Meningkatkan Efisiensi Bahan Bakar dengan Motor Brushless di Pompa Bahan Bakar Dalam Tangki
Sistem Powertrain Delphi, Troy, Michigan
Kebanyakan sistem bahan bakar otomotif menggunakan Fuel Delivery Module (FDM) dengan komponen untuk menyaring dan memompa bensin pada tekanan dan laju aliran tertentu dari tangki bahan bakar ke mesin. FDM menggunakan rakitan reservoir untuk menjaga pasokan bahan bakar di saluran masuk pompa dan komponen pendukung seperti pengatur tekanan dan/atau pembatas, filter, sensor level, dan sambungan listrik dan hidrolik yang melewati tangki. Sistem saat ini sebagian besar menggunakan komponen listrik pasif seperti pompa sikat dan sensor ketinggian bahan bakar resistif yang masing-masing terhubung secara independen ke modul suplai tegangan dan kontrol bodi. Tingkat aliran yang tinggi pada sistem ini memerlukan pompa berdaya tinggi yang dapat beroperasi terus menerus pada kondisi kecepatan maksimum. Beberapa sistem yang lebih baru mungkin menggunakan pengontrol tegangan untuk memodulasi tegangan suplai pompa ke kecepatan tertentu tergantung pada perkiraan permintaan mesin, dan memberikan beberapa peningkatan dalam konsumsi daya.
Arsitektur kendaraan dengan modul terintegrasi yang mencakup Pengontrol Brushless dalam FDM
FDM baru menggunakan motor tanpa sikat (BL) pada rakitan pompa, dan mencakup pengontrol terintegrasi untuk menyediakan pergantian listrik pada motor. Karena pompa BL lebih efisien dibandingkan pompa sikat, dan karena pengontrol menyediakan kontrol kecepatan loop tertutup, solusi ini menawarkan peningkatan signifikan dalam konsumsi daya dan akibatnya emisi karbon dioksida (CO2). Manfaat lain dari pompa BL dihasilkan dengan kopling magnetik antara stator dan rotor motor, dan penghapusan kontak yang mungkin aus dan/atau terlapisi pada bahan bakar agresif. Hal ini meningkatkan daya tahan dan keandalan FDM.
Selain itu, pengontrol terintegrasi menyediakan diagnostik pompa dan mungkin mencakup sirkuit pemrosesan sinyal sensor di dalam rakitan tangki untuk mengaktifkan informasi status kesehatan tambahan dan/atau memberikan peningkatan kinerja sistem lebih lanjut dengan berinteraksi dengan teknologi penginderaan yang lebih baik seperti sensor ketinggian bahan bakar non-kontak. Pengontrol BL mendapat manfaat dari kedekatannya dengan pompa selain pengurangan kebisingan yang dipadukan dengan fase penginderaan EMF (ElectroMotive Force) belakang untuk pengukuran kecepatan motor tanpa sensor.
Gambar tersebut menunjukkan arsitektur kendaraan dengan modul terintegrasi yang mencakup pengontrol BL dalam FDM. Dengan menggunakan teknik serupa seperti pengontrol tegangan pada pompa sikat, pengontrol pompa BL memodulasi arus yang mengalir melalui masing-masing tiga fasa dengan mematikan tegangan suplai pada frekuensi tinggi. Waktu pematian disesuaikan untuk mencapai tingkat arus penggerak yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan pompa pada tingkat yang diperintahkan oleh Modul Kontrol Engine (ECM). Sinyal tegangan termodulasi lebar pulsa (PWM) ini memungkinkan kontrol kecepatan loop tertutup untuk memastikan aliran bahan bakar tidak bergantung pada faktor lingkungan seperti tekanan, tegangan suplai, sifat bahan bakar, dan suhu.
Selain itu, pengontrol BL mengkompensasi variasi parameter pompa dan penyimpangan yang disebabkan oleh waktu. Rakitan FDM terintegrasi mengoptimalkan kinerja sistem dengan meminimalkan jarak ke pompa BL, dan dengan menyediakan algoritma kontrol yang disesuaikan dengan desain pompa dan persyaratan aplikasi. Selain itu, pengontrol BL mencakup diagnostik pompa untuk memantau tegangan suplai, arus penggerak, suhu pengontrol, dan kecepatan motor. Variasi dalam parameter ini di luar batas yang dapat diprediksi dan/atau dapat diterima dapat menyebabkan sistem dimatikan untuk mencegah kerusakan atau sekadar menyampaikan kondisi abnormal ke ECM.
Teknik teknik yang kuat dan alat statistik lainnya digunakan untuk mendapatkan solusi optimal guna memenuhi persyaratan torsi, kecepatan, tekanan, dan aliran yang ketat. Percobaan desain faktorial penuh dilaksanakan menggunakan alat analisis untuk mensimulasikan kinerja motor dan mendapatkan kombinasi parameter yang memenuhi persyaratan torsi dan efisiensi aplikasi sambil meminimalkan torsi cogging, riak torsi, dan tarikan magnet yang tidak seimbang yang menghasilkan getaran dan kebisingan berlebih. Kombinasi optimal dan hasil analisis dikonfirmasi dengan pengujian laboratorium menggunakan rakitan motor. Percobaan menghasilkan desain motor dengan 9 kutub di stator dan 10 kutub di rotor. Konfigurasi belitan disetel untuk memenuhi torsi lebih besar dari 0,10 Nm pada 12 Volt dan 5000 rpm, dengan efisiensi 68% dengan tingkat toleransi desain rakitan.
Pekerjaan ini dilakukan oleh Duane Collins, Philip Anderson, Sharon Beyer, dan Daniel Moreno dari Delphi Powertrain Systems. Makalah teknis lengkap tentang teknologi ini tersedia untuk dibeli melalui SAE International di http://papers.sae.org/2012-01-0426 .
