INOM EXAMENSARBETE MASKINTEKNIK,AVANCERAD NIVÅ, 30 HP

, STOCKHOLM SVERIGE 2019

Integrering av bränsletekniktank i Scanias bussprogram-En utredning

OLLE BJÖRKVALL

KTHSKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT

Integrering avbränsletekniktank i Scanias

bussprogram

-En utredning

Olle Björkvall

Master of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2019:240KTH Industrial Engineering and Management

Machine DesignSE-100 44 STOCKHOLM

Master of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2019:240

Integration of fuel tech tank in Scania’s

bus program -An investigation

Olle Björkvall

Approved

2019-06-04

Examiner

Ulf Sellgren

Supervisor

Ulf Sellgren

Commissioner

Scania CV AB

Contact person

Mats Fredholm

Abstract Fuel Optimization Unit (FOU) is part of an new system for the low pressure fuel circuit (LPFC)

designed for Scania’s combustion engines. The system replaces engine mounted, mechanically

driven, fuel feed pump and pre filter. One FOU variant (Type 1) pushes fuel through the pre

filter using an additional electrical fuel pump and utilizes a small volume of fuel as a buffer,

mainly to increase water separation performance. The second variant (Type 3) is similar to a

conventional LPFC but uses an electric feed pump. The thesis investigate prerequisites and

possible limitations when introducing FOU in Scania’s bus program. The investigation also

compare Type 1 with Type 3 to determine if any technology is preferable. Among others, the

investigation finds:

• Type 1 is because of its size more difficult to house but is because of design less sensitive

for placement in the chassis compared to Type 3.

• CAN communication with electric fuel pumps risks disturbances due to potentially long

cables.

• Pressure drop in fuel lines is not identifies as an limitation for Type 1 but length is

recommended to minimize on the low pressure side of the feed pump for Type 3.

• There is an risk that fuel return temperature decrease between engine and fuel tank

causing clogging of pre filter due to wax formation at low temperatures.

• Number of start/stops and operating hours is a potential limitation for electrical fuel

pumps.

• Drainage of engine mounted main filter to the catch tank in FOU Type 1 may work non

satisfactory if the fuel lines are routed badly.

• The air conducted sound level caused by electrical fuel pumps is not identified as a

problem. However, structural conducted sound may cause disturbance for passengers if

the attachment is carelessly designed.

Comparison between the variants indicates that Type 1 is preferable. Type 1 catch points mainly

due to the use of catch tank but loses points mainly related to size, mass and complexity which

results in a presumably high cost. Type 3 is similar to present LPFC but holds a number of

advantages shared with Type 1. Both Type 1 and Type 3 are identified as clear improvements

compared with current LPFC.

Keywords: Fuel Optimization Unit, FOU, fuel system, feed pump, LPFC

Examensarbete TRITA-ITM-EX 2019:240

Integrering av bränsletekniktank i Scanias bussprogram -En utredning

Olle Björkvall

Godkänt

2019-06-04

Examinator

Ulf Sellgren

Handledare

Ulf Sellgren

Uppdragsgivare

Scania CV AB

Kontaktperson

Mats Fredholm

Sammanfattning Fuel Optimization Unit (FOU) är en del av ett nytt lågtrycksbränslesystem avsett för Scanias

förbränningsmotorer. Systemet ersätter motormonterad, mekaniskt driven, matarpump och

förfilter. FOU utvecklas i två varianter som har gemensamt en chassimonterad elektrisk

matarpump och förfilter. Den ena varianten (Typ 1) trycker bränsle genom förfiltret med hjälp av

en ytterligare elektrisk bränslepump och utnyttjar en mindre volym bränsle som buffert bl.a. för

att förbättra vattenseparering. Den andra varianten (Typ 3) liknar till stor del ett konventionellt

lågtrycksbränslesystem men med elektriskt driven matarpump. Examensarbetet utreder

förutsättningar och möjliga hinder att introducera FOU på Scanias bussar. I utredningen jämförs

även Typ 1 med Typ 3 för att avgöra om någon teknik är att föredra. Utredningen finner bl.a. att:

• Typ 1 är pga. sin storlek svårare att bereda plats för men pga. sin konstruktion mindre

känslig för placering jämfört Typ 3.

• CAN-kommunikation med elektriska pumpar riskerar störningar pga. potentiellt långa

ledningslängder.

• Tryckfall i bränsleledningar utgör ingen hinder hos Typ 1 men ledningslängderna bör

minimeras på matarpumpens sugsida hos Typ 3.

• Det föreligger en risk att returbränsletemperaturen svalnar såpass mycket mellan motor

och FOU att förfiltret sätts igen av paraffinering vid kall väderlek.

• Antal start/stopp och drifttimmar utgör möjligen en begränsning för elektriska pumpar.

• Dränering av finfiltret på motorn till catch-tanken i FOU Typ 1 riskerar att fungera

otillfredsställande om bränsleledningarna dras ogynnsamt.

• Den luftburna ljudnivån från de elektriska bränslepumparna bedöms inte vara

oroväckande hög men är beroende på infästning då strukturburet ljud kan vara störande

för passagerare.

Jämförelse mellan varianterna indikerar att Typ 1 är att föredra. Typ 1 får många pluspoäng i

huvudsak förknippade med förekomsten av bufferttank men också med en hel del minuspoäng i

huvudsak relaterade till storlek, vikt och komplexitet vilket också resulterar i ett förmodat högt

pris. Typ 3 liknar till stor del befintligt lågtrycksbränslesystem men innehar en del tydliga

fördelar som den till stor del delar med Typ 1. Både FOU Typ 1 och Typ 3 identifieras som

tydliga förbättringar gentemot befintligt lågtrycksbränslesystem.

Nyckelord: Fuel Optimization Unit, FOU, bränslesystem, matarpump, LPFC

INNEHÅLL

FÖRORD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1NOMENKLATUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

KAPITEL 1 - INLEDNING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1 Bakgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2 Syfte och frågeställningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3 Förväntad utgång . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Avgränsningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.5 Läsanvisningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14KAPITEL 2 - METOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1 Kravspecifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Jämförelsematris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3 Pugh-matris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4 Provmontering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5 Övriga metoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19KAPITEL 3 - TEORI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.1 Befintligt bränslesystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 FOU Typ 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.3 FOU Typ 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.4 Scanias bussprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.5 Extravärmare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.6 Tryckfall bränsleledningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.7 Tryckfall armatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.8 Bränslefilters funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.9 Bränslepumpars funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.10 CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.11 Spänningsfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.1 Jämförelsematris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.2 Beräkningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.3 Övriga studier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.4 Geometriska studier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564.5 Konceptutvärdering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62KAPITEL 5 - DISKUSSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65KAPITEL 6 - SLUTSATSER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69KAPITEL 7 - REKOMMENDATIONER . . . . . . . . . . . . . . . 73

LITTERATURFÖRTECKNING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78BILAGOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Bilaga A Jämförelsematris i

Bilaga B Konceptutvärdering iii

FÖRORD

Detta examensarbete genomfördes under vårterminen 2019 på Scania i Sö-dertälje. Arbetet markerar slutet på masterprogrammet Maskinkonstruktionpå Kungliga Tekniska högskolan i Stockholm tillika del av civilingenjörsut-bildning i Maskinteknik. Uppdragsgivaren är gruppen RBRB på Scaniasbussutveckling. Gruppen ansvarar för komponenter i broms-, tryckluft- ochbränslesystem samt system för avgasefterbehandling. Ett stort tack riktastill Mats Fredholm som agerat handledare på RBRB. Examensarbetet äratt betrakta som en förstudie och en stor del av arbetet har bestått i attsamla in, värdera och analysera information från många delar av Scania.Detta har underlättats enormt av de många personer som bistått med rådoch kunskap. Ett särskilt tack ges till Jonny Hansson på NMC som alltidvarit tillgänglig för frågor angående FOU.

Olle BjörkvallSödertälje juni 2019

1

NOMENKLATUR

I avsnittet förklaras förkortningar och begrepp som inte tillhör gängse stan-dard.

3

Akronymer

BLDC Brushless Direct Current

BMS Brake Management System

CAN Controller Area Network

CMS Chassi Management System

ECU Electronic Control Unit

EEC Exhaust Emission Control system

ELC Electronic Level Control

EMS Engine Management System

FDB Fuel Distributor Block

FOU Fuel Optimization Unit

HPP High Pressure Pump

LPFC Low Pressure Fuel Circuit

RMS Root Mean Square

SCR Selective Catalytic Reduction

TB Teknisk Bestämmelse

TR Teknisk Rapport

TRV Thermal Regulating Valve

WIF Water In Fuel

XPI Extra High Pressure (injection)

Termer och begrepp

Bränslevärmare Utrustning för att värma bränsle i syfte att undvikaparaffinering

4

Bulktank Bränsletank innehållande majoriteten av bränslet

Catch-tank Bränsletank innehållande en mindre volym bränsle

Daisy chain CAN-arkitektur där noder ansluts till ryggraden ut-an stubbar

Extravärmare Utrustning som förbränner bränsle i syfte att pro-ducera värme

Gerotor Pumptyp (sammanslagning av orden Generated Ro-tor)

Koalescens Fysikalisk process där vattendroppar slås samman

Matarpump Bränslepump som transporterar bränsle mellan catch-tank och motor

P8 Elcentral för chassimonterade komponenter

Primning Fylla upp bränslesystemet mellan bulktank och Hög-tryckspump efter exempelvis filterbyte

Transferpump Bränslepump som transporterar bränsle mellan bulk-och catch-tank

Variabler

µ Dynamisk viskositet [kg/ms]

ν Kinematisk viskositet [m2/s]

ρ Densitet [kg/m3]

ρel Elektrisk resistivitet [Ωm]

Ael Kabelarea [m2]

di Innerdiameter [m]

f Fannings friktionsfaktor [−]

Lbränsle Bränsleledningslängd [m]

Lel Kabellängd [m]

Q Volymflöde [m3/s]

5

Re Reynolds tal [−]

u Medelhastighet hos fluid [m/s]

∆P11 tot tillåtet Maximalt tillåtet tryckfall innan transferpumpen [bar]

∆P21 tot tillåtet Maximalt tillåtet tryckfall innan matarpumpen [bar]

∆Pmax fin Maximalt tillåtet tryckfall över finfilter [bar]

∆Pmax för Maximalt tillåtet tryckfall över förfilter på befintligtlågtrycksbränslesystem [bar]

∆P@Q1 max ber Beräknat tryckfall per meter bränsleledning vid trans-ferpumpens maxflöde [bar]

∆P@Q1 max mät Uppmätt tryckfall per meter bränsleledning vid trans-ferpumpens maximala flöde [bar]

∆P@Q2 max ber Beräknat tryckfall per meter bränsleledning vid ma-tarpumpens maximala flöde [bar]

∆P@Q2 max mät Uppmätt tryckfall per meter bränsleledning vid ma-tarpumpens maxflöde [bar]

hmin Krav antal drifttimmar bränslepumpar (minimum)[h]

kmmin Krav antal km bränslepumpar (minimum) [km]

Lpmax Maximal tillåten ljudtrycksnivå [db(A)]

Lmax Maximal längd ryggrad CAN-bus [m]

P22 min Minsta tillåtet tryck direkt efter matarpumpen [bar]

PHP P min in Minsta tillåtna tryck in i högtryckspump [bar]

Q1 max Maximalt flöde transferpump [m3/s]

Q2 max Maximalt flöde matarpump [m3/s]

startmin Krav start/stopp av elektriska bränslepumpar (mi-nimum) [−]

Smax Maximal längd stubbe CAN-bus [m]

6

Tbrfailure Högsta kravsatta bränsletemperatur i Failure mode[C]

Tbrmax Högsta kravsatta bränsletemperatur [C]

Tbrmin Minsta kravsatta bränsletemperatur [C]

tluft Maximal kravsatt tid för transferpumpen att gå torr[s]

Tomgmax Högsta kravsatta omgivningstemperatur [C]

Tomgmin Minsta kravsatta omgivningstemperatur [C]

7

KAPITEL 1 - INLEDNING

Kapitel 1 innehåller bakgrund, syfte med frågeställning samt en beskrivningav den metod som använts.

1.1 Bakgrund

I takt med ett ökat miljöfokus är förbränningsmotorers emissionsnivåer ettständigt aktuellt ämne. Ett sätt att minska denna påverkan är att minskamotorns bränsleförbrukning och ett annat är att effektivisera förbränning-en så att färre och mindre skadliga partiklar släpps ut. För att åstadkommadetta minskar toleranser i motorns bränslesystem ständigt. Detta kräver till-gång till allt renare bränsle. Vanligt för tunga fordon är att bränslet förvarasi en eller flera bränsletankar på fordonets ram och sugs hela vägen till mo-torn av en matarpump. På sin väg från tanken passerar bränslet ett förfiltersom används för att filtrera bort de största partiklarna och separera vattensom kan finnas i bränslet. En vanlig lösning är att matarpumpen är place-rad på motorn och är mekaniskt driven av motorns transmission. En annankonstruktionslösning är att matarpumpen drivs elektriskt. Fördelen med enelektriskt driven matarpump är att den kan styras att leverera precis denbränslemängd som krävs av motorn vid varje givet driftfall. En mekanisktdriven pump å andra sidan är kopplad till motorns transmission och levererarbränsle proportionellt till motorns varvtal. Det kritiska driftfallet är i startö-gonblicket när startmotorn drar runt motorn. Matarpumpen behöver i dettadriftfall klara av att leverera nog med bränsle till motorn. Detta medför enöverkapacitet av pumpad volym i de allra flesta driftfall. Tunga fordon harockså normalt höga krav på livslängd både i timmar och kilometer räknat.Det har historiskt varit svårt att tillverka elektriska matarpumpar som upp-fyller dessa krav på tillförlitlighet och de har därför tidigare inte förekommiti stor utsträckning på lastbilar och bussar. Det är också mer fördelaktigt atttrycka bränsle genom ett bränslefilter än att suga det. Dessutom är det ennackdel att ha långa rörledningar och kopplingar på pumpens lågtryckssidaeftersom eventuella läckage leder till att luft letar sig in i bränslesystemet ochkan orsaka driftsstopp. Läckage på pumpens högtryckssida visar sig iställetsom bränsleläckage vilket är att föredra ur felsökningsperspektiv.

9

KAPITEL 1 - INLEDNING

Scanias lastbilar byggs normalt med en eller flera bränsletankar i alumini-um. Dessa tankar är av produktionstekniska skäl symmetriskt uppbyggdabestående av två gavlar och en mantelyta som förenar dessa. Volymen pådessa tankar är upp till ungefär 1200 L. På grund av sin form uppstår skvalpi tanken när fordonet rör sig. Detta motverkas delvis av skvalpskott i tan-ken som bromsar rörelserna, se Figur 1. Bränslet sugs upp av en armaturmonterad i tankens ovansida som bland annat består av ett rör med sugsilsom suger bränsle från tankens botten. Insuget är monterad en bit ovanförtankens botten, delvis av tillverkningstekniska skäl, delvis för att undvikaatt skräp, sediment och andra orenheter i bränslet sugs upp. Konsekvensenblir att en outnyttjad volym, i värsta fall upp till 150 L, blir kvar i tan-ken när motorn upplever brist på bränsle. Denna volym innebär en minskadnyttolast och en stor kostnad för Scania eftersom denna volym måste fyllasupp innan fordonet startas efter montering. Scanias bussar använder också

Figur 1: Exempel på bränsletank för lastbilar. Notera skvalpskott som motverkarrörelse hos bränslet när fordonet rör sig [1].

en liknande typ av bränsletank men som är tillverkad i plast. En annanvariant är gjutna plasttankar av betydligt mindre volym placerade på ochbakom fordonets hjulhus. Produktionsmetoden medger mer kompliceradeformer på tankarna jämfört med aluminiumtankarna. Detta är nödvändigteftersom installationer på busschassit i hög grad konkurrerar med utrym-

10

KAPITEL 1 - INLEDNING

men för passagerare. Därför utformas tankarna så att utrymmet utnyttjasmaximalt. Busstankarna är konstruerade med en utbyggnad i botten somsamlar upp en mindre mängd bränsle. Det är också här bränslet sugs urtanken. Denna konstruktion innebär att tanken har en obetydlig outnytt-jad volym som inte anses vara ett problem. Ett exempel på bränsletankari bussinstallationen ses i Figur 2. För att möta utmaningarna med befint-

Figur 2: Exempel på bränsletanksinstallation i buss.

ligt lågtrycksbränslesystem har ett nytt system för filtrering och pumpningav bränsle från fordonets bränsletank kallat Fuel Optimization Unit (FOU)konstruerats. Detta system finns i två varianter, paradoxalt nog kallat Typ1 och Typ 3. FOU Typ 1 är den mer avancerade varianten. Detta systeminnebär att en så kallad catch-tank introduceras mellan den ordinarie bräns-letanken (bulktanken) och motorn. Catch-tanken rymmer en mindre mängdbränsle. En elektrisk så kallad transferpump flyttar bränslet från bulktanktill catch-tank. Denna pump arbetar i jämn takt för att hålla catch-tankenfylld eller nära fylld. Transferpumpen trycker bränslet genom ett förfilterinnan det fyller catch-tanken. Filtret är inbyggt i catch-tanken som alltsåutgör en enhet. Förutom att separera grövre partiklar separeras även even-

11

KAPITEL 1 - INLEDNING

tuellt vatten i filtret. En ytterligare pump, matarpumpen som också den ärelektrisk, är inbyggd i catch-tanken. Matarpumpen trycker bränslet till mo-torn där också ett finfilter finns placerat. De båda bränslepumparna drivselektriskt istället för av motorns transmission. Detta medför att pumparnakan styras oberoende av motorns varvtal. Det innebär en rad fördelar somminskad bränsleförbrukning, minskat slitage och tillgång till diagnostik. Denandra varianten, FOU Typ 3, är en förenklad variant av FOU Typ 1 och be-står endast av en matarpump och ett bränsleförfilter. I denna variant sugermatarpumpen bränsle genom bränsleförfiltret på konventionellt vis. Matar-pumpen är likt FOU Typ 1 elektriskt och medför därför samma fördelar vadgäller kontrollerbarhet. En skillnad jämfört med ett konventionellt systemär också att komponenterna inte monteras på motorn utan dess placeringär friare. FOU har primärt utvecklats för Scanias lastbilar då dessa står fören avsevärt större andel av Scanias försäljning. Ett önskemål från Scaniasutvecklingsavdelning för bussar är att FOU i framtiden även skall gå attanvända på bussar. Grupp RBRB, som är uppdragsgivare, är ansvarig förintegreringen av FOU på bussutvecklingen. Det är emellertid inte klarlagtvad som krävs för att möjliggöra detta eftersom FOU misstänks ställa andrakrav än befintligt lågtrycksbränslesystem och detta är föremål för utredning.

1.2 Syfte och frågeställningar

Utredningen syftar till att undersöka förutsättningarna för att integreraFOU på Scanias bussar. Detta innebär en sammanställning av de krav somFOU ställer på installationen. Speciellt är de krav som är relaterade tillgränssnittet mellan FOU och installationen av intresse. Eftersom FOU ärett delsystem i det komplexa system som ett tungt fordon är finns det gottom interaktioner mellan delsystem. Utredningen syftar till att i första handidentifiera dessa interaktioner och belysa områden som kräver fortsatt arbe-te. Både FOU Typ 1 och Typ 3 är föremål för utredningen. FOU Typ 1 ärkonstruerad till en högre färdighet än FOU Typ 3 som vid tillfället för utred-ningen befinner sig i konceptstadiet. Många av de krav som är definieradeför FOU är dock tillämpbara på både FOU Typ 1 och Typ 3. Utredningenbestår av två delar:

12

KAPITEL 1 - INLEDNING

1.2.1 Del 1

Del 1 innebär en jämförelse av direkta och indirekta krav för FOU medförutsättningarna för efterlevnad i bussinstallationen. Denna innefattar bådeFOU Typ 1 och Typ 3. Huvudfrågeställningen lyder:

Finns det tekniska hinder som förhindrar införandet av Fuel OptimizationUnit Typ 1 och Typ 3 på Scanias bussar, och vilka är det i så fall?

Denna bryts ned till mer specifika frågeställningar som utredningen syftartill att besvara:

1. Geometri Hur kan FOU fysiskt få plats i de berörda varianterna avbusschassier och vad för konsekvenser får detta på övriga installatio-ner?

2. Konsekvenser av placering Hur påverkar placeringen i busschassitfunktionen av FOU?

3. Servicebarhet Vad ställs för speciella krav vid service av FOU ochhur kan dessa specifikt mötas i en bussinstallation?

4. Drift av extravärmare Vad ger införandet av FOU i bussinstallationför konsekvenser vid drift av extravärmare (utrustning för att värmapassagerarutrymme)?

1.2.2 Del 2

Del 2 av utredningen syftar till att jämföra FOU Typ 1 och Typ 3 medvarandra för att avgöra vilken av varianterna som har störst potential förbussinstallationen. Frågeställning lyder:

Vilken av FOU Typ 1 och Typ 3 är att föredra för Scanias bussar beaktattekniska förutsättningar?

1.3 Förväntad utgång

Utredningen antas leda till en uppsättning avvikelser från kraven som be-höver hanteras för att möjliggöra integrering av FOU på bussutvecklingen.Målsättningen är att utgången av utredningen innefattar:

13

KAPITEL 1 - INLEDNING

• En nulägesanalys innehållande beskrivning av möjliga problem, hinderoch möjligheter förenade med införandet av FOU på bussutveckling.

• En rekommendation om vilken av FOU Typ 1 och Typ 3 som bedömsha störst potential för fortsatt integrering.

1.4 Avgränsningar

Eftersom arbetet är av utredande karaktär är det naturligt att ett avvägandemellan djup och bredd sker. En första gallring av krav associerade med FOUhar genomförts med syfte att endast undersöka interaktioner mellan FOUoch installationen i fordonet. Detta då många krav som är framtagna förFOU förvisso är att betrakta som viktiga för den interna funktionen, meninte påverkas av själva installationen. Inga ekonomiska kalkyler beträffandelönsamhet för olika alternativ genomförs heller.

1.5 Läsanvisningar

Akronymer, termer, förkortningar och variabelnamn förklaras vid introduk-tion och återfinns i nomenklaturavsnitt. Parametrar som är av känslig naturför Scania lämnas som separat bifogad bilaga. Denna bilaga utelämnas i denpublika versionen av utredningen. I separat bilaga finns också bilder ochtabeller som inte har kunnat publiceras av konfidentialitetskäl.

14

KAPITEL 2 - METOD

Grunden för metoddelen var en komparativ studie. FOU är förknippad medett stort antal krav på installationen, i huvudsak med lastbilsinstallationen ifokus. Dessa krav utgjorde referens i jämförelsen och undersökningar för attavgöra bussinstallationens efterlevnad av dessa krav utfördes.

2.1 Kravspecifikation

Kraven associerade med FOU är internt framtagna på Scania. Explicit ut-tryckta tekniska krav är samlade i så kallade TB (Teknisk Bestämmelse). TBkan vara skrivna för ett helt delsystem, som FOU, eller för specifika kompo-nenter i delsystem. TB utgjorde den största delen av informationen som lågtill grund för den komparativa studien. De TB som utgör, för gränssnittetmot installationen, relevanta kravspecifikationer för FOU är:

• TB4714 General conditions for LPFC [2].

• TB4658 Fuel filter assemblies for LPFC [3].

• TB4619 Specification electric fuel feed pump [4].

Dessa TB hänvisar i sin tur till andra TB som exempelvis specificerar entestmetod eller krav förknippade med ingående standardkomponenter etce-tera. TB utgör internt materiel på Scania och kan av konfidentialitetskälinte publiceras.

2.2 Jämförelsematris

För att identifiera och visualisera kopplingar mellan krav specifika för FOUoch egenskaper unika för bussinstallationen har en jämförelsematris tagitsfram, se Figur 3. I jämförelsematrisen samlades krav som ansågs vara av vikti rader (A1, A2 och så vidare). Här samlades information om exempelvistillåtna tryck och temperatur men även mer diffusa krav gällande exempel-vis servicebarhet av FOU. Dessa härrör huvudsakligen från TB beskrivnai Avsnitt 2.1. Dessa benämns hädanefter FOU krav. I matrisens kolumner(B1, B2 och så vidare) samlades egenskaper förknippade med installationeni bussen. Exempel på detta kan vara maximal fordonslängd. I skärnings-punkten mellan rader och kolumner visualiserades eventuell koppling med

15

KAPITEL 2 - METOD

en symbol som representerar den metod som användes för ett jämföra förut-sättning för efterlevnad av FOU krav beskrivet i Avsnitt 1.2.1. Syftet med

Figur 3: Jämförelsematris som användes för att identifiera samband mellan FOUkrav och busspecifika egenskaper.

jämförelsematrisen var att visualisera vilka krav hos FOU som har påverkanpå installationen i fordon. Vissa krav kan förvisso vara viktiga men bara habetydelse för leverantörer av komponenter i FOU. Däremot har dessa kravlite koppling till gränssnittet mot installationen. Andra krav kan däremotha stor betydelse för bussinstallationen. Jämförelsematrisen användes för attvisualisera dessa kopplingar.

2.3 Pugh-matris

FOU Typ 1 och Typ 3 jämfördes med hjälp av en så kallad Pugh-matris.Pugh är en kvantitativ metod som används då tekniska koncept jämförsutifrån på förhand fastställda kriterier [5]. Kriterierna viktas beroende påhur viktiga de anses vara för konceptets sammantagna funktion. Tre nivåeranvändes i matrisen: 1 (låg), 2 (mellan) och 3 (hög). Kriterierna betygsat-tes sedan. Betygsättningen sker relativt ett referenskoncept som får betyg 0på alla kriterier. Konceptet kan få betyget -1 (sämre än referens), 0 (likar-tad referens) och +1 (bättre än referens). Produkten av viktning och betyg

16

KAPITEL 2 - METOD

summerades för varje koncept och konceptet med högst totalsumma är en-ligt metoden mest lämplig att vidareutveckla. Ett positivt resultat indikeraren bättre teknisk lösning än referensen utefter kriterierna och ett negativtresultat indikerar en sämre. Syftet med metoden är att på ett systematisktsätt minska subjektiviteten vid jämförelser.

En ej ifylld Pugh-matrisen kan ses i Figur 4. Det befintliga lågtrycksbräns-lesystemet utgjorde referens i jämförelsen och FOU Typ 1 och Typ 3 ut-gjorde de utvärderade koncepten. Kolumnen Önskvärd förändring påverkarinte betygsättningen men ger en indikation för läsaren huruvida kriteriet ärönskvärt att maximera eller minimera. Detta indikeras med pil uppåt ellerpil nedåt. Kriterierna och viktningarna som användes i matrisen valdes isamråd med uppdragsgivaren efter diskussioner.

Figur 4: Pugh-matrisen som användes i konceptutvärderingen.

2.4 Provmontering

Eftersom FOU utgör en tydligt definierad enhet var det önskvärt att under-söka huruvida denna enhet fysiskt fick plats på busschassit. Denna under-sökning syftade till att ge förslag på placeringsalternativ och att identifierakonsekvenser av dessa. Undersökningen genomfördes i huvudsak i CAD-programvaran CATIA V5 från Dassault Systèmes som används på Scania.Packningsgraden i busschassit är hög varför det med låg sannolikhet finns

17

KAPITEL 2 - METOD

utrymmen som står helt outnyttjade. Resultatet från provmonteringen skallistället ses som förslag på placeringar som kan vara intressanta att utredavidare. Detta kommer att kräva anpassningar på övriga installationer i chas-sit. En förenklad representation av FOU Typ 1, se Figur 5(a) och Typ 3,se Figur 5(b) har tagits fram. Syftet är att inte publicera autentiska bilderpå FOU då det är teknik som vid tidpunkten för utredningen ännu inte ärlanserad av Scania. Representationen har i all väsentlighet samma yttre di-mensioner som den autentiska FOU. Då de geometriska studierna syftar tillatt undersöka var FOU fysiskt kan få plats utgör inte detta något problem.

(a) Typ 1 (b) Typ 3

Figur 5: Förenklad representation av FOU. Den halvtransparenta, gulmarkeradevolymen på FOU Typ 1 representerar nödvändigt utrymme vid filterbyte.

18

KAPITEL 2 - METOD

2.5 Övriga metoder

För att avgöra om förutsättningarna i bussinstallationen möter kravspecifi-kationen för FOU har beräkningar gällande tryckfall i bränsleledningar vidlaminärt och turbulent flöde samt spänningsfall i elektriska kablar utförts.Dessa har skett i överslagsform då det finns många osäkra förutsättningarsom kan komma att ändras. Ett worst case-scenario har använts liksom ettantal uppskattningar. Detta för att i första hand göra en första uppskattningsom kan ligga till grund för fortsatt arbete. Andra metoder som använts ärutvärderingar av tidigare gjorda prov exempelvis gällande ljudnivå och av-svalning av bränsle i ledningar. Dessa finns dokumenterade i provrapporter(TR).

19

KAPITEL 3 - TEORI

Det här avsnittet innehåller en fördjupning av de komponenter och funktio-ner som utgör FOU. FOU är en avgränsad enhet som förutom en bränsle-volym rymmer två bränslepumpar, ett bränsleförfilter, bränslevärmare ochett antal givare. Kapitlet innehåller också övrig teori som är nödvändig förfortsatt läsning. Autentiska bilder föreställande FOU Typ 1 och Typ 3 visasej i den publika versionen av utredningen men återfinns i för Scania avseddbilaga.

3.1 Befintligt bränslesystem

Scania använder samma typ av motorer för bussar och lastbilar men moto-rerna för bussar är vanligen av mindre effekt. Det vanligaste bränslesyste-met i dagsläget är det så kallade XPI-systemet, se Figur 6. En kombineradpumpenhet bestående av matarpump och högtryckspump (HPP) drivs avmotorns transmission. Matarpumpen transporterar bränsle från bulktankengenom de båda motormonterade bränslefiltren och förser HPP med bränsle.HPP trycksätter bränslet till i storleksordningen 2000 bar [6]. Det trycksattabränslet mellanlagras i en ackumulator (även kallad rail). En elektriskt styrdinjektor i varje cylinder sprutar in bränsle vid rätt tidpunkt [7]. Injektorer-na förses med trycksatt bränsle från ackumulatorn. HPP arbetar för att vidalla tidpunkter hålla trycket i ackumulatorn på en begärd nivå av motornsstyrsystem (EMS). En ny motorgeneration, Future Powertrain Program, ärunder utveckling. FPP innehåller XPI-insprutning men av tidigare nämndaskäl flyttar matarpump och förfilter i och med FOU från motorn till chassitmedan HPP och finfilter även fortsättningsvis är motormonterade.

21

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 6: Schematisk beskrivning av XPI-bränslesystem [8].

3.2 FOU Typ 1

Grunden i FOU är en catch-tank tillverkad i plast, se Figur 7. Tanken haren form som överensstämmer med det minsta tvärsnittet på aluminiumtan-karna i lastbilsinstallationen. Detta eftersom tanken är utformad för att taupp så lite utrymme som möjligt. Catch-tanken fortsätter som en förläng-ning av bulktanken och är i sitt vanligaste utförande monterad på fordo-nets vänstra sida strax bakom hytten. Catch-tanken är delad i två delar.En så kallad komplex del och en enkel del. Delarna tillverkas var för sigav produktionstekniska skäl men vibrationssvetsas ihop och utgör tillsam-mans catch-tanken. I den komplexa delen finns det ingjutet en kavitet därbränsleförfiltret sitter monterat. Filterelementet är inbyggt i catch-tankenmen separerat från bränslet i tanken. Syftet är att den yttre formfaktorn påFOU skall bli så liten som möjligt. I sidan av den komplexa delen finns yt-terligare ett utrymme, se Figur 7. I detta utrymme är i huvudsak all annanteknik i FOU samlad beskrivet i sektion 3.2.1, 3.2.2 och 3.2.3. Dessa kompo-nenter är samlade på något som kallas FDB (Fuel Distributor Block). NärFOU är monterad på bulktanken döljs sidoutrymmet. Kvarvarande utrymmei catch-tanken är tillägnat rent bränsle som når tanken efter att ha passe-rat filter-kaviteten. Volymen på tanken är cirka 30 L [9]. Det förfiltreradebränslet lämnar catch-tanken genom ett utsug nära tankens botten.

22

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 7: Förenklad representation av FOU Typ 1.

3.2.1 Pumpenheter

I sidoutrymmet sitter två stycken bränslepumpar monterade, se Figur 7,varav den översta benämns transferpump. Transferpumpen ansvarar för atttransportera bränsle mellan bulktanken och catch-tanken. Bulktanken be-finner sig på sugsidan av transferpumpen. På trycksidan av pumpen befin-ner sig förfiltret vilket medför att bränslet trycks genom filtret. Detta ären viktig skillnad mot befintlig konstruktionslösning där förfiltret befinnersig på sugsidan av bränslefiltret, se Figur 8. Transferpumpen arbetar medett förhållandevis jämnt varvtal som korrelerar med motorns genomsnittli-ga bränsleförbrukning. I och med volymen bränsle som finns i catch-tankenutjämnas bränslebehovet över tid vilket tillåter att transferpumpen levere-rar ett jämnt flöde. Detta är fördel eftersom vattensepareringen i förfiltretfungerar effektivare ju lägre genomströmningshastigheten är. Transferpum-pen styrs till att upprätthålla en specifik nivå i catch-tanken. En nivåvakti catch-tanken håller ordning på nominell bränslenivå. Nivåvakten kommu-nicerar med en styrenhet (ECU) avsedd för chassisystem benämnd CMS.Bränslenivån i catch-tanken hålls inom ett intervall kring nominell nivå. Det-ta intervall mäts inte direkt utan beräknas av motorns ECU (EMS) utifrånaktuell bränsleförbrukning.

Den nedersta bränslepumpen benämns matarpump och har till uppgift attsuga bränsle från catch-tanken och trycka det vidare till motorn. Sugsidan

23

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 8: Jämförelse av layout för filter, bränslepumpar och tankar i befintligtmotorprogram och efter införande av FOU Typ 1.

av pumpen är mycket kort eftersom matarpumpen är hopbyggd med catch-tanken. Ledningarna som transporterar bränslet till motorn befinner sig påtrycksidan av pumpen. På motorn sitter ett finfilter som filtrerar bränsletytterligare en gång på sin väg till motorns HPP. Finfiltret utgör ett and-ra filtreringssteg med högre finhet på filterelementet jämfört med förfiltret.HPP utgör slutet på lågtrycksbränslesystemet (LPFC). En översikt av he-la bränslesystemet kan ses i bilaga (utelämnad i den publika versionen avutredningen).

Matarpumpen arbetar, till skillnad från transferpumpen, mot ett förutbe-stämt tryck. Trycket mäts efter finfiltret, innan inloppet till HPP, och ären funktion av motorns varvtal. För att upprätthålla detta tryck så varierarmatarpumpens varvtal konstant för att möta motorns faktiska bränsleför-brukning. Pumpenheterna är identiska och är uppbyggda av två delar. Delssjälva pumpenheten och dels en motor som driver denna. Motorn är en borst-lös likströmsmotor (BLDC) som matas av fordonets 24 V-system. Den andradelen av pumpenheten utgörs av en så kallad gerotor-pump, se Avsnitt 3.9.

24

KAPITEL 3 - TEORI

3.2.2 WIF-givare

Vatten som separerats ur bränslet av förfiltret samlas i en för ändamålet av-sedd behållare i filtrets lägsta punkt. Behållaren rymmer 400 mL. När 350mL vatten ansamlats så aktiveras en så kallad WIF-givare (Water In Fuel).Givaren används för att skicka en varning till föraren genom instrumentpa-nelen att vattenbehållaren börjar bli full och bör tömmas.

3.2.3 Bränslevärmare

Dieselbränsle har en tendens att paraffinera vid lägre temperaturer [10]. Detinnebär att bränslet bildar en vaxliknande sörja vilket riskerar att sätta igenvitala delar av högtrycksbränslesystemet. För att undvika detta förvärmsbränslet på sin väg till motorn i en bränslevärmare när utomhustemperatu-ren är låg. En variant för att göra detta är att utnyttja varmt returbränslefrån motorn. Returbränsle är bränsle som inte har använts av motorn. Dettahärrör från flera källor. Injektorerna och HPP använder en del av bränsletsom når motorn för smörjning vilket returneras efter användning i detta syf-te. Tidigare har en andel av returbränslet också härrört från den mekaniskamatarpumpen som ju arbetar med överkapacitet. Denna andel av retur-bränslet kommer att minska i och med införandet av elektrisk matarpumpsom bara pumpar den bränslemängd som faktiskt används till förbränningoch smörjning av injektorer och HPP. I och med FOU kommer returbräns-let passera via FOU och via en så kallas TRV (Thermal Regulating Valve).TRV öppnas vid en given temperatur. När TRV öppnar så blandas det var-ma returbränslet med bränsle från bulktanken innan det passerar förfiltret.Detta minskar risken för att förfiltret sätter igen av paraffinerat bränsle.Funktionen medför även att bränsletemperaturen i catch-tanken ökar medviss fördröjning vilket även minskar risken för paraffinering i finfiltret.

3.2.4 Limp home

I det fall att en eller båda de elektriska bränslepumparna havererar kanFOU försättas i ett så kallat limp home-läge. Det normala driftfallet är attmatarpumpen levererar ett tryck till HPP begärt av motorns ECU. HPP iett nytt utförande har en begränsad möjlighet att suga bränsle direkt frånbulktanken. Tidigare versioner av HPP har inte haft denna funktionalitetoch detta skapar en möjlighet att kunna köra fordonet även om matar- eller

25

KAPITEL 3 - TEORI

transferpump av någon anledning har havererat. Under limp home passerarbränslet FOU men de båda pumparna och förfiltret förbikopplas. Limp homeär ett speciellt driftfall där tanken är att fordonet skall kunna användas påett begränsat sätt för att medge transport ur farliga situationer som exempeltill närmaste avfart på en motorväg.

3.3 FOU Typ 3

FOU Typ 3 är en förenklad variant av FOU Typ 1 avsedd att medge en delav dess fördelar men till en lägre komplexitet och kostnad. Typ 3 befinnersig än så länge på konceptstadiet och är utvecklad till en lägre färdighets-grad än Typ 1. Då motorplattformen FPP är konstruerad utan mekaniskmatarpump och motormonterat förfilter behöver dessa komponenter sittapå chassit i någon form. Basen i FOU Typ 3 är ett chassimonterat bränsle-filterfäste monterat mellan bulktank och motor, se Figur 9. Samma typ av

Figur 9: Förenklad representation av FOU Typ 3.

bränsleförfilter och kopp för vattenavskiljning som i FOU Typ 1 används. Itoppen av fästet sitter samma typ av matarpump som i FOU Typ 1. Filt-ret befinner sig på sugsidan av matarpumpen till skillnad från FOU Typ 1.FOU Typ 3 använder sig av en istället för två bränslepumpar utan någon

26

KAPITEL 3 - TEORI

catch-volym av bränsle däremellan, se Figur 10. Detta innebär att matar-pumpen tvingas förse motorn med bränsle i samma takt som det förbrukas.Detta innebär i sin tur att bränslet som passerar förfiltret inte gör dettai samma jämna, låga takt som är fallet för FOU Typ 1. Detta medför attvattensepareringen i filtret inte är lika fördelaktig som i FOU Typ 1. Attförfiltret befinner sig på pumpens sugsida innebär likt befintlig konstruktionför LPFC en begränsning i hur igensatt förfilter som kan tillåtas, se Av-snitt 3.8. En följd av det är att bytesintervallet på filtret när det används iFOU Typ 3 bedöms vara kortare än i FOU Typ 1. En annan kompromiss av

Figur 10: Systemöversikt av FOU Typ 3.

FOU Typ 3 är att avsaknaden av catch-volym riskerar resultera i att skvalpi bulktanken leder till att matarpumpen suger luft. Detta får direkt konse-kvensen att luft transporteras till motorn och orsakar driftsproblem vilketinte är fallet med FOU Typ 1 på grund av bränslebufferten. FOU Typ 3 in-nebär ändå en tydlig förbättring jämfört med befintlig konstruktionslösning.Matarpumpen är elektrisk vilket likt FOU Typ 1 minskar parasitförlusternasom annars är förknippade med en mekanisk pump som ständigt arbetarmed överkapacitet. FOU Typ 3 är också betydligt mindre än FOU Typ 1och mindre komplex vilket minskar produktionskostnaden.

3.4 Scanias bussprogram

Scania producerar bussar avsedda för en rad olika användningsområden.Alltifrån bussar avsedda för stadstrafik med fokus på hög passagerarkapaci-tet och smidig på- och avstigning, till rena långfärdsbussar med högre krav

27

KAPITEL 3 - TEORI

på passagerarkomfort och bagageutrymmen, se Figur 11 för exempel. Det

Figur 11: Bilden visar ungefärlig storlek på några av de vanligaste bussvarianterna[11].

stora spektrum av produkter gör att variantfloran blir stor. Scania har löstdetta genom att konstruera bussar i moduler. Moduler som går att kombi-nera på flera olika sätt för att täcka flera olika behov utan att antalet kom-ponenter blir orimligt stort. En modul kan vara en bakvagn innehållande enviss typ av motorinstallation och bakaxel. Denna kan sedan kombineras meden framaxelmodul innehållande hjulupphängning av olika typer. Avståndetmellan modulerna kan varieras med olika ramdelar för att producera alltmellan en hög långfärdsbuss till en lång ledbuss. Den stora variationen avbussvarianter utgör en utmaning vid konstruktion av enskilda delsystem.Scania levererar dessutom bussar till externa företag som förser busschassi-erna med karosser. Dessa karosser är utformade på olika sätt vilket ocksåökar komplexiteten och variationen av slutprodukten. Vad gäller bränslesy-stemet specifikt så blir konsekvensen framför allt distributionen av bränslemellan bränsletankar och motor. Motorn är på alla aktuella varianter avbussar placerade i bussens bakvagn. Bränsletankarna är antingen placeradei anslutning till hjulhusen på bussens framaxel eller mellan bussens bådalängsgående rambalkar. I långa bussvarianter, exempelvis ledbussar, är av-ståndet mellan bränsletankar och motor av betydande avstånd. Detta utgören skillnad jämfört med lastbilsinstallationen där motorn är placerad un-der hytten och bränsletankarna normalt monteras direkt bakom hytten. Ef-

28

KAPITEL 3 - TEORI

tersom busskarosserna byggs hos påbyggare i separata fabriker så levererasalla förutom de allra kortaste varianterna av bussar med en transportlös-ning för bränslesystemet. Transportlösningen innebär att bussens bak- ochframaxelmoduler byggs ihop med endast korta ramdelar däremellan. Medi-adragningar såsom ledningar för bränsle, tryckluft samt kablage levererasmed betydligt längre längder än transportlösningen kräver. Hos påbyggarensepareras modulerna och längre rambalkar som förbinder dessa monterasinnan karossen monteras. Chassierna behöver vara körbara även med trans-portlösning. Detta medför att delsystemen i bussen behöver fungera både isitt korta utförande och efter att karossen monterats.

3.5 Extravärmare

För att uppnå ett behagligt klimat i bussens passagerarutrymme eller i last-bilshytten används extravärmare. Värmaren utgörs av en enhet som förbrän-ner fordonets bränsle med syftet att producera värme. För tunga fordon an-vänds oftast diesel som bränsle. Värme från värmarens avgaser överförs tillmotorns kylvätskesystem via en värmeväxlare. Kylvätskan passerar förutommotorn en ytterligare värmeväxlare som utvinner varmluft från den varmakylvätskan. För lastbilar avsedda för längre transporter kan värmaren star-tas manuellt under perioder när föraren vistas i hytten utan att motorn är igång, till exempel under nattvila. Extravärmaren brukas också automatisktav fordonets klimatanläggning under stunder då enbart motorn inte produ-cerar nog mycket värme för att vara effektiv. Detta kan vara när motornnyss blivit startad eller då utomhustemperaturen är mycket låg.

För bussar används extravärmaren normalt sett lite annorlunda. Det är tillexempel sällan aktuellt för föraren att vistas en längre tid i ett stillastå-ende fordon och därmed köra värmaren manuellt långa perioder. Däremotär det vanligt att värmarna används innan första starten för dagen för attvärma upp motor och passagerarutrymme. Bussar har en, i jämförelse medlastbilar, stor innervolym. Värmare för buss har därför avsevärt högre effektän de för lastbilar. Värmaren tar bränsle från bulktanken via en separatbränsleledning. Bränslet passerar ett för extravärmaren avsett bränslefilter.Värmaren för buss är monterad i fordonets bakdel. Den har en integreradbränslepump och en del av bränslet returneras till bulktanken. Maximalbränsleförbrukning för värmarna till buss är i storleksordning 3,5 L/h [12].

29

KAPITEL 3 - TEORI

Värmaren avsedd för lastbil är placerad bakom lyktan på höger sida i fordo-net. Värmaren förses med bränsle från bulktanken som pumpas av en externbränslepump av kolvtyp som är monterad på lastbilens chassi i nära anslut-ning till tanken. De, jämfört med buss, mindre lastbilsvärmarna upplever endel driftsproblem i form av flamavbrott och svårstartade värmare. Gruppenansvarig för värmaren tror att en del av orsaken är smutsigt bränsle då maninte använder något externt bränslefilter i installationen. Lastbilsvärmarenbehöver också startas i produktion enligt en speciell startrutin. Detta krä-ver liksom som för motorn att en förhållandevis stor bränslevolym behöverfyllas i bulktanken. I och med införandet av FOU kommer filtrerat bräns-let tas från catch-tanken istället. Bränsleuttaget är då placerat nära bottenpå FOU. Detta därför att man även fortsättningsvis vill kunna användavärmaren under en längre tid även med motorn avstängd. Den tillgängligabränslemängden är begränsad till bränslet i FOU. När motorn är avstängdär även transferpumpen avstängd. Efter en längre tids körning av värmarenkan catch-tanken vara tom på bränsle medan det fortfarande finns tillgäng-ligt i bulktanken. Situationen kan vara problematisk av flera orsaker. Delsär det ett pedagogiskt problem att extravärmaren inte kan användas medtom catch-tank samtidigt som bulktanken är full. Dels är det svårt att vetahur länge extravärmaren kan användas med volymen i catch-tanken. Dettaeftersom man inte har något sätt att mäta volymen förutom när nivåvakteni FOU indikerar nominell volym. Volym mindre än den nominella beräknasindirekt genom att motorns bränsleförbrukning är känd. Man har dock ingetsätt att veta extravärmarens exakta förbrukning.

3.6 Tryckfall bränsleledningar

En skillnad mellan buss- och lastbilsinstallationen är att inbördes avståndmellan motor, FOU och bränsletankar troligen förhåller sig olika. Detta in-nebär att längden på de rörledningar som förbinder dessa varierar. Bränsle-ledningarna bidrar till ett tryckfall av bränslet som pumpas. Därtill bidrarventiler, rörkopplingar, rörböjar etcetera till tryckfall. Snabbkopplingarnaanvänds som anslutningar mellan ledning och komponenter i bränslesyste-met men även där en skarv på bränsleledningen är nödvändig, exempelvisför att tillåta förlängning av ett busschassi hos påbyggaren. Tre typiska va-rianter av snabbkoppling för bränsle ses i Figur 12. Gruppen NMCL har

30

KAPITEL 3 - TEORI

(a) rak (b) 45 (c) 90

Figur 12: Exempel på vanliga snabbkopplingar som används i bränslesystemet[13].

gjort mätningar på tryckfall i 12 mm bränsleledningar som är den vanli-gast förekommande dimensionen i bränslesystemet. Dessa presenteras i Fi-gur 13. Mätningarna är gjorda för flöden 0-7 L/min i steg om 0,5 L/min ochanges per meter ledning. Tryckfall kan också beräknas analytiskt. Tryckfall

Figur 13: Uppmätta tryckfall per meter 12 mm bränsleledning [14]. Flöden från0-7 L/min visas.

i ledningar är nära förknippat med Reynolds tal som karaktäriserar flödet.Reynolds tal beräknas som

Re = ρudi

µ. (1)

31

KAPITEL 3 - TEORI

där ρ är densiteten hos fluiden, u är fluidens medelhastighet, µ är dyna-misk viskositet och di är ledningens innerdiameter [15]. Då dynamisk ochkinematisk viskositet förhåller sig som

ν = µ

ρ, (2)

och u uttrycks som volymflöde kan Reynolds tal uttryckas som

Re = 4Qνπdi

. (3)

I Ekvation (3) är Q volymflödet och ν fluidens kinematiska viskositet. Engenerell tumregel säger att för Reynolds tal över 2100 är flödet turbulent ochunder detta laminärt [15]. Tryckfall av inkompressibla vätskor kan beräknassom

∆p = 2Lbränslefρu2

di(4)

där Lbränsle är ledningens längd och f är Fannings friktionsfaktor [15]. Ek-vation (4) är giltig för både laminära och turbulenta flöden. Ekvation (4)kan för cirkulära ledningar med konstant tvärsnitt skrivas som

∆p = 32LbränslefρQ2

π2d5i

. (5)

För laminära flöden ges f av den explicita lösningen [15]

f = 16Re

. (6)

För turbulenta flöden är beräkningen av friktionsfaktorn empiribaserad. Denberor bland annat på ytfinheten på rörväggen. Många uttryck för friktions-faktorn finns tillgängliga i litteraturen. Alla är approximationer varav vissalöser för f explicit och andra implicit. Dessutom kan olika lösningar varamer eller mindre giltiga i särskilda intervall. En explicit lösning för f ges avDrews ekvation [15]

f = 0, 00140 + 0, 125Re−0,32. (7)

32

KAPITEL 3 - TEORI

Uttrycket är giltigt för Reynolds tal mellan 3000 och 3 · 106 [15]. Nackdelenmed Drews ekvation är att den förutsätter helt släta ledningar. Ett annat ex-plicit uttryck för f som tar hänsyn till ytfinheten i ledningen ges av Haalandsom [15]

1√f

= −3, 6log[( ε

3, 7di

)1,11+(6, 9Re

)]. (8)

där ε är den så kallade relativa ytfinheten. Den ges av [15]

ε = e/di. (9)

I Ekvation (9) är e den absoluta ytfinheten. Den beror bland annat på ma-terial och tillverkningsmetod. För så kallad drawn tubing kan e uppskattastill 0,0015 mm [15]. Med Ekvation (5) och Ekvation (8) går det nu att göraförutsägelser på tryckfall som härrör från friktionsförlusten mellan fluid ochrörvägg.

Tryckfall som är förknippade med passage genom ventiler och rörböjar ärinte beaktade. Dessa utgör så kallade engångsförluster och tas generellt framgenom provning då beräkningar av dessa är vanskliga. Tryckfall över på Sca-nia vanligt förekommande snabbkopplingar (raka, 45 och 90) har provatstidigare, se Figur 14. Som väntat ökar tryckfallet över kopplingen med flödet.Notera också att tryckfallet är relativt lika för en rak och en 45-kopplingmedan flödet stryps betydligt för 90-kopplingen. Generellt försöker Scaniaundvika denna typ av skarpa böjar i bränslesystemet för att reducera dettotala tryckfallet.

33

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 14: Tryckfall över snabbkopplingar (rak, 45 och 90) vid flöden 0-7 L/min[16].

3.7 Tryckfall armatur

Även armaturen som i förekommande fall används för att suga bränsle frånbulktanken är föremål för tryckfall. Armaturen suger bränsle vertikalt varföräven sughöjden ger ett bidrag till tryckfallet över armaturen. Inga tidiga-re prov av tryckfall över armaturer på bussar är kända. Däremot har ettprov på en liknande armatur som används på lastbil gjorts, se Figur 15 [17].Armaturen som provats har en lyfthöjd om cirka 660 mm men den totalalyfthöjden inklusive bränsleledningar som använts i provuppställningen upp-går till 740 mm. Detta är i samma storleksordning som armaturerna somanvänds för bussar och provet bedöms därför ha relevans även där.

34

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 15: Tryckfall över jämförbar bränslearmatur vid flöden 0-7 L/min [17].

3.8 Bränslefilters funktion

Scania använder en typ av bränslefilter som består av ett cylindriskt filte-relement med ett hål i som monteras i ett filterhus, se exempel i Figur 16.Bränslet når filterhuset via en ingång och fyller upp ett utrymme mellanhuset och filterelementets mantelyta. Bränslet passerar sedan genom filtretoch når centrum av filterelementet där det lämnar filterhuset genom ett hål.På vägen mellan filterhusets ytterdel och innerdel sker filtrering av partik-lar och vattenseparering [18]. Filterelement består av flera lager med olikafunktioner. När bränslet når filterelementets utsida kan det vara mer ellermindre kontaminerat med smuts och vatten. Det yttersta lagret består avgenomsläppliga cellulosafibrer som är veckade för att projicera så stor areasom möjligt mot bränslet. Fibern släpper igenom bränsle och eventuellt vat-ten medan partiklar fastnar i fibern. Tätheten på fibern bestämmer hurstora partiklar som sorteras ut i denna grovfiltrering. De finaste partiklar-na passerar cellulosafibern. Nästa lager i filterelementet består av en typ avskummaterial. I detta lager sker så kallad koalescens. På grund av att bräns-le och vatten har olika densitet löser sig inte vatten i bränslet utan bildar

35

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 16: Exempel på filterelement som utnyttjar koalescens för vattenseparering.Figuren föreställer ej ett filterelement från Scania [18].

istället små vattendroppar. Koalescens innebär att de små vattendropparnastegvis slås ihop till allt större vattendroppar [19]. Denna del av filtret ärtillverkat i en oorganisk fiber. Vattendropparna binder till fibern och bildarstörre droppar alltmedan bränslet passerar [20]. Nästa lager av filtret bestårav en bränslefylld spalt. I denna spalt sker själva vattensepareringen genomatt de nu förhållandevis stora vattendropparna sjunker genom bränslet ispalten genom sin högre densitet. Dropparna sjunker ned i en kopp i filter-husets botten där vatten lägger sig underst. Nästa lager i filtret är det sistaoch består av ett finmaskigt nät. Kvarvarande mindre vattendroppar fångasupp av nätet och letar sig ned till koppen i botten av filtret. Bränslet sompasserar nätet är nu till hög grad fritt från vatten och kan lämna filterhusetgenom centrum av filterelementet.

För att koalescens skall fungera tillfredsställande behöver vattendropparnafå tillräckligt med tid på sig att bildas. Därför främjas vattensepareringenav en lång genomströmningstid [20]. För en given volym på filterhus innebärdet ett så lågt flöde som möjligt. I och med FOU Typ 1 kan flödet ske i jämntakt beroende på att volymen i catch-tanken fungerar som buffert för tillfälli-ga toppar i bränsleförbrukning. Detta främjar vattensepareringsprestandan.Dessutom är systemet utformat så att returbränsle från motorn förs tillbakatill catch-tanken istället för till bulktanken som tidigare varit fallet. Retur-bränslet behöver inte filtreras ytterligare en gång vilket resulterar i att ettlägre flöde är möjligt genom förfiltret. Denna typ av vattenseparering sker påden rena sidan av filtret det vill säga efter att partiklar separerats. Tidigarevarianter av bränslefilter som använts på Scanias XPI-motorer separerade

36

KAPITEL 3 - TEORI

vatten på den smutsiga sidan av bränslefiltret genom att mantelytan på filt-ret är behandlad för att vara vattenfrånstötande. Detta har fungerat väl närfiltret varit rent men i takt med att filtret blivit smutsigt har vattensepare-ringen tappat effektivitet. Utnyttjandet av koalescens medger en effektivarevattenseparering under hela filtrets livslängd.

Vidare är en stor mantelyta på cellulosafibern fördelaktigt vilket är anled-ningen till att denna är veckad. Med tiden blir en allt större andel av man-telytan mättad med smuts så till den grad att filterelementet anses varaförbrukat. Detta kan mätas genom att jämföra trycket före och efter fil-terhuset. I takt med att fibern mättas med smuts får bränsle allt svårareatt passera vilket visar sig som ett tryckfall. Att förfiltret befinner sig påtrycksidan av bränslepumpen är en stor fördel. I takt med att tryckfalletöver filtret ökar måste transferpumpen arbeta upp ett högre tryck för attupprätthålla flödet genom filtret. Det finns inga fysikaliska begränsningarför vilket tryck som krävs så länge tekniska begränsningar för bränslepum-pen beaktas. I fallet då bränslefiltret befinner sig på sugsidan av pumpenuppkommer dock ett problem. Tryckfall över filtret är även här en realitet.Dock är trycket i en konventionell bränsletank runt atmosfärtryck (cirka 1bar). Om tryckfallet över filtret blir för stort närmar sig bränsletrycket vaku-um. Negativa tryck är inte möjligt. Istället uppstår så kallad kavitation. Detinnebär att bubblor bildas där fluiden lokalt övergår till gasform på grundav det låga trycket [21]. Dessa bubblor orsakar, när de brister, erosion avmekaniska komponenter i bränslepumpen som dessutom tappar effektivitet.Sammantaget innebär detta att det finns en fysikalisk begränsning för hurstort tryckfall som kan accepteras över ett filter på sugsidan av pumpen.Något som inte är lika bekymmersamt i fallet med filtret på trycksidan.

3.9 Bränslepumpars funktion

En vanlig typ av bränslepump på tunga fordon är den så kallade gerotor-pumpen, se Figur 17. Den är en så kallad positiv deplacementspump vilketinnebär att en fluid transporteras genom att en begränsad volym tvingasfram genom pumpen. Detta innebär att det pumpade flödet blir en direktfunktion av varvtalet och flödet är inte beroende av trycket på trycksidan avpumpen [22]. Gerotorpumpen består av en yttre och en inre rotor där denyttre har en tand mer än den inre. Den inre rotorn är drivande av en motor

37

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 17: Funktionsprincip av en gerotorpump [23].

eller liknande. Den inre rotorns axel är förskjuten i förhållande till den yttrerotorn. På grund av geometrin mellan rotorerna bildas en volym som underett pumpvarv först blir större (vilket skapar ett undertryck) för att sedan blimindre (vilket skapar ett övertryck). Transitionen sker kontinuerligt vilketresulterar i en jämn pumpverkan.

3.10 CAN

Pumpenheterna kontrolleras via en så kallad CAN-bus (Controller AreaNetwork) som gör det möjligt att starta, stoppa och varvtalsreglera pumpar-na fritt inom sitt arbetsområde. CAN är en kommunikationsstandard vanliginom fordonsindustrin ursprungligen utvecklad av Bosch [24]. CAN med-ger att olika noder (ECU) kan kommunicera med varandra på ett snabbtoch driftsäkert sätt. Alla ECU är anslutna parallellkopplade med två ledarebenämnda CAN_low och CAN_high och signalen består av differensspän-ningen. Informationen sänds som paket och tas emot och tolkas av respek-tive ECU. Denna så kallade CAN-bus löper längs en ryggrad med börjanoch slut bestående av så kallade termineringar, se Figur 18. Terminering-en kan antingen ske i en ECU eller genom att CAN_low och CAN_highsammankopplas med en resistor. CAN-busen kan också byggas ut med för-greningar som kallas stubbar [25]. Ett fordon kan ha flera CAN-busar och dekan ha olika hastighet beroende på hur tidskritiska signalerna är. Signaler

38

KAPITEL 3 - TEORI

till exempelvis säkerhetssystem eller bränsleinsprutning kräver vanligen enhög överföringshastighet.

Figur 18: Schematisk beskrivning av en CAN-bus.

De elektriska bränslepumparna i FOU ligger i lastbilsinstallationen på enså kallad sub-CAN från motorstyrenheten (EMS), se systemöversikt i Fi-gur 19. Denna CAN-bus går i en så kallad daisy chain i serie till de bådabränslepumparna och vidare till ECU för avgasefterbehandling (EEC). Ter-mineringen sker i EEC men de elektriska bränslepumparna är förbereddaför att kunna utgöra terminering i CAN-busen om detta blir aktuellt i fram-tiden [4]. Daisy chain innebär att alla komponenter ligger i serie på CAN-

Figur 19: En översikt av CAN-bus och spänningsmatning för FOU i lastbilsinstal-lationen [9].

39

KAPITEL 3 - TEORI

busen helt utan stubbar. Stubbar utgör potentiella felkällor i CAN-busendå risken för störningar är större än i ryggraden. Störningar kan också varaett problem vid långa ledningslängder och därför finns det maxlängder förryggrad och stubbar definierade i generella standarder för CAN. Scania haregna definierade standarder för maxlängder. Dessa specificerar maxlängdenpå ryggraden (Lmax) och maxlängden på stubbar (Smax), se Figur 18 [26].Placeringen av EMS, EEC och CMS i busschassit framgår av Figur 20.

Figur 20: Översikt över var EMS, EEC och CMS är placerade i busschassit (vyfrån sidan).

3.11 Spänningsfall

En strömkabel utgör i sig själv en resistens i en elektrisk krets [27]. Den-na resistens resulterar i att kabeln orsakar ett spänningsfall. Resistensenoch därmed spänningsfallet ökar med längre och tunnare kablar och kanresultera i att spänningen över övriga komponenter i kretsen inte räcker till.Spänningsfallet per ledare beräknas med Ohms lag som

Udiff = RI. (10)

40

KAPITEL 3 - TEORI

Resistensen för en kabel med elektrisk resistivitet ρel, längden per ledare Lel

och tvärsnittsarean Ael ges av

R = ρelLel

Ael. (11)

Totalt spänningsfall ges bidrag av både ledare och återledare. I lastbilar ochbussar är det vanligt jordning sker via chassits rambalkar som på grund avgrova dimensioner resulterar i låg resistens och därmed lågt spänningsfall.Det är därför möjligt att bortse från detta spänningsfall i praktiska beräk-ningar.

Bränslepumparna i FOU är kravsatta att arbeta vid en nominell spänningom 24 V vid avstängd motor och 28 V med påslagen motor (Då laddning medgenerator sker) [4]. Ett spänningsintervall kring nominell spänning ges av deninterna standarden TB1901 [28]. Där definieras hur en elektrisk enhet skalltestas för att möta standarden. Vad gäller vilka störningar av driftspänningsom enheten skall klara definieras två funktionsklasser [28]:

• Klass A: Alla funktioner hos enheten/systemet beter sig enligt speci-fikation under och efter störningen.

• Klass B: Alla funktioner hos enheten/systemet beter sig enligt spe-cifikation under störningen, men en eller flera funktioner tillåts varautanför tolerans. Alla funktioner återgår till normala specifikationerefter störningen.

Standarden kräver för 28 V nominell spänning att funktionsklass A skallupprätthållas i intervallet 22-32 V och funktionsklass minst B i intervallet16-22 V. Detta i temperaturer mellan -40C och maximal drifttemperaturför enheten eller systemet som testas.

I lastbilsinstallationen matas de elektriska bränslepumparna i FOU medspänning via en elcentral benämnd P8 i fordonets front. Detta framgår avFigur 19. Elcentral P8 är avsedd att förse chassimonterade ECU med avsäk-rad spänning, jord och Wake up (aktivering av ECU i stand by för att sparaström) [29]. Elcentral P8 finns även i bussinstallationen och är där belägen imotorrummet, se Figur 21. WIF-givare och nivåvakt i FOU förses med strömdirekt från CMS och har därmed ingen separat matning. Scania har ocksåen intern riktlinje som säger att spänningsfallet i den elektriska kretsen fram

41

KAPITEL 3 - TEORI

Figur 21: Översikt över komponenter för spänningsmatning i busschassit. Noteraelcentral P8 i anslutning till motorn [29].

till en komponent inte bör överstiga 3 % av den nominella spänningen [30].Denna består förutom av kabel av andra elektriska komponenter. Internariktlinjer för ett urval av dessa kan se i Tabell 1.

Tabell 1: Riktlinjer för resistens hos ett urval av elektriska komponenter [30].

Komponent ResistensKontakt <2 mΩSäkring med hållare <15 mΩ

42

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Detta kapitel beskriver genomförandet av utredningen.

4.1 Jämförelsematris

Resultatet från urvalsprocessen av FOU krav beskrivet i Avsnitt 2.2 harsamlats i en jämförelsematris. Denna återfinns i sin helhet i Bilaga A. Vissaav de identifierade interaktionerna i matrisen är av en sådan karaktär att deinte kan undersökas vidare i detta skede av utvecklingsarbetet. I dessa fallär dessa krav markerade i matrisen och lämnas som information vid fortsattkonstruktionsarbete. De interaktioner som är identifierade som möjliga attundersöka förutsättningarna för är markerade med en symbol som represen-terar vilken metod som använts för undersökningen. Dessa undersökningaråterfinns i följande avsnitt.

4.2 Beräkningar

Avsnittet innehåller överslagsberäkningar på busspecifika förutsättningar ochjämförelse med FOU krav. För att underlätta användandet av variabelnamnanvänds 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 representerardetta 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 bränsleledningtagits fram enligt Avsnitt 3.6. Resultatet kan ses i Figur 22. Figuren visaruppmätta 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 somanvänds på Scania. Figuren visar flöden 0-7 L/min.

1FOU krav A8-A12

43

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

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

Notera att flödet för det beräknade tryckfallet är laminärt upp till flöden påcirka 2 L/min där tryckfallet ökar abrupt. Flödet för det uppmätta tryck-fallet visar inga sådana tendenser. Det tolkas som att flödet är turbulentäven för låga flöden. De båda kurvorna sammanfaller inte. Formen på kur-van för beräknat tryckfall beror i hög grad på friktionsfaktorn f som i sintur 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 intervallet2-4 L/min. Det är också i detta intervall som bränslepumparna arbetar imaximalt [4]. För ett worst case-scenario är det tryckfallet i detta inter-vall som är intressant. Att de båda metoderna korrelerar i detta intervallgör att tillförlitligheten bedöms som acceptabel för att kunna göra förut-sägelser om tillåten ledningslängd. Maximalt flöde är inte samma för debåda pumparna i FOU Typ 1. Eftersom returbränsle från motorn retur-neras till catch-tanken behöver inte transferpumpen pumpa detta bränsleoch transferpumpens maximala flöde (Q1 max) blir därför lägre än matar-

44

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

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 matarpumpensrespektive maximala flöde finns även samlade i tabell i för Scania avseddbilaga. Eftersom mätpunkter bara finns att tillgå för ett begränsat antalflöden har tryckfall för andra flöden än dessa interpolerats linjärt. Dettamarkeras särskilt i bilagans tabell. Tryckfall uppmätta för snabbkopplingarför flöden 0-7 L/min finns att se i Avsnitt 3.6. Tryckfall specifikt för deaktuella maximala flödena i respektive pump är även de samlade i nämndbilaga.

Tryckfall FOU Typ 1 Vad gäller transferpumpen är det tryckfallet påsugsidan som är mest intressant att beakta eftersom trycksidans lednings-längd är mycket kort då pump och catch-tank i princip är hopbyggda ochinte är beroende av installationen. Driftfallet Q1 max beaktas då det är dethögsta flödet som är specificerat3. För detta flöde indikerar den uppmättametoden (∆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 tillåtet

4. 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 förScania avsedd bilaga). Därtill tillkommer tryckfall som härrör från anslut-ningen till bulktanken antingen detta sker via en armatur i tankens toppeller 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 22vid det aktuella flödet.

2FOU krav A10 & A123FOU krav A104FOU krav A8

45

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 ärmonterad på catch-tanken. På pumpens trycksida säger kravet att pumpenskall klara av att leverera P22 min

5. Summan av tryckfall över ledningar,kopplingar och finfilter skall inte vara större än att tryckbehovet in i HPPtillgodoses (PHP P min in) [31]. Maximalt tillåtet tryckfall över ett igensattfinfilter vid maximalt flöde (Q2 max) benämns ∆Pmax fin

6. Detta leder tillatt tillåtet tryckfall i övriga systemet mellan matarpump och HPP ges av

∆P22 övrigt = P22 min − PHP P min in −∆Pmax fin. (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 somworst 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 ettigensatt bränslefilter bedöms ledningslängden på matarpumpens trycksidainte vara ett problem.

Tryckfall FOU Typ 3 För FOU Typ 3 som endast har en bränslepumpär situationen vad gäller tryckfall på trycksidan av matarpumpen likartadden 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 likahögt tryckfall över filtret vilket minskar serviceintervallet. Det finns ännuinget krav definierat för tillåtet tryckfall över förfiltret i FOU Typ 3. Där-för antas samma tillåtna tryckfall (∆Pmax för) som för förfiltret i befintligtlågtrycksbränslesystem [32]. Flödet genom filtret motsvarar motorns bräns-leförbrukning då returbränslet för FOU Typ 3 returneras till bulktanken.

5FOU krav A116FOU krav A26

46

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Flödet är Q2 max. Totalt tillåtet tryckfall på sugsidan av matarpumpen är∆P21 tot tillåtet

7. Det leder till att tillåtet tryckfall i övriga systemet mellanbulktank och matarpump i FOU Typ 3 ges av

∆P21 övrigt = ∆P21 tot tillåtet −∆Pmax för (15)

vilket resulterar i ett tillåtet tryckfall på 0,06 bar i resten av systemet. Ombulktanken som används är av en typ som använder en armatur jämförbarmed den beskriven i Avsnitt 3.7 vid det aktuella flödet kan slutsatsen dras attinget 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 kunnaöverleva fordonets livslängd utan att behöva service9. Bränslepumparna ärkonstruerade för att pumpa bränsle så fort motorn är igång. Pumparna kom-mer alltså startas/stoppas samtidigt som motorn. För att sätta kravet påantal start/stopp i relation till användandet av fordonet följer en enkel över-slagsberäkning av ett fingerat driftfall: Betrakta en buss i någon form avlinjetrafik. En buss används vanligen kommersiellt och genererar endast in-täkter när den används vilket kräver en hög grad av utnyttjande. Anta därföratt fordonet används 360 dagar per år om ett antal dagar för service ochreparationer räknas bort. Anta också att bussen bemannas två arbetspassper dygn á 8 timmar. Under varje arbetspass antas motorn startas/stoppas5 gånger till följd av rast, skiftbyte, stillestånd etcetera. Det fingerade ex-emplet skulle resultera i att startmin uppnås efter ungefär 8 års drift. Dettaförutsätter användande av motorn ungefär som i dagsläget.

7FOU krav A98FOU krav A179FOU krav A23

47

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Allmänna krav specificerade för FOU anger också livslängden till kmmin el-ler hmin

10. Buss använder generellt inte krav på sina komponenter i termerom körsträcka eller körtid. Istället kravställs komponenter genom exempelvisvibrationsnivåer 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. Ettantagande är att en buss varken i stads- eller fjärrtrafik upplever en väsent-ligt värre miljö än en lastbil i fjärrtrafik. Ett faktum som stödjer påståendetär att allmänt ställda kravspecifikationer för bränsleledning i plast som an-vänds i hög utsträckning både på lastbil och buss anger en livslängd om 1Mkm [33]. Man räknar alltså med en kortare livslängd i kilometer räknat påen standardkomponent som används i hela bränslesystemet än vad man görför FOU. Vidare är den matarpump som används på befintliga XPI-motorerspecificerad att fungera i maximalt 1,6 Mkm [34]. Alltså är vitala komponen-ter på de motorer som används konstruerade för att gå sönder innan FOUi termer om körsträcka. Å andra sidan motsvarar hmin livslängd cirka 8 årsanvändande enligt det fingerade driftfallet ovan.

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

4.2.3 Spänningsfall bränslepumpar

En rimlig utgångspunkt är att mata bränslepumparna från elcentral P8 dådenna används i lastbilsinstallationen. I lastbil är P8 belägen relativt näraFOU och spänningsfallet i installationen är därför relativt litet. På bussin-stallationen är P8 belägen i motorrummet och positionen av FOU ännu intefastställd. 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 specificeradeför bränslepumparna11 rekommenderas en säkring om 30 A [30]. För densäkringen rekommenderas 4 mm2 kabelarea för installationer där den elekt-riska lasten från förbrukaren är tydligt definierade det vill säga då det inte

10FOU krav A311FOU krav A15

48

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

föreligger risk att ytterligare förbrukare ansluts av användare. De elektriskamatarpumparna antas vara ett sådant fall. För den nominella strömstyrkan20 A och givet rekommenderat maximalt spänningsfall ger Ekvation (10)en total resistens på 42 mΩ. Om resistensen hos en säkringshållare och tvåkontakter subtraheras enligt Tabell 1 som ett antagande återstår 23 mΩ.Resistens på återledningen genom chassit försummas då denna antas varalåg. Ekvation (11) ger en maximal ledningslängd om cirka 5 m. Spännings-fallet som denna installation resulterar i är mindre än tillåtet spänningsfallför 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 rekommendationernaför tillåtet spänningsfall över elektriska ledare som är begränsande. Dessautgör inget definitivt krav. Det går därför inte att fastställa någon maximallängd på de matarledningar som används till de elektriska pumparna i FOU.

4.3 Övriga studier

Avsnittet innehåller övriga jämförelser mellan förutsättningar och FOU krav.Exempel på material som använts är resultat från tidigare utförda prov ochjämförelser med olika typer av standarder etcetera.

4.3.1 Funktion extravärmare

En möjlighet associerad med FOU Typ 1 är att förse bränslevärmaren medförfiltrerat bränsle från catch-tanken12. Extravärmare på bussar är av betyd-ligt större modell än de avsedda för lastbilar. Effekten på lastbilsvärmaren äri sitt största utförande 6 kW och har en bränsleförbrukning på cirka 0,7 L/hvid full effekt [35]. Bussvärmaren har en effekt på 35 kW och har en bräns-leförbrukning på cirka 3,5 L/h [12]. Lastbil har valt att ta bränsle ur FOUav flera anledningar. För det första förekommer fältproblem med befintligavärmare som tar bränsle från bulktanken då de suger luft och föroreningarnär bränslenivån närmar sig botten. Detta orsakar flamavbrott i värmar-na som stannar. För det andra så behöver värmaren på lastbil startas vidmonteringslinan enligt en speciell startrutin där den primas (fylls upp) medbränsle. Eftersom insuget för värmaren är monterad en bit ovanför det för

12FOU krav A19

49

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

motorn i bulktankens armatur behöver det finnas nog bränsle i tanken. Enav drivkrafterna för utvecklingen av FOU var just att inte behöva fylla likamycket bränsle i bulktankarna. Att då även fortsättningsvis låta extravär-maren ta bränsle från bulktanken skulle motverka detta syfte.

Bussutveckling upplever inte lika mycket driftsproblem med värmarna. Delsberor detta på ett för värmaren avsett förfilter. Användandet av bulktankari plast med utsuget i botten gör också att risken att suga luft är mindre.Motivet att ta bränsle från FOU istället för ur bulktanken är därför mindre.Eftersom bussvärmaren förbrukar betydligt mer bränsle jämfört med last-bilsvärmaren kommer volymen i FOU räcka till färre antal timmars drift.Detta behöver dock inte nödvändigtvis vara ett problem eftersom bussvärma-ren för de allra flesta användare används i storleksordningen ett par timmarsom mest. Volymen i FOU räcker alltså mer än väl för de allra flesta använ-dare. Att ta bränslet från FOU skulle också innebära att det inte behövs ettseparat bränslefilter vilket skulle minska kostnaden.

Slutsatsen är att buss likt lastbil kan mata extravärmaren från FOU för deallra flesta kunder. För de kunder som behöver kunna använda värmarenen extra lång period bör alternativet att ta bränslet från bulktanken finnaskvar.

4.3.2 Ljudnivå

En farhåga identifierad i jämförelsematrisen är ljudnivån från de elektriskamatarpumparna i FOU. I lastbilsinstallationen är FOU monterad på be-hörigt avstånd från hytten och ljud från pumparna stör inte förare ellerpassagerare. I en bussinstallation är närheten till passagerare större och ris-kerar att utgöra ett störande moment. Speciellt ifall FOU monteras långtifrån motorn som i annat fall kan maskera ljudet. Det finns lagkrav defi-nierade för passagerarfordon med olika motoreffekter. Förenklat beskrivetskall ljudtrycksnivån för en buss med motoreffekt upp till 250 kW (340 hk)understiga 77 dB(A) på 7,5 m avstånd från fordonet år 2026 [36]. Kraven påbränslepumparna säger att maximal ljudtrycksnivå skall vara Lpmax db(A)på 1 m avstånd13. Ljudet i testförfarandet domineras av motor- och väg-ljud och de elektriska matarpumparna bedöms därför inte ha påverkan på

13FOU krav A5

50

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

efterlevnaden av detta krav. Detta eftersom en fördubbling av avståndetreducerar ljudtrycksnivån med 6 dB(A) [37].

Scanias bussutveckling har också definierat interna krav på ljudtrycksnivåer[38]. Kraven gäller maximalt tillåtna ljudtrycksnivåer på olika positioner ipassagerarutrymmet. Dessa krav är mer relevanta för FOU men också mersvårbedömda. Detta eftersom ljudet inuti bussen både består av luftburetljud men även strukturburet ljud som härrör från vibrationer. Tidiga provav prototyper av en elektrisk matarpump från den aktuella tillverkaren in-dikerar ljudtrycksnivåer kring 50 dB(A) från 1 m avstånd [39]. Dessutomhar en provlyssning skett tillsammans med en akustiker på Scania. Prov-lyssningen skedde i en testrigg tillhörande NMCL innehållande en komplettprototyp av FOU Typ 1. Vid provlyssningen testades både ett simuleratdriftfall då både transfer- och matarpump kördes på maximalt varvtal samtett mer normalt driftfall med lägre varvtal på pumparna. Bedömningen äratt det luftburna ljudet inte utgör något problem varken för lagkrav ellerScanias interna krav. Strukturburet ljud beror helt på hur infästningen avFOU konstrueras och det går i dagsläget inte att säga huruvida det kommeratt utgöra ett problem.

4.3.3 Omgivningstemperatur

Ett krav associerat med FOU är att den är designad för att fungera i om-givningstemperaturer mellan Tomgmin till Tomgmax

14. För lastbilar är kravenkopplade till någonting som kallas environmental zones definierade i en all-män, på Scania framtagen standard benämnd TB1900 [40]. Zonerna gällerför olika områden på lastbilschassit och är definierade i Tabell 2. Tempera-turerna definierade i FOU krav konstateras motsvara chassizon 1 i TB1900och det är också där FOU är placerad på lastbil. På bussutveckling användsinte environmental zones som begrepp. På bussen är motor och växellå-da monterade i bussens bakände (inte fram som i lastbil) och motorn ärlikt installationen i lastbil inkapslad av karossen. Efter kontakt med EPVA(gruppen som ansvarar för standarden TB1900) kan det konstateras att detillämpar standarden på liknande sätt som för lastbil. Det vill säga att chas-sizon 1 gäller för chassimonterade komponenter framför växellådan. Dettager en indikation på hur temperaturkravet kan hanteras i en bussinstalla-

14FOU krav A1

51

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Tabell 2: Environmental zones [40].

Environmentalzone Förklaring

Cab interiorconcealed Dolda komponenter i hytten

Cab interioropen Åtkomliga komponenter i hytten

Cab exterior -Chassiszone 1 Chassimonterade komponenter bakom växellåda

Chassiszone 2

Chassimonterade komponenter i nära anslutningtill motor och växellåda

Axle -Powertrain Motor och växellåda

tion. Slutsatsen är att FOU bör monteras med tillräckligt långt avstånd frånmotorn för att undvika något som skulle motsvara chassizon 2.

52

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

4.3.4 Bränsletemperatur

FOU är specificerat för en bränsletemperatur mellan Tbrmin och Tbrmax medextremtemperatur på Tbrfailure i Failure mode15. Höga bränsletemperaturerär i första hand relaterade till det returbränsle som härrör från motorns XPI-system. Arbetstemperaturerna är samma temperaturer som är specificeradei standarden för de bränsleledningar som används i stor utsträckning i bus-schassit idag [41]. Standarden medger kortare temperaturtoppar på 115C iluft. Det går alltså inte att fastställa huruvida kravet på extremtemperaturTbrfailure vid fel går att möta med dessa bränsleledningar då det inte rör sigom samma medium. Däremot används samma typ av bränsleledningar pålastbil tillsammans med FOU. Bedömningen är att kravet på bränsletempe-raturer är hanterbart i en bussinstallation. Särskilt som Failure mode antasvara ett sällsynt driftfall och bara inträffa under en kortare tidsperiod.

En annan aspekt att beakta är uppvärmning av förfiltret vid kall väderlekmed hjälp av varmt returbränsle från motorn beskrivet i Avsnitt 3.2.3. Vidlång returbränsleledning föreligger en risk att bränslet hinner svalna så passmycket att paraffinering inträffar och förfiltret sätts igen. Ett prov har ti-digare genomförts för att utvärdera detta [42]. Provet utfördes för en 12mm bränsleledning med 8 m längd vid omgivningstemperaturen -20C. Iprovet konstaterades att bränsletemperaturen minskade med 10-20C övermätsträckan beroende på returflöde från motorn. För att förbättra förmå-gan att värma bränslefiltren med returbränsle, och därmed minska riskenför paraffinering, är slutsatsen att returbränsleledningen bör hållas kort.

4.3.5 CAN-kommunikation

Bränslepumparna i FOU är konstruerade för att kommunicera med andra sy-stem via CAN16. Scania försöker så långt som möjligt hålla CAN-nätverketpå lastbil och buss likartat. Detta styrs i dokument för hur arkitekturenför nätverket ser ut [43]. För CAN-kommunikationen med bränslepumparnainnebär det att de ligger i en daisy chain mellan EMS och EEC, se Fi-gur 23 för en schematiskt bild av sub-CAN för bränslepumparna. EMS ärfysiskt monterad på motorn och EEC är monterad i nära anslutning tillefterbehandlingssystemet för avgaser som i sin tur är monterad nära mo-

15FOU krav A216FOU krav A12

53

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Figur 23: Schematisk bild av sub-CAN i daisy chain från motorns ECU (EMS).

torn. I lastbilsinstallationen är även FOU monterad i samma område påchassit. Maximala längden för ryggraden i CAN-busen är Lmax beskrivet iAvsnitt 3.10 och detta krav är inga problem att möta i installationen förlastbil. Ledningslängd A och ledningslängd B i Figur 23 är med andra ordförhållandevis korta. I bussinstallationen är motor och system för avgasef-terbehandling beläget i fordonets bakre del medan bränsletankarna befinnersig i anslutning till framaxeln. I ett scenario där FOU placeras i nära an-slutning till bränsletankarna innebär det en CAN-bus där ledningslängd Asträcker sig över merparten av fordonets längd. CAN-busen ansluter sedantill de båda bränslepumparna för att sedan vända tillbaka. LedningslängdB blir i detta scenario likartat ledningslängd A. För en ledbuss vars totalafordonslängd kan vara upp till cirka 23 m, se Avsnitt 3.4, är det inte osan-nolikt att den totala CAN-busen närmar sig Scanias maximala bus-längdLmax. Detta speciellt som kablage sällan dras rakaste vägen utan snararedras omvägar i chassit där de får plats. Scenariot är problematiskt eftersomkomponenter befinner sig långt från de yttersta noderna i CAN-busen vilketökar ledningslängden dubbelt. Ett möjligt alternativ är att introducera stub-bar i CAN-busen och därmed frångå principen daisy chain som egentligenär samma sak men med obefintlig stubblängd. En schematiskt beskrivningkan ses i Figur 24. CAN-busens funktion är densamma men ryggraden (led-ningslängd A+B+C) behöver i scenariot ovan inte vända vid pumparna iFOU. Istället kan ryggraden mellan EMS och EEC vända tidigare i chas-sit. Den sista biten till respektive pump kan nås med hjälp av en stubbe(ledningslängd a och b). Stubblängden får maximalt vara Smax beskrivet iAvsnitt 3.10. Motsvarande sträcka som stubben i daisy chain skulle kräva

54

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Figur 24: Schematiskt förslag på hur CAN-busen kan byggas ut med stubbar föratt reducera längden på ryggraden.

dubbelt så lång ledningslängd (fram och tillbaka). Förslaget skulle dock in-nebära att fördyrande kopplingsplintar vid förgrening mellan ryggrad ochstubbar måste införas.

Slutsatsen är att CAN-kommunikation med bränslepumparna i bussinstal-lationen är möjlig då arkitekturen för CAN-busen ser likadan ut på lastbilsom på buss. Dock med begränsningen att maximala ledningslängden förryggraden inte överskrids. Om det är gränsfall beroende på långa fordons-konfigurationer eller kabeldragningar som inte går raka vägen är utbyggnadav CAN-busen med hjälp av stubbar ett alternativ. Om så är fallet måsteden högsta tillåtna stubblängden beaktas.

4.3.6 Vibrationsnivåer

Enligt FOU krav är enheten konstruerad för att klara av vibrationer enligtstandard TB190017. Standarden specificerar hur komponenter skall testasför att efterleva standarden. Testen går ut på att excitera randomiseradevibrationer i tre frekvensband med en specificerad acceleration under enspecificerad tid samtidigt som den testade produkten utsätts för tempe-ratursvängningar inom sitt användningsområde. Accelerationen anges somkvadratiskt medelvärde eller RMS (Root Mean Square) och anges i antalg. En sammanfattning av testförloppet för chassizon 1 och 2 ses i Tabell 3.På busskonstruktion tillämpas också TB1900. Bussens kaross är hopbyggdmed chassit och därmed agerar dämpande till skillnad från lastbilen som

17FOU krav A4

55

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Tabell 3: Vibrationsnivåer enligt TB1900 för chassizon 1 och 2 [40].

Frekvens[Hz]

RMS[g]

Tid/riktning(x,y,z)[h]

∆T(3-5C/min)

8RMSchassi 48 Tomgmin Tomgmax20-30

180-2000

har en hytt som är vibrationsisolerad från chassit. Busschassit är därför mergynnad än lastbilschassit ur vibrationssynpunkt. Bussutveckling har därförvalt att tillämpa standarden som att hela chassit var en hytt [44]. Testför-loppet enligt TB1900 för hytt är sammanfattat i Tabell 4. Konsekvensen

Tabell 4: Vibrationsnivåer enligt TB1900 för hytt [40].

Frekvens[Hz]

RMS[g]

Tid/riktning(x,y,z)[h]

∆T(3-5 C/min)

8-20RMShytt 24 Tomgmin Tomgmax100-500

2000

är att vibrationsnivåerna definierade i FOU krav är högre än de som krävspå bussutveckling. Slutsatsen är att vibrationskraven i FOU krav inte ansesutgöra en begränsning vid integrering av FOU i buss.

4.4 Geometriska studier

I detta avsnitt återfinns CAD-geometri av busschassit för att undersöka möj-liga placeringar av FOU. Avsnittet fokuserar på att identifiera de viktigastefördelarna och nackdelarna med respektive position.

4.4.1 Placeringsalternativ FOU Typ 1

Då Scanias bussprogram är stort och variationerna många har olika place-ringsalternativ av FOU Typ 1 utretts. Flera möjliga monteringspositionerökar flexibiliteten och gör integrering av FOU enklare. I efterföljande avsnittföljer en sammanställning av de utvärderade positionerna.

Position 1A En position på busschassit som skulle kunna vara lämpligför FOU Typ 1 återfinns i Figur 25. Positionen är belägen på fordonets hög-ra sida just framför den främsta hjulaxeln i chassits bakvagn. Positionen

56

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

bedöms delvis som lämplig eftersom en liknande typ av tank redan finnsmonterad på chassit i samma läge på chassits vänstra sida. Detta är tankenför urea (SCR) som används av motorn avgasefterbehandlingssystem för attreducera halten av kväveoxider i avgaserna. SCR-tanken är monterad i ettfäste på en tvärbalk som sticker ut till hela fordonets bredd. Området påchassit är beläget precis där rambalkarna delas hos påbyggaren och trans-portbalkarna (orangea) byts mot permanenta rambalkar i rätt längd. Chas-

Figur 25: Översikt över busschassits centrala delar.

sipositionen bedöms också som lämplig ur flera andra aspekter. Eftersomtryckfallet i bränsleledningarna på transferpumpens sugsida (mellan FOUoch bulktank) inte bedöms vara ett problem, se Avsnitt 4.2.1, kan FOUplaceras bakom transportbalkar och eventuell led utan att tryckfall blir ettproblem även om chassit förlängs. Däremot bedöms den totala längden påCAN-busen som en möjlig begränsande faktor vad gäller placering beskriveti Avsnitt 4.3.5. Den föreslagna chassipositionen medför att avståndet mellanEMS/EEC och FOU blir cirka 5 meter, se Figur 26. Förutsatt CAN-bus idaisy chain skulle detta resultera i en ryggrad på ca 10 meter vilket är välkortare än de av Scania fastställda gränserna (Avsnitt 3.10). Position 1Amedför att catch-tanken monteras i storleksordningen 250 mm från marken.Detta är i nivå med närliggande komponenter i fjädringen som i viss mån

57

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

kan skydda FOU vid eventuell markkontakt. FOU krav fastställer en mark-frigång om minst 170 mm krävs för att kunna byta förfiltret18. Filtret skallockså kunna dräneras vid filterbyte19 och behållaren för avskilt vatten mås-te vara tillgänglig vid tömning20. Busskarossen hindrar dock demonteringav förfiltret vid service som skall kunna genomföras utan specialverktyg21.Någon typ av servicelucka eller demonterbar karossida krävs för att medgeservice.

Figur 26: Figuren visar chassiposition 1A och berörda ECU. Avståndet mellanEEC och FOU i fordonets längdriktning (x-led) framgår av figuren.

Position 1B Positionen är belägen i bakvagnen på bussens högra sida,se Figur 27. Positionen medför att bränsleledningarna till och från bulk-tankarna i princip blir maximalt långa. Avståndet mellan bulktankar ochPosition 1B är i fallet ledbuss (23 m totallängd) i storleksordningen 20 m.Avsnitt 4.2.1 indikerar en maximal tillåten längd på transferpumpens sugsi-da till 25-30 m. Längden på returbränsleledningen mellan motorn och FOUblir däremot mycket kort. Position 1B medför att EEC behöver flytta tillen annan position på chassit för att inte krocka med FOU Typ 1. Förutsattatt en liknande position går att hitta medför placeringen att CAN-busenblir mycket kort. Positionen är belägen i Chassizon 2 vilket kan medföraatt temperaturen blir högre än Tomgmax

22. Positionen är dock belägen påmotorns kalla sida på behörigt avstånd från turboladdare och avgassamlar-rör. Tömning av avskilt vatten samt dränering och byte av förfilter krävertroligen någon typ av servicelucka.

18FOU krav A2419FOU krav A2220FOU krav A2121FOU krav A722FOU krav A1

58

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

Figur 27: Vy över position 1B på fordonets högra sida i anslutning till motorn.

Ett krav säger att finfiltret skall kunna dräneras till catch-tanken med hjälpav gravitation23. Position 1B är belägen precis bredvid finfiltret och bränsle-anslutningarna är positionerade i toppen av FOU. Det föreligger en risk attbränsle stoppas upp likt ett vattenlås beroende på hur bränsleledningarnadras. Det långa avståndet mellan FOU och bulktank gör också att primning(Fylla upp bränslesystemet efter exempelvis filterbyte) av bränslesystemetkan bli ett problem24. Transferpumpen är konstruerad för att suga luft enmaximal tid (tluft)25 och det bör provas huruvida detta är förenligt medlånga bränsleledningar på sugsidan av transferpumpen.

Position 1C Positionen är belägen i bussens framvagn just framför högerframhjul, se Figur 28. Denna position medför troligen att komponenter förnigning av busschassit vid på- och avstigning, (ELC) och ECU för bromssy-stemet (BMS) behöver flytta till en annan position. Denna position medföratt bränsleledningarna på matarpumpens trycksida blir i princip maximaltlånga. Detta har konstaterats inte utgöra något problem vad gäller tryckfall,se Avsnitt 4.2.1. Däremot medför Position 1C att CAN-busen blir i principmaximalt lång i fallet ledbuss. Avståndet mellan positionen och motorn är

23FOU krav A2524FOU krav A625FOU krav A18

59

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

då runt 20 m vilket för en bus i daisy chain resulterar i en ryggrad kring max-imala längden, se Avsnitt 3.10. Problemet kan minskas genom användandetav stubbar till bränslepumparna i FOU. Om maximal stubblängd användsminskar ryggradens längd med det dubbla för en CAN-bus som går framoch tillbaka, se Avsnitt 4.3.5. Det långa avståndet mellan finfilter och FOU

Figur 28: Position 1C belägen i bussen framvagn i nära anslutning till förarplatsoch framdörrar (ej avbildade).

riskerar att hindra dränering av finfiltret beroende på hur bränsleledning-arna dras i chassit och måste beaktas26. Det långa avståndet gör också attprimning av bränslesystemet kan bli en utmaning27 vilket bör provas. Detlånga avståndet till bussens bakände gör också att det kan förefalla oprak-tiskt att mata FOU med ström från elcentral P8. Returbränsleledningarnafrån motorn blir också långa vilket medför högre avsvalning av returbränsletinnan det når bränslevärmaren, se Avsnitt 4.3.4. Risken för paraffinering avbränsle vid låga omgivningstemperaturer ökar därmed.

Position 1D Det sista placeringsförslaget för FOU Typ 1 ses i Figur 29.Position 1D innebär att ett kombinerat fäste huserar både SCR-tank ochFOU. Positionen kan vara ett alternativ till Position 1A då dörrar i ka-

26FOU krav A2527FOU krav A6

60

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

rossen riskerar hindra den positionen. En fördel är att FOU monteras medden komplexa delen av catch-tanken mot SCR-tanken vilket stänger det-ta utrymme på samma sätt som på lastbilen. Detta är inget problem dåingen service av pumpar eller andra komponenter skall behöva ske underlivslängden28. Ett fäste som kombinerar flera funktioner är generellt en godidé ur kostnadshänseende. Fästet riskerar dock att bli kraftigare och merkomplicerat.

Figur 29: Position 1D belägen i anslutning till SCR-tank.

4.4.2 Placeringsalternativ FOU Typ 3

För FOU Typ 3 är det primära placeringsalternativet, Position 3A, place-rat i motorrummet på bussens högra sida, se Figur 30. Denna placering ärönskvärd då den används för en annan motortyp benämnd D7. Motorn i frå-ga är en inköpt komponent som inte produceras av Scania och den har ettchassimonterat förfilter. Eftersom FOU Typ 3 har en liknande formfaktorsom detta filter är det önskvärt att kunna använda en liknande placering förde båda komponenterna. Placeringen medger närhet till EMS och EEC vil-ket minimerar CAN-busens längd. Närheten till elcentral P8 gör också attströmmatning är okomplicerad då ledningarna kan hållas korta. Den sto-

28FOU krav A23

61

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

ra nackdelen med positionen är att bränsleledningarna på matarpumpenssugsida blir långa vilket gör tryckfallet stort, beskrivet i Avsnitt 4.2.1. Detföreligger stor risk att tryckfallet överstiger det tillåtna beskrivet i FOUkrav29.

Figur 30: Position 3A belägen i motorrummet.

4.5 Konceptutvärdering

Den Pugh-matris som jämför FOU Typ 1 och Typ 3 återfinns i sin helhet iBilaga B. Kommentarer till matrisen följer:

• K1 Elektriska matarpumpar reducerar bränsleförbrukning då parasit-förlusterna minskar.

• K2 Komponentkostnad för befintligt LPFC och FOU Typ 3 bedömslikvärdiga medan FOU Typ 1 bedöms dyrare.

• K3 Längre serviceintervall på FOU Typ 1 reducerar driftskostnaden.

• K4 Längre filterbytesintervall på FOU Typ 1.

29FOU krav A9

62

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

• K5 Separata transporttankar används istället för ordinarie tankar in-nan busschassit når påbyggaren. Ingen extra volym behöver fyllas viduppstart efter monteringen.

• K6 Inga större problem med tillförlitlighet hos extravärmare som an-vänds på buss är kända.

• K7 Om bränsle tas från catch-tanken i FOU Typ 1 begränsas drifttidenav tankens volym.

• K8 Både FOU Typ 1 och Typ 3 använder en filterteknik som förbättrarvattenseparering. Lägre, jämnare flöde medför att FOU Typ 1 har änbättre vattensepareringsprestanda än FOU Typ 3.

• K9 FOU Typ 1 innehåller fler delar än befintligt LPFC och FOU Typ3 som bedöms ungefär likvärdiga.

• K10 FOU Typ 1 innehåller fler delar än befintligt LPFC och FOUTyp 3 som bedöms ungefär likvärdiga.

• K11 CAN-kommunikation saknas på befintligt LPFC.

• K12 FOU Typ 1 innehåller fler delar än befintligt LPFC och FOUTyp 3 som bedöms ungefär likvärdiga.

• K13 Elektriska bränslepumpar och CAN gör att handpumpning kanersättas av primning med hjälp av pumparna via särskild rutin.

• K14 Effektivare bränslefiltrering och elektriska bränslepumpar ökartillförlitligheten.

• K15 För FOU Typ 1 kan armaturen suga bränsle närmare tankensbotten. Detta då eventuell luft som sugs hanteras med hjälp av catch-tanken.

• K16 Catch-tanken i FOU Typ 1 kan användas som transportlösning.

• K17 Uppdaterad variant av bränslevärmning på FOU Typ 1. FOUTyp 3 saknar i dagsläget lösning för förvärmning av bränsle.

• K18 Förutsatt lämpligt utformad infästning bedöms FOU Typ 1 inteverka störande i bussens passagerarutrymme.

63

KAPITEL 4 - GENOMFÖRANDE

• K19 Förfiltret i FOU Typ 1 är riktat utåt karossidan och bedöms ikombination med lämplig servicelucka öka åtkomsten vid filterbyte.

• K20 Eftersom FOU Typ 1 tar stor plats riskerar detta få konsekvenserför andra system som kan behöva konstrueras om.

64

KAPITEL 5 - DISKUSSION

Framtiden för FOU på Scanias bussutveckling innehåller många osäkra fak-torer. De slutsatser som dragits vilar på en grund som är under ständig ut-veckling. Dessutom är inte FOU färdigutvecklad utan justeringar som ändrarförutsättningarna för integrering i buss kan komma att ske. Speciellt FOUTyp 3 befinner sig på konceptstadiet och kan komma att förändras kraftigteller inte utvecklas vidare alls. För att kunna besvara frågeställningarna haren rad mer eller mindre underbyggda antagande gjorts. Slutsatserna i följan-de kapitel bör därför användas som bakgrund vid fortsatt utvecklingsarbetepå RBRB. Under tiden för utredningen har också ett parallellt arbete medatt utreda förutsättningarna för FPP inletts vilket också innefattar FOU.Då FPP innefattar en helt ny motor- och växellådsgeneration är det ut-redningsarbetet bredare. Utredningen kring FOU används med fördel sombakgrund till den utredningen.

De metoder som använts för att besvara frågeställningarna är också för-knippade med begränsningar. Konceptutvärderingen beskriven i Avsnitt 4.5rörande vattenseparering30 är ett sådant exempel. Separeringen förbättrasgenerellt vid införandet av FOU beroende på en ny typ av förfilter somutnyttjar koalescens. FOU Typ 1 gör dock detta bättre än FOU Typ 3 be-roende på att;

• Flödet genom filtret är jämnt relativt FOU Typ 3 då catch-tankenagerar buffert och jämnar ut tillfälliga toppar i bränsleförbrukningfrån motorn.

• Flödet är lågt relativt FOU Typ 3 då redan filtrerat och vattensepare-rat returbränsle återförs catch-tanken och därför inte vattensepareraspå nytt.

Detta framgår dock inte av Pugh-matrisen beskrivet i Avsnitt 4.5 där bådeFOU Typ 1 och Typ 3 har fått betyget +1. Att metoden kan betraktassom trubbig är således en möjlig begränsning med metoden. En alternativttillvägagångssätt skulle kunna vara att använda ett betygsystem med flerasteg, exempelvis 0,+1 och +2. Farhågan är att det är vanskligt att göra

30Kriterium K8

65

KAPITEL 5 - DISKUSSION

en detaljerad bedömning av många kriterier i Pugh-matrisen. Detta då helajämförelsen till stor del bygger på antaganden och förutsättningar som inteär till fullo fastställda. Bedömningen har därför gjorts att Pugh-matrisentillåts vara grov och istället används som underlag för fortsatt arbete. Jäm-förelsen av FOU Typ 1 och Typ 3 är också vansklig då de flesta kriteriersom bedömts, beskrivna i Bilaga B är av teknisk natur. I slutändan måstede tekniska fördelarna som bedömts vägas mot kostnaden som till syvendeoch sist måste bäras av slutkunden. Om det inte finns någon kund som ärvillig att betala för de tekniska fördelarna så faller rimligen konceptet. Attutreda villigheten att betala för detta är delvis ett annat arbete och har intebehandlats här, se Avsnitt 1.4. Jämförelsen försvåras också av att FOU Typ3 är färdigkonstruerad till en lägre grad jämfört med FOU Typ 1. Detta börbeaktas vid alla typer av jämförelser mellan enheterna. Även jämförelsema-trisen är förknippad med begränsningar. Det är inte möjligt att identifieraalla interaktioner i en matris och det är inte heller syftet. Matrisen ska istäl-let ses som ett försök att sortera och visualisera de viktigaste kopplingarna.Matrisen kan med fördel fyllas på ju längre arbetet att integrera FOU påbuss fortgår.

En stor utmaning vid införande av FOU Typ 1 är att bereda utrymme ichassit. Speciellt FOU Typ 1 utgör en relativt stor komponent som tidi-gare inte förekommit i bussinstallationen. Ett troligt scenario är därför attinstallationer behöver stuvas om eller flyttas för att möjliggöra FOU Typ1. Utrymme för byte av förfilter och dränering av avskilt vatten behöverockså beredas plats. Vid placeringen av FOU behöver särskild omtanke ock-så ägnas infästningen. Detta då strukturburet ljud skulle kunna utgöra ettproblem.

Gällande tryckfall på sugsidan av matarpumpen i FOU Typ 3 indikerarutredningen att ledningslängderna bör hållas till ett minimum för att inteöverstiga maximalt tillåtet tryckfall. FOU Typ 3 liknar befintlig installa-tion för lågtrycksbränslesystemet såtillvida att matarpumpen suger bränsletgenom förfiltret hela vägen från bulktanken till motorn och det indikerasockså att samma krav på maximala tryckfall kommer att gälla. Med befint-ligt system är det svårt att klara ∆P21 tot tillåtet i ett scenario då förfiltret ärmaximalt igensatt och motorn förbrukar maximalt med bränsle. Scenariotbedöms dock som ovanligt på bussar och är förmodligen anledningen till att

66

KAPITEL 5 - DISKUSSION

detta inte visat sig som ett tillförlitlighetsproblem tidigare. Konsekvensenav ett för lågt tryck in i matarpumpen är till en början problem med kavita-tion vilket minskar livslängden på pumpen men inte nödvändigtvis orsakardriftstopp. På befintlig installation har man valt att använda dubbla bräns-leledningar på matarpumpens sugsida för att halvera flödet per ledning ochdärmed minska det sammanlagda tryckfallet något. Detta bedöms vara ettalternativt tillvägagångssätt även för FOU Typ 3.

Beroende på var FOU placeras riskerar Scanias interna riktlinjer för längdpå CAN-busens ryggrad att överskridas. Om så är fallet är det möjligt attbygga ut CAN-busen med en stubbe till varje bränslepump upp till Smax ienlighet med Avsnitt 4.3.5. Om den tilltänkta chassipositionen medför attryggraden går fram och tillbaka i busschassit skulle en stubbe av maxi-mal längd reducera ryggraden med den dubbla längden. Detta skulle dockinnebära införandet av en eller flera fördyrande kopplingsplintar. Det ärinte heller säkert att denna åtgärd skulle förbättra signalkvaliteten då stub-bar generellt är mer känsliga för störningar. Under arbetets gång har ocksåframkommit en ny generation EEC är under utveckling som ersätter denbefintliga varianten EEC3. Den nya enheten EEC4 skall vara förberedd föratt kunna utgöra en terminering i CAN-busen. Något som inte är möjligtmed nuvarande generation. Om denna termineringsmöjlighet blir verklighetskulle CAN-busen i en bussapplikation kunna kortas betydligt. Detta då deelektriska bränslepumparna i FOU är kravsatta att kunna utgöra termine-ring i CAN-busen [4]. I scenariot att FOU är monterad långt från EMS ochEEC i bussen innebär det att CAN-busen inte behöver dras dubbelt i chas-sit vilket minskar ryggraden drastiskt och även möjliggör bränslepumpar idaisy chain.

Vad gäller strömmatning av FOU är placeringen avgörande. Om en placeringi bussen främre delar (framför transportbalkar och eventuell led) användsär det förmodligen ofördelaktigt att dra matarkablar genom större delar avbussen från P8. Dels då spänningsfallet blir stort vilket ökar behovet avgrova kablar men också därför att det tar plats och försvårar felsökningvid kabelbrott eller liknande. Om FOU istället placeras i bussens bakredelar är det praktiskt möjligt att förse bränslepumparna med ström från P8.Eftersom det inte finns några distinkta krav kring vilket spänningsfall somtillåts i installationen är det svårt att avgöra hur långa ledningar som kan

67

KAPITEL 5 - DISKUSSION

tillåtas. De rekommendationer som finns är till för att hantera att toleranserhos de säkringar som normalt används är grova med avseende på när de löserut. Detta beror i hög grad på hur det faktiska lastfallet ser ut. Det är därförtroligt att det går att tillåta längre ledningar än de som indikeras som worstcase i Avsnitt 4.2.3.

Kravet på antalet start/stopp under livslängden beskrivet i Avsnitt 4.2.2 an-ses i dagsläget vara snålt tilltaget och det är föremål för diskussion huruvidaden förväntade livslängden är tillräcklig. Detta förutsätter användning avbussen ungefär som idag. Om exempelvis start/stopp-teknik som innebäratt motorn temporärt stängs av vid exempelvis stoppljus införs är det storrisk att kravet är otillräckligt.

Om FOU Typ 1 introduceras på buss innebär det att en bränslevolym påcirka 30 L tillkommer. Denna volym kan inte fastställas exakt under driftannat än vid den nivå som indikeras av nivåvakten integrerad i FOU. Dettamedför en utmaning vad gäller hur tillgänglig bränslemängd skall presente-ras för föraren. Vid ett scenario där allt bränsle i bulktanken är slut finnsdet inget direkt sätt att exakt veta hur mycket bränsle som finns att tillgå icatch-tanken. EMS beräknar motorns förbrukning vilket möjliggör att indi-rekt beräkna bränslemängden i catch-tanken men det finns i dagsläget ingettillförlitligt sätt att ta reda på eventuell extravärmares förbrukning.

68

KAPITEL 6 - SLUTSATSER

I kapitlet besvaras de frågeställningar som formulerats i Avsnitt 1.2.

Del 1

• Att fysiskt bereda plats för FOU Typ 1 är en stor utmaning då denutgör en ny och relativt stor komponent som tidigare inte funnits påbusschassit.

• FOU Typ 3 är på grund av sin mindre formfaktor relativt enklare attbereda plats för i busschassit jämfört FOU Typ 1.

• Krav på maximala längder av CAN-busens ryggrad och stubbar riske-rar att utgöra ett hinder. Placering av FOU i bussens bakvagn är i dethänseendet att fördra, men är inte begränsad till31.

• Tryckfall i bränsleledningar bedöms för FOU Typ 1 på varken låg- ellerhögtryckssida utgöra något hinder för placering32.

• Tryckfall i bränsleledningen på sugsidan av FOU Typ 3 begränsar pla-ceringen på busschassit. Enheten bör i det hänseendet placeras så närabulktanken som möjligt33.

• Dränering av finfiltret på motorn till catch-tanken i FOU Typ 1 riske-rar att fungera otillfredsställande om bränsleledningarna dras ogynn-samt34.

• FOU bör placeras på chassit helst väl avgränsad från motor och väx-ellåda35 för att inte omgivningstemperaturen skall bli problematiskthög.

• Det föreligger en risk att returbränsletemperaturen svalnar såpass myc-ket mellan motor och FOU att förfiltret sätts igen av paraffinering vidkall väderlek36.

31Avsnitt 4.3.532Avsnitt 4.2.133Avsnitt 4.2.134Avsnitt 4.435Avsnitt 4.3.336Avsnitt 4.3.4

69

KAPITEL 6 - SLUTSATSER

• Den luftburna ljudnivån från de elektriska bränslepumparna bedömsinte vara oroväckande hög37 men är beroende på infästning då struk-turburet ljud kan verka störande för passagerare.

• Livslängdskraven på de komponenter som utgör FOU räknat i kmbedöms inte utgöra ett hinder för bussinstallationen38.

• Räknat i antal start/stopp och i antalet driftstimmar kan livslängdenpå de elektriska bränslepumparna vara en begränsande faktor beroen-de på hur bussen används under sin livslängd39.

• Extravärmare bedöms kunna förses med bränsle antingen från FOUTyp 1 eller som idag bussens bulktank40.

• Bränsletillförsel av extravärmare från FOU Typ 1 reducerar behovet avför värmaren avsett bränslefilter men reducerar möjlig drifttid innanmotorstart krävs41.

• Spänningsfall bedöms inte utgöra ett hinder för drift av de elektriskabränslepumparna i FOU42.

• Elcentral P8 bedöms kunna användas för att förse FOU med strömmen långa och grova kablar kan krävas om FOU placeras långt ifråncentralen43.

• Vibrationer i bussinstallationen bedöms inte utgöra något hinder förFOU44.

37Avsnitt 4.3.238Avsnitt 4.2.239Avsnitt 4.2.240Avsnitt 4.3.141Avsnitt 4.3.142Avsnitt 4.2.343Avsnitt 3.1144Avsnitt 4.3.6

70

KAPITEL 6 - SLUTSATSER

Del 2

Resultatet från konceptutvärderingen beskrivet i Avsnitt 4.5 och Bilaga Bindikerar att FOU Typ 1 är att föredra. Detta då viktad summa är högstför detta alternativ. FOU Typ 1 får många +1 i huvudsak förknippade medförekomsten av catch-tank men också med en hel del -1 i huvudsak relateradetill storlek, vikt och komplexitet vilket också resulterar i ett förmodat högtpris. FOU Typ 3 liknar till stor del befintligt LPFC men innehar en deltydliga fördelar som den till stor del delar med FOU Typ 1. Både FOU Typ1 och Typ 3 identifieras som tydliga förbättringar gentemot befintligt LPFC.

71

KAPITEL 7 - REKOMMENDATIONER

Analys och sammanställning av resultaten som mynnar ut i ett antal rekom-mendationer och förslag till fortsatt arbete.

• Bered plats i chassit för FOU Typ 1 i ett tidigt stadium.

• Instruktioner till påbyggare (externa och interna) bör ses över för attmöjliggöra placering och service av FOU.

• Ägna särskild omtanke vid konstruktion av infästning för att undvikaproblem med strukturburet ljud.

• Särskild omtanke bör ägnas dragningen av bränsleledningarna mellanFOU och finfilter för att undvika konsekvens likt ett vattenlås viddränering under byte av filterinsats.

• Om FOU Typ 3 bedöms som ett gångbart alternativ rekommenderasuppdragsgivaren att bevaka och eventuellt påverka dess utformningmedan detta är möjligt för att förbättra funktionen i en bussinstalla-tion. Detta då FOU Typ 3 är färdigkonstruerat till en lägre grad änFOU Typ 1.

• Uppmaningen är att placera FOU Typ 3 så nära bulktanken som detär möjligt för att undvika problem relaterade till tryckfall på ma-tarpumpen sugsida. Dubbla ledningar kan övervägas för att reduceratryckfallet.

• Uppdragsgivaren rekommenderas att överväga och utvärdera införan-det av stubbar i CAN-busen om ryggraden blir för lång. Det bör i såfall provas huruvida detta verkligen förbättrar signalkvaliteten.

• Uppdragsgivaren rekommenderas att följa utvecklingen av EEC4 ochdess konsekvenser för CAN-busen i en bussapplikation.

• Om en placering av FOU i de främre delarna av chassit beaktas re-kommenderas att undersöka alternativa sätt att förse de elektriskabränslepumparna med ström.

• Om förutsättningarna för antal start/stopp ändras rekommenderas attkonsekvenserna för bränslepumparnas livslängd beaktas.

73

KAPITEL 7 - REKOMMENDATIONER

• Bussutveckling rekommenderas att diskutera hur den extra volymen iFOU Typ 1 skall presenteras för föraren.

74

LITTERATURFÖRTECKNING

[1] J. Wikström, Object Definition for FPP MACH Fuel AdBlue Tanks.Scania CV AB, 2018.

[2] J. Hansson, Technical Regulation 4714; General conditions for LPFC.Scania CV AB, 2019.

[3] M. Harper, Technical Regulation 4658; Fuel filter assemblies for LPFC.Scania CV AB, 2017.

[4] A. Berg, Technical Regulation 4619; Specification electric fuel feedpump. Scania CV AB, 2018.

[5] D. Silverstein, P. Samuel, and N. Decarlo, “Pugh matrix,” in The Inno-vator’s Toolkit, pp. 212–216, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons,Inc., 2011.

[6] K. Gritzun, Technical Regulation 4068; XPI system technical regulation.Scania CV AB, 2007.

[7] K. Gritzun, Technical Regulation 1759; XPI injector. Scania CV AB,2007.

[8] Scania, “Press info; Scania at INTERMAT 2009: New enginerange meets 2011 emission standards,” 2009. https://www.

scania.com/group/en/wp-content/uploads/sites/2/2015/09/

P09101EN-New-engines-for-2011_tcm10-231143_tcm40-74539.pdf

(Hämtad: 2019-05-08).

[9] E. Kylberg, LPFC N teknikmöte. Scania CV AB, 2018.

[10] Wikipedia, “Cloud point,” 2017. https://en.wikipedia.org/wiki/

Cloud_point (Hämtad: 2019-02-11).

[11] RBVA, 171120 Bus for beginners. Scania CV AB RBVA, 2017.

[12] Valeo, “Valeo thermo plus 350 workshop manual,” 2018.https://www.valeo-thermalbus.com/eu_en/Service/Downloads/

Heating-systems/Thermo-Plus (Hämtad: 2019-03-01).

75

[13] A. Automotive, “Product catalog,” 2017. http://www.connecting.

araymond-automotive.com (Hämtad: 2019-03-05).

[14] H. Ericsson, Technical Report 7047051 Pressure drop test of plastic fuelpipes 12 mm and 16 mm. Scania CV AB, 2017.

[15] P. F. Holland and D. R. Bragg in Fluid Flow for Chemical and ProcessEngineers, pp. 70–95.

[16] H. Ericsson, SAE snabbkopplingar tryckfall 140813. Scania CV AB,2014.

[17] H. Ericsson, Technical report 7023242; Fuel pickup pressure drop testwith dual outlets for V8 XPI. Scania CV AB, 2014.

[18] Parker, “FBO Series- Long Life High Performance Diesel FiltrationElements,” 2019. http://www.parker.com/parkerimages/Parker.

com/Literature/EMOE/bul/fuel/RSL0351_BUL_FBO_Coalescer_

Rep_Elements.pdf (Hämtad: 2019-02-18).

[19] Y. Li, L. Cao, D. Hu, and C. Yang, “Uncommon wetting on a specialcoating and its relevance to coalescence separation of emulsified wa-ter from diesel fuel,” Separation and Purification Technology, vol. 176,pp. 313–322, 2017.

[20] G. Sutherland, Kenneth S ; Chase, Filters and Filtration Handbook.Elsevier Science, 5 ed., 2008.

[21] J. Tullis, Hydraulics of Pipelines: Pumps, Valves, Cavitation, Transi-ents. A Willey-Interscience Publication, Wiley, 1989.

[22] Wikipedia, “Pump,” 2019. https://en.wikipedia.org/wiki/Pump#

Positive_displacement_pump (Hämtad: 2019-02-11).

[23] N. Portland, “About gerotors,” 2007. http://www.parker.com/

literature/Nichols%20Portland/PDF%20files/Web%20Brochure.

pdf (Hämtad: 2019-02-11).

[24] Understanding and using the controller area network communicationprotocol theory and practice. New York: Springer, 2012.

[25] Introduction to the Controller Area Network (CAN). Dallas, Texas,USA: Texas Instruments, 2002.

76

[26] P. Nilsson, Technical Regulation 1905; CAN physical layer rev 1.0. Sca-nia CV AB, 2010.

[27] Elektroteknik. KTH: Hans Johansson, 2015.

[28] T. Lundqvist, Technical Regulation 1901; Requirements and verificationmethods for electrical factors in a 24V system. Scania CV AB, 2016.

[29] R. Jadeborg, System description 2078481; System Description 24 VDC/ 12 VDC Electric Power Supply. Scania CV AB, 2019.

[30] D. Magnusson, Technical report 7011921; Investigation of required cabledimensions. Scania CV AB, 2013.

[31] C.-J. Cederberg, Technical Regulation 4719; High pressure fuel pumpfor CBE1 engine. Scania CV AB, 2017.

[32] K. Gritzun, Technical Regulation 1721; Fuel filtration for common rail.Scania CV AB, 2008.

[33] P. Sperle, Technical Regulation 1559; Fuel pipes in plastic. Scania CVAB, 2002.

[34] J. H. Björk, Technical Regulation 4233; Feed pump for the XPI system.Scania CV AB, 2011.

[35] L. Ljung and S. Persson, Catch Tank (FOU) - WTA2. Scania CV AB,2019.

[36] UNECE, UNECE Regulation No. 51 - Rev.3, 2016.

[37] Arbetsmiljöverket, “Buller och bullerbekämpning,” 2005.https://www.valeo-thermalbus.com/eu_en/Service/Downloads/

Heating-systems/Thermo-Plus (Hämtad: 2019-03-04).

[38] F. Khodadad-Kucheki, Acoustics in NBA – Interior noise. Scania CVAB, 2017.

[39] A. Berg, Technical Report 7044932; Sound pressure level electrical fuelpump. Scania CV AB, 2017.

[40] T. Björnängen, Technical Regulation 1900; Requirements and verifica-tion methods for environmental stresses affecting electric devices. ScaniaCV AB, 2017.

77

[41] L. Sandgren and S. Bruder, Plastic tubes – Fuel system. Scania CV AB,2014.

[42] A. Berg, Technical report 7043764; Returbränsletemperatur vid långareturledningar. Scania CV AB, 2017.

[43] E. Karlsson, Design description SESAMM Gen6 systems. Scania CVAB, 2019.

[44] J. Gårdman, Framtagning av drivsignal för skakprov I enkanalig ska-krigg. Scania CV AB, 2005.

78

BILAGOR

Material som är omfattande eller av andra anledningar inte finns i föregå-ende kapitel är samlade här.

79

Bilaga A

Jämförelsematris

i

# B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9

CAD

Beräkning

◊ Jämförelse specifikationer

Övrigt

- Ingen undersökning

Eg

en

skap

er

bu

ss

Osäker

het

# FOU krav

A1 Omgivningstemp Tomgmin-Tomgmin [°C] [3]. 3 ◊

A2 Bränsletemp Tbrmin-Tbrmax (Tbr failure failure mode) [°C] [3]. 2 ◊

A3Livslängd komponenter kmmin [Mkm] / hmin [h] "European Long Distance

Haulage" [3].2 ◊

A4 Vibrationsnivåer enl. TB1900 [3]. 2 ◊

A5 Ljudnivå max Lpmax på 1 m avstånd [db(A)] [3]. 4 ◊ -

A6 Bränslepumpar ska kunna användas för "primning" [3]. 4 - -

A7Inga specialverktyg ska krävas för service. Undvik demontering av

bränsleledningar/kontakter [3]. 2

A8 Tryckfall transferpump max ΔP11 tot tillåtet [bar] [5]. 4

A9 Tryckfall matarpump max ΔP21 tot tillåtet [bar] [5]. 4

A10 Transferpump flöde max Q1 max [m3/min] [5]. 4

A11 Tryck matarpump min P22 min [bar] [5]. 4

A12 Matarpump flöde max Q2 max [m

3/min] [5]. 4

A13 CAN-kommunikation bränslepumpar [5]. 4 ◊

A14 U=24-28 V [5]. 1 ◊

A15 Imax<30 A, Inominell <20 A [5]. 2 ◊

A16 Uppvärmning av förfilter möjlig mha. returbränsle. 3 - -

A17 Pumpar> startmin start/stopp under livslängd [5]. 4

A18 Transferpump tillåts suga luft (tluft) [s] [5]. 3 -

A19 Drift av extravärmare möjlig. 3 ◊

A20 Avluftning för/fin-filter till bulk/catch-tank [4]. 3

A21 Vattenavskiljning volym 400 mL (varning 350 mL) [4]. 1 - -

A22 Bränslefilter ska kunna dräneras vid filterbyte [4]. 2

A23 Ingen service av pumpar under livslängd [5]. 1 ◊

A24 Förfilter bytes underifrån (min 170 mm från underlag) [4]. 4

A25 Finfilter ska kunna dräneras till catch-tank mha gravitation [4]. 4

A26 Tryckfall finfilter max Δpmax fin [bar] [4]. 2

Lednin

gslä

ngd b

ulk

tank-F

OU

Lednin

gslä

ngd F

OU

-moto

r

Typ a

v e

xtr

avärm

are

Str

öm

matn

ing b

ränsle

pum

par

Retu

rbrä

nsle

moto

r

CA

N-k

om

munik

ation b

ränsle

pum

par

Accepta

bel lju

dniv

å

Pla

cering i c

hassie

t

Användnin

gsom

råde

ii

Bilaga B

Konceptutvärdering

iii

# KriteriumÖnskvärd

förändring

Viktning

(1-3)

Befintligt

LPFCTyp 1 Typ 3

K1 Bränsleförbrukning kund ↓ 3 0 1 1

K2 Initial kundkostnad/artikelkostnad ↓ 2 0 -1 0

K3 Långsiktig kundkostnad ↓ 3 0 1 0

K4 Filterbytesintervall ↑ 3 0 1 0

K5 Bränslemängd fylld vid montering (kostnadsbesparing) ↓ 2 0 0 0

K6 Tillförlitlighet extravärmare ↑ 2 0 0 0

K7 Möjlig drifttid extravärmare ↑ 1 0 -1 0

K8 Effektivitet vattenseparering ↑ 2 0 1 1

K9 Monteringstid ↓ 2 0 -1 0

K10 Vikt ↓ 3 0 -1 0

K11 Möjlighet till diagnostisering ↑ 2 0 1 1

K12 Teknisk komplexitet/robusthet ↓ 2 0 -1 0

K13 Möjlighet till primning efter filterbyte/reparation ↑ 2 0 1 1

K14 Tillförlitlighet försörjning av rent bränsle till HPP ↑ 3 0 1 1

K15 Tillgänglig bränslemängd för kund/utnytjandegrad tank ↑ 3 0 1 0

K16 Transporttank kostnad ↓ 2 0 1 0

K17 Risk för igensatta bränslefilter pga. parafinering ↓ 2 0 1 -1

K18 Ljudnivå i passagerarutrymme ↓ 3 0 0 0

K19 Tillgänglighet vid service ↑ 2 0 1 0

K20 Nödvändiga konstruktionsresurser ↓ 2 0 -1 0

Antal +1 0 11 5

Antal -1 0 6 1

Summa 0 5 4

Viktad summa 0 15 10

iv

TRITA ITM-EX 2019:240

www.kth.se