JP2017531788A - 密度差を判定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

燃料を消費するように構成されているエンジン(208)を備え、少なくとも２つの流量計(214、216)を有するエンジンシステム(200)を動作させるための方法が提供される。方法は、少なくとも２つの流量計のうちの送り流量計(214)と、少なくとも２つの流量計のうちの戻り流量計(216)との間に配置されているエンジン(208)を動作させるステップを含む。送り流量計(214)における第１の燃料密度及び戻り流量計(216)における第２の燃料密度が測定される。送り流量計(214)と戻り流量計(216)との間で燃料密度測定値(317)が比較され、第２の燃料密度と第１の燃料密度との間の差に基づいて、密度測定値差分値Δρ(319)が判定される。Δρ(319)は、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρtと比較され、Δρが所定の閾値だけΔρt値の範囲外にある場合に、燃料汚染の可能性があることが示される。【選択図】図３

Description

本発明は、流量計に関し、より詳細には、密度差測定値によって燃料品質及びシステム効率を判定するための方法及び装置に関する。

例えば、振動密度計及びコリオリ流量計のような、振動センサが一般的に知られており、質量流量、及び、流量計の導管を通じて流れる物質に関する他の情報を測定するために使用されている。例示的なコリオリ流量計が、すべてJ.E. Smith他に対する米国特許第4,109,524号明細書、米国特許第4,491,025号明細書及び米国再発行特許第31,450号明細書において開示されている。これらの流量計は、真っ直ぐなまたは湾曲した構成の１つまたは複数の導管を有する。コリオリ式質量流量計における各導管構成は、例えば、単純な屈曲、ねじれ、または結合タイプのものであり得る、自然振動モードのセットを有する。各導管は、好ましいモードにおいて振動するように駆動され得る。

いくつかのタイプの質量流量計、特にコリオリ流量計は、質量を密度で除算した商によって容量情報を提供するための密度の直接的な測定を実施するように操作されることが可能である。例えば、未知の多相流体の密度を測定するためにコリオリ流量計を使用するネットオイルコンピュータに関する、Rueschに対する米国特許第4,872,351号明細書を参照されたい。Buttler他に対する米国特許第5,687,100号明細書は、振動管密度計として動作する質量流量計における質量流量率効果について密度読み値を補正するコリオリ効果密度計を教示している。

流量計の入口側の接続されているパイプラインから流量計への物質流が導管（複数可）を通じて誘導され、流量計の出口側を通って流量計を出る。振動系の自然振動モードは、一部には、導管と、導管内を流れる物質との組み合わさった質量によって定義される。
流量計を通る流れがないとき、導管（複数可）に加えられる駆動力が、導管（複数可）に沿ったすべての点を、同一の位相で、または、ゼロ流量において測定される時間遅延である小さい「ゼロオフセット」を有して振動させる。物質が流量計を通じて流れ始めると、コリオリの力が、導管（複数可）に沿った各点が異なる位相を有するようにする。例えば、流量計の入口端における位相は、中央ドライバ位置における位相よりも遅れており、一方で、出口における位相は、中央ドライバ位置における位相よりも先行している。導管（複数可）上のピックオフが、導管（複数可）の運動を表す正弦波信号を生成する。ピックオフから出力される信号は、ピックオフ間の時間遅延を判定するために処理される。２つ以上のピックオフ間の時間遅延は、導管（複数可）を通じて流れる物質の質量流量率に比例する。

ドライバに接続されているメータ電子機器が、ドライバを動作させるための駆動信号を生成し、また、ピックオフから受信される信号からプロセス材料の質量流量率及び／または他の特性を判定する。ドライバは、多くの既知の構成のうちの１つを備え得るが、磁石及び対向する駆動コイルが、流量計業界においては大きな成功を収めている。交流電流が、所望のフローチューブ振幅及び周波数において導管（複数可）を振動させるために、駆動コイルに通される。当該技術分野において、このドライバ構成に非常に類似した磁石及びコイルの構成としてピックオフを提供することも知られている。しかしながら、ドライバが運動を誘導する電流を受け取る一方、ピックオフは、電圧を誘導するためにドライバによって与えられる運動を使用し得る。ピックオフによって測定される時間遅延の大きさは非常に小さく、ナノ秒単位で測定されることが多い。それゆえ、トランスデューサ出力を非常に正確にすることが必要である。

一般的に、流量計は最初に校正され得、ゼロオフセットを伴う流量校正係数が生成され得る。使用時、質量流量率を生成するために、流量校正係数は、ピックオフによって測定される時間遅延からゼロオフセットを差し引いた値を乗算され得る。ほとんどの状況において、流量計は最初に、一般的に製造業者によって校正され、後に校正することを必要とすることなく正確な測定を可能にすると仮定される。加えて、従来技術の手法は、流れを止め、弁を閉じ、それゆえ、計測器に、作業条件におけるゼロ流量率基準を与えることによって、設置後にユーザが流量計をゼロ校正することを伴う。

コリオリ流量計を含む振動センサは、船舶に見られるもののような、大型エンジンシステムに利用されることが多い。そのような船舶においては、効率的なエンジンシステム動作のために、適切な燃料管理が重要である。燃料管理は一般的に、港におけるバンカリング、すなわち、燃料装荷によって開始する。この時点で燃料が船舶へと装荷され、その量が測定される。しかしながら、この時点では、燃料品質は分からない。燃料品質は、研究室にサンプルを送ることによって判定され、研究室において、粘度、密度、及び組成を判定することができる。不都合なことに、このプロセスには数日間がかかることが多く、そのため、発生する燃料品質問題は、一般的に、船舶が港を出て、海をかなり航行した後でなければ明らかにならない。加えて、たとえ燃料品質が所与の規格セットを満たす場合であっても、燃料系統内の問題が、水などの汚染物を燃料系統内へと導入する可能性があり、これは問題である。

それゆえ、当該技術分野において、定性的燃料属性を判定するための方法及び関連する装置が必要とされている。エンジンに入る前、及び、エンジンを出た後の燃料密度を判定するための方法及び関連する装置が必要とされている。燃料の可能性のある含水量を検出することが必要とされている。本発明は、これらの及び他の問題を克服し、当該技術分野における前進が達成される。

燃料を消費するように構成されているエンジンを備え、少なくとも２つの流量計を有するエンジンシステムを動作させるための方法が、実施形態に従って提供される。実施形態は、少なくとも２つの流量計のうちの送り流量計と、少なくとも２つの流量計のうちの戻り流量計との間に配置されているエンジンを動作させるステップと、送り流量計における第１の燃料密度及び戻り流量計における第２の燃料密度を測定するステップと、送り流量計と戻り流量計との間で燃料密度測定値を比較するステップと、第２の燃料密度と第１の燃料密度との間の差に基づいて、密度測定値差分値Δρを判定するステップと、Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較するステップと、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲外にある場合に、燃料汚染の可能性があることを示すステップとを含む。

エンジンを有するシステムに接続されている、処理システムを含む流量計のためのメータ電子機器が、一実施形態に従って提供される。実施形態は、送り流量計と戻り流量計の両方からセンサ信号を受信し、受信されるセンサ信号に基づいて送り流量計と戻り流量計との間の密度測定値差分値Δρを判定し、Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較し、Δρと、Δρ_t値の範囲との比較を、メータ電子機器内に記憶するように構成されている。

諸態様
一態様によれば、燃料を消費するように構成されているエンジンを備え、少なくとも２つの流量計を有するエンジンシステムを動作させるための方法が提供される。この態様は、少なくとも２つの流量計のうちの送り流量計と、少なくとも２つの流量計のうちの戻り流量計との間に配置されているエンジンを動作させるステップと、送り流量計における第１の燃料密度及び戻り流量計における第２の燃料密度を測定するステップと、送り流量計と戻り流量計との間で燃料密度測定値を比較するステップと、第２の燃料密度と第１の燃料密度との間の差に基づいて、密度測定値差分値Δρを判定するステップと、Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較するステップと、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲外にある場合に、燃料汚染の可能性があることを示すステップとを含む。

好ましくは、方法は、Δρをメータ電子機器内に記憶するステップを含む。
好ましくは、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合に燃料汚染の可能性を示すステップは、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲を超える場合に、燃料の水による汚染を示すステップを含む。
好ましくは、方法は、送り流量計から温度センサ信号値を受信するステップと、戻り流量計から温度センサ信号値を受信するステップと、それぞれ送り流量計及び戻り流量計の温度を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値を調整するステップとを含む。

好ましくは、方法は、送り流量計及び戻り流量計の外部にある温度センサから温度センサ信号値を受信するステップと、温度センサ信号値を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値を調整するステップとを含む。
好ましくは、方法は、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合に、警告をトリガするステップを含む。
好ましくは、方法は、エンジンが動作している間に送り流量計における燃料流量及び戻り流量計における燃料流量を測定するステップと、戻り流量計における燃料流を、送り流量計における燃料流と比較することによって、エンジン燃料消費量を計算するステップと、燃料消費量測定値を示すステップとを含む。

一態様によれば、エンジンを有するシステムに接続されている、処理システムを含む流量計のためのメータ電子機器が提供される。メータ電子機器は、送り流量計と戻り流量計の両方からセンサ信号を受信し、受信されるセンサ信号に基づいて送り流量計と戻り流量計との間の密度測定値差分値Δρを判定し、Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較し、Δρと、Δρ_t値の範囲との比較を、メータ電子機器内に記憶するように構成されている。

好ましくは、処理システムは、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲外にある場合に、汚染の可能性があることを示すように構成されている。
好ましくは、処理システムは、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲を超える場合に、水による汚染の可能性があることを示すように構成されている。
好ましくは、流量計は、水エマルジョンシステムと流体連通している。
好ましくは、処理システムは、送り流量計の温度を判定し、戻り流量計の温度を判定し、動作温度について補正されている、調整済み流体消費量測定値を出力するように構成されている。
好ましくは、処理システムは、送り流量計及び戻り流量計の外部の温度を判定し、送り流量計及び戻り流量計の外部の温度について補正されている、調整済み流体消費量測定値を出力するように構成されている。

従来技術の振動センサアセンブリを示す図である。 従来技術の燃料系統を示す図である。 本発明の一実施形態によるメータ電子機器を示す図である。 一実施形態による燃料系統内の燃料の測定密度を示すグラフ図である。 一実施形態によるエンジンシステムを動作させる方法を記述している流れ図である。 一実施形態によるエンジンシステムを動作させる別の方法を記述している流れ図である。 一実施形態によるエンジンシステムを動作させるまた別の方法を記述している流れ図である。

図１〜図７及び以下の説明は、本発明の最良の形態を作成及び使用するための方法を当業者に教示するための特定の実施例を示している。本発明の原理を教示する目的のために、いくつかの従来の態様は単純化または省略されている。当業者は、これらの実施例から、本発明の範囲内に入る変形形態を諒解するであろう。下記に説明する特徴は、本発明の複数の変形形態を形成するために、様々な方法で組み合わせることができることを、当業者は理解するであろう。結果として、本発明は、下記に説明する特定の実施例には限定されず、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。

図１は、センサアセンブリ10と１つまたは複数のメータ電子機器20とを備えるコリオリ流量計の形態の流量計5の一実施例を示す。１つまたは複数のメータ電子機器20は、例えば、密度、質量流量率、体積流量率、合計質量流量、温度、及び他の情報のような、流れている物質の特性を測定するために、センサアセンブリ10に接続されている。

センサアセンブリ10は、一対のフランジ101及び101'、マニホールド102及び102'、ならびに導管103及び103'を含む。マニホールド102、102'は、導管103、103'の対向する両端に取り付けられている。本実施例のフランジ101及び101'は、マニホールド102及び102'に取り付けられている。本実施例のマニホールド102及び102'は、スペーサ106の対向する両端に取り付けられている。スペーサ106は、本実施例においては、導管103及び103'における望ましくない振動を防止するために、マニホールド102と102'との間の間隔を維持する。導管103及び103'は、マニホールドから外向きに、基本的に平行になるように延伸する。センサアセンブリ10が流動する物質を搬送するパイプラインシステム（図示せず）内へと挿入されると、物質はフランジ101を通じてセンサアセンブリ10に入り、入口マニホールド102を通過し、ここで、物質の総量が導管103及び103'に入るように誘導され、導管103及び103'を通じて流れて出口マニホールド102'内へと戻り、出口マニホールドにおいて、物質はフランジ101'を通じてセンサアセンブリ10を出る。

センサアセンブリ10はドライバ104を含む。ドライバ104は、ドライバ104が導管103、103'を駆動モードにおいて振動させることができる位置において、導管103及び103'に取り付けられている。より詳細には、ドライバ104は、導管103に取り付けられている第１のドライバ構成要素（図示せず）と、導管103'に取り付けられている第２のドライバ構成要素（図示せず）とを含む。ドライバ104は、例えば、導管103に取り付けられている磁石、及び、導管103'に取り付けられている対向するコイルのような、多くの既知の構成のうちの１つを含んでもよい。

本実施例において、駆動モードは、第１の異相屈曲モードであり、導管103及び103'は、それぞれ屈曲軸W-W及びW'-W'を中心として実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、及び弾性率を有する平衡した系をもたらすように選択され、入口マニホールド102及び出口マニホールド102'に適切に取り付けられている。駆動モードが第１の異相屈曲モードである本実施例において、導管103及び103'は、ドライバ104によって、それらのそれぞれの屈曲軸W-W及びW'-W'を中心として反対方向に駆動される。交流電流の形態の駆動信号は、例えば、経路110などを介して１つまたは複数のメータ電子機器20によって与えられ、両方の導管103、103'を振動させるために、コイルに通され得る。当業者は、本発明の範囲内で他の駆動モードが使用されてもよいことを諒解するであろう。

図示されているセンサアセンブリ10は、導管103、103'に取り付けられている一対のピックオフ105、105'を含む。より詳細には、第１のピックオフ構成要素（図示せず）が導管103上に位置しており、第２のピックオフ構成要素（図示せず）が導管103'上に位置している。図示されている実施形態において、ピックオフ105、105'は、電磁検出器、例えば、導管103、103'の速度及び位置を表すピックオフ信号を生成するピックオフ磁石及びピックオフコイルであってもよい。例えば、ピックオフ105、105'は、経路111、111'を介して１つまたは複数のメータ電子機器20にピックオフ信号を供給することができる。当業者は、導管103、103'の運動が、流れている物質の特定の特性、例えば、質量流量率、及び、導管103、103'を通じて流れている物質の密度に比例することを諒解するであろう。

上述したセンサアセンブリ10は二重流通管流量計を含んでいるが、単一導管流量計を実装することも十分に本発明の範囲内であることが諒解されるべきである。さらに、導管103、103'は湾曲流通管構成を含むものとして示されているが、本発明は、直線流通管構成を含む流量計によって実装されてもよい。ピックオフ105、105'は、歪みゲージ、光センサ、レーザセンサ、または、当該技術分野において既知の任意の他のセンサタイプを含んでもよいことも諒解されるべきである。それゆえ、上述したセンサアセンブリ10の特定の実施形態は一例に過ぎず、決して本発明の範囲を限定するものではない。

図１に示す実施例において、１つまたは複数のメータ電子機器20は、ピックオフ105、105'からピックオフ信号を受信する。経路26は、１つまたは複数のメータ電子機器20がオペレータとインターフェースすることを可能にする入力及び出力手段を提供する。１つまたは複数のメータ電子機器20は、例えば、位相差、周波数、時間遅延、密度、質量流量率、体積流量率、合計質量流量、温度、計測器検証、及び他の情報のような、流れている物質の特性を測定する。より詳細には、１つまたは複数のメータ電子機器20は、例えば、ピックオフ105、105'、及び、抵抗温度素子（RTD）のような１つまたは複数の温度センサ107から、１つまたは複数の信号を受信し、この情報を使用して、流れている物質の特性を測定する。温度センサ107は、流量計214、216とともにあってもよく、または、流量計214、216の外部に配置されてもよい。

例えば、コリオリ流量計または密度計のような振動センサアセンブリが流れている物質の特性を測定する技法は周知されており、それゆえ、この説明を簡潔にするために、詳細な論述は省略される。しかしながら、簡潔な概要として、振動流通管を通じて流れる未知の流体の密度は、管が共振する周期の２乗に比例する。Rueschに対する米国特許第4,491,009号明細書において、２つの直列接続された積分器を使用することによって密度を計算する回路が記載されている。基準電圧が第１の積分器に印加される。各流通管のばね定数は温度とともに変動し、それによって、共振周波数を変化させるため、基準電圧は、管の温度変動について適切に補償される。両方の積分器は、共振周期の2乗に相当する期間にわたって動作する。このように、アナログ回路によって生成される出力信号は、温度依存関数と、共振周期の値の2乗との積をもたらす。この基準電圧を適切にスケーリングすることによって、出力アナログ信号は、流通管を通じて流れる未知の流体の（特定の重力単位における）密度測定値の直接の読み値をもたらす。これは、振動計測器によって行われる従来技術の密度測定の一例に過ぎず、決して本発明の範囲を限定する役割は果たさないことが留意されるべきである。

図２は、一実施形態による燃料系統200を示す。系統200は、一般的な船舶用燃料系統として示されている。燃料は、メインタンク202、204内に貯蔵されている。実施形態の一例において、重油（HFO）が第１のメインタンク202内に貯蔵され、船舶用ディーゼル油（MDO）が第２のメインタンク204内に貯蔵される。メインタンク202、204は、それぞれ燃料経路203及び205を通じてデイタンク206へと注ぐ。これは一例に過ぎず、３つ以上のメインタンクが存在してもよく、または、１つのみのメインタンクが存在してもよいことは明らかなはずである。加えて、HFO及びMDOは使用することができる燃料の例に過ぎず、任意の燃料が実施形態の範囲内にあるものとして企図される。デイタンク206は一般的に、安全及び汚染の目的で限られた量の燃料を貯蔵するようなサイズにされている。デイタンク206は、火災または爆発の危険性を最小限に抑えるように、船舶の機関室のような、一定の領域内に過度に多い燃料が貯蔵されることを防止する。万一火災が発生した場合は、利用可能な燃料が限られていることが、火災関連事故の重大度を低下させるのに寄与する。加えて、デイタンク206は、エンジン208に与えられたが利用されていない燃料を受け入れ、それによって、戻り燃料が、戻り燃料経路207を通じてデイタンク206へと送り返される。いくつかの系統200において、排出を低減する目的で、水を燃料へと導入するために、水エマルジョンシステム224が与えられ得る。

動作中、燃料は一般的に、デイタンク206からエンジン208または他の燃料消費デバイスへと再循環され、消費されていない燃料は何であれ、閉ループ回路218においてデイタンク206へと流れ戻る。デイタンク206の燃料が少なくなると、メインタンク202、204からの燃料がデイタンク206を補充する。ポンプ210が、燃料をデイタンク206からエンジン208へと圧送し、また戻すのに必要な作用をもたらす。インライン予熱器212が、燃料がエンジン208によって利用されるために理想的である温度へと燃料を加熱する。例えば、HFOの動作温度は一般的に約120〜150°Cであり、一方で、MDOは理想的には約30〜50°Cである。特定の燃料にとって適切な温度は、燃料の粘度が理想的な範囲内で制御及び保持されることを可能にする。燃料の動粘性率は、特定の温度における流動性の測度である。燃料の粘度は温度の増大とともに低減するため、燃料がエンジンの燃料噴射器（図示せず）を出る瞬間における粘度は、最適な燃料噴霧パターンを生成するためにエンジン製造者によって指示される範囲内でなければならない。仕様から逸脱した粘度は、標準を満たしていない燃焼、出力損失、及び可能性として沈殿物形成をもたらす。予熱器212は、使用される特定の燃料に対して正確に設定されると、最適な粘度が得られることを可能にする。

例えば、質量流量率または密度のような流れパラメータを測定するために、一実施形態において、インライン流量計が利用される。送り流量計214がエンジン208の上流に配置されており、一方で、戻り流量計216がエンジン208の下流に配置されている。エンジン208は、例えば、コモン燃料レールシステム（図示せず）においてエンジンに与えられる燃料のすべてを使用するとは限らないため、余分な燃料が、デイタンク206及び閉ループ回路218を通じて再循環される。それゆえ、単一の流量計では、特にエンジン燃料消費量に関するような、正確な流量測定が可能ではなく、したがって、送り214と戻り216の両方の流量計（それぞれエンジン208の上流及び下流）が必要とされる。流量計214、216によって測定される流量率の差は、エンジン208によって消費されている燃料の流量率に実質的に等しい。それゆえ、流量計214、216間の測定流量率の差は、図２に示す構成と同様のほとんどの応用形態において対象となる支配的な値である。しかしながら、コモン燃料レールシステムは、一例としての役割を果たしているに過ぎず、特許請求される発明の範囲を限定するものではないことが留意されるべきである。燃料が戻されかつ／または再循環される他の燃料系統が企図される。系統200は１つのみの燃料出口222及び２つのみの流量計214、216を示しているが、いくつかの実施形態においては、複数の燃料出口及び3つ以上の流量計があることも諒解されるべきである。

大型のエンジンを動作させるとき、系統の入口及び出口の状態を知ることは、燃料系統200の効率及び性能にとって重要である。図２に示すもののような、ほとんどのそのような系統200は、燃料がエンジン208に入る前に、燃料を特定の粘度、温度、及び稠度へと調整するために使用される、予熱器212を含む、燃料調整システムを有する。正確な燃料状態を有することは、エンジンの性能に大幅に影響を与える。予熱器212の下流にある粘度計213は、燃料粘度を測定し、いくつかの実施形態においては、予熱器212と通信して、燃料が所定の粘度範囲内にあるままであるように、予熱器温度を調整することができる。現在、燃料監視システムはほぼ、エンジンの入口側のみにしか存在せず、燃料がエンジンを通過した後に燃料の状態を監視することはほとんど行われていない。エンジンの後の燃料の状態の変化が、燃料品質またはエンジン性能の指標であることは確定されている。

一実施形態によれば、任意の変化がシステム内に、燃料品質及びエンジン性能に関連するもののような問題がある可能性があることを示し得るため、エンジン状態は、エンジン208の前後の燃料の密度を試験することによって監視される。送り流量計214がエンジン208の前の燃料密度を測定し、戻り流量計216がエンジン208の後の密度を測定する。

図３は、本発明の一実施形態によるメータ電子機器20を示す。メータ電子機器20は、インターフェース301と、処理システム303とを含むことができる。処理システム303は、記憶システム304を含むことができる。記憶システム304は、内部メモリを備えてもよく、かつ／または、外部メモリを備えてもよい。メータ電子機器20は、駆動信号311を生成し、駆動信号311をドライバ104に供給することができる。加えて、メータ電子機器20は、流量計214、216から、ピックオフ／粘度センサ信号、歪み信号、光信号、温度信号、または当該技術分野において知られている任意の他の信号のような、センサ信号310を受信することができる。メータ電子機器20は、密度計として動作することができ、または、コリオリ流量計としての動作を含む、質量流量計として動作することができる。メータ電子機器20はまた、何らかの他のタイプの振動センサアセンブリとして動作してもよく、与えられている特定の実施例は、本発明の範囲を限定するものではないことが諒解されるべきである。メータ電子機器20は、導管103、103'を通じて流れている物質の流れ特性を得るために、センサ信号310を処理することができる。いくつかの実施形態において、メータ電子機器20は、例えば、１つもしくは複数のRTDセンサまたは他の温度センサ107から温度信号312を受信することができる。

インターフェース301は、それぞれリード線110、111、111'を介して、ドライバ104またはピックオフ105、105'からセンサ信号310を受信することができる。インターフェース301は、任意の様式のフォーマット化、増幅、バッファリングなどのような、任意の必要なまたは所望の信号調整を実施することができる。代替的に信号調整のいくつかまたはすべては、処理システム303において実施されてもよい。加えて、インターフェース301は、メータ電子機器20と外部デバイスとの間の通信を可能にすることができる。インターフェース301は、任意の様式の電子、光学、または無線通信が可能であり得る。

インターフェース301は、一実施形態において、デジタイザ302を含むことができ、センサ信号は、アナログセンサ信号を含む。デジタイザ302は、アナログセンサ信号をサンプリング及びデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成することができる。デジタイザ302はまた、必要とされる信号処理の量を低減し、処理時間を低減するために、デジタルセンサ信号が間引かれる、任意の必要とされるデシメーションを実施することもできる。

処理システム303は、メータ電子機器20の動作を行い、センサアセンブリ10からの流れ測定値を処理することができる。処理システム303は、密度差ルーチン313、ゼロ差ルーチン314、一般動作ルーチン315、及び燃料タイプ信号ルーチン316のような１つまたは複数の処理ルーチンを実行し、それによって、燃料系統200の燃料消費量を計算し、密度測定値差分値319、及び、任意の他の関連する計算を計算するために最終的に使用される１つまたは複数の流れ測定値を生成するために、流れ測定値を処理することができる。

一実施形態によれば、メータ電子機器20は、密度差ルーチン313の一部分として、送り流量計214及び戻り流量計216を通じた流量を測定するように構成することができる。一実施形態によれば、メータ電子機器20はまた、温度信号312をも測定し、その温度を、所与の温度において捕捉される流量率と関連付けることができる。

密度差ルーチン313の一例として、系統200は、各々がメータ電子機器20を有する（または共有する）送り流量計214及び戻り流量計216を含むことができる。メータ電子機器は、共有されない場合、相互接続220を介して互いに通信することができる。送り流量計214及び戻り流量計216は各々、密度317を生成することができる。密度差ルーチン313の一部分として、送り流量計214及び戻り流量計216からの密度317を使用して、密度測定値差分値Δρ319が計算される。質量流量率318及び密度317は、例えば、動作ルーチン315の一部分として計算されてもよい。動作ルーチン315の一実施形態において、戻り流量率が送り流量率から減算され、それによって、燃料消費量測定値がもたらされる。メータ電子機器20は、２つの絶対流量信号を減算して出力差を生成し、加えて、計測器間の任意の信号処理遅延を計上する。

一実施形態において、温度信号312が読み出され、戻り流量計216と送り流量計214との間のゼロ流量率消費量差分も保存され、ゼロ差ルーチン314の一部分として計算される。ゼロ差は、計測器間の温度の影響を緩和するため、２つの計測器の間で実施される流量差計算を改善する。これによって、演算の前にゼロ化手順を実施する必要がなくなる。一実施例において、エンジンがオフである場合に、依然として両方の流量計214、216を通る、例えば、1000kg/hrの流れがある。計測器は各々、1000kg/hrを正確には読み取らない可能性がある。そうではなく、一方は999kg/hrを読み取る場合があり、他方は、1001kg/hrを読み取る場合があり、そのため、ユーザは、エンジンがオフであるときに、2kg/hrの消費量（または生成量）測定値を見込むことみなる。この2kg/hrの誤差は、長い動作期間にわたると、大きな食い違いに相当することになる。それゆえ、特定の温度において、2kg/hrのゼロ差は、一般動作ルーチン315において任意の流量計測定値に対する補正として利用される。

処理システム303は、汎用コンピュータ、マイクロ処理システム、論理回路、または、何らかの他の汎用もしくはカスタム処理デバイスを含んでもよい。処理システム303は、複数の処理デバイスの間で分散されてもよい。処理システム303は、記憶システム304のような、任意の様式の一体型または独立型電子記憶媒体を含むことができる。
処理システム303は、とりわけ、駆動信号311を生成するために、センサ信号310を処理する。駆動信号311は、図１の導管103、103'のような、関連する流通管（複数可）を振動させるために、ドライバ104に供給される。

メータ電子機器20は、当該技術分野において一般的に知られている様々な他の構成要素及び機能を含んでもよいことは理解されるべきである。これらの追加の特徴は、簡潔にする目的のために、本明細書及び図面から省略されている。それゆえ、本発明は、図示及び論述されている特定の実施形態に限定されるべきではない。

図４は、密度差測定値を記載しているグラフである。燃料系統の水による汚染を検出することは、限定ではなく、本明細書において提示されている実施形態の使用の一例である。一般的な燃料品質の測度に加えて、燃料供給において水が予期せず存在していることが、問題が存在する場合がある定性的な指標である。一実施形態において、密度差測定値（入口密度対出口密度）を試験するために、エンジン208に入る燃料の可能性のある含水量を判定することが可能である。燃料の密度は、送り流量計214によって測定することができ、第１の燃料密度が計算される。エンジン208によって消費されていない燃料が戻り流量計216を通過すると、戻り流量計216によって第２の密度が計算される。エンジン入口（及び送り流量計214）における燃料の温度は、非限定例として、戻り流量計216によって測定される温度よりも20°C低いものであり得る。燃料の密度は増大する温度の関数として低減するため、戻り流量計216においては密度測定値はより低くなると予測される。しかしながら、戻り流量計216の密度測定値が送り流量計214の密度測定値と同じかまたはそれよりも高い場合、これは、燃料が水によって汚染されていることを間接的に暗示する。図４のグラフは、時間404にわたってそれぞれ送り流量計214及び戻り流量計216によって測定されるものとしての、測定入口密度400及び出口密度402を示す。領域Aは、エンジン208がオフであるときに燃料系統200の閉ループ回路218内を流れる燃料を示す。明らかであるように、エンジン208が作動すると（領域B）、出口の温度が上昇する。グラフにおいてこれが開始する点が、「消費事象が出口温度を増大させる」とラベリングされている垂直破線によって示されている。このグラフによって与えられている例において、入口400において測定される密度は、たとえエンジン208が作動していても、安定したままである。しかしながら、出口密度402は、エンジン208が始動された後、時間が経過するにつれて増大する。これは、燃料中に水が存在する可能性があることを示す。

一実施形態において、密度測定値差分値Δρは、式(1)に従って計算される。

式中、
ρ_R＝戻り流量計によって計算される密度であり、
ρ_S＝送り流量計によって計算される密度である。
これは、Δρが計算される方法の一例に過ぎず、他の方法、式、及びアルゴリズムが企図される。

１つのシナリオにおいて、燃料供給元が、許容不可能に高いと判断される量の水を内部に含む燃料を供給する場合、密度測定値は、この問題を解明するのに有用である。しかしながら、燃料の密度が単純にその特定の燃料について予測されるよりも高くなるため、これは単純な単一計測器密度計算である。燃料が積み込まれた後に水が燃料系統に入るシナリオが、差分燃料測定システム200が特に有用であるシナリオである。

一実施形態において、いくつかの水冷式噴射器（図示せず）が、燃料を霧化してエンジンの燃焼室内へと噴射するために利用され得る。燃焼室内に見出される高温に起因して、内部に突出する噴射器先端を冷却することが必要であることが多い。これが達成される１つの一般的な方式は、噴射器内の通路を通じて水を循環させることによって行われる。

燃料噴射器は主に、内部に燃料送りチャネル及び戻りチャネルを有する金属（一般的には鋼鉄）本体から構成されている。燃料は、噴射器先端に近接するエンドチャンバに供給され、そこで、例えば、限定ではなくニードル弁のような弁が、燃料が計量されて燃焼室に入ることを可能にする。燃料圧が、弁を閉じたままにするように構成されている付勢部材の力を超えると、弁が開く。送られる水及び戻る水がノズルへと通過するための通路も、噴射器本体内にあり得る。これは、一般的なコモンレール式燃料噴射器システムを一例として説明したものであり、本発明をそのような燃料系統に限定する役割を果たすものではない。加えて、水が説明されているが、他の冷媒も企図される。噴射器が故障した場合、水は燃料供給に入る場合がある。例えば、噴射器に供給される燃料は、15psiの圧力において噴射器に与えられ得る。噴射器を通じて循環する水は、例えば、30psiであり得る。噴射器の故障の例において、シールが劣化するか、または、燃料及び水の導管が物理的に破損したとすると、水は噴射器内で燃料よりも高い圧力で循環しているため、水は燃料導管に入り、燃料系統200の閉ループ回路218を汚染することになる。これは、戻り流量計216によって、送り流量計214を基準として使用して測定されるものとしての、密度の増大として検出可能である。

同様の例において、エンジン208のシリンダヘッド（図示せず）が、水通路を含み得、それによって、水が、冷却を目的としてシリンダヘッドを通じて循環し得る。いくつかのエンジン設計においては、燃料通路も、シリンダヘッド内に存在する場合がある。シリンダヘッド鋳造物に不具合があるか、または、鋳造物内に細孔がある場合、水が燃料供給を汚染する可能性がある。上記の例と同様に、シリンダヘッドが故障した場合、水が燃料導管に入り、燃料系統200の閉ループ回路218を汚染する場合がある。ここでも、これは、戻り流量計216と送り流量計214との間の密度差測定値によって測定されるものとしての、密度の増大として検出可能である。

一酸化窒素（NO）及び二酸化窒素（NO₂）は、燃焼反応中に窒素ガスと酸素ガスとの反応から、より高い温度において最も顕著に生成されるモノ窒素酸化物（まとめて「NOx」）である。船舶の大型燃料系統200は、大気中へと放出される、重大な大気汚染物質である、大量の窒素酸化物を生成する働きをする。大気がおおよそ78%の窒素及び21%の酸素であるとき、大気の作用によって給気されるエンジン内で燃焼が行われるときはいつでも、NOxガスが形成される。不都合なことに、NOxガスは、オゾン、スモッグ、及び可能性として酸性雨の形成に寄与する。それゆえ、エンジン及び燃料系統は、NOx形成を低減するための方法を組み込んでいることが多い。船舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に水を添加することは、NOx生成を低減するために利用され得る戦略である。これによって、ピーク燃焼温度が低減し、NOx形成にとって否定的な影響が与えられる（すなわち、低減される）。燃焼室内へと水を導入するための１つの方法は、乳化燃料を使用することによるものである。

乳化燃料は一般的に、水及び液体燃料から作成される。燃料系統の場合、エマルジョンは多相液体であり、水の相と燃料の相とは混合しない。安定した混合を促進するために、エマルジョンにおいて乳化剤（または界面活性剤）が使用されることが多い。燃料中の水の一般的な範囲は質量にして5%から30%の間である。範囲は、燃料タイプ、水純度、エンジン構成、及び、本開示の範囲を越える他の要因に基づいて変動する。多くの場合、燃料は燃焼室に入る前に船内で水と混合される（例えば、図２のエマルジョンシステム224を参照されたい）。燃焼室内の水の蒸発によって、シリンダ壁及び燃焼室の全体的な冷却が引き起こされる。無論、燃焼温度が低下する結果として、NOx生成が低下する。水の割合が高すぎる場合、エンジン効率は不満足なものになるが、エマルジョン中の水の割合が低すぎる場合、NOx化合物の低減が不十分になる。特定のエンジンシステムについて、水／燃料エマルジョンを形成するために添加される水の量は分かっているため、戻り側流量計216を通過する燃料は、エマルジョン中の許容可能な水の量と対応する、許容可能な密度範囲を有することになる。密度差分値が、エンジンにわたって燃料密度に変化がないことを示すとすると、これは、十分な水が燃料に添加されていないという点において、エマルジョンシステムの故障を示す可能性がある。同様の文脈において、密度差分値が、燃料に添加されているはずである水の量に基づいて予測されるよりも大きいとすると、これは、エマルジョンに添加されている水が多すぎることを示す可能性がある。

図５は、燃料汚染の可能性を示すための方法の一実施形態を示す。送り流量計214がエンジン208の上流に配置されており、戻り流量計216がエンジン208の下流に配置されている。ステップ500において、送り流量計214と戻り流量計216との間に配置されているエンジン208が動作させられる。流量計214、216によって測定される流量率の任意の差は、エンジン208によって消費されている燃料の流量率に実質的に等しい。ステップ502において、第１の燃料密度が送り流量計214において測定され、第２の燃料密度が戻り流量計216において測定される。これらの燃料密度測定値はその後、ステップ504において比較される。上記で言及したように、燃料の密度は温度の関数として低減し、そのため、戻り流量計216においては密度測定値はより低くなると予測される。戻り流量計の密度測定値が送り流量計の密度測定値と大幅な程度まで異なる場合、これは、燃料が汚染されていることを間接的に暗示する。ステップ506において、燃料密度値の間の差Δρが判定され、その後、ステップ508において、燃料密度値の間の理論差Δρ_tまたは一定範囲のΔρ_t値と比較される。Δρは例えば、限定ではなく、式(１)を使用して判定することができる。しかしながら、他の式、アルゴリズム、及び方法も企図される。ステップ510において、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合、燃料汚染の可能性があることが示される。この閾値は、エンジンタイプ、燃料タイプ、温度、流量計214、216間の温度差、燃料エマルジョンシステム224の存否などに依存する。

上記で言及したように、エンジン入口（及び送り流量計214）における燃料の温度は、エンジン208が動作しているとき、戻り流量計216によって測定される温度よりも低いものと予測される。したがって、戻り流量計216の密度測定値は、理論的には、送り流量計214の密度測定値よりも低いはずである。そうでない場合、これは、燃料が水によって汚染されている場合があることを示す可能性がある。図６は、燃料系統200内で水汚染の可能性があることを示すための実施形態に関する。図６において示されている最初の5つのステップは図５において示されている最初の５つのステップと共通であることに留意されたい。ステップ600において、送り流量計214と戻り流量計216との間に配置されているエンジン208が動作させられる。ステップ602において、第１の燃料密度が送り流量計214において測定され、第２の燃料密度が戻り流量計216において測定される。これらの燃料密度測定値はその後、ステップ604において比較される。戻り流量計の密度測定値が送り流量計の密度測定値と大幅な程度まで異なる場合、これは、燃料が水によって汚染されていることを間接的に暗示する。ステップ606において、Δρが判定され、その後、ステップ608において、ΔρtまたはΔρt範囲と比較される。ステップ610において、Δρが所定の閾値だけΔρ_tまたはΔρ_t範囲を超える場合、燃料が水によって汚染されている可能性が示される。非限定例の応用形態として、水冷式燃料噴射器（図示せず）が、燃料を霧化してエンジンの燃焼室内へと噴射するために使用されるとすると、噴射器のウォータージャケットの破損によって、送り流量計214の後で、ただし、戻り流量計216の前において、燃料系統内へと水が取り込まれる可能性がある。無論、これによって、燃料系統200の閉ループ回路218が水で汚染され、これは、戻り流量計216によって、送り流量計214を基準として使用して測定されるものとしての、密度の増大として検出可能である。

図７は、燃料汚染の可能性を示すための関連実施形態であり、流量計214、216の温度が利用される。ステップ700において、送り流量計214と戻り流量計216との間に配置されているエンジン208が動作させられる。ステップ702において、第１の燃料密度が送り流量計214において測定され、第２の燃料密度が戻り流量計216において測定される。ステップ704において、温度センサ信号値が、送り流量計214と戻り流量計216の両方から受信される。これらの値は、メータ電子機器20内に記憶することができる。温度は、温度センサ107から受信されるもののようなセンサ信号を処理することによって判定することができる。温度は、例えば、RTDを使用して判定することができる。温度は、例えば、流量計温度、流通管温度、流量計ケース温度、メータ電子機器温度、または、送り流量計214もしくは戻り流量計216の外部の温度に対応してもよい。一実施形態において、各流量計214、216は、別個の温度センサを備える。一実施形態において、温度センサは、流量計214、216の外部に配置される。一実施形態において、別個の温度が各流量計214、216について判定され、測定された各温度は、メータ電子機器20へと入力される。別の実施形態において、ステップ706にいて、それぞれ送り流量計214及び戻り流量計216の温度を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値について判定された温度が調整される。別の実施形態において、送り流量計214及び戻り流量計216の外部の温度が判定され、ステップ706において、この測定温度を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値が調整される。これらの温度補償された燃料密度測定値はその後、ステップ708において比較される。その後、ステップ710においてΔρが、温度補償された燃料密度値を使用して判定される。ステップ712において、ΔρがΔρ_t範囲と比較される。ステップ714に示すように、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合、燃料汚染の可能性があることが示される。

燃料汚染の可能性を示す方法の実施形態において、Δρが所定の閾値だけΔρ_tと異なるか、または、Δρ_t範囲外にある場合、警告がトリガされ得る。加えて、方法はまた、戻り流量計における燃料流量を、送り流量計における燃料流量と比較することによって、エンジン燃料消費量を計算するために、エンジンが動作している間に送り流量計における燃料流量及び戻り流量計における燃料流量を測定するステップを含んでもよい。その後、燃料消費量測定値が示される。

上記の本発明は、コリオリ流量計のような振動型流量計を用いて燃料の室を判定する種々のシステム及び方法を提供する。上記の種々の実施形態は流量計、特にコリオリ流量計を指向しているが、本発明はコリオリ流量計に限定されず、ここで記載された方法はコリオリ流量計の幾つかの測定能力を欠く他のタイプの流量計又は他の振動センサに用いられ得る。

上記の実施形態の詳細な記述は、本発明の範囲内にある発明者らによって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。本発明の範囲及び開示内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。

従って、本発明の特定の実施形態が説明の目的のためにここに記述されているが、当業者が認識するように、様々な等価な修正は本願の範囲内で可能である。ここに提供される開示は、他の振動センサに適用可能であり、上記に記載され添付の図面に示された実施形態だけではない。従って、上記の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (13)

1. 燃料を消費するように構成されているエンジンを備え、少なくとも２つの流量計を有するエンジンシステムを動作させるための方法であって、
   少なくとも２つの流量計のうちの送り流量計と、少なくとも２つの流量計のうちの戻り流量計との間に配置されているエンジンを動作させるステップと、
   前記送り流量計における第１の燃料密度及び戻り流量計における第２の燃料密度を測定するステップと、
   前記送り流量計と戻り流量計との間で燃料密度測定値を比較するステップと、
   第２の燃料密度と第１の燃料密度との間の差に基づいて、密度測定値差分値Δρを判定するステップと、
   Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較するステップと、
   Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲外にある場合に、燃料汚染の可能性があることを示すステップとを含むエンジンシステムを動作させるための方法。
2. Δρをメータ電子機器内に記憶するステップを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
3. Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合に燃料汚染の可能性を示すステップは、Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲を超える場合に、燃料の水による汚染を示すステップを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
4. 送り流量計から温度センサ信号値を受信するステップと、
   戻り流量計から温度センサ信号値を受信するステップと、
   夫々送り流量計及び戻り流量計の温度を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値を調整するステップとを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
5. 送り流量計及び戻り流量計の外部にある温度センサから温度センサ信号値を受信するステップと、
   温度センサ信号値を補償するために、第１の燃料密度測定値及び第２の燃料密度測定値を調整するステップとを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
6. Δρが所定の閾値だけΔρ_t範囲外にある場合に、警告をトリガするステップを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
7. エンジンが動作している間に送り流量計における燃料流量及び戻り流量計における燃料流量を測定するステップと、
   戻り流量計における燃料流を、送り流量計における燃料流と比較することによって、エンジン燃料消費量を計算するステップと、
   燃料消費量測定値を示すステップとを含む、請求項１に記載のエンジンシステムを動作させるための方法。
8. エンジン(208)を有するシステム(200)に接続されている、処理システム(303)を含む流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)であって、
   送り流量計(214)と戻り流量計(216)の両方からセンサ信号(310)を受信し、
   受信されるセンサ信号(310)に基づいて送り流量計(214)と戻り流量計(216)との間の密度測定値差分値Δρを判定し、
   Δρを、一定範囲の理論燃料密度差分値Δρ_tと比較し、
   Δρと、Δρ_t値の範囲との比較を、メータ電子機器(20)内に記憶するように構成されている、流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。
9. 前記処理システム(303)は、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲外にある場合に、汚染の可能性があることを示すように構成されている、請求項８に記載の流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。
10. 前記処理システム(303)は、Δρが所定の閾値だけΔρ_t値の範囲を超える場合に、水による汚染の可能性があることを示すように構成されている、請求項８に記載の流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。
11. 前記流量計(214、216)は、水エマルジョンシステム(204)と流体連通している、請求項８に記載の流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。
12. 前記処理システム(303)は、
    送り流量計(214)の温度を判定し、
    戻り流量計(216)の温度を判定し、
    動作温度について補正されている、調整済み流体消費量測定値を出力するように構成されている、請求項８に記載の流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。
13. 前記処理システム(303)は、
    送り流量計(214)及び戻り流量計(216)の外部の温度を判定し、
    送り流量計(214)及び戻り流量計(216)の外部の温度について補正されている、調整済み流体消費量測定値を出力するように構成されている、請求項８に記載の流量計(214、216)のためのメータ電子機器(20)。

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