大多数汽车燃料系统使用燃料输送模块(FDM)与部件过滤和泵送汽油,以指定的压力和从燃料箱到发动机的流速。FDM使用储存器组件在泵入口处维持燃料供应,并支撑诸如压力调节器和/或限制器,过滤器,电平传感器以及穿过罐的电气和液压连接的支撑部件。电流系统主要使用被动电气部件,例如刷泵和电阻燃料电平传感器,其分别独立地连接到电压供应和车身控制模块。这些系统的高流量水平需要高功率泵,其可以在最大速度条件下连续运行。一些较新的系统可以采用电压控制器来根据投影发动机需求调制泵电源电压以分立速度,并提供一些改善功耗。

具有集成模块的车辆架构,包括无刷控制器WithIn FDM
新型FDM采用泵组件中无刷(BL)电机,并包括集成控制器,以为电机提供电换向。由于BL泵比刷泵更有效,并且由于控制器提供闭环速度控制,因此该解决方案提供了显着的功耗,因此提供了二氧化碳(CO2)排放。BL泵的另一个益处是通过电动机定子和转子之间的磁耦合产生,并且消除可能在侵蚀性燃料中磨损和/或膜的触点。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。

另外,BL控制器补偿了泵参数和时间诱导的漂移的变化。集成的FDM组件通过将距离到BL泵的距离最小化,并通过提供调整到泵设计和应用要求的控制算法来优化系统性能。此外,BL控制器包括用于监控电源电压,驱动电流,控制器温度和电机速度的泵诊断。这些参数的变化在可预测和/或可接受的限度之外可以提示系统关闭以防止损坏或简单地将异常情况传送到ECM。

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。

这项工作由Duane Collins,Philip Anderson,Sharon Beyer和Delphi动力总成系统的Daniel Moreno完成。这项技术的完整技术论文可通过SAE International购买http://papers.sae.org/2012-01-0426.


美国宇航局科技简报杂志

本文首先出现在2014年1月份的问题美国宇航局技术简报杂志。

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