內(nèi)燃機(jī)械燃油流量計(jì)
本文通過(guò)內(nèi)燃機(jī)械燃油流量計(jì)研制與開(kāi)發(fā)作為創(chuàng)新課題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車燃油時(shí)實(shí)消耗計(jì)量統(tǒng)計(jì)，填補(bǔ)了天津 港裝卸機(jī)械燃油計(jì)量的空白，該流量計(jì)將無(wú)線智能管理卡和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于燃油計(jì)量系統(tǒng)，并形成隨車計(jì) 量單元，司機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單的刷IC卡，系統(tǒng)就可計(jì)算出此時(shí)間段所消耗的油量，為方便計(jì)量和燃油的節(jié)約提供了科學(xué)保 障。
一、燃油流量計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
燃油流量計(jì)的設(shè)計(jì)：包括下位機(jī)（是指直接控制設(shè)備獲 取設(shè)備狀況的PIC單片機(jī)）和上位機(jī)（人可以直接發(fā)出操控 命令的計(jì)算機(jī)）兩大部分。
下位機(jī)部分：主要由控制單元和計(jì)量裝置組成；其中控 制單元包含計(jì)量系統(tǒng)的控制中心，其核心是P1C單片機(jī)，系 統(tǒng)內(nèi)部集成了電源模塊，短路保護(hù)電路，AD采樣電路，狀 態(tài)指示電路及無(wú)線通訊模塊等。以及控制中心安裝在機(jī)車的 駕駛室內(nèi)。其中計(jì)量裝置包括副油箱和計(jì)量油泵安裝在機(jī)車 的駕駛室外部。
上位機(jī)部分：主要由可連接在計(jì)算機(jī)USB接口上 WM-16U型讀寫卡器組成。
二、燃油流量計(jì)下位機(jī)部分的工作原理及研制重點(diǎn)
下位機(jī)由智能操作器（內(nèi)置非接觸IC卡讀寫卡器、檢測(cè)控制操作單元)、計(jì)量控制泵、副油箱總成、連接電纜、連接 油路等組成。
下位機(jī)工作原理：當(dāng)司機(jī)上車打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后，系統(tǒng)上 電初始化并進(jìn)入工作狀態(tài)，司機(jī)刷IC卡上崗工作，系統(tǒng)記錄 此刻副油箱的初始液位，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)副油箱的油位，當(dāng)油 位過(guò)低時(shí)，啟動(dòng)抽油泵工作，油位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，停止抽 油泵。計(jì)量系統(tǒng)通過(guò)韋根傳感器測(cè)量出抽輸油泵打入副油箱 的油量，當(dāng)司機(jī)刷丨C卡下崗后，系統(tǒng)根據(jù)此時(shí)的液位及保存 的數(shù)據(jù)計(jì)算出消耗的油量，并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊傳輸?shù)剿?nbsp;機(jī)的IC卡中。
下位機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：
計(jì)量油泵；工作電壓為24V,功率80W。其轉(zhuǎn)速 是1400轉(zhuǎn)每分鐘,可以提供8L/m燃油。計(jì)量誤差小于1%。 而機(jī)車在***大功率下的耗油量是4.5L/min。
副油箱；尺寸大小是30cmX12.5cmX15cm, 容量是3.5L。
研制的重點(diǎn)主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)：
(1)計(jì)量控制泵；其采用控制計(jì)量泵和檢測(cè)副油箱油量 上限、下限及燃油油位信號(hào)由PIC單片機(jī)獨(dú)立完成。副油箱 油量上限、下限及燃油油位信號(hào)采用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器和線 性霍爾傳感器完成。保證供油系統(tǒng)的安全和可靠。
(2)副油箱供油系統(tǒng)的確定；由于不同的工程機(jī)械所配 的柴油機(jī)的功率不同，在主油箱為副油箱供油的同時(shí)必須保 證柴油機(jī)的***大輸出功率下所需要的油量。這就要求副油箱 供油油泵的流量=保證柴油機(jī)的***大輸出功率下所需要的油 量+在< 1min內(nèi)副油箱充滿油的油量。（4,500ML/min +3,500ML/min=油泵的額定供油量)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，***終 設(shè)定副油箱供油油泵的流量為8L/min。（圖1帶有計(jì)量泵的 副油箱）
圖1帶有計(jì)量泵的副油箱
(3)油耗計(jì)量方法:經(jīng)過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車工作狀況, 油耗計(jì)量分四種狀態(tài)進(jìn)行計(jì)量。
上下崗時(shí)液位恰好在上下限之間，且上崗液位高于下崗液位時(shí)，油泵沒(méi)有工作時(shí)；記上崗時(shí)液位為X1，下崗時(shí) 液位X2，則總耗油量Y=X1-X2。
上下崗時(shí)液位恰好在上下限之間，且上崗液位高于下 崗液位時(shí)，期間油泵工作時(shí)；先假設(shè)油泵未工作，記上崗時(shí)液位為XI,下崗時(shí)液位X2,則上崗后從副油箱原有油量中 消耗的油量為X1-X2;再假設(shè)油泵工作時(shí)，副油箱的液位始 終保持下崗時(shí)液位X2。當(dāng)副油箱內(nèi)液位從X2下降達(dá)到下限 時(shí)，油泵開(kāi)始工作（計(jì)量泵注入油量速度遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)消耗 油量的速度)，副油箱液位在達(dá)到上限后，油泵雖停止工作， 但發(fā)動(dòng)機(jī)仍消耗油量直到下崗時(shí)液位X2,即此時(shí)副油箱中的 油量不起作用，僅相當(dāng)于普通油路。而單片機(jī)通過(guò)韋根德傳 感器記錄的油泵轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)就是油泵從主油箱經(jīng)過(guò)副油箱消 耗的油量X3,即副油箱耗油量為X1-X2,主油箱經(jīng)過(guò)副油 箱后消耗的油量X3,獲得總耗油量Y= X3+(X1-X2)。
上下崗時(shí)液位恰好在上下限之間，且上崗液位低于下 崗液位時(shí)，期間油泵工作時(shí)；油泵工作時(shí)，先假設(shè)副油箱的 液位始終保持下崗時(shí)液位X2。當(dāng)副油箱內(nèi)液位從X2下降達(dá) 到下限時(shí)，油泵開(kāi)始工作（計(jì)量泵注入油量速度遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng) 機(jī)消耗油量的速度)，副油箱液位在達(dá)到上限后，油泵雖停止 工作，但發(fā)動(dòng)機(jī)仍消耗油量直到下崗時(shí)液位X2,即此時(shí)副油 箱中的油量不起作用，僅相當(dāng)于普通油路。而單片機(jī)通過(guò)韋 根德傳感器記錄的油泵轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)就是油泵從主油箱經(jīng)過(guò)副 油箱消耗的油量X3,在假設(shè)油泵未工作，上崗液位為X1< 下崗液位X2,多出來(lái)的油量是從主油箱里通過(guò)油泵泵入的， 即從主油箱多泵入X2-X1油量未消耗而存到了副油箱中。
消耗的總油量應(yīng)為主油箱經(jīng)副油箱消耗的油量X3再減 去多余的滯留在副油箱中的油量（X2-X1)即Y=X3- (X2-X1)= X3+X1-X2。
上下崗時(shí)油泵恰好工作，上崗刷卡同時(shí)，單片機(jī)記錄 此時(shí)副油箱液位為上崗液位仍為XI,下崗時(shí)液位仍為X2, 然后按XI、X2大小分別有2, 3種情況，分析如上，仍有 耗油總量Y= X3+X1-X2。
(4)機(jī)車安全保障；為了保證機(jī)車安全運(yùn)行，在系統(tǒng)進(jìn) 行自檢時(shí)，如果智能車載油量計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)或柴油機(jī)油路出 現(xiàn)故障，系統(tǒng)控制儀發(fā)出提示和報(bào)警，并將控制儀退出油量 計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)。
下位機(jī)系統(tǒng)如圖2所示。
三、燃油流量計(jì)上位機(jī)部分的工作原理及研制的重點(diǎn) 上位機(jī)工作原理：選擇一定的時(shí)間段后，司機(jī)可以通過(guò) 手中的IC卡，與連接在上位機(jī)計(jì)算機(jī)USB接口上的無(wú)線讀 卡器，導(dǎo)出員工和車輛的歷史耗油量記錄包括員工姓名、車 輛的對(duì)應(yīng)用油量、上崗時(shí)間、下崗時(shí)間和刷卡時(shí)間信息到微軟辦公軟件Excel中，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與打印員工和車 輛的用油量詳單。從而對(duì)裝卸生產(chǎn)單耗管理考核提供依據(jù)。
研制的重點(diǎn)主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)：
所需設(shè)備
選用的非接觸式丨C卡為容量為8K的PHILIPS M1卡； 讀寫卡器采用完美公司的WM-16U型讀寫卡器。此外，還 需要設(shè)備有上位機(jī)電腦一臺(tái)，打印機(jī)一臺(tái)。
上位機(jī)的組成部分
油耗數(shù)據(jù)的獲得與保存
用VB軟件編寫程序，Access數(shù)據(jù)庫(kù)軟件保存數(shù)據(jù)。獲 得耗油量數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)現(xiàn)VB與Excel的無(wú)縫連 接。用戶可從軟件導(dǎo)出檢索出的記錄到Excel中，從而可以 根據(jù)需要打印相關(guān)信息。
檢索與管理
油耗數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，需要對(duì)各員工的所有用油量 明細(xì)和各車輛的所有耗油量明細(xì)進(jìn)行檢索。
卡片管理
卡片分為兩類：班長(zhǎng)卡和員工卡?？ㄆ芾砟K用來(lái)初 始化各班長(zhǎng)卡和員工卡。對(duì)人員、車輛的調(diào)動(dòng)進(jìn)行登記。
員工和車輛用油的詳單導(dǎo)出
選擇一定的時(shí)間段，可以導(dǎo)出員工和車輛的歷史耗油量 記錄信息到微軟辦公軟件Excel中，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與 打印。其中數(shù)據(jù)信息包括員工或車輛的對(duì)應(yīng)用油量、上崗時(shí) 間、下崗時(shí)間和刷卡時(shí)間。
分類統(tǒng)計(jì)與打印
對(duì)于員工和車輛的歷史耗油量根據(jù)需要分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
利用得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，評(píng)價(jià)各員工的耗油量情況，從而 對(duì)公司的預(yù)算與管理提供依據(jù)。
上位機(jī)連接示意圖，見(jiàn)圖3
如圖所示，WM-16U型讀寫卡器連接在上位機(jī)USB 口 上，它是通過(guò)USB接口來(lái)模擬串口的。由于需要打印員工和 車輛的用油量詳單，匯總記錄信息等，所以上位機(jī)需配備有 打印機(jī)。
四、IG卡的使用
下位機(jī)部分每臺(tái)車對(duì)應(yīng)一個(gè)讀卡器；員工每人對(duì)應(yīng)一張 IC卡。員工上下崗都需要刷IC卡登記，從而記錄其本次的用油情況。之后，員工需要在上位機(jī)電腦處刷IC卡，IC卡 上的記錄將讀取到電腦中。進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)、檢索和管理工作 將在上位機(jī)部分的電腦上進(jìn)行。丨C卡的使用框圖見(jiàn)圖4，
五、成果水平
燃油流量計(jì)解決了以柴油為能源的車載油耗計(jì)量問(wèn) 題，為方便計(jì)量和管理內(nèi)燃機(jī)械以及能源的節(jié)約提供了保計(jì) 量障。而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)量準(zhǔn)確可靠，成本低廉，安裝方便， 屬于國(guó)內(nèi)。
燃油流量計(jì)采用容積和脈沖相結(jié)合的方法，能夠適 用于惡劣的工作環(huán)境，保障了計(jì)量的準(zhǔn)確性，屬于國(guó)內(nèi)。
燃油流量計(jì)采用無(wú)線智能管理丨C卡和單片機(jī)技術(shù) 相結(jié)合，計(jì)量手段先進(jìn)可靠，信息傳送方便快捷，屬于國(guó)內(nèi) 。
***后一次機(jī)車靜態(tài)檢測(cè)計(jì)量平均誤差僅為0.155%o,與查找到的相關(guān)產(chǎn)品計(jì)量誤差為2%»-3%»比較計(jì)量 值更加準(zhǔn)確。
六、濟(jì)效益分析與計(jì)算
1.直接經(jīng)濟(jì)效益分析與計(jì)算
(1)購(gòu)置費(fèi)用節(jié)約：研制與開(kāi)發(fā)的內(nèi)燃機(jī)械燃油流量計(jì) 每臺(tái)成本1,500元，而市場(chǎng)類似產(chǎn)品如：隱蔽式車輛加油顯 示器、車輛加油顯示器等較低價(jià)位每臺(tái)售價(jià)8,000元左右， 單臺(tái)節(jié)約購(gòu)置費(fèi)（8,000元-1,500元）=6,500元，天津港 現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備1,700余臺(tái)，從事著港口的生產(chǎn)和裝卸任 務(wù)，如每年以10%的速度推廣，預(yù)計(jì)年可直接節(jié)約購(gòu)置費(fèi)用 (1,700 臺(tái)X10%X6,500 元）=111 萬(wàn)元。
(2)天津港現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備1,700余臺(tái)，每年消耗 柴油量5萬(wàn)t,經(jīng)成功研制內(nèi)燃機(jī)械燃油流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一人一電子卡，上下車進(jìn)行刷卡，計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)個(gè)人實(shí)際燃 油消耗，個(gè)人節(jié)油意識(shí)大大增強(qiáng)，以及對(duì)操作司機(jī)的操作節(jié) 能考核控制及通過(guò)流量計(jì)的科學(xué)統(tǒng)計(jì)管理，操作能源單耗預(yù) 計(jì)下降5%,如每年以1,700臺(tái)X10%安裝了流量計(jì)統(tǒng)計(jì)計(jì) 算，年消耗柴油量5萬(wàn)t的10%為5,000t計(jì)算，全年將預(yù) 計(jì)節(jié)約5,000tX5%X (7,650元/t) =191萬(wàn)元。年合計(jì)直 接經(jīng)濟(jì)效益（111萬(wàn)元+191萬(wàn)元）=302萬(wàn)元。
2.間接經(jīng)濟(jì)效益分析
由于實(shí)現(xiàn)了_人_電子卡，上下車進(jìn)行刷卡，計(jì)算 機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)個(gè)人實(shí)際燃油消耗，個(gè)人消耗一目了然，為集團(tuán) 公司開(kāi)創(chuàng)了燃油消耗計(jì)量管理新途徑。
為集團(tuán)機(jī)車燃油定額消耗管理提供了計(jì)量保證，真 正實(shí)現(xiàn)了科學(xué)規(guī)范油耗及個(gè)性化管理，并在集團(tuán)范圍內(nèi)有廣 泛的推廣前景和經(jīng)濟(jì)管理應(yīng)用價(jià)值。
此項(xiàng)目的完成可科學(xué)考核每個(gè)人的用能情況，吃大 鍋飯的現(xiàn)象被打破，個(gè)人節(jié)油意識(shí)大大增強(qiáng)，每個(gè)司機(jī)的節(jié) 油操作水平將大大提高。
由于實(shí)現(xiàn)了一人一電子卡，使單車幾個(gè)人為一小組 的油耗統(tǒng)計(jì)及考核徹底打破，實(shí)現(xiàn)了既能開(kāi)吊車又能開(kāi)鏟車 進(jìn)行交叉作業(yè)多面手的培養(yǎng)，減少了閑置人員。
該項(xiàng)目已申報(bào)發(fā)明型專利，填補(bǔ)了將無(wú)線智能 管理卡和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于燃油計(jì)量系統(tǒng)，形成隨車 計(jì)量單元的國(guó)內(nèi)空白。較好地體現(xiàn)了自主創(chuàng)新從管理理念走 向?qū)嵺`的創(chuàng)新模式，對(duì)今后科學(xué)規(guī)范管理、有效降低公司成 本、加快技術(shù)進(jìn)步，提高公司經(jīng)濟(jì)效益等方面有著十分重要 的意義。
七、結(jié)論
經(jīng)過(guò)4年的研究和大量的實(shí)驗(yàn)，內(nèi)燃機(jī)械燃油流量計(jì)經(jīng) 受了高溫、低溫、高濕、高污染、路面的高顛簸等惡劣條件 的考驗(yàn)運(yùn)行正常。并在節(jié)能技能大賽中得到了應(yīng)用，誤差控 制在1%以內(nèi)。