JP2016525682A - 内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するための装置ならびに方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関の燃料システム（７）の下流側（１２）の戻り管（１１）に配置された換気用タンク（１０）を備え、この換気用タンクが、内燃機関の燃料システム（７）の供給のための測定システムの流入供給管（１３）とも接続されている、内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するために、充填レベル調整装置（１５）が換気用タンク（１０）の接続部に設けられており、この調整装置が、循環ポンプ（２２）と、そこに接続され、連続的に貫流され、調整されるべき充填レベルに依存した多かれ少なかれ開いた制御弁（９）とを備えている。従って、内燃機関の特定された運転状態において生じる見かけの消費量は防止されるが、補正として判断されることができる。

Description

本発明は、内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するための装置であって、内燃機関の燃料システムの下流側の戻り管内に配置された換気用タンクを備え、この換気用タンクが、内燃機関の燃料システムの供給のための測定システムの流入供給管とも接続されており、かつ充填レベルでの燃料の質量を少なくとも十分一定に維持するための充填レベル調整装置を備えた装置に関する。さらに本発明は、対応する方法に関しており、内燃機関の燃料システムから戻される未消費の燃料が、換気用タンク内でガス抜きされ、その充填レベルが少なくとも十分一定に維持され、かつ内燃機関の燃料システムの上流側に向かって取入れ口まで再度供給される。

内燃機関を研究しかつ開発するためには、燃料消費量、すなわち単位時間当たりの内燃機関の燃焼室内に実際に導入される燃料質量を最新式にかつ正確に測定することが重要である。試験台であるいは各々の用途において内燃機関に液体燃料、例えばガソリンンまたはディーゼルを供給することは、通常タンクから行われ、燃料を燃焼室内に導入するためのシステム、多くの場合は噴射システムの様式に応じて過剰の燃料が存在し、この過剰の燃料は特に噴射システムの冷却および潤滑に使用され、戻り流管を通って再度タンク内に搬送される。そこでは戻される燃料はタンク内で提供される温度レベルまでもたらされ、ならびに場合により気泡の形で存在するガス含有量が分離される。燃料消費量は、戻り流を備えたこのようなシステムにおいては、供給される燃料質量と戻される燃料質量の差により与えられており、測定のために以下の測定手順が維持された。

タンクからの燃料は、重力により、あるいは燃料ポンプの補助により、燃料流入流を測定するための消費センサーと別の調整ユニットに供給され、この調整ユニットにおいて、一方では必要な燃料過圧あるいは燃料負圧がポンプの補助によりおよび場合によっては圧力調整により調節される。また他方では、特にそこでは規定された燃料温度が熱交換機により調節される。この調整ユニットから、内燃機関の噴射システムは燃料（燃料流入流）を取出す。内燃機関の噴射システムの内部（従って消費量測定は一般的に作業不能であるかあるいは内燃機関制御部（ＥＣＵ）から出力される、例えばレール圧力のためのデータを介してだけ作業可能な）において、補助ポンプは低圧を発生させ、高圧ポンプは高圧を発生させ、圧力調整システムあるいは量調整システムは、インジェクタを供給するための内燃機関制御部により必要とされる供給圧力（レール圧力、ふつう単純に高圧）を発生させる。過剰の燃料は、このような装置にあっては、一般にかなりの低過圧により、燃料戻り流内におよび内燃機関に対して平行に消費量測定システム内に配置されたバイパス管内に達し、そこに設けられた消費量測定システムは、流入流と戻り流が無視できるほど僅かな圧力差を有しているか、あるいはシステムの流入流のために規定された圧力に勝ることを配慮している。バイパス管は、内燃機関の現在の燃料消費量に依存しており、かつ連続的に強い、測定回路全体における燃料循環にとっても必要とされ、これにより調整ユニット内における温度調整の迅速な反応が可能になる。

測定の結果、内燃機関からの燃料の戻り流はもはや消費センサーの傍らを通り過ぎて直接タンク内に案内されず、測定回路内に留まらねばならず、従って消費センサーと調整ユニットの間の導管に供給される。戻される燃料に含まれるガス量が無視できるほど僅かであると、このことは容易に可能である。しかしある程度多くのこのようなシステムにおいて、戻される燃料と共に搬送されるガス（気化した燃料および場合によってはさらに内燃機関からの圧縮空気と燃焼ガス）の量はかなりであってもよく、それにより燃料回路内に導入されるガス体積は、内燃機関の機能も損ない、マイナスの見かけの消費も示し、従って測定は著しく妨害されるであろう。従ってガスは戻される燃料からできるだけ完全に分離されねばならない。この目的で、戻される燃料と消費センサーから供給される燃料の合流点の前あるいは合流点に、いわゆる換気用タンクを設けることが知られており、従って調整ユニットに、従って内燃機関に気泡の無い燃料が供給されることができる。実際の状況を、内燃機関よりも高くあるいは深く形成されているタンクにより、あるいは燃料取出しポンプによりできるだけ良好に模造するために、この換気用タンクは、燃料におけるおよび燃料の上にあるガスにおける、場合により雰囲気圧に比べて高められたかあるいは下げられた圧力においても運転される。

このような装置の燃料流入流内に配置された消費センサーが、実際の消費量を最新式にかつ正確に測定できるように、かつ見かけの消費量をできるだけ一緒に表示しないように、測定回路内全体における（特にその相対的に大きな体積を備えた換気用タンクにおける）燃料質量はできる限り一定である必要がある。この理由から、公知のこのような燃料消費量測定装置において（例えば特許文献１、２あるいは３を参照）、流入弁が換気用タンクに設けられており、この換気用タンクは、換気用タンク内の充填レベルが特定のレベルより下がると、フロートにより制御され、かつ次いで流入部を開ける。それにより、消費センサーからは、換気用タンク内の燃料質量が一定のままである程度に多くの燃料が換気用タンク内に達することが保証されるべきである。しかしこのことは、換気用タンクにはいつでも流入流を介して戻り流を介して供給されるよりも多くの燃料体積が取出される。しかし実際は、例えば噴射システムの高圧部分に貯蔵された燃料の量が逆流した場合に内燃機関が停止する際に、あるいは内燃機関の噴射量と回転数が減少する際に、時にはかなりの量が取出されるよりも供給される方が多い（コーストダウン）。これらのような場合には、充填レベルは流入流が閉鎖されているにもかかわらずさらに上昇し、消費センサーは戻り流をマイナス（見かけの）消費としてではなく、ゼロ消費として報告する。測定回路に再度、より大きな量が戻されるよりも多く取出されるのと同時に、換気用タンク内の増大されたレベルは、レベルをさらに下げさせないように、流入弁が再度開くまで期間、時が経つにつれて削減される恐れがあり、これにより消費センサーはまずこの時点から、消費量を再度正確に測定することができる。とりわけこれにより、戻り管内のガス量が多い内燃機関の場合、難しさは増し、かつ測定精度は落ちる。例えば大きなディーゼルエンジンの場合に、搬送されるガス量は、時には戻される燃料体積の何倍も処理することがある。

さらに、特に気泡と高い温度を備えた燃料戻り流ならびに基本的に内燃機関の噴射システムの体積のようなその中に含まれる燃料質量の不可避の変化がある、測定回路の領域あり、これらの領域は、消費量測定システムにはアクセス不能であり、もしくは内燃機関制御部（ＥＣＵ）を介してだけアクセス可能である。測定回路に貯蔵される燃料質量の変化はいずれも見かけの消費量であり、この見かけの消費量が消費センサーでのそれに応じた燃料の貫流を結果として伴う限り、前記変化は消費センサーにより、エンジン内の燃焼により与えられる燃料消費量と全く同様に記録される。従って、消費センサーにより表示される消費量は、実際の燃料消費量ではなく、一般に測定エラーとして見かけの消費量を含んでいる。

欧州特許出願公開第１７２９１００号明細書 米国特許第５７０８２０１号明細書 オーストリア国特許第５０５０１４号明細書

本発明の課題は、内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するための公知の装置ならびに方法の論じられる短所を防止し、このような装置あるいはこのような方法を、測定回路内に含まれる燃料質量ができる限りの運転状況下で維持され、さらにまた残っており、場合によっては避けられない、測定回路内にある燃料の変化が、できるだけ正確に内燃機関の実際の燃料消費量を確定する際に計算により反映されるように改善することである。

この課題は本発明においては、換気用タンクの接続部にある充填レベル調整装置が、循環ポンプと、そこに接続され、絶え間なく貫流され、調整されるべき充填レベルに依存した多かれ少なかれ開いた制御弁とを備えていることにより解決される。それに応じて本発明による方法において、換気用タンクの接続部の一つには、絶え間なく充填レベルに依存して調節される媒体の供給あるいは排出が行われる。従って、換気用タンクの制御弁は、通常通りに“開閉”切換点の近くでは運転されず、実際の燃料消費量には依存せず、循環ポンプにより維持される絶え間なく続く貫流を伴う運転ポイントで運転される。その際に循環ポンプと制御弁は、好ましくは換気用タンクと流入管の間の循環導管内に配置されていてもよい。換気用タンクの取出し管内の配設あるいは脱ガス接続部における配設が同じであってもよいのも有利である。

本発明における方法において、換気用タンクと燃料の流入管もしくは取出し管の間の燃料の連続した循環流が行われることができるのは相応して有利である。他方において、ガス状媒体の連続した供給あるいは排出も換気用タンクの脱ガス接続部で行われるのは有利である。

すべての変形において、各媒体あるいは連続した媒体流は、制御された状態で開いた制御弁を通ってその取付けの場所に応じて、絶え間なく換気用タンク内に流入するかあるいは換気用タンクから流出する。

従って制御弁内および循環ポンプ内を流れる流体は、（好都合に）換気用タンクの接続部の一つにおける気泡が無い燃料、あるいはその上さらに換気用タンクの脱ガス管内のガスあるいは空気であってもよい。

先に記載された実施形態の一つにおいて、循環ポンプにより維持される、換気用タンクからの及び換気用タンク内に戻る流体（燃料および／または換気ガス）の循環量により、流体は一部が開いた制御弁を通って連続的に換気用タンク内に流入する。その際に、換気用タンク内の燃料の充填レベルに依存して制御される制御弁の調整位置は、換気用タンクに多量の流体が供給されるかあるいは換気用タンクから多量の流体が取出されるかどうかを決定する。このようにして、タンク内の充填レベルは一定に保持され、そうでなければタンクの可能な過充填が抑制される。

合理的におよび一般的に、循環ポンプは、低い圧力レベルから高い圧力レベルまで搬送するように運転される。従ってシステム内の所定の圧力条件によれば、先に挙げた流れ方向を逆にすることも有利であり、従って制御弁を通る連続的な流体貫流はタンク内に案内されず、タンクから案内される。

本発明の別の実施形態においては、循環ポンプに対して平行に過圧弁が配置されていてもよく、循環ポンプにより生じる圧力差が許容値よりも大きいと過圧弁は開き、過圧弁により、共用できない大きな圧力はそれに応じて減らされる。

本発明による装置の別の実施形態において、換気用タンクは構成要素により分離された少なくとも二つの領域を備えることが考慮されており、これらの領域は無視できるほど僅かな流れ抵抗部と水圧により連通しており、かつその接続部では各々同じ圧力を有する。安定していてかつ気泡の無い燃料で充填されたこれらの領域の一つにおける充填レベルが、制御弁を制御するために採用されかつ一定に保持された場合、このようにして、相応する幾何学形状（すなわち充填レベルに比例する充填体積）の場合におよびそうでなければ圧力と温度の条件が一定である場合に、換気用タンク内全体に維持される燃料体積は一定のままであり、かつ気泡化部とガスの分離に使用される他の領域の充填レベルにほぼ依存したままである。その際に、場合により気泡化されかつ気泡が多い燃料は、連行される気泡を最適に分離するための領域内に達するのが有利であり、このことは例えば適した流速でもって打寄せられる、取付けられる格子状体、網状体あるいはバッフルプレートにより、もしくはサイクロンタイプの装置などにより補助されることができる。
このガス分離領域から、燃料は気泡のさらなる連行を阻止する構成要素を介して実際的に気泡無しの状態になり、かつ例えばフロートを用いたあるいは多くの可能な（容量性の、誘導性の、光学的、熱的、音響的等の）測定原理に従い作動するセンサーによる通常の方法で、そこでは充填レベルが制御弁を制御するために測定される他の領域内で静まる。

制御弁を備えた換気用タンクは、消費センサーにより供給される燃料と内燃機関から戻される燃料の合流点に配置されていてもよく、制御弁と循環ポンプが消費センサーから換気用タンク内への燃料の流入部に配置されており、循環ポンプが連続して気泡の無い燃料を換気用タンクから吸入し、この燃料を消費センサーと流入弁の間の導管に供給する場合に有利である。換気用タンク内の充填レベルの差し迫る降下も、増大される流入も、制御弁がさらに開くことにより逆の作用を受け、さらに差し迫る水位の上昇も制御弁がさらに開くことにより逆の作用を受けることができ、すなわち流入弁はより狭く開き、循環ポンプは過剰の燃料を消費センサーに供給するので、この消費センサーは現在のマイナスの消費を最新に測定することができる。従って、戻り流も許容しかつ戻り流を正確に検出できるいわゆる“オープン”消費センサーが使用される。

本発明による装置のための制御弁の設計において、制御弁を流れる流体量が循環量および流入流あるいは排出流の総和により与えられていることを考慮に入れるべきであることは当然である。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、制御弁を備えた換気用タンクは内燃機関の近くに、好ましくはバイパス管と戻り管が接続されているその場所に配置されている。
このようにして、燃料流入部との接続部までの戻り管は気泡の無い燃料により運転され、これにより換気用タンク内に含まれる燃料質量も、戻り流に含まれる燃料質量もほぼ一定に維持されることができる。

循環ポンプとして、循環する流体としての燃料の場合には、直接測定システム内で必要とされる燃料ポンプ、例えばタンクからの燃料を取出すために流入管内に配置されるポンプ、あるいは調整ユニット内に配置される、測定回路全体の循環を維持するためのポンプが使用されることができる。このようにして、さらなるこれに関連した消費は防止されることができる。

換気用タンクの脱ガス接続部に循環ポンプと制御弁を配設する場合には、換気用タンク内の充填レベルと戻り流の圧力を維持しかつ一定に保持するために、厳密に正確な換気ガス量あるいは空気量が導入されるかあるいは取出されることが絶えず配慮される。この場合に、及び換気用タンク内の圧力が雰囲気圧よりも高く保持されている場合に、循環ポンプとして（存在する場合）直接内燃機関の圧縮空気システムの圧縮機ポンプが使用され、かつ圧縮空気を、脱ガス流を維持するために換気用タンク内に搬送することができるのが有利である。

しかし多くの場合、最後に挙げた文脈においても、気泡の無い燃料が制御弁を貫流すると有利である。この目的で制御弁が換気用タンクの取出し管内に、すなわち流入流の消費センサーのための及び調整ユニットのための戻り管に配置されているのが合理的である。しかしこの際に、調整のプラスマイナスを考慮すべきである。取出し管内の制御弁は充填レベルが上昇する際にはさらに開き、充填レベルが降下する際にはさらに閉じる。さらにこの配設において、循環ポンプとして直接、調整ユニット内にすでにある燃料ポンプが使用されることができるのは有利であり、この燃料ポンプは測定回路全体の燃料の連続的循環を維持する。

さらに付加的な調整ユニットが戻される燃料の温度を調整するために設けられていてもよいことが有利である。測定回路内の燃料を質量をできるだけ一定に保持する目的のために、要求に対応し、流入流の圧力と温度を調整することは十分でなく、戻り流と換気用タンクは、最適でかつほぼ一定の温度において運転されるべきであり、従って内燃機関から戻り流内へ案内される熱量の過剰分は導出されるべきである。その際に、気泡と共に搬送される熱とその変化も調整技術上考慮することがかなり重要である。気泡の中に高温の燃料を気化させる場合、燃料を冷却する気化熱が加えられる必要がある。他方では、気泡に含まれる蒸気を冷却する場合に、凝縮熱は解放され、燃料は加熱される。換気用タンク内の気泡を分離することは、高い燃料温度において行われるのが有利であり、この温度は燃料の小さい粘性を結果として生じさせ、気泡を上昇させかつ気泡を逃がすことを容易にする。例えば内燃機関から供給される高められた戻り流温度、あるいは有利には戻り流の調整において生じさせられる再加熱あるいは温度安定化がこの目的に適している。消費センサーから供給される燃料と戻される燃料を混合するために、両液体はできる限り同じ温度を有するべきであり、この温度はできる限り一定であり、かつ流入流の調整の設定温度近い必要がある。従って、予調整ユニットを換気用タンクの分離領域と混合領域の液圧的接続部の領域に配設することは特に有利である。その際に、換気用タンクの混合領域が、乱流と、戻される燃料とセンサーにより供給される燃料の混合物を補助する流れ技術上の構成要素を備えているとさらに有利である。

特に以下の変化する影響力、すなわち
・（特に気化した燃料ならびに内燃機関の圧縮空気および燃焼ガスである）導入されたガスの量であって、このガスの一部は測定回路内にある燃料を排除し、燃料の効果的な圧縮性と効果的な膨張係数を変えるガスの量と、
・測定回路の壁部（管路、ホース）の所定の弾性および燃料に含まれるガス量共々の燃料の効果的圧縮性における測定回路の所属する部分体積内の圧力と、
・体積壁部の所定の膨張係数および燃料に含まれるガス量共々の燃料の密度の効果的圧縮性における測定回路の所属する部分体積内の温度と
から結果として生じるような、測定回路内の燃料質量の、残っておりかつ場合により不可避の変動をできるだけ正確に計算で判断するために、
本発明による方法においては、
前もって知られた燃料消費量を有する内燃機関の少なくとも一つの運転ポイントにおける一つの識別相において、生じる見かけの消費量が測定され、
かつ測定回路の部分体積における、燃料の温度と圧力のための、少なくともおおよそ決定された値に、内燃機関の実質的な運転規模に、特に内燃機関制御部（ＥＣＵ）から出力される、回転数、実際の燃料消費量およびレール圧力のための値に依存して検出され、
その後に、これらのデータから、見かけの消費量のために重要なパラメータが決定され、かつ実際の消費量測定の際にモデリングに関連して判断されることがさらに意図されている。これは部分体積を備えた測定回路のそれ自体公知のモデルに基づいており、この部分体積のために、各々一つの一様で平均の、取入れられるガスの濃度が想定されるかあるいは少なくともおおよそ決定されることができ、これらの濃度には、そこに含まれる燃料質量の、各々一様で効果的な圧力依存性と温度依存性があり、これらの濃度には、圧力と温度の値の少なくとも一つが測定されるかあるいはすくなくともおおよそ決定されることができる。

識別相における内燃機関の運転様式としては、ゼロ消費の従動運転が使用されるのが好ましく、従動は（試験台では）外部の駆動部によるかあるいは内燃機関それ自体かあるいは接続されるはずみ車などのイナーシャのいずれかにより行われる。ここでは、本発明による消費量測定（装置および方法）が当然試験台上でも、規定通りに使用され、かつ取付けられた内燃機関（例えば固定したあるいは車両内の）において行われることができることを付け加えておかねばならないが、固定されない使用の場合において、特に加速度を変えることによる損傷は除外されるべきである。

本発明による方法の別の好ましい実施形態において、それ自体公知の自己学習型アルゴリズムは、測定運転中の変化に合わせるためにかつ測定精度を連続的に最適化するために使用されることができ、
重要なシステム値、特に体積、密度、圧縮性、膨張係数、測定管およびセンサーの反応挙動の時定数を決定するためのこれらの値のモデルに関連した冗長性を決定するために、
特に圧力、温度および燃料消費のための好ましくは測定されたかあるいは予め与えられた値と回転数、レール圧力および実際の燃料消費量のための内燃機関の制御部により与えられた値が、各々それらの絶対値によっても、特にそれらの変化の値によっても共通に評価される。

このようなシステムの大きさの知識とそれに所属する状態の大きさにおいて、現在の見かけの消費量はモデルに関連して計算され、実際の消費量は、現在の測定値と見かけの消費量の計算値から連続的に補正されるかあるいは決定され、かつ出力されることができる。

必要とされる大きさは、通常の方法で測定されるかあるいはおおよそ決定されることができる。燃料流入流の部分体積に含まれる燃料体積は、実質的に測定方法において予め知られた圧力と温度により影響される。燃料の戻り流において、ガスの入力は大きな尺度では内燃機関の回転数と負荷に依存しており、負荷は実質的に現在の燃料消費量でもって補正されており、ガスの入力の特性は、おおよそゼロ負荷での従動運転における測定により決定される。同じことは、内燃機関の燃料供給後の燃料の戻り流の温度にも当てはまる。

公知のあるいは他の方法で決定される燃料消費量、好ましくはゼロ消費が測定システムにより決定される消費量と比較されることにより、この程度に識別される測定システムのモデルは、測定回路を監視するためにおよび故障診断のためにも使用されることができる。それに対して、連続的に更新されるシステムパラメータと場合により生じる変化の監視も役に立っており、これらの変化は、使用者とサービスエンジニアに、許容できない変化と測定回路と測定システムの誤りへの有用なヒントを提供することができる。しかしその際に、測定精度を実質的に改善するために、おおよそ知られているにすぎない多くのパラメータを用いた複雑なモデルベースの計算の代わりに、識別相において認識されたような、試験走行の典型的相において生成された見かけの消費量の、極めて実用的で、かつ加算によるまたは引き算による判断もすでに満たすことがたびたびある。特に、見かけの消費量の固有値を決定しかつ判断するためのこれらのような典型的な相は、内燃機関の異なる運転ポイント間の移行により特徴づけられている。例えば、冷たい内燃機関において、および従動運転状態（ゼロ消費）において、始動操作と停止操作が実行され、その際に生じる見かけの消費量ならびに場合により燃料の戻り流の温度が測定されることができる。内燃機関の燃料を補給された運転状態での似た操作において、実際に同じ見かけの消費量が生じ、従って極めて容易に足し算によりまたは引き算により判断され、スケーリングは現在の戻り流の温度で実行されることができるのが合理的である。

似た方法で、回転数の変化が急である場合（速度傾斜）に、見かけの消費量が内燃機関の回転数および／または内燃機関の入口および／または出口における燃料の圧力と一緒に決定されることができ、従って（燃料を補給された運転における）比較可能な相において判断されることができる。噴射システムが例えば内燃機関の緊急停止後に突然低下すると、見かけの消費量は噴射システムの高圧（レール圧力）と一緒に決定される。もしくは内燃機関の加熱中に、見かけの消費量が燃料の戻り流の変化する温度に依存して決定される。識別相におけるこれらのような典型的な運転相を何回も実施し、その際に他の変化するパラメータに依存して、例えば測定回路の部分体積内の、変化する圧力および／または温度に依存して検出することが有利であってもよい。

本発明を以下に、本発明による装置の図に概略的に図示された実施例にもとづいて詳しく説明する。

これまで知られている従来技術による内燃機関の動的燃料消費量を測定するための装置を示す。 本発明による相当する装置の換気用タンクの周囲の詳細図の異なる構成を示す。 本発明による相当する装置の換気用タンクの周囲の詳細図の異なる構成を示す。 本発明による相当する装置の換気用タンクの周囲の詳細図の異なる構成を示す。 本発明による相当する装置の換気用タンクの周囲の詳細図の異なる構成を示す。 本発明による相当する装置の換気用タンクの周囲の詳細図の異なる構成を示す。 本発明による装置の別の実施例を示す。 本発明による装置の別の実施例を示す。 本発明による装置の別の実施例を示す。

公知の従来技術を示す図１による装置において、接続部１においてこれ以外の図示されてはいない供給導管あるいは燃料タンクから取出される燃料は、遮断弁２と燃料フィルタ３を通って、平行に接続された状態でオーバーフローバルブ５を備えた流入ポンプ４まで流れる。流入ポンプのすぐ後に続いて、消費センサー６が配置されており、この消費センサーは、ここでは図示されていない内燃機関の燃料システム７の実際の燃料消費量を算出する。燃料の流入量ｑにおける圧力を正確に調整するために、流入圧力調整装置８が設けられていてもよく、この流入圧力調整装置は、従って圧力に関して予備調整された燃料を、子Ｋではフロート弁として構成された、換気用タンク１０の制御弁９に供給する。

換気用タンク１０は、燃料システム７の下流側１２から来る戻り管１１および制御弁９から来る流入管１３と接続されており、かつここでは制御弁９と割当てられたフロート弁１４から形成されている燃料レベル調整装置１５を備え、この燃料レベル調整装置により、その接続管ともども換気用タンク１０の充填量での燃料の質量は、少なくとも十分一定に保持されることができる。

燃料システム７までの流入管１３内には、換気用タンク１０の後にシステムポンプ１７を備えた調整システム１６が配置されており、この調整システムを用いて、例えば燃料圧力および／または燃料温度は正確に調整されることができる。さらに流入管１３から分岐するように、（任意で差圧レギュレータあるいは圧力調整器を備えた）バイパス管１８が設けられており、それとともに供給流と戻り流は無視し得るほど僅かな圧力差あるいはしかしシステム内の供給流のために必要とされる圧力まで調整されることができる。

ｑ_ｖｅｎｔでもって、換気用タンク１０の排気接続部２０での排気流は表される。燃料システム７まで供給流はｑｖ、燃料システム７からの戻り流はｑ_Ｒ、バイパス管１８を通るバイパス流はｑ_Ｂ、換気用タンク１０内への測定回路の戻り流はｑ_Ｍ、そして換気用タンク１０から来る取出し管２４内の取出し流はｑ＋ｑ_Ｍでもって表される。

特に燃料システム７の冷却と潤滑にも使用される燃料システムの下流側１２からの過剰の燃料（戻り流ｑ_Ｒ）は、測定のために消費センサー６のかたわらを通って引返してタンク内にあるいは燃料供給管内に案内されてはならず、実際の測定回路内に留る必要があり、従って消費センサー６と調整システム１６の間の導管に供給される必要がある。しかし戻される燃料と一緒に搬送されるガス（気化した燃料および場合によっては内燃機関からの圧縮空気および燃焼ガス）の量が相当であるかもしれないので、これらのガスはできるだけ迅速に完全に戻される燃料から除去される必要があり、その目的で、換気用タンク１０は戻される燃料と消費センサー６の手前に新たに供給される燃料の合流点の手前あるいは合流点に設けられており、それにより調整システム１６、結果として燃料システム７には気泡の無い燃料が供給されることができる。消費センサー６は実際の消費量を同時にかつ正確に測定でき、かつできるだけ見せかけの消費量を表示しないように、燃料質量は全測定領域以内でできるだけ一定である必要があり、通常はとりわけその相対的に大きな体積を備えた換気用タンク１０内で一定である必要がある。この目的にはそのフロート１４を備えた制御弁９が使用され、このフロートは換気用タンク１０内の充填レベルが一定のレベル未満に下がった場合に取入れ口を開ける。それにより、消費センサー６から過不足なく燃料が換気用タンク内に達し、換気用タンク１０内の燃料質量は一定のままである。

しかし従来技術によるこの装置において、換気用タンク１０からは、どの時点においても、取出し管２４を介して、戻り管１１を介して供給されるのと少なくとも同じかあるいはそれより多くの燃料体積が取出されるという条件下でのみこれは機能するにすぎない。しかし例えば、噴射システムの高圧部品に貯蔵された燃料の量が逆流する場合に、内燃機関を停止する際に、あるいは内燃機関の噴射の量と回転数を減らす際に（コーストダウン）、絶対に一時的に取出されるより多くの体積が供給されることができ、それにより制御弁９が閉鎖されている場合の換気用タンク１０内の充填レベルはさらに上昇し、消費センサー６は戻り流をマイナスの見せかけの消費量としてではなくゼロ消費量として表示する。

測定回路内に貯蔵される燃料質量の変化により引起される見せかけの燃料消費量とそれにより生じさせられる測定誤差を阻止するかあるいは実際の消費量を少なくとも確定する際に考慮することができるように、図２〜９に記載の本発明による装置は、充填レベル調整装置１５を換気用タンク１０の接続部の一つに備えており、これらの接続部は循環ポンプ２２とそれに接続され、絶え間なく貫流され、調整すべき充填レベルに依存して多かれ少なかれ開いた制御弁９を用いて、調整される取入れも換気用タンク１０からの調整される燃料の取出しも可能にする。従ってこの制御弁９はいつものように開閉点“開いたあるいは閉まった”の近くで運転されず、実際の燃料消費量に依存されず恒久的な流体流を備えた動作点で運転され、このことは充填体積をできるだけ不変にかつ正確に維持するのには有利である。

図２において、換気用タンク１０は（図１の流入管１３に相当する）流入側にある対応する循環回路を備えており、かつ換気用タンク１０に向かって貫流される制御弁９を有する。従って、制御弁９がフロート１４の位置に依存して多かれ少なかれ開いているかどうかに応じて、換気用タンク１０内の充填レベルはプラスまたはマイナスに修正されることができる。さらに循環ポンプ２２に対して平行に、過圧弁２３も配置されており、この過圧弁はここではタンクに向かう循環回路内の高められる圧力を低下させることを可能にする。

図３によれば、これまた同様に循環回路は循環ポンプ２２と制御弁９を流入側（流入管１３）に備えており、制御弁９は換気用タンク１０から離れる方向に貫流され、従って循環ポンプ２２は図２による配置とは異なり、換気用タンク１０からではなく換気用タンク１０内に搬送する。さらにそれにより換気用タンク１０内の充填レベルの正負の修正が多かれ少なかれ開いた制御弁９の連続的な貫流の下で可能であるのが有利である。過圧弁２３によりここでは流入管１３の方向での圧力低下が可能になる。

図４によれば、循環回路は換気用タンク１０の流出側設けられている。図１の流入管１３からのあるいは場合によれば図１のバイパス管１８からの気泡の無い燃料の流入ｑ１は、ここでは下方で換気用タンク１０に開くように示されている。図１のここでは図示されていない内燃機関１２の戻り流からの気泡が多い燃料の流入ｑ２は戻り管１１を介して行われる。排出管２４は図１のここではこれ以上図示されていない調整システム１６と接続されている。従って、充填レベル調整装置１５はここでは換気用タンク１０の排出接続部に配置され、絶え間なく多かれ少なかれ貫流する制御弁９により循環ポンプ２２と一緒に形成されており、ここでもこれまた同様に調整システムまでの流入管内への圧力降下を可能にする過圧弁２３が設けられている。循環回路９、２２、２３の構成要素内での流れ方向は、図２および３の場合に似て、ここで示されたようにあるいは当然であるが他の方法で調整されて行われてもよい。

図５によれば、循環回路は換気用タンク１０の換気側に設けられている。従ってフロート１４により制御される制御弁９は、絶え間ないガス流を循環ポンプ２２を介して調整し、それにより、換気用タンク内のガス圧およびそれと共に同様に換気用タンク１０内の充填がプラスにもマイナスにも補正されることができる。循環回路９、２２、２３の構成要素内での流れ方向は、図２および３の場合に似て、ここで示されたようにあるいは当然であるが他の方法で調整されて行われてもよい。

図６によれば、本発明による装置の換気用タンク１０は、構成要素２５により分離された二つの領域２６、２７を備えており、これらの領域は無視できるほど小さい流れ抵抗でもって、および重力に対して同じレベルで液圧で連通しており、従ってそれらの接続部で各々同じ圧力を有する。さらに燃料システムからの戻り管１１と接続している領域２６には、ガスの気泡の排出を改善するための格子状の構成要素２８が設けられている。充填レベル調整装置に所属するフロート１４は第二の領域２７に配置されており、この第二の領域は従ってすでに進んで気泡の無い燃料を含んでいる。フロートは例えば図２〜４による、あるいは場合によれば図５による充填レベルの調整のために使用される。

図７による本発明による装置は、基本的構造から、公知でかつ図１に基づいて記載された構成に相当する。同じ部材は同様に図１と同じ符号を備えている。図１とは異なり、図７において循環回路の本発明による配設は、図２の詳細図のような換気用タンクに対して流入側に示されており、かつ図２に対しては詳細に記載されている。従って繰返しを避けるために、ここでは図１と図２の記載だけが参照する。

図８は基本的に図１から知られた装置における図３による本発明による実施形態に実質的に相当する。ここでも記載に関しては、図１と図３に対する実施形態が参照される。図１および図７とは異なり、図８による装置において、流入ポンプ４と流入圧力調整装置８は設けられていない。その理由は、換気用タンク１０内におよびそこで調整された圧力に抗して搬送する循環ポンプ２２が流入ポンプ４の機能を引受け、従ってこれが有利な節約を可能にすることにある。

図９による実施形態において、換気用タンク１０は燃料システムの戻り管１１とバイパス管１８の合流点に配置されており、制御弁９は換気用タンク１０から離間するように貫流されており、かつ換気用タンクの流出側にある。

（これまでの本発明による実施形態における）循環ポンプ２２として、ここでは同時に調整システム１６内のシステムポンプ１７が使用されるのが有利であり、このシステムポンプは測定回路の連続した貫流と従って制御弁１９の貫流も維持する。

この課題は本発明においては、換気用タンクの接続部にある充填レベル調整装置が、循環ポンプと、そこに接続され、絶え間なく貫流され、調整されるべき充填レベルに依存した多かれ少なかれ開いた制御弁とを備えていることにより解決される。それに応じて本発明による方法において、換気用タンクの接続部の一つには、燃料の連続した循環流あるいはガス状の媒体の流入あるいは流出を備えた、絶え間なく充填レベルに依存して調節される媒体の供給あるいは排出が行われる。従って、換気用タンクの制御弁は、通常通りに“開閉”切換点の近くでは運転されず、実際の燃料消費量には依存せず、循環ポンプにより維持される絶え間なく続く貫流を伴う運転ポイントで運転される。その際に循環ポンプと制御弁は、好ましくは換気用タンクと流入管の間の循環導管内に配置されていてもよい。換気用タンクの取出し管内の配設あるいは脱ガス接続部における配設が同じであってもよいのも有利である。

Claims (19)

1. 内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するための装置であって、
   内燃機関の燃料システム（７）の下流側（１２）の戻り管（１１）に配置された排気用タンク（１０）を備え、この排気用タンクが、内燃機関の燃料システム（７）の供給のための測定システムの流入供給管（１３）とも接続されており、かつ充填レベルでの燃料の質量を少なくとも十分一定に維持するための充填レベル調整装置（１５）を備えた装置において、
   換気用タンク（１０）の接続部にある充填レベル調整装置（１５）が、循環ポンプ（２２）と、そこに接続され、絶え間なく貫流され、調整されるべき充填状態に依存して開いた制御弁（９）とを備えていることを特徴とする装置。
2. 循環ポンプ（２２）と制御弁（９）が、換気用タンク（１０）と流入管（１３）の間の循環導管内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 循環ポンプ（２２）と制御弁（９）が、換気用タンク（１０）の取出し管（２４）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。接続部（２４）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 循環ポンプ（２２）と制御弁（９）が、換気用タンク（１０）の脱ガス接続部（２０）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 循環ポンプ（２２）に対して平行に、過圧弁（２３）が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
6. 換気用タンク（１０）が二つの構成要素（２５）により分離された少なくとも領域（２６，２７）を備えており、これらの領域が無視し得るほど僅かな流れ抵抗でもって液圧で連通していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
7. 制御弁（９）と共に換気用タンク（１０）が内燃機関の近くに配置され、好ましくは内燃機関の流入管と戻り管（１１）の間のバイパス管（１８）と戻り管（１１）が合流しているその場所に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
8. 測定システム内で必要とされる燃料ポンプ（４あるいは１７）が循環ポンプ（２２）として直接使用されることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
9. 内燃機関の圧縮空気システムの圧縮機ポンプが循環ポンプ（２２）として直接使用されことを特徴とする請求項４に記載の装置。
10. 付加的に、戻された燃料を温度調整するための調整システム（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 内燃機関の動的燃料消費量を連続的に測定するための方法であって、
    内燃機関の燃料システム（７）から戻され、未消費の燃料が換気用タンク（１０）内で脱ガスされ、かつ内燃機関の燃料システム（７）の流入側までの流入流（２４）に再度供給され、前記換気用タンクの充填レベルが少なくともほぼ一定に保持される方法において、
    換気用タンク（１０）の接続部において、連続した、充填レベルに依存して調整される媒体の流れ（供給あるいは排出）が行われることを特徴とする方法。
12. 換気用タンク（１０）と燃料の流入流（１３）の間の燃料の連続した循環流が行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 換気用タンク（１０）と燃料の取出し管（２４）の間の燃料の連続した循環流が行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 換気用タンク（１０）の脱ガス接続部（２０）におけるガス状媒体の連続した流入あるいは排出が行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 媒体が、一部が開いた制御弁（９）を通って連続的に換気用タンク（１０）内に流入することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
16. 連続した媒体流が、一部が開いた制御弁（９）を通って換気用タンク（１０）から案内されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
17. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置を用いて、および請求項１１〜１６のいずれか一つに記載の方法により内燃機関の動的燃料の消費量を連続的に測定するための方法において、
    前もって知られた燃料消費量を有する内燃機関の少なくとも一つの運転ポイントにおける一つの識別相において、生じる見かけの消費量が測定され、
    かつ測定回路の部分体積における、そして燃料の温度と圧力のための、少なくともおおよそ決定された値に、内燃機関の実質的な運転規模に、特に内燃機関制御部（ＥＣＵ）から出力される、回転数、実際の燃料消費量およびレール圧力のための値に依存して検出され、
    その後に、これらのデータから、見かけの消費量のために重要なパラメータが決定され、かつ実際の消費量測定の際にモデリングに関連して判断されることを特徴とする方法。
18. 内燃機関がゼロ消費の識別相において従動されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. それ自体公知の自己学習型アルゴリズムが、試験運転中の変化に合わせるためにかつ測定精度を連続的に最適化するために使用され、
    重要なシステム値、特に体積、密度、圧縮性、膨張係数、測定管およびセンサーの反応挙動の時定数を決定するためのこれらの値のモデルに関連した過剰部分を決定するために、特に圧力、温度および燃料消費のための、好ましくは測定されるかあるいは予め与えられる値および回転数、レール圧力および実際の燃料消費量のための、内燃機関の制御部により供給される値が、各々少なくともそれらの変化の値によって共通に評価されることを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。

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