и включает два датчика расхода горючего, установленные на прямой и обратной магистрали. Разница показаний датчиков расхода является реальной величиной потребляемого двигателем горючего.
Наилучших, точнее сказать, самых точных измерений с помощью швейцарских расходомеров можно добиться используя счетчик топлива DFM (датчики DFM8D и DFM8S с бортовым компьютером DFM-BC):
Счетчик дизельного топлива dfm подключается к вычислителю DFM-BC
Счетчик топлива DFM (Difference Flow Meter — счётчик разницы потоков) позволяет получать точные данные благодаря в первую очередь взаимной калибровке датчиков прямого и обратного потоков, а также возможности введения температурной поправки. Ведь не секрет, что горючее в обратной магистрали (после двигателя) имеет более высокую температуру, чем в магистрали подачи, а следовательно, датчик обратного потока представит завышенные результаты. Особенно температурная погрешность проявляется в холодное время года на стадии прогрева и первого часа работы машины. Система dfm позволяет производить вычисления с погрешностью до 1%.
На машинах, оснащённых рядным ТНВД, как правило можно использовать схему закольцовки обратной магистрали. Это позволяет проводить прямые измерения расхода топлива и экономить на покупке оборудования, приобретая и устанавливая только один счетчик топлива dfm (dfm8s) или vzo/vzd/ДРТ ПОРТ. Пример такой схемы установки изображён на следующем ниже рисунке:
Один из вариантов монтажа счетчика топлива dfm или vzo, или OGM на корабельный двигатель для учета расхода топлива:
Другие, более конкретные схемы установки счетчиков топлива для учета расхода можно посмотреть на страницах раздела «ЭТО ИНТЕРЕСНО».
При монтаже приборов учета расхода топлива необходимо учитывать, что счётчики и дополнительное оборудование следует устанавливать в местах, удобных и доступных для монтажа, обслуживания и снятия показаний. Установка счетчика топлива dfm, vzo и других проводится с соблюдением направления стрелки, имеющейся на корпусе расходомера, если такая имеется.
Машина не роскошь, – а средство передвижения, именно этими словами хотелось бы открыть эту тему. Любое транспортное средство не может двигаться без топлива, которое, как известно, стоит денег. А кто из нас точно знает, сколько литров на единицу времени или пути сжигает автомобиль. А ведь зная текущий расход топлива можно легко выбирать стиль езды, экономящий понапрасну сжигаемое топливо. Удобно выявить оптимальные режимы с точки зрения рационального компромисса между экономией и достаточной приемистостью, именно для вашего двигателя. Многие авто уже оборудованы штатными индикаторами, да, именно индикаторами (не измерителями) расхода с названиями ECONOMY или тому подобными. Данный прибор скорее отображает качество усвоения топлива двигателем, нежели расход. Он измеряет разряжение под дроссельной заслонкой, – а это не есть точный параметр расхода топлива…
Многие контроллеры управления впрыском, имеют внешнюю цифровую шину, с которой можно считывать информацию о расходе, но описания протоколов обмена по этой шине не являются свободно доступными, и проще с этой шиной не работать.
Разработанная мною конструкция является достаточно точным прибором для отображения реального, текущего расхода топлива Вашего авто.
Единственным ограничением на использование этого прибора является то, что двигатель должен быть инжекторным (mono или multi point), а если дизельный, то впрыск должен быть электронным. Современные автомобили в основной своей массе именно таковыми и являются.
Это связано с тем, что исходный сигнал снимается непосредственно с клеммы электромагнита форсунки. Измерение расхода основано на измерении времени открытия форсунок за единицу времени измерения, учитывая то, что давление топлива в магистрали — константно.
Расход отображается в литрах в час с точностью 0.1 литра в час. Для подключения требуется всего 4-е провода: масса, +12в постоянно, +12в при включении зажигания и сигнал от форсунки (если их больше одной, то от любой одной). Существуют два основных режима работы — измерение и калибровка. Для чего нужна калибровка. У разных моделей авто различный объём двигателей, разное давление в топливной магистрали и т.п. Для процесса калибровки необходимо только одно — знать точное количество топлива сгоревшее за какое то время. Начало и окончание этого времени отмечается пользователем. При этом, в режиме калибровки, можно запускать и глушить двигатель и ехать на любых скоростях и режимах. Важно лишь отметить контроллеру начало и окончание отсчёта времени, за которое сгорело точно известное количество топлива. После этой процедуры прибор будет откалиброван именно для вашего авто. Процедура калибровки, работающая с 32-х битными числами — достаточно сложна и подробного описания её работы не будет.
Измеритель может быть выполнен на любом процессоре с структурой команд 8051, например 1816ве51,80с31,89s52…, с внутренней или внешней памятью программ не менее 4К.
Измеритель состоит из блока индикации на 1-2-х рядном индикаторе с контроллером HD44780, блока клавиатуры и самого процессорного модуля. В качестве индикатора лучше применить двухрядный 2х16 знаков или полуторорядный, в котором второй ряд имеет матрицу символа 4х5 точек. Можно использовать и однорядный индикатор, но в этом случае не будет работать пиковый индикатор расхода, реализованный именно в втором ряду знакомест.
Клавиатура состоит из пяти кнопок, работающих на замыкание, обозначим их цифрами 1..5 для простоты упоминания о них в дальнейшем описании. Блок индикатора и блок клавиатуры могут быть удалены от процессора практически любым кабелем на расстояние более двух метров. Это сделано для удобства установки прибора в авто, например: индикатор на приборный щиток, клавиатуру рядом с ручкой ручного тормоза, а процессор в любое другое место, но обязательно в салоне. Для обеспечения этой возможности выбраны достаточно низкие скорости обмена процессора с индикатором и клавиатурой, а также реализован программный контроль дребезга клавиатуры.
Функционально кнопки имеют сл. Значения:
1 уменьшения значения переменной
2 увеличение значения переменной
3 предыдущая переменная
4 следующая переменная
5 мастер-кнопка
Включение контроллера происходит при включении зажигания, путём формирования сигнала сброса процессора, а выключение происходит автоматически при отсутствии сигнала с форсунки более 15-ти сек. После выключения процессор и индикатор переводятся в режим микропотребления, основное питание при этом не прерывается.
При включении могут быть три варианта запуска
Холодный старт для первого включения или разрушенной информации в пзу
Тёплый старт, значения всех параметров берутся при этом из пзу и озу процессора
Тёплый старт, но с очисткой только озу процессора для запуска откалиброванного измерителя после отключений аккумулятора или иных сбоев в системе электропроводки.
А теперь, собственно, инструкция по эксплуатации.
Для установки в авто необходимо установить индикатор, клавиатуру и процессорный модуль в удобные места. Подключить массу к корпусу авто,+12в к постоянно присутствующему питанию, например к клемме аккумулятора, зажигание к проводу, на котором +12в присутствует только при включенном зажигании и последний провод к форсуне, если форсунок более одной, то к любой из них. Подключаться нужно через резистор 10кОм к тому проводу электромагнита форсунки, на котором напряжение пульсирует в момент открытия последней. В целях безопасности, этот резистор следует установить непосредственно у форсунки. Напряжение с форсунки должно быть близком к нулю при открытии форсунки и близким к 12в при закрытии, в противном случае необходимо самостоятельно установить дополнительный инвертор для смены фазы сигнала с форсунки, в схеме контроллера.
При первом включении перед включением зажигания необходимо нажать кнопки 1,2 и 5 одновременно и потом включить зажигание. После включения зажигания, отпустить кнопки и дождаться запуска контроллера. Далее следует нажать кнопку 5, и после появления в самом правом знакоместе символа * ,нажать кнопки 1 и 2 до появления надписи SETUP, далее отпустить все кнопки.
На экране появится название первой переменной системного меня и её значение. Выбор переменной производится кнопками 3 и 4,а значение меняется кнопками 1 и 2.Для первого случая не следует ничего менять и следует нажать кнопку 5 до появления обычного дисплея. При этом начальные значения пропишутся в пзу и в дальнейшем контроллер будет нормально стартовать при включении. Следует отметить, что при выполнении вышеописанной процедуры инициализации, калибровочный коэффициент останется ошибочным, он пропишется только после удачного цикла калибровки на автомобиле. Это вызовет тольо лишь ошибочную индикацию рахода! Поэтому удобнее пзу 24с02 заранее запрограммировать значениями: 5,100,10,10,32,0,197,0,0,10. Эти данные следет прописать с нулевого адреса пзу.
Системное меню имеет следующие переменные:
Mass time время измерения, которое следует выбрать для получения оптимальной для вас динамики смены показаний измерителя
Mass offs введение постоянной корректировки в показание измерителя в диапазоне от –100 до +100, что будет соответствовать корректировке показаний от – 10.0 л/ч до + 10.0 л/ч.
Mass /div эти параметры позволяют умножить и потом разделить результат измерения расхода на число от 1 до 10-ти для пропорциональной корректировки показаний. Иными словами можно умножить или разделить показания на 0.1….10.
*-displ /div коэффицент деления входного сигнала для пикового индикатора,служит для выбора усиления пикового индикатора.
*-displ mode режим пикового индикатора
0-одно движущееся знакоместо
1-обычный пиковый индикатор с меняющейся по длине полосой знакомест
*-работает только с двухрядным индикатором.
Tank calibr эта переменная влияет на результат калибровки, при её уменьшении показания реального расхода после калибровки увеличиваются и аналогично в обратном направлении.
О последней переменной подробнее. Измеритель спроектирован но работу процессора с кварцем 11мГц, но могут использоваться и другие частоты. Для простоты адоптации к другой частоте кварца и используется данная переменная. Для установки последней в правильное положение лучше всего собрать и подключить калибровочный генератор. Выход генератора подключается вместо сигнала от форсунки. Включив измеритель с генератором следует выбрать частоту и скважность импульсов генератора такими, чтоб показания не были нулевыми и максимальными(70л в час). Далее запустить калибровку скажем на 10 минут и сказать контроллеру, что сгорело 2литра после этого показания должны стать 6 литров в час, если этого не произошло, то следует подобрать переменную tank calibr ,повторяя режим калибровки до получения требуемого показания расхода.
После этой процедуры измеритель готов к калибровки на автомобиле.
Калибровка запускается нажатием кнопок 5 и 3 до появления надписи calibr stsrt, для окончания нажать кнопки 5 и 4 , появится надпись calibr stop, после отжатия кнопок контроллер попросит ввести реально сгоревшее количество топлива (real tank), если ввести 0, то калибровка продолжится. Это сделано для предотвращения ошибочной отмены режима. Если при калибровочных вычислениях возникнут грубые математические ошибки, например деление на ноль, то контроллер выдаст сообщениие calibr error и вернётся к прежним значениям. В режиме калибровки нельзя входить в системное меню, при попытке возникнет сообщение setup not run.Это связано с значением временем измерения, которое нельзя менять в режиме калибровки.
При возможно кажущейся сложности при инсталляции, измеритель обладает высокой гибкостью в адаптации к конкретным условиям работы. При установке кварца на частоту, отличную от 11мГц необходима двойная калибровка, хотя и с требуемым значением частоты (11мГц) кварца может потребоваться первичная калибровка для повышения точности измерений. В любом случае лучше выполнить оба этапа калибровки.
Тёплый старт с очисткой озу процессора отменяет только все незаконченные калибровочные процедуры на случай сбоя.
Технические данные
Измеряемый расход 0.1-70.0 л. на час
Калибровочный объём топлива 1-99 литров
Время измерения 0.2 – 1.5сек
Схема контроллера с внешней ПЗУ
Схема контроллера с внутренней ПЗУ
Схема калибровочного генератора
Фото индикатора работающего измерителя
Фото индикатора со стороны контроллер hd44780
Программы для прошивки пзу в hex и bin форматах
Схемы в формате e_soft . Файлы для прошивки приводятся в bin hex форматах. Прилагается две версии контроллера:
0…для однорядного индикатора
1…для двухрядного индикатора, хотя эта версия может работать с однорядными индикаторами, имеющими непрерывные адреса знакомест, конечно без пикового индикатора.
Индикаторы на основе hd44780 имеют не менее трёх, известных мне, разновидностей адресации внутреннего озу и совет прост, Попробовать обе прилагаемые версии, если это не помогает, то использовать другой индикатор При несовместимости индикатора, в любом случае, левые 8 знакомест будут отображаться корректно!
Как уже отмечалось -процессор любой, совместимый с системой команд 8051,с внешним или внутренним пзу объёмом 4кбайта. В случае использования внутреннего пзу порты Р0 и Р2 не используются.
И в заключение хочу отметить:
Данный прибор является частью моей разработки маршрутно-бортового компьютера. Разработка в целом будет коммерческой и по завершении будет отдельная статья с описанием конструкции и условий реализации прибора.
Данная версия (beta) является бесплатной в связи с тем, что я заинтересован в результатах испытаний на разных моделях авто.
Буду очень признателен за такую информацию.
С вопросами приобретения или заказа просьба пока не обращаться. Дополнительных функциональных возможностей в бесплатной версии также не будет.
Желаю удачи и безаварийной езды!!!
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:
– Реле РЭС9
– Электроклапан – П-РЭ 3/2,5-1112
– Паспорт PC4.529.029.11
– Счетчик СИ-206 или СБ-1М.
– Постоянный магнит.
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 %.