KR20160030307A - 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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클라우스-크리스토프 함스
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Abstract

본 발명은, 환기 탱크(10)를 포함하는, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 환기 탱크(10)는 내연기관의 연료 시스템(7)의 배출 측(12)으로부터 환원 라인(11) 내에 배열되고 내연기관의 연료 시스템(7)에 공급하기 위해 유입 라인(13)에 연결되며, 환기 탱크(10)의 한 부분에 충전 레벨 조절기(15)가 제공되고, 상기 충전 레벨 조절기(15)는 순환 펌프(22) 및 상기 순환 펌프(22)에 연결된 컨트롤 밸브(9)를 가지며 이를 통해 흐름이 연속으로 통과하고 조절되어야 하는 충전 레벨에 따라 개방된다. 그 결과, 내연기관의 특정 작동 상태에서 발생되는 명목 소비량은 방지될 수 있거나 혹은 수정될 수 있다.

Description

내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUSLY MEASURING THE DYNAMIC FUEL CONSUMPTION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 환기 탱크를 포함하는, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 환기 탱크는 내연기관의 연료 시스템의 배출 측으로부터 환원 파이프(return pipe) 내에 배열되고 내연기관의 연료 시스템에 공급하기 위해 측정 시스템의 입구 파이프(inlet pipe)에 연결되며 충전 용적(filling volume) 내의 연료 질량을 적어도 대부분 일정하게 유지하기 위한 충전 레벨 조절기를 가진다. 또한, 본 발명은 이에 상응하는 방법에 관한 것으로서, 내연기관의 연료 시스템으로부터 환원된(returned) 소비되지 않은 연료(unconsumed fuel)가 환기 탱크 내에 탈기되고(degassed), 환기 탱크의 충전 레벨은 적어도 대부분 일정하게 유지되고 내연기관의 연료 시스템의 유입 측에 대한 입구에 추가된다.
내연기관에 관한 연구와 개발을 위하여, 연료 소비량(fuel consumption) 즉 내연기관의 연소 챔버 내에 실제로 유입되는 단위 시간 당 연료 질량의 양을 실시간으로 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 테스트 장치(test bench) 또는 각각의 적용 분야에서, 일반적으로 액체 연료, 예를 들어, 휘발유 또는 디젤은 탱크(tank)로부터 공급받는데, 연료를 연소 챔버(combustion chamber) 내에 유입시키기 위한 시스템의 타입에 따라, 많은 경우에서, 주입 시스템(injection system)의 타입에 따라, 주입 시스템의 냉각 및 윤활을 위해 사용되며 환원 파이프에 의해 다시 탱크로 이송되는 과잉 연료(excess fuel)가 제공된다. 여기서, 환원된 연료(returned fuel)는 탱크 내에 제공된 온도 레벨로 오게 되고, 버블(bubble) 형태로 존재하는 임의의 가스 함유량은 제거된다. 환원 흐름(return flow)을 가진 이러한 시스템에서, 공급되고 환원된 연료 질량 사이의 차이(difference)에 의해 연료 소비량이 제공되며, 여기서, 측정을 위해 다음의 측정 장치(measuring arrangement)들이 안정적인 것으로 밝혀졌다:
탱크로부터 나온 연료는 중력 또는 연료 펌프에 의해 연료 유입 측정을 위한 소비량 센서(consumption sensor)에 공급되며 계속하여 컨디셔닝 유닛(conditioning unit)에 공급되는데, 상기 컨디셔닝 유닛 내에서, 한편으로는, 펌프 및, 선택적으로는, 압력 조절기에 의해, 요구 연료(necessary fuel) 과압(overpressure) 또는 언더프레셔(underpressure)가 설정되며(set), 다른 한편으로는, 그 위치에서 열교환기(heat exchanger)를 이용하여, 결정된 연료 온도가 설정된다. 내연기관의 주입 시스템은 이러한 컨디셔닝 유닛으로부터 나온(공급된) 연료를 수용한다(take). 내연기관의 주입 시스템의 내부에서(및 따라서, 일반적으로는 소비량 측정을 위해 접근될 수 없거나, 혹은 오직 내연기관 컨트롤 유닛(ECU)으로부터 출력된 데이터, 예를 들어, 레일 압력(rail pressure)을 위한 데이터에 의해서만), 많은 경우에서, 배압 펌프(backing pump)가 낮은 압력을 생성하며, 고압 펌프는 높은 압력을 생성하고, 압력 또는 량(quantity) 컨트롤 시스템은 주입기(injector)에 공급하기 위해 내연기관 컨트롤 유닛에 의해 요구되는 공급 압력(레일 압력, 일반적으로는 단순히 고압)을 생성한다. 이러한 장치들에서, 내연기관에 대해 평행한 소비량 측정 시스템 내에 배열된 바이패스 라인과 연료 환원 흐름 내에서 일반적으로 매우 낮은 과압을 가진 상태로, 과잉 연료가 도달하는데, 여기서, 임의의 경우, 압력 컨트롤 시스템이 제공되어, 공급 흐름 및 환원 흐름이 시스템 내에 공급 흐름을 위해 제공된 압력 또는 무시할 만하게(negligible) 작은 압력 차이를 가질 수 있다. 또한, 내연기관의 현재 연료 소비량(current fuel consumption)에 상관없이, 연속으로 강력한 연료 순환(fuel circulation)을 위하여, 전체 측정 회로(measuring circuit) 내에 바이패스 라인이 요구되며, 이에 따라 컨디셔닝 유닛 내에서 온도 조절에 대해 신속하게 반응할 수 있다.
이러한 측정 값(measurement) 때문에, 내연기관으로부터 나온 연료 환원 흐름은 소비량 센서를 지나쳐(past) 탱크 내에 직접 안내되어서는(guided) 안 되며, 측정 회로 내에 유지되고 컨디셔닝 시스템과 소비량 센서 사이에 있는 라인에 전달되어야 한다. 이는 환원된 연료 내에 함유된 가스의 양은 무시할 만하게 작은 경우에 쉽게 구현될 수 있다. 하지만, 이러한 타입의 몇몇 시스템에서, 환원된 연료와 함께 이송되는 가스(증발된 연료 및, 선택적으로, 내연기관으로부터 나온 연소 가스 및 압축 공기)의 양도 고려될 수 있기 때문에, 연료 회로 내에 유입된 가스 용적은 내연기관의 기능(functioning)을 제한할 뿐만 아니라 음의 명목 소비량(apparent consumption)을 구성할 수 있으며, 따라서, 측정 값을 현저하게 교란하지(disrupt) 않을 것이다. 따라서, 이러한 가스들은 환원된 연료로부터 가능한 완전하게 제거되어야 한다. 이를 위하여, 소위 환기 탱크가 소비량 센서로부터 공급되는 연료 및 환원된 연료의 합류(confluence) 지점에 배열되거나 혹은 상기 합류 지점 앞에 위치되며, 따라서 컨디셔닝 유닛 및 그에 따라 내연기관에는 버블-없는 연료(bubble-free fuel)가 공급될 수 있다. 선택적으로, 실제 상황에서 뿐만 아니라 내연기관보다 더 높게 또는 더 낮게 장착된 탱크로, 혹은 연료 철회 펌프(fuel withdrawal pump)로 시뮬레이션하기 위하여, 상기 환기 탱크는 연료 내의 및 그 위에 위치된 가스 내의 대기압(atmospheric pressure)에 대해 올라가거나 내려간 압력에서 작동된다.
이러한 장치의 연료 흡입부(fuel intake) 내에 배열된 소비량 센서가 실제 소비량을 실시간으로(up-to-date) 정확하게 측정할 수 있고 가능한 최소 명목 소비량(apparent consumption)을 나타낼 수 있도록 하기 위하여, 연료 질량은 전체 측정 회로에서(및 그 중에서도 상대적으로 큰 용적을 가진 환기 탱크 내에서) 가능한 최대한 일정해야 한다. 이런 이유로, 상기 타입의 공지된 연료 소비량 측정 장치 내에서(예를 들어, EP 1729100 A1, US 5708201 또는 AT 505 014 B1 참조), 환기 탱크 상에, 플로팅 바디(floating body)에 의해 조절되며 환기 탱크 내의 충전 레벨이 특정 레벨 밑으로 떨어질 때 흡입부(intake)를 개방시키는 흡입 밸브(intake valve)가 제공된다. 이런 방식으로, 많은 연료가 소비량 센서로부터 환기 탱크에 도달하여 환기 탱크 내의 연료 질량이 일정하게 유지되는 것을 보장할 수 있어야 한다. 하지만, 이는 오직 임의의 시간에서 더 큰 용적의 연료가 환원 흐름을 통해 전달되는 대신 공급 흐름을 통해 환기 탱크로부터 제거되는 상태에서만 기능한다(function). 그러나, 현실에서는, 예를 들어, 내연기관이 작동을 중지했을 때, 주입 시스템의 고압 부분 내에 저장된 연료량이 다시 흐를 때, 또는 내연기관의 속도 및 주입된 량이 줄어들 때(감속 시에), 때때로, 제거되는 대신 큰 용적이 전달될 수도 있다. 이러한 경우에서, 충전 레벨은 흡입부가 작동을 중지함(shut-off intake)에도 불구하고 계속하여 올라가고, 셧-오프 밸브(shut-off valve)가 소비량 센서의 작동을 중지시키면, 음의(명목) 소비량이 아닌 제로(zero) 소비량으로서의 환원 흐름을 보여준다. 환원되는 대신 측정 회로(measurement circuit)로부터 더 큰 용적이 제거되고 나면, 환기 탱크 내의 올라간 레벨은 시간이 경과하는 동안 레벨이 더 이상 추가로 떨어지지 않도록 하기 위해 흡입 밸브가 다시 개방될 때까지 감소할 수 있는데, 여기서 소비량 센서는 이렇게 시간이 온(on) 되어있을 때에만 소비량을 정확하게 측정할 수 있다. 그 중에서도, 환원 라인(return line) 내에서 많은 양의 가스를 가진 내연기관의 경우, 이는 상당한 문제 및 부정확한 측정 값을 발생시키는데, 예를 들어, 대형의 디젤 엔진의 경우에서, 이송된 양의 가스는 때때로 다수의 환원된 용적의 연료를 구성할 수 있다.
게다가, 내부에 함유된 연료 질량, 가령, 특히, 가스 버블(gas bubble)을 가진 연료 환원 흐름 및 올라간 온도 뿐만 아니라 기본적으로는 소비량 측정 시스템에 접근가능하지 않거나 오직 내연기관 컨트롤 유닛(ECU)의 데이터 출력에 의해서만 접근가능한 내연기관의 주입 시스템 내의 용적에, 불가피한 변경이 제공되는 측정 회로 내에 영역들이 존재한다. 측정 회로 내에 저장된 연료 질량에 대한 임의의 변경은 명목 소비량(apparent consumption)을 구성하며, 이에 따라 소비량 센서 내에 연료의 흐름을 통해 상응하게 되면, 엔진 내에서의 연소에 의해 제공된 연료 소비량과 같이, 소비량 센서에 의해 등록된다(registered). 따라서, 소비량 센서에 의해 표시되는 소비량은 실제 연료 소비량이 아니라 일반적으로 측정 오류(measurement error)로서 명목 소비량을 포함한다.
본 발명의 목적은, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 공지의 장치 및 방법들의 단점들을 해결하고 이러한 장치 또는 방법을 개선시켜, 이에 따라 측정 회로 내에 함유된 연료 질량이 모든 가능한 작동 상태 하에서 가능한 최대한 일정하게 유지되며, 측정 회로 내에 위치된 연료 질량에 대해 추가로 존재하고 잠재적으로 불가피한 변경도, 계산(computation)에 의해, 내연기관의 실제 연료 소비량을 결정하는 데 있어서 가능한 정확하게 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 장치에서, 상기 목적은 환기 탱크의 한 연결부(connection)에 위치된 충전 레벨 조절기(filling level regulator)가 순환 펌프 및 상기 순환 펌프에 연결된 컨트롤 밸브를 가지며 이를 통해 흐름이 연속으로 통과하며 조절되어야 하는 충전 레벨에 따라 개방되는 특징에 의해 구현된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방법에서, 연료의 연속적인 순환 흐름 혹은 가스 매체(gaseous medium)의 연속 전달 또는 제거된 상태로, 충전 레벨에 따라 조절되는 매체의 전달 또는 제거가 환기 탱크의 연결부들 중 한 연결부에서 연속으로 발생된다. 따라서, 환기 탱크의 컨트롤 밸브는 "개방된/닫힌" 스위치 지점(switch point)의 근처에서 일반적으로(as usual) 작동하지 않고, 현재 연료 소비량에 상관없이, 순환 펌프에 의해 유지되는 영구적인 유체 흐름으로, 작동 지점(operating point)에서 작동된다. 이 경우, 순환 펌프 및 컨트롤 밸브는 연료를 위한 입구 파이프와 환기 탱크 사이에 있는 순환 라인 내에 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 탈기 연결부(degassing connection) 상에서 혹은 환기 탱크의 철회 라인(withdrawal line) 내의 장치도 동일한 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에서, 연료의 연속적인 순환 흐름은 환기 탱크와 철회 라인 또는 연료 흡입부 중 하나 사이에서 발생될 수 있다. 다른 한편으로, 가스 매체의 연속 전달 또는 배출은 환기 탱크의 탈기 연결부 상에서 수행되는 것이 바람직할 수 있다.
이 모든 변형예들에서, 각각의 매체 또는 컨트롤 밸브가 설치되는 위치에 따라 조절되어 개방되는 컨트롤 밸브를 통과하는 매체의 연속 흐름은 환기 탱크 내로 연속으로 흐를 수 있거나 혹은 상기 탱크로부터 흘러나올 수 있으며, 이에 따라, 한편으로는, 이력현상-없는(hysteresis-free) 충전 레벨 조절이 발생되며, 다른 한편으로는, 궁극적으로 일정하게 유지되어야 하는, 연료 질량에서의 증가 뿐만 아니라 감소도 고려될 수 있다.
따라서, 순환 펌프 내에서 흐르고 컨트롤 밸브 내에서 흐르는 유체는 환기 탱크의 연결부들 중 한 연결부에서 가스 버블(gas bubble)이 없는 연료일 수 있거나(바람직하며), 심지어 환기 탱크의 탈기 라인(degassing line) 내에서의 공기 또는 가스일 수도 있다.
위에서 기술된 실시예들 중 한 실시예에서, 환기 탱크로부터 나온 유체(연료 및/또는 환기 가스)의 순환 흐름은 순환 펌프에 의해 유지되는 환기 탱크 내로 다시 들어가며, 이에 따라 상기 유체가 부분적으로 개방된 컨트롤 밸브를 통해 환기 탱크 내로 연속으로 흐르게 한다. 이 경우, 환기 탱크 내에서 연료의 충전 레벨에 따라 조절되는 컨트롤 밸브의 조절 위치(regulating position)는 더 많은 유체가 환기 탱크로 전달되는지 혹은 환기 탱크로부터 철회되는지(withdrawn)에 따라 결정된다. 이런 방식으로, 탱크 내의 충전 레벨은 일정하게 유지되며 그 외의 경우에는 반대로 탱크의 과도충전(overfilling)이 작용될 수 있다(counteracted).
실제로, 그리고, 일반적으로, 순환 펌프는 순환 펌프가 낮은 레벨로부터 더 높은 압력 레벨로 이송되도록 작동된다. 따라서, 상기 시스템에서 제공된 압력 상태에 따르면, 위에서 언급한 흐름 방향을 반대로 하여, 이에 따라 컨트롤 밸브를 통과하는 연속 유체 흐름이 탱크 내로 들어가는 것이 아니라 탱크로부터 나오도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 순환 펌프와 평행하게 과압 밸브(overpressure valve)가 배열될 수 있으며, 순환 펌프에 의해 생성된 압력 차이가 허용가능한 값보다 더 높을 때 개방되어, 허용할 수 없을 정도의 높은 압력은 이에 상응하게 줄어들게 한다.
본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예에서, 환기 탱크는 끼워맞춤부(fitting)들에 의해 분리되고 무시할 만하게 작은 흐름 저항(flow resistance)으로 유압적으로 소통되며(hydraulically communicate) 각각의 경우 연결부 상에 동일한 압력을 가지는 2개 이상의 영역을 가진다. 상기 영역들 중 한 영역 내에 고요하고(calmed) 버블-없는 연료로 채워진 충전 레벨이 사용되고 컨트롤 밸브를 조절하기 위해 일정한 상태로 유지되면, 이런 방식으로, 그에 상응하는 기하학적 형상(geometry)(즉 충전 레벨에 비례하는 충전 용적)으로, 그 외의 경우에는, 일정한 압력과 온도 상태로, 전체 환기 탱크 내에 함유된 연료 질량은 일정하게 유지되고, 대부분, 완전한 포밍(thorough foaming)에 무관하며 가스를 제거하기 위해 사용되는 다른 영역의 충전 레벨에도 무관하다. 이 경우, 잠재적으로 완전히 포밍되고 가스 버블 내에서 농후한(rich) 연료는 함유된(entrained) 가스 버블을 최적으로 제거하기 위하여 한 영역에 도달되는데, 예를 들어, 흐름이 적절한 유속(flow rate)으로 부딪히는(impinge) 설치 그리드(installed grid), 네트(net) 또는 배플 플레이트(baffle plate)에 의해 지지될 수 있거나, 혹은 사이클론(cyclone)-유사한 장치 등에 의해 지지될 수 있다. 상기 가스 제거 영역으로부터, 가스 버블이 추가로 함유되는 것을 방지하는 끼워맞춤부들에 의해, 연료, 실질적으로, 가스 버블이 없고 고요한 연료가 또 다른 영역에 도달하며, 이 영역에서, 충전 레벨은 예를 들어, 플로팅 바디(floating body)를 사용하거나 또는 다수의 가능한 측정 원리(전기용량(capacitive), 유도, 광학, 열, 음향 등)들 중 한 원리에 따라 작동하는 센서에 의해 일반적으로 태핑되는(tapped) 것이 바람직하다.
컨트롤 밸브를 가진 환기 탱크는 소비량 센서에 의해 공급되는 연료 및 내연기관으로부터 환원된 연료의 합류 지점에 배열될 수 있는데, 여기서, 컨트롤 밸브와 순환 펌프는 환기 탱크 내의 소비량 센서의 연료 흡입부 내에 배열되고 순환 펌프에 연속으로 환기 탱크로부터 버블-없는 연료가 유입되며 그 연료를 소비량 센서와 흡입 밸브(intake valve) 사이의 라인에 전달하는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 소비량 센서로부터 증가된 흡입량 및 컨트롤 밸브가 추가로 개방됨으로써 반대로 작용하는(counteracted) 환기 탱크 내의 충전 레벨이 떨어질 위험을 제거할 수(counteract) 있을 뿐만 아니라, 흡입 밸브가 덜 많이 개방되고 순환 펌프가 과잉 연료를 소비량 센서에 덜 전달하여 올라간 레벨의 위험성도 제거할 수 있어서, 상기 센서는 그 시점에서 음의(negative) 소비량을 실시간으로 측정할 수 있다. 따라서, 환원 흐름을 허용할 수 있으며 이를 정확하게 탐지할(detect) 수 있는 소위 "개방" 소비량 센서가 사용된다.
본 발명에 따른 장치를 위한 컨트롤 밸브의 디자인에서, 순환 흐름과 흡입 또는 출구 흐름의 합(sum)에 의해 컨트롤 밸브를 통해 흐르는 유체량이 제공되는 것을 유의해야 한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 컨트롤 밸브를 가진 환기 탱크는 내연기관에 근처에 배열되고, 바람직하게는, 그 위치에서, 환원 라인(return line)과 바이패스 라인(bypass line)이 조합된다. 이런 방식으로, 환원 라인은 연료 흡입부까지 버블-없는 연료로 작동되며, 이에 따라 환기 탱크 내에 함유된 연료 질량 뿐만 아니라 환원 흐름 내에 함유된 연료 질량도 대부분 일정하게 유지될 수 있다.
연료가 순환 유체로서 사용되는 경우, 연료 펌프가 측정 시스템 내에서 요구되는데, 예를 들어, 탱크로부터 연료의 철회를 위해 흡입 라인 내에 배열된 펌프, 또는 전체 측정 회로 내에서 순환을 유지하기 위해 컨디셔닝 유닛 내에 배열된 펌프가 순환 펌프로서 직접 사용될 수 있다. 이런 방식으로, 추가적인 비용 지출을 피할 수 있다.
환기 탱크의 탈기 연결부(degassing connection)에서 컨트롤 밸브와 순환 펌프의 장치의 경우, 환원 흐름 내의 압력과 환기 탱크 내에 충전 레벨을 유지하고 그것을 일정하게 하기 위하여, 정확하게 올바른 양의 환기 가스 또는 공기가 유입되거나 철회되는 것이 항상 보장될 수 있다. 이 상태에서, 그리고, 환기 탱크 내의 압력이 대기압(atmospheric pressure)보다 더 높게 유지되는 경우, 내연기관의 압축 공기 시스템의 컴프레서 펌프(compressor pump)가 순환 펌프로서 직접 제공될 수 있으며(존재할 시에) 탈기 흐름(degassing flow)을 유지하기 위해 환기 탱크 내로 압축 공기를 이송할 수 있는 것이 바람직하다.
하지만, 많은 경우, 상기 언급한 설명 내용에서, 버블-없는 연료가 컨트롤 밸브를 통해 흐르며, 이를 위해 환기 탱크의 철회 라인 내에 배열되는 것이 실질적이고 즉 공급 흐름 내의 컨디셔닝 유닛과 환원 라인 내에서 소비량 센서에 배열되는 것이 바람직하다. 그러나, 이 경우, 양으로 또는 음으로 조절되는 지에 유의해야 한다. 충전 레벨이 올라갈 때 철회 라인 내의 컨트롤 밸브는 추가로 개방되어야 하고 충전 레벨이 떨어질 때 추가로 닫혀야 한다. 이런 장치에서, 컨디셔닝 유닛 내에 이미 존재하는 연료 펌프가 전체 측정 회로 내에서 연료의 연속 순환을 유지하는 순환 펌프로서 직접 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 환원된 연료의 온도 조절을 위해 추가적인 컨디셔닝 유닛이 제공될 수 있는 것이 바람직하다. 측정 회로 내의 연료 질량을 가능한 최대한 일정하게 유지시키기 위하여, 공급 흐름의 온도와 압력을 조절할 요구를 충족하기에 충분한 것이 아니라 환원 흐름 및 환기 탱크는 최적의 및 대부분 일정한 온도에서 작동되어야 하며 따라서 내연기관으로부터 환원 흐름 내로 유입된 열(heat)의 초과량(excess)은 배출되어야(drawn off) 한다. 이 경우, 가스 버블과 함께 전달되는 잠열(latent heat) 및 그에 따른 변경(change)을 조절하는 것을 고려하는 것이 매우 중요하다. 가스 버블 내에서 고온의 연료가 증발(evaporation)되는 경우, 연료를 냉각시키는 증발열(evaporation heat)이 제공되어야 한다. 다른 한편으로, 가스 버블 내에 함유된 증기(vapor)가 응축(condensation)되는 경우, 응축열(condensation heat)가 릴리스되어(release) 연료가 가열되게 한다. 환기 탱크 내의 가스 버블의 제거는 높은 연료 온도에서 발생되어 연료의 점성(viscosity)이 낮아지고 가스 버블이 더 쉽게 올라가서 배출되게 하는 것이 바람직하다. 적절한 수단은, 예를 들어, 내연기관에 의해 공급된 올라간 환원 흐름 온도 또는 바람직하게는 환원 흐름 컨디셔닝 또는 써모스태틱(thermostatic) 조절에 영향을 끼치는 불연속 재가열(discrete reheating)이다. 소비량 센서로부터 전달된 연료와 환원된 연료를 훌륭하게 혼합하기(intermixing) 위하여, 두 액체는 가능한 최대로 똑같은 온도를 가져야 하며, 상기 온도는 가능한 최대한 일정해야 하고, 조절되는 공급 흐름의 설정점(set-point) 온도에 최대한 가까워야 한다. 따라서, 환기 탱크의 혼합 영역(mixing region)과 분리 영역(separation region)의 유압 연결부(hydraulic connection) 영역에 프리컨디셔닝 유닛(preconditioning unit)을 배열하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 환기 탱크의 혼합 영역이 센서에 의해 전달된 연료와 환원된 연료의 혼합 및 난류 흐름(turbulent flow)을 지지하는 유체 끼워맞춤부(fluidic fitting)를 가지는 것이 바람직하다.
측정 회로 내에서의 계산(computation)에 의해, 연료 질량의 존재하는, 그리고, 잠재적으로 불가피한 변동(fluctuation)을 가능한 최대한 정확하게 고려하기 위하여, 특히, 다음의 변경 영향들이 고려된다:
- 유입된 가스량(특히, 증발된 연료 뿐만 아니라 압축 공기 및 내연기관으로부터 나온 연소 가스)으로서, 이 가스량은 측정 회로 내에 위치된 연료를 어느 정도로 이동시키고(displace) 연료의 유효 팽창 계수(effective coefficient of expansion) 및 유효 압축도(effective compressibility)를 변경시키며,
- 내부에 함유된 가스량과 함께 연료의 유효 압축도와 측정 회로의 벽(파이프, 호스(hose))의 주어진 탄성도(elasticity)로 측정 회로와 관련된(associated) 부분-용적(part-volume) 내의 압력,
- 내부에 함유된 가스량과 함께 연료의 밀도에 따른 유효 압력과 용적의 벽들의 주어진 팽창 계수로 측정 회로와 관련된 부분-용적 내의 온도.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 식별 단계(identification phase)에서, 발생하는 명목 소비량(apparent consumption)은, 적어도, 이전에 공지되어 있는 연료 소비량을 가진 내연기관의 한 작동 지점(operating point)에서 측정되며, 측정 회로의 부분-용적(part-volume)에서 연료의 압력 및 온도를 위해 적어도 근사적으로(approximately) 결정된 값(value)들에 따라, 내연기관의 현저한 작동 변수(operating variable)들에 따라, 특히, 엔진 속도, 현재 연료 소비량 및 레일 압력(rail pressure)을 위해 내연기관 컨트롤 유닛(ECU)에 의해 출력된 값들에 따라 탐지되고(detected), 명목 소비량을 위한 유한 변수(definitive parameter)들은 상기 데이터로부터 결정되며 실제 소비량(actual consumption) 측정에서의 모델링(modelling)에 의해 고려된다. 이것은, 각각의 경우, 유입된 가스의 일정한 평균 농축도(concentration)가 제공될 수 있거나 혹은 적어도 근사적으로 결정될 수 있는 부분-용적을 가진 측정 회로의 한 모델(model)에 기초하며, 각각의 경우, 내부에 함유된 연료 질량에 따라 일정한 유효 압력과 온도가 존재하고 온도와 압력을 위한 값들 중 하나 이상의 값이 측정될 수 있거나 혹은 적어도 근사적으로 결정될 수 있다.
식별 단계에서 내연기관의 바람직한 작동 모드(operation mode)는 제로 소비량(zero consumption)으로 트레일링되는(trailed) 작동이며, 외부 드라이브 유닛(drive unit)에 의해 또는 내연기관 자체 혹은 그에 연결된 플라이휠(flywheel) 등의 관성모멘트에 의해 견인(towing)이 발생될 수 있다(테스트 장치 상에서). 여기서, 본 발명에 따른 소비량 측정(장치 및 방법)은 테스트 장치(test bench) 상에서 발생되며, 올바르게 사용되고 꼭 맞는(fitted) 내연기관 상에서(예를 들어, 정지 시에 또는 차량 내에서) 발생될 수 있지만, 정지되지 않은 이용(non-stationary use) 경우에는, 특히 가속(acceleration)을 변경함으로써 발생되는 제한(restriction)은 배제될 수(ruled out) 없다는 사실에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 방법의 추가적인 바람직한 실시예에서, 측정 작동 동안 변경에 적용시키기 위해, 그리고, 측정의 정확성을 최적화시키기 위해, 공지되어 있는 자기-학습 알고리즘(self-learning algorithm)이 사용될 수 있으며, 여기서, 중요한 시스템 변수(system variable), 특히, 측정 라인 및 센서의 응답 거동(response behavior)의 시간 상수, 팽창 계수, 압축도(compressibility), 밀도 및 용적을 결정하기 위해 이러한 값들을 모델-연관 중복(model-related redundancy)을 결정하기 위하여, 바람직하게는, 측정된 혹은 미리 결정된 값들, 특히, 압력, 온도 및 연료 소비량을 위한 값들, 및 엔진 속도, 레일 압력 및 각각의 경우 현재 연료 소비량을 위한 내연기관 컨트롤 유닛에 의해 제공된 값들이, 각각의 경우, 그들의 절대값들 뿐만 아니라 특히 변경 값들과 함께 평가된다(evaluated). 이러한 시스템 변수 및 관련 상태 변수(state variable)들을 알면, 모델링(modelling)에 의해 현재 명목 소비량이 계산될 수 있으며, 실제 소비량(actual consumption)은 현재 측정된 값들과 명목 소비량의 계산된 값들로부터 결정되거나 연속으로 상쇄되어(compensated) 출력될 수 있다.
이러한 요구 변수들은 일반적인 방식으로 측정될 수 있거나 혹은 근사적으로 결정될 수 있다. 연료 공급 흐름의 부분-용적들 내에 함유된 연료 질량은 이미 공지되어 있는 측정 방법의 압력 및 온도에 의해 현저하게 영향을 받는다. 연료 환원 흐름에서, 가스 입력(gas input)은 내연기관의 로드(load) 및 엔진 속도에 따라 많이 좌우되는데, 여기서, 상기 로드(load)는 실질적으로 현재 연료 소비량과 상호연관되며(correlated), 가스 입력의 특성(characteristics)들은 제로 로드(zero load)에서 트레일링된 작동(trailed operation)에서 측정에 의해 근사적으로 결정될 수 있다. 이는, 내연기관의 연료주입 작동(fueled operation) 후에, 연료 환원 흐름의 온도에도 똑같이 적용된다.
측정 회로를 모니터링하고(monitoring) 오류 진단(fault diagnosis)을 위해, 상기 방식으로 식별된 측정 시스템의 한 모델이 사용되며, 그 외의 다른 몇몇 방법으로 결정되거나 혹은 공지되어 있는 연료 소비량, 바람직하게는 제로 소비량이 측정 시스템에 의해 결정된 소비량과 비교된다. 이에 따라 지속적으로 업데이트되는 시스템 변수들을 사용할 수 있으며 임의의 변경을 모니터링할 수 있으며, 사용자(user) 또는 서비스 엔지니어(service engineer)에게 측정 회로 및 측정 시스템의 결함(defect) 및 측정 회로 및 측정 시스템에 대한 허용할 수 없는 변경(impermissible change)의 유용한 표시값(useful indication)을 제공할 수 있다. 하지만, 이 경우, 측정의 정확성을 현저하게 개선시키기 위하여, 오직 근사적으로 공지된 다수의 변수들로 수행되는 복잡한 모델-기반의 계산(model-based calculation) 대신에, 식별 단계에서 식별되는 것과 같이, 종종, 매우 실용적이면서도 가감(addition or subtraction) 방식으로, 특정의 테스트 작동(test run) 단계 동안 발생하는 명목 소비량이 고려되는 것이 충분하다. 명목 소비량의 특성 값들을 고려하고 결정하기 위한 이러한 특정 단계들은 특히 내연기관의 상이한 작동 지점(operating point)들 간의 전환(transition)에 의해 수행되는 특징을 갖는다. 예를 들어, 냉간(cold) 내연기관 상에서, 그리고, 트레일링된 작동(제로 소비량)에서, 스타트-스톱(start-stop) 조종이 수행될 수 있으며, 명목 소비량, 및 선택적으로는, 연료 환원 흐름의 온도도 측정될 수 있다. 내연기관의 연료주입 작동에서 이와 유사하게 수행되면, 실제로, 동일한 명목 소비량이 발생되며, 따라서, 가감 방식으로 매우 간단하게 결정될 수 있는데, 현재 환원 흐름 온도로 매우 유용하게 스케일링(scaling)이 수행될 수도 있다.
이와 비슷하게, 엔진 속도(속도 램프(speed ramp))가 빠르게 변경되면, 내연기관의 입구 및/또는 출구에서의 연료 압력 및/또는 내연기관의 현재 엔진 속도와 함께 명목 소비량을 결정하는 것이 가능하며, 그 후에, 이를 호환가능한(comparable) 단계에서(연료주입 단계에서) 고려하는 것이 가능하다. 게다가, 예를 들어 긴급 상황에서 내연기관이 작동을 중지한 후에, 주입 시스템의 높은 압력(레일 압력)이 갑자기 떨어지면, 주입 시스템의 높은 압력(레일 압력)과 함께 명목 소비량이 결정될 수 있다. 대안으로, 내연기관의 예열(warming up) 동안, 연료 환원 흐름의 변경되는 온도에 따라 명목 소비량이 결정된다. 이 경우, 이러한 특정 작동 단계들이 식별 단계에서 다수 실행될 수 있으며, 그 외의 다른 변경되는 변수에 따라, 예를 들어, 측정 회로의 부분-용적 내의 변경되는 온도 및/또는 압력에 따라 탐지되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 첨부도면들에서 개략적으로 예시된 것과 같이 본 발명에 따른 장치들의 실시예들에 관해 밑에서 상세하게 설명될 것이다. 여기서:
도 1은 종래 기술에 따른 내연기관의 동적 연료 소비량을 측정하기 위한 장치의 도면,
도 2 내지 6은 상이한 형상들에 있는 본 발명에 따른 장치의 환기 탱크의 주변(surrounding)을 상세하게 도시한 도면; 그리고,
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 장치들의 추가적인 대표 실시예들을 도시한다.
종래 기술을 도시한 도 1에 따른 장치에서, 연결부(connection)(1)에서 연료 탱크(fuel tank) 또는 공급 라인(상세하게는 도시되지 않음)으로부터 나온 연료는 셧-오프 밸브(2)와 연료 필터(3)를 통해 평행하게 연결된 오버플로 밸브(overflow valve)(5)를 가진 흡입 펌프(4)로 흐른다. 내연기관(도시되지 않음)의 연료 시스템(7)의 실제 연료 소비량을 결정하는 소비량 센서(6)는 흡입 펌프 뒤에 배열된다. 연료에 대한 흡입량(q)으로 압력이 흡입될 때 압력의 정확한 조절을 위하여, 흡입 압력 조절기(8)가 제공될 수 있으며, 상기 압력 조절기에 의해 압력이 프리컨디셔닝된(preconditioned) 연료가 환기 탱크(10)의 컨트롤 밸브(9), 본 명세서에서는 플로트 밸브(float valve)로 설계된 컨트롤 밸브에 공급된다.
환기 탱크(10)는 연료 시스템(7)의 배출 측(12)으로부터 환원 파이프(return pipe)(11)에 연결되고 또한 컨트롤 밸브(9)로부터 입구 파이프(13)에 연결되며, 컨트롤 밸브(9)와 플로트(14)에 의해 형성된 충전 레벨 조절기(15)를 가지며, 상기 충전 레벨 조절기에 의해 환기 탱크(10) 및 환기 탱크와 연결된 연결 라인의 충전 용적 내의 연료 질량(fuel mass)이 적어도 대체로 일정한 상태로 유지될 수 있다.
시스템 펌프(17)를 가진 컨디셔닝 시스템(16)이 환기 탱크(10) 뒤에 위치된 연료 시스템(7)으로의 입구 파이프(13) 내에 배열되며, 상기 컨디셔닝 시스템(16)에 의해 예를 들어 연료 압력 및/또는 연료 온도가 정확하게 설정될 수 있다. 게다가, 흡입 라인(13)으로부터 분리된(branch off) 바이패스 라인(18)(선택적으로는, 차압 조절기(differential 압력 조절기) 또는 압력 조절기(19)를 가진)이 제공되는데, 여기서, 공급 흐름(feed flow) 및 환원 흐름(return flow)이 시스템 내에서 공급 흐름을 위해 제공된 압력 또는 무시할 만하게 작은 압력 차이에 설정될 수 있다.
환기 탱크(10)의 환기 연결부(20)에서의 환기 흐름(venting flow)은 q환기로 표시되며, qv는 연결 시스템(7)으로의 공급 흐름을 나타내고, qR는 연료 시스템(7)으로부터의 환원 흐름을 나타내며, qB는 바이패스 라인(18)을 통과하는 바이패스 흐름(bypass flow)을 나타내고, qM은 측정 회로(measurement circuit)으로부터 환기 탱크(10) 내로 들어가는 환원 흐름을 나타내며, q+qM은 환기 탱크(10)로부터의 철회 라인(withdrawal line)(24) 내의 철회 흐름(withdrawal flow)을 나타낸다.
연료 시스템(7)의 배출 측(12)으로부터 나온 과잉 연료(excess fuel)(환원 흐름(qR))는 연료 시스템(7)을 냉각하고 윤활시키기 위해 사용되는데, 상기 과잉 연료는, 측정 값으로 인해, 소비량 센서(6)를 지나쳐(past) 탱크 내로 또는 연료 공급 라인 내로 다시 돌아가서는 안 되며 실제 측정 회로(measurement circuit) 내에 유지되어야 하고, 따라서 컨디셔닝 시스템(16)과 소비량 센서(6) 사이에 있는 라인에 공급되어야 한다. 하지만, 환원된 연료와 함께 이송되는 가스(증발된 연료 및, 선택적으로는, 내연기관으로부터 나온 연소 가스 및 압축 공기)의 양도 고려될 수 있기 때문에, 이러한 가스들은 환원된 연료로부터 가능한 최대한 신속하게 완전히 제거되어야 하는데, 이를 위하여, 환기 탱크(10)는 소비량 센서(6)로부터 새로 공급되는 연료 및 환원된 연료의 합류(confluence) 지점에 배열되거나 혹은 상기 합류 지점 앞에 위치되며, 따라서 컨디셔닝 시스템(16) 및 그에 따라 연료 시스템(7)에는 버블-없는 연료(bubble-free fuel)가 공급될 수 있다. 소비량 센서(6)가 실제 소비량을 실시간으로(up-to-date) 정확하게 측정할 수 있고 가능한 최소 명목 소비량(apparent consumption)을 나타낼 수 있도록 하기 위하여, 연료 질량은 전체 측정 범위에서, 그 중에서도, 상대적으로 큰 용적을 가진 환기 탱크(10) 내에서 가능한 최대한 일정해야 한다. 이 목적은 환기 탱크(10) 내의 충전 레벨이 특정 레벨 밑으로 떨어질 때 흡입부(intake)를 개방시키는 플로트(14)로 컨트롤 밸브(9)에 의해 수행된다. 따라서, 이것은 많은 연료가 소비량 센서(6)로부터 환기 탱크에 도달하여 환기 탱크(10) 내의 연료 질량이 일정하게 유지되는 것을 보장할 수 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 장치에서는, 이는 오직 임의의 시간에서 적어도 동일하거나 또는 더 큰 용적의 연료가 환원 라인(11)을 통해 전달되는 대신 철회 라인(24)을 통해 환기 탱크(10)로부터 철회되는 상태에서만 기능한다(function). 하지만, 예를 들어, 내연기관이 작동을 중지했을 때, 주입 시스템의 고압 부분 내에 저장된 연료량이 다시 흐를 때, 또는 내연기관의 속도 및 주입된 량이 줄어들 때(감속 시에), 때때로, 제거되는 대신 큰 용적이 전달될 수 있으며, 이에 따라 환기 탱크(10) 내의 충전 레벨은 컨트롤 밸브(9)가 작동을 중지하고(shut off) 소비량 센서(6)가 음의(negative) 명목 소비량이 아닌 제로(zero) 소비량으로서 환원 흐름을 보여줄 때 추가로 올라간다.
측정 회로 내에 저장된 연료 질량에 가해진 변경(change) 및 상기 변경으로부터의 측정 오류(measurement error)에 의해 야기된 명목 소비량을 방지하기 위하여 혹은 적어도 실제 소비량을 결정하는데 고려할 수 있도록 하기 위하여, 도 2-9에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 장치들은, 환기 탱크(10)의 연결부들 중 한 연결부에서, 순환 펌프(22) 및 상기 순환 펌프에 연결된 컨트롤 밸브(9)에 의해 흡입량을 조절할 뿐만 아니라 환기 탱크(10)로부터 철회된 연료를 조절할 수 있는 충전 레벨 조절기(15)를 가지는데, 이를 통해 흐름이 연속으로 통과하고 조절되어야 하는 충전 레벨에 따라 개방된다. 따라서, 이러한 컨트롤 밸브(9)는 "개방된/닫힌" 스위치 지점(switch point)의 근처에서 일반적으로(as usual) 작동하지 않고, 현재 연료 소비량에 상관없이, 충전 용적을 정확하고 가능한 일정하게 유지하기에 바람직한 영구적인 유체 흐름으로, 작동 지점(operating point)에서 작동된다.
도 2에 따르면, 환기 탱크(10)에는 (도 1의 유입 라인(13)에 상응하는) 유입 측 상에서 상응하는 순환 회로가 제공되며 흐름이 환기 탱크(10)를 향해 흐르는 컨트롤 밸브(9)를 가진다. 따라서, 컨트롤 밸브(9)가 플로트(14)의 위치에 따라 개방되는지 아닌지에 좌우하여, 환기 탱크(10) 내의 충전 레벨이 양으로(positively) 또는 음으로(negatively) 수정될 수 있다. 과압 밸브(23)가 순환 펌프(22)와 평행하게 배열되는데, 상기 과압 밸브(23)는 순환 회로 내에서 탱크를 향하는 압력이 줄어들 수 있도록 한다.
도 3에 따르면, 흡입 측(흡입 라인(13)) 상에 컨트롤 밸브(9)와 순환 펌프(22)를 가진 순환 회로가 제공되는데, 여기서, 흐름은 컨트롤 밸브(9)를 통과하여 환기 탱크(10)로부터 멀어지며, 따라서, 도 2와는 대조적으로, 순환 펌프(22)는 환기 탱크(10)로부터 이송되지 않고 환기 탱크(10) 내로 이송된다. 따라서, 개방된 컨트롤 밸브(9)를 통과하는 연속 흐름(continuous flow)으로, 환기 탱크(10) 내의 충전 레벨이 양으로 및 음으로 수정될 수 있다. 여기서, 과압 밸브(23)는 흡입 라인(13)의 방향으로 압력을 감소시킬 수 있다.
도 4에 따르면, 순환 회로는 환기 탱크(10)의 배출 측 상에 제공된다. 도 1에서 유입 라인(13) 또는 선택적으로는 도 1에서 바이패스 라인(18)으로부터 나온 버블-없는 연료의 유입량(q1)이 바닥(bottom)에서 환기 탱크(10) 내에 개방된다. 도 1에서 내연기관(12)(도면에는 도시되지 않음)의 환원 흐름으로부터의 가스 버블(gas bubble) 내에 농후한 연료의 유입량(q2)이 환원 라인(11)을 통해 제공된다. 출구 라인(24)은 도 1에서 컨디셔닝 시스템(16)(도면에서는 더 이상 추가로 상세하게 도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 충전 레벨 조절기(15)는 환기 탱크(10)의 출구 연결부(outlet connection)에 배열되고 흐름이 순환 펌프(22)와 함께 연속으로 통과하는 컨트롤 밸브(9)에 의해 형성되는데, 여기서는 상기 컨트롤 밸브(9)는 컨디셔닝 시스템으로의 흡입 라인 내로 들어가는 압력을 줄을 수 있는 과압 밸브(23)가 될 수도 있다. 순환 회로의 구성요소(9, 22, 23)들의 흐름 방향은 본 도면에 도시된 것과 같이 안내될 수 있거나(directed) 혹은 도 2 및 3에서와 같이 상이한 방향으로도 안내될 수 있다.
도 5에 따르면, 환기 탱크(10)의 환기 측(venting side) 상에 순환 회로가 제공된다. 따라서, 플로트(14)에 의해 조절되는 컨트롤 밸브(9)는 순환 펌프(22)를 통해 연속 가스 흐름(continuous gas flow)을 조절하며, 이에 따라 환기 탱크 내의 가스 압력 및 따라서 환기 탱크(10) 내의 충전 레벨은 둘 모두 양으로 및 음으로 수정될 수 있다. 순환 회로의 구성요소(9, 22, 23) 내로의 흐름 방향은 본 도면에 도시된 것과 같이 안내될 수 있거나 혹은 도 2 및 3에서와 같이 상이한 방향으로도 안내될 수 있다.
도 6에 따르면, 본 발명에 따른 장치의 환기 탱크(10)는, 중력에 대해 동일한 레벨(level)에서 무시할 만하게 작은 흐름 저항(flow resistance)으로 유압적으로 소통하며(communicate), 따라서, 각각의 경우, 연결부 상에서 동일한 압력을 가지는 끼워맞춤부(fitting)(25)에 의해 분리된 2개의 영역(26, 27)을 가진다. 게다가, 가스 버블(gas bubble) 제거를 향상시키기 위한 격자(lattice)-형태의 끼워맞춤부(28)가 연료 시스템으로부터 환원 라인(11)에 연결된 영역(26) 내에 제공된다. 따라서, 충전 레벨 조절기(15)에 속한 플로트(14)는 대부분 버블-없는 연료를 함유하는 제2 영역(27) 내에 배열된다. 이는 도 2-4에 따른 충전 레벨을 조절하거나, 혹은 선택적으로는 도 5에 따른 충전 레벨을 조절하기 위해 사용되는데, 그 이유는 환기 라인(20)이 두 영역(26, 27)에 모두 연결되기 때문이다.
도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 장치는, 기본 구조에 있어서, 도 1을 참조하여 기술된 공지의 디자인에 상응한다. 똑같은 부분들은 도 1과 똑같은 도면부호들로 표시된다. 도 1과는 달리, 본 발명에 따르면, 도 7에서는, 도 2에 상세하게 도시되고 도 2를 참조하여 위에서 기술된 것과 같이, 환기 탱크에 대해 유입 측 상에 순환 회로가 제공된다. 따라서, 반복을 피하기 위하여, 도 1 및 도 2에 기술된 설명을 참조한다.
도 8은 기본적으로 도 1로부터 알려져 있는 장치로, 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 형상(configuration)에 실질적으로 상응한다. 여기에서도, 도 1 및 도 3에 관해 기술된 설명을 참조한다. 도 1 및 도 7과는 달리, 도 8에 따른 장치에서는, 어떠한 흡입 펌프(4) 및 흡입 압력 조절기(8)도 제공되지 않는데, 그 이유는 환기 탱크(10) 내로 이송되고 그 위에서 설정된 압력에 반대인(against) 순환 펌프(22)가 흡입 펌프(4)에 따라 작동되고 따라서 가능한 최대한 절약(saving)할 수 있게 하기 때문이다.
도 9에 따른 실시예에서, 이제, 환기 탱크(10)는 연료 시스템으로부터 환원 라인(11)을 가진 바이패스 라인(18)의 교차부(junction) 상에 배열되는데, 여기서, 컨트롤 밸브(9)를 통과하는 흐름은 환기 탱크(10)로부터 멀어지도록 흐르고(pass away) 컨트롤 밸브는 상기 탱크의 배출 측 상에 위치된다. 컨디셔닝 시스템(16) 내에 있는 시스템 펌프(17)는 측정 회로를 통해 따라서 컨트롤 밸브(9)를 통해 연속 흐름(continuous flow)을 유지하는데, 이와 동시에, 상기 시스템 펌프(17)는 순환 펌프(22)로서 사용되는 것이 바람직하다(본 발명의 따른 이전의 실시예에서).

Claims (19)

  1. 환기 탱크(10)를 포함하는, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치로서, 상기 환기 탱크(10)는 내연기관의 연료 시스템(7)의 배출 측(12)으로부터 환원 라인(11) 내에 배열되고 내연기관의 연료 시스템(7)에 공급하기 위해 측정 시스템의 입구 라인(13)에 연결되며 충전 용적(filling volume) 내의 연료 질량을 적어도 대부분 일정하게 유지하기 위한 충전 레벨 조절기(15)를 가지는, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치에 있어서,
    환기 탱크(10)의 한 연결부에 위치된 충전 레벨 조절기(15)는 순환 펌프(22) 및 상기 순환 펌프(22)에 연결된 컨트롤 밸브(9)를 가지며 이를 통해 흐름이 연속으로 통과하며 조절되어야 하는 충전 레벨에 따라 개방되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 순환 펌프(22)와 컨트롤 밸브(9)는 흡입 라인(13)과 환기 탱크(10) 사이에 있는 순환 라인 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 순환 펌프(22)와 컨트롤 밸브(9)는 환기 탱크(10)의 철회 라인(24) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서, 순환 펌프(22)와 컨트롤 밸브(9)는 환기 탱크(10)의 탈기 연결부(degassing connection)(20)에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 순환 펌프(22)와 평행하게 과압 밸브(23)가 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 환기 탱크(10)는 끼워맞춤부(25)에 의해 분리되고 무시할 만하게 작은 흐름 저항으로 유압적으로 소통되는 2개 이상의 영역(26, 27)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 컨트롤 밸브(9)를 가진 환기 탱크(10)는 내연기관에 근처에 배열되고, 바람직하게는, 그 위치에서, 환원 라인(11)과 연소 엔진(combustion engine)의 환원 라인(11) 및 공급 라인 사이에서 바이패스 라인(18)이 조합되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 측정 시스템 내에 요구되는 연료 펌프(4 또는 17)가 순환 펌프(22)로서 직접 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  9. 제4항에 있어서, 내연기관의 압축 공기 시스템의 컴프레서 펌프(compressor pump)가 순환 펌프(22)로서 직접 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 환원된 연료(returned fuel)의 온도를 조절하기 위하여 컨디셔닝 시스템(16)이 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 장치.
  11. 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법으로서, 내연기관의 연료 시스템(7)으로부터 환원된 소비되지 않은 연료가 환기 탱크(10) 내에 탈기되고(degassed), 환기 탱크(10)의 충전 레벨은 적어도 대부분 일정하게 유지되고 내연기관의 연료 시스템(7)의 유입 측에 대한 입구(24)에 추가되는, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법에 있어서,
    연료의 연속적인 순환 흐름 혹은 가스 매체(gaseous medium)의 연속 전달 또는 제거된 상태로, 충전 레벨에 따라 조절되는 매체의 연속 흐름(전달 또는 제거)이 환기 탱크(10)의 연결부에서 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 연료를 위한 흡입부(13)와 환기 탱크(10) 사이에 연속적인 순환 흐름이 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  13. 제11항에 있어서, 연료를 위한 철회 라인(24)과 환기 탱크(10) 사이에 연속적인 순환 흐름이 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  14. 제11항에 있어서, 환기 탱크(10)의 탈기 연결부(20)에서 가스 매체의 연속 전달 또는 제거가 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매체는 부분적으로 개방된 컨트롤 밸브(9)를 통해 환기 탱크(10) 내로 연속으로 흐르는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 매체 흐름의 연속 흐름은 부분적으로 개방된 컨트롤 밸브(9)를 통해 환기 탱크(10)로부터 안내되는(guided) 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하며, 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법에 있어서,
    식별 단계(identification phase)에서, 발생하는 명목 소비량(apparent consumption)은, 적어도, 이전에 공지되어 있는 연료 소비량을 가진 내연기관의 한 작동 지점(operating point)에서 측정되며, 측정 회로의 부분-용적(part-volume)에서 연료의 압력 및 온도를 위해 적어도 근사적으로 결정된 값(value)들에 따라, 내연기관의 현저한 작동 변수(operating variable)들에 따라, 특히, 엔진 속도, 현재 연료 소비량 및 레일 압력(rail pressure)을 위해 내연기관 컨트롤 유닛(ECU)에 의해 출력된 값들에 따라 탐지되고(detected), 명목 소비량을 위한 유한 변수(definitive parameter)들은 상기 데이터로부터 결정되며 실제 소비량 측정에서의 모델링(modelling)에 의해 고려되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서, 내연기관은 식별 단계에서 제로 소비량(zero consumption)으로 트레일링되는(trailed) 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 테스트 작동 동안 변경에 적용시키기 위해, 그리고, 측정의 정확성을 최적화시키기 위해, 공지되어 있는 자기-학습 알고리즘(self-learning algorithm)이 사용될 수 있으며, 중요한 시스템 특성, 특히, 측정 라인 및 센서의 응답 거동(response behavior)의 시간 상수, 팽창 계수, 압축도(compressibility), 밀도 및 용적을 결정하기 위해 이러한 값들을 모델-연관 중복(model-related redundancy)을 결정하기 위하여, 바람직하게는, 측정된 혹은 미리 결정된 값들, 특히, 압력, 온도 및 연료 소비량을 위한 값들, 및 엔진 속도, 레일 압력 및 각각의 경우 현재 연료 소비량을 위한 내연기관 컨트롤 유닛에 의해 출력된 값들이 변경 값들과 적어도 함께 평가되는(evaluated) 것을 특징으로 하는 내연기관의 동적 연료 소비량을 연속으로 측정하기 위한 방법.
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