JP5967847B2 - 動的な燃料消費量測定装置の機能検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、動的な燃料消費量を独自に測定するために配備されている流量センサで所定の基準流量時の基準測定値を収集して、その際に期待される測定値と比較する、動的な燃料消費量測定装置の機能検査方法に関する。

特に、燃焼機関の研究及び開発のためには、燃料消費量（燃焼機関の燃焼空間内に実際に導入された燃料の単位時間当りの量）を適時かつ精確に測定することが重要である。検査台又は各用途での燃焼機関への液体燃料、例えば、ガソリン又はディーゼル油の供給は、通常タンクから行なわれ、燃料は、そのタンクから重力により、或いは燃料ポンプ、燃料供給量を測定する消費量センサ及び更に一方ではポンプと、場合によっては、圧力コントローラとを用いて所要の燃料正圧又は燃料負圧を設定し、他方では、特に、熱交換器により所定の燃料温度を設定する条件設定ユニットを使用して供給されている。この場合、当然のことながら、最も重要な部品は、動的な燃料消費量を独自に測定するために配備された流量センサであり、そのため、その正しい機能を少なくとも時間毎に検査しなければならない。そのために、流量速度が既知及び／又は制御可能であり、それぞれ実際に測定された測定値と比較することができる基準流量が通常提供される。

確かに、前述した基準流量の提供は、有利には、流量センサの絶対校正をも可能とするが、それに対応した負担のかかる広範囲の準備と、装置全体の速い機能検査に適さないか、或いは邪魔になる方法の追加工程とを必要とする。

ドイツ特許公開第１０２００５０１２９３７号明細書 英国特許公開第２２９５８９６号明細書 欧州特許第１０１９８３号明細書

以上のことから、本発明の課題は、例えば、燃料消費量測定装置の各使用開始時においても、流量センサの絶対校正のために、より長い時間間隔でのみの正当な広範囲の準備又は装置の追加改造及び増築までを必要とすること無しに、速い機能検査を実行できるように、冒頭に述べた形式の方法を改善することである。

本課題は、本発明に基づき、燃料流量制御のために元々装置内に配備されているシステムポンプを異なる周波数で順次に動作させることによって、少なくとも二つの基準流量を発生させることと、それにより確認された異なる基準測定値から算出した勾配をシステムポンプの特性曲線の既知の勾配と比較することとによって解決される。それにより、総じて追加の設備負担も不要となり、燃料消費量測定装置の改造も不要となる（システムポンプの特性曲線或いはポンプの周波数又は回転数への流量の依存度を規定するシステムポンプの特性曲線の勾配は、少なくとも製造業者のデータシートから既知であるか、或いは事前に相応の一連の測定で容易に決定できる）。システムポンプの特性曲線の勾配がシステム圧力にも所要の媒体にも依存しなくなった後、この流量センサの簡単な機能検査に関する何らかの動作条件（圧力、媒体等）を考慮する必要無しに、両方の基準測定値の間の差を直接システムポンプの特性曲線の既知の勾配と比較することができる。本発明の目的に適うこととして、基準測定値の決定時に、システムポンプの全移送量を流量センサを通して迂回させる一方、標準動作時（動的な燃料消費量測定時）に、試験体の消費量だけが流量センサを通して流す。この迂回は、自動的に、さもなければ手動で、例えば、３／２方向制御弁により行なうことができ、そのことは、追加負担を僅かしか増大させない。

本発明による方法の別の有利な実施形態では、システム圧力の制御と維持のために装置の出力側に元々配備されている圧力センサによって、更に、複数の、有利には、三つの異なるポンプ周波数又は基準流量時の複数の、有利には、三つの圧力を収集して、それらのポンプ周波数又は基準流量時に期待される測定値と比較することができる。そのため、本発明による方法によって、流量センサの機能を検査するだけでなく、システムポンプの機能も試験することができる。このシステムポンプは、正しい機能時に、所定のポンプ周波数又はそれに対応する基準流量に関して所定の圧力を出力側に提供する。ここで、前述した通り、複数の、例えば、三つの異なるポンプ周波数に関する出力圧力を測定するために、システム圧力の制御と維持のために配備された既存の圧力センサを使用した場合、それに対応して測定した三つの圧力の標準偏差から、ポンプの機能が正しいことを容易に推測することができる。

本発明の別の有利な実施形態では、主に温度条件設定のために配備された条件設定ユニットの出力側に配置された温度センサによって、複数の、有利には、三つの異なるポンプ周波数又は基準流量時の複数の、有利には、三つの温度を収集して、それらの平均値からの偏差を条件設定ユニットの正しい機能に関する情報として使用すると規定される。この条件設定ユニットは、前述した通り、特に、有効な測定結果に関する前提条件である、燃料内の温度を一定にする責任を持っている。前述した手法により、三つの異なる流量速度（ポンプ周波数）に関する温度安定度を非常に簡単に決定することができる。そのために、通常所定のポンプ周波数の設定後の所定の待ち時間後における（その時には、平均値からの最大温度偏差が所定の範囲内に有らねばならない）温度が測定され、三つ全ての基準流量（ポンプ周波数）に関して、そのようになった場合に、温度条件設定が正しく機能していると結論付けることができる。

ポンプ機能及び温度条件設定機能を検査するための圧力及び温度測定は、簡単化のために、同じポンプ周波数又は基準流量で行なうことができるが、そのことは、必ずしも必要ではない。

以下において、図面に基づき本発明を更に詳しく説明する。

動的な燃料消費量測定装置例の模式図 図１の装置で本発明による方法を実施するためのフローチャート図

１．図１の装置の標準機能
燃料は、筐体構造から燃料入口Ａを通って燃料測定システムに到達し、次に、接続部Ｂを通って、ここでは図示されていない燃焼機関に到達する。入力系ポンプ１は、周波数変換器１０で設定される周波数で回転して、圧力コントローラ２で設定される、流量センサ３の機能に必要な入力圧力を発生させる。還流路を有する燃焼機関の測定システムを使用した場合、圧力コントローラ４は、所謂戻り圧力を発生させる（図示されていない）。システムポンプ（ここでは、測定系ポンプ）６は、周波数変換器１１で設定される周波数により回転し、それにより、バイパス圧力コントローラ９で設定される、圧力センサ７で測定できる圧力を発生させる。通常条件設定ユニット１３は、燃料を予め設定した温度に条件設定するために使用される。出口温度は、温度センサ８で測定することができる。

これらの測定値は、計器コントローラ１２に集められて、機能検査時に更に計算される。フラッシュ弁５は、通常入力系と測定系の間の接続を実現する役割と、（簡単化のために、図示されていない）気泡分離機を用いてシステムから気泡を排出する役割を果たす。この弁は、標準動作では、図面に図示されている通りに切り換えられている。
２．図２を参照した機能検査時の図１の装置の機能
スタンバイ状態では、両方のポンプ１と６は動いており、流量センサ３は測定準備が整っており、条件設定ユニット１３は、（温度センサ８で測定される）所定の温度を設定している。指令（この例では、ＳＦＣＮ）によって、機能試験が開始する。

ここで、測定系ポンプ（システムポンプ６）は、周波数変換器１１により与えられる周波数Ｆ１で動作する。その後、フラッシュ弁５が開く、即ち、システムポンプ６により移送される循環量は、その時には最早その系を通るのではなく、入力系ポンプ１を通してフィードバックされ、そのため、流量センサ３で測定可能となる。次に、システムに安定化する時間を与えるために、Ｔ１秒待機する。その後、流量センサ３でｌ／ｈ単位により流量Ｖ１が測定されて、Ｔ２秒に渡って平均化される。その後、システムポンプ６は、周波数変換器１１により与えられる周波数Ｆ２で動作する。再びＴ１秒待機する。第二の流量値Ｖ２が、流量センサ３によりｌ／ｈ単位で測定されて、Ｔ２秒に渡って平均化される。その後、再び排気弁５が閉じられる（標準動作）。

ここで、両方の流量値Ｖ１とＶ２から、図２に示されている通り、勾配Ｍが計算される。この勾配は、システムポンプ６の基準値Ｄと比較される。その差の絶対値が所定の閾値Ｓよりも小さい場合、センサ試験が合格であると見做される。

その後、システムポンプが周波数Ｆ３で動作し、Ｔ１秒待機するなどする。そして、Ｔ２秒に渡って、一方で圧力Ｐ１が圧力センサ７で測定されて平均化され、他方でＴ２秒の終了時に温度安定度Ｋ１が算出される。温度安定度を算出する様々な手法が有る。この例では、スライドスロットを使用して、そのスロット内で、平均値からの温度偏差をスロット全体に渡って計算する。ここで、最後の１０秒の平均値からの最後の１０秒内の最大温度偏差が０．１°Ｃ以内である、標準値の場合、温度制御が安定しているか、或いは適合していると見做される。温度安定度の検査は、計器コントローラ１２により、温度センサ８での出口温度に基づき持続的に調べられる。

この手順は、Ｋ２又はＰ２とＫ３又はＰ３に関して更に二回繰り返される。その次に、計器コントローラ１２で測定の評価が行なわれる。

三つ全ての温度安定度値Ｋ１，Ｋ２及びＫ３が１に等しい場合、温度制御が正常に機能していると見做される。平均化された圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の標準偏差がパラメータ設定可能な限界値Ｐ＿ｌｉｍよりも小さい場合、圧力制御が正常に機能していると見做される。

当然のことながら、本発明による機能検査のために、測定系ポンプ６を用いる以外に、元々システムに配備されている別のポンプ、この場合、例えば、入力系ポンプ１などを前述した手法で用いることもでき、それは、図１の装置で別の切換手段だけを必要とする。

１ 入力系ポンプ
２ 圧力コントローラ
３ 流量センサ
４ 圧力コントローラ
５ フラッシュ弁
６ システムポンプ
７ 圧力センサ
８ 温度センサ
９ バイパス圧力コントローラ
１０ 周波数変換器
１１ 周波数変換器
１２ 計器コントローラ
Ａ 燃料入口
Ｂ 接続部
Ｄ 勾配Ｍの基準値
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５ 周波数［Ｈｚ］
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３ 温度安定度［１，０］
Ｋ Ｋ１＊Ｋ２＊Ｋ３
Ｍ 勾配
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 平均圧力［バール］
Ｐ＿ｓｔｄ 圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の平均の標準偏差
Ｐ＿ｌｉｍ 圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の平均の標準偏差の限界値
Ｔ１，Ｔ２ 時間［秒］
Ｖ１，Ｖ２ 流量［ｌ／ｈ］

Claims (4)

1. 動的な燃料消費量を独自に測定するために配備された流量センサ（３）で、所定の基準流量時の基準測定値を収集して、その際に期待される測定値と比較する、動的な燃料消費量測定装置の機能検査方法において、
   燃料流量制御のために元々装置内に配備されているシステムポンプ（６）を異なる周波数で順次に動作させることによって、少なくとも二つの基準流量を発生させ、その際、標準動作時に、消費量だけを流量センサ（３）を通して流し、機能検査時に、このシステムポンプ（６）の全移送量を流量センサ（３）を通して迂回させることと、
   それにより確認された異なる基準測定値から算出した勾配をシステムポンプ（６）の特性曲線の既知の勾配と比較することと、
   を特徴とする方法。
2. システム圧力の制御と維持のために装置の出力側に元々配備されている圧力センサ（７）によって、更に、複数の、有利には、三つの異なるポンプ周波数又は基準流量時の複数の、有利には、三つの圧力を収集して、それらのポンプ周波数又は基準流量時に期待される測定値と比較することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 主に温度条件設定のために配備された条件設定ユニット（１３）の出力側に配置された温度センサ（８）によって、複数の、有利には、三つの異なるポンプ周波数又は基準流量時の複数の、有利には、三つの温度を収集して、これらの平均値からの偏差を条件設定ユニットの正しい動作に関する情報として使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該の圧力測定と温度測定が、同じポンプ周波数又は基準流量で行なわれることを特徴とする請求項２及び３に記載の方法。

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