CN103712663A - 发动机燃油消耗量测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
发动机燃油消耗量测量装置及测量方法，属于发动机燃油检测设备领域。设置辅助油箱（11），发动机进油管（5）和发动机出油管（6）一端与发动机相连，另一端插入辅助油箱（11）内，在辅助油箱（11）上部设置高液位传感器（8），在辅助油箱（11）下部设置低液位传感器（9），辅助油箱（11）通过油管（2）与发动机大油箱（13）相连。测量方法为：系统上电后，判断发动机是否运行；判断是否掉电；检测是否到有高油位信号；检测是否有低油位信号，然后进行相应的控制。采用辅助油箱，并对进油量进行实施检测和控制。能够准确测量发动机油耗量，成本低，有效解决发动机回油脉动及含有气泡的问题，测量实时性好等优点。
Description
技术领域
一种发动机燃油消耗量测量装置及测量方法，属于发动机燃油检测设备领域。特别适用于发动机燃料为液体。
背景技术
燃油价格的不断走高，以及国家倡导节约型社会的背景下，提供发动机燃油消耗量有助于了解发动机耗油量，也可以为节约燃油提供一个测量工具。现有的发动机燃油消耗量检测装置主要采用测量油箱中剩余油量来计算柴油机耗油量，这种方式测量精度不高且实时性差。现有的发动机燃油消耗量检测装置用两个流量传感器，分别安装在柴油发动机进油和出油的油管上，用测量的进油量减去测量的出油量得到柴油发动机的柴油消耗量。存在的缺点，用两个流量传感器，成本大大提高，发动机回油是脉动的，有可能含有气泡，无法精确测量。发动机回油流量较小，一般流量传感器无法测量，尤其对于小排量的发动机。由此可见现有的发动机燃油消耗量测量装置存在精度不高及成本较高等问题。设计一种能够准确测量发动机油耗量，成本低，有效解决发动机回油脉动及含有气泡的问题。以及燃油消耗量实时性好的测量方法非常重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够准确测量发动机油耗量，成本低，有效解决发动机回油脉动及含有气泡的问题的发动机燃油消耗量测量装置及实时性好的测量方法。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：该发动机燃油消耗量测量装置，包括电动油泵、发动机进油管和发动机出油管，其特征在于：设置辅助油箱，发动机进油管和发动机出油管一端与发动机相连，另一端插入辅助油箱内，在辅助油箱上部设置高液位传感器，在辅助油箱下部设置低液位传感器，辅助油箱通过油管与发动机大油箱相连，油管上安装第一单向阀，流量传感器和第二单向阀，第二单向阀安装在发动机大油箱内并与电动油泵相连，控制器模块与流量传感器、第一单向阀、高液位传感器、低液位传感器和第二单向阀相连。
所述的控制器包括电池电压检测模块、车速检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、智能控制模块和时钟模块、车速检测模块与车速传感器相连，电池电压检测模块与电池两端相连，流量检测模块与液体流量传感器相连，油泵驱动模块与油泵相连，车速检测模块、电池电压检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、时钟模块都与智能控制模块相连。
所述的智能控制模块包括微处理器U1及外围电路，微处理器U1为单片机，微处理器U1的7、8脚分别与晶振X1的两端相连，并通过电容C4、C5接地，微处理器U1的9、11脚分别通过电容C6、C7接地，微处理器U1的10、33脚分别接地；
微处理器U1的3脚为复位引脚，接收高电平信号一段时间后则启动复位信号；
微处理器U1的7脚和8脚接收晶振X1的波形信号；
微处理器U1的12脚和13脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的18脚为中断信号；
微处理器U1的20脚I2C通信协议通信数据；
微处理器U1的28脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的35脚和36脚接收低电平或是高电平信号；
微处理器U1的38脚和37脚分别向存储芯片U2的5脚和6脚发送数据和时钟信号；
微处理器U1的40脚向时钟芯片U4的7脚发送时钟信号，微处理器U1的41脚接收时钟芯片U4的6脚发送的高电平和低电平交变信号，若发现异常后则时钟芯片U4的5脚向微处理器U1的42脚发送高电平信号，使微处理器U1复位；
上电复位芯片U3构成上电复位单元，上电复位芯片U3的3、8脚接电源VCC，4脚接地，7脚与微处理器U1的3脚相连；
时钟芯片U4及外围电路组成时间信号单元；
时钟芯片U4的2、3脚与晶振X3两端相接并通过电容C2、C3接地，时钟芯片U4的1脚与电源VCC相接并通过电容C1接地，时钟芯片U4的8脚与电池BT1正极相接，电池BT1的负极与地相接，时钟芯片U4的5、6、7脚与微处理器U1的42、41、40脚相连；
存储芯片U2构成存储单元；存储芯片U2的1、2、3、7、4脚接地，存储芯片U2的8脚接电源VCC，存储芯片U2的5、6脚接微处理器U1的38、37脚；
整形芯片U5、光耦OP1组成车速信号检测单元，光耦OP1输入端分别与车速脉冲信号和电源VCC相接，输出端分别与整形芯片U5的1脚和电源VCC相接，整形芯片U5的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的36脚相接；
整形芯片U6和光耦OP2构成流量信号检测单元；光耦OP2输入端分别与流量信号和电源VCC相接，光耦OP2的输出端分别与整形芯片U6的1脚和电源VCC相接，整形芯片U6的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的35脚相接；
光耦OP4和高液位传感器信号组成高油位信号检测单元；光耦OP4输入端分别与高液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的12脚相接；
光耦OP5和低液位传感器信号组成低油位信号检测单元，光耦OP5输入端分别与低液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的13脚相接；
运算放大器U7和电池电压检测模块信号组成电池电压信号检测单元；
运算放大器U7的正输入端通过电阻R4与电池电压检测模块信号相连，并通过电阻R5接地，运算放大器U7的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连，并通过二极管TVS1与输出端相连，运算放大器U7的输出端与微处理器U1的20脚相接；
运算放大器U8和5V供电电压信号组成低电压检测单元；
运算放大器U8的正输入端通过电阻R6与5V供电电压信号相连，并通过电阻R7接地，运算放大器U8的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连并通过二极管TVS2与输出端相连，运算放大器U8的输出端与微处理器U1的18脚相接。
一种利用权利要求1所述的发动机燃油消耗量测量装置的测量方法，其特征在于：
a）系统初始化自检，判断发动机是否运行；
b）如果发动机不运行则存储本周期已运行时间，行驶里程，继续返回到发动机进行判断,如果发动机运行，则进入是否掉电判断；
c）如果是, 则存储本周期已运行时间，行驶里程和掉电时油泵状态，如果否，则读取油泵掉电状态并清除；
d）判断电泵状态，如果电泵状态为开，则打开油泵，检测是否有高压油位信号；
e）如果电泵状态为关,则检测是否有低油位信号,如果判断为是，则打开油泵, 并继续返回到步骤d），如果为否，则保持油泵状态不变；
f）判断是否是高油位信号检测结果，如果是，则关闭油泵，进入计算运行时间、行驶里程和耗油量；
g）计算平均油耗（L/100Km，L/H）；
h）显示油耗，然后返回到a）进入下一个循环。
本发明测量燃油消耗的原理是：
本装置用在汽车发动机上，当发动机处于运行状态时，发动机从辅助油箱里抽油，发动机回油回到辅助油箱，电动油泵的状态被保存，当辅助油箱的低液位传感器向智能控制模块发出低油位信号时，智能控制模块通过油泵驱动模块给电动油泵通电，电动油泵工作，向辅助油箱供应燃油，供应的燃油体积通过液体油量传感器检测，测量的结果存储在智能控制模块中，当油面到达最高液位时，最高液位向智能控制模块发出信号，智能控制模块使电动油泵断电，电动油泵停止工作，第一单向阀起到防止燃油回流，防止液体流量反复计量的作用。辅助油箱用来解决回油测量较困难的问题，且将进、回油当作一个整体来考虑。在测量期间，里程传感器向智能控制模块传递里程信号，时钟模块向智能控制模块发送时间信号，周而复始，在每一个最低液位和最高液位之间，可以测量这段时间里的耗油量，百公里耗油量，小时耗油量，在发动机停止运行时，可以测量其上一次运行时的燃油消耗总量。
本装置用在固定式发动机上，如柴油发电机组，柴油动力机组时，原理同上，只是没有里程信号及计算里程的功能。
与现有技术相比，本发明发动机燃油消耗量测量装置及测量方法所具有的有益效果是：设置辅助油箱、最低液位和最高液位检测传感器及控制装置，按装方便，成本低，通过控制装置，能够准确测量发动机油耗量。对原系统改动较小。控制方法先进、智能化程度高、 燃油消耗量的测量实时性好。有效解决发动机回油脉动及含有气泡的问题。
附图说明
图1为发动机燃油消耗量测量装置结构示意图。
图2为电路原理框图。
图3为发动机燃油消耗量测量装置程序流程图。
图4为电路原理图。
图1中：1、电动油泵 2、油管 3、流量传感器 4、第一单向阀 5、发动机进油管 6、发动机出油管 7、通气孔 8、高液位传感器 9、低液位传感器 10、发动机 11、辅助油箱 12、第二单向阀 13、发动机大油箱。
图2-3中：Input1-流量脉冲信号 Batu-电池电压 Input2-油位高信号 Input3-油位低信号 Input4-车速脉冲信号。
图4中：U1微处理器 U3上电复位芯片 U2存储芯片 U3上电复位芯片 U4时钟芯片 U5-U6整形芯片 U7-U8运算放大器 OP1- OP4光耦 X1- X3晶振 BT1电池 TVS1、TVS2瞬变电压抑制二极管 Q1三极管 Q2开关管 D1-D2二极管 R1-R7电阻 C1-C7电容 VCC电源。
具体实施方式
图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。发动机燃油消耗量测量装置用于汽车发动机。
如图1所示：由电动油泵1、油管2、流量传感器3、第一单向阀4、发动机进油管5、发动机出油管6、通气孔7、高液位传感器8、低液位传感器9、发动机10、辅助油箱11和单向阀12组成。燃油经电动油泵1、第二单向阀12、油管2、流量传感器3、第一单向阀4到辅助油箱11，发动机进油是从辅助油箱11经发动机进油管5，发动机回油是经发动机出油管6回到辅助油箱11。
如图2所示：控制器模块包括电池电压检测模块、车速检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、智能控制模块和时钟模块、车速检测模块与车速传感器相连，电池电压检测模块与电池两端相连，流量检测模块与液体流量传感器相连，油泵驱动模块与油泵相连，车速检测模块、电池电压检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、时钟模块都与智能控制模块相连。
如图3所示：
微处理器U1为μPD78F0881A；存储芯片U2为AT24C512，时钟芯片U4为DS1302；运算放大器U7和U8是 LM358；整形芯片U5和U6是施密特触发器CD4093；三极管Q1为8550开关管Q2为8050；TVS1- TVS2为瞬变电压抑制二极管。
智能控制模块包括微处理器U1及外围电路，微处理器U1为单片机，微处理器U1的7、8脚分别与晶振X1的两端相连，并通过电容C4、C5接地，微处理器U1的9、11脚分别通过电容C6、C7接地，微处理器U1的10、33脚分别接地；
微处理器U1的3脚为复位引脚，接收高电平信号一段时间后则启动复位信号；
微处理器U1的7脚和8脚接收晶振X1的波形信号；
微处理器U1的12脚和13脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的18脚为中断信号；
微处理器U1的20脚I2C通信协议通信数据；
微处理器U1的28脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的35脚和36脚接收低电平或是高电平信号；
微处理器U1的38脚和37脚分别向存储芯片U2的5脚和6脚发送数据和时钟信号；
微处理器U1的40脚向时钟芯片U4的7脚发送时钟信号，微处理器U1的41脚接收时钟芯片U4的6脚发送的高电平和低电平交变信号，若发现异常后则时钟芯片U4的5脚向微处理器U1的42脚发送高电平信号，使微处理器U1复位；
上电复位芯片U3构成上电复位单元，上电复位芯片U3的3、8脚接电源VCC，4脚接地，7脚与微处理器U1的3脚相连；
时钟芯片U4及外围电路组成时间信号单元；
时钟芯片U4的2、3脚与晶振X3两端相接并通过电容C2、C3接地，时钟芯片U4的1脚与电源VCC相接并通过电容C1接地，时钟芯片U4的8脚与电池BT1正极相接，电池BT1的负极与地相接，时钟芯片U4的5、6、7脚与微处理器U1的42、41、40脚相连；
存储芯片U2构成存储单元；存储芯片U2的1、2、3、7、4脚接地，存储芯片U2的8脚接电源VCC，存储芯片U2的5、6脚接微处理器U1的38、37脚；
整形芯片U5、光耦OP1组成车速信号检测单元，光耦OP1输入端分别与车速脉冲信号和电源VCC相接，输出端分别与整形芯片U5的1脚和电源VCC相接，整形芯片U5的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的36脚相接；
整形芯片U6和光耦OP2构成流量信号检测单元；光耦OP2输入端分别与流量信号和电源VCC相接，光耦OP2的输出端分别与整形芯片U6的1脚和电源VCC相接，整形芯片U6的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的35脚相接；
光耦OP4和高液位传感器信号组成高油位信号检测单元；光耦OP4输入端分别与高液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的12脚相接；
光耦OP5和低液位传感器信号组成低油位信号检测单元，光耦OP5输入端分别与低液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的13脚相接；
运算放大器U7和电池电压检测模块信号组成电池电压信号检测单元；
运算放大器U7的正输入端通过电阻R4与电池电压检测模块信号相连，并通过电阻R5接地，运算放大器U7的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连，并通过瞬变电压抑制二极管TVS1与输出端相连，运算放大器U7的输出端与微处理器U1的20脚相接；
运算放大器U8和5V供电电压信号组成低电压检测单元；
运算放大器U8的正输入端通过电阻R6与5V供电电压信号相连，并通过电阻R7接地，运算放大器U8的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连并通过瞬变电压抑制二极管TVS2与输出端相连，运算放大器U8的输出端与微处理器U1的18脚相接。
如图4所示：
a）系统初始化自检，判断发动机是否运行；
b）如果发动机不运行则存储本周期时间，行驶里程，继续返回到发动机进行判断,如果发动机运行，则进入是否掉电判断；
c）如果是, 则存储本周期已运行时间，行驶里程和掉电时油泵状态，如果否，则读取油泵掉电状态并清除；
d）判断电泵状态，如果电泵状态为开，则打开油泵，检测是否有高油位信号；
e）如果电泵状态为关,则检测是否有低油位信号,如果判断为是，则打开油泵, 并继续返回到步骤d），如果为否，则保持油泵状态不变；
f）判断是否是高油位信号检测结果，如果是，则关闭油泵，进入计算运行时间、行驶里程和耗油量；
g）计算平均油耗（L/100Km，L/H）；
h）显示油耗，然后返回到a）进入下一个循环。
工作过程如下：在发动机10处于运行状态时，燃油经过电动油泵1、第二单向阀12、液体流量传感器3到辅助油箱11，发动机进油管5从辅助油箱11抽取燃油，发动机出油管6回油到辅助油箱11，当油位到达高液位传感器8时，电动油泵1停止泵油，当油位到达低液位传感器9时，电动油泵1开始泵油。时间和里程信号始终被记录。每次电动油泵1前一次泵油与下一次泵油之间，液体流量传感器3的测量值，就是该期间所行驶过的里程消耗的时间内对应的燃油消耗，燃油消耗量被显示，被储存。
如果辅助油箱11中高液位传感器8和低液位传感器9之间的容积一定，则可以去掉液体流量传感器3，发动机10的燃油消耗量仍然能够测出，即消耗量为电动油泵1的抽油次数乘以辅助油箱11中高液位传感器8和低液位传感器9之间的容积。
几个固定式发动机共用一个辅助油箱11时，使用一个液体流量传感器3，那么几个发动机10的燃油消耗仍然能计算出来，计算出来的结果为几个发动机燃油消耗量之和。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.发动机燃油消耗量测量装置，包括电动油泵、发动机进油管和发动机出油管，其特征在于：设置辅助油箱（11），发动机进油管（5）和发动机出油管（6）一端与发动机（10）相连，另一端插入辅助油箱（11）内，在辅助油箱（11）上部设置高液位传感器（8），在辅助油箱（11）下部设置低液位传感器（9），辅助油箱（11）通过油管（2）与发动机大油箱（13）相连，油管（2）上安装第一单向阀（4），流量传感器（3）和第二单向阀（12），第二单向阀（12）安装在发动机大油箱（13）内并与电动油泵（1）相连，控制器与流量传感器（3）、第一单向阀（4）、高液位传感器（8）、低液位传感器（9）和第二单向阀（12）相连。
2.根据权利要求1所述的发动机燃油消耗量测量装置，其特征在于：所述的控制器包括电池电压检测模块、车速检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、智能控制模块和时钟模块、车速检测模块与车速传感器相连，电池电压检测模块与电池两端相连，流量检测模块与液体流量传感器相连，油泵驱动模块与油泵相连，车速检测模块、电池电压检测模块、流量检测模块、油泵驱动模块、时钟模块都与智能控制模块相连。
3.根据权利要求2所述的发动机燃油消耗量测量装置，其特征在于：所述的智能控制模块包括微处理器U1及外围电路，微处理器U1为单片机，微处理器U1的7、8脚分别与晶振X1的两端相连，并通过电容C4、C5接地，微处理器U1的9、11脚分别通过电容C6、C7接地，微处理器U1的10、33脚分别接地；
微处理器U1的3脚为复位引脚，接收高电平信号一段时间后则启动复位信号；
微处理器U1的7脚和8脚接收晶振X1的波形信号；
微处理器U1的12脚和13脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的18脚为中断信号；
微处理器U1的20脚I2C通信协议通信数据；
微处理器U1的28脚输出低电平或高电平信号；
微处理器U1的35脚和36脚接收低电平或是高电平信号；
微处理器U1的38脚和37脚分别向存储芯片U2的5脚和6脚发送数据和时钟信号；
微处理器U1的40脚向时钟芯片U4的7脚发送时钟信号，微处理器U1的41脚接收时钟芯片U4的6脚发送的高电平和低电平交变信号，若发现异常后则时钟芯片U4的5脚向微处理器U1的42脚发送高电平信号，使微处理器U1复位；
上电复位芯片U3构成上电复位单元，上电复位芯片U3的3、8脚接电源VCC，4脚接地，7脚与微处理器U1的3脚相连；
时钟芯片U4及外围电路组成时间信号单元；
时钟芯片U4的2、3脚与晶振X3两端相接并通过电容C2、C3接地，时钟芯片U4的1脚与电源VCC相接并通过电容C1接地，时钟芯片U4的8脚与电池BT1正极相接，电池BT1的负极与地相接，时钟芯片U4的5、6、7脚与微处理器U1的42、41、40脚相连；
存储芯片U2构成存储单元；存储芯片U2的1、2、3、7、4脚接地，存储芯片U2的8脚接电源VCC，存储芯片U2的5、6脚接微处理器U1的38、37脚；
整形芯片U5、光耦OP1组成车速信号检测单元，光耦OP1输入端分别与车速脉冲信号和电源VCC相接，输出端分别与整形芯片U5的1脚和电源VCC相接，整形芯片U5的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的36脚相接；
整形芯片U6和光耦OP2构成流量信号检测单元；光耦OP2输入端分别与流量信号和电源VCC相接，光耦OP2的输出端分别与整形芯片U6的1脚和电源VCC相接，整形芯片U6的7、14、2分别与电源VCC、地和微处理器U1的35脚相接；
光耦OP4和高液位传感器信号组成高油位信号检测单元；光耦OP4输入端分别与高液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的12脚相接；
光耦OP5和低液位传感器信号组成低油位信号检测单元，光耦OP5输入端分别与低液位传感器信号和电源VCC相接，输出端分别与电源VCC和微处理器U1的13脚相接；
运算放大器U7和电池电压检测模块信号组成电池电压信号检测单元；
运算放大器U7的正输入端通过电阻R4与电池电压检测模块信号相连，并通过电阻R5接地，运算放大器U7的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连，并通过瞬变电压抑制二极管TVS1与输出端相连，运算放大器U7的输出端与微处理器U1的20脚相接；
运算放大器U8和5V供电电压信号组成低电压检测单元；
运算放大器U8的正输入端通过电阻R6与5V供电电压信号相连，并通过电阻R7接地，运算放大器U8的负输入端与输出端相连，电源端与电源VCC相连，地端与地相连并通过瞬变电压抑制二极管TVS2与输出端相连，运算放大器U8的输出端与微处理器U1的18脚相接。
4. 一种利用权利要求1-3任一所述的发动机燃油消耗量测量装置的测量方法，其特征在于：
a）系统初始化自检，判断发动机是否运行；
b）如果发动机不运行则存储本周期已运行时间，行驶里程，继续返回到发动机进行判断,如果发动机运行，则进入是否掉电判断；
c）如果是, 则存储本周期已运行时间，行驶里程和掉电时油泵状态，如果否，则读取油泵掉电状态并清除；
d）判断电泵状态，如果电泵状态为开，则打开油泵，检测是否有高油位信号；
e）如果电泵状态为关,则检测是否有低油位信号,如果判断为是，则打开油泵, 并继续返回到步骤d），如果为否，则保持油泵状态不变；
f）判断是否是高油位信号检测结果，如果是，则关闭油泵，进入计算运行时间、行驶里程和耗油量；
g）计算平均油耗（L/100Km，L/H）；
h）显示油耗，然后返回到a）进入下一个循环。
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