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。

车辆架构与集成模块,包括无刷控制器在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。

此外,集成控制器提供泵诊断功能,并可能在油箱组件中包括传感器信号处理电路,通过与改进的传感技术(如非接触式油位传感器)接口,提供额外的健康状态信息和/或进一步提高系统性能。BL控制器的优点在于与泵的距离很近,而且在无传感器的电机转速测量中,还可以减少与反电动势(ElectroMotive Force)传感相耦合的噪声。

图中显示了一个车辆架构与集成模块,其中包括BL控制器在FDM。使用类似于电刷泵电压控制器的技术,BL泵控制器通过在高频切断电源电压来调节流经每一个三相的电流。关闭时间被调整以达到驱动电流水平,这是维持泵转速在发动机控制模块(ECM)所要求的水平。这种脉宽调制(PWM)电压信号可以实现闭环速度控制,以确保燃料流量独立于环境因素,如压力、供电电压、燃料特性和温度。

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。

我们使用了强大的工程技术和其他统计工具来推导出最优的解决方案,以满足严格的扭矩、速度、压力和流量要求。采用分析工具进行实验的全析因设计,模拟电机性能,推导出满足应用转矩和效率要求的参数组合,同时最大限度地减少齿槽转矩、转矩脉动和不平衡磁拉导致的过度振动和噪声。通过使用电机组件进行实验室测试,确定了最佳组合和分析结果。实验导致电机设计与9极定子和10极转子。经过调整,在12volts和5000rpm下,该绕组的扭矩大于0.10 Nm,在装配的设计公差水平下,效率达到68%。

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

本文首次发表于2014年1月号NASA技术简介杂志。

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