大多数汽车燃油系统使用一个燃油输送模块(FDM),它带有一些组件,用于过滤汽油,并在规定的压力和流量下将汽油从油箱泵入发动机。FDM使用油箱组件来维持泵入口的燃油供应,并支持压力调节器和/或限制器、过滤器、液位传感器以及通过油箱的电气和液压连接等组件。目前的系统主要使用无源电气元件,如电刷泵和电阻式燃料液位传感器,它们分别独立连接到电压供应和机体控制模块。这些系统的高流量水平需要大功率泵,可以在最高转速条件下连续运行。一些较新的系统可能会采用电压控制器,根据预计的发动机需求调节泵供应电压到不同的速度,并提供一些电力消耗的改善。

具有集成模块的车辆架构,包括无刷控制器WithIn FDM
一种新的FDM在泵组件中采用了无刷(BL)电机,并包括一个集成控制器为电机提供电气换向。由于BL泵比电刷泵更高效,而且控制器提供闭环速度控制,这种解决方案显著提高了功耗,从而减少了二氧化碳(CO2)排放。BL泵的另一个优点是在电机的定子和转子之间安装了磁力联轴器,消除了在腐蚀性燃料中可能产生磨损和/或膜的接触。这提高了FDM的耐用性和可靠性。

另外,集成控制器提供泵诊断,并且可以包括罐组件内的传感器信号处理电路,以实现额外的健康状况信息和/或通过与诸如非接触燃料水平的改进​​的感测技术接口来提供进一步的系统性能改进传感器。除了耦合到背部EMF(电动势)传感相位的噪声的减少外,BL控制器均由靠近泵接近泵进行无传感器电动机速度测量。

该图显示了一种具有集成模块的车辆架构,该模块包括FDM内的BL控制器。使用类似的技术作为刷泵的电压控制器,BL泵控制器通过在高频下关闭电源电压来调制流过三个阶段中的每一个的电流。调整关闭时间以实现在发动机控制模块(ECM)命令的水平下保持泵速所需的驱动电流水平。该脉冲宽度调制(PWM)电压信号使闭环速度控制能够确保燃料流独立于压力,电源电压,燃料特性和温度等环境因素。

此外,BL控制器补偿泵参数的变化和时间诱导漂移。集成的FDM组件通过最小化与BL泵的距离,并提供一种调整到泵设计和应用需求的控制算法,从而优化了系统性能。此外,BL控制器还包括监测供电电压、驱动电流、控制器温度和电机转速的泵诊断。这些参数在可预测和/或可接受范围之外的变化可能会促使系统关闭以防止损坏,或简单地向ECM通报异常情况。

强大的工程技术和其他统计工具用于推导最佳解决方案以满足严格的扭矩,速度,压力和流量要求。使用分析工具执行实验的完整因子设计,以模拟电机性能,并导出满足施加扭矩和效率要求的参数的组合,同时最小化齿槽扭矩,扭矩纹波和不平衡磁力拉,导致过多的振动和噪音。使用电机组件的实验室测试确认了最佳组合和分析结果。实验导致电动机设计,定子中有9个极和转子的10个极。调谐绕组构造以满足大于12伏和5000rpm的扭矩,5000rpm,效率为68%,装配的设计公差水平。

这项工作是由德尔福动力系统的Duane Collins, Philip Anderson, Sharon Beyer和Daniel Moreno完成的。有关该技术的完整技术论文可通过SAE International网站购买http://papers.sae.org/2012-01-0426


NASA技术简报杂志

本文首先出现在2014年1月份的问题NASA技术简介杂志。

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