AT523657A1

AT523657A1 - Kraftstoffverbrauchsmesssystem

Info

Publication number: AT523657A1
Application number: ATA50315/2020A
Authority: AT
Inventors: Zrim Dipl Ing Albert; Wiener Thomas; Ugur Dipl Ing Enis; Thomas Berger Dipl Ing Bsc Christian; Sammer Ing Bsc Michael
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-04-12
Filing date: 2020-04-12
Publication date: 2021-10-15
Also published as: WO2021207774A1; CN115380157A; CN115380157B; AT523657B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem (18) mit einer ersten Kraftstoffleitung (20) mit einem ersten Einlass (16), der mit einem Tankauslass (12) verbindbar ist und einem ersten Auslass (42), der mit einem Tankeinlass (46) verbindbar ist, einer zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einem zweiten Einlass (58), der mit einem Verbrennungsmotorauslass (56) und einem zweiten Auslass (72), der mit einem Verbrennungsmotoreinlass (78) verbindbar ist, einer Verbindungsleitung (84), über die die erste Kraftstoffleitung (20) mit der zweiten Kraftstoffleitung (48) verbunden ist, einem Durchflussmessgerät (86), welches in der Verbindungsleitung (84) angeordnet ist, und einem Wärmetauscher (34) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung (20) und dem Kraftstoff in der zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einer ersten Wärmeaustauschfläche (36), über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung (20) förderbar ist, und einer zweiten Wärmeaustauschfläche (50), über welche der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung (48) förderbar ist, wobei eine Druckausgleichsleitung (94) von der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) abzweigt, und in die zweite Kraftstoffleitung (48) zwischen dem Wärmetauscher (34) und dem zweiten Auslass (72) mündet.

Description

Kraftstoffverbrauchsmesssystem

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem mit einer ersten Kraftstoffleitung mit einem ersten Einlass, der mit einem Tankauslass verbindbar ist und einem ersten Auslass, der mit einem Tankeinlass verbindbar ist, einer zweiten Kraftstoffleitung mit einem zweiten Einlass, der mit einem Verbrennungsmotorauslass und einem zweiten Auslass, der mit einem Verbrennungsmotoreinlass verbindbar ist, einer Verbindungsleitung, über die die erste Kraftstoffleitung mit der zweiten Kraftstoffleitung verbunden ist, einem Durchflussmessgerät, das in der Verbindungsleitung angeordnet ist, und einem Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung und dem Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung mit einer ersten Wärmeaustauschfläche, über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung förderbar ist, und einer zweiten Wärmeaustauschfläche, über welche der Kraftstoff der zweiten

Kraftstoffleitung förderbar ist.

Derartige Systeme bestehen üblicher Weise aus einem Modul, welches die eigentliche Messung des Kraftstoffstroms durchführt sowie bei Messsystemen, die eine AKraftstoffrückführung aufweisen, zusätzlich aus einem Konditioniermodul, über welches eingestellt wird, dass der vom Motor zurückgeführte Kraftstoff bei der Messung korrekt berücksichtigt wird. Das Durchflussmessgerät kann aus einem Durchflussmesser bestehen, dessen Grundprinzip in der DE-AS 1 798 080 beschrieben wird. Es handelt sich um ein elektronisch gesteuertes Durchflussmessgerät mit einem Einlass und einem Auslass, zwischen denen ein rotatorischer Verdränger in Form einer Zahnradpumpe sowie in einer zum Verdränger parallelen Leitung ein Kolben in einer Messkammer angeordnet ist. Zur Bestimmung der Durchflussmenge wird die Auslenkung des Kolbens in der Messkammer mittels eines optischen Sensors gemessen. Die Drehzahl der Zahnradpumpe wird aufgrund dieses Signals stetig nachgeregelt, und zwar derart, dass der Kolben möglichst immer in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Aus der über einen

Kodierer gemessenen Anzahl der Umdrehungen oder Teilumdrehungen der

Zahnradpumpe sowie dem bekannten Fördervolumen der Zahnradpumpe bei einer Umdrehung wird so der Durchfluss innerhalb eines vorgegebenen

Zeitintervalls berechnet.

Diese Systeme zur Kraftstoffverbrauchsmessung mit Konditioniereinrichtung werden beispielsweise vor der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Common- Rail Systems mit mehreren Einspritzventilen angeordnet. Es handelt sich dabei um geschlossene Kreisläufe. Alternativ ist es bekannt, eine Rückführleitung zum Tank vorzusehen und in dieser einen zweiten Durchflussmesser anzuordnen, so dass der Kraftstoffverbrauch aus der Differenz der beiden Durchflussmesser berechnet werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass aufgrund der sehr hohen Rückführmengen, die gegebenenfalls etwa das zehnfache und in Extremfällen das bis zu _MHundertfache des Kraftstoffverbrauchs betragen, derartige Systeme keine ausreichend genauen Ergebnisse liefern. Probleme treten insbesondere in Betriebszuständen auf, in denen der zurückgeführte Kraftstoffstrom größer ist als der geförderte Kraftstoffstrom. Ein derartiger Zustand kann beispielsweise beim Start eines Dieselmotors oder beim Übergang von der Volllast zum Leerlauf auftreten. Der in der Förderleitung angeordnete Druckminderer verhindert einen Rückfluss in Richtung des Tanks, wodurch eine unerwünschte Druckerhöhung im Bereich des Einlasses der zweiten Kraftstoffleitung und damit auch am Auslass des Verbrennungsmotors in der Rückführleitung entsteht. Diese beeinflusst die Leistung des Verbrennungsmotors und kann sogar zu Schäden

an Aggregaten führen.

Aus diesem Grund wurde in der WO 22016/012609 A1 ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem vorgeschlagen, bei dem zwei getrennte Kraftstoffleitungen vorgesehen sind, von denen die eine Kraftstoff aus dem Tank im Kreis führt und die andere Kraftstoff aus dem Verbrennungsmotor im Kreis führt. Zwischen den beiden Leitungen findet über einen Wärmetauscher ein Temperaturausgleich statt. In einer Verbindungsleitung zwischen den beiden Kreisläufen ist die Kraftstoffverbrauchsmessvorrichtung angeordnet,

so dass diese immer den tatsächlichen Verbrauch misst. Des Weiteren werden

die Volumenströme auf beiden Seiten des Wärmetauschers gleich gehalten, wodurch Bedingungen geschaffen werden sollen, die bezüglich der Temperatur des Kraftstoffs den realen Bedingungen ohne Messsystem

entsprechen.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei diesem System schwierig ist, die im Verbrennungsmotor vorhandenen Druckbedingungen durch die Messvorrichtung nicht zu beeinflussen, da immer im System der Druck auf einen üblichen Wert geregelt wird, wodurch zwar Schäden vermieden werden,

jedoch die Realbedingungen nicht korrekt wiedergegeben werden.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem bereit zu stellen, mit dem der Druck und die Temperatur im System möglichst wenig durch die Messungen des Messsystems beeinflusst werden, sondern die realen Bedingungen erhalten bleiben. Dabei ist es insbesondere auch notwendig, einen Staudruck an der rückführenden Kraftstoffleitung zu vermeiden, wobei der Aufbau und die Regelung des Messsystems möglichst einfach bleiben soll. Zusätzlich soll immer eine vom Verbrauch unabhängige Konditionierung des

Kraftstoffs erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffverbrauchsmesssystem weist eine erste Kraftstoffleitung mit einem ersten Einlass und einem ersten Auslass auf. Im Betrieb wird der erste Einlass mit einem Tankauslass verbunden und der erste Auslass mit einem Tankeinlass verbunden. Des Weiteren besteht das Kraftstoffverbrauchsmesssystem aus einer zweiten Kraftstoffleitung mit einem zweiten Einlass und einem zweiten Auslass, wobei der zweite Einlass mit einem Verbrennungsmotorauslass verbunden wird und der zweite Auslass mit einem Verbrennungsmotoreinlass verbunden wird. Die Leitung am Einlass bildet entsprechend die Leitung, aus der der Kraftstoff vom

Verbrennungsmotor im Normalbetrieb zum Tank zurückgeführt wird. In einer

Verbindungsleitung, über die die erste Kraftstoffleitung mit der zweiten Kraftstoffleitung verbunden ist, ist ein Durchflussmessgerät angeordnet, über das in beide Richtungen der Kraftstofffluss gemessen werden kann. Diese misst somit immer die aus der ersten Kraftstoffleitung in die zweite Kraftstoffleitung übertragene Kraftstoffmenge, was dem Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors entspricht. Des Weiteren weist das System einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung und dem Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung auf. Hierzu weist der Wärmetauscher eine erste Wärmeaustauschfläche, an welcher der Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung entlang strömt, und eine zweite Wärmeaustauschfläche auf, an welcher der Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffleitung entlang strömt, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Kraftstoffströmen entsteht. Unter Wärmetauschfläche ist dabei jeweils der Kanalteil des Wärmetauschers zu verstehen, in dem der Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung Wärme aus der zweiten Kraftstoffleitung aufnimmt beziehungsweise der gegenüberliegende korrespondierende Kanalteil, in dem der Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffleitung Wärme an den Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung abgibt. Somit gibt der wärmere Kraftstoff aus dem Verbrennungsmotor einen Teil seiner Wärme an den aus dem Tank geförderten Kraftstoff ab, wodurch ein Einfluss einer steigenden Temperatur des Kraftstoffs auf den Verbrennungsmotor durch das Messsystem vermieden wird. Erfindungsgemäß zweigt zusätzlich eine Druckausgleichsleitung von der zweiten Kraftstoffleitung zwischen dem zweiten Einlass und dem Wärmetauscher ab und mündet in die zweite Kraftstoffleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem zweiten Auslass, so dass sie im Wesentlichen parallel zu dem Leitungsabschnitt geführt wird, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist. Diese Druckausgleichsleitung erfüllt dabei einerseits den Zweck, einen Druckausgleich zwischen dem Einlass und dem Auslass der zweiten Kraftstoffleitung und damit auch zwischen dem Verbrennungsmotoreinlass und dem Verbrennungsmotorauslass herzustellen, wie dies im Normalbetrieb ohne Messsystem durch die freie Durchströmung des zurückgeführten Kraftstoffs zum Tank ebenfalls der Fall ist. Entsprechend

kann auf einen zusätzlichen Druckregler verzichtet werden, um den Druck

stabil zu halten. Andererseits wird bei großen Umlaufmengen durch den möglichen Druckausgleich über die Druckausgleichsleitung ein Staudruck vermieden, so dass das Messsystem auch für Fahrzeuge mit großen Umlaufmengen genutzt werden kann. Vor allem erfolgt eine Konditionierung des Kraftstoffs unabhängig vom Verbrauch an Kraftstoff, da dieser bei zu großen Fördermengen im Messkreis über die Druckausgleichsleitung zurück zum Einlass des Messsystems geführt werden kann. Der Kraftstoff kann die Druckausgleichsleitung entsprechend in beide Richtungen durchströmen. Des Weiteren kann über diese Leitung außerhalb der Messzeiten problemlos eine

Entlüftung durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist die Druckausgleichsleitung in beide Richtungen stetig frei durchströmbar. Dies bedeutet, dass in der Druckausgleichsleitung keine Bauteile oder Aggregate angeordnet sind, die in irgendeiner Weise einen Druckverlust verursachen. So kann in beide Richtungen ein Druckausgleich

stattfinden.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung zweigt die Verbindungsleitung stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche von der «ersten Kraftstoffleitung ab und mündet zwischen dem zweiten Einlass und dem Wärmetauscher stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche in die zweite Kraftstoffleitung. Entsprechend erfolgt der Kraftstoffstrom entweder parallel zu dem Abschnitt der ersten Kraftstoffleitung, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist oder entgegengesetzt, wobei ein Kreislauf über den Abschnitt der ersten Kraftstoffleitung, in der der Wärmetauscher angeordnet ist und die Druckausgleichsleitung erzeugt wird. Entsprechend soll durch die Begriffe münden und abzweigen nicht eine Strömungsrichtung festgelegt werden, sondern lediglich die Verbindungspositionen benannt

werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Verbindungsleitung stromabwärts des Durchflussmessgerätes ein Drosselventil angeordnet.

Dieses Ventil dient lediglich zur Erzeugung eines Druckgefälles über die

Kraftstoffverbrauchmessvorrichtung. Mit einer derartigen Ausführung können

auch Rückströmungen über das Durchflussmessgerät gemessen werden.

Parallel zum Drosselventil kann in der Verbindungsleitung ein Vakuumdruckregler angeordnet werden, wodurch bei geschlossenem Drosselventil solche Rückströmungen vermieden werden können, falls

negative Messwerte unerwünscht sind.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der ersten Kraftstoffleitung zwei parallel geschaltete Pumpen angeordnet sind, wodurch die Fördermenge an die Größe und damit den zu erwartenden Verbrauch des Verbrennungsmotors

angepasst werden kann.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist parallel zu den beiden Pumpen in der Kraftstoffleitung ein erstes Rückschlagventil angeordnet. Dieses wird genutzt, wenn vor dem Kraftstoffverbrauchmesssystem ein zusätzliches externes Pumpenmodul zur Förderung des Kraftstoffs verwendet wird. In diesem Fall findet keine Förderung des Kraftstoffs über die beiden internen Pumpen statt und der Kraftstoff kann über das Rückschlagventil gefördert werden was auch bei Ausfall der Pumpen möglich ist. Bei Verwendung der internen Pumpen verhindert das Rückschlagventil eine

Förderung des Kraftstoffs im Kreis.

Zusätzlich ist vorzugsweise stromabwärts des Wärmetauschers und stromaufwärts des ersten Auslasses zum Tank sowie stromabwärts einer Abzweigung der Verbindungsleitung, in der die Kraftstoffmessvorrichtung angeordnet ist, in der ersten Kraftstoffleitung ein Druckregelventil angeordnet. Über dieses Druckregelventil wird der Systemdruck eingestellt. Dies kann entweder aus der Ferne über ein regelbares Druckregelventil erfolgen oder über ein manuell einstellbares Ventil ausgeführt werden, wobei im ersten Fall ein Einstellen des Systemdrucks in Abhängigkeit der

Pumpleistung möglich ist.

In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist das Druckregelventil als Nadelventil ausgeführt, mit dem eine besonders genaue Einstellung des

Drucks möglich ist.

Vorzugsweise ist stromabwärts des Druckregelventils und stromaufwärts des ersten Auslasses zum Tank in der ersten Kraftstoffleitung ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, welches eine Durchströmung vom Auslass zum Druckregelventil sperrt. Somit wird ein Durchströmen der ersten Kraftstoffleitung in umgekehrter Richtung ausgeschlossen und somit eine Konditionierung des zum Verbrennungsmotor strömenden Kraftstoffs

sichergestellt.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn stromabwärts des Einlasses in die erste Kraftstoffleitung und stromaufwärts der Pumpen eine erste Bypassleitung abzweigt, die stromabwärts des Wärmetauschers und stromaufwärts des Auslasses der zweiten Kraftstoffleitung zum Verbrennungsmotor in die zweite Kraftstoffleitung mündet und in der ein erstes Bypassventil angeordnet ist. Diese Bypassleitung dient als Sicherheitsleitung, über die der Verbrennungsmotor auch im Fehlerfall des übrigen Kraftstoffverbrauchmesssystems weiter mit Kraftstoff versorgt und somit

betrieben werden kann.

Des Weiteren zweigt stromabwärts des KEinlasses in die zweite Kraftstoffleitung und stromaufwärts der Abzweigung der Druckausgleichsleitung eine zweite Bypassleitung ab, die stromaufwärts des Auslasses der ersten Kraftstoffleitung zum Tank in die erste Kraftstoffleitung mündet und in der ein zweites Bypassventil angeordnet ist, so dass auch der nicht benötigte Kraftstoff zum Tank zurückgeführt werden kann, wenn ein Fehler am Messsystem vorliegt. Entsprechend wird über die Bypassleitungen ein Normalbetrieb des Fahrzeugs hergestellt. Die Bypassventile können als

automatisch angesteuerte Magnetventile ausgeführt werden.

Des Weiteren ist stromaufwärts des Wärmetauschers und stromabwärts der Abzweigung der Druckausgleichsleitung in der zweiten Kraftstoffleitung eine Kraftstoffförderpumpe angeordnet, die dazu dient in der zweiten Kraftstoffleitung ein Druckgefälle über den Wärmetauscher zu erzeugen, so dass der Kraftstoff tatsächlich vom Einlass zum Auslass strömt. Die Pumpe kann entweder mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden oder zur Erzeugung einer weiteren Regelmöglichkeit zur Änderung der Förderdrücke

als regelbare Pumpe ausgebildet werden

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Kraftstoffleitung zwischen dem zweiten Einlass und der Abzweigung der Druckausgleichsleitung ein Drucksensor und gegebenenfalls ein Temperatursensor angeordnet ist. Der Drucksensor dient zur Korrektur der mittels des Durchflussmessgerätes berechneten Verbrauchswerte. So können scheinbare Verbräuche aufgrund von Druckschwankungen und damit einhergehende Dichteänderungen aus

den Messwerten herausgerechnet werden.

Des Weiteren ist auch in der zweiten Kraftstoffleitung zwischen der Mündung der Druckausgleichsleitung und dem zweiten Auslass ein Drucksensor angeordnet, dessen Messwerte zur Reglung des Messsystems und zur

Korrektur der Messwerte herangezogen werden können.

Es wird somit ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem zur Verfügung gestellt, mit dem zeitlich aufgelöste Durchflussvorgänge mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich ermittelt werden können. Dies erfolgt unabhängig von der Größe der Motoren oder den im System bestehenden Drücken und Rückführmengen. Das Messsystem beeinflusst den Verbrennungsmotor bezüglich der vorliegenden Temperaturen und Drücke nur sehr gering, so dass reale Bedingungen bei der Messung vorliegen. Trotz eines einfachen Aufbaus werden Rückwirkungen auf den Verbrennungsmotor vermieden und eine

verbrauchsunabhängige Konditionierung des Kraftstoffs erreicht.

Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffverbrauchsmesssystem ist in der Figur

dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur beschrieben.

Die Figur zeigt ein Fließschema eines erfindungsgemäßen

Kraftstoffverbrauchsmesssystems mit seiner Umgebung.

In der Figur ist ein Tank 10 dargestellt, in dem Kraftstoff gespeichert wird. Ein Tankauslass 12 ist über eine Zuleitung 14 mit einem ersten Einlass 16 eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 fluidisch

verbunden.

Vom ersten Einlass 16 führt eine erste Kraftstoffleitung 20 über einen ersten Drucksensor 22 und einen ersten Temperatursensor 24 zu einer ersten Pumpe 26, über die der Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung 20 gefördert wird. Parallel zu dieser ersten Pumpe 26 ist eine zweite Pumpe 28 sowie ein erstes Rückschlagventil 30 geschaltet. Bei erhöhtem Bedarf an Förderdruck beziehungsweise einer erhöhten geforderten Fördermenge werden beide Pumpen 26, 28 parallel betrieben. Sollte zur Förderung des Kraftstoffs ein zusätzliches Pumpenmodul zwischen den Tank 10 und den Einlass 16 in das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 geschaltet werden, kann auf einen Antrieb der Pumpen 26, 28 verzichtet werden und stattdessen eine Förderung über das erste Rückschlagventil 30 stattfinden, welches entsprechend in der Richtung durchschaltet, in der die internen Pumpen 26, 28 fördern. Eine Rückströmung des durch die Pumpen 26, 28 geförderten Kraftstoffs in der

ersten Kraftstoffleitung 20 wird durch das Rückschlagventil 30 vermieden.

Stromabwärts der Pumpen 26, 28 und des Rückschlagventils 30 ist in der ersten Kraftstoffleitung ein Filter 32 ausgebildet, so dass der über die Pumpen 26, 28 oder das Rückschlagventil 30 strömende Kraftstoff von Verunreinigungen befreit wird, die die nachfolgenden Aggregate beschädigen könnten. Von hier aus führt die erste Kraftstoffleitung 20 zu einem

Wärmetauscher 34, wo der Kraftstoff entlang einer ersten

Wärmeaustauschfläche 36 strömt, an der ein Wärmeaustausch mit einem

zweiten Medium stattfindet.

Die erste Kraftstoffleitung 20 führt weiter zu einem Druckregelventil 38, welches insbesondere als Nadelventil ausgeführt werden kann und über welches der Druck und damit die Fördermenge in der ersten Kraftstoffleitung

20 geregelt wird.

Im Folgenden fließt der Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung 20 zu einem zweiten Rückschlagventil 40, welches stromaufwärts eines ersten Auslasses 42 des Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 angeordnet ist, der über eine Abführleitung 44 mit einem Tankeinlass 46 verbunden ist. Das zweite Rückschlagventil 40 schaltet entsprechend in Richtung des Auslasses 42 auf, während eine Strömung des Kraftstoffes vom Tankeinlass 46 über den Auslass

42 in das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 zuverlässig verhindert wird.

Als zweites Medium am Wärmetauscher 34 wirkt ein Kraftstoffstrom in einer zweiten Kraftstoffleitung 48. Dieser Kraftstoffstrom strömt entlang einer zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 und stammt aus einer Rücklaufleitung 52 eines Verbrennungsmotors 54, dessen Verbrennungsmotorauslass 56 über die Rücklaufleitung 52 mit einem zweiten

Einlass 58 des Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 verbunden ist.

Die zweite Kraftstoffleitung 48 führt vom zweiten Einlass 58 über einen zweiten Drucksensor 60 und einen zweiten Temperatursensor 62 zu einem Gasblasensensor 64, an dem ermittelt wird, ob sich unerwünschte Kraftstoffdäm pfe gebildet haben. Die Kraftstoffleitung 48 führt weiter zu einer Kraftstoffförderpumpe 66, die den Kraftstoffstrom weiter zur zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 fördert, an der Wärme über die zweite Wärmeaustauschfläche 50 an die erste Wärmeaustauschfläche 36 und an den Kraftstoffstrom in der ersten

Kraftstoffleitung 20 abgegeben wird, so dass der aus dem Verbrennungsmotor

54 zurückgeführte Kraftstoff im Wesentlichen auf die Temperatur des

Kraftstoffs im Tank 10 heruntergekühlt wird.

Dieser gekühlte Kraftstoffstrom wird weiter über einen dritten Drucksensor 68 und einen dritten Temperatursensor 70 zu einem zweiten Auslass 72 der zweiten Kraftstoffleitung 48 gefördert, der über eine Zulaufleitung 74, in der eine Hochdruckpumpe 76 angeordnet ist, mit einem Verbrennungsmotoreinlass 78 verbunden ist. An diesem befindet sich ein Common-Rail Verteilerrohr 80, welches fluidisch mit Einspritzventilen 82 verbunden ist, über die der Kraftstoff in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 54 eingespritzt wird. Üblicherweise werden in diesen Systemen größere Kraftstoffmengen gefördert als tatsächlich über die Einspritzventile 82 eingespritzt werden, so dass vom Verteilerrohr 80 die Rücklaufleitung 52 abzweigt. Dabei können die Zzurückgeführten Kraftstoffmengen ein Vielfaches der eingespritzten Kraftstoffmengen

betragen.

Um den Verbrauch des Kraftstoffs messen zu können und Kraftstoff vom Tank 10 zum Verbrennungsmotor 54 führen zu können, ist die erste Kraftstoffleitung 20 mit der zweiten Kraftstoffleitung 48 über eine Verbindungsleitung 84 verbunden, in der ein Durchflussmessgerät 86

angeordnet ist.

Dieses Durchflussmessgerät 86 kann insbesondere so ausgebildet sein, dass in der Verbindungsleitung 84 zur Messung ein rotatorischer Verdränger, beispielsweise in Form einer Doppelzahnradpumpe angeordnet wird. Der rotatorische Verdränger wird über eine Kupplung oder ein Getriebe von einem Antriebsmotor angetrieben. Von der Verbindungsleitung 84 zweigt stromaufwärts des rotatorischen Verdrängers eine Umgehungsleitung ab, die stromabwärts des rotatorischen Verdrängers wieder in die Verbindungsleitung 84 mündet. In dieser Umgehungsleitung befindet sich ein in einer Messkammer frei verschiebbar angeordneter Kolben, der das gleiche

spezifische Gewicht wie das Messfluid, also der Kraftstoff, aufweist, so dass

er sich trägheitsfrei mit dem Kraftstoff entsprechend des in der Umgehungsleitung vorhandenen Volumenstroms bewegt. Tritt eine Volumenstromänderung in der Verbindungsleitung 84 auf, hat dies zunächst eine Auslenkung des Kolbens zur Folge. Diese Auslenkung wird mittels eines Wegsensors gemessen und die Messwerte einer Steuereinheit zur Verfügung gestellt, welche die Werte dieses Wegsensors aufnimmt und entsprechende Steuersignale dem Antriebsmotor übermittelt, der derart angesteuert wird, dass der Kolben immer in seine definierte Ausgangsstellung zurückbewegt wird, der Volumenstrom also möglichst exakt immer über den rotatorischen Verdränger abgeführt wird. Da jeder Drehzahl des rotatorischen Verdrängers ein im Zeitintervall gefördertes Volumen zugeordnet werden kann, ist es entsprechend möglich, einen Kraftstoffverbrauch aus diesen Werten zu berechnen. Über das Messgerät entsteht keine zusätzliche Druckdifferenz,

wodurch kein Einfluss auf die Messung ausgeübt wird.

Die Verbindungsleitung 84 weist eine Abzweigung 85 von der ersten Kraftstoffleitung 20 stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche 36 des Wärmetauschers 34 und stromaufwärts des Druckregelventils 38 von der ersten Kraftstoffleitung 20 auf und mündet stromaufwärts des Gasblasensensor 64, also zwischen dem zweiten Einlass 58 und dem Gasblasensensor 64 und damit auch stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 in die zweite Kraftstoffleitung 48.

In der Verbindungsleitung 84 ist ein Drosselventil 88 angeordnet, welches als Kugelhahn ausgeführt werden kann und entsprechend in beide Richtungen durchströmt werden kann und lediglich dazu dient, diesen Teil der Verbindungsleitung 84 zu Öffnen oder zu schließen und einen gewissen Druckabfall bereit zu stellen. Bei geöffnetem Drosselventil 88 können am Durchflussmessgerät 86 Kraftstoffströmungen in beiden Richtungen gemessen werden, also auch Rückströmungen in dem Fall, dass die Menge zurückgeführten Kraftstoffs die Menge des zugeführten Kraftstoffs am

Verbrennungsmotor 54 übersteigt, was beispielsweise im Schubbetrieb

kurzzeitig vorkommen kann. Sind derartige Messwerte nicht erwünscht, kann das Drosselventil 88 in seine Sperrstellung verstellt werden, so dass der Kraftstoff über einen Vakuumdruckregler 90 geführt wird, der in einer Parallelleitung 92 zum Drosselventil 88 angeordnet ist, so dass dieses bypassiert wird. Wird der Kraftstoffstrom über den Vakuumdruckregler 90 geführt, wird eine Rückströmung von der zweiten Kraftstoffleitung 48 in

Richtung der ersten Kraftstoffleitung 20 verhindert.

Unabhängig davon, ob der Kraftstoffstrom über den Vakuumdruckregler 90 oder das Drosselventil 88 geführt wird, gelangt der neu in die zweite Kraftstoffleitung 48 gelangende Kraftstoff immer mit einer angepassten Temperatur in die zweite Kraftstoffleitung 48, da er bereits über die erste Wärmeaustauschfläche 36 geführt wurde. Im Folgenden erfolgt eine Mischung mit dem zurückgeführten Kraftstoffstrom vom zweiten Einlass 58 und an der

zweiten Wärmeaustauschfläche 50 eine Kühlung.

Bei plötzlich auftretenden Drucksprüngen am zweiten Einlass 58 oder am zweiten Auslass 72 können durch ein solches System Rückwirkungen auf den Verbrennungsmotor 54 auftreten, die diesen beeinflussen und auch zu Schäden führen können. Um nun Druckdifferenzen zwischen dem zweiten Einlass 58 und dem zweiten Auslass 72 und damit zwischen dem Verbrennungsmotoreinlass 78 und dem Verbrennungsmotorauslass 56 aufgrund des angeschlossenen Messsystems 18 zu vermeiden und eine Konditionierung des Kraftstoffs unabhängig vom Verbrauch sicher zu stellen, weist das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 zusätzlich erfindungsgemäß eine Druckausgleichsleitung 94 auf, welche sich von einer Abzweigung 95 von der zweiten Kraftstoffleitung 48 stromaufwärts des Gasblasensensors 64 aus erstreckt und zwischen dem Wärmetauscher 34 und dem zweiten Auslass 72 wieder in die zweite Kraftstoffleitung 48 mündet, so dass der zweite Einlass 58 stetig mit dem zweiten Auslass 72 verbunden ist und zwar ohne dass Aggregate in dieser Druckausgleichsleitung 94 angeordnet sind, die einen

Druckverlust erzeugen würden. Entsprechend ist diese

Druckausgleichsleitung 94 weitestgehend druckverlustfrei in beide

Richtungen durchström bar.

Je nach Strömungsrichtung wird somit entweder der Wärmetauscher 34 und die Kraftstoffförderpumpe 66 umgangen oder nicht verbrauchter Kraftstoff wird im Kreis über die Kraftstoffförderpumpe 66, den Wärmetauscher 34 und die Druckausgleichsleitung 94 geführt. Sobald mehr Kraftstoff über die Kraftstoffförderpumpe 66 gefördert wird als über den Auslass 72 aufgrund des Zustandes des Verbrennungsmotors 54 ausströmt, kann der überschüssige Kraftstoff entsprechend im Kreis geführt werden, so dass kein zusätzlicher Druck im Messsystem 18 erzeugt wird. Zusätzlich wird sichergestellt, dass der Kraftstoff weiterhin unabhängig vom Verbrauch am Wärmetauscher gekühlt

wird.

Sollte der vom Verbrennungsmotor 54 über den Einlass 58 in die zweite Kraftstoffleitung 48 zurückgeführte Kraftstoffstrom größer sein als die über die Kraftstoffförderpumpe 66 zu fördernde Kraftstoffmenge, kann die Druckausgleichsleitung 94 auch in umgekehrter Richtung durchströmt werden und so ein Druckausgleich im Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 geschaffen

werden.

Die Messung erfolgt entsprechend derart, dass immer der tatsächlich verbrauchte Kraftstoff aufgrund der dadurch auftretenden Druckdifferenzen von der ersten Kraftstoffleitung 20 zur zweiten Kraftstoffleitung 48 über die Verbindungsleitung 84 übertragen und somit vom Durchflussmessgerät 86

gemessen werden.

Sollte ein Fehler im Kraftstoffverbrauchsmesssystem auftreten, wird dieser detektiert und zwei Bypassventile 96, 97 von einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung geschaltet, welche jeweils in einer Bypassleitung 98, 99 angeordnet sind. Die erste Bypassleitung 98 zweigt von der ersten Kraftstoffleitung 20 stromaufwärts der Pumpen 26, 28 ab und mündet in der

zweiten Kraftstoffleitung 48 stromabwärts des Wärmetauschers 34, so dass

eine direkte Verbindung vom ersten Einlass 16 zum zweiten Auslass 72 erfolgt und entsprechend die Pumpen 26, 28, 66, der Wärmetauscher 34 und das Durchflussmessgerät 86 überbrückt werden. Die zweite Bypassleitung 99 zweigt von der zweiten Kraftstoffleitung 48 stromaufwärts des Gasblasensensors 64, der Druckausgleichsleitung 94 und der Mündung der Verbindungsleitung 84 in die zweite Kraftstoffleitung 48 ab und mündet in der ersten Kraftstoffleitung 20 stromabwärts des Druckregelventils 38, so dass eine direkte Verbindung vom zweiten Einlass 58 zum ersten Auslass 42 erfolgt und entsprechend erneut die Pumpen 26, 28, 66, der Wärmetauscher 34 und das Durchflussmessgerät 86 überbrückt werden und Bedingungen geschaffen werden, die Üblicherweise am Verbrennungsmotor 54 vorliegen. Entsprechend kann dieser normal weiterbetrieben werden, wenn ein Fehler

am Kraftstoffverbrauchsmesssystem vorliegen sollte.

Mit diesem Kraftstoffverbrauchsmesssystem kann entsprechend der Verbrauch unterschiedlicher Motoren mit verschiedenen Rücklaufmengen und Kraftstoffdrücken zuverlässig gemessen werden, wobei mit einem relativ geringen apparativen Aufwand sehr genaue Messergebnisse erzielt werden und auch negative Durchflüsse berücksichtigt werden können. Der Einfluss des Messsystems auf den Betrieb des Verbrennungsmotors wird dabei minimiert. Auch bei plötzlichen Druckschwankungen und großen Rücklaufmengen entstehen keine Messfehler durch eine mangelnde Konditionierung oder auftretende Druckdifferenzen. Darüber hinaus ist eine problemlose Entlüftung des Kraftstoffverbrauchsmesssystems über die

Druckausgleichsleitung möglich.

Es sollte deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs des AHauptanspruchs möglich sind. Insbesondere ist es denkbar, andere Durchflussmessgeräte zu verwenden

oder zusätzliche Aggregate zu nutzen.

Claims

Patentansprüche

Kraftstoffverbrauchsmesssystem (18) mit

einer ersten Kraftstoffleitung (20) mit einem ersten Einlass (16), der mit einem Tankauslass (12) verbindbar ist und einem ersten Auslass (42), der mit einem Tankeinlass (46) verbindbar ist,

einer zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einem zweiten Einlass (58), der mit einem Verbrennungsmotorauslass (56) und einem zweiten Auslass (72), der mit einem Verbrennungsmotoreinlass (78) verbindbar ist, einer Verbindungsleitung (84), über die die erste Kraftstoffleitung (20) mit der zweiten Kraftstoffleitung (48) verbunden ist,

einem Durchflussmessgerät (86), welches in der Verbindungsleitung (84) angeordnet ist,

einem Wärmetauscher (34) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung (20) und dem Kraftstoff in der zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einer ersten Wärmeaustauschfläche (36), über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung (20) förderbar ist, und einer zweiten Wärmeaustauschfläche (50), über welche der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung (48) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Druckausgleichsleitung (94) von der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) abzweigt, und in die zweite Kraftstoffleitung (48) zwischen dem

Wärmetauscher (34) und dem zweiten Auslass (72) mündet.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (94) in beide Richtungen stetig frei

durchströmbar ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungsleitung (84) stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche (36) von der ersten Kraftstoffleitung (20) abzweigt und zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche

(50) in die zweite Kraftstoffleitung (48) mündet.

4. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (84) stromabwärts des

Durchflussmessgerätes (86) ein Drosselventil (88) angeordnet ist.

5. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Drosselventil (88) in der Verbindungsleitung (84) ein

Vakuumdruckregler (90) angeordnet ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der ersten Kraftstoffleitung (20) zwei parallel geschaltete Pumpen (26, 28) angeordnet sind.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den beiden Pumpen (26, 28) in der ersten Kraftstoffleitung

(20) ein erstes Rückschlagventil (30) angeordnet ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

stromabwärts des Wärmetauschers (34) und stromaufwärts des ersten

Auslasses (42) zum Tank (10) sowie stromabwärts einer Abzweigung

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(85) der Verbindungsleitung (84), in der das Durchflussmessgerät (86)

angeordnet ist, in der ersten Kraftstoffleitung (20) ein Druckregelventil

(38) angeordnet ist.

9. Kraftstoffverbrauchsmesssystem

nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckregelventil (38) ein Nadelventil ist.

10. Kraftstoffverbrauchsmesssystem

Ansprüche,

nach einem der

dadurch gekennzeichnet, dass

vorhergehenden

stromabwärts des Druckregelventils (38) und stromaufwärts des ersten

Auslasses (42) zum Tank (10) in der ersten Kraftstoffleitung (20) ein

zweites Rückschlagventil (40)

angeordnet ist,

welches eine

Durchströmung vom ersten Auslass (42) zum Druckregelventil (38)

sperrt.

11. Kraftstoffverbrauchsmesssystem

Ansprüche,

nach einem der

dadurch gekennzeichnet, dass

vorhergehenden

stromabwärts des ersten Einlasses (16) in die erste Kraftstoffleitung

(20) und stromaufwärts der Pumpen (26, 28) eine erste Bypassleitung

(98) abzweigt, die stromabwärts des Wärmetauschers (34) und

stromaufwärts des zweiten Auslasses (72) der zweiten Kraftstoffleitung

(48) zum Verbrennungsmotor (54) in die zweite Kraftstoffleitung (48)

mündet und in der ein erstes Bypassventil (96) angeordnet ist.

12. Kraftstoffverbrauchsmesssystem

Ansprüche,

nach einem der

dadurch gekennzeichnet, dass

vorhergehenden

stromabwärts des zweiten Einlasses (58) in die zweite Kraftstoffleitung

(48) und stromaufwärts

einer Abzweigung (95) der

Druckausgleichsleitung (94) eine zweite Bypassleitung (99) abzweigt,

13.

14.

15.

die stromaufwärts des ersten Auslasses (42) der ersten Kraftstoffleitung (20) zum Tank (10) in die erste Kraftstoffleitung (20) mündet und in

der ein zweites Bypassventil (97) angeordnet ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

stromaufwärts des Wärmetauschers (34) und stromabwärts der Abzweigung (95) der Druckausgleichsleitung (94) in der zweiten

Kraftstoffleitung (48) eine Kraftstoffförderpumpe (66) angeordnet ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und der Abzweigung (95) der Druckausgleichsleitung (94) ein

Drucksensor (60) angeordnet ist.

Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen einer Mündung der Druckausgleichsleitung (94) und dem zweiten Auslass (72) ein

Drucksensor (68) angeordnet ist.