(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ（１４）と、後方に接続された連続的に測定を行う質量流センサ（６）、有利にはコリオリのセンサ、とを有する燃料供給導管（１）を含んでいる形式の、消費器（８）の動的燃料消費量を連続的に測定する装置において、質量流センサ（６）と直列に配置された非連続的に測定を行うキャリブレーション装置（２）が質量流センサ（６）のために設けられており、このキャリブレーション装置は、場合により行われるキャリブレーションの間に、質量流センサ（６）によっても測定される燃料消費量を決定することを特徴とする、消費器の動的燃料消費量を連続的に測定する装置。
【請求項２】
キャリブレーション装置（２）が、質量流センサ（６）に接続されているキャリブレーションタンク（１０）を有しており、このキャリブレーションタンクはその下方範囲に配置された少なくとも１つの圧力センサ（１３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
キャリブレーション装置（２）が計算ユニット（３）を有しており、この計算ユニットは、不動に配線された回路又はプログラムを有しており、この回路又はプログラムは、少なくとも圧力センサ（１３）の出力値を、キャリブレーション過程の始め及び終わりに問い合わせ、この出力値からキャリブレーション過程中に消費された燃料質量を調べることを特徴とする、請求項２記載の装置。
【請求項４】
計算ユニットが不動に配線された回路又はプログラムを有しており、この回路又はプログラムは、質量流センサ（６）の燃料消費量値を問い合わせて、計算ユニットによって計算された消費燃料質量値と比較し、かつ有利にはこれからキャリブレーション定数を調べ、若しくは検査することを特徴とする、請求項３記載の装置。
【請求項５】
質量流センサ（６）の前方圧力を安定化するための圧力安定化装置（１８）が設けられていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
圧力安定化装置（１８）がキャリブレーションタンク（１０）と容積連結されていることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項７】
キャリブレーションタンク（１０）と圧力安定化装置（１８）とが共通のダイヤフラム（２３）によって互いに仕切られていることを特徴とする、請求項６記載の装置。
【請求項８】
ダイヤフラム（２３）が有利にはばね（２７）によって、質量流センサ（６）への燃料供給導管（２６）内の燃料圧力とは逆向きの力で負荷されていることを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項９】
ダイヤフラム（２３）がほぼコンスタントな質量と連結されており、この質量はダイヤフラムを、質量流センサ（６）への燃料供給導管（２６）内の燃料圧力とは逆向きの重力で負荷していることを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
ダイヤフラム（２３）が電気的、磁気的あるいは電気磁気的な装置によってほぼダイヤフラム行程に無関係な力で負荷されており、この力は質量流センサ（６）への燃料供給導管（２６）内の燃料圧力とは逆向きであることを特徴とする、請求項７記載の装置。
【請求項１１】
切り替え弁（７）によって作用状態にされるバイパス導管（９）が設けられており、このバイパス導管はキャリブレーション装置（２）及び質量流センサ（６）を完全にバイパスして消費器（８）に燃料を供給することを可能にすることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプと、後方に接続された連続的に測定を行う質量流センサ、有利にはコリオリのセンサ、とを有する燃料供給導管を含んでいる形式の、消費器の動的燃料消費量を連続的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料消費量を動的に測定するためには、大抵は、流量の体積測定を行う測定器が使用される。これにより、付加的な密度測定によって消費された燃料質量が調べられ、この燃料質量は本来必要とされる測定値を表す。付加的な密度測定の欠点を回避する直接的な質量消費量測定は、現在では、単に計量法で非連続的に、並びにコリオリのセンサで連続的に行い得るだけである。しかし別の連続的にかつ質量に敏感に測定を行う流量センサも考えられる（例えば質量流測定装置に関するオーストリア国特許出願 A2235/94 参照）。
【０００３】
燃料消費量測定器をキャリブレーションするためには、現在では高精度に検定された計量器が使用される。このために、公称流量の場合に、特定の期間にわたって燃料が計量容器内に排出され、排出された全質量が決定される。このことは、特にこのために必要な開いた燃料導管のために困難であり、かつ危険である。特に易揮発性の燃料成分の気化によって、キャリブレーションの非安全性が増大せしめられる。更に、キャリブレーション過程中大抵は消費器を遮断する必要があることは欠点である。
【０００４】
測定器が計量原理で働く場合、比較基準に戻すことのできるキャリブレーションを検定された基準重りによって行うことができる。この原理で働く自動化されたキャリブレーション装置を燃料計量装置内に組み込むことは公知である。しかし、検査台運転において消費量に応じて測定タンクを追加充てんしなければならないという全ての燃料計量装置の欠点は変わらない。このことは検査台における測定運転の中断を必要とする。
【０００５】
非連続的及び連続的に測定を行うすべての燃料消費量測定器において、流量センサにおける圧力低下は検査台における消費量測定にとって極めて重大である。なぜなら、測定システムの出口すなわち消費器の接続箇所における燃料圧力は実際上瞬間的な消費量に無関係でなければならず、かつ単に数ｍｂａｒでなければならないからである。体積測定に基づく流量センサはその大抵は充分に大きい管横断面に基づいて単にわずかな圧力損失を有しているに過ぎない。これに対し、例えばコリオリのセンサにおけるように、連続的に測定を行う質量流センサにおいては、センサの精度を高めるために、全くわずかな管公称幅が使用される。このことは、流動に関連する大きな圧力損失をもたらす。この圧力損失を補償するために、大抵は調節されるポンプ及び圧力安定化装置が相応する管導管の入口側及び場合により出口側にも使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明の根底をなす課題は、動的な燃料質量消費量を連続的に測定する装置及び方法が、経済的にかつ簡単な形式で、検査台運転を中断することなしに、比較基準に戻すことのできる消費量センサのキャリブレーションを可能にするようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、質量流センサと直列に配置された非連続的に測定を行うキャリブレーション装置が質量流センサのために設けられており、このキャリブレーション装置は、場合により行われるキャリブレーションの間に、質量流センサによっても測定される燃料消費量を決定するようにすることによって、解決される。連続的な消費量測定の期間に対してはキャリブレーション装置は、質量流センサ及び消費器に連続的に燃料を供給するために連続的に充てんされるか、あるいは貫流されて、第２の測定システムとして運転される。キャリブレーション装置は例えば計量原理で働くことができ、その際消費量計量装置は連続的な消費量測定中は例えば連続的に燃料を充てんすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
しかしながら特に有利で安価なのは、充てんレベル測定をベースとするキャリブレーション装置である。このキャリブレーション装置は本発明の別の実施形態では、質量流センサに接続されているキャリブレーションタンクを有しており、このキャリブレーションタンクはその下方範囲に配置された少なくとも１つの圧力センサを備えている。このキャリブレーション装置も非連続的に測定を行い、連続的な消費量測定中は連続的に流過されるか若しくは充てんすることができる。要するに、燃料質量消費量のための連続的に測定を行うセンサが、必要な場合にだけ使用される非連続的に測定を行うキャリブレーション装置と組み合わされ、このキャリブレーション装置は、充てんレベル・圧力ピークの測定に基づくものであって、検査台運転の中断を要求しない。
【０００９】
本発明の別の１実施形態では、キャリブレーション装置が計算ユニットを有しており、この計算ユニットは、不動に配線された回路又はプログラムを有しており、この回路又はプログラムは、少なくとも圧力センサの出力値を、キャリブレーション過程の始め及び終わりに問い合わせ、この出力値からキャリブレーション過程中に消費された燃料質量を調べる。もちろん、計算ユニットは一般的な装置制御の機能を行うこともできる。キャリブレーション測定過程の開始前と終了後との間のキャリブレーションタンク内の燃料圧力の圧力差Δｐを、キャリブレーションタンクの下方範囲と接続している圧力センサにより測定することによって、消費された全燃料質量が定められる。この場合、計算は次式によって行われる：
Ｍ＝Ａ・Δｐ/ｇ                                              （１）
（式中：Ｍは消費された燃料質量であり、Ａはキャリブレーションタンクの横断面積であり、Δｐ＝ｐ１−ｐ２は測定された圧力差であり、ｇは重力加速度である）
測定値である圧力差Δｐも、また測定パラメータである横断面積Ａ及び重力加速度も、検定可能若しくは比較基準に戻すことができる。
【００１０】
有利には、計算ユニットは不動に配線された回路又はプログラムを有しており、この回路又はプログラムは、質量流センサの燃料消費量値を問い合わせて、計算ユニットによって計算された消費燃料質量値と比較し、かつ有利にはこれからキャリブレーション定数を調べ、若しくは検査する。この場合圧力測定により調べられた燃料質量は自動的に、消費量センサにより測定されてキャリブレーション測定過程の期間にわたって蓄積された燃料質量消費量と比較され、この比較から有利には再び自動的に公知の形式でキャリブレーション定数が調べられあるいは検査される。
【００１１】
キャリブレーション装置に所属する計算ユニットが特にキャリブレーション中に質量流センサの燃料消費量値を問い合わせる前述の実施例による装置は更に、情報伝達が単に質量流センサから計算ユニットに行われるだけでなしに、計算ユニットから質量流センサにも行われるように、構成しておくことができる。
【００１２】
すなわち、普通使用される質量流センサは一般に既に固有の計算ユニットを有しており、この計算ユニットは連続的に、質量流センサの測定エレメントにより供給される未処理データから適当な評価法を使用して出力すべき結果を決定する。例えばこの場合貯蔵されているキャリブレーション定数あるいはあらかじめ定められたキャリブレーション経過を使用することができる。
【００１３】
次いで場合により全システムによってキャリブレーションが行われる場合に、実際に有効なキャリブレーション値あるいは、先行のキャリブレーションへの修正値を計算ユニットにより決定することができる。ところで本発明によれば、質量流センサの計算ユニットに、実際のキャリブレーションから得られたパラメータを使用させる。この形式で質量流センサはこれらのパラメータを連続測定の際に考慮することができ、常に高精度の測定結果を決定して出力し、次いでこの測定結果は、別の計算経費なしに、最後のキャリブレーションの考慮のために引き続き使用することができる。
【００１４】
この有利な手段を実現するためには、単に、自体公知の技術での両方の計算ユニットの間の双方向のデータ接続、並びに交換すべきパラメータの定義及びその使用若しくは計算ユニット内で使用される不動に配線された回路又はプログラムの調和が必要であるに過ぎない。
【００１５】
本発明の別の１実施形態では、質量流センサの前方圧力を安定化するための圧力安定化装置が設けられている。すなわち消費器の接続箇所において、要求されるわずかなかつコンスタントな圧力（数ｍｂａｒの圧力）を生ぜしめ得るようにするために、質量流センサにおける流量に関連する圧力降下（例えば２ｂａｒまでの圧力降下）を可変に補償しなければならない。特に高周波の、飛躍的なあるいはパルス状の取り出しを迅速に考慮しなければならない。
【００１６】
この場合、本発明の有利な１実施形態では、圧力安定化装置がキャリブレーションタンクと容積連結されており、したがって圧力安定化装置の作用がキャリブレーションの場合に自動的に一緒に考慮される。
【００１７】
このために本発明の別の１実施形態では、キャリブレーションタンクと圧力安定化装置とが共通のダイヤフラムによって互いに仕切られている。ダイヤフラムという一般的な表現は例えばベローズあるいは類似のものも含む。これにより流量センサの前方でほぼコンスタントな圧力（例えば２ｂａｒを超える圧力）が有利には調節可能なポンプとダイヤフラムを有する圧力貯蔵器によって調整されており、その際比較的にゆっくりと反応するポンプは必要な中間の圧力の調整に役立ち、圧力貯蔵器は燃料を、高周波の、飛躍的なあるいはパルス状の取り出しの場合でも、準備することができる。しかしこの場合、キャリブレーション装置と質量流センサとの間の範囲内にダイヤフラム運動と結び付いた容積変化が生じ、この容積変化を考慮する手段が講じられていなければ、キャリブレーション誤差が生じることがある。構造的に全く簡単な１実施形態では、キャリブレーションタンク内に圧力貯蔵器を組み込む際に、圧力貯蔵器の容積の増大がキャリブレーションタンク内の容積の同じ大きさの減少を生ぜしめ、圧力貯蔵器の容積の減少がキャリブレーションタンク内の容積の同じ大きさの増大を生ぜしめるようにする。これにより交番するシステム圧力によって生ずる圧力貯蔵器内の容積変化も充てんレベル測定中に考慮されている。連続的にあるいは間欠的に運転されるシステムのポンプはその中間の出力を次のように調節される。すなわち圧力貯蔵器の補償ダイヤフラムが平均して−換言すればシステム圧力が中間値に調整されている場合に−変位を有していないか、若しくはコンスタントな変位を有しているように、調節される。このために複数のセンサが圧力貯蔵器に配置されており、これらのセンサはポンプ調節器に必要とされる現在値信号を供給する。このために考慮されるのは、例えば電気光学的位置センサ又は距離センサであるが、しかし圧力貯蔵器内又は圧力貯蔵器後の燃料圧力センサも使用することができる。流量センサの後方には、前述のすべての実施形態において、有利には通常の燃料圧力調節器を、消費器接続部にコンスタントなかつ低い圧力を調整するために設けておくことができる。
【００１８】
この場合構造的に極めて簡単で信頼できる第１の実施形態では、ダイヤフラムは有利にはばねによって、質量流センサへの燃料供給導管内の燃料圧力とは逆向きの力で負荷されている。
【００１９】
これに対し第２の実施形態では、ダイヤフラムはほぼコンスタントな質量と連結されており、この質量はダイヤフラムを、質量流センサへの燃料供給導管内の燃料圧力とは逆向きの重力で負荷している。この実施形態では作用せしめられる力はダイヤフラムの変位とは無関係であり、このことは質量流センサの前方圧力の改善された安定性ひいては高められた測定精度を生ぜしめる。
【００２０】
別の実施形態では、ダイヤフラムは電気的、磁気的あるいは電気磁気的な装置によってほぼダイヤフラム行程に無関係な力で負荷されており、この力は質量流センサへの燃料供給導管内の燃料圧力とは逆向きである。このために例えば、ダイヤフラムと結合されている永久磁石が充分に長いコイル内で可動に支承されていて、コイル内の電流に相応するダイヤフラム行程に無関係な力作用を受けるようにすることができる。しかし例えば、制御される電界によって力が例えばエレクトレットに及ぼされる静電装置も考えられる。
【００２１】
前述の装置にとって、切り替え弁によって作用状態にされるバイパス導管が設けられており、このバイパス導管がキャリブレーション装置及び質量流センサを完全にバイパスして消費器に燃料を供給することを可能にするようにすると、特に有利である。この可能性は特にキャリブレーション中においても有利に利用することができる。それは、これによりキャリブレーションシステム及び測定システムのための流動のない鎮静時間をキャリブレーション過程の始め及び又は終わりに生ぜしめることができ、その際消費器への燃料の供給ひいては検査台運転を中断する必要がないからである。
【００２２】
【実施例】
以下においては、図面に示した実施例によって本発明の構成を具体的に説明する。
【００２３】
図１においては、燃料が供給導管１から、計算ユニット３により制御される切替弁４を介して、非連続的に測定を行うキャリブレーション装置２−例えば燃料消費量計量装置−に、更に、連続的に測定を行う流量及び又は質量流センサ６に供給されることが示されている。やはり計算ユニット３によって制御される別の切り替え弁７を介して消費器８が燃料を供給される。質量流センサ６はデータ導線を介して測定結果を引き続く処理のために計算ユニット３に出力する。
【００２４】
キャリブレーションのためにはまず切り替え弁７及びバイパス導管９によって消費器８に燃料が供給される。非連続的に測定を行うキャリブレーション装置２も、また連続的に測定を行う質量流センサ６も、蓄積測定のために準備される。次いで計算ユニット３によって切り替え弁７が切り替えられる。消費器８の消費量に相応して選択することのできる時間の後に、計算ユニット３が切り替え弁７を再び切り替えて、両方の測定システム２，６がバイパスされる。今や両方の測定システム２，６の測定値は計算ユニットによって読み出され、検査のために、あるいは連続的に測定を行う質量流センサ６のためのキャリブレーション定数を決定するために、使用することができる。
【００２５】
連続的な測定運転のためには、バイパス導管９は切り替え弁７によって非作用状態にされる。しかし更に質量流センサ６及び消費器８への燃料の供給を保証しなければならない。キャリブレーションシステム２が、連続的な流動のための運転モジュールを有していない場合には、このために、計算ユニット３により制御される切り替え弁４を有するバイパス導管５をキャリブレーションシステムのバイパスのために設けておくことができる。
【００２６】
図２は本発明の別の実施例を詳細に示し、この場合非連続的に測定を行うキャリブレーションシステムとして充てんレベルピーク測定器が示されている。燃料は供給導管１を介してキャリブレーションタンク１０に供給される。燃料の供給は充てん弁１１によって開閉することができる。キャリブレーションタンク１０の下方範囲の出口導管１２には圧力センサ１３が接続されており、この圧力センサにより後述するようにキャリブレーションのための圧力測定を行うことができる。燃料は調節されるポンプ１４によって質量流センサ６，有利にはコリオリのセンサ、を通して送られる。流量センサ６の前方には別の圧力センサ１５が取り付けられており、この圧力センサの出力信号はポンプ１４のための調節器１６のための現在値として役立つ。調節器１６に供給される目標値は典型的には、例えば２〜５ｂａｒである。圧力センサ１５によって測定された現在値に応じて、センサ６の前方の圧力が目標値に達するように、ポンプ１４が調節される。燃料のその都度の流量に相応して、センサ６には典型的に例えば＜２ｂａｒの、流動に関連する圧力損失が生ずる。センサ６の後方の残存圧力は調整可能な減圧弁１７によって数ｍｂａｒに調整される。このほぼコンスタントな残存圧力は後続の消費器８に供給される。
【００２７】
全測定システムをバイパスして燃料を消費器８に供給するために、切り替え弁７を有するバイパス導管９が設けられており、この切り替え弁によって正常運転とバイパス運転との切り替えを行うことができる。この場合切り替え弁７は図２に示すように減圧弁１７の後方に、あるいは減圧弁１７の前方に配置することができ、このことは特に消費器８のコンスタントな燃料供給圧力に影響を及ぼす。バイパス運転はキャリブレーション過程のその都度前及び後において必要である。ポンプ１４の後方で、しかしセンサ６の前方に設けられている圧力補償装置、有利には圧力貯蔵器１８、例えばばね負荷されたダイヤフラムあるいはダイヤフラムの変位に無関係な重り負荷されたダイヤフラムを有する圧力貯蔵器、によって、圧力ピーク又は圧力低下に無関係なセンサ６における目標値が確実に保証される。
【００２８】
燃料消費量測定のキャリブレーションは以下に説明する形式で行われ、その際検査台運転を中断する必要はない。キャリブレーション過程の始めに、キャリブレーションタンクが充てん弁１１を介して充てんされたことが確かめられる。次いで充てん弁１１は全キャリブレーション期間中閉じられた状態にとどまる。今や切り替え弁７は、消費器がもはやセンサ６を介してではなく、バイパス導管９を介して燃料を供給されるように、調整される。典型的に例えば１０ｓの短い期間の後にキャリブレーションタンク１０内の第１の圧力値ｐ１が圧力センサによって調べられる。次いで質量流センサ６が蓄積質量流量測定にスタートせしめられ、切り替え弁７が再び切り替えられ、したがって消費器８は燃料をキャリブレーションタンク１０からセンサ６を介して取り出す。蓄積された充分な消費量値に達した後に、改めて切り替え弁７が切り替えられ、再び典型的に例えば１０ｓの期間を待って、今やわずかな充てんレベルに相応するキャリブレーションタンク１０内の第２の圧力ｐ２が圧力センサによって測定される。これらの測定の終了後に、キャリブレーションタンク１０から取り出された燃料質量が一面ではセンサ６の結果によって与えられ、かつ他面では前述の式（１）により両方の測定された圧直値ｐ１及びｐ２から決定することができる。有利には圧力センサ１３及びセンサ６と接続されている計算ユニット３内での比較によって、質量流センサ６のキャリブレーション定数を定めることあるいは検査することが可能である。
【００２９】
図３は、有利な形式で圧力貯蔵器１８と作用接続している本発明によるキャリブレーションタンク１０の構造例を示す。圧力貯蔵器はキャリブレーションタンク１０の下方部分に構成されている。このためにキャリブレーションタンク１０内に３つの容積か規定されている。周囲の空気と接続している最上方のタンク容積１９及び中間のタンク容積２０は仕切り壁２１の開口２２によって互いに接続されており、したがってこれら両方の容積は周囲圧力下にある。これら両方の容積から可動のダイヤフラム２３によって分離されて圧力貯蔵器容積２４がある。中間のタンク容積２０の下方範囲には、充てん弁１１から来る充てん導管２５があり、やはりこのタンク容積２０から、ポンプ１４及び更にセンサ６を経て消費器８に通じている出口導管１２が出ている。キャリブレーションタンク１０の底から、換言すれば圧力貯蔵容積２４から、圧力貯蔵器１８の接続導管２６がシステム内に出ている。ダイヤフラム２３の可動の部分と仕切り壁２１との間にはばね２７が締め込まれており、このばねは、有利には圧力貯蔵容積２４に向けられている力でダイヤフラム２３を負荷している。圧力貯蔵容積２４内の中間の圧力とばね２７のプレストレス力とに相応して、中間のダイヤフラム位置ひいては圧力貯蔵容積２４のための中間の値が生じる。このような配置の利点は、接続導管２６から取り出される燃料量全体をタンク容積１９の充てんレベルによって読み取ることができ、したがってポンプが出口導管１２と圧力貯蔵器接続導管２６との間に取り付けられている場合−図２参照−安価なポンプ１３の可能な、充分に動的でない運転からのキャリブレーション誤差が生じることがないことである。
このことは、圧力貯蔵容積２４内に種々の圧力（ひいては種々のダイヤフラム位置）が存在する場合にも、当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な作用形式を説明するための概略図である。
【図２】本発明による装置の電気・液力接続回路の可能な１実施例を示した図である。
【図３】圧力貯蔵器を内蔵したキャリブレーションタンクの１実施例を示した概略図である。
【符号の説明】
１  供給導管、  ２  キャリブレーション装置、  ３  計算ユニット、  ４  切り替え弁、  ５  バイパス導管、  ６  流量及び又は質量流センサ、  ７  切り替え弁、  ８  消費器、  ９  バイパス導管、  １０  キャリブレーションタンク、  １１  充てん弁、  １２  出口導管、  １３  圧力センサ、  １４  ポンプ、  １５  圧力センサ、  １６  調節器、  １７  減圧弁、  １８  圧力貯蔵器、  １９  タンク容積、  ２０  タンク容積、  ２１  仕切り壁、  ２２  開口、  ２３  ダイヤフラム、  ２４  圧力貯蔵容積、  ２５  充てん導管、  ２６  接続導管、  ２７  ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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