Motores sem escova para entrada

Nov 14, 2023

Delphi Powertrain Systems, Troy, Michigan

A maioria dos sistemas de combustível automotivo usa um Módulo de Fornecimento de Combustível (FDM) com componentes para filtrar e bombear gasolina a uma pressão e taxa de fluxo especificadas do tanque de combustível para o motor. O FDM utiliza um conjunto de reservatório para manter o abastecimento de combustível na entrada da bomba e apoiar componentes como reguladores e/ou limitadores de pressão, filtros, sensor de nível e as conexões elétricas e hidráulicas que passam pelo tanque. Os sistemas atuais usam predominantemente componentes elétricos passivos, como bombas de escova e sensores resistivos de nível de combustível que são conectados independentemente a uma fonte de alimentação e módulo de controle da carroceria, respectivamente. Os altos níveis de fluxo desses sistemas requerem bombas de alta potência que podem operar continuamente em condições de velocidade máxima. Alguns sistemas mais novos podem empregar um controlador de tensão para modular a tensão de alimentação da bomba para velocidades discretas dependendo da demanda projetada do motor e fornecer alguma melhoria no consumo de energia.

Além disso, o controlador integrado fornece diagnósticos da bomba e pode incluir circuitos de processamento de sinal do sensor dentro do conjunto do tanque para permitir informações adicionais sobre o estado de saúde e/ou fornecer melhorias adicionais no desempenho do sistema por meio da interface com tecnologias de detecção aprimoradas, como um nível de combustível sem contato sensor. O controlador BL se beneficia da proximidade com a bomba, além da redução do ruído acoplado à fase de detecção EMF (ElectroMotive Force) traseira para medições de velocidade do motor sem sensor.

A figura mostra uma arquitetura de veículo com o módulo integrado que inclui o controlador BL dentro do FDM. Usando uma técnica semelhante ao controlador de tensão para bombas de escova, o controlador de bomba BL modula a corrente que flui através de cada uma das três fases, desligando a tensão de alimentação em alta frequência. O tempo de desligamento é ajustado para atingir o nível de corrente de acionamento necessário para manter a velocidade da bomba no nível comandado pelo Módulo de Controle do Motor (ECM). Este sinal de tensão modulado por largura de pulso (PWM) permite o controle de velocidade em circuito fechado para garantir o fluxo de combustível independente de fatores ambientais, como pressão, tensão de alimentação, propriedades do combustível e temperatura.

Além disso, o controlador BL compensa as variações nos parâmetros da bomba e o desvio induzido pelo tempo. O conjunto FDM integrado otimiza o desempenho do sistema minimizando a distância até a bomba BL e fornecendo um algoritmo de controle ajustado ao projeto da bomba e aos requisitos da aplicação. Além disso, o controlador BL inclui diagnósticos da bomba para monitorar a tensão de alimentação, as correntes do inversor, a temperatura do controlador e a velocidade do motor. Variações nesses parâmetros fora dos limites previsíveis e/ou aceitáveis ​​podem levar ao desligamento do sistema para evitar danos ou simplesmente comunicar uma condição anormal ao ECM.

Técnicas robustas de engenharia e outras ferramentas estatísticas foram usadas para derivar a solução ideal para atender aos rigorosos requisitos de torque, velocidade, pressão e fluxo. O projeto fatorial completo de experimentos foi executado usando ferramentas analíticas para simular o desempenho do motor e derivar a combinação de parâmetros que atendem aos requisitos de torque e eficiência da aplicação, minimizando o torque de engrenagem, ondulação de torque e tração magnética desequilibrada que resulta em excesso de vibração e ruído. A combinação ideal e os resultados analíticos foram confirmados com testes de laboratório usando conjuntos de motores. Os experimentos levaram a um projeto de motor com 9 pólos no estator e 10 pólos no rotor. A configuração do enrolamento foi ajustada para atender um torque superior a 0,10 Nm a 12 Volts e 5000 rpm, com 68% de eficiência com os níveis de tolerância de projeto do conjunto.

Este trabalho foi feito por Duane Collins, Philip Anderson, Sharon Beyer e Daniel Moreno da Delphi Powertrain Systems. O documento técnico completo sobre esta tecnologia está disponível para compra através da SAE International em http://papers.sae.org/2012-01-0426.