WO2021207774A1 - Kraftstoffverbrauchsmesssystem - Google Patents

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WO2021207774A1
WO2021207774A1 PCT/AT2021/060121 AT2021060121W WO2021207774A1 WO 2021207774 A1 WO2021207774 A1 WO 2021207774A1 AT 2021060121 W AT2021060121 W AT 2021060121W WO 2021207774 A1 WO2021207774 A1 WO 2021207774A1
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fuel
line
measuring system
outlet
fuel line
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PCT/AT2021/060121
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Albert ZRIM
Thomas Wiener
Enis UGUR
Christian Thomas Berger
Michael Sammer
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Avl List Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a fuel consumption measuring system with a first fuel line with a first inlet which can be connected to a tank outlet and a first outlet which can be connected to a tank inlet, a second fuel line with a second inlet which is connected to an internal combustion engine outlet and a second outlet , which can be connected to an internal combustion engine inlet, a connecting line via which the first fuel line is connected to the second fuel line, a flow meter which is arranged in the connecting line, and a heat exchanger for exchanging heat between the fuel of the first fuel line and the fuel of the second fuel line with a first heat exchange surface via which the fuel of the first fuel line can be conveyed, and a second heat exchange surface via which the fuel of the second fuel line can be conveyed.
  • Such systems usually consist of a module that actually measures the fuel flow and, in the case of measuring systems that have a fuel return, also of a conditioning module, which is used to set that the fuel returned by the engine is correctly taken into account in the measurement.
  • the flow meter can consist of a flow meter, the basic principle of which is described in DE-AS 1 798 080. It is an electronically controlled flow measuring device with an inlet and an outlet, between which a rotary displacer in the form of a gear pump and a piston in a measuring chamber in a line parallel to the displacer is arranged. To the To determine the flow rate, the deflection of the piston in the measuring chamber is measured by means of an optical sensor.
  • the speed of the gear pump is continuously readjusted on the basis of this signal in such a way that the piston is always returned to its starting position as far as possible.
  • the flow rate is calculated within a specified time interval from the number of revolutions or partial revolutions of the gear pump measured by an encoder and the known delivery volume of the gear pump during one revolution.
  • the pressure reducer arranged in the delivery line prevents backflow in the direction of the tank, which creates an undesirable pressure increase in the area of the inlet of the second fuel line and thus also at the outlet of the internal combustion engine in the return line. This influences the performance of the internal combustion engine and can even lead to damage to assemblies.
  • a fuel consumption measuring system has been proposed in WO 2016/012609 A1, in which two separate fuel lines are provided, one of which circulates fuel from the tank and the other circulates fuel from the internal combustion engine. Temperature equalization takes place between the two lines via a heat exchanger. In a connecting line between the two circuits is the
  • Fuel consumption measuring device arranged so that it always measures the actual consumption. Furthermore, the volume flows on both sides of the heat exchanger are kept the same, which is intended to create conditions that correspond to the real conditions with regard to the temperature of the fuel without a measuring system.
  • the task is therefore to provide a fuel consumption measuring system with which the pressure and the temperature in the system are influenced as little as possible by the measurements of the measuring system, but the real conditions are maintained. In this case, it is also particularly necessary to avoid back pressure on the returning fuel line, with the construction and regulation of the measuring system remaining as simple as possible. In addition, the fuel should always be conditioned independently of consumption.
  • the fuel consumption measuring system has a first fuel line with a first inlet and a first outlet.
  • the first inlet is connected to a tank outlet and the first outlet is connected to a tank inlet.
  • the fuel consumption measuring system consists of a second fuel line with a second inlet and a second outlet, the second inlet being connected to an internal combustion engine outlet and the second outlet being connected to an internal combustion engine inlet.
  • the line at the inlet accordingly forms the line from which the fuel is returned from the internal combustion engine to the tank during normal operation.
  • a flow measuring device is arranged, via which the fuel flow can be measured in both directions. This therefore always measures the amount of fuel transferred from the first fuel line into the second fuel line, which corresponds to the fuel consumption of the internal combustion engine.
  • the system has a heat exchanger for exchanging heat between the fuel in the first fuel line and the fuel in the second fuel line.
  • the heat exchanger has a first heat exchange surface on which the fuel flows from the first fuel line, and a second heat exchange surface on which the fuel flows from the second fuel line, whereby a heat exchange occurs between the two fuel flows.
  • the heat exchange surface is to be understood as the channel part of the heat exchanger in which the fuel from the first fuel line absorbs heat from the second fuel line or the opposite corresponding channel part in which the fuel from the second fuel line transfers heat to the fuel from the first fuel line gives away.
  • the warmer fuel from the internal combustion engine gives off part of its heat to the fuel pumped from the tank, which means that a rising temperature of the fuel has an influence on the internal combustion engine Measuring system is avoided.
  • a pressure equalization line additionally branches off from the second fuel line between the second inlet and the heat exchanger and opens into the second fuel line between the heat exchanger and the second outlet, so that it is guided essentially parallel to the line section in which the Heat exchanger is arranged.
  • this pressure equalization line fulfills the purpose of establishing pressure equalization between the inlet and the outlet of the second fuel line and thus also between the combustion engine inlet and the combustion engine outlet, as is also the case in normal operation without a measuring system due to the free flow of the returned fuel to the tank is. Accordingly, an additional pressure regulator can be dispensed with in order to keep the pressure stable.
  • the possible pressure equalization via the pressure equalization line prevents back pressure, so that the measuring system can also be used for vehicles with large amounts in circulation.
  • the fuel is conditioned independently of the consumption of fuel, since if the delivery rate in the measuring circuit is too large, it can be fed back to the inlet of the measuring system via the pressure equalization line. The fuel can flow through the pressure equalization line accordingly in both directions. In addition, this line can be used for venting outside of the measurement times without any problems.
  • the pressure equalization line can be flown through continuously and freely in both directions. This means that there are no components or units in the pressure equalization line that could cause a pressure loss in any way. In this way, pressure equalization can take place in both directions.
  • the connecting line branches downstream of the first heat exchange surface from the first fuel line and opens between the second inlet and the heat exchanger upstream of the second heat exchange surface in the second fuel line.
  • the fuel flow takes place either parallel to the section of the first fuel line in which the heat exchanger is arranged or in the opposite direction, a circuit being generated over the section of the first fuel line in which the heat exchanger is arranged and the pressure equalization line.
  • the terms open and branch off are not intended to define a direction of flow, but merely to name the connection positions.
  • a throttle valve is arranged in the connecting line downstream of the flow measuring device. This valve is only used to generate a pressure gradient across the fuel consumption measuring device. With such an embodiment, backflows can also be measured via the flow measuring device.
  • a vacuum pressure regulator can be arranged in the connecting line parallel to the throttle valve, so that when the throttle valve is closed such backflows can be avoided if negative measured values are undesirable.
  • a first check valve is arranged parallel to the two pumps in the fuel line. This is used if there is an additional external pump module in front of the fuel consumption measuring system to deliver the fuel is used. In this case, there is no delivery of the fuel via the two internal pumps and the fuel can be delivered via the check valve, which is also possible if the pumps fail.
  • the non-return valve prevents the fuel from being conveyed in the circuit.
  • a pressure control valve is arranged in the first fuel line.
  • the system pressure is set via this pressure control valve. This can be done either remotely via a controllable pressure control valve or via a manually adjustable valve, whereby in the first case the system pressure can be set as a function of the pump output.
  • the pressure control valve is designed as a needle valve with which a particularly precise setting of the pressure is possible.
  • a second check valve which blocks a flow from the outlet to the pressure control valve, is preferably arranged downstream of the pressure regulating valve and upstream of the first outlet to the tank in the first fuel line.
  • a first bypass line branches off into the first fuel line downstream of the inlet and upstream of the pumps, which feeds the second fuel line downstream of the heat exchanger and upstream of the outlet Internal combustion engine opens into the second fuel line and in which a first bypass valve is arranged.
  • This bypass line serves as a safety line via which the internal combustion engine can continue to be supplied with fuel and thus operated even in the event of a fault in the remaining fuel consumption measuring system.
  • a second bypass line branches off downstream of the inlet into the second fuel line and upstream of the junction of the pressure equalization line, which opens into the first fuel line upstream of the outlet of the first fuel line to the tank and in which a second bypass valve is arranged so that the fuel that is not required can also be returned to the tank if there is a fault in the measuring system.
  • the bypass valves can be designed as automatically controlled solenoid valves.
  • a fuel feed pump is arranged upstream of the heat exchanger and downstream of the branch of the pressure equalization line in the second fuel line, which is used to generate a pressure gradient across the heat exchanger in the second fuel line, so that the fuel actually flows from the inlet to the outlet.
  • the pump can either be operated at a constant speed or designed as a controllable pump to generate a further control option for changing the delivery pressures
  • a pressure sensor and possibly a temperature sensor is arranged in the second fuel line between the second inlet and the branch of the pressure equalization line.
  • the pressure sensor is used to correct the consumption values calculated by means of the flow meter. So can apparent consumption due to pressure fluctuations and the associated changes in density can be calculated from the measured values.
  • a pressure sensor is also arranged in the second fuel line between the mouth of the pressure equalization line and the second outlet, the measured values of which can be used to regulate the measuring system and to correct the measured values.
  • a fuel consumption measuring system is thus made available with which time-resolved flow processes can be determined with high accuracy and continuously. This is done regardless of the size of the motors or the pressures and return quantities existing in the system.
  • the measuring system has only a very slight influence on the internal combustion engine with regard to the temperatures and pressures present, so that real conditions exist during the measurement. Despite a simple structure, repercussions on the internal combustion engine are avoided and the fuel is conditioned regardless of consumption.
  • a fuel consumption measuring system according to the invention is shown in the figure and is described below with reference to the figure.
  • the figure shows a flow diagram of a fuel consumption measuring system according to the invention with its surroundings.
  • the figure shows a tank 10 in which fuel is stored.
  • a tank outlet 12 is fluidically connected via a feed line 14 to a first inlet 16 of a fuel consumption measuring system 18 according to the invention.
  • a first fuel line 20 leads via a first pressure sensor 22 and a first temperature sensor 24 to a first pump 26, via which the fuel in the first fuel line 20 is promoted.
  • a second pump 28 and a first check valve 30 are connected in parallel with this first pump 26.
  • both pumps 26, 28 are operated in parallel. If an additional pump module is to be connected between the tank 10 and the inlet 16 in the fuel consumption measuring system 18 to deliver the fuel, the pumps 26, 28 do not need to be driven and instead a delivery via the first check valve 30 takes place, which is accordingly in the direction switches through, in which the internal pumps 26, 28 promote. A backflow of the fuel delivered by the pumps 26, 28 in the first fuel line 20 is avoided by the check valve 30.
  • a filter 32 is formed in the first fuel line so that the fuel flowing through the pumps 26, 28 or the check valve 30 is freed of impurities that could damage the following units.
  • the first fuel line 20 leads to a heat exchanger 34, where the fuel flows along a first heat exchange surface 36 on which a heat exchange with a second medium takes place.
  • the first fuel line 20 also leads to a pressure regulating valve 38, which can in particular be designed as a needle valve and via which the pressure and thus the delivery rate in the first fuel line 20 is regulated.
  • the fuel then flows in the first fuel line 20 to a second check valve 40, which is arranged upstream of a first outlet 42 of the fuel consumption measuring system 18, which is connected to a tank inlet 46 via a discharge line 44.
  • the second check valve 40 switches accordingly in the direction of the outlet 42 while a flow of the fuel from the tank inlet 46 via the outlet 42 into the fuel consumption measuring system 18 is reliably prevented.
  • a fuel flow in a second fuel line 48 acts as the second medium on the heat exchanger 34.
  • This fuel flow flows along a second heat exchange surface 50 of the heat exchanger 34 and comes from a return line 52 of an internal combustion engine 54, the internal combustion engine outlet 56 of which via the return line 52 connects to a second inlet 58 of the fuel consumption measuring system 18 is connected.
  • the second fuel line 48 leads from the second inlet 58 via a second pressure sensor 60 and a second temperature sensor 62 to a gas bubble sensor 64, which is used to determine whether undesired fuel vapors have formed.
  • the fuel line 48 leads further to a fuel feed pump 66, which conveys the fuel flow further to the second heat exchange surface 50 of the heat exchanger 34, at which heat via the second heat exchange surface 50 to the first
  • Heat exchange surface 36 and is delivered to the fuel flow in the first fuel line 20, so that the fuel returned from the internal combustion engine 54 is essentially cooled down to the temperature of the fuel in the tank 10.
  • This cooled fuel flow is further conveyed via a third pressure sensor 68 and a third temperature sensor 70 to a second outlet 72 of the second fuel line 48, which is connected to a second outlet 72 of the second fuel line 48 via an inlet line 74 in which a high-pressure pump 76 is arranged
  • Engine inlet 78 is connected.
  • a common rail distributor pipe 80 is located on this, which is fluidically connected to injection valves 82 via which the fuel is injected into the combustion chambers of the internal combustion engine 54.
  • injection valves 82 are injected so that the return line 52 branches off from the distributor pipe 80.
  • the amount of fuel returned can be a multiple of the amount of fuel injected.
  • the first fuel line 20 is connected to the second fuel line 48 via a connecting line 84 in which a flow meter 86 is arranged.
  • This flow measuring device 86 can in particular be designed in such a way that a rotary displacer, for example in the form of a double gear pump, is arranged in the connecting line 84 for measurement.
  • the rotary displacer is driven by a drive motor via a clutch or a gearbox.
  • a bypass line branches off from the connecting line 84 upstream of the rotary displacer and opens again into the connecting line 84 downstream of the rotary displacer.
  • this bypass line is a freely displaceable piston in a measuring chamber, which has the same specific weight as the measuring fluid, i.e. the fuel, so that it moves with the fuel free of inertia according to the volume flow present in the bypass line.
  • a change in volume flow occurs in the connecting line 84, this initially results in a deflection of the piston.
  • This deflection is measured by means of a displacement sensor and the measured values are made available to a control unit, which records the values of this displacement sensor and transmits corresponding control signals to the drive motor, which is controlled in such a way that the piston is always moved back to its defined starting position, i.e. the volume flow as precisely as possible is always discharged via the rotary displacer. Since each speed of the rotary displacer one in the time interval can be assigned to the conveyed volume, it is accordingly possible to calculate a fuel consumption from these values. There is no additional pressure difference across the measuring device, which has no effect on the measurement.
  • the connecting line 84 has a branch 85 from the first fuel line 20 downstream of the first heat exchange surface 36 of the heat exchanger 34 and upstream of the pressure regulating valve 38 of the first fuel line 20 and opens upstream of the gas bubble sensor 64, i.e. between the second inlet 58 and the gas bubble sensor 64 and thus also upstream of the second heat exchange surface 50 of the heat exchanger 34 into the second fuel line 48.
  • a throttle valve 88 is arranged, which can be designed as a ball valve and can be flown through accordingly in both directions and only serves to open or close this part of the connecting line 84 and to provide a certain pressure drop.
  • the flow meter 86 can measure fuel flows in both directions, including backflows in the event that the amount of returned fuel exceeds the amount of fuel supplied to the internal combustion engine 54, which can occur briefly in overrun mode, for example. If such measured values are not desired, the throttle valve 88 can be adjusted in its blocking graduation so that the fuel is passed through a vacuum pressure regulator 90 which is arranged in a parallel line 92 to the throttle valve 88 so that this is bypassed.
  • the vacuum pressure regulator 90 If the fuel flow is guided via the vacuum pressure regulator 90, a backflow from the second fuel line 48 in the direction of the first fuel line 20 is prevented. Regardless of whether the fuel flow is routed via the vacuum pressure regulator 90 or the throttle valve 88, the fuel that is newly entering the second fuel line 48 always reaches the second fuel line 48 at an adapted temperature, since it is already via the first heat exchange surface 36 was conducted. In the following there is a mixture with the returned fuel flow from the second inlet 58 and a cooling on the second heat exchange surface 50.
  • the fuel consumption measurement system 18 additionally has a pressure equalization line according to the invention 94, which extends from a junction 95 from the second fuel line 48 upstream of the gas bubble sensor 64 and opens again into the second fuel line 48 between the heat exchanger 34 and the second outlet 72, so that the second inlet 58 continuously connects to the second Outlet 72 is connected and that without aggregates are arranged in this pressure equalization line 94, which would generate a pressure loss.
  • this pressure equalization line 94 can be flowed through in both directions with as little pressure loss as possible.
  • either the heat exchanger 34 and the fuel feed pump 66 are bypassed or unused fuel is circulated via the fuel feed pump 66, the heat exchanger 34 and the pressure equalization line 94.
  • the excess fuel can be circulated accordingly, so that no additional pressure is generated in the measuring system 18. It also ensures that the fuel continues to be cooled at the heat exchanger regardless of consumption.
  • the pressure equalization line 94 can also flow through in the opposite direction, thus creating a pressure equalization in the fuel consumption measuring system 18.
  • the measurement is accordingly carried out in such a way that the fuel actually consumed is always transmitted from the first fuel line 20 to the second fuel line 48 via the connecting line 84 due to the pressure differences that occur as a result, and is thus measured by the flow meter 86.
  • bypass valves 96, 97 are switched from a closed position to an open position, which are each arranged in a bypass line 98, 99.
  • the first bypass line 98 branches off from the first fuel line 20 upstream of the pumps 26, 28 and opens into the second fuel line 48 downstream of the heat exchanger 34, so that there is a direct connection from the first inlet 16 to the second outlet 72 and, accordingly, the pumps 26 , 28, 66, the heat exchanger 34 and the flow meter 86 are bridged.
  • the second bypass line 99 branches off from the second fuel line 48 upstream of the gas bubble sensor 64, the pressure equalization line 94 and the opening of the connecting line 84 into the second fuel line 48 and opens into the first fuel line 20 downstream of the pressure regulating valve 38, so that there is a direct connection from the second inlet 58 to the first outlet 42 and, accordingly, the pumps 26, 28, 66, the heat exchanger 34 and the flow meter 86 are bridged again and conditions are created which are usually present on the internal combustion engine 54. Accordingly, it can continue to operate normally if there should be an error in the fuel consumption measuring system.
  • the consumption of different engines with different return quantities and fuel pressures can be measured reliably, with very precise measurement results being achieved with relatively little expenditure on equipment, and negative flow rates also being able to be taken into account.
  • the influence of the measuring system on the operation of the combustion engine is minimized. Even with sudden pressure fluctuations and large return quantities, there are no measurement errors due to insufficient conditioning or pressure differences.
  • the fuel consumption measuring system can be vented easily via the pressure equalization line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem (18) mit einer ersten Kraftstoffleitung (20) mit einem ersten Einlass (16), der mit einem Tankauslass (12) verbindbar ist und einem ersten Auslass (42), der mit einem Tankeinlass (46) verbindbar ist, einer zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einem zweiten Einlass (58), der mit einem Verbrennungsmotorauslass (56) und einem zweiten Auslass (72), der mit einem Verbrennungsmotoreinlass (78) verbindbar ist, einer Verbindungsleitung (84), über die die erste Kraftstoffleitung (20) mit der zweiten Kraftstoffleitung (48) verbunden ist, einem Durchflussmessgerät (86), welches in der Verbindungsleitung (84) angeordnet ist, und einem Wärmetauscher (34) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung (20) und dem Kraftstoff in der zweiten Kraftstoffleitung (48) mit einer ersten Wärmeaustauschfläche (36), über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung (20) förderbar ist, und einer zweiten Wärmeaustauschfläche (50), über welche der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung (48) förderbar ist, wobei eine Druckausgleichsleitung (94) von der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) abzweigt, und in die zweite Kraftstoffleitung (48) zwischen dem Wärmetauscher (34) und dem zweiten Auslass (72) mündet.

Description

B E S C H R E I B U N G
Kraftstoffverbra uchsmesssystem
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem mit einer ersten Kraftstoff leitu ng mit einem ersten Einlass, der mit einem Tankauslass verbindbar ist und einem ersten Auslass, der mit einem Tankeinlass verbindbar ist, einer zweiten Kraftstoffleitung mit einem zweiten Einlass, der mit einem Verbrennungsmotorauslass und einem zweiten Auslass, der mit einem Verbrennungsmotoreinlass verbindbar ist, einer Verbindungsleitung, über die die erste Kraftstoffleitung mit der zweiten Kraftstoff leitu ng verbunden ist, einem Durchflussmessgerät, das in der Verbindungsleitung angeordnet ist, und einem Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung und dem Kraftstoff der zweiten Kraftstoff leitu ng mit einer ersten Wärmeaustauschfläche, über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoff leitu ng förderbar ist, und einer zweiten Wärmeaustauschfläche, über welche der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffleitung förderbar ist.
Derartige Systeme bestehen üblicher Weise aus einem Modul, welches die eigentliche Messung des Kraftstoffstroms durchführt sowie bei Messsystemen, die eine Kraftstoffrückführung aufweisen, zusätzlich aus einem Konditioniermodul, über welches eingestellt wird, dass der vom Motor zurückgeführte Kraftstoff bei der Messung korrekt berücksichtigt wird. Das Durchflussmessgerät kann aus einem Durchflussmesser bestehen, dessen Grundprinzip in der DE-AS 1 798 080 beschrieben wird. Es handelt sich um ein elektronisch gesteuertes Durchflussmessgerät mit einem Einlass und einem Auslass, zwischen denen ein rotatorischer Verdränger in Form einer Zahnradpumpe sowie in einer zum Verdränger parallelen Leitung ein Kolben in einer Messkammer angeordnet ist. Zur Bestimmung der Durchflussmenge wird die Auslenkung des Kolbens in der Messkammer mittels eines optischen Sensors gemessen. Die Drehzahl der Zahnradpumpe wird aufgrund dieses Signals stetig nachgeregelt, und zwar derart, dass der Kolben möglichst immer in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Aus der über einen Kodierer gemessenen Anzahl der Umdrehungen oder Teilumdrehungen der Zahnradpumpe sowie dem bekannten Fördervolumen der Zahnradpumpe bei einer Umdrehung wird so der Durchfluss innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls berechnet.
Diese Systeme zur Kraftstoffverbrauchsmessung mit Konditioniereinrichtung werden beispielsweise vor der Kraftstoffhochdruckpumpe eines Common-Rail Systems mit mehreren Einspritzventilen angeordnet. Es handelt sich dabei um geschlossene Kreisläufe. Alternativ ist es bekannt, eine Rückführleitung zum Tank vorzusehen und in dieser einen zweiten Durchflussmesser anzuordnen, so dass der Kraftstoffverbrauch aus der Differenz der beiden Durchflussmesser berechnet werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass aufgrund der sehr hohen Rückführmengen, die gegebenenfalls etwa das zehnfache und in Extremfällen das bis zu Hundertfache des Kraftstoffverbrauchs betragen, derartige Systeme keine ausreichend genauen Ergebnisse liefern. Probleme treten insbesondere in Betriebszuständen auf, in denen der zurückgeführte Kraftstoffstrom größer ist als der geförderte Kraftstoffstrom. Ein derartiger Zustand kann beispielsweise beim Start eines Dieselmotors oder beim Übergang von der Volllast zum Leerlauf auftreten. Der in der Förderleitung angeordnete Druckminderer verhindert einen Rückfluss in Richtung des Tanks, wodurch eine unerwünschte Druckerhöhung im Bereich des Einlasses der zweiten Kraftstoff leitu ng und damit auch am Auslass des Verbrennungsmotors in der Rückführleitung entsteht. Diese beeinflusst die Leistung des Verbrennungsmotors und kann sogar zu Schäden an Aggregaten führen. Aus diesem Grund wurde in der WO 2016/012609 Al ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem vorgeschlagen, bei dem zwei getrennte Kraftstoffleitungen vorgesehen sind, von denen die eine Kraftstoff aus dem Tank im Kreis führt und die andere Kraftstoff aus dem Verbrennungsmotor im Kreis führt. Zwischen den beiden Leitungen findet über einen Wärmetauscher ein Temperaturausgleich statt. In einer Verbindungsleitung zwischen den beiden Kreisläufen ist die
Kraftstoffverbrauchsmessvorrichtung angeordnet, so dass diese immer den tatsächlichen Verbrauch misst. Des Weiteren werden die Volumenströme auf beiden Seiten des Wärmetauschers gleich gehalten, wodurch Bedingungen geschaffen werden sollen, die bezüglich der Temperatur des Kraftstoffs den realen Bedingungen ohne Messsystem entsprechen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bei diesem System schwierig ist, die im Verbrennungsmotor vorhandenen Druckbedingungen durch die Messvorrichtung nicht zu beeinflussen, da immer im System der Druck auf einen üblichen Wert geregelt wird, wodurch zwar Schäden vermieden werden, jedoch die Realbedingungen nicht korrekt wiedergegeben werden.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem bereit zu stellen, mit dem der Druck und die Temperatur im System möglichst wenig durch die Messungen des Messsystems beeinflusst werden, sondern die realen Bedingungen erhalten bleiben. Dabei ist es insbesondere auch notwendig, einen Staudruck an der rückführenden Kraftstoffleitung zu vermeiden, wobei der Aufbau und die Regelung des Messsystems möglichst einfach bleiben soll. Zusätzlich soll immer eine vom Verbrauch unabhängige Konditionierung des Kraftstoffs erfolgen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Kraftstoffverbrauchsmesssystem weist eine erste Kraftstoff leitu ng mit einem ersten Einlass und einem ersten Auslass auf. Im Betrieb wird der erste Einlass mit einem Tankauslass verbunden und der erste Auslass mit einem Tankeinlass verbunden. Des Weiteren besteht das Kraftstoffverbrauchsmesssystem aus einer zweiten Kraftstoff leitu ng mit einem zweiten Einlass und einem zweiten Auslass, wobei der zweite Einlass mit einem Verbrennungsmotorauslass verbunden wird und der zweite Auslass mit einem Verbrennungsmotoreinlass verbunden wird. Die Leitung am Einlass bildet entsprechend die Leitung, aus der der Kraftstoff vom Verbrennungsmotor im Normalbetrieb zum Tank zurückgeführt wird. In einer Verbindungsleitung, über die die erste Kraftstoffleitung mit der zweiten Kraftstoff leitu ng verbunden ist, ist ein Durchflussmessgerät angeordnet, über das in beide Richtungen der Kraftstofffluss gemessen werden kann. Diese misst somit immer die aus der ersten Kraftstoffleitung in die zweite Kraftstoffleitung übertragene Kraftstoffmenge, was dem Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors entspricht. Des Weiteren weist das System einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff der ersten Kraftstoffleitung und dem Kraftstoff der zweiten Kraftstoff leitu ng auf. Hierzu weist der Wärmetauscher eine erste Wärmeaustauschfläche, an welcher der Kraftstoff aus der ersten Kraftstoff leitu ng entlang strömt, und eine zweite Wärmeaustauschfläche auf, an welcher der Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffleitung entlang strömt, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Kraftstoffströmen entsteht. Unter Wärmetauschfläche ist dabei jeweils der Kanalteil des Wärmetauschers zu verstehen, in dem der Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung Wärme aus der zweiten Kraftstoff leitu ng aufnimmt beziehungsweise der gegenüberliegende korrespondierende Kanalteil, in dem der Kraftstoff aus der zweiten Kraftstoffleitung Wärme an den Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung abgibt. Somit gibt der wärmere Kraftstoff aus dem Verbrennungsmotor einen Teil seiner Wärme an den aus dem Tank geförderten Kraftstoff ab, wodurch ein Einfluss einer steigenden Temperatur des Kraftstoffs auf den Verbrennungsmotor durch das Messsystem vermieden wird. Erfindungsgemäß zweigt zusätzlich eine Druckausgleichsleitung von der zweiten Kraftstoff leitu ng zwischen dem zweiten Einlass und dem Wärmetauscher ab und mündet in die zweite Kraftstoff leitu ng zwischen dem Wärmetauscher und dem zweiten Auslass, so dass sie im Wesentlichen parallel zu dem Leitungsabschnitt geführt wird, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist. Diese Druckausgleichsleitung erfüllt dabei einerseits den Zweck, einen Druckausgleich zwischen dem Einlass und dem Auslass der zweiten Kraftstoff leitu ng und damit auch zwischen dem Verbrennungsmotoreinlass und dem Verbrennungsmotorauslass herzustellen, wie dies im Normalbetrieb ohne Messsystem durch die freie Durchströmung des zurückgeführten Kraftstoffs zum Tank ebenfalls der Fall ist. Entsprechend kann auf einen zusätzlichen Druckregler verzichtet werden, um den Druck stabil zu halten. Andererseits wird bei großen Umlaufmengen durch den möglichen Druckausgleich über die Druckausgleichsleitung ein Staudruck vermieden, so dass das Messsystem auch für Fahrzeuge mit großen Umlaufmengen genutzt werden kann. Vor allem erfolgt eine Konditionierung des Kraftstoffs unabhängig vom Verbrauch an Kraftstoff, da dieser bei zu großen Fördermengen im Messkreis über die Druckausgleichsleitung zurück zum Einlass des Messsystems geführt werden kann. Der Kraftstoff kann die Druckausgleichsleitung entsprechend in beide Richtungen durchströmen. Des Weiteren kann über diese Leitung außerhalb der Messzeiten problemlos eine Entlüftung durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist die Druckausgleichsleitung in beide Richtungen stetig frei durchströmbar. Dies bedeutet, dass in der Druckausgleichsleitung keine Bauteile oder Aggregate angeordnet sind, die in irgendeiner Weise einen Druckverlust verursachen. So kann in beide Richtungen ein Druckausgleich stattfinden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung zweigt die Verbindungsleitung stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche von der ersten Kraftstoffleitung ab und mündet zwischen dem zweiten Einlass und dem Wärmetauscher stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche in die zweite Kraftstoffleitung. Entsprechend erfolgt der Kraftstoffstrom entweder parallel zu dem Abschnitt der ersten Kraftstoffleitung, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist oder entgegengesetzt, wobei ein Kreislauf über den Abschnitt der ersten Kraftstoffleitung, in der der Wärmetauscher angeordnet ist und die Druckausgleichsleitung erzeugt wird. Entsprechend soll durch die Begriffe münden und abzweigen nicht eine Strömungsrichtung festgelegt werden, sondern lediglich die Verbindungspositionen benannt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Verbindungsleitung stromabwärts des Durchflussmessgerätes ein Drosselventil angeordnet. Dieses Ventil dient lediglich zur Erzeugung eines Druckgefälles über die Kraftstoffverbrauchmessvorrichtung. Mit einer derartigen Ausführung können auch Rückströmungen über das Durchflussmessgerät gemessen werden.
Parallel zum Drosselventil kann in der Verbindungsleitung ein Vakuumdruckregler angeordnet werden, wodurch bei geschlossenem Drosselventil solche Rückströmungen vermieden werden können, falls negative Messwerte unerwünscht sind.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der ersten Kraftstoffleitung zwei parallel geschaltete Pumpen angeordnet sind, wodurch die Fördermenge an die Größe und damit den zu erwartenden Verbrauch des Verbrennungsmotors angepasst werden kann.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist parallel zu den beiden Pumpen in der Kraftstoff leitu ng ein erstes Rückschlagventil angeordnet. Dieses wird genutzt, wenn vor dem Kraftstoffverbrauchmesssystem ein zusätzliches externes Pumpenmodul zur Förderung des Kraftstoffs verwendet wird. In diesem Fall findet keine Förderung des Kraftstoffs über die beiden internen Pumpen statt und der Kraftstoff kann über das Rückschlagventil gefördert werden was auch bei Ausfall der Pumpen möglich ist. Bei Verwendung der internen Pumpen verhindert das Rückschlagventil eine Förderung des Kraftstoffs im Kreis.
Zusätzlich ist vorzugsweise stromabwärts des Wärmetauschers und stromaufwärts des ersten Auslasses zum Tank sowie stromabwärts einer Abzweigung der Verbindungsleitung, in der die Kraftstoffmessvorrichtung angeordnet ist, in der ersten Kraftstoff leitu ng ein Druckregelventil angeordnet. Über dieses Druckregelventil wird der Systemdruck eingestellt. Dies kann entweder aus der Ferne über ein regelbares Druckregelventil erfolgen oder über ein manuell einstellbares Ventil ausgeführt werden, wobei im ersten Fall ein Einstellen des Systemdrucks in Abhängigkeit der Pumpleistung möglich ist.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist das Druckregelventil als Nadelventil ausgeführt, mit dem eine besonders genaue Einstellung des Drucks möglich ist.
Vorzugsweise ist stromabwärts des Druckregelventils und stromaufwärts des ersten Auslasses zum Tank in der ersten Kraftstoff leitu ng ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist, welches eine Durchströmung vom Auslass zum Druckregelventil sperrt. Somit wird ein Durchströmen der ersten Kraftstoff leitu ng in umgekehrter Richtung ausgeschlossen und somit eine Konditionierung des zum Verbrennungsmotor strömenden Kraftstoffs sichergestellt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn stromabwärts des Einlasses in die erste Kraftstoff leitu ng und stromaufwärts der Pumpen eine erste Bypassleitung abzweigt, die stromabwärts des Wärmetauschers und stromaufwärts des Auslasses der zweiten Kraftstoff leitu ng zum Verbrennungsmotor in die zweite Kraftstoff lei tu ng mündet und in der ein erstes Bypassventil angeordnet ist. Diese Bypassleitung dient als Sicherheitsleitung, über die der Verbrennungsmotor auch im Fehlerfall des übrigen Kraftstoffverbrauchmesssystems weiter mit Kraftstoff versorgt und somit betrieben werden kann.
Des Weiteren zweigt stromabwärts des Einlasses in die zweite Kraftstoff leitu ng und stromaufwärts der Abzweigung der Druckausgleichsleitung eine zweite Bypassleitung ab, die stromaufwärts des Auslasses der ersten Kraftstoffleitung zum Tank in die erste Kraftstoff leitu ng mündet und in der ein zweites Bypassventil angeordnet ist, so dass auch der nicht benötigte Kraftstoff zum Tank zurückgeführt werden kann, wenn ein Fehler am Messsystem vorliegt. Entsprechend wird über die Bypassleitungen ein Normalbetrieb des Fahrzeugs hergestellt. Die Bypassventile können als automatisch angesteuerte Magnetventile ausgeführt werden.
Des Weiteren ist stromaufwärts des Wärmetauschers und stromabwärts der Abzweigung der Druckausgleichsleitung in der zweiten Kraftstoffleitung eine Kraftstoffförderpumpe angeordnet, die dazu dient in der zweiten Kraftstoff leitu ng ein Druckgefälle über den Wärmetauscher zu erzeugen, so dass der Kraftstoff tatsächlich vom Einlass zum Auslass strömt. Die Pumpe kann entweder mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden oder zur Erzeugung einer weiteren Regelmöglichkeit zur Änderung der Förderdrücke als regelbare Pumpe ausgebildet werden
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn in der zweiten Kraftstoff leitu ng zwischen dem zweiten Einlass und der Abzweigung der Druckausgleichsleitung ein Drucksensor und gegebenenfalls ein Temperatursensor angeordnet ist. Der Drucksensor dient zur Korrektur der mittels des Durchflussmessgerätes berechneten Verbrauchswerte. So können scheinbare Verbräuche aufgrund von Druckschwankungen und damit einhergehende Dichteänderungen aus den Messwerten herausgerechnet werden.
Des Weiteren ist auch in der zweiten Kraftstoff leitu ng zwischen der Mündung der Druckausgleichsleitung und dem zweiten Auslass ein Drucksensor angeordnet, dessen Messwerte zur Reglung des Messsystems und zur Korrektur der Messwerte herangezogen werden können.
Es wird somit ein Kraftstoffverbrauchsmesssystem zur Verfügung gestellt, mit dem zeitlich aufgelöste Durchflussvorgänge mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich ermittelt werden können. Dies erfolgt unabhängig von der Größe der Motoren oder den im System bestehenden Drücken und Rückführmengen. Das Messsystem beeinflusst den Verbrennungsmotor bezüglich der vorliegenden Temperaturen und Drücke nur sehr gering, so dass reale Bedingungen bei der Messung vorliegen. Trotz eines einfachen Aufbaus werden Rückwirkungen auf den Verbrennungsmotor vermieden und eine verbrauchsunabhängige Konditionierung des Kraftstoffs erreicht.
Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffverbrauchsmesssystem ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur beschrieben.
Die Figur zeigt ein Fließschema eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverbrauchsmesssystems mit seiner Umgebung.
In der Figur ist ein Tank 10 dargestellt, in dem Kraftstoff gespeichert wird. Ein Tankauslass 12 ist über eine Zuleitung 14 mit einem ersten Einlass 16 eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 fluidisch verbunden.
Vom ersten Einlass 16 führt eine erste Kraftstoffleitung 20 über einen ersten Drucksensor 22 und einen ersten Temperatursensor 24 zu einer ersten Pumpe 26, über die der Kraftstoff in der ersten Kraftstoffleitung 20 gefördert wird. Parallel zu dieser ersten Pumpe 26 ist eine zweite Pumpe 28 sowie ein erstes Rückschlagventil 30 geschaltet. Bei erhöhtem Bedarf an Förderdruck beziehungsweise einer erhöhten geforderten Fördermenge werden beide Pumpen 26, 28 parallel betrieben. Sollte zur Förderung des Kraftstoffs ein zusätzliches Pumpenmodul zwischen den Tank 10 und den Einlass 16 in das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 geschaltet werden, kann auf einen Antrieb der Pumpen 26, 28 verzichtet werden und stattdessen eine Förderung über das erste Rückschlagventil 30 stattfinden, welches entsprechend in der Richtung durchschaltet, in der die internen Pumpen 26, 28 fördern. Eine Rückströmung des durch die Pumpen 26, 28 geförderten Kraftstoffs in der ersten Kraftstoff leitu ng 20 wird durch das Rückschlagventil 30 vermieden.
Stromabwärts der Pumpen 26, 28 und des Rückschlagventils 30 ist in der ersten Kraftstoff leitu ng ein Filter 32 ausgebildet, so dass der über die Pumpen 26, 28 oder das Rückschlagventil 30 strömende Kraftstoff von Verunreinigungen befreit wird, die die nachfolgenden Aggregate beschädigen könnten. Von hier aus führt die erste Kraftstoff leitu ng 20 zu einem Wärmetauscher 34, wo der Kraftstoff entlang einer ersten Wärmeaustauschfläche 36 strömt, an der ein Wärmeaustausch mit einem zweiten Medium stattfindet.
Die erste Kraftstoffleitung 20 führt weiter zu einem Druckregelventil 38, welches insbesondere als Nadelventil ausgeführt werden kann und über welches der Druck und damit die Fördermenge in der ersten Kraftstoff leitu ng 20 geregelt wird.
Im Folgenden fließt der Kraftstoff in der ersten Kraftstoff leitu ng 20 zu einem zweiten Rückschlagventil 40, welches stromaufwärts eines ersten Auslasses 42 des Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 angeordnet ist, der über eine Abführleitung 44 mit einem Tankeinlass 46 verbunden ist. Das zweite Rückschlagventil 40 schaltet entsprechend in Richtung des Auslasses 42 auf, während eine Strömung des Kraftstoffes vom Tankeinlass 46 über den Auslass 42 in das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 zuverlässig verhindert wird.
Als zweites Medium am Wärmetauscher 34 wirkt ein Kraftstoffstrom in einer zweiten Kraftstoffleitung 48. Dieser Kraftstoffstrom strömt entlang einer zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 und stammt aus einer Rücklaufleitung 52 eines Verbrennungsmotors 54, dessen Verbrennungsmotorauslass 56 über die Rücklaufleitung 52 mit einem zweiten Einlass 58 des Kraftstoffverbrauchsmesssystems 18 verbunden ist.
Die zweite Kraftstoffleitung 48 führt vom zweiten Einlass 58 über einen zweiten Drucksensor 60 und einen zweiten Temperatursensor 62 zu einem Gasblasensensor 64, an dem ermittelt wird, ob sich unerwünschte Kraftstoffdämpfe gebildet haben. Die Kraftstoffleitung 48 führt weiter zu einer Kraftstoffförderpumpe 66, die den Kraftstoffstrom weiter zur zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 fördert, an der Wärme über die zweite Wärmeaustauschfläche 50 an die erste
Wärmeaustauschfläche 36 und an den Kraftstoffstrom in der ersten Kraftstoff leitu ng 20 abgegeben wird, so dass der aus dem Verbrennungsmotor 54 zurückgeführte Kraftstoff im Wesentlichen auf die Temperatur des Kraftstoffs im Tank 10 heruntergekühlt wird.
Dieser gekühlte Kraftstoffstrom wird weiter über einen dritten Drucksensor 68 und einen dritten Temperatursensor 70 zu einem zweiten Auslass 72 der zweiten Kraftstoffleitung 48 gefördert, der über eine Zulaufleitung 74, in der eine Hochdruckpumpe 76 angeordnet ist, mit einem
Verbrennungsmotoreinlass 78 verbunden ist. An diesem befindet sich ein Common-Rail Verteilerrohr 80, welches fluidisch mit Einspritzventilen 82 verbunden ist, über die der Kraftstoff in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors 54 eingespritzt wird. Üblicherweise werden in diesen Systemen größere Kraftstoffmengen gefördert als tatsächlich über die Einspritzventile 82 eingespritzt werden, so dass vom Verteilerrohr 80 die Rücklaufleitung 52 abzweigt. Dabei können die zurückgeführten Kraftstoffmengen ein Vielfaches der eingespritzten Kraftstoffmengen betragen.
Um den Verbrauch des Kraftstoffs messen zu können und Kraftstoff vom Tank 10 zum Verbrennungsmotor 54 führen zu können, ist die erste Kraftstoff leitu ng 20 mit der zweiten Kraftstoff leitu ng 48 über eine Verbindungsleitung 84 verbunden, in der ein Durchflussmessgerät 86 angeordnet ist.
Dieses Durchflussmessgerät 86 kann insbesondere so ausgebildet sein, dass in der Verbindungsleitung 84 zur Messung ein rotatorischer Verdränger, beispielsweise in Form einer Doppelzahnradpumpe angeordnet wird. Der rotatorische Verdränger wird über eine Kupplung oder ein Getriebe von einem Antriebsmotor angetrieben. Von der Verbindungsleitung 84 zweigt stromaufwärts des rotatorischen Verdrängers eine Umgehungsleitung ab, die stromabwärts des rotatorischen Verdrängers wieder in die Verbindungsleitung 84 mündet. In dieser Umgehungsleitung befindet sich ein in einer Messkammer frei verschiebbar angeordneter Kolben, der das gleiche spezifische Gewicht wie das Messfluid, also der Kraftstoff, aufweist, so dass er sich trägheitsfrei mit dem Kraftstoff entsprechend des in der Umgehungsleitung vorhandenen Volumenstroms bewegt. Tritt eine Volumenstromänderung in der Verbindungsleitung 84 auf, hat dies zunächst eine Auslenkung des Kolbens zur Folge. Diese Auslenkung wird mittels eines Wegsensors gemessen und die Messwerte einer Steuereinheit zur Verfügung gestellt, welche die Werte dieses Wegsensors aufnimmt und entsprechende Steuersignale dem Antriebsmotor übermittelt, der derart angesteuert wird, dass der Kolben immer in seine definierte Ausgangsstellung zurückbewegt wird, der Volumenstrom also möglichst exakt immer über den rotatorischen Verdränger abgeführt wird. Da jeder Drehzahl des rotatorischen Verdrängers ein im Zeitintervall gefördertes Volumen zugeordnet werden kann, ist es entsprechend möglich, einen Kraftstoffverbrauch aus diesen Werten zu berechnen. Über das Messgerät entsteht keine zusätzliche Druckdifferenz, wodurch kein Einfluss auf die Messung ausgeübt wird.
Die Verbindungsleitung 84 weist eine Abzweigung 85 von der ersten Kraftstoff leitu ng 20 stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche 36 des Wärmetauschers 34 und stromaufwärts des Druckregelventils 38 von der ersten Kraftstoffleitung 20 auf und mündet stromaufwärts des Gasblasensensor 64, also zwischen dem zweiten Einlass 58 und dem Gasblasensensor 64 und damit auch stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche 50 des Wärmetauschers 34 in die zweite Kraftstoff leitu ng 48.
In der Verbindungsleitung 84 ist ein Drosselventil 88 angeordnet, welches als Kugelhahn ausgeführt werden kann und entsprechend in beide Richtungen durchströmt werden kann und lediglich dazu dient, diesen Teil der Verbindungsleitung 84 zu öffnen oder zu schließen und einen gewissen Druckabfall bereit zu stellen. Bei geöffnetem Drosselventil 88 können am Durchflussmessgerät 86 Kraftstoffströmungen in beiden Richtungen gemessen werden, also auch Rückströmungen in dem Fall, dass die Menge zurückgeführten Kraftstoffs die Menge des zugeführten Kraftstoffs am Verbrennungsmotor 54 übersteigt, was beispielsweise im Schubbetrieb kurzzeitig Vorkommen kann. Sind derartige Messwerte nicht erwünscht, kann das Drosselventil 88 in seine Sperrsteilung verstellt werden, so dass der Kraftstoff über einen Vakuumdruckregler 90 geführt wird, der in einer Parallelleitung 92 zum Drosselventil 88 angeordnet ist, so dass dieses bypassiert wird. Wird der Kraftstoffstrom über den Vakuumdruckregler 90 geführt, wird eine Rückströmung von der zweiten Kraftstoffleitung 48 in Richtung der ersten Kraftstoff leitu ng 20 verhindert. Unabhängig davon, ob der Kraftstoffstrom über den Vakuumdruckregler 90 oder das Drosselventil 88 geführt wird, gelangt der neu in die zweite Kraftstoff leitu ng 48 gelangende Kraftstoff immer mit einer angepassten Temperatur in die zweite Kraftstoff leitu ng 48, da er bereits über die erste Wärmeaustauschfläche 36 geführt wurde. Im Folgenden erfolgt eine Mischung mit dem zurückgeführten Kraftstoffstrom vom zweiten Einlass 58 und an der zweiten Wärmeaustauschfläche 50 eine Kühlung.
Bei plötzlich auftretenden Drucksprüngen am zweiten Einlass 58 oder am zweiten Auslass 72 können durch ein solches System Rückwirkungen auf den Verbrennungsmotor 54 auftreten, die diesen beeinflussen und auch zu Schäden führen können. Um nun Druckdifferenzen zwischen dem zweiten Einlass 58 und dem zweiten Auslass 72 und damit zwischen dem Verbrennungsmotoreinlass 78 und dem Verbrennungsmotorauslass 56 aufgrund des angeschlossenen Messsystems 18 zu vermeiden und eine Konditionierung des Kraftstoffs unabhängig vom Verbrauch sicher zu stellen, weist das Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 zusätzlich erfindungsgemäß eine Druckausgleichsleitung 94 auf, welche sich von einer Abzweigung 95 von der zweiten Kraftstoffleitung 48 stromaufwärts des Gasblasensensors 64 aus erstreckt und zwischen dem Wärmetauscher 34 und dem zweiten Auslass 72 wieder in die zweite Kraftstoff leitu ng 48 mündet, so dass der zweite Einlass 58 stetig mit dem zweiten Auslass 72 verbunden ist und zwar ohne dass Aggregate in dieser Druckausgleichsleitung 94 angeordnet sind, die einen Druckverlust erzeugen würden. Entsprechend ist diese Druckausgleichsleitung 94 weitestgehend druckverlustfrei in beide Richtungen durchströmbar.
Je nach Strömungsrichtung wird somit entweder der Wärmetauscher 34 und die Kraftstoffförderpumpe 66 umgangen oder nicht verbrauchter Kraftstoff wird im Kreis über die Kraftstoffförderpumpe 66, den Wärmetauscher 34 und die Druckausgleichsleitung 94 geführt. Sobald mehr Kraftstoff über die Kraftstoffförderpumpe 66 gefördert wird als über den Auslass 72 aufgrund des Zustandes des Verbrennungsmotors 54 ausströmt, kann der überschüssige Kraftstoff entsprechend im Kreis geführt werden, so dass kein zusätzlicher Druck im Messsystem 18 erzeugt wird. Zusätzlich wird sichergestellt, dass der Kraftstoff weiterhin unabhängig vom Verbrauch am Wärmetauscher gekühlt wird.
Sollte der vom Verbrennungsmotor 54 über den Einlass 58 in die zweite Kraftstoff leitu ng 48 zurückgeführte Kraftstoffstrom größer sein als die über die Kraftstoffförderpumpe 66 zu fördernde Kraftstoffmenge, kann die Druckausgleichsleitung 94 auch in umgekehrter Richtung durchströmt werden und so ein Druckausgleich im Kraftstoffverbrauchsmesssystem 18 geschaffen werden.
Die Messung erfolgt entsprechend derart, dass immer der tatsächlich verbrauchte Kraftstoff aufgrund der dadurch auftretenden Druckdifferenzen von der ersten Kraftstoffleitung 20 zur zweiten Kraftstoffleitung 48 über die Verbindungsleitung 84 übertragen und somit vom Durchflussmessgerät 86 gemessen werden.
Sollte ein Fehler im Kraftstoffverbrauchsmesssystem auftreten, wird dieser detektiert und zwei Bypassventile 96, 97 von einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung geschaltet, welche jeweils in einer Bypassleitung 98, 99 angeordnet sind. Die erste Bypassleitung 98 zweigt von der ersten Kraftstoff leitu ng 20 stromaufwärts der Pumpen 26, 28 ab und mündet in der zweiten Kraftstoffleitung 48 stromabwärts des Wärmetauschers 34, so dass eine direkte Verbindung vom ersten Einlass 16 zum zweiten Auslass 72 erfolgt und entsprechend die Pumpen 26, 28, 66, der Wärmetauscher 34 und das Durchflussmessgerät 86 überbrückt werden. Die zweite Bypassleitung 99 zweigt von der zweiten Kraftstoff leitu ng 48 stromaufwärts des Gasblasensensors 64, der Druckausgleichsleitung 94 und der Mündung der Verbindungsleitung 84 in die zweite Kraftstoff leitu ng 48 ab und mündet in der ersten Kraftstoffleitung 20 stromabwärts des Druckregelventils 38, so dass eine direkte Verbindung vom zweiten Einlass 58 zum ersten Auslass 42 erfolgt und entsprechend erneut die Pumpen 26, 28, 66, der Wärmetauscher 34 und das Durchflussmessgerät 86 überbrückt werden und Bedingungen geschaffen werden, die üblicherweise am Verbrennungsmotor 54 vorliegen. Entsprechend kann dieser normal weiterbetrieben werden, wenn ein Fehler am Kraftstoffverbrauchsmesssystem vorliegen sollte.
Mit diesem Kraftstoffverbrauchsmesssystem kann entsprechend der Verbrauch unterschiedlicher Motoren mit verschiedenen Rücklaufmengen und Kraftstoff drücken zuverlässig gemessen werden, wobei mit einem relativ geringen apparativen Aufwand sehr genaue Messergebnisse erzielt werden und auch negative Durchflüsse berücksichtigt werden können. Der Einfluss des Messsystems auf den Betrieb des Verbrennungsmotors wird dabei minimiert. Auch bei plötzlichen Druckschwankungen und großen Rücklaufmengen entstehen keine Messfehler durch eine mangelnde Konditionierung oder auftretende Druckdifferenzen. Darüber hinaus ist eine problemlose Entlüftung des Kraftstoffverbrauchsmesssystems über die Druckausgleichsleitung möglich.
Es sollte deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs des Hauptanspruchs möglich sind. Insbesondere ist es denkbar, andere Durchflussmessgeräte zu verwenden oder zusätzliche Aggregate zu nutzen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Kraftstoffverbrauchsmesssystem (18) mit einer ersten Kraftstoffleitung (20) mit einem ersten Einlass (16), der mit einem Tankauslass (12) verbindbar ist und einem ersten Auslass (42), der mit einem Tankeinlass (46) verbindbar ist, einer zweiten Kraftstoff leitu ng (48) mit einem zweiten Einlass (58), der mit einem Verbrennungsmotorauslass (56) und einem zweiten Auslass (72), der mit einem Verbrennungsmotoreinlass (78) verbindbar ist, einer Verbindungsleitung (84), über die die erste Kraftstoffleitung (20) mit der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) verbunden ist, einem Durchflussmessgerät (86), welches in der Verbindungsleitung (84) angeordnet ist, einem Wärmetauscher (34) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff in der ersten Kraftstoff leitu ng (20) und dem Kraftstoff in der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) mit einer ersten
Wärmeaustauschfläche (36), über welche der Kraftstoff der ersten Kraftstoff leitu ng (20) förderbar ist, und einer zweiten
Wärmeaustauschfläche (50), über welche der Kraftstoff der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckausgleichsleitung (94) von der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) abzweigt, und in die zweite Kraftstoffleitung (48) zwischen dem Wärmetauscher (34) und dem zweiten Auslass (72) mündet.
2. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsleitung (94) in beide Richtungen stetig frei durchströmbar ist.
3. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (84) stromabwärts der ersten Wärmeaustauschfläche (36) von der ersten Kraftstoff leitu ng (20) abzweigt und zwischen dem zweiten Einlass (58) und dem Wärmetauscher (34) stromaufwärts der zweiten Wärmeaustauschfläche (50) in die zweite Kraftstoffleitung (48) mündet.
4. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (84) stromabwärts des Durchflussmessgerätes (86) ein Drosselventil (88) angeordnet ist.
5. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Drosselventil (88) in der Verbindungsleitung (84) ein Vakuumdruckregler (90) angeordnet ist.
6. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kraftstoff leitu ng (20) zwei parallel geschaltete Pumpen (26, 28) angeordnet sind.
7. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den beiden Pumpen (26, 28) in der ersten Kraftstoffleitung (20) ein erstes Rückschlagventil (30) angeordnet ist.
8. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Wärmetauschers (34) und stromaufwärts des ersten Auslasses (42) zum Tank (10) sowie stromabwärts einer Abzweigung (85) der Verbindungsleitung (84), in der das Durchflussmessgerät (86) angeordnet ist, in der ersten Kraftstoff leitu ng (20) ein Druckregelventil (38) angeordnet ist.
9. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (38) ein Nadelventil ist.
10. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Druckregelventils (38) und stromaufwärts des ersten Auslasses (42) zum Tank (10) in der ersten Kraftstoffleitung (20) ein zweites Rückschlagventil (40) angeordnet ist, welches eine Durchströmung vom ersten Auslass (42) zum Druckregelventil (38) sperrt.
11. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des ersten Einlasses (16) in die erste Kraftstoff lei tu ng (20) und stromaufwärts der Pumpen (26, 28) eine erste Bypassleitung (98) abzweigt, die stromabwärts des Wärmetauschers (34) und stromaufwärts des zweiten Auslasses (72) der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) zum Verbrennungsmotor (54) in die zweite Kraftstoff leitu ng (48) mündet und in der ein erstes Bypassventil (96) angeordnet ist.
12. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des zweiten Einlasses (58) in die zweite Kraftstoff leitu ng (48) und stromaufwärts einer Abzweigung (95) der Druckausgleichsleitung (94) eine zweite Bypassleitung (99) abzweigt, die stromaufwärts des ersten Auslasses (42) der ersten Kraftstoff leitu ng (20) zum Tank (10) in die erste Kraftstoff leitu ng (20) mündet und in der ein zweites Bypassventil (97) angeordnet ist.
13. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Wärmetauschers (34) und stromabwärts der Abzweigung (95) der Druckausgleichsleitung (94) in der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) eine Kraftstoffförderpumpe (66) angeordnet ist.
14. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Kraftstoffleitung (48) zwischen dem zweiten Einlass (58) und der Abzweigung (95) der Druckausgleichsleitung (94) ein Drucksensor (60) angeordnet ist.
15. Kraftstoffverbrauchsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Kraftstoff leitu ng (48) zwischen einer Mündung der Druckausgleichsleitung (94) und dem zweiten Auslass (72) ein Drucksensor (68) angeordnet ist.
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