KR101676943B1 - 동적 연료 소비량 측정을 위한 장치의 기능 시험 방법 - Google Patents

Abstract

동적 연료 소비량 측정을 위한 장치의 기능 시험을 위해, 임의의 경우 조절된 연료 흐름에 대해 제공된 시스템 펌프(6)의 상이한 주파수들에서의 적어도 2개의 기준 흐름이 연속적인 동작을 통해 만들어지고, 획득된 기준 측정 값들로부터 결정된 기울기가 시스템 펌프(6)의 특성 곡선의 알려진 기울기와 비교된다.

Description

동적 연료 소비량 측정을 위한 장치의 기능 시험 방법{METHOD FOR FUNCTIONAL TESTING OF ARRANGEMENT FOR DYNAMIC FUEL CONSUMPTION MEASUREMENT}

본 발명은 동적 연료 소비량 측정을 위한 장치의 기능 시험 방법과 관련되며, 이때, 동적 연료 소비량의 실제 측정용으로 제공되는 유량 센서(flow sensor)에서 특정 기준 유량 시의 기준 측정 값이 기록되어, 기대 측정 값에 비교된다.

구체적으로, 내연 기관과 관련된 연구와 개발을 위해, 연료 소비량(fuel consumption) - 내연 기관의 연소 챔버로 실제로 도입되는 시간 단위당 연료 질량 - 을 실시간으로 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 시험 벤치에서 또는 각각의 적용 경우에서, 일반적으로 내연 기관은 탱크로부터 액체 연료, 가령, 가솔린 또는 디젤유를 공급받는데, 이때 상기 탱크로부터 연료가 중력에 의해 또는 연료 펌프의 도움으로, 연료 공급량(fuel inflow)을 측정하는 소비량 센서로 공급될 수 있고, 또한 조정 유닛(conditioning unit)으로도 공급될 수 있는데, 상기 조정 유닛에서, 펌프에 의해 그리고 선택사항으로서 압력 조절기(pressure regulator)에 의해 필요한 연료 압력 증가 또는 감소가 설정되고, 열 교환기에 의해, 무엇보다 지정 연료 온도가 설정된다. 물론, 가장 핵심적인 구성요소는 동적 연료 소비량의 실제 측정을 위해 제공되는 유량 센서이며, 이러한 이유로 유량 센서가 올바르게 작동하는지가 적어도 종종 체크되어야 한다. 이를 위해, 일반적으로 알려진 및/또는 제어 가능한 유량 속도를 갖는 기준 유량이 제공되며, 실제 측정 값과 비교될 수 있다.

앞서 기재된 기준 유량의 제공에 의해, 유량 센서의 절대 교정도 가능하지만, 이는 광범위하며 따라서 고 비용의 제반설비를 필요로 하고 전체 장치의 신속한 기능 시험에 적합하지 않거나 이를 지연시키는 추가 방법 단계들을 필요로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 앞서 언급된 유형의 방법을 개선하여, 유량 센서의 절대 교정을 위한 긴 시간이 필요한 광범위한 제반설비 및 추가 변경 없이, 연료 측정 장치의 각 사용 개시시에도, 신속한 기능 시험이 수행될 수 있게 하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라 조절된 연료 유량을 위해 장치에 제공된 시스템 펌프를 상이한 주파수로 연속 동작시킴으로써 적어도 2개의 기준 유량을 생성하고, 상이한 기준 측정 값들로부터 결정된 기울기(gradient)를 시스템 펌프의 특성 곡선의 알려진 기울기와 비교함으로써 달성된다. 따라서 연료 소비량 측정 장치에 어떠한 추가 설비나 개조도 요구되지 않는다(시스템 펌프의 특성 곡선 및 펌프의 주파수 또는 속도에 대한 유량의 종속관계를 정의하는 상기 시스템 펌프의 특성 곡선의 기울기는 제조업자의 데이터 시트로부터 알 수 있거나 적절한 순차 측정치에서 사전에 쉽게 결정될 수 있다).

시스템 펌프의 특성 곡선의 기울기는 시스템 압력에 종속적이지 않고 전달 매질에도 종속적이지 않기 때문에, 유량 센서의 이러한 단순한 기능 시험을 위해, 어떠한 동작 조건(압력, 매질 등)도 고려할 필요 없이, 2개의 기준 측정 값 간 차이가 시스템 펌프의 특성 곡선의 알려진 기울기에 직접 비교될 수 있다. 기준 측정 값의 결정 동안, 편의상 시스템 펌프의 전체 전달량이 유량 센서를 통과하도록 우회되며, 반면에 일상 동작 동안(동적 연료 소비량 측정 동안), 시험 표본의 소비량만 유량 센서를 통과한다. 이러한 우회는 자동으로 또는 수동으로, 예컨대, 3-방향 밸브 또는 2-방향 밸브를 이용해, 수행될 수 있으며, 이는 추가 부담을 거의 발생시키지 않는다.

본 발명에 따르는 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 시스템 압력을 체크 및 유지하기 위해 장치의 유출구 측 상에 제공되는 압력 센서를 통해, 복수의, 바람직하게는 3개의 펌프 주파수/기준 유량에서의 복수의, 바람직하게는 3개의 압력이 기록되고, 이들 펌프 주파수/기준 흐름에 대해 예상되는 압력 값들에 비교되는 것이 가능하다. 따라서 본 발명에 따르는 방법에 의해 유량 센서의 기능을 시험할 뿐 아니라 시스템 펌프의 기능도 시험하는 것이 가능하다. 적절하게 작동할 때, 시스템 펌프는 지정 펌프 주파수 및 대응하는 기준 유량에 대한 지정 압력을 유출구 측에 전달한다. 시스템 압력의 체크 및 유지에 대해 기재된 바와 같이 제공된 기존 압력 센서가 복수의, 예를 들어 3개의 서로 다른 펌프 주파수에 대한 유출구 압력을 측정하도록 사용되는 경우, 연관된 3개의 측정 압력의 표준 편차로부터 펌프의 올바른 기능이 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 주로 온도 조절을 위해 배치된 조정 유닛(conditioning unit)의 출력 측에 배치된 온도 센서에 의해, 복수의, 바람직하게는 3개의 상이한 펌프 주파수/기준 유량 시의 복수의, 바람직하게는 3개의 온도를 측정하여, 이들의 평균치의 편차를 조정 유닛의 올바른 기능에 관한 정보로서 사용한다. 앞서 기재된 바와 같이, 조정 유닛은, 다른 것들 외에, 연료의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하며, 이는 유효한 측정 값을 위해 필수이다. 전술한 방법으로 3개의 서로 다른 유량(펌프 주파수)에 대한 온도 안정성이 매우 용이하게 결정될 수 있다. 이를 위해, 온도는 지정 펌프 주파수의 설정 후 지정 대기 시간 후에 측정되며(이때 온도의 평균값에 대한 최대 편차가 특정 범위 내에 있어야 함), 모든 3개의 기준 유량(펌프 주파수)에 대하 그렇다면, 온도 조정은 올바르게 기능하고 있다고 추측될 수 있다.

간결성을 위해, 펌프 기능 및 온도 조정의 작동을 체크하기 위한 압력 및 온도 측정이 동일한 펌프 주파수/기준 흐름에서 수행될 수 있으나, 이는 필수는 아니다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 동적 연료 소비량 측정을 위한 예시적 장치의 개략적 표현을 도시한다.
도 2는 도 1에 따르는 장치에서 본 발명에 따르는 방법을 실시하기 위한 흐름도를 도시한다.

도 1에 따르는 장치의 일반적인 기능:

연료는 빌딩 서비스로부터 연료 흡입구(fuel intake) A를 통해 연료 측정 시스템으로 전달되고 그 후 연결 B를 통해 내연 기관(도면상 도시되지 않음)으로 전달된다. 입력 회로 펌프(1)가 주파수 변환기(10)에서 설정된 주파수로 회전하고, 따라서 압력 조절기(pressure regulator)(2)에서 설정되며 유량 센서(3)의 작동을 위해 필요한 주 압력(primary pressure)을 생성한다. 압력 조절기(4)는 측정 시스템이 복귀 흐름으로 내연 기관(도면상 도시되지 않음) 상에서 사용 중인 경우 이른바 복귀 압력(return pressure)을 설정한다. 시스템 펌프(6)(여기서 측정 회로 펌프)는 주파수 변환기(11)에 의해 설정된 주파수로 회전하여, 바이패스 압력 조절기(9)에 의해 설정된 압력을 생성할 수 있다. 이 압력은 압력 센서(7)에서 측정될 수 있다. 일반적으로 조정 유닛(13)은 연료를 지정 온도로 조정하기 위해 사용된다. 온도 센서(8)에서 유출구 온도(outlet temperature)가 측정될 수 있다.

계기 제어기(12)에서, 기능 체크 동안 측정된 값들이 수집되고 추가로 계산된다. 일반적으로 퍼지 밸브(purge valve)(5)가 입력 회로와 측정 회로 간 연결을 확립하고 기포 분리기(간결성을 위해 도면상 도시되지 않음)에 의해 기체 시스템에서 기포를 제거하도록 기능한다. 일상 동작 중에, 상기 밸브는 도면에 도시된 바와 같이 스위칭된다.

도 2의 기능 체크 동안의 도 1에 따르는 장치의 기능:

대기(STANDBY) 상태에서(펌프(1 및 6) 모두 구동 중), 유량 센서(3)가 측정 준비가 되며 조정 유닛(13)은 (온도 센서(8)에서 측정된) 특정 온도를 설정한다. 명령어(이 경우, SFCN)를 통해, 기능 시험이 시작된다.

이제 측정 회로 펌프(시스템 펌프(6))가 주파수 변환기(11)에 의해 지정된 주파수 F1까지 구동된다. 그 후 퍼지 밸브(5)가 개방되는데, 즉, 시스템 펌프(6)에 의해 전달되는 순환량이 더는 회로에서 흐르지 않고 입력 회로 펌프(1)를 통하도록 경로 설정되며 따라서 유량 센서(3)에서 측정될 수 있다. 그 후 시스템에게 안정화할 시간을 주기 위해 T1초의 대기 시간이 뒤 따른다. 그 후 유량 센서(3)에서 유량 값 V1이 단위 l/h로 측정되고 T2초에 걸쳐 평균내어진다. 그 후 시스템 펌프(6)가 주파수 변환기(11)에 의해 지정된 주파수 F2로 구동된다. T1 동안 또 다시 멈춘다. 제 2 유량 값 V2가 유량 센서(3)에 의해 l/h로 측정되고 T2초에 걸쳐 평균내어진다. 그 후 퍼지 밸브(5)가 다시 폐쇄된다(정상 동작).

이제 2개의 유량 값 V1과 V2로부터, 기울기 M이 도 2에 도시된 바와 같이 계산된다. 이 기울기는 시스템 펌프(6)의 기준 값 D와 비교된다.

차이의 크기가 지정 임계치 S보다 작은 경우, 센서 시험에 통과된 것으로 간주된다.

그 후 시스템 펌프가 주파수 F3으로 구동되고 T1 동안 멈춘다. 그 후 압력 센서(7)에서의 압력 P1이 T2 동안 측정되고 평균내어지며, 상기 T2초가 끝날 때 온도 안정도(temperature stability)(K1)가 결정된다.

온도 안정도를 결정하기 위한 다양한 방안이 존재한다. 본 발명에 따르면, 슬라이딩 윈도가 사용되며, 전체 윈도에 걸쳐 온도의 평균 값으로부터의 최대 편차가 계산된다. 여기서 표준 값은: 마지막 10초의 평균 값으로부터의 마지막 10초 내 최대 온도 편차가 0.1℃ 미만인 경우, 온도 조절이 안정한 것 또는 설정된 것으로 간주된다. 계기 제어기(12)에 의해 온도 센서(8)에서의 유출구 온도를 기초로 하여 온도 안정도의 체크가 지속적으로 수행된다.

압력 및 온도 안정도를 결정하기 위한 이 절차는 펌프 주파수 F4에서 온도 안정도 K2 및 압력 P2를 구하기 위해 그리고 펌프 주파수 F5에서 온도 안정도 K3 및 압력 P3을 구하기 위해 다시 2회 반복된다.

그 후 계기 제어기(12)에서 측정이 평가된다.

모든 3개의 온도 안정도 값 K1, K2 및 K3 = 1인 경우, 온도 조절이 적절하게 기능하는 것으로 간주된다. 평균 압력 P1, P2 및 P3의 표준 편차가 파라미터화 가능한 임계 값(parameterizable threshold value) P_lim 미만인 경우, 압력 조절은 적절하게 기능하고 있다고 간주된다.

측정 회로 펌프(6)를 이용하는 대신, 어느 경우에서도 시스템에 제공되는 또 다른 펌프, 가령, 본 발명에 따르는 기능 시험을 위해 입력 회로 펌프(1)를 기재된 방식으로 이용하는 것이 또한 가능하며, 이는 단지 도 1에 따르는 장치에서 상이한 스위칭 가능성만 필요로 한다.

Claims (4)

1. 동적 연료 소비량의 실제 측정을 위해 제공된 유량 센서(3)에서 소정의 기준 유량의 기준 측정값이 기록되고 기대 측정값에 비교되는, 동적 연료 소비량 측정 장치의 기능 시험 방법으로서,
   연료 유량 조절을 위해 장치에 제공된 시스템 펌프(6)의 전체 전달량이 유량 센서(3)를 통하도록 우회되면서, 상기 시스템 펌프(6)를 상이한 주파수로 연속 동작시킴으로써 적어도 2개의 기준 유량 값을 생성하고, 상이한 2개의 기준 유량 값으로부터 결정된 기울기가 시스템 펌프(6)의 특성 곡선의 알려진 기울기에 비교되는, 기능 시험 방법.
2. 제1항에 있어서, 시스템 압력을 체크 및 유지하기 위해 장치의 유출구 측에 제공되는 압력 센서(7)를 통해, 복수의 상이한 펌프 주파수에서 복수의 상이한 압력 값이 측정되고, 상기 복수의 상이한 펌프 주파수에서의 기대 압력 값들에 비교되는, 기능 시험 방법.
3. 제2항에 있어서, 온도 조정을 위해 배치된 조정 유닛(13)의 유출구 측에 제공되는 온도 센서(8)를 통해, 복수의 상이한 펌프 주파수에서 복수의 상이한 온도 값이 측정되고, 상기 복수의 온도 값의 평균에 대한 편차를 조정 유닛의 올바른 동작에 대한 정보로서 사용하는, 기능 시험 방법.
4. 제3항에 있어서, 압력 측정과 온도 측정이 동일한 펌프 주파수 또는 기준 유량에서 수행되는, 기능 시험 방법.

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