Bürstenlose Motoren für In

Nov 14, 2023

Delphi Powertrain Systems, Troy, Michigan

Die meisten Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge verwenden ein Kraftstofffördermodul (Fuel Delivery Module, FDM) mit Komponenten zum Filtern und Pumpen von Benzin mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Durchflussrate vom Kraftstofftank zum Motor. Das FDM verwendet eine Behälterbaugruppe, um die Kraftstoffversorgung am Pumpeneinlass aufrechtzuerhalten und Komponenten wie Druckregler und/oder -begrenzer, Filter, Füllstandssensoren sowie die elektrischen und hydraulischen Verbindungen, die durch den Tank verlaufen, zu unterstützen. Aktuelle Systeme verwenden überwiegend passive elektrische Komponenten wie Bürstenpumpen und widerstandsbehaftete Kraftstoffstandsensoren, die unabhängig voneinander an eine Spannungsversorgung bzw. ein Karosseriesteuermodul angeschlossen sind. Die hohen Durchflussmengen dieser Systeme erfordern Hochleistungspumpen, die kontinuierlich bei Höchstgeschwindigkeitsbedingungen arbeiten können. Einige neuere Systeme verwenden möglicherweise einen Spannungsregler, um die Pumpenversorgungsspannung abhängig vom prognostizierten Motorbedarf auf diskrete Drehzahlen zu modulieren und eine gewisse Verbesserung des Stromverbrauchs zu erzielen.

Darüber hinaus bietet der integrierte Controller eine Pumpendiagnose und kann eine Sensorsignalverarbeitungsschaltung innerhalb der Tankbaugruppe umfassen, um zusätzliche Informationen zum Gesundheitszustand zu ermöglichen und/oder weitere Systemleistungsverbesserungen durch die Verbindung mit verbesserten Sensortechnologien wie einem berührungslosen Kraftstoffstand zu ermöglichen Sensor. Der BL-Controller profitiert von der unmittelbaren Nähe zur Pumpe und der Geräuschreduzierung in Verbindung mit der Erfassungsphase der Gegen-EMF (ElectroMotive Force) für sensorlose Motorgeschwindigkeitsmessungen.

Die Abbildung zeigt eine Fahrzeugarchitektur mit dem integrierten Modul, das den BL-Controller im FDM beinhaltet. Mithilfe einer ähnlichen Technik wie der Spannungsregler für Bürstenpumpen moduliert der BL-Pumpenregler den Strom, der durch jede der drei Phasen fließt, indem er die Versorgungsspannung bei hoher Frequenz abschaltet. Die Abschaltzeit wird angepasst, um den Antriebsstrom zu erreichen, der erforderlich ist, um die Pumpendrehzahl auf dem vom Motorsteuergerät (ECM) vorgegebenen Niveau zu halten. Dieses pulsweitenmodulierte (PWM) Spannungssignal ermöglicht eine Drehzahlregelung im geschlossenen Regelkreis, um den Kraftstofffluss unabhängig von Umgebungsfaktoren wie Druck, Versorgungsspannung, Kraftstoffeigenschaften und Temperatur sicherzustellen.

Darüber hinaus kompensiert der BL-Regler Schwankungen der Pumpenparameter und zeitbedingte Drift. Die integrierte FDM-Baugruppe optimiert die Systemleistung, indem sie den Abstand zur BL-Pumpe minimiert und einen auf das Pumpendesign und die Anwendungsanforderungen abgestimmten Steueralgorithmus bereitstellt. Darüber hinaus verfügt der BL-Controller über eine Pumpendiagnose zur Überwachung der Versorgungsspannung, der Antriebsströme, der Controller-Temperatur und der Motordrehzahl. Schwankungen dieser Parameter außerhalb vorhersehbarer und/oder akzeptabler Grenzen können zum Abschalten des Systems führen, um Schäden zu verhindern, oder einfach einen abnormalen Zustand an das ECM melden.

Robuste technische Techniken und andere statistische Tools wurden eingesetzt, um die optimale Lösung zur Erfüllung strenger Drehmoment-, Geschwindigkeits-, Druck- und Durchflussanforderungen abzuleiten. Mithilfe von Analysetools wurde eine vollständige faktorielle Versuchsplanung durchgeführt, um die Motorleistung zu simulieren und die Kombination von Parametern abzuleiten, die den Drehmoment- und Effizienzanforderungen der Anwendung gerecht werden und gleichzeitig das Rastmoment, die Drehmomentwelligkeit und die unausgeglichene magnetische Anziehungskraft minimieren, die zu übermäßigen Vibrationen und Geräuschen führt. Die optimale Kombination und die Analyseergebnisse wurden durch Labortests mit Motorbaugruppen bestätigt. Die Experimente führten zu einem Motordesign mit 9 Polen im Stator und 10 Polen im Rotor. Die Wicklungskonfiguration wurde so abgestimmt, dass sie ein Drehmoment von mehr als 0,10 Nm bei 12 Volt und 5000 U/min erreicht, mit einem Wirkungsgrad von 68 % bei den Designtoleranzniveaus der Baugruppe.

Diese Arbeit wurde von Duane Collins, Philip Anderson, Sharon Beyer und Daniel Moreno von Delphi Powertrain Systems durchgeführt. Das vollständige technische Dokument zu dieser Technologie kann bei SAE International unter http://papers.sae.org/2012-01-0426 erworben werden.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Januarausgabe 2014 des NASA Tech Briefs Magazine.

Weitere Artikel aus dieser Ausgabe finden Sie hier.

Weitere Artikel aus dem Archiv lesen Sie hier.

ABONNIEREN