SE513441C2 - Mätorgan för bränslepumpar samt sätt att mäta utmatning av bränsle från en bränslepump - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 441 2 mätomfång av omkring 1:10, dvs tankningsflöden i exempel- vis intervallen 4-40 l/min eller 8-80 l/min, även om det För att klara av att mäta både tankningsflöden och små läckage- finns mätorgan med högre mätomfång, såsom l:100. flöden skulle det emellertid krävas att mätorganet klarar av stora mätomfång på upp till omkring 1:10 000, vilket är en omöjlighet i praktiken av kostnadsskäl. Läckage kan vara förödande för miljön och ekonomiskt kostsamma för näringsidkaren om de inte detekteras. Därför bör inte heller små flöden, såsom någon centiliter per timme, undgå detektering.

Beprövad teknik inom området av mätorgan med stora mätomfång, vilka klarar av noggrannhetskraven vid tank- ning, är volymeteriska flödesmätare t ex deplacementsmä- tare. Eftersom deplacementsmätarna är anpassade för mät- ning av stora tankningsflöden erhålles endast ett fåtal mätpunkter vid detektering eller mätning av små läckage- flöden. Detta resulterar i att mätningen får dålig upp- lösning och eventuellt ger felaktiga mätvärden vid små läckageflöden i ledningen. Alternativt är läckaget så litet att deplacementsmätaren har svårt att registrera det. rad konstruktion med många komponenter och rörliga delar, Dessutom har deplacementsmätare en mycket komplice- vilket medför kostsam tillverkning, problem med läckage vid små flöden och tidskrävande kalibrering. Deplace- mentsmätare anpassade för tankningsflöden har också en relativt stor stående volym, vilket ökar kontaminations- risken när olika bränslesorter passerar genom samma mät- organ vid olika tankningstillfällen. Med stående volym avses den vätskevolym som inryms i mätorganet mellan två tankningstillfällen.

I det amerikanska patentet nr 5 325 706 beskrivs en bränslepumpenhet för detektering av små flöden vid ett eventuellt läckage. Bränslepumpenheten omfattar en bräns- letank med en pump, som är anordnad att mata bränsle vid- are till en ledning och en pistolventil. Ett mätorgan är anordnat i ledningen för att mäta volymen avtappat 10 15 20 25 30 35 513 441 3 bränsle, och en aktiveringsanordning är inrättad att ak- tivera pumpen vid tankning. För att detektera ett eventu- ellt läckage simuleras en tankning genom att pumpen star- tas medan pistolventilen är stängd. Om mätorganet detek- terar ett flöde genom ledningen vid simuleringen avges en läckagesignal. Denna tekniska lösning har fortfarande ovannämnda problem med detektering av de små flödena, så- som vid läckage. Något värde på flödet vid ett eventuellt läckage erhålles ej utan endast en indikation om att ett läckage föreligger.

Eftersom det tillverkas tusentals bränslepumpenheter varje år är varje förbättring av utrustningen och förenk- ling av dess underhåll otroligt värdefull.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en i förhållande till känd teknik enligt ovan förbättrad bränslepumpenhet, vilken är anpassad för mätningar över stora flödesintervall.

Ett speciellt ändamål med uppfinningen är att jäm- fört med känd teknik åstadkomma en enklare konstruktion av det i bränslepumpenheten ingående mätorganet.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är sam- tidigt att åstadkomma en bränslepumpenhet som har för- bättrade kalibreringsmöjligheter.

Ett särskilt ändamål med uppfinningen är att åstad- komma en bränslepumpenhet med förbättrad detektering och mätning av små flöden, såsom vid läckage.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett i förhållande till känd teknik förbättrat sätt att mäta bränsleflödet över stora flödesintervall i en bräns- lepumpenhet.

Dessa och andra ändamål, som kommer att framgå av efterföljande beskrivning, uppnås enligt uppfinningen me- delst en bränslepumpenhet och genom ett sätt, vilka är av inledningsvis angivet slag och vilka dessutom har de sär- drag som anges i de kännetecknade delarna av patentkraven 1 respektive 14. 10 15 20 25 30 35 513 441 4 I enlighet med uppfinningen används en första och en andra mätenhet för att mäta bränsleflödet i ledningen.

Detta medför att flödesmätningarna kan göras med mätenhe- ter som var och en har mindre mätintervall och därmed enklare uppbyggnad än gängse mätorgan. Mätenheternas för- hållandevis enkla uppbyggnad leder till billigare till- verkning, samt enklare och mindre tidsödande kalibrering.

Föredragna utföringsformer av bränslepumpenheten framgår av efterföljande underordnade patentkrav.

Enligt en föredragen utföringsform anordnas mätenhe- terna i serie i samma bränsleledning. Detta ger möjlig- heter att mäta det verkliga flödet i bränsleledningen me- delst två flödesintervall, vilka företrädesvis delvis överlappar varandra. Det krävs då ingen uppdelning av flödet medelst ventiler och ledningsförgreningar, vilket måste göras vid t ex en parallellkoppling. Detta minskar risker för läckage och problem med att erhålla korrekta flödesmätningar. Vidare kan mätenheterna anslutas till befintliga bränslepumpenheters bränsleledningar utan större konstruktionsförändringar.

Varje flöde av bränsle tillbaka till bränsletanken efter avslutad tankning förhindras företrädesvis av en backventilfunktion hos en av de två mätenheterna. Detta eliminerar behovet av en separat backventil i bränsle- pumpenheten.

Båda mätenheterna har i en utföringsform en mätnog- grannhet för det första och det andra mätintervallet som uppfyller de högt ställda kraven från myndigheter och konsumenter. Detta underlättas eftersom den totala mätin- tervallen har delats upp i företrädesvis två delar. En noggrannhet av ca :O,5 %, företrädesvis ca :0,25 % och allra helst ca :O,l25 % uppnås i den första mätinterval- len och med fördel även i den andra mätintervallen.

Den första mätenhetens flödesintervall ligger enligt en föredragen utföringsform vanligtvis någonstans i in- tervallen ca 1-100 l/min, företrädesvis 4-40 1/min. Detta lO 15 20 25 30 35 513 441 5 medför att tankning kan utföras i den första flödesinter- vallen med acceptabelt flöde och noggrannhet.

Den andra mätenhetens flödesintervall har i en före- dragen utföringsform en övre gräns av minst ca 1,5 l/min, företrädesvis ca 3 l/min och allra helst 5 l/min, Detta medför att mätningar av små flöden vid t ex läckage kan detekteras och/eller mätas.

I en föredragen utföringsform omfattar det första mätintervallet tankningsflöden. Det andra mätintervallet omfattar med fördel läckageflöden. Mätenheterna kan då specialanpassas till de olika flödena och därmed ge bättre mätvärden.

Företrädesvis utgörs den första mätenheten av en genomströmningsmätare, såsom en turbinmätare, ultraljuds- mätare eller en rotameter. Det är möjligt erhålla en hög noggrannhet med en enkel och robust mätenhet, eftersom det totala flödesintervallet har delats upp i mindre in- tervall. Föredragna genomströmningsmätare har få rörliga delar, enkel konstruktion och en liten kvarstående bräns- levolym i mätaren mellan tankningstillfällena.

Den andra mätenheten utgörs med fördel av en genom- strömningsmätare, såsom en turbinmätare, en ultraljudmä- tare eller företrädesvis en svävkroppsmätare. Svävkropps- mätaren är lämplig som andra mätenhet eftersom den kan uppvisa en inbyggd backventilfunktion.

En styrenhet är i en föredragen utföringsform anord- nad i bränslepumpenheten för att, baserat på flödet av bränslet i ledningen, styra vilken av mätenheterna som skall ange flödet. Detta medför att mätenheterna kontinu- erligt kan mäta flödet i ledningen. Styrenheten avgör vilken av mätenheternas mätintervall som överensstämmer bäst med flödet i ledningen och därigenom anger det mest korrekta mätvärdet.

Sättet att mäta flödet åstadkommes genom att bräns- let bringas att strömma genom bränsleledningen vid t ex en avtappning eller ett läckage. Flödet inom ett första flödesintervall mäts av en första mätenhet, och flödet 10 15 20 25 30 35 513 441 6 inom ett andra flödesintervall mäts av en andra mätenhet.

De två mätenheterna åstadkommer en hög noggrannhet över ett stort mätintervall eftersom de två mätintervallen av mätenheterna företrädesvis delvis överlappar varandra.

Utgående från flödet i ledningen avgör en styrenhet vilken av de tvà mätenheterna som anger ett korrekt värde på flödet.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer i det följande att förklaras närmare under hänvisning till den bifogade ritningen, vilken i exemplifierande syfte visar en för närvarande föredragen utföringsform av bränslepumpenheten enligt uppfinningen.

Beskrivning av föredragna utföringsformer I en föredragen utföringsform av en bränslepumpenhet 1 enligt uppfinningen, visad på ritningen, är en bränsle- tank 2 anordnad för att inrymma och tillhandahålla bränsle. Från bränsletanken 2 sträcker sig en bränsleled- ning 4 till bränslepumpenhetens 1 stomme 6. Bränsleled- ningen 4 sträcker sig genom stommen 6 till en avtapp- ningsslang 8. Avtappningsslangen 8 är i sin tur förbunden med en avtappningspistol 10. Ett pumporgan 3 är anordnat i förbindelse med bränsletanken 2 för att åstadkomma ett flöde av bränsle genom bränsleledningen 4 vid avtappning.

Två mätenheter 12, 14 med delvis överlappande eller med närliggande mätintervall är anordnade i bränsleled- ningen 4 mellan bränsletanken 2 och avtappningsslangen 8.

Mätenheterna 12, 14 utmatar kontinuerligt mätvärden på flödet i ledningen 4. En styrenhet 16 är ansluten till mätenheterna 12, 14 för att avgöra vilket mätvärde som bäst anger flödet i bränsleledningen 4. Styrenheten 16, i (CPU), 14 på storleken av bränsleflödet. form av en ”Central Processing Unit” baserar valet av mätenhet 12, mätenhet 12, Den 14 vars mätintervall bäst överensstämmer med flödet i ledningen 4 anses ange flödet i ledningen. Det första mätintervallet som mäts av mätenhet 14 avser stora flöden, såsom tankningsflöden. Det andra mätintervallet 10 15 20 25 30 35 513 441 7 som mäts av mätenheten 12 avser små flöden, såsom läcka- ge.

När flödet i ledningen 4 överstiger mätintervallet av den andra mätenheten 12 visar mätenheten 12 sitt maxi- mala värde. Då anger styrenheten 16 att det verkliga flö- det ska registreras fràn den första mätenheten 14, efter- som flödet ligger i den första mätenhetens 14 mätinter- vall. styrenheten 16 mätenhet 12, Vid flöden där mätintervallen överlappar väljer 14 beroende på vilket mät- intervall som bäst anses överensstämma med det verkliga flödet. till Vidare är mätenheterna 12, 14 anordnade i serie i bränsleledningen 4 för att mäta det verkliga flödet, dvs utan mellanliggande förgreningar av ledningen 4. Mäten- heterna 12, 14 anordnas sà, att de inte inverkar på var- andras mätresultat. Det är samma flöde genom de båda mät- 14. Allt avtappat bränsle, pistolventilen, passerar företrädesvis alltid genom båda enheterna 12, som passerar mätenheterna. Mätorganen har företrädesvis en stående volym på maximalt ca 0,12 liter för att minska kontamina- tionsrisken. Det krävs endast små åtgärder för att in- stallera de seriekopplade mätenheterna 12, 14.

Vid avtappning erhåller mätenheten 14 för avtapp- ningsflöden en noggrannhet av ca 10,5 %, företrädesvis ca 10,25 % och allra helst ca :0,125%, med avseende på upp- mätta flöden inom det första flödesintervallet. Mätenhe- ten 14 är vid den föredragna utföringsformen en genom- strömningsmätare. Mëd en genomströmningsmätare avses en mätare som, till skillnad från nämnda deplacementsmätare, mäter strömningshastigheten vid genomströmning av bränsle genom ledningen, exempelvis en ultraljudsmätare, en sväv- kroppsmätare, eller allra helst en turbinmätare. Turbin- mätare har få rörliga delar, en liten stående volym och är enkel att kalibrera. Turbinmätaren mäter dessutom flö- det i ledningen med bra noggrannhet över flödesinterval- len, exempelvis ca 1-100 l/min, 40 l/min. ca 2-80 l/min eller ca 4- 10 15 20 25 30 35 513 441 8 Mätenheten 12 för läckageflöden är vid den före- dragna utföringsformen företrädesvis en svävkroppsmätare, men kan även vara en annan typ av genomströmningsmätare, t ex en turbinmätare eller en ultraljudsmätare. I en svävkroppsmätare förflyttar sig en svävkropp beroende av flödet i ledningen, så att flödet kan beräknas. En sådan svävkroppsmätare kan detektera små flöden genom led- ningen, t ex upp till ca 1,5 l/min. Mätenheten 12 är med fördel utformad att ge mätresultat med stor noggrannhet över ett flödesintervall som sträcker sig upp till minst ca 1,5 l/min, företrädesvis upp till minst ca 3 1/min och allra helst upp till ca 5 l/min. Noggrannhetskraven på mätning av läckage i det andra mätintervallet behöver inte vara lika stringenta som kraven i det första mätin- tervallet.

I det föredragna utförandet med en svävkroppsmätare 12, innefattar denna ett avsmalnande parti (ej visat) uppströms svävkroppen för att åstadkomma en (ej visad) tät anliggning mellan svävkroppen och ledningen 4 när bränslet tenderar att strömma tillbaka i riktning mot bränsletanken 2. Detta eliminerar, vid seriekoppling av mätenheterna 12, 14, behovet av en separat backventil an- ordnad i ledningen 4. Ett hållardon (ej visat), exempel- vis i form av tappar eller anslag är anordnat i sväv- kroppsmätaren 12 för att förhindra att svävkroppen följer med bränslet vid tankning.

Enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen styr styrenheten 16 mätenheterna 12, 14 till och från ett mätläge vid olika flöden genom ledningen 4. Exempelvis kan mätenheten 14 styras att mäta flödet i ledningen 4 vid tankning, eftersom flödet då ligger i ett för mäten- het 14 lämpligt intervall, exempelvis 4-40 l/min, och mätenheten 12 kan styras att mäta flödet vid övriga till- fällen då flödet är lägre, exempelvis under 4 l/min.

Det inses att en mängd modifieringar av ovan be- skrivna utföringsformer av uppfinningen är möjliga inom 10 15 20 25 30 35 513 441 9 ramen för uppfinningen, såsom den definieras i efterföl- jande patentkrav.

Enligt ytterligare en utföringsform kan de två mätenheterna 12, 14 parallellkopplas för att mäta flödet i bränslepumpenheten 1. Genom att anordna mätenheterna i var sin förgrening av ledningen möjliggörs en styrning av flödet till vart och ett av mätenheterna. Parallellkopp- ling av mätenheterna kan göras utan hänsyn till hur flö- det påverkas av respektive mätenhet. I den ena av led- ningens förgreningar mäts höga flöden inom ett första mätintervall, såsom tankning. I den andra av ledningens förgreningar mäts låga flöden inom en andra mätintervall, såsom läckage. En multiplexventil är anordnad uppströms ledningsförgreningen för att styra flödet till rätt för- grening beroende på storleken av bränsleflödet genom led- ningen. En nackdel med parallellkopplade istället för seriekopplade mätenheter är att det krävs fler ventiler.

De två mätenheterna 12, 14 skulle även alternativt kunna vara volymflödesmätare eller massflödesmätare, så- som deplacementsmätare eller coriolismätare, och erhålla många fördelar enligt uppfinningstanken med att utnyttja två samverkande mätenheter.

I en annan utföringsform kan de båda mätenheternas mätintervall vara skilda från eller tangera varandra. Ex- empelvis kan den andra mätenhetens mätintervall sträcka sig upp till ca 1 l/min, ca 2 l/min eller 4 l/min. Då tangeras de två mätintervallen och styrenheternas val av mätenhet förenklas. Vid denna utföringsform tangerar de två mätintervallen varandra i ett område som inte utnytt- jas vid tankning.

Mätenheterna 12, 14 är i ytterligare en utförings- form anordnade i en bränsleledning, som i sin tur är för- bunden med ett flertal bränsletankar. Anordnandet av ett flertal bränsletankar medför möjligheter vid avtappning för blandning av bränsle av olika kvalitet, t ex oktan- halter. Detta är möjligt genom att flödesreglerande ven- tiler samverkar med mätenheterna 12, 14, vilka båda mäter lO 15 513 441. 10 med hög noggrannhet på ca :O,5%, företrädesvis ca :0,25%.

För att erhålla korrekt blandningsförhållande kan ytter- ligare ett mätorgan med låg noggrannhet vara anordnat mellan en av blandningstankarna och mätenheterna. Vidare är det en fördel att utnyttja en turbinmätare vid avtapp- ning från flera bränsletankar. Eftersom turbinmätare bi- behåller en mindre mängd bränsle i mätenheten från tidi- gare avtappning jämfört med t ex deplacementsmätare mins- kas kontaminationsrisken. Det blandade bränslet förs sedan vidare till en eller flera avtappningspistoler.

Dessutom åstadkommes ytterligare utrymmesbesparingar med endast en uppsättning mätenheter för flera tankar.

Det är för fackmannen uppenbart att ordningen av den första och den andra mätenheten i ledningen inte är av någon större betydelse. 11

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 513 441 ll PATENTKRÄV

1. Bränslepumpenhet för utmatning av bränsle omfat- (2), en med bränsletanken (2) tande en bränsletank förbunden bränsleledning (4), ett mätorgan (11), för att mäta ett bränsleflöde därigenom, (ll) som är anordnat i anslutning till ledningen (4) omfattar k ä n n e t e c k nga d av att mätorganet en första mätenhet (14) för att mäta bränsleflödet inom ett första flödesintervall, och en andra mätenhet (12) för att mäta bränsleflödet inom ett andra flödesintervall, varvid det första flödes- intervallet omfattar större bränsleflöden än det andra flödesintervallet.

2. Bränslepumpenhet enligt krav 1, vid vilken de båda mätenheterna (12, 14) är anordnade i serie i bräns- leledningen (4).

3. Bränslepumpenhet enligt krav 1 eller 2, vid vilken den ena av mätenheterna (12, 14) innefattar ett ventildon med en backventilfunktion.

4. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, (14) företrädesvis ca 10,25 % och allra helst ca vid vilken den första mätenheten har en noggrannhet av ca :0,5 %, :O,125%, med avseende på uppmätta flöden inom det första flödesintervallet.

5. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, (12) företrädesvis ca 10,25 % och allra helst ca vid vilken den andra mätenheten har en noggrannhet av ca :O,5 %, :O,l25%, med avseende på uppmätta flöden inom det andra flödesintervallet.

6. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, vid vilken det första flödesintervallet omfattar avtapp- ningsflöden och det andra flödesintervallet omfattar läckageflöden.

7. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, vid vilken den första mätenhetens (14) flödesintervall 10 15 20 25 30 35 513 441 12 har en nedre gräns av minst ca 1 l/min, företrädesvis minst ca 4 l/min, 100 l/min,

8. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, (12) en övre gräns av minst ca 1,5 l/min, och en övre gräns av maximalt ca företrädesvis maximalt ca 40 l/min. vid vilken den andra mätenhetens flödesintervall har företrädesvis minst ca 3 l/min och allra helst ca 5 l/min.

9. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, vid vilken ett pumporgan (3) är anordnat i ledningen (4) för att åstadkomma utmatning av bränsle från bränsletan- ken (2).

10. Bränslepumpenhet enligt något av föregående (14) utgörs av en genomströmningsmätare, såsom en turbinmätare, en ultra- ljudsflödesmätare eller en rotameter. krav, vid vilken den första mätenheten

11. Bränslepumpenhet enligt något av föregående (12) genomströmningsmätare, såsom en turbinmätare, en ultra- krav, vid vilken den andra mätenheten utgörs av en ljudsflödesmätare eller företrädesvis en svävkroppsmä- tare.

12. Bränslepumpenhet enligt något av föregående (16) styr valet av mätenhet för flö- krav, vid vilken en styrenhet (12, 14) desavläsning beroende på bränsleflödets storlek.

13. Bränslepumpenhet enligt något av föregående krav, vid vilken samma bränsleflöde passerar genom båda (12, 14).

14. Sätt att mäta en utmatning av bränsle från en som står i förbindelse med mätenheterna mätenheterna bränslepumpenhet, k ä n n e t e c k n a t av stegen, att bränsle bringas att strömma från en bränsletank (2) till en bränsleledning (4), att flödet inom ett första flödesintervall mäts av en första mätenhet (14) anordnad i anslutning till led- ningen (4), att flödet inom ett andra flödesintervall mäts av en andra mätenhet (12) anordnad i anslutning till ledningen (4), och 10 513 441 13 att valet av mätenhet för flödesavläsning styrs av (16) som är anordnad i förbindelse med mät- (12, 14).

15. Sätt att mäta en utmatning av bränsle från en en styrenhet enheterna bränslepumpenhet enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av stegen, att den första mätenheten (14) väljs av styrenheten (16) för att utföra flödesmätningen vid tankning, och att den andra mätenheten (12) väljs av styrenheten för att utföra flödesmätningen vid övriga tillfällen.