탱크 내 연료 펌프 브러시리스 모터로 연비 향상

델파이 파워트레인 시스템즈, 트로이, 미시간

대부분 자동차 연료 시스템은 연료 공급 모듈(FDM) 사용, 지정된 압력/유량으로 연료탱크에서 엔진으로 가솔린 여과/펌핑. FDM은 저수조 어셈블리로 펌프 입구 연료 공급 유지, 압력 레귤레이터/리미터, 필터, 레벨 센서, 탱크 관통 전기/유압 연결부품 지지. 현 시스템 주로 브러시 펌프, 저항식 연료 레벨 센서 등 수동 전기 부품 사용, 각각 전압 공급과 바디 컨트롤 모듈 독립 연결. 높은 유량 위해 고출력 펌프 필요, 최대 속도 조건 지속 운전 가능. 일부 신형 시스템 전압 컨트롤러로 펌프 공급 전압 변조해 예상 엔진 수요 따라 이산 속도 제어, 전력 소모 일부 개선.

통합 모듈 포함 차량 아키텍처, FDM 내 브러시리스 컨트롤러

브러시리스 모터와 통합 컨트롤러로 효율 극대화

새 FDM: 펌프 어셈블리 브러시리스(BL) 모터 채용, 모터 전기 정류 위한 통합 컨트롤러 포함. BL 펌프가 브러시 펌프보다 효율 높고, 컨트롤러 폐루프 속도 제어 제공으로 전력 소모와 이산화탄소(CO2) 배출 대폭 개선. BL 펌프 추가 이점: 모터 고정자-회전자 간 자기 결합, 공격적 연료서 마모/피막 생길 접점 제거로 FDM 내구성/신뢰성 향상.

통합 컨트롤러 펌프 진단 제공, 탱크 어셈블리 내 센서 신호 처리 회로 포함 가능해 추가 상태 정보/개선된 센싱 기술(비접촉 연료 레벨 센서 등) 연계로 추가 시스템 성능 개선. BL 컨트롤러 펌프 근접 이점과 백 EMF(기전력) 센싱 위상 노이즈 커플링 감소로 센서리스 모터 속도 측정 개선.

그림: FDM 내 BL 컨트롤러 포함 통합 모듈 차량 아키텍처. 브러시 펌프 전압 컨트롤러 유사 기법으로 BL 펌프 컨트롤러 3상 각각 흐르는 전류 변조, 고주파 공급 전압 차단으로 구동. 차단 시간 조정해 ECM(엔진 제어 모듈) 명령 펌프 속도 수준 유지 위해 필요 구동 전류 달성. 펄스폭변조(PWM) 전압 신호로 폐루프 속도 제어, 환경 요인(압력, 공급전압, 연료 특성, 온도) 무관 연료 유량 보장.

추가: BL 컨트롤러 펌프 파라미터 변동과 시간 경과 드리프트 보상. 통합 FDM 어셈블리 BL 펌프 거리 최소화, 펌프 설계/응용 요건 맞춤 제어 알고리즘으로 시스템 성능 최적화. BL 컨트롤러 펌프 진단 포함: 공급전압, 구동전류, 컨트롤러 온도, 모터 속도 모니터링. 예측/허용 한계 벗어난 파라미터 변동 시 시스템 셧다운으로 손상 방지 또는 ECM에 비정상 상태 통보.

강건 엔지니어링 기법과 통계 도구로 엄격한 토크, 속도, 압력, 유량 요건 충족 최적 솔루션 도출. 완전 요인 실험 설계로 분석 도구 사용해 모터 성능 시뮬레이션, 조립 설계 공차 수준에서 응용 토크/효율 요건 충족하면서 코깅 토크, 토크 리플, 과도 진동/소음 유발 불평형 자기 인력 최소화 파라미터 조합 도출. 최적 조합/분석 결과 실험실 테스트로 모터 어셈블리 확인. 실험 결과: 고정자 9극, 회전자 10극 모터 설계. 권선 구성 튜닝으로 12V, 5000rpm에서 0.10Nm 초과 토크, 68% 효율 달성(조립 설계 공차 수준).

본 작업: 델파이 파워트레인 시스템즈 듀안 콜린스, 필립 앤더슨, 샤론 베이어, 다니엘 모레노 수행. 본 기술 전체 기술 논문 SAE International에서 구매 가능: https://papers.sae.org/2012-01-0426