JP5774572B2

JP5774572B2 - 燃料測定システム

Info

Publication number: JP5774572B2
Application number: JP2012243111A
Authority: JP
Inventors: 貴史松山
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: US9074918B2; JP2014092459A; US20140123742A1

Description

本発明は、内燃機関により消費される燃料を測定する燃料測定システムに関するものである。

従来の燃料測定システムとしては、特許文献１に示すように、コリオリ流量計を用いてエンジンにより消費される燃料消費量を測定するものが考えられている。

ここで、コリオリ流量計は、他の流量計に比べて燃料の温度や圧力の影響を受けずに、直接燃料の質量流量を測定できることから、近年燃料消費量測定システムに用いられつつある。

ところが、例えばアイドリング状態にあるエンジンの燃料消費量を測定する場合等のように燃料が低流量領域の場合には、コリオリ流量計の測定値がばらついてしまい、燃料消費量測定の信頼性が得られないという問題がある。

低流量領域におけるコリオリ流量計の測定値がばらつく原因として、燃料の温度変化によるコリオリ流量計内部の配管（フローチューブ）の弾性力の変化が考えられる。

コリオリ流量計内部に設けられた温度センサにより測定値の温度補正を行うものもあるが、この温度補正は、デフォルト値（既定値）を用いたものであり、コリオリ流量計の器差によって補正精度が十分に得られない場合がある。

前記弾性力の変化による誤差は、１℃あたり、０．０００２ｋｇ／ｈ程度である。例えば１００ｋｇ／ｈ程度の大流量の燃料を測定する場合には、測定値に対する誤差量が極めて小さいため、無視することができる。一方、例えば１０ｋｇ／ｈ程度の小流量の燃料を測定する場合には、測定値に対する誤差量が大きく、測定精度の観点から無視することができない。

なお、特許文献１のシステムでは、コリオリ流量計の上流側に熱交換器を設けた構成が開示されているが、温度センサを有していない構成であることから、これは単にコリオリ流量計の上流側において燃料を冷却しているに過ぎない。

特開２００６−３２９９９０号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、コリオリ流量計の測定誤差を低減して燃料消費量の測定精度や再現性を向上させることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る燃料測定システムは、内燃機関により消費される燃料を測定する燃料測定システムであって、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給路に設けられて、当該燃料供給路の燃料流量を測定するコリオリ流量計と、前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側に設けられた熱交換器を有し、前記コリオリ流量計に流入する燃料の温度を制御する温度制御機構と、前記燃料供給路における前記熱交換器及び前記コリオリ流量計の間から分岐して、前記熱交換器の上流側に合流して、前記燃料供給路との関係で循環経路を形成し、前記コリオリ流量計に流入する燃料の温度を所定の基準温度に制御するための循環用流路とを備え、前記燃料供給路における前記循環用流路の分岐点及び合流点の間に前記熱交換器が設けられていることを特徴とする。

このようなものであれば、コリオリ流量計上流側において当該コリオリ流量計に流入する燃料温度を例えば一定に制御する機構を設けているので、コリオリ流量計における燃料の温度変化による測定誤差を低減することができる。これにより、燃料の流量レンジに関わらず、又は温度センサを用いた温度補正に頼ることなく、燃料流量の測定精度や再現性を向上させることができ、燃料消費量の測定精度や再現性を向上させることができる。

温度制御機構の具体的な構成としては、前記温度制御機構が、流量調整弁が設けられた冷却用液体流路を流れる冷却用液体及び前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側を流れる燃料の間で熱交換を行う熱交換器と、前記コリオリ流量計内部又は前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側に設けられた温度センサと、前記温度センサの検出温度を用いて前記流量調整弁の弁開度を制御することにより前記熱交換器に流れる冷却用液体の流量を制御する制御装置とを備えることが望ましい。
これならば、コリオリ流量計に流入する燃料の目標温度と温度センサの検出温度との偏差に基づいて、流量調整弁の弁開度をフィードバック制御することにより、コリオリ流量計に流入する燃料の温度を制御することができる。このとき、温度センサが、前記コリオリ流量計内部に設けられたものであれば、より高精度に燃料の温度を目標温度に一定制御することができる。また、温度センサが、燃料供給路における熱交換器及びコリオリ流量計の間に設けられたものであっても、より高精度に燃料の温度を目標温度に一定制御することができる。

前記燃料供給路における前記熱交換器及び前記コリオリ流量計の間から分岐して、前記熱交換器の上流側に合流して、前記燃料供給路との関係で循環経路を形成する循環用流路を備え、前記燃料供給路における前記循環用流路の分岐点及び合流点の間に前記熱交換器が設けられていることが望ましい。
これならば、循環用流路によって循環経路を形成し、前記循環用流路を流れる温度制御された燃料が、温度制御される前の燃料に混合されるので、熱交換器の能力のみに頼ることなく、燃料の温度を一定に保ちやすくすることができる。また、熱交換器が、循環用流路の分岐点及び合流点の間に設けられており、この部分は、循環経路の中で流量が大きい部分であるため、燃料温度を一定にし易くすることができる。

このように構成した本発明によれば、コリオリ流量計に流入する燃料の温度を一定に制御することによって、コリオリ流量計の温度変化に伴う測定誤差を低減することができ、その結果、燃料流量の測定精度や再現性を向上させることができ、内燃機関の燃料消費量の測定精度や再現性を向上させることができる。

本実施形態の燃料消費量測定システムの模式図である。

以下に本発明に係る燃料測定システムについて図面を参照して説明する。

本実施形態の燃料測定システム１００は、エンジンＥにより消費される燃料の消費量を測定する燃料消費量測定システムであり、図１に示すように、エンジンＥに燃料を供給する燃料供給路２と、当該燃料供給路２を流れる燃料の流量を測定するコリオリ流量計３と、コリオリ流量計３に流入する燃料の温度を一定に制御する温度制御機構４とを備える。なお、この燃料消費量測定システム１００は、前記コリオリ流量計３により得られた燃料の質量流量値に基づいて前記エンジンＥの消費量を算出する演算機器（不図示）を備えていても良い。この演算機器は、後述する制御装置４１により構成しても良い。

燃料供給路２は、一端に燃料導入ポート２１が設けられて、他端がエンジンＥの燃料供給ポートＥ１に接続されている。この燃料供給路２には、その上流側から、燃料導入ポート２１、圧送ポンプである第１ポンプＰ１、燃料冷却用の第１熱交換器ＨＥ１、コリオリ流量計３、吸引ポンプである第２ポンプＰ２、燃料加熱用の第２熱交換器ＨＥ２、燃料冷却用の第３熱交換器ＨＥ３などが設けられている。

燃料供給路２において第１ポンプＰ１上流側には、セーフティバルブＳＶ１が設けられている。このセーフティバルブＳＶ１は、例えば２５０ｋＰａ以上の所定値以上の圧力の燃料が流入した場合に、流入圧力を下げるべく、一部の燃料を外部に逃がすものである。また、燃料供給路２において前記セーフティバルブＳＶ１と前記第１ポンプＰ１の間には、燃料中の気泡を除去するための気泡除去機構５が設けられている。この気泡除去機構５により、第１ポンプＰ１に流入する手前で燃料から気泡を除去することができる。

温度制御機構４は、前記第１熱交換器ＨＥ１と、コリオリ流量計３上流側に設けられた燃料温度センサＴＳ１と、前記第１熱交換器ＨＥ１に流れる冷却用液体である冷却水の流量を制御する制御装置４１とを備える。

第１熱交換器ＨＥ１は、流量調整弁ＣＶ１が設けられた第１冷却用液体流路６（以下、第１冷却水流路６という。）を流れる冷却水と、燃料供給路２のコリオリ流量計３上流側を流れる燃料との間で熱交換を行うものである。ここで、第１熱交換器ＨＥ１に冷却水を供給する第１冷却水流路６には、前記第３熱交換器ＨＥ３に冷却用液体である冷却水を供給する第３冷却水流路７が分岐して形成されている。

そして、第１冷却水流路６における第１熱交換器ＨＥ１上流側には、冷却水を循環させるための循環ポンプＰ３が設けられている。この循環ポンプＰ３は、第１冷却水流路６における第３冷却水流路７の分岐点Ｘ１の上流側に設けられており、前記第１冷却水流路６に冷却水を循環させるだけでなく、第３冷却水流路７に冷却水を循環させる機能を有する。また、第１冷却水流路６における前記循環ポンプＰ３上流側には、冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサＴＳ２が設けられている。この冷却水温度センサＴＳ２は、第１冷却水流路６及び第３冷却水流路７に流入する冷却水の温度が所定温度範囲（例えば５℃〜４０℃）に有るか否かを検知するものである。

また、第１冷却水流路６における第１熱交換器ＨＥ１の下流側には、第１冷却水流路６における冷却水の流量を調整するための流量調整弁ＣＶ１が設けられている。この流量調整弁ＣＶ１は、第１冷却水流路６における第３冷却水流路７の合流点Ｘ２の上流側に設けられており、後述する制御装置４１によって弁開度が制御される。

燃料温度センサＴＳ１は、燃料供給路２における第１熱交換器ＨＥ１及びコリオリ流量計３の間に設けられて燃料の温度を検出するものである。なお、燃料温度センサＴＳ１は、燃料供給路２を構成する配管の温度を検出することによって燃料の温度を検出する構成としても良いし、燃料供給路２の内部に設けられて燃料の温度を直接検出する構成としても良い。

制御装置４１は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換器等を有する専用乃至汎用のコンピュータであり、その内部メモリに格納された温度制御プログラムに基づいて、第１冷却水流路６に設けられた流量調整弁ＣＶ１を弁開度を制御するものである。

具体的に制御装置４１は、所定の基準温度に対して、燃料温度センサＴＳ１により得られた検出温度（燃料温度）が高い又は低い場合には、当該燃料温度センサＴＳ１の検出温度が前記基準温度となるように流量調整弁ＣＶ１の弁開度を制御する。制御装置４１は、例えば以下のようにして燃料の温度制御を行う。

（１）基準温度に対して燃料温度センサＴＳ１の検出温度が低い場合に、冷却水の流量を大きくすることによって燃料温度センサＴＳ１の検出温度が上昇する条件の場合には、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を大きくする。
（２）基準温度に対して燃料温度センサＴＳ１の検出温度が低い場合に、冷却水の流量を大きくすることによって燃料温度センサＴＳ１の検出温度が下降してしまう条件の場合には、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を小さくする。
（３）基準温度に対して燃料温度センサＴＳ１の検出温度が高い場合に、冷却水の流量を大きくすることによって燃料温度センサＴＳ１の検出温度が下降する条件の場合には、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を大きくする。
（４）基準温度に対して燃料温度センサＴＳ１の検出温度が高い場合に、冷却水の流量を大きくすることによって燃料温度センサＴＳ１の検出温度が上昇してしまう条件の場合には、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を小さくする。

その他、制御装置４１は、第３熱交換器ＨＥ３の上流側に設けられた温度センサＴＳ３の検出温度に基づいて、第３熱交換器ＨＥ３に接続される第３冷却水流路７に設けられた流量調整弁ＣＶ２の弁開度も制御する。また、制御装置４１は、測定システム１００を構成する流路に設けられた温度センサや圧力センサからの検出信号を取得して、それら流路に設けられた弁やポンプを制御する。

また、前記所定の基準温度は、外気温によって決定することが考えられる。つまり、外気温が例えば２５度等の所定温度以下の場合には、基準温度を所定温度（２５度）として、燃料の温度が所定温度（２５度）で一定となるように、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を制御する。また、外気温が例えば２５度等の所定温度よりも大きい場合には、基準温度を外気温として、燃料の温度が外気温で一定となるように、流量調整弁ＣＶ１の弁開度を制御する。

そして、第１冷却水流路６における第１熱交換器ＨＥ１上流側（循環ポンプＰ３下流側）と、第１冷却水流路６における第１熱交換器ＨＥ１下流側との間には、第１熱交換器ＨＥ１及び流量調整弁ＣＶ１を迂回するバイパス路８が設けられている。具体的にバイパス路８は、第１冷却水流路６及び第３冷却水流路７の分岐点Ｘ１の上流側及び第１冷却水流路６及び第３冷却水流路７の合流点Ｘ２の下流側の間に接続されている。

このバイパス路８には、第１熱交換器ＨＥ１の上流側及び下流側の差圧を一定に保つための差圧レギュレータ９が設けられている。この差圧レギュレータ９は、前記流量調整弁ＣＶ１を閉じたとき等に生じる第１冷却水流路６の圧力上昇時に、第１冷却水流路６上流側の冷却水をバイパス路８を通じて第１熱交換器ＨＥ１の下流側に逃がすものである。

そして、この燃料消費量測定システム１００においては、燃料供給路２における第１熱交換器ＨＥ１及びコリオリ流量計３の間から分岐して、第１熱交換器ＨＥ１上流側に合流する循環経路Ｒを形成する循環用流路１０が設けられている。

この循環用流路１０には圧力レギュレータＰＲ１が設けられており、循環用流路１０に流れる燃料の圧力を調整する。この循環用流路１０には、前記第１熱交換器ＨＥ１によって温度制御された燃料が流れており、この循環用流路１０によって温度制御された燃料が第１熱交換器ＨＥ１の上流側に戻される構成となる。これにより、循環用流路１０を流れる温度制御された燃料が、温度制御される前の燃料に混合されるので、第１熱交換器ＨＥ１の能力のみに頼ることなく、燃料の温度を一定に保ちやすくすることができる。

この回路構成において、前記第１熱交換器ＨＥ１及び第１ポンプＰ１は、燃料供給路２における循環用流路１０の分岐点Ｘ３及び合流点Ｘ４の間に設けられるようにしている。このように第１熱交換器ＨＥ１及び第１ポンプＰ１が、循環経路Ｒの中で流量が大きい部分に設けられているので、燃料温度を一定にし易くすることができる。

その他の回路構成について言えば、第２熱交換器ＨＥ２は、第１熱交換器ＨＥ１によって一定温度に制御された燃料を加熱するものであり、加熱用液体流路１１を流れる加熱用液体（温水）と、燃料供給路２を流れる燃料との間で熱交換するものである。

また、エンジンＥにより消費されずに残った燃料を、燃料供給路２における第２ポンプＰ２の上流側に戻すための燃料戻し路１２が設けられている。具体的にこの燃料戻し路１２は、燃料供給路２における前記コリオリ流量計３下流側及び第２ポンプＰ２上流側に間に接続されている。なお、前記コリオリ流量計３及び燃料戻し路１２の接続点Ｘ５の間には、圧力レギュレータＰＲ２が設けられており、当該圧力レギュレータＰＲ２を流れる燃料流量がエンジンＥの消費量となる。

このように構成した本実施形態に係る燃料消費量測定システム１００によれば、コリオリ流量計３上流側において当該コリオリ流量計３に流入する燃料温度を一定に制御する機構を設けているので、コリオリ流量計３における燃料の温度変化による測定誤差を低減することができる。これにより、燃料の低流量領域であっても、温度センサを用いた温度補正に頼ることなく、燃料消費量の測定精度や再現性を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、燃料温度センサＴＳ１が燃料供給路２において第１熱交換器ＨＥ１及びコリオリ流量計３の間に設けられているが、その他、コリオリ流量計３の内部に設けられた温度センサを用いても良い。この場合、別途温度センサを設ける必要が無く、装置構成を簡略化できる。また、コリオリ流量計３内部の配管温度を測定するため、より一層燃料の温度制御を正確に行うことができる。その他、第１ポンプＰ１の作動温度を燃料温度とみなし、当該作動温度を用いて燃料の温度制御を行うように構成しても良い。

また、第１熱交換器ＨＥ１と第１ポンプＰ１との配置を逆にしても良い。この場合であっても、第１熱交換器ＨＥ１及び第１ポンプＰ１を循環用流路１０の分岐点Ｘ３及び合流点Ｘ４の間に配置することが好ましい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・燃料消費量測定システム
Ｅ・・・内燃機関
２・・・燃料供給路
３・・・コリオリ流量計
４・・・温度制御機構
ＣＶ１・・・流量調整弁
６・・・冷却水流路
ＨＥ１・・・第１熱交換器
ＴＳ１・・・燃料温度センサ
４１・・・制御装置
１１・・・循環用流路
Ｘ３・・・分岐点
Ｘ４・・・合流点

Claims

内燃機関により消費される燃料を測定する燃料測定システムであって、
前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給路に設けられて、当該燃料供給路の燃料流量を測定するコリオリ流量計と、
前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側に設けられた熱交換器を有し、前記コリオリ流量計に流入する燃料の温度を制御する温度制御機構と、
前記燃料供給路における前記熱交換器及び前記コリオリ流量計の間から分岐して、前記熱交換器の上流側に合流して、前記燃料供給路との関係で循環経路を形成し、前記コリオリ流量計に流入する燃料の温度を所定の基準温度に制御するための循環用流路とを備え、
前記燃料供給路における前記循環用流路の分岐点及び合流点の間に前記熱交換器が設けられている燃料測定システム。
前記温度制御機構が、
流量調整弁が設けられた冷却用液体流路を流れる冷却用液体及び前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側を流れる燃料の間で熱交換を行う熱交換器と、
前記コリオリ流量計内部又は前記燃料供給路の前記コリオリ流量計上流側に設けられた温度センサと、
前記温度センサの検出温度を用いて前記流量調整弁の弁開度を制御することにより前記熱交換器に流れる冷却用液体の流量を制御する制御装置とを備える請求項１記載の燃料測定システム。
前記循環用流路が、該循環用流路に流れる燃料の圧力を調整する圧力調整機構を備える請求項１又は２記載の燃料測定システム。