SE534748C2 - System innefattande pump, injektor och regulator, där styrsignal till pumpen baseras på beräknad slangstyvhet - Google Patents

Description

534 748 2 Regulatoms re glerparametrar beror bland annat på högtrycksslangens egenskaper, såsom exempelvis dess längd, diameter, samt mjukheten hos slangmaterialet, t.ex. gummi. Även temperaturen påverkar reglerparametrama.

Det är således ett flertal egenskaper som samverkar här och dessa sammanfattas, ur ett reglerperspektiv, av begreppet slangstyvhet. En svårighet är att slangstyvheten är okänd, t.ex. vid installation, och måste därför bestämmas på något sätt. Ett sätt att göra detta på är att manuellt kalibrera slangstyvheten för alla typer av slangar som kan förekomma för den aktuella installationen. Detta är dock väldigt tidsödande och ställer till problem, t.ex. om man måste byta slang.

Syftet med föreliggande uppfinning är att förenkla och förbättra bestämningen av slangstyvheten vilket medför en billigare hantering och också fördelar i samband med slangbyte då ingen separat kalibrering behöver göras för den nya slangen.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syfien åstadkommes med uppfinningen definierad av de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsfonner definieras av de beroende patentkraven.

Enligt föreliggande uppfinning beräknas slangstyvheten B vilken sedan används för att beräkna lämpliga reglerpararnetrar för tryckregulatom, till exempel trycket. Sedan beräknar regulatom styrsignalen för pumpen baserat på dessa reglerparametrar.

Fördelen med anordningen enligt föreliggande uppfinning är att man inte behöver manuellt kalibrera regulatorn med hänsyn till högtrycksslangens styvhet. Detta eliminerar ett kalibreringsmoment vid nyproduktion, vid byte av högtrycksslang, vid ombyggnad av installationen, samt även vid byte av själva styrenheten. 534 748 Kort rítningsbeskrivning Figur 1 är ett schematiskt blockdiagram som illustrera: föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar ett antal grafer som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 3 ett flödesschema som illustrerar metoden enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Med hänvisning till de bifogade figurerna kommer uppfinningen nu att beskrivas i detalj.

Figur 1 är ett schematiskt blockdiagram som illustrerar ett pumpsystem omfattande en pump, en tank, en injektor med en tryckgivare och en tryckregulator med en beräkningsenhet (inte visad i figuren). Pumpen är ansluten till injektom via en högtrycksslang, i fortsättningen benämnd ”slang”, för att överföra vätska till injektoma. Överbliven vätska återförs till tanken via en returslang och vätska som skall pumpas ut fors från tanken till pumpen via en sugslang. I returslangen rinner vätskan tillbaka till tanken och har där ungefär atmosfärstryck.

Regulatorn är anpassad att styra pumpen med en styrsignal att pumpa vätska genom slangen till injektom som i beroende av en injektorstyrsignal öppnas och stängs, där tiden för en öppnings- och stängningsperiod kallas injektorperiod och betecknas TS, och injektoms öppningsperiod betecknas y , där 0< y <1 och där 0 avser en situation där injektom är stängd hela ínjektorperioden och l avser en situation där injektom är öppen under hela ínjektorperioden. injektom är försedd med en tryckgivare anpassad att mäta trycket på vätskan i injektom och att avge en tryckgivarsigrial till beräkningsenheten i regulatom och beräkningsenheten är anpassad att bestämma tryckamplituden A i injektom baserat på tryckgivarsígnalen, Beräkningsenheten är vidare anpassad att beräkna slangens slangstyvhet B som en funktion av den uppmätta tryckarnplituden A i injektom, ínjektorperioden TS och injektoms öppningsperiod y och att regulatom är anpassad att bestämma styrsignalen till pumpen baserat på B. 534 748 4 Styrsignalen reglerar sedan trycket på vätskan som pumpen pumpar ut. Till exempel kan denna reglering ske så att om slangen erhållit ett värde B på slangstyvheten som indikerar att slangen är styvare medför detta ett högre tryck än om slangstyvheten indikerar en mindre styv slang. Vidare kan en längre slang kräva ett högre tryck än en kortare slang.

Slanglängderna kan variera väldigt mycket och kan till exempel för ett SCR-system ha längder i intervallet 1-25 meter.

Dubbelpilen till och från regulatom betecknar anslutningen till ett överordnat system, t.ex. ett SCR-system, där det överordnande systemet styr regulatom och mottar information från regulatorn. Injektorstyrsignalen kan antingen genereras av tryckregulatom eller av det överordnade systemet.

Enligt en föredragen utföringsform beräknas slangstyvheten B med ekvationen: TS (1 - m' Slangstyvheten B beror på en eller flera av slangens längd och diameter och slangens B ,där0 material, som till exempel kan vara gummi.

Purnpsystemet enligt föreliggande uppfinning är i syrmerhet anpassat att användas i ett SCR-system för ett fordon där vätskan till exempel är vattenfri ammoniak, vattenlöst ammoniak eller urea, t.ex. AdBlue.

Regulatom är anpassad att styra pumpen med avseende på trycket i vätskan som pumpas ut (mh i synnerhet för att pumpa vätska med högt tryck där trycket på vätskan i slangen är till exempel i storleksordningen 10 bar, dvs. 1 MPa.

Pumpsystemet enligt uppfinningen är företrädesvis ständi gt aktiverat vilket innebär att regulatom kontinuerligt mottar tryckgivarsigrialer från injektom och kan därmed automatiskt, dvs. i realtid och kontinuerligt, anpassa trycket i slangen. Därigenom tar systemet hänsyn till förändringar i slangstyvheten B som till exempel orsakas av temperaturförändringar av vätskan. Tryckgivarsignalema tas upp med en samplingsfrekvens som är relaterad till injektorperioden. Om injektorperioden är i 534 748 storleksordningen 1 sekund bör samplingsfrekvensen vara åtminstone 10 Hz, och företrädesvis i storleksordningen 100 Hz, för att erhålla en tillräcklig noggrannhet.

Föreliggande uppfinning avser även en metod i ett pumpsystem, omfattande att styra en pump att pumpa en vätska genom en slang till en injektor anpassad att öppnas och stängas med en öppningsperiod som betecknas y och en tid för hela öppnings- och stängningsperioden som betecknas TS; mäta trycket på vätskan i injektom; beräkna slangens slangstyvhet B som en fimktion av uppmätt tryckamplitud A i injektom, injektorperioden T S och injektoms öppningsperiod y , och att bestämma styrsignalen till pumpen baserat på B.

Slangstyvheten B beräknas med ekvationen: = i A TS (1 - 7)? i där0 När systemet är i drifl öppnas och stängs injektom på ett kontrollerat sätt. Detta ger upphov till tryckpulsationer i högtryckslangen vilka mäts av tryckgivaren i injektom.

Figur 2 visar en principiell skiss på hur sådan tryckpulsationer kan se ut, dels för en kort slang (överst) och dels för en lång slang (nederst). Allra överst i figuren visas styrsignalen till injektom. Som framgår av figuren sjunker trycket när injektom är öppen och stiger när injektom är stängd. I figuren är injektom öppen lika lång tid för båda slangarna, och man kan tydligt se att tryckpulsationema har olika amplituder. En lång slang ger mindre amplituder än en kort slang av samma typ. I exemplet i figuren är y ungefär 0,25, dvs. injektom är öppen en fjärdedel av injektorperioden TS.

Således, genom att mäta följande två storheter kan man bestämma slangens styvhet: 0 Hur stor andel av öppnings/stängningsperioden TS, som injektom är öppen, vilket betecknas y och ligger alltså mellan 0 och 1. o Amplituden A för tryckpulsationema. 534 748 6 Den första och andra storheten är kända och kommer från det överordnade systemet, den tredje storheten beräknas i beräkningsenheten utifrån trycksignalen. Detta sker med en liten fördröjning i storleksordningen en öppnings/stängningsperiod T s.

Slangens styvhet B (som kan ha samma dimension som for tryck / tid) kan sedan bestämmas med ovan ekvation.

Härledningen av denna ekvation sker genom att man utgår från ett fysikaliskt samband (en differentialekvation) som beskriver trycket i högtrycksslangen. Det fysikaliska sambandet innehåller slangstyvheten B och kan användas för att beskriva lutningen på tryckflankema.

Genom att sätta den uppmätta lutningen i figur 2 lika med lutningen som det fysikaliska sambandet ger kan B bestämmas enligt uttrycket ovan. En fullständig härledning av ekvationen for B finns i slutet av den detaljerade beskrivningen.

Slangstyvheten B används sedan för att beräkna lämpliga reglerparametrar i regulatorn i figur l. Slangstyvheten är normalt konstant för en och samma slang, men kan variera med LCX. tempefatllfeïl.

Nedan följer en härledning av ekvationen for slangstyvheten B som utnyttjas av pumpsystemet enligt föreliggande uppfinning.

För bestämma optimala regulatorparametrar till pumpregulatom behöver man känna till systemets tidskonstant r. Tidskonstanten r varierar med doseringen y. r-värdena varierar också för olika slangtyper. Därför är det lämpligt att bestämma r med hjälp av systemidentifiering medan systemet är i drifi. Nedan beskrivs hur man under drift kan beräkna ett lämpligt värde på r.

Trycket i systemet beskrivs av differentialekvationen p = _ Cq (admin + Wdus P ekv. 1 534 748 7 Där ,ß och V beskriver slangens elasticitet respektive volym, q(1) är flödet från pumpen som funktion av dess styrsignal och C q (a dm", + 711405) är flödet ut ur högtrycksslarigen P (via returslangen samt doseringsventilen).

Linjärisering av ekv.l kring p = po ger V “2pp° )i>+p=q(z) “2pp° fin, ~--_: ----- ekv. z ß Cq (admin + Wdos Cq (admin + Wales Vidare antar vi att flödes-funktionen q( 1) kan linjäriseras kring 1 = 10 (där go är värdet på styrsignalen som krävs för att hålla trycket vid p = po ). Den linjäriserade flödesfxmlctionen är (l'lo) lo ekv. 3 m) = qui) + :l I där q( 10) kan beräknas med ekvation l samt genom att anta att jämvikt råder, dvs. att trycket är po: 110m.) = Cq (fldmf, + 11140,) 2% ßkv- 4 Insättning av ekvation 4 i ekvation 3 ger: q<1>=cq<«,,,.,,,+wd.,,>¿,f-°+¿°§ um) »M Insättning av ekvation 5 i ekvation 2 ger nu: K V 210170 ß Cq (admin + radar ) ekv. 6 VZWo Zfi ______ ) + Cq (adrabv + 7urlos ) po gina-aa] p + p = [Cry (admin + Wdos vilket kan förenklas till 534 748 Vzppo Öq V (12 . pp° )p+(P-P0)= âzo(1-l°) flkv-V z Cq (admin + 7040; För regulatom har vi tidigare antagit att trycket i systemet beter sig som följande första ordningens differentialekvation 1z>+(1>-p0)=k(z-z0) =kv-8 Med ekvationerna 7 och 8 kan tidskonstanten 1: nu identifieras till ,/2 1' = L l- ekv. 9 mq (admin + Wdos) Uttrycket för r innehåller några okända konstanter som behöver bestämmas. Vi kan göra det genom att titta på den ”sågtandsstörning” som finns överlagrad i trycksignalen när systemet doserar; denna illustreras av figur 2.

Vi antar följande: 0 doseringen hålls konstant (dvs. y = const) 0 systemets medeltryck är I: = po 0 flödet genom pumpen är i det närmaste konstant under perioden TS (dvs. q(1)= konstant).

Under antagandena ovan gäller att = O , vilket gör det möjligt att approximera q( 1) till A2 ) = Cq (admin + Wdos) % Vi kan uttrycka derivatan på den nedåtgående tryckflanken i sågtandsstömingen som pl = _ Cq (admin + ados (dvs. ekvation 1 med garnma = 1) ekv. 10 ekv. lla l0 534 748 9 Insättning av ekvation 10 i ekvation 1 la ger sedan ekv ll.

Nu kan vi approximera derivatan på den nedåtgående tryckflariken i sågtandsstörningen till . 2 2 pl. = (admin + Wales) å). _ Cq (admin + ador) I, ekv.ll vilket kan förenklas till p; =-gCqad0, Lfifl-y) ekv. 12 Vi kan också approximera ja ur figur 2 till 134, = -íí ekv. 13 VT, Sätter vi ekv. 12 och l3 lika får vi följande samband (efier lite ommöblering) A = gcqadog; 5-20 _ y)y m. 14 För ett och samma system är detta ett uttryck på formen A=BT,(1-y)y, ekv. is där B = ÅCqadm JB: = konstant ekv. 16 V 2p Kurvan A(y) är en parabel vars nollställen är y = 0 och y = l, samt vars maxima ligger i punkten (y, A) = (0.5, 0.25BT,). Genom att i mjukvaran använda momentana värden på A, y och T, kan konstanten B bestämmas ur ekvation 15: ekv.l7 Enheten för B är Pa/s. Ett tänkbart narnn för B är ”pressure rate constant”, eller enklare, ”hose constant”. 534 748 När B är bestämd kan vi uttrycka faktorn 2 WO i ekv. 9 på följande sätt (genom att ta ekv. 16 till hjälp) V l Üzmll :adospflš ekv. I 8 mg Insättning i ekv. 9 ger f =__P°__ ekv.” í admin j B å + y ados Kännedom om systemets tidskonstant r är nu till hjälp vid beräkning av reglerparametrama.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna uttöringsformer.

Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan uttöringsforrner skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfäng vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 534 'F48 l 1 Patentkrav

1. Pumpsystem omfattande en pump, en injektor och en regulator med en beräkningsenhet, varvid regulatorn är anpassad att styra nämnda pump med en styrsignal att pumpa en vätska genom en slang till nämnda injektor som i beroende av en injektorstyrsignal öppnas och stängs, där tiden för en öppnings- och stängningsperiod kallas injektorperiod och betecknas T S, och injektoms öppningsperiod betecknas y , k ä n n e t e c k n a d a v att injektom är försedd med en tryckgivare anpassad att mäta trycket på vätskan i injektom och att avge en tryckgivarsignal till beräkningsenheten i regulatorn och beräkningsenheten är anpassad att bestämma tryckamplituden A i injektom baserat på tryckgivarsignalen, varigenom beräkningsenheten är anpassad att beräkna slangens slangstyvhet B som en funktion av uppmätt tryckamplitud A i injektorn, injektorperioden TS och injektoms öppningsperiod y och att regulatom är anpassad att bestämma styrsignalen till pumpen baserat på slangstyvheten B.

2. Pumpsystem enligt krav l, varvid slangstyvheten B beräknas med ekvationen: B = -l- A , där 0< y <1. Ts Ü _ 7)?

3. . Pumpsystem enligt krav 1 eller 2, varvid pumpsystemet är anpassat att användas av ett SCR-system för ett fordon.

4. Pumpsystem enligt något av föregående krav, varvid pumpsystemet är anpassat för att pumpa vätska med högt tryck.

5. Pumpsystem enligt något av föregående krav, varvid pumpsystemet även omfattar en returslang, en tank och en sugslang avsedda att återföra vätska till pumpen.

6. Pumpsystem enligt något av föregående krav, varvid regulatom är anpassad att styra nänmda pump med avseende på trycket i vätskan som pumpas ut.

7. Pumpsystem enligt något av föregående krav, varvid slangstyvheten B beror l0 15 534 748 12 på en eller flera av slangens längd och diameter och slangens material.

8. Pumpsystem enligt något av föregående krav, varvid vätskan är urea.

9. Metod i ett pumpsystem, omfattande att styra en pump att pumpa en vätska genom en slang till en injektor anpassad att öppnas och stängas med en öppningsperiod som betecknas y och en tid för hela öppnings- och stängningsperioden, benämnd inj ektorperiod, som betecknas TS, mäta trycket på vätskan i injektorn, beräkna sl angens slangstyvhet B som en funktion av uppmätt tryckamplitiid A i injektorn, injektorperioden TS och injektoms öppningsperiod y bestämma styrsignalen till pumpen baserat på B.

10. Metod enligt krav 10, varvid slangstyvheten B beräknas med ekvationen: B: i ,därO TSG-mf