KR101943773B1 - 연료 소모량 측정 시스템 및 내연기관의 연료 소모량 측정 방법 - Google Patents

연료 소모량 측정 시스템 및 내연기관의 연료 소모량 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 소모량 측정 시스템으로서, 연료 탱크(10)로부터 연료를 이송시킬 수 있는 제1 연료 펌프(12)를 컨슈머(16)에 유체적으로 연결시킬 수 있는 연료 공급 라인(14), 연료 공급 라인(14)에 배치되는 연료 소모량 측정 장치(28), 컨슈머(16)에서 분기되며 연료 소모량 측정 장치(28)와 컨슈머(16) 사이의 연료 공급 라인(14)으로 이어지는 제1 연료 귀환 라인(26), 제1 연료 펌프(12)와 연료 소모량 측정 장치(28) 사이의 연료 공급 라인(14)에서 분기되며 연료 탱크(10)로 이어지는 제2 연료 귀환 라인(50), 및 제2 연료 귀환 라인(50)으로부터의 연료가 제1 연료 귀환 라인(26)의 연료로부터 열을 얻는 열교환기(52)를 갖는 연료 소모량 측정 시스템에 관한 것이다. 연료 귀환 라인들(26, 50)에는 제1 연료 귀환 라인(26)과 연료 공급 라인(14)의 접속점(53)에서 그리고 연료 공급 라인(58)으로부터 제2 연료 귀환 라인(50)으로의 분기점(58)에서 동일한 체적 유량을 설정하기 위한 수단들(54, 56, 62)이 배치된다.

Description

연료 소모량 측정 시스템 및 내연기관의 연료 소모량 측정 방법 {FUEL CONSUMPTION-MEASURING SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING THE FUEL CONSUMPTION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 연료 소모량 측정 시스템(fuel consumption-measuring system)으로서, 상기 연료 소모량 측정 시스템은 연료 탱크로부터 연료를 이송시킬 수 있는 제1 연료 펌프를 컨슈머(consumer)에 유체적으로(fluidly) 연결시킬 수 있는 연료 공급 라인, 상기 연료 공급 라인에 배치되는 연료 소모량 측정 장치, 컨슈머에서 분기되며 연료 소모량 측정 장치와 컨슈머 사이의 연료 공급 라인으로 이어지는 제1 연료 귀환 라인(return line), 제1 연료 펌프와 연료 소모량 측정 장치 사이의 연료 공급 라인에서 분기되며 연료 탱크로 이어지는 제2 연료 귀환 라인, 제2 연료 귀환 라인으로부터의 연료가 제1 연료 귀환 라인의 연료로부터 열을 얻는 열교환기를 갖는 연료 소모량 측정 시스템에 관한 것이며, 또한 이러한 연료 소모량 측정 시스템에 의한 내연기관의 연료 소모량 측정 방법으로서 연료가 제1 연료 펌프에 의해 탱크로부터 컨슈머로 공급되며, 연료 소모량 측정 장치가 공급된 연료의 체적 유량을 측정하는 연료 소모량 측정 방법에 관한 것이다.
이러한 시스템은 전형적으로 연료 유량의 실제 측정을 수행하는 모듈로 구성되며, 연료 재순환을 갖는 측정 시스템들의 경우, 추가적으로 이를 통해 엔진으로부터 재순환된 연료가 유량 측정 장치의 하류에 있는 위치에서 공급 라인으로 재순환되는 것이 설정되는 조절 모듈로 구성된다. 연료 소모량 측정 장치는 특히 DE-AS 1 798 060 에 기재된 바와 같은 유량계(flow meter)로 구성된다. 이것은 입구 및 출구를 갖는 전자적으로 제어되는 유량 측정 장치이며, 입구와 출구 사이에는 기어 펌프 형태의 회전식 디스플레이서(rotary displacer)가 측정 챔버 내에 배치되며 또한 디스플레이서에 평행하게 일렬로 제공되는 피스톤이 측정 챔버 내에 배치된다. 유동 체적의 측정을 위해, 피스톤의 변위가 광센서에 의해 측정 챔버에서 측정된다. 기어 펌프의 회전 속도는 이 신호를 기초로 계속해서 재조정되어, 가능하다면, 피스톤은 항상 그 초기 위치로 귀환된다. 인코더에 의해 측정되는 기어 펌프의 회전수 또는 부분 회전, 및 일 회전 동안 기어 펌프의 공지된 이송 체적으로부터, 소정의 시간 간격에서의 유량이 계산된다. 엔진으로부터 귀환 유량은 이러한 시스템들로는 측정될 수 없다.
조절 수단을 갖는 연료 소모량 측정을 위한 이들 시스템들은 복수의 분사 밸브들을 갖는 커먼레일 시스템(common rail system)의 고압 연료 펌프의 상류에 배치된다. 이들은 폐쇄회로(closed circuit)들이다. 대안으로, 탱크로의 귀환 라인을 제공하며 이것에 제2 유량계를 배치하여 상기 2개의 유량계들 사이의 차이로부터 연료 소모량을 계산할 수 있는 것을 기본적으로 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 시스템들은, 어떤 경우에는 연료 소모량의 열 배 그리고 극단적인 경우 백 배까지 일 수 있는 매우 큰 체적으로 인해, 충분히 정확한 결과들을 제공하지 못한다는 사실이 발견되었다.
이러한 이유로 예를 들면 DE 197 81 795 T1에 개시된 바와 같은 연료 소모량 측정을 위한 시스템들이 공지되었다. 여기서 기술된 시스템은 단지 탱크로부터 컨슈머로 연결되는 공급 라인에 배치되는 하나의 유량계를 포함한다. 라인이 유량계의 상류에서 분기되며, 이것은 탱크로 다시 연결되며 압력 조절 릴리프 밸브가 배치되어 이를 통해 공급 라인 내의 압력이 조절될 수 있다. 제1 귀환 라인은 컨슈머의 바로 상류에서 분기되며 유량계의 하류에서 공급 라인으로 이어진다. 양 귀환 라인들은 열교환기에서 결합되어 제1 귀환 라인으로부터의 더 따뜻한 연료가 제2 귀환 라인으로부터의 더 차가운 연료에 의해 냉각되어, 제1 귀환 라인에서 공급된 연료의 온도가 공급 라인의 연료의 온도와 대략 일치한다. 제1 귀환 라인의 시작 부분(opening)의 상류 및 유량계의 하류에서, 감압 장치가 공급 라인에 추가적으로 제공된다. 또 다른 공급 펌프가 제1 귀환 라인의 시작 부분의 하류에 배치된다. 제1 재순환 회로 및 제2 재순환 회로 내의 온도뿐만 아니라 연료 압력도 대체로 동일하게 유지될 수 있기 때문에, 유량계는 우수한 정확성으로 연료 소모량을 측정한다.
유사한 해법들이 EP 0122105 A1 및 WO 2005/005935 A1에 제시된다.
그러나, 귀환 연료 유량이 공급 연료 유량보다 더 큰 작동 상태에서 문제가 발생한다. 이러한 상태는, 예를 들면, 디젤 엔진이 시동되거나 또는 풀 로드(full load)로부터 아이들 런닝(idle running)으로의 전이 동안 발생할 수 있다. 공급 라인 내에 배치된 감압 장치는 탱크를 향한 귀환 흐름을 막으며 이에 의해 귀환 라인 내에서 바람직하지 못한 압력 상승이 야기된다. 이것은 내연기관의 성능에 영향을 미치며 심지어는 집합체에 대한 손상을 야기할 수도 있다.
또한, 현대 내연기관의 경우, 에너지를 절감하기 위하여, 공급 체적이 예상되는 연료 소모량에 맞춰지는 펌프 조절을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 펌프의 조절은 공급 라인 내의 압력 변화를 야기시키며, 압력 조절 밸브들은 측정 동안 공급 라인 및 귀환 라인 내의 일정한 압력을 동시에 형성하려고 한다. 이것은 내연기관에 대한 영향으로 이어지며, 이것은 내연기관의 압력 조절을 갖는 중첩을 야기할 수 있으며, 이것은 엔진 관리의 오류로 이어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이들 문제점들이 해결될 수 있는 연료 소모량 측정 시스템 및 내연기관의 연료 소모량 측정 방법을 제공하는 것이다. 따라서, 시스템 내의 압력을 일정하게 유지시킬 필요가 없이 정확한 소모량 측정을 수행하는 것이 가능해야 한다. 또한 유량계를 통한 귀한 흐름이 가능하도록 의도된다.
상기 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 연료 소모량 측정 시스템 및 청구항 제12항의 특징들을 갖는 내연기관의 연료 소모량을 측정하는 방법에 의해 달성된다.
연료 소모량 측정 시스템과 관련하여, 동일한 체적 유량이 연료 공급 라인으로의 제1 연료 귀환 라인의 시작부(opening)와 연료 공급 라인으로부터 제2 연료 귀환 라인으로의 분기(branch)에서 동일한 체적 유량이 조절될 수 있는 수단들이 제1 연료 귀환 라인과 제2 연료 귀환 라인에 배치된다.
연료 소모량 측정 방법과 관련하여, 연료 소모량의 측정 동안, 연료가 컨슈머로부터 컨슈머와 연료 소모량 측정 장치 사이의 공급 라인으로 다시 흐르는 제1 연료 귀환 라인 내의 그리고 연료가 공급 라인으로부터 탱크로 다시 이송되는 제2 연료 귀환 라인 내의 체적 유량은 동일한 측정값으로 조절된다. 따라서, 시스템이 연료 공급과 엔진 사이의 상호 작용, 특히 내연기관의 성능 및 조절에 더 이상 영향을 미치지 않는 것이 달성된다. 이것은 마치 측정 시스템이 사용되지 않는 것처럼 동일한 조건들 하에서 측정이 내연기관에서 수행되는 것을 의미한다. 따라서, 펌프의 조절에 의해 야기되는 압력 변화들은 측정 시스템에 의한 조절로 중첩되지 않는다. 유량계를 통한 귀환 흐름이 또한 가능하며 검출될 수 있다. 후속하는 조절 유닛이 유량계의 하류에서 요구되지 않기 때문에, 이것은 컨슈머 가까이에 배치될 수 있으며 따라서 외부 하이드로릭 볼륨이 감소되며, 이에 의해 측정 결과들이 또한 개선된다.
바람직하게는, 유량계는 연료 공급 라인으로부터 제2 연료 귀환 라인으로 그리고 제1 연료 귀환 라인으로부터 연료 공급 라인으로 동일한 체적 유량을 형성하기 위한 수단으로서 제2 연료 귀환 라인에 그리고 제1 연료 귀환 라인에 각각 배치되며, 양 유량계들은 체적 유량 조절 유닛에 전기적으로 연결된다. 이들 2개의 유량계들에 의해 양 귀환 라인들 내의 체적 유량들이 동일한 값으로 설정되었는지 여부가 검사될 수 있으며, 이에 의해 연료 측정이 실제 현재의 연료 소모량에 영향을 주지 않는다는 것이 보장된다.
또한, 조절 밸브는 연료 귀환 라인들 내에 동일한 체적 유량들을 형성하기 위한 수단들로서 제2 연료 귀환 라인에 배치되며, 밸브는 유량계들에 연결되는 체적 유량 조절 유닛을 통해 제어 가능하다. 방법은 제1 연료 귀환 라인 내의 연료의 체적 유량이 제1 유량 센서에 의해 측정되며 제2 연료 귀환 라인 내의 체적 유량이 제2 유량 센서에 의해 측정되며, 제2 연료 귀환 라인 내의 조절 밸브는 체적 유량 조절 유닛에 의해 조절되어 제2 연료 귀환 라인 내의 체적 유량이 제1 연료 귀환 라인 내의 체적 유량과 동일한 값으로 조절되는 것을 제공한다. 이것은, 유량계들의 측정값들에 의존하여, 조절 밸브가 제2 귀환 라인 내의 체적 유량을 제1 귀환 라인에서와 같은 값으로 조절하여 공급 라인으로 안내되는 체적 유량과 공급 라인에서 취출되는 체적 유량 사이의 균형이 간단한 수단에 의해 달성되는 것을 의미한다. 따라서, 유량 측정 장치에서 실제 연료 소모량이 측정된다. 이러한 조절 모듈은 제조가 간단하다.
또한, 제2 연료 펌프는 유리하게는 제1 연료 귀환 라인에 배치된다. 이를 통해, 제1 귀환 라인 내의 압력은 측정 시스템 없이 수득되는 값들에 상응하는 값들로 조절될 수 있다.
여기서, 제2 연료 펌프는 바람직하게는 압력 조절 유닛에 전기적으로 연결되며 이것은 열교환기의 상류에서 제1 연료 귀환 라인에 배치된 압력 픽업(pressure pickup)에 전기적으로 연결된다. 상기 방법과 관련하여, 연료의 압력은 따라서 압력 픽업에 의해 제1 연료 귀환 라인에서 측정되며, 제1 연료 귀환 라인에는 일정한 압력이 우세하도록 열교환기 하류 그리고 제1 연료 귀환 라인의 시작부의 상류에 있는 제2 연료 펌프는 압력 조절 유닛을 통해 조절된다. 따라서 측정 동안 제1 귀환 라인 내에 우세한 압력은 측정 기간 밖에서의 제1 귀환 라인 내의 평균 압력으로 조절되며, 따라서, 측정 동안, 귀환 라인에는 일정한 압력이 항상 우세하며, 이에 의해 공급 라인 내의 압력 변화들은 중첩되지 않는다.
본 발명의 대안적인 실시형태에서, 제2 연료 펌프는 일정한 회전 속도로 작동되며 조절 밸브를 구비한 회로에 연결되며, 조절 밸브와 제1 유량계는 압력 조절 유닛에 연결된다. 특히 작은 유량의 경우, 이러한 설계는 압력 및 체적 유량 조절을 각각 분명히 단순화시킨다. 또한, 이러한 비-연속적으로 조절 가능한 펌프들은 상당히 낮은 비용으로 제조될 수 있다.
여기서, 유리하게는, 제2 연료 펌프는 열교환기 상류에 배치되며 조절 밸브는 열교환기 하류에서 연료 귀환 라인으로부터 분기되며 유량계의 하류 및 연료 펌프의 상류에서 연료 귀환 라인으로 이어지는 회로 라인에 배치된다. 연료의 압력은, 바람직하게는, 제1 연료 귀환 라인의 시작부의 영역에서 정압이 우세하도록 정속 제2 연료 펌프와 함께 회로 라인에 배치되는 조절 밸브를 통해, 그리고 압력 조절 유닛을 통해 제1 연료 귀환 라인에서 조절된다. 이 실시형태에서는 또한, 측정 동안 제1 귀환 라인의 시작부의 영역에서의 압력은 측정 시간 이외의 제1 귀환 라인에서의 평균 압력으로 조절되며 따라서 측정 동안 귀환 라인에는 항상 정압이 우세하며, 이에 의해 공급 라인 내의 압력 변화들은 중첩되지 않는다.
제1 유량계 및 제2 연료 펌프가 제1 연료 귀환 라인에서 열교환기 하류에 배치되며 제2 유량계 및 조절 밸브가 제2 연료 귀환 라인에서 열교환기 상류에 배치되는 것이 특히 유리하다. 따라서, 체적 유량을 조절하기 위한 수단들은 대략 동일한 온도들이 우세한 열교환기의 차가운 측에 배치되며, 이에 의해 조절에 대한 온도 영향은 상당히 감소된다.
대안적인 실시형태에서, 제2 유량계는 제2 연료 귀환 라인에서 열 교환기의 하류에 배치된다. 이 실시형태에서, 체적 유량들을 조절하기 위한 수단들은 둘다 열교환기의 따뜻한 측에 배치되며 따라서 이 경우 또한 단지 작은 온도 영향이 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 회전식 디스플레이서는 연료 소모량 측정 장치에 형성되며 측정 챔버는 회전식 디스플레이서를 우회하는 바이패스(우회) 라인에 형성되며, 바이패스 라인에 피스톤이 배치되며, 회전식 디스플레이서는 피스톤의 변위의 함수로서 구동되도록 구성된다. 이러한 유량계 매우 정밀하게 작동하며 짧은 시간 소모량 변화들도 정확하게 나타낸다.
소모량 측정과 내연기관의 정상 작동 사이에서 가능한 단순한 방식으로 전환시키기 위해, 그리고 구동 차량에서 인라인(inline)으로 시스템을 사용할 수 있기 위해, 바이패스 밸브가 제1 연료 귀환 라인에 배치되며, 이를 통해 제1 연료 귀환 라인으로부터 연료가 열교환기로 선택적으로 안내되거나 또는 조절 밸브를 통해 탱크로 다시 안내될 수 있다. 방법의 맥락에서 이것은, 측정 시간의 밖에서, 제1 연료 귀환 라인으로부터의 연료 흐름은 열교환기를 우회하는 동안 바이패스 밸브를 경유하여 바이패스 라인을 통해 탱크로 되돌아오는 것을 의미하며, 그리고 조절 밸브가 제2 연료 귀환 라인을 닫는 것을 의미한다.
연료 소모량 측정 방법의 바람직한 실시형태에서, 제1 연료 귀환 라인 내의 가열된 연료와 제2 연료 귀환 라인 내의 비가열 연료를 열교환기의 열교환 매체로서 기능하도록 함에 의해 제1 연료 귀환 라인 내의 연료의 온도는 연료 공급 라인으로의 시작부의 상류에서 탱크 내 연료의 온도 근처의 온도로 냉각된다. 따라서, 공급 라인을 떠나는 연료의 온도와 공급 라인으로 귀환하는 연료의 온도는 대략 동일한 값으로 조절되며 따라서 상이한 온도로 인한 질량 유량 차이가 발생하지 않는다. 또한, 공급 라인 내에서 또는 탱크 내에서 연료가 가열되는 것이 회피된다.
따라서, 시분해 유동 과정들이 높은 정확성으로 그리고 연속적으로 검출될 수 있는 연료 소모량 측정 시스템 및 연료 소모량을 측정하기 위한 방법이 제공된다. 유동의 진동이 발생하는 경우, 펌프의 불규칙한 공급 체적이 주어지는 경우, 또는 어쩌면 귀환 흐름을 야기하는 강한 맥동이 존재하는 경우에는, 유동 데이터 계산에서 오류가 또한 방지된다. 이 모든 것은 외부 데이터를 측정하거나 전송하기 위해 추가적인 센서들을 필요로 하지 않는다. 따라서, 시스템은 독립적으로 작동한다.
본 발명은 배경기술에서 언급된 문제점들을 해결할 수 있는 연료 소모량 측정 시스템 및 내연기관의 연료 소모량 측정 방법을 제공하며, 따라서, 시스템 내의 압력을 일정하게 유지시킬 필요가 없이 정확한 소모량 측정을 수행하는 것이 가능하며, 또한 유량계를 통한 귀한 흐름이 가능하다.
본 발명의 연료 소모량 측정 시스템 및 관련된 연료 소모량 측정 방법이 도면에 예시되며 도면을 참조로 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 연료 소모량 측정 시스템의 플로우 차트이다.
도 2는 유리하게는 연료 소모량 측정 시스템에서 사용되는 경우의 연료 소모량 측정 장치의 개략적인 도시이다.
도 3은 도 1과 비교하여 약간 변형된 본 발명의 연료 소모량 측정 시스템의 플로우 차트이다.
도 1에 도시된 연료 소모량 측정 시스템은 연료가 저장되는 탱크(10)로 구성된다. 제1 연료 펌프(12)는 연료를 탱크(10)로부터 제1 연료 공급 라인(14)으로 펌핑한다. 연료 공급 라인(14)은 컨슈머(consumer)(16)로 안내되며 본 실시형태에서 상기 컨슈머는 커먼레일 분사시스템(common rail injection system)을 갖는 내연기관(18)으로서 설계된다. 따라서, 연료 공급 라인(14)은 고압 펌프(20)로 안내되며 이를 통해 연료는 커먼레일 분배기관(common rail distributor pipe)(22) 내로 공급되며 압축된다. 분배기관(22)은 분사 밸브(24)와 유체 소통하며 분사 밸브를 통해 연료는 내연기관(18)의 연소 챔버 내로 분사된다.
전형적으로, 분사 밸브(24)를 통해 실제 분사되는 것보다 더 많은 양의 연료가 이들 시스템들에 공급되며 따라서 제1 연료 귀환 라인(26)은 분배기관(22)에서 분기되며, 상기 제1 연료 귀환 라인은 탱크(10)로 다시 연결된다. 여기서, 재순환된 연료량은 분사된 연료량의 몇 배일 수 있다.
연료 소모량의 측정을 위해, 연료 소모량 측정 장치(28)는 연료 공급 라인(14)에 배치된다. 연료 소모량 측정 장치(28)는 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
측정을 위해, 예를 들면 더블 기어 펌프(double gear pump) 형태의 회전식 디스플레이서(rotary displacer)(30)가 연료 공급 라인(14)에 배치된다. 회전식 디스플레이서(30)는 클러치 또는 변속기를 통해 구동 모터(32)에 의해 구동된다.
회전식 디스플레이서(30)의 상류에서 바이패스 라인(bypass line)(34)이 연료 공급 라인(14)에서 분기되며, 상기 바이패스 라인은 회전식 디스플레이서(30)의 하류에서 다시 연료 공급 라인(14)으로 이어진다. 측정 챔버(38) 내에서 자유롭게 이동 가능한 피스톤(40)이 바이패스 라인(34)에 배치되며, 피스톤은 측정 유체, 즉 연료와 동일한 비중량을 가지며, 따라서 피스톤은 바이패스 라인(34) 내에 존재하는 체적 유량에 대응하는 연료와 함께 관성-제로 방식으로 이동한다. 측정 챔버(38)는 원통형 형상을 가지며 피스톤(40) 외경에 대략 대응하는 내경을 갖는다. 체적 유량의 변화가 연료 공급 라인(14)에서 발생하는 경우, 이것은 우선 피스톤(40)의 변위를 야기한다. 이 변위는 경로 센서(42)에 의해 측정되며 측정된 값들은 제어 유닛(44)으로 공급되며 제어 유닛은 경로 센서(42)로부터의 값을 기록하며 대응 신호를 구동 모터(32)로 전송하며 구동 모터는 피스톤(40)이 정의된 초기 위치로 항상 다시 이동되도록, 즉 회전식 디스플레이서(30)를 통해 체적 유량이 항상 가능한 정확하게 배출되도록 제어된다. 이것은, 우측으로 피스톤(40) 변위 시, 회전식 디스플레이서(30)의 회전 속도는 변위량에 종속하여 증가하며, 반대도 마찬가지이다는 것을 의미한다. 이와 관련하여, 피스톤(40)의 변위 또는 측정 챔버(38) 내에서 피스톤에 의해 변위되는 체적은 전달함수에 의해 회전식 디스플레이서(30)의 요구되는 이송 체적으로 또는 구동 모터(32)의 회전 속도로 변환되며 구동 모터(32)에는 상응하게 동력이 공급된다.
회전식 디스플레이서(30)의 각 회전 속도에는 시간 간격 동안에 이송되는 체적이 할당될 수 있기 때문에, 따라서 이들 값들로부터 연료 소모량을 계산하는 것이 가능하다. 측정 장치에 의해 추가적 압력 차이가 형성되지 않으며, 그 결과 측정에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 디스플레이서(30)를 통해 누설이 발생할 수 없으며, 유동 종속 측정 오류가 없다.
그러나, 지금까지 기술된 시스템에서는, 재순환된 유동을 포함하는 전체 연료 유동이 측정될지도 모른다. 이를 피하기 위하여 그리고 실제로 연료 소모량 측정 장치(28)에서 단지 연료의 분사된 양만을 측정하기 위하여, 2개의 분리된 연료 귀환 라인들이 측정 시간 동안 사용된다. 우선, 바이패스 밸브(46)가 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되며, 바이패스 밸브를 통해 연료 유동이 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터 제1 연료 귀환 라인(26)의 제2 분기(48)로 흐를 수 있으며 이것은 연료 소모량 측정 장치(28)의 하류에서 연료 공급 라인(14)으로 이어진다. 또한, 제2 연료 귀환 라인(50)은 연료 소모량 측정 장치(28)의 상류에서 연료 공급 라인(14)에서 분기하며, 상기 연료 공급 라인은 다시 탱크(10)로 안내된다.
상기 2개의 연료 귀환 라인들(26, 50)의 2개의 연료 유동들은 열교환기(52)를 통해 서로 열교환 접촉을 한다. 이것은, 컨슈머를 통해 재순환되고 가열된, 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터의 연료 유동이 제2 연료 귀환 라인(50)으로부터의 더 차가운 연료 유동에 열을 전달하며 따라서 제1 연료 귀환 라인(26)에서 연료 공급 라인(14)에 이르는 연료의 온도는 제2 연료 귀환 라인(50)을 통해 연료 공급 라인(14)으로부터 분기되는 연료 유동의 온도와 대략 일치한다.
또한, 양 연료 귀환 라인들(26, 50) 내의 체적 유량들을 동일한 측정 값들로 조절하는 것을 가능하게 하는 수단들이 2개의 연료 귀환 라인들(26, 50)에 배치되며, 이에 의해, 결과로서, 실제 소모된 연료만이 연료 소모량 측정 장치(28)에서 측정된다. 구체적으로, 이들 수단들은 2개의 유량계들(54, 56)에 의해 형성되며, 제1 유량계(54)는 열교환기(52)와 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53) 사이에서 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되며, 그리고 다른 하나의 제2 유량계(56)는 연료 공급 채널(14)로부터의 분기(58)와 열교환기(52) 사이에서 제2 연료 귀환 라인(50)에 배치된다. 예를 들면, 간단한 터빈 카운터들로서 설계될 수 있는 양 유량계들(54, 56)은 체적 유량 조절 유닛(60)에 전기적으로 연결된다. 이 체적 유량 조절 유닛(60)을 통해, 제2 연료 귀환 라인(50)에서 제2 유량계(56)와 열교환기(52) 사이에 배치되는 조절 밸브는, 측정 시간 동안 양 연료 귀환 라인들(26, 50)에서 동일한 체적 유량이 측정되도록, 제어된다. 조절 밸브는 예를 들면 압력 조절기 또는 조절식 스로틀로서 설계될 수 있다.
연료 소모량을 측정하지 않는 정상 작동과 비교하여, 변화된 압력 상태들이 존재하지 않고, 기존의 압력 맥동들 또는 고압 펌프(20) 또는 제1 연료 펌프(12)의 조절에 의해 야기되는 변화들이 측정 시간 동안 또한 정확하게 나타내는 것을 추가적으로 보장하기 위하여, 열교환기(52)와 제1 유량계(54) 사이에서 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치된 제2 연료 펌프(64)가 사용되어 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 압력을 측정 시간 밖의 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 압력의 평균값에 대응하는 값으로 조절한다. 제2 연료 펌프(64)를 상응하게 제어할 수 있도록, 압력 픽업(66)이 바이패스 밸브(46)의 상류에서 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되며, 상기 압력 픽업은 압력 조절 유닛(68)에 연결되며 이를 통해 제2 연료 펌프(64)가 조절된다. 상기 시스템은 연료 공급 라인(14)으로 통하기 때문에, 동일한 체적 유량 이외에도, 대략 동일한 압력이 제2 연료 귀환 라인(50)으로의 분기(58)에서 그리고 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53)에서 우세하다. 따라서, 연료 흐름은 연료 소모량 측정 장치(28)의 상류에서 연료 공급 라인(14)으로부터 나가며, 이것은, 제1 연료 귀환 라인(26)을 통해 연료 소모량 측정 장치(28)의 상류에서 연료 공급 라인(14)으로 재순환되는 연료 흐름과, 열교환기(52)로 인해 대략 온도가 동일하며, 그리고 압력 조절 밸브(62) 및 2개의 유량계들(54, 56)에 의한 조절로 인해 또한 압력 및 체적 유량도 대략 동일하며, 이것은 연료 소모량 측정 장치(28)의 측정된 값들이 연료의 공급 및 배출에 의해 영향을 받지 않는다는 사실을 가져온다.
도 3은 체적 유량 및 압력을 상응하게 조절하기 위한 대안적인 가능성을 도시한다. 도 1의 실시형태와 비교하여, 비조절식 연료 펌프(64)가 사용된다. 제1 유량계(54)와 마찬가지로, 이 펌프는 열교환기(52) 상류에서 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치된다. 상응하여, 제2 연료 귀환 라인(50)에 배치되는 제2 유량계(56)는 따뜻한 측, 즉 열교환기(52)의 하류에 또한 배치된다. 분기(58)에서 제2 연료 귀환 라인(50)으로 흐르는 체적 유량 및 연료 귀환 라인(14)의 시작부(53)에서 공급되는 체적 유량을 비조절식 연료 펌프(64)와 또한 같게 유지할 수 있기 위하여, 회로 라인(72)이 시작부(53)의 상류에서 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터 분기되며, 상기 회로 라인에 조절 밸브(70)가 배치되며 제1 유량계(54)와 그 하류에 위치한 제2 연료 펌프(64) 사이에서 다시 연료 귀환 라인(26)으로 이어진다. 조절 밸브(70)는 압력 조절 유닛(58)에 연결되며 이를 통해 회로 라인(72)에서 재순환되는 체적 유량을 조절하는 것이 가능하며, 따라서 연료 귀환 라인(26)을 통해 재순환되는 연료의 압력을 조절하는 것이 또한 가능하다. 조절 밸브(62)는, 측정 시간 동안 양 연료 귀환 라인들(26, 50)에서 같은 체적 유량이 측정되도록, 제2 유량계(56)와 열교환기(52) 사이에서 제2 연료 귀환 라인(50)에 배치되는 조절 밸브(62)는 체적 유량 조절 유닛(60)을 통해 제어된다. 상기 시스템은 연료 공급 라인(14)으로 통하기 때문에, 동일한 체적 유량 이외에도, 대략 동일한 압력이 제2 연료 귀환 라인(50)으로의 분기(58)에서 그리고 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53)에서 우세할 것이다.
이 실시형태에서는, 연료 소모량을 측정하지 않는 정상 작동과 비교하여, 회로 라인(72)에서 압력 조절 유닛(68)을 통해 조절 밸브(70)에 의해 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 압력을 측정 시간 밖의 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 압력의 평균값에 대응하는 값으로 조절함에 의해, 측정 작동 동안 변화된 압력 상태들이 우세하지 않는 것이 또한 보장된다.
양 대안적인 변형예들에서는, 압력 손실을 야기하거나 또는 어떤 다른 방식으로 유동에 영향을 줄 수도 있는 연료 공급 라인(14)에 존재하는 어떤 설치물도 없이, 실제로 소모된 연료가 연료 소모량 측정 장치(28)에서 정확하게 측정되는 것이 달성된다. 따라서, 예를 들면, 디젤 엔진이 시동될 때 또는 엔진의 풀 로드로부터 아이들 런닝으로의 전이 동안 발생할 수 있는 연료의 재순환되는 양이 공급되는 연료의 양을 초과한다는 사실로 인해, 귀환 유량들은, 그들이 발생될 때, 연료 소모량 측정 장치(28)에 기록된다. 고압 펌프의 맥동은 또한 정확하게 표시된다. 정상 작동의 상태들과 동일한 상태들이 제공되기 때문에, 측정에 의해 야기되는 내연기관의 성능에 대한 영향이 배제된다. 따라서, 측정 시간 이외의 정상 작동 동안 내연기관의 연료 소모량의 실제값들에 대응하는 연료 소모량의 매우 정확한, 시분해 측정 값들이 수득된다.
본 발명은 기술된 실시형태들로 제한되지 않으며, 주 청구범위의 보호 범위 내에서 다양한 변형들이 가능하다는 것은 명백하다. 특히 2개의 연료 귀환 라인들에서 동일한 연료 질량 유량을 조절하기 위한 다른 수단을 사용하는 것을 상상할 수 있다. 또한, 다른 유량계들이 사용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 연료 소모량 측정 시스템으로서,
    연료 탱크(10)로부터 연료를 이송시킬 수 있는 제1 연료 펌프(12)를 컨슈머(16)에 유체적으로 연결시킬 수 있는 연료 공급 라인(14),
    연료 공급 라인(14)에 배치되는 연료 소모량 측정 장치(28),
    컨슈머(16)에서 분기되며 연료 소모량 측정 장치(28)와 컨슈머(16) 사이의 연료 공급 라인(14)으로 이어지는 제1 연료 귀환 라인(26),
    제1 연료 펌프(12)와 연료 소모량 측정 장치(28) 사이의 연료 공급 라인(14)에서 분기되며 연료 탱크(10)로 이어지는 제2 연료 귀환 라인(50),
    제2 연료 귀환 라인(50)으로부터의 연료가 제1 연료 귀환 라인(26)의 연료로부터 열을 얻는 열교환기(52)를 갖는 연료 소모량 측정 시스템에 있어서,
    연료 공급 라인(14)으로의 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53)에서 그리고 연료 공급 라인(14)으로부터 제2 연료 귀환 라인(50)으로의 분기(58)에서 동일한 체적 유량을 설정하기 위한 수단들(54, 56, 62)이 제1 연료 귀환 라인(26)과 제2 연료 귀환 라인(50)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    유량계(54, 56)는 연료 공급 라인(14)으로부터 제2 연료 귀환 라인(50)으로 그리고 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터 연료 공급 라인(14)으로 동일한 체적 유량을 형성하기 위한 수단으로서 제2 연료 귀환 라인(50)에 그리고 제1 연료 귀환 라인(26)에 각각 배치되며, 양 유량계들(54, 56)은 체적 유량 조절 유닛(60)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    조절 밸브(62)는 연료 귀환 라인들(26, 50) 내에 동일한 체적 유량들을 형성하기 위한 수단들로서 제2 연료 귀환 라인(50)에 배치되며, 상기 조절 밸브(62)는 유량계들(54, 56)에 연결되는 체적 유량 조절 유닛(60)을 통해 제어 가능한 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제2 연료 펌프(64)가 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 연료 펌프(64)는 압력 조절 유닛(68)에 전기적으로 연결되며 이것은 열교환기(52)의 상류에서 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되는 압력 픽업(66)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    제2 연료 펌프(64)는 일정한 회전 속도로 작동되며 조절 밸브(70)를 구비한 회로에 연결되며, 조절 밸브(70)와 제1 유량계(54)는 압력 조절 유닛(68)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 연료 펌프(64)는 열교환기(52) 상류에 배치되며 조절 밸브(70)는 열교환기(52) 하류에서 연료 귀환 라인(26)으로부터 분기되며 유량계(54)의 하류 및 연료 펌프(64)의 상류에서 연료 귀환 라인(26)으로 이어지는 회로 라인(72)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    제1 유량계(54) 및 제2 연료 펌프(64)가 제1 연료 귀환 라인(26)에서 열교환기(52) 하류에 배치되며, 제2 유량계(56) 및 조절 밸브(62)가 제2 연료 귀환 라인(50)에서 열교환기(52) 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    제2 유량계(56)는 제2 연료 귀환 라인(50)에서 열 교환기(52)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    회전식 디스플레이서(30)는 연료 소모량 측정 장치(28)에 형성되며 측정 챔버(38)는 회전식 디스플레이서(30)를 우회하는 바이패스(우회) 라인(34)에 형성되며, 바이패스 라인에 피스톤(40)이 배치되며, 회전식 디스플레이서(30)는 피스톤(40)의 변위의 함수로서 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    바이패스 밸브(46)가 제1 연료 귀환 라인(26)에 배치되며, 이를 통해 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터 연료가 선택적으로 연료 공급 라인(14)으로 또는 다시 탱크(10)로 안내될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 소모량 측정 시스템.
  12. 제1 연료 펌프(12)를 통해 연료가 탱크(10)로부터 컨슈머(16) 공급되며, 연료 소모량 측정 장치(28)는 공급된 연료의 체적 유량을 측정하는, 제1항의 연료 소모량 측정 시스템으로 내연기관의 연료 소모량을 측정하는 방법에 있어서,
    연료 소모량의 측정 동안, 연료가 컨슈머(16)로부터 컨슈머(16)와 연료 소모량 측정 장치(28) 사이의 연료 공급 라인(14)으로 다시 흐르는 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 그리고 연료가 연료 공급 라인(14)으로부터 탱크(10)로 다시 이송되는 제2 연료 귀환 라인(50) 내의 체적 유량은 동일한 측정값으로 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 연료 귀환 라인(26) 내의 가열된 연료와 제2 연료 귀환 라인(50) 내의 비가열 연료를 열교환기(52)의 열교환 매체로서 기능하도록 함에 의해 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 연료의 온도는 연료 공급 라인(14)으로의 시작부의 상류에서 탱크(10) 내 연료의 온도 근처의 온도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    연료의 압력은 따라서 압력 픽업(66)에 의해 제1 연료 귀환 라인(26)에서 측정되며, 제1 연료 귀환 라인(26)에 일정한 압력이 우세하도록 열교환기(52) 하류 그리고 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53)의 상류에 있는 제2 연료 펌프(64)가 압력 조절 유닛(68)을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    제1 연료 귀환 라인(26) 내의 연료의 압력은, 제1 연료 귀환 라인(26)의 시작부(53)의 영역에서 정압이 우세하도록, 정속 제2 연료 펌프(64)와 함께 회로 라인(72)에 배치되는 조절 밸브(70)를 통해, 그리고 압력 조절 유닛(68)을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    제1 연료 귀환 라인(26) 내의 연료의 체적 유량이 제1 유량계(54)에 의해 측정되며 제2 연료 귀환 라인(50) 내의 연료의 체적 유량이 제2 유량계(56)에 의해 측정되며, 제2 연료 귀환 라인(50) 내의 조절 밸브(62)는 체적 유량 조절 유닛(60)에 의해 조절되어 제2 연료 귀환 라인(50) 내의 체적 유량이 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 체적 유량과 동일한 값으로 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    측정 시간의 밖에서, 제1 연료 귀환 라인(26)으로부터의 연료 흐름은 열교환기(52)를 우회하면서 바이패스 밸브(46)를 통해 탱크(10)로 되돌아오며 그리고 조절 밸브(62)는 제2 연료 귀환 라인(26)을 닫는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    측정 시간 동안, 제1 연료 귀환 라인(26) 내의 압력은 측정 시간 밖에서 우세한 압력으로 일정하게 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 소모량 측정 방법.
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