JP4387844B2 - 動的な液体消費を連続的に測定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、流れセンサの後方の圧力が圧力調整器によって一定の値に調節される、連続的に作動する圧力低下可変式流れセンサ、特に流量センサ（質量流量センサ）を用いて、動的な液体消費を連続的に測定するための方法と、ケーシングが調節すべき圧力に抗して可変の力で付勢可能な要素を内蔵し、この要素が同様にケーシング内に配置された、圧力を上昇させる液体のための弁装置に連結されている、圧力調整器と、タンクと、場合によっては燃料調整装置と、好ましくは１個の制御可能なポンプと、連続的に作動する液体用流れセンサ、特にコリオリセンサと、流れセンサと液体消費部の間に配置された予圧−圧力調整器とを備えている、動的な液体消費を連続的に測定するための装置に関する。

液体の消費を測定するために、特にテストベンチでエンジンの燃料消費を測定するために、不連続的に運転される、計量器に基づくシステムが知られている。このシステムは開放したシステムの利点、すなわち燃料が測定システムから排出され、かつ時々搬送量を制限してシステムに戻されるという特性を有する。その際、排出された燃料の量と戻された燃料の量が測定技術的に検出され、消費を決定する際に考慮される。開放したシステムは特に最新の噴射システムの場合に有利である。というのは、エンジンの始動の際噴射システムの圧力上昇中に、開放したシステムが制限された燃料を燃料供給システムに、特に車両の場合にはタンクに押し戻すからである。このような計量器は、常に再び補充しなければならず、それによって連続的な測定が不可能であるという欠点がある。

燃料消費の連続的な測定のために往々にして、燃料の流量を測定する測定装置が使用される。付加的な密度測定によって、消費された燃料質量が決定される。この燃料質量は実際に必要な測定量である。付加的な密度測定の欠点を回避する質量消費の直接的な測定は現在では秤量法によって間欠的に実現可能であり、かつコリオリセンサによって連続的に実現可能である。

最新の内燃機関は正常な運転のために、燃料供給管路と場合によって設けられる燃料戻し管路内において流れに依存した所定の圧力状態を必要とする。

例えば特許文献１では、質量流センサの供給圧力を安定させるための圧力安定化装置が設けられている。それによって、消費部の接続個所に、要求される小さな一定の圧力（一般的に数ミリバール）を発生させることができる。そのために、質量流センサにおける、流れに依存する圧力低下（例えば２バール以下）は可変に補償可能でなければならない。特に、高周波の急激なまたはパルス状の液体取り出しは迅速に考慮しなければならない。

従って、圧力を安定させるために、燃料測定の上記の連続的な方法の場合には、本来の流れセンサの下流に、圧力調整装置（圧力調整器）が取付けられる。この圧力調整装置は測定システムの出口における、流れに依存する圧力を、一定の出口圧力に調整する。このような構造の場合、慣用の機械式圧力調整器が“油圧式ダイオード”のように作用し、それによって流動媒体が一方向にのみ、すなわち下流に圧力調整器を流通可能である。このような圧力調整器を備えた測定システムは開放したシステムではない。すなわち、燃料が噴射装置から測定システムに戻らなければならない場合、あるいは消費部の停止時に燃料回路内の温度上昇によって燃料が熱膨張する場合、管路の弾性に応じて、許容されないほど大きな圧力上昇が燃料システム内で発生する。この圧力上昇は管路と組込み装置を負荷し、必要であればコストのかかる圧力補償装置によって受け入れなければならない。
オーストリア実用新案登録第３，３５０号公報

本発明の課題は、液体の出口圧力を調整する、連続的で、正確でそして時間的に高分解能の消費測定を保証し、少なくとも短い時間の液体の逆流または温度による液体の膨張を可能にする、方法と装置を提供することである。

この課題を解決するために、本発明による方法は、圧力が調整可能な設定値を上回る場合、液体が圧力調整器に取り込まれることを特徴とする。それによって、大きな装置コストまたは方法技術的コストをかけずに、測定すべき液体の逆流または容積変化分を取り込むことができる。

本発明の有利な実施形では、圧力上昇を生じさせる容積に一致する量の液体が、圧力調整器自体に取り込まれる。それによって、測定結果が影響を受けない。なぜなら、圧力リザーバに捕集された液量が既に流れセンサを通過しているからである。

許容されない圧力上昇による危険に対してシステムを保護するために、本発明の他の特徴によれば好ましくは、圧力調整器に案内可能な最大容積を上回った後で更に、圧力上昇を生じる液量が排出される。

冒頭に述べた圧力調整器は、上記課題を解決するために、本発明に従い、液体のための受け入れ容積を有することを特徴とする。必要な圧力調整器は装置の設計を簡単にし、既存の装置への後付けが簡単であると同時に、補償容器として使用される。流れセンサの前方に補償容積を有する圧力調整器を配置したことにより、一時的に戻された液量または温度膨張によって増大した液量が流れ測定のために考慮される。

構造的に簡単にし、圧力調整器の機能に悪影響を与えないようにするために、圧力調整器が大きく撓ませることができる皿形ダイヤフラムを備えていることによって、圧力調整器内に補償容積が形成可能である。

勿論、受け入れ容積が弾性的な要素、特に圧縮ばねによって付勢されていると有利である。皿形ダイヤフラムの場合、圧力が小さくなるかあるいは容積が小さくなるかまたは消費部によって吸引されて移動するや否や、圧力調整器のばねは同時に補償容積を空にする。

本発明の実施形では、受け入れ容積が圧力を調節可能な圧縮空気によって付勢されている。この実施形の場合、大きな撓みの際のばね定数の変化の作用が回避される。

本発明の他の特徴によれば、圧力調整器の封止要素の下流に、安全弁が設けられている。それによって、普通運転時に制御可能な圧力上昇または容積増大を超える条件の場合でも、許容されないかまたは危険な値はシステム内に発生することができない。

この圧力調整器の有利な実施形に従って、安全弁が受け入れ容積と同じ圧力の圧縮空気によって閉鎖方向に付勢されていると、自動調和が行われる、すなわち設定されたシステム圧力に対する安全弁の普通のごとく制御可能な容積変化の範囲で、弁が確実に閉鎖保持される。

安全弁の開放を簡単に、確実にそして自動的に達成するために、本発明の有利な実施形では、安全弁に対する圧縮空気接続部が、皿形ダイヤフラムに連結されたシール要素によって遮断可能である。

好ましくて有利な用途は、液体、特に燃料の動的な消費を連続的に測定するための本発明による装置における上記種類の圧力調整器である。

次に、実施の形態に基づいてかつ図を参照して、本発明を詳しく説明する。

管路Ａと、好ましくは電磁操作可能な充填弁１とを経て、液体すなわち燃料がタンク２すなわちリザーバに供給される。タンク２はフロートスイッチまたは溢流口３と、充填レベルセンサ４と、好ましくは手動操作可能なドレンコック５を備えている。

燃料は好ましくは制御可能である燃料ポンプ６によって、タンク２から管路Ｂを経て、連続的に作動する流れセンサ７、好ましくはコリオリセンサに供給される。その後で、燃料は管路Ｂに設けられ好ましくは電気空気圧操作可能である遮断弁８を経て排出個所に達する。この排出個所には、消費部としてのエンジン（図示していない）が接続され、この排出個所で燃料が一定の設定圧力で供される。

遮断弁８の後には圧力調整器９が配置されている。この圧力調整器は、調節可能な設定値に相応して、流れセンサ７の後方の管路Ｂ内の圧力、すなわち消費部への排出圧力を調整する。特に図３を参照して後述するように、圧力調整器９は、管路Ｂを経て消費部から戻る或る量の液体を収容することができるかまたは液体の熱膨張によってシステム内で容積を増大した液体を収容することができる。

圧力調整器９とタンク２の間に他の管路１０が設けられていると有利である。この管路１０は圧力調整器９に場合によって設けられる安全弁から延設され、圧力調整器９によって取り込むことが可能な液量を超える分の液量を、タンク２に確実に戻す。

圧力調整器９と消費部への排出個所との間で管路Ｂから他の管路１１が分岐し、電気空気圧で切換え可能なエア抜き／バイパス弁１２を経て同様にタンク２に案内されている。それによって、弁１２を切換えると、装置内部のエア抜き運転が行われる。場合によって設けられる消費部の戻し管路とタンクを直接接続する他の燃料戻し管路Ｅは、消費部に至るまでの燃料管路のエア抜きを可能にする。

上記のような装置で従来使用されていた従来の圧力調整器が図２に断面図で示してある。ケーシング下側部分２１とケーシング上側部分２２の間にはダイヤフラム２３が挟持されている。このダイフラムは開放方向において突棒２４を介して弁要素２５に作用する。この弁要素は閉鎖ばね２６によって付勢されている。ダイヤフラム２３には補強板２７が載り、この補強板２７と調節可能な受け２８との間にばね２９が挟持されている。このばね２９は調節ボルト３０によって所望な押圧力を生じることができる。圧力調整器の出口３２の液体圧力は穴３３を通って、ばね２９と反対側からダイヤフラム２３に作用する。すなわち、出口３２の液体圧力がばね力よりも大きくなると、ダイヤフラム２３は突棒２４から持上げられて離れ、弁要素２５は閉鎖ばね２６によって閉鎖位置にもたらされる。これに対して、圧力が低下すると、ばね２９はダイヤフラム２３を下側に押す。それによって、弁要素２５は突棒２４を介して弁座から離れる。それによって、圧力調整器の入口３４と出口３２が接続されるので、液体が補充され、そしてダイヤフラム２３がばね２９の力に抗して上側に押されて弁要素２５が再び閉鎖位置に達するまで、出口側の圧力が再び上昇する。

しかし、弁要素２５の閉鎖時に圧力調整器の出口３２の圧力が大きく上昇するかまたは液体が出口３２を通って圧力調整器に押し戻される場合、ダイヤフラム２３が少しだけ後退して、圧力が更に上昇するか、さもなければシステムに付加的に組み込まれた装置によって液体を収容しなければならない。

図３に示した本発明による圧力調整器９の場合にも、ダイヤフラム４０がケーシング下側部分４１とケーシング上側部分４２の間に挟持されている。このダイヤフラム４０は好ましくは皿形（凹形）ダイヤフラムである。この皿形ダイヤフラムは平らなダイヤフラムと比べて非常に大きく撓むことができ、特にダイヤフラム４０に連結されたシール要素４３がケーシング上側部分４２の表面に当接するまで撓むことができる。シール要素４３のシール面４４は好ましくは２個の補強板４５の上側の補強板に取付けられている。皿形ダイヤフラム４０のこの撓みによって、かなりの液量が圧力調整器９のケーシング内に取り込むことが可能である。この液量は出口４６と穴４７を経てダイヤフラム４０の下方に押し戻される。

普通の運転時には、本発明による圧力調整器９は上記の従来の圧力調整器のように作動する。この場合、入口４８と出口４６の接続は、圧力調整器９の出口４６の圧力に依存して弁要素４９によって制御される。上述のように、弁要素４９は閉鎖ばね５０によって閉鎖方向に付勢され、そして出口４６の圧力がダイヤフラム４０に上側から作用する力によって定められた値よりも低下するときに、突棒５１を介してダイヤフラム４０によって開放位置にもたらされる。ダイヤフラム４０に作用すこの力は、従来の圧力調整器の場合のように、調節ばねによって加えられる。しかし、この力が撓みに依存しないで圧縮空気によって加えられると有利である。この圧縮空気は好ましくは、ケーシング上側部分４２の穴５２から連続的に流入し、穴５３から再び流出する。

皿形ダイヤフラム４０の撓みを超える、圧力調整器９の出口側の容積増大または圧力上昇に確実に対処できるようにするために、安全弁５４が出口側に設けられている。この安全弁の弁要素５５は閉鎖ばね５６によって付勢され、普通の運転では圧力調整器の出口４６から延びる圧力逃がし通路５７を閉鎖する。出口側で生じるすべての圧力の場合にこの閉鎖位置を保持するために、図３に示した実施の形態の場合には、ケーシング上側部分の穴５３から流出する圧縮空気が安全弁５４の流入穴５８に案内される。ダイヤフラム４０を付勢する圧縮空気の圧力レベルよりも高い圧力はすべて自動的に安全弁５４に伝えられる。この圧力レベルは閉鎖ばね５６の力に付加して閉鎖要素５５に作用する。

皿形ダイヤフラムの撓みによって設定された補償容積が完全に充填されると、完全に撓む際に、シール面４４は穴５３の内面に封止的に接触し、ケーシング上側部分４２から安全弁５４への圧縮空気の流出を阻止する。それによって、安全弁の閉鎖要素５５は閉鎖ばね５６だけによって付勢され、圧力調整器９の出口の圧力が閉鎖ばねによって定められた最高圧力に達するや否や、安全弁が開放する。圧力逃がし通路５７が図１に示した管路１０によって装置のタンク２に接続されていると有利である。

燃料消費を連続的に測定するための装置を概略的に示す図である。 技術水準による圧力調整器の断面図である。 本発明による圧力調整器の断面図である。

符号の説明

２ タンク
６ ポンプ
７ コリオリセンサ
９ 圧力調整器
４０ ダイヤフラム
４１，４２ ケーシング
４３，４４ シール要素
４９，５０ 弁装置
５４ 安全弁

Claims (4)

1. ケーシング（４１，４２）が調節すべき圧力に抗して可変の力で付勢可能な要素（４０）を内蔵し、この要素（４０）が同様にケーシング（４１，４２）内に配置された、弁要素（４９）と閉鎖ばね（５０）から成る液体のための弁装置（４９，５０）に連結されている、液体用の圧力調整器（９）において、
   圧力調整器（９）が、要素（４０）を撓ませて、その内側に弁装置（４９，５０）の閉鎖時に圧力調整器（９）の出口（４６）に流入する液体を取り込むための容積であって、弁装置（４９，５０）を動かして開放するのに必要な液体の容積を上回る容積を設けることと、
   圧力調整器（９）の要素（４０）が、当該の圧力調整機能を上回る大きな撓む能力を持つダイヤフラムとして実現されていることと、
   圧力調整器（９）の弁要素（４９）の下流に、安全弁（５４）が設けられていることと、
   安全弁（５４）が受け入れ容積と同じ圧力の圧縮空気によって閉鎖方向に付勢されていることと、
   安全弁（５４）への圧縮空気供給部が、ダイヤフラム（４０）に連結されたシール要素（４３，４４）によって遮断することが可能な部分を有することと、
   を特徴とする圧力調整器。
2. 当該の取り込まれた容積の少なくとも一方の境界が弾性的な要素によって付勢されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧力調整器。
3. 当該の取り込まれた容積の少なくとも一方の境界が圧力を調節可能な圧縮空気によって付勢されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧力調整器。
4. タンク（２）と、ポンプ（６）と、連続的に作動する液体用流れセンサ（７）と、この流れセンサ（７）と液体消費部の間に配置された圧力調整器（９）とを備えている、動的な液体消費を連続的に測定するための装置において、
   圧力調整器（９）が請求項１〜３のいずれか一つに従って形成されていることを特徴とする装置。

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