内燃机械燃油流量计
本文通过内燃机械燃油流量计研制与开发作为创新课题，实现了机车燃油时实消耗计量统计，填补了天津 港装卸机械燃油计量的空白，该流量计将无线智能管理卡和单片机技术相结合应用于燃油计量系统，并形成随车计 量单元，司机通过简单的刷IC卡，系统就可计算出此时间段所消耗的油量，为方便计量和燃油的节约提供了科学保 障。
一、燃油流量计系统结构
燃油流量计的设计：包括下位机（是指直接控制设备获 取设备状况的PIC单片机）和上位机（人可以直接发出操控 命令的计算机）两大部分。
下位机部分：主要由控制单元和计量装置组成；其中控 制单元包含计量系统的控制中心，其核心是P1C单片机，系 统内部集成了电源模块，短路保护电路，AD采样电路，状 态指示电路及无线通讯模块等。以及控制中心安装在机车的 驾驶室内。其中计量装置包括副油箱和计量油泵安装在机车 的驾驶室外部。
上位机部分：主要由可连接在计算机USB接口上 WM-16U型读写卡器组成。
二、燃油流量计下位机部分的工作原理及研制重点
下位机由智能操作器（内置非接触IC卡读写卡器、检测控制操作单元)、计量控制泵、副油箱总成、连接电缆、连接 油路等组成。
下位机工作原理：当司机上车打开电源开关后，系统上 电初始化并进入工作状态，司机刷IC卡上岗工作，系统记录 此刻副油箱的初始液位，系统实时检测副油箱的油位，当油 位过低时，启动抽油泵工作，油位达到设定高度时，停止抽 油泵。计量系统通过韦根传感器测量出抽输油泵打入副油箱 的油量，当司机刷丨C卡下岗后，系统根据此时的液位及保存 的数据计算出消耗的油量，并将数据通过无线通讯传输到司 机的IC卡中。
下位机主要技术参数：
计量油泵；工作电压为24V,功率80W。其转速 是1400转每分钟,可以提供8L/m燃油。计量误差小于1%。 而机车在***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。
研制的重点主要从以下几个方面体现：
(1)计量控制泵；其采用控制计量泵和检测副油箱油量 上限、下限及燃油油位信号由PIC单片机独立完成。副油箱 油量上限、下限及燃油油位信号采用开关型霍尔传感器和线 性霍尔传感器完成。保证供油系统的安全和可靠。
(2)副油箱供油系统的确定；由于不同的工程机械所配 的柴油机的功率不同，在主油箱为副油箱供油的同时必须保 证柴油机的***大输出功率下所需要的油量。这就要求副油箱 供油油泵的流量=保证柴油机的***大输出功率下所需要的油 量+在< 1min内副油箱充满油的油量。（4,500ML/min +3,500ML/min=油泵的额定供油量)。经过大量实验，***终 设定副油箱供油油泵的流量为8L/min。（图1带有计量泵的 副油箱）
图1带有计量泵的副油箱
(3)油耗计量方法:经过理论分析和现场机车工作状况, 油耗计量分四种状态进行计量。
上下岗时液位恰好在上下限之间，且上岗液位高于下岗液位时，油泵没有工作时；记上岗时液位为X1，下岗时 液位X2，则总耗油量Y=X1-X2。
上下岗时液位恰好在上下限之间，且上岗液位高于下 岗液位时，期间油泵工作时；先假设油泵未工作，记上岗时液位为XI,下岗时液位X2,则上岗后从副油箱原有油量中 消耗的油量为X1-X2;再假设油泵工作时，副油箱的液位始 终保持下岗时液位X2。当副油箱内液位从X2下降达到下限 时，油泵开始工作（计量泵注入油量速度远大于发动机消耗 油量的速度)，副油箱液位在达到上限后，油泵虽停止工作， 但发动机仍消耗油量直到下岗时液位X2,即此时副油箱中的 油量不起作用，仅相当于普通油路。而单片机通过韦根德传 感器记录的油泵转动总圈数就是油泵从主油箱经过副油箱消 耗的油量X3,即副油箱耗油量为X1-X2,主油箱经过副油 箱后消耗的油量X3,获得总耗油量Y= X3+(X1-X2)。
上下岗时液位恰好在上下限之间，且上岗液位低于下 岗液位时，期间油泵工作时；油泵工作时，先假设副油箱的 液位始终保持下岗时液位X2。当副油箱内液位从X2下降达 到下限时，油泵开始工作（计量泵注入油量速度远大于发动 机消耗油量的速度)，副油箱液位在达到上限后，油泵虽停止 工作，但发动机仍消耗油量直到下岗时液位X2,即此时副油 箱中的油量不起作用，仅相当于普通油路。而单片机通过韦 根德传感器记录的油泵转动总圈数就是油泵从主油箱经过副 油箱消耗的油量X3,在假设油泵未工作，上岗液位为X1< 下岗液位X2,多出来的油量是从主油箱里通过油泵泵入的， 即从主油箱多泵入X2-X1油量未消耗而存到了副油箱中。
消耗的总油量应为主油箱经副油箱消耗的油量X3再减 去多余的滞留在副油箱中的油量（X2-X1)即Y=X3- (X2-X1)= X3+X1-X2。
上下岗时油泵恰好工作，上岗刷卡同时，单片机记录 此时副油箱液位为上岗液位仍为XI,下岗时液位仍为X2, 然后按XI、X2大小分别有2, 3种情况，分析如上，仍有 耗油总量Y= X3+X1-X2。
(4)机车安全保障；为了保证机车安全运行，在系统进 行自检时，如果智能车载油量计量检测系统或柴油机油路出 现故障，系统控制仪发出提示和报警，并将控制仪退出油量 计量检测系统。
下位机系统如图2所示。
三、燃油流量计上位机部分的工作原理及研制的重点 上位机工作原理：选择一定的时间段后，司机可以通过 手中的IC卡，与连接在上位机计算机USB接口上的无线读 卡器，导出员工和车辆的历史耗油量记录包括员工姓名、车 辆的对应用油量、上岗时间、下岗时间和刷卡时间信息到微软办公软件Excel中，从而进行数据的保存与打印员工和车 辆的用油量详单。从而对装卸生产单耗管理考核提供依据。
研制的重点主要从以下几个方面体现：
所需设备
选用的非接触式丨C卡为容量为8K的PHILIPS M1卡； 读写卡器采用完美公司的WM-16U型读写卡器。此外，还 需要设备有上位机电脑一台，打印机一台。
上位机的组成部分
油耗数据的获得与保存
用VB软件编写程序，Access数据库软件保存数据。获 得耗油量数据并保存到数据库。实现VB与Excel的无缝连 接。用户可从软件导出检索出的记录到Excel中，从而可以 根据需要打印相关信息。
检索与管理
油耗数据保存在数据库中，需要对各员工的所有用油量 明细和各车辆的所有耗油量明细进行检索。
卡片管理
卡片分为两类：班长卡和员工卡。卡片管理模块用来初 始化各班长卡和员工卡。对人员、车辆的调动进行登记。
员工和车辆用油的详单导出
选择一定的时间段，可以导出员工和车辆的历史耗油量 记录信息到微软办公软件Excel中，从而进行数据的保存与 打印。其中数据信息包括员工或车辆的对应用油量、上岗时 间、下岗时间和刷卡时间。
分类统计与打印
对于员工和车辆的历史耗油量根据需要分别进行统计。
利用得到的统计结果分析，评价各员工的耗油量情况，从而 对公司的预算与管理提供依据。
上位机连接示意图，见图3
如图所示，WM-16U型读写卡器连接在上位机USB 口 上，它是通过USB接口来模拟串口的。由于需要打印员工和 车辆的用油量详单，汇总记录信息等，所以上位机需配备有 打印机。
四、IG卡的使用
下位机部分每台车对应一个读卡器；员工每人对应一张 IC卡。员工上下岗都需要刷IC卡登记，从而记录其本次的用油情况。之后，员工需要在上位机电脑处刷IC卡，IC卡 上的记录将读取到电脑中。进一步的统计、检索和管理工作 将在上位机部分的电脑上进行。丨C卡的使用框图见图4，
五、成果水平
燃油流量计解决了以柴油为能源的车载油耗计量问 题，为方便计量和管理内燃机械以及能源的节约提供了保计 量障。而且结构简单，计量准确可靠，成本低廉，安装方便， 属于国内。
燃油流量计采用容积和脉冲相结合的方法，能够适 用于恶劣的工作环境，保障了计量的准确性，属于国内。
燃油流量计采用无线智能管理丨C卡和单片机技术 相结合，计量手段先进可靠，信息传送方便快捷，属于国内 。
***后一次机车静态检测计量平均误差仅为0.155%o,与查找到的相关产品计量误差为2%»-3%»比较计量 值更加准确。
六、济效益分析与计算
1.直接经济效益分析与计算
(1)购置费用节约：研制与开发的内燃机械燃油流量计 每台成本1,500元，而市场类似产品如：隐蔽式车辆加油显 示器、车辆加油显示器等较低价位每台售价8,000元左右， 单台节约购置费（8,000元-1,500元）=6,500元，天津港 现有内燃机械设备1,700余台，从事着港口的生产和装卸任 务，如每年以10%的速度推广，预计年可直接节约购置费用 (1,700 台X10%X6,500 元）=111 万元。
(2)天津港现有内燃机械设备1,700余台，每年消耗 柴油量5万t,经成功研制内燃机械燃油流量计，实现了一人一电子卡，上下车进行刷卡，计算机自动统计个人实际燃 油消耗，个人节油意识大大增强，以及对操作司机的操作节 能考核控制及通过流量计的科学统计管理，操作能源单耗预 计下降5%,如每年以1,700台X10%安装了流量计统计计 算，年消耗柴油量5万t的10%为5,000t计算，全年将预 计节约5,000tX5%X (7,650元/t) =191万元。年合计直 接经济效益（111万元+191万元）=302万元。
2.间接经济效益分析
由于实现了_人_电子卡，上下车进行刷卡，计算 机自动统计个人实际燃油消耗，个人消耗一目了然，为集团 公司开创了燃油消耗计量管理新途径。
为集团机车燃油定额消耗管理提供了计量保证，真 正实现了科学规范油耗及个性化管理，并在集团范围内有广 泛的推广前景和经济管理应用价值。
此项目的完成可科学考核每个人的用能情况，吃大 锅饭的现象被打破，个人节油意识大大增强，每个司机的节 油操作水平将大大提高。
由于实现了一人一电子卡，使单车几个人为一小组 的油耗统计及考核彻底打破，实现了既能开吊车又能开铲车 进行交叉作业多面手的培养，减少了闲置人员。
该项目已申报发明型专利，填补了将无线智能 管理卡和单片机技术相结合应用于燃油计量系统，形成随车 计量单元的国内空白。较好地体现了自主创新从管理理念走 向实践的创新模式，对今后科学规范管理、有效降低公司成 本、加快技术进步，提高公司经济效益等方面有着十分重要 的意义。
七、结论
经过4年的研究和大量的实验，内燃机械燃油流量计经 受了高温、低温、高湿、高污染、路面的高颠簸等恶劣条件 的考验运行正常。并在节能技能大赛中得到了应用，误差控 制在1%以内。