KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

4.2 Beräkningar

Avsnittet innehåller överslagsberäkningar på busspecifika förutsättningar och jämförelse med FOU krav. För att underlätta användandet av variabelnamn används vidare två index varav det första representerar transferpump (1) eller matarpump (2). Det andra index representerar pumpens sugsida (1) eller trycksida (2). För de fall då endast ett index används representerar detta vilken pump som avses. Alla tryck anges relativt omgivningstryck.

4.2.1 Tryckfall bränsleledningar

För att uppskatta ifall tryckfall i bränsleledningar möter kraven för transfer-, matar-, och högtryckspump1 har data för tryckfall i 12 mm bränsleledning tagits fram enligt Avsnitt 3.6. Resultatet kan ses i Figur 22. Figuren visar uppmätta och beräknade tryckfall ∆P för 1 m bränsleledning i 12 mm PA-plast. Ledningstypen är förstahandsvalet för transport av bränsle i chassit. Fluiden som använts är diesel vilket är det i särklass vanligaste bränslet som används på Scania. Figuren visar flöden 0-7 L/min.

1

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Figur 22: Tryckfall per meter 12 mm bränsleledning i polyamid. Figuren visar uppmätta (röd) och beräknade (blå) tryckfall.

Notera att flödet för det beräknade tryckfallet är laminärt upp till flöden på cirka 2 L/min där tryckfallet ökar abrupt. Flödet för det uppmätta tryck-fallet visar inga sådana tendenser. Det tolkas som att flödet är turbulent även för låga flöden. De båda kurvorna sammanfaller inte. Formen på kur-van för beräknat tryckfall beror i hög grad på friktionsfaktorn f som i sin tur beror på rörväggens ytfinhet. Kurvan är beräknad för en absolut ytfin-het om 0,0015 mm. Detta är ett antagande som inte har gått att verifiera. De uppmätta och beräknade tryckfallen korrelerar relativt bra i intervallet 2-4 L/min. Det är också i detta intervall som bränslepumparna arbetar i maximalt [4]. För ett worst case-scenario är det tryckfallet i detta inter-vall som är intressant. Att de båda metoderna korrelerar i detta interinter-vall gör att tillförlitligheten bedöms som acceptabel för att kunna göra förut-sägelser om tillåten ledningslängd. Maximalt flöde är inte samma för de båda pumparna i FOU Typ 1. Eftersom returbränsle från motorn retur-neras till catch-tanken behöver inte transferpumpen pumpa detta bränsle och transferpumpens maximala flöde (Q1 max) blir därför lägre än

matar-pumpens maximala flöde (Q2 max)2. För FOU Typ 3 gäller flödet Q2 max eftersom allt returbränsle återförs bulktanken.

Uppmätta och beräknade tryckfall specifikt för transfer- och matarpumpens respektive maximala flöde finns även samlade i tabell i för Scania avsedd bilaga. Eftersom mätpunkter bara finns att tillgå för ett begränsat antal flöden har tryckfall för andra flöden än dessa interpolerats linjärt. Detta markeras särskilt i bilagans tabell. Tryckfall uppmätta för snabbkopplingar för flöden 0-7 L/min finns att se i Avsnitt 3.6. Tryckfall specifikt för de aktuella maximala flödena i respektive pump är även de samlade i nämnd bilaga.

Tryckfall FOU Typ 1 Vad gäller transferpumpen är det tryckfallet på sugsidan som är mest intressant att beakta eftersom trycksidans lednings-längd är mycket kort då pump och catch-tank i princip är hopbyggda och inte är beroende av installationen. Driftfallet Q1 max beaktas då det är det högsta flödet som är specificerat3. För detta flöde indikerar den uppmätta metoden (∆P@Q1 max mät) högre tryckfall än den beräknade (∆P@Q1 max ber) och används därför som ett worst case. Maximalt tillåtet tryckfall på trans-ferpumpens sugsida är ∆P11 tot tillåtet4. Maximal ledningslängd på transfer-pumpens sugsida L11 ges av

L11= ∆P11 tot tillåtet

∆PQ1 max mät. (12)

Detta ger en ledningslängd (L11) på 38,8 m. Beroende på antal snabbkopp-lingar minskar tillåten ledningslängd ytterligare (se Figur 14 och tabell i för Scania avsedd bilaga). Därtill tillkommer tryckfall som härrör från anslut-ningen till bulktanken antingen detta sker via en armatur i tankens topp eller vid tankens botten när det rör sig om plasttankar på bussens hjulhus. Tryckfallet över en jämförbar armatur vid Q1 max, beskrivet i Avsnitt 3.7, motsvarar grovt uppskattat 5-6 m bränsleledning (12 mm) enligt Figur 22 vid det aktuella flödet.

2

FOU krav A10 & A12

3FOU krav A10

4

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

En uppskattning beroende på ovanstående är att inte överstiga en lednings-längd om cirka 25-30 m på transferpumpens sugsida (L11).

Matarpumpens sugsida är i FOU Typ 1 väldigt kort eftersom pumpen är monterad på catch-tanken. På pumpens trycksida säger kravet att pumpen skall klara av att leverera P22 min5. Summan av tryckfall över ledningar, kopplingar och finfilter skall inte vara större än att tryckbehovet in i HPP tillgodoses (PHP P min in) [31]. Maximalt tillåtet tryckfall över ett igensatt finfilter vid maximalt flöde (Q2 max) benämns ∆Pmax f in6. Detta leder till att tillåtet tryckfall i övriga systemet mellan matarpump och HPP ges av

∆P22 övrigt = P22 min− PHP P min in− ∆Pmax f in. (13) Detta ger ett tillåtet tryckfall på 5 bar i resten av systemet. Enligt Fi-gur 22 är tryckfallet per meter bränsleledning vid det aktuella maxflödet ∆P@Q2 max ber något högre än för ∆P@Q2 max mät och används därför som

worst case. Maximal ledningslängd ges av L22= ∆P22 övrigt

∆P@Q2 max ber. (14) Ekvation (14) ger ledningslängden (L22) 195 m. Slutsatsen blir att trots före-komsten av snabbkopplingar, ledningsböjar etcetera i kombination med ett igensatt bränslefilter bedöms ledningslängden på matarpumpens trycksida inte vara ett problem.

Tryckfall FOU Typ 3 För FOU Typ 3 som endast har en bränslepump är situationen vad gäller tryckfall på trycksidan av matarpumpen likartad den för FOU Typ 1 och undersöks därför inte vidare. På sugsidan av matar-pumpen i FOU Typ 3 tillkommer dock ett förfilter som orsakar ett tryckfall. Eftersom filtret befinner sig på sugsidan går det inte att tillåta ett lika högt tryckfall över filtret vilket minskar serviceintervallet. Det finns ännu inget krav definierat för tillåtet tryckfall över förfiltret i FOU Typ 3. Där-för antas samma tillåtna tryckfall (∆Pmax f ör) som för förfiltret i befintligt lågtrycksbränslesystem [32]. Flödet genom filtret motsvarar motorns bräns-leförbrukning då returbränslet för FOU Typ 3 returneras till bulktanken.

5FOU krav A11

6

Flödet är Q2 max. Totalt tillåtet tryckfall på sugsidan av matarpumpen är ∆P21 tot tillåtet7. Det leder till att tillåtet tryckfall i övriga systemet mellan bulktank och matarpump i FOU Typ 3 ges av

∆P21 övrigt= ∆P21 tot tillåtet− ∆Pmax f ör (15) vilket resulterar i ett tillåtet tryckfall på 0,06 bar i resten av systemet. Om bulktanken som används är av en typ som använder en armatur jämförbar med den beskriven i Avsnitt 3.7 vid det aktuella flödet kan slutsatsen dras att inget ytterligare tryckfall är tillåtet för att möta FOU krav. Bränsleledning-arna mellan bulktank och FOU Typ 3 bör, förutsatt beskrivna antaganden, således hållas till ett minimum.

4.2.2 Livslängd

Ett krav definierat för bränslepumparna i FOU är att de skall kunna star-tas/stoppas startmin gånger under sin livslängd8 och pumparna skall kunna överleva fordonets livslängd utan att behöva service9. Bränslepumparna är konstruerade för att pumpa bränsle så fort motorn är igång. Pumparna kom-mer alltså startas/stoppas samtidigt som motorn. För att sätta kravet på antal start/stopp i relation till användandet av fordonet följer en enkel över-slagsberäkning av ett fingerat driftfall: Betrakta en buss i någon form av linjetrafik. En buss används vanligen kommersiellt och genererar endast in-täkter när den används vilket kräver en hög grad av utnyttjande. Anta därför att fordonet används 360 dagar per år om ett antal dagar för service och reparationer räknas bort. Anta också att bussen bemannas två arbetspass per dygn á 8 timmar. Under varje arbetspass antas motorn startas/stoppas 5 gånger till följd av rast, skiftbyte, stillestånd etcetera. Det fingerade ex-emplet skulle resultera i att startmin uppnås efter ungefär 8 års drift. Detta förutsätter användande av motorn ungefär som i dagsläget.

7

FOU krav A9

8FOU krav A17

9

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Allmänna krav specificerade för FOU anger också livslängden till kmmin el-ler hmin10. Buss använder generellt inte krav på sina komponenter i termer om körsträcka eller körtid. Istället kravställs komponenter genom exempelvis vibrationsnivåer eller hållfasthet utefter komponentens användningsområde. En direkt jämförelse mellan FOU krav och bussinstallation blir vansklig. Istället krävs en uppskattning. Kraven på FOU är satta för att undvika ser-vice på dess komponenter i installation i en typisk lastbil i fjärrtrafik. Ett antagande är att en buss varken i stads- eller fjärrtrafik upplever en väsent-ligt värre miljö än en lastbil i fjärrtrafik. Ett faktum som stödjer påståendet är att allmänt ställda kravspecifikationer för bränsleledning i plast som an-vänds i hög utsträckning både på lastbil och buss anger en livslängd om 1 Mkm [33]. Man räknar alltså med en kortare livslängd i kilometer räknat på en standardkomponent som används i hela bränslesystemet än vad man gör för FOU. Vidare är den matarpump som används på befintliga XPI-motorer specificerad att fungera i maximalt 1,6 Mkm [34]. Alltså är vitala komponen-ter på de motorer som används konstruerade för att gå sönder innan FOU i termer om körsträcka. Å andra sidan motsvarar hmin livslängd cirka 8 års användande enligt det fingerade driftfallet ovan.

Kraven på antal start/stopp och livslängd räknat i körsträcka och körtid förefaller alltså vara relativt samstämmiga. Huruvida de är tillräckliga är svårt att besvara och är föremål för diskussion.

4.2.3 Spänningsfall bränslepumpar

En rimlig utgångspunkt är att mata bränslepumparna från elcentral P8 då denna används i lastbilsinstallationen. I lastbil är P8 belägen relativt nära FOU och spänningsfallet i installationen är därför relativt litet. På bussin-stallationen är P8 belägen i motorrummet och positionen av FOU ännu inte fastställd. För att undvika ett spänningsfall större än 3 % av nominell spän-ning (0,84 V vid 28 V) ställs krav på kabelarea och kabellängd i bussinstal-lationen. För den nominella och den maximala strömstyrkan specificerade för bränslepumparna11 rekommenderas en säkring om 30 A [30]. För den säkringen rekommenderas 4 mm2 kabelarea för installationer där den elekt-riska lasten från förbrukaren är tydligt definierade det vill säga då det inte

10FOU krav A3

11

föreligger risk att ytterligare förbrukare ansluts av användare. De elektriska matarpumparna antas vara ett sådant fall. För den nominella strömstyrkan 20 A och givet rekommenderat maximalt spänningsfall ger Ekvation (10) en total resistens på 42 mΩ. Om resistensen hos en säkringshållare och två kontakter subtraheras enligt Tabell 1 som ett antagande återstår 23 mΩ. Resistens på återledningen genom chassit försummas då denna antas vara låg. Ekvation (11) ger en maximal ledningslängd om cirka 5 m. Spännings-fallet som denna installation resulterar i är mindre än tillåtet spänningsfall för elektriska komponenter definierat i TB1901, se Avsnitt 3.11.

Den begränsande faktorn vad gäller spänningsfall bedöms inte vara de elekt-riska matarpumparna i FOU. Istället är det de interna rekommendationerna för tillåtet spänningsfall över elektriska ledare som är begränsande. Dessa utgör inget definitivt krav. Det går därför inte att fastställa någon maximal längd på de matarledningar som används till de elektriska pumparna i FOU.

I dokument OlleBjörkvall -Enutredning IntegreringavbränsletekniktankiScaniasbussprogram (sidor 53-59)