燃料消耗测量系统的制作方法

1.本发明涉及一种燃料消耗测量系统，该燃料消耗测量系统具有：第一燃料管线，该第一燃料管线具有第一入口和第一出口，该第一入口能够与油箱出口连接，该第一出口能够与油箱入口连接；第二燃料管线，该第二燃料管线具有第二入口和第二出口，该第二入口能够与内燃机出口连接，该第二出口能够与内燃机入口连接；连接管线，第一燃料管线与第二燃料管线通过该连接管线连接；流量测量设备，该流量测量设备布置在连接管线中；以及热交换器，该热交换器用于在第一燃料管线的燃料和第二燃料管线的燃料之间进行热交换，该热交换器具有第一热交换面和第二热交换面，第一燃料管线的燃料可以在该第一热交换面上输送，第二燃料管线的燃料可以在该第二热交换面上输送。


背景技术：

2.这种系统通常由执行燃料流的实际测量的模块组成，在具有燃料返回的测量系统的情况下，附加地包括调节模块，通过该调节模块设置，从发动机返回的燃料在测量中被正确地考虑。流量测量设备可以由流量测量计组成，其基本原理在de-as 1 798 080中进行了描述。涉及一种具有入口和出口的电子控制的流量测量设备，在入口和出口之间布置有以齿轮泵形式的旋转置换器，并且在与置换器平行的管线中，活塞布置在测量室中。为了确定流量，借助光学传感器测量活塞在测量室中的偏移。齿轮泵的转数基于该信号不断地重新调整，更确切地说重新调整为，使得活塞总是尽可能返回到其起始位置中。因此，根据通过编码器测量的齿轮泵的旋转或部分旋转的数量和齿轮泵在一转中的已知的输送量计算出在预先给定的时间间隔内的流量。
3.具有调节装置的用于燃料消耗测量的系统例如布置在具有多个喷射阀的共轨(common-rail)系统的燃料高压泵前面。在此涉及闭合回路。替换地，已知设置有到油箱的返回管线并在其中布置有第二流量测量计，从而可以根据两个流量测量计的差值计算燃料消耗。然而，已经表明，由于返回量非常高，可能是燃料消耗的十倍左右、在极端情况下高达一百倍，这样的系统不能提供足够准确的结果。尤其在返回的燃料流大于所输送的燃料流的运行状态中会出现问题。例如，在柴油发动机启动时或在从满载过渡到怠速时，可能会出现这种状态。布置在输送管线中的减压器防止在油箱方向上的回流，由此在第二燃料管线的入口区域中出现不期望的压力升高，并且因此在返回管线中的内燃机的出口处也出现不期望的压力升高。这会影响内燃机的性能，甚至会导致机组损坏。
4.出于这个原因，在wo 2016/012609 a1中提出了一种燃料消耗测量系统，其中设置了两条分开的燃料管线，其中一条燃料管线在回路中引导来自油箱的燃料，而另一条燃料管线在回路中引导来自内燃机的燃料。在两条管线之间通过热交换器进行温度平衡。燃料消耗测量设备布置在两个回路之间的连接管线中，因此该燃料消耗测量设备总是测量实际的消耗。此外，热交换器两侧的体积流保持相同，由此应满足在燃料温度方面与在没有测量系统的情况下的真实条件相对应的条件。
5.然而，已经表明，在该系统中很难不由测量设备影响内燃机中存在的压力条件，因
为在系统中，压力总是被调节到通常的值，由此虽然避免了损坏，但是真实条件不能被正确地再现。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种燃料消耗测量系统，利用该燃料消耗测量系统，系统中的压力和温度尽可能少地受到测量系统的测量的影响，而是保持真实条件。在此，尤其还需要避免在返回的燃料管线处的滞止压力(staudruck)，其中，测量系统的结构和调节应尽可能保持简单。附加地，燃料的调节应始终与消耗无关地进行。
7.上述技术问题通过具有权利要求1的特征的燃料消耗测量系统来解决。
8.根据本发明的燃料消耗测量系统具有第一燃料管线，该第一燃料管线具有第一入口和第一出口。在运行中，第一入口与油箱出口连接并且第一出口与油箱入口连接。此外，燃料消耗测量系统包括第二燃料管线，该第二燃料管线具有第二入口和第二出口，其中，该第二入口与内燃机出口连接并且该第二出口与内燃机入口连接。入口处的管线相应地形成在正常运行时燃料从内燃机返回到油箱的管线。在连接管线中布置有流量测量设备，第一燃料管线和第二燃料管线通过该连接管线连接，通过该流量测量设备可以在两个方向上测量燃料流量。因此，该流量测量设备总是测量从第一燃料管线传输到第二燃料管线中的燃料量，其对应于内燃机的燃料消耗。此外，该系统具有热交换器，该热交换器用于在第一燃料管线的燃料和第二燃料管线的燃料之间进行热交换。为此，热交换器具有第一热交换面和第二热交换面，来自第一燃料管线的燃料沿着该第一热交换面流动，并且来自第二燃料管线的燃料沿着该第二热交换面流动，由此产生两个燃料流之间的热交换。热交换面在此分别被理解为热交换器的通道部分和相对置的对应的通道部分，来自第一燃料管线的燃料在该通道部分中吸收来自第二燃料管线的热量，来自第二燃料管线的燃料在该对应的通道部分中将热量散发给来自第一燃料管线的燃料。因此，来自内燃机的较热的燃料将其热量的一部分散发给由油箱所输送的燃料，由此通过测量系统避免了燃料的升高的温度对内燃机的影响。根据本发明，压力平衡管线附加地在第二入口与热交换器之间从第二燃料管线中分岔并且在热交换器与第二出口之间通入到第二燃料管线中，从而该压力平衡管线基本上平行于在其中布置有热交换器的管线部段地引导。该压力平衡管线在此一方面实现了在第二燃料管线的入口和出口之间并且因此也在内燃机入口和内燃机出口之间建立压力平衡的目的，如在没有测量系统的正常运行中返回的燃料自由流动到油箱的情况一样。相应地可以省去附加的压力调节器来使压力保持稳定。另一方面，在大的循环量的情况下，通过压力平衡管线可能进行的压力平衡来避免滞止压力，从而也可以将测量系统用于具有大的循环量的车辆。燃料的调节尤其与燃料消耗无关地进行，因为在测量回路中的输送量过高的情况下，燃料可以通过压力平衡管线引导返回至测量系统的入口。燃料相应地可以在两个方向上流过压力平衡管线。此外，可以在测量时间之外通过该管线容易地执行排气。
9.优选地，压力平衡管线可以在两个方向上连续地自由地流过。这意味着，没有以任何方式造成压力损失的部件或机组布置在压力平衡管线中。因此，压力平衡可以在两个方向上发生。
10.在本发明的一种有利的设计方案中，连接管线在第一热交换面的下游从第一燃料管线中分岔并且在第二入口和热交换器之间在第二热交换面的上游通入到第二燃料管线
中。相应地，燃料流要么平行于第一燃料管线的在其中布置有热交换器的部段地进行要么在相反的方向上进行，其中，通过第一燃料管线的在其中布置有热交换器的部段和压力平衡管线产生回路。相应地，术语“通入”和“分岔”并非旨在确定流动方向，而是仅命名连接位置。
11.在一种优选的实施方式中，节流阀在流量测量设备的下游布置在连接管线中。该阀仅用于在燃料消耗测量设备上产生压力降。利用这样的实施方式，还可以通过流量测量设备测量回流。
12.真空压力调节器可以平行于节流阀地布置在连接管线中，如果不希望负的测量值的话，由此可以在节流阀关闭时避免这种回流。
13.此外有利的是，两个平行连接的泵布置在第一燃料管线中，由此可以将输送量适配于内燃机的大小并且因此适配于内燃机的预期消耗。
14.在为此的进一步的实施方式中，第一止回阀平行于两个泵地布置在燃料管线中。当在燃料消耗测量系统前面使用附加的外部泵模块来输送燃料时，使用该第一止回阀。在这种情况下，不通过两个内部泵输送燃料，并且可以通过止回阀输送燃料，这在泵失效的情况下也是可能的。在使用内部泵时，止回阀防止燃料在回路中输送。
15.附加地，压力调节阀优选地在热交换器的下游并且在到油箱的第一出口的上游以及在其中布置有流量测量设备的连接管线的岔口的下游布置在第一燃料管线中。通过该压力调节阀调整系统压力。这可以要么通过可调节的压力调节阀远程地进行要么通过可手动调整的阀进行，其中，在第一种情况下，可以依据泵功率调整系统压力。
16.在为此的进一步的实施方式中，压力调节阀被设计为针阀，利用该针阀可以特别准确地调整压力。
17.优选地，第二止回阀在压力调节阀的下游并且在到油箱的第一出口的上游布置在第一燃料管线中，该第二止回阀阻断从出口到压力调节阀的流动。因此排除了在相反的方向上流过第一燃料管线并且因此确保了对流向内燃机的燃料的调节。
18.此外有利的是，第一旁通管线在进入第一燃料管线的入口的下游并且在泵的上游分岔，该第一旁通管线在热交换器的下游并且在第二燃料管线到内燃机的出口的上游通入到第二燃料管线中，并且在该第一旁通管线中布置有第一旁通阀。该旁通管线用作安全管线，通过该安全管线，内燃机在其余燃料消耗测量系统的故障情况下也可以继续被供应燃料并且因此可以运行。
19.此外，第二旁通管线在进入第二燃料管线的入口的下游并且在压力平衡管线的岔口的上游分岔，该第二旁通管线在第一燃料管线到油箱的出口的上游通入到第一燃料管线中，并且在该第二旁通管线中布置有第二旁通阀，从而当在测量系统处存在故障时，不需要的燃料也可以返回至油箱。相应地，通过旁通管线建立车辆的正常运行。旁通阀可以被设计为自动控制的电磁阀。
20.此外，燃料输送泵在热交换器的上游并且在压力平衡管线的岔口的下游布置在第二燃料管线中，该燃料输送泵用于在第二燃料管线中在热交换器上产生压力降，从而燃料实际上从入口流向出口。该泵要么可以以恒定的转数运行，要么可以被设计为可调节的泵，以产生用于改变输送压力的进一步的调节可能性。
21.附加地有利的是，压力传感器和必要时温度传感器在第二入口和压力平衡管线的
岔口之间布置在第二燃料管线中。压力传感器用于校正借助流量测量设备计算的消耗值。因此，可以根据测量值计算出由于压力波动和与之伴随的密度变化引起的表观消耗。
22.此外，在第二燃料管线中在压力平衡管线的开口与第二出口之间还布置有压力传感器，该压力传感器的测量值可以用于调节测量系统并且用于校正测量值。
23.因此，提供了一种燃料消耗测量系统，利用该燃料消耗测量系统可以以高的准确度并且连续地确定时间分辨的流动过程。这与发动机的大小或系统中存在的压力和回流量无关地进行。测量系统在当前温度和压力方面对内燃机的影响非常小，因此在测量中呈现真实条件。尽管结构简单，但避免了对内燃机的反作用，并且实现了与消耗无关的对燃料的调节。
附图说明
24.根据本发明的燃料消耗测量系统在附图中示出并且在下面根据附图进行描述。
25.图1示出了根据本发明的燃料消耗测量系统及其周围环境的流程图。
具体实施方式
26.在图1中示出了油箱10，在该油箱中存储有燃料。油箱出口12通过输入管线14与根据本发明的燃料消耗测量系统18的第一入口16流体连接。
27.第一燃料管线20从第一入口16通过第一压力传感器22和第一温度传感器24引导至第一泵26，第一燃料管线20中的燃料通过该第一泵被输送。第二泵28和第一止回阀30与该第一泵26平行连接。在对输送压力的需求增加或所需的输送量增加的情况下，两个泵26、28并行地运行。如果在油箱10和入口16之间将附加的泵模块连接到燃料消耗测量系统18中以输送燃料，则可以省去泵26、28的驱动并且替代地通过第一止回阀30进行输送，该第一止回阀相应地在内部泵26、28输送的方向上接通。通过止回阀30避免通过泵26、28输送的燃料在第一燃料管线20中的回流。
28.过滤器32在第一燃料管线中形成在泵26、28和止回阀30的下游，从而流经泵26、28或止回阀30的燃料不含可能损坏后续机组的杂质。第一燃料管线20从此处引导至热交换器34，在该热交换器处，燃料沿着第一热交换面36流动，在该第一热交换面处发生与第二介质的热交换。
29.第一燃料管线20进一步引导至压力调节阀38，该压力调节阀尤其可以被设计为针阀，并且通过该压力调节阀调节压力并且因此调节第一燃料管线20中的输送量。
30.燃料接下来在第一燃料管线20中流至第二止回阀40，该第二止回阀布置在燃料消耗测量系统18的第一出口42的上游，该第一出口通过排放管线44与油箱入口46连接。第二止回阀40相应地在出口42的方向上接通，同时可靠地防止燃料从油箱入口46通过出口42流入到燃料消耗测量系统18中。
31.第二燃料管线48中的燃料流作为第二介质在热交换器34处起作用。该燃料流沿着热交换器34的第二热交换面50流动并且源自内燃机54的回流管线52，该内燃机的内燃机出口56通过回流管线52与燃料消耗测量系统18的第二入口58连接。
32.第二燃料管线48从第二入口58通过第二压力传感器60和第二温度传感器62引导至气泡传感器64，在该气泡传感器处确定是否已形成不期望的燃料蒸汽。燃料管线48进一
步引导至燃料输送泵66，该燃料输送泵将燃料流进一步输送到热交换器34的第二热交换面50，在该处，热量通过第二热交换面50散发到第一热交换面36并且散发到第一燃料管线20中的燃料流，从而从内燃机54返回的燃料基本上被冷却到油箱10中燃料的温度。
33.经冷却的燃料流进一步通过第三压力传感器68和第三温度传感器70输送至第二燃料管线48的第二出口72，该第二出口通过流入管线74与内燃机入口78连接，在该流入管线中布置有高压泵76。共轨分配管80位于内燃机入口处，该共轨分配管与喷射阀82流体连接，燃料通过该喷射阀喷射到内燃机54的燃烧室中。通常在这些系统中输送比实际通过喷射阀82喷射的更多的燃料量，因此从分配管80中分岔出回流管线52。在此，返回的燃料量可以是所喷射的燃料量的数倍。
34.为了能够测量燃料的消耗并且能够将燃料从油箱10引导至内燃机54，第一燃料管线20通过连接管线84与第二燃料管线48连接，在该连接管线中布置有流量测量设备86。
35.该流量测量设备86尤其可以被设计为，使得例如双齿轮泵形式的旋转置换器布置在连接管线84中以用于测量。旋转置换器由驱动电机通过联轴器或传动装置驱动。旁路管线在旋转置换器的上游从连接管线84中分岔，该旁路管线在旋转置换器的下游又通入到连接管线84中。在测量室中可自由移动地布置的活塞存在于该旁路管线中，该活塞具有与测量流体(即燃料)相同的比重，从而该活塞相应于存在于旁路管线中的体积流地与燃料一起无惯性地运动。如果在连接管线84中发生体积流变化，则这首先导致活塞的偏移。借助位移传感器测量该偏移，并且将测量值提供给控制单元，该控制单元记录该位移传感器的值并将相应的控制信号传输给驱动电机，该驱动电机被控制为，使得活塞始终返回到其经定义的初始位置中、即尽可能精确地始终通过旋转置换器排出体积流。由于可以将在时间间隔内输送的体积与旋转置换器的每个转速相关联，因此可以相应地从这些值中计算燃料消耗。通过测量设备不产生附加的压力差，由此不对测量产生影响。
36.连接管线84在热交换器34的第一热交换面36的下游并且在第一燃料管线20的压力调节阀38的上游具有第一燃料管线20的岔口85并且在气泡传感器64的上游、即在第二入口58和气泡传感器64之间并且因此也在热交换器34的第二热交换面50的上游通入到第二燃料管线48中。
37.在连接管线84中布置有节流阀88，该节流阀可以被设计为球阀并且可以相应地在两个方向上流过，并且仅用于打开或关闭连接管线84的这部分并且提供一定的压力降。当节流阀88打开时，可以在流量测量设备86处在两个方向上测量燃料流动，即在返回的燃料的量超过在内燃机54处的所供应的燃料的量的情况下也测量回流，该情况例如可能在惯性运行(schubbetrieb)中短暂出现。如果不期望这种测量值，则可以将节流阀88调整到其阻断位置中，从而通过真空压力调节器90引导燃料，该真空压力调节器布置在与节流阀88的平行管线92中，因此该节流阀被旁通(bypassiert)。如果通过真空压力调节器90引导燃料流，则从第二燃料管线48朝第一燃料管线20的方向的回流被阻止。
38.不论是通过真空压力调节器90还是通过节流阀88引导燃料流，新到达第二燃料管线48的燃料总是以经适配的温度到达第二燃料管线48，因为该燃料已经被引导通过第一热交换面36。接下来与来自第二入口58的返回的燃料流混合并在第二热交换面50处冷却。
39.在第二入口58处或在第二出口72处突然发生压力跳跃的情况下，可能通过这种系统对内燃机54产生反作用，该反作用可能影响内燃机并且还可能导致损坏。为了避免由于
所连接的测量系统18引起的在第二入口58和第二出口72之间并且因此在内燃机入口78和内燃机出口56之间的压力差并且确保燃料的调节与消耗无关，根据本发明，燃料消耗测量系统18附加地具有压力平衡管线94，该压力平衡管线从第二燃料管线48的岔口95在气泡传感器64的上游延伸出来并且在热交换器34和第二出口72之间又通入到第二燃料管线48中，从而第二入口58与第二出口72连续地连接，更确切地说没有将会产生压力损失的机组布置在该压力平衡管线94中。相应地，该压力平衡管线94可以在很大程度上没有压力损失地在两个方向上流过。
40.根据流动方向，因此要么热交换器34和燃料输送泵66被旁通，要么未消耗的燃料通过燃料输送泵66、热交换器34和压力平衡管线94在回路中引导。一旦由于内燃机54的状态而通过燃料输送泵66输送的燃料多于通过出口72流出的燃料，过量的燃料可以相应地在回路中引导，从而在测量系统18中不产生附加的压力。附加地确保了燃料继续与消耗无关地在热交换器处冷却。
41.如果从内燃机54通过入口58返回到第二燃料管线48中的燃料流大于要通过燃料输送泵66输送的燃料量，则压力平衡管线94也可以在相反的方向上流过并且因此在燃料消耗测量系统18中实现压力平衡。
42.测量相应地进行为，使得实际所消耗的燃料由于由此产生的压力差而总是从第一燃料管线20通过连接管线84传输至第二燃料管线48，并且因此由流量测量设备86进行测量。
43.如果在燃料消耗测量系统中出现故障，则探测到该故障并且将两个旁通阀96、97从关闭位置切换到打开位置，该两个旁通阀分别布置在旁通管线98、99中。第一旁通管线98在泵26、28的上游从第一燃料管线中20分岔并且在热交换器34的下游通入到第二燃料管线48中，从而实现从第一入口16到第二出口72的直接连接，并且相应地，泵26、28、66、热交换器34和流量测量设备86被桥接。第二旁通管线99在气泡传感器64、压力平衡管线94和连接管线84通入到第二燃料管线48中的开口的上游从第二燃料管线48中分岔，并且在压力调节阀38的下游通入到第一燃料管线20中，从而实现从第二入口58到第一出口42的直接连接，并且相应地，泵26、28、66、热交换器34和流量测量设备86再次被桥接，并且实现了通常在内燃机54处存在的条件。相应地，在燃料消耗测量系统处存在故障时，该内燃机可以正常地继续运行。
44.利用该燃料消耗测量系统可以相应地可靠地测量具有不同的回流量和燃料压力的不同发动机的消耗，其中，可以以相对较少的设备开销得到非常准确的测量结果并且还可以考虑负流量。测量系统对内燃机运行的影响在此被最小化。在突然的压力波动和大的回流量的情况下，也不会因调节不足或出现压力差而产生测量误差。此外，燃料消耗测量系统可以通过压力平衡管线容易地排气。
45.应当清楚，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在主权利要求的保护范围内进行不同的修改。尤其可以想到使用其他流量测量设备或使用附加的机组。