无电刷式燃油泵

www.qp110.com 来源：互联网作者：追梦流星雨1 类别：汽车电器维修时间：2008-01-15

无电刷式燃油泵将来是否真的能够应用到汽车上呢？在给出肯定或否定的答案之前，我们还需作些分析研究。回顾汽车发展史，不难看出，那些不是由消费者（或者说市场）的要求而产生的新技术，在被应用到汽车上时一般都应具有下列四个特征之一：
    (1)与现有的产品相比，那些能够实现相同或更好的功能、且价格比较低的新技术肯定会被应用于汽车；
    (2)新技术的成本虽然并不比现有的低，但却可以满足政府在尾气排放或防撞性能方面的法律法规，这类技术也是能够应用到汽车上的；
    (3)如果新技术能够解决现有部件或总成的使用寿命不足的问题，或者能够提高发动机的燃油经济性，并且其价格也不是高得离谱，那么汽车制造商们就会将该项新技术应用到汽车上；
    (4)新技术降低了系统成本，也就是说，这项新技术可能使某个总成的成本提高，但却能够降低其它部件或总成的成本。
    根据上述分析我们可以看出，无电刷式燃油泵作为一项新技术想要得到实际应用，就必须满足上述四个条件之一。事实是，无电刷式燃油泵的制造成本比传统的直流（DC）换向器式燃油泵的高出20～30%。因此，如果这项技术在汽车中得到应用的话，将不会是因为其价格便宜，而是因为其具有更好的技术性能。
    我在以前的一篇文章中曾经提到过，现有的设置于油箱内的燃油泵，其最大的磨损部件是电刷（或换向器），这会造成很大的工业资源浪费。为什么说电刷（或换向器）是磨损最大的部件呢？当注入燃油时，泵入的细小微粒会冲击油箱内的滤清器，因此可能会损坏换向器的石墨表面。而无电刷式燃油泵则没有这个易损坏的部件，因此也就没有相应的担保条款，这是无电刷式燃油泵的显著技术优势。
    不仅如此，无电刷式燃油泵工作起来也比较节能。这主要表现在两个方面：其一，无电刷式燃油泵采用无电刷的结构形式，因此就消除了常规的电刷式燃油泵中电刷与换向器界面之间的能量损耗；其二，由电脑控制的无电刷式燃油泵能够给发动机精确地供油。在无回油系统中，消除了燃油的循环流动，减少了一个油箱热源，也就意味着燃油蒸气排放系统可以制作得更小。因此我们可以说，应用无电刷式燃油泵的好处主要在于可降低车辆的装配和部件成本。由于无电刷式燃油泵的动力来自交流发电机，这会影响车辆的燃油经济性。每100km可节省0.1L燃油，这样的节省听起来不算太大，但在这时也是值得算计的。
    在车辆中应用无电刷式燃油泵还有另外一个潜在的好处，那就是它能够进一步降低车辆的尾气排放污染。为了进一步降低车辆排放对大气的污染，美国加州空气资源署（CARB）制定了全面的空气污染控制计划，其中的重点工作之一就是推动车辆准零排放（PZEV）行动。根据该项计划，到了2010年，在加州销售的汽车中，有一半以上能达到零燃油蒸气排放标准。加州空气资源署最近的一份报告显示，到了2010年将会有至少10个州加入到这项计划中，以共同追求零排放的目标。
    车辆燃油蒸气排放一般都是来源于哪里呢？根据加州空气资源署的统计数据，车辆燃油蒸气排放的50%产自油箱、油管以及油箱盖口处，10%来自底盘燃油管路，剩下的40%来源于炭罐、进气口以及连接系统的泄漏。
    那么，这些废气又是如何影响无电刷式燃油泵的呢？问题的关键就在于油箱的结构。通过冲压技术制作的金属油箱是有接缝的，在接缝处会发生燃油蒸汽泄漏。一般来说，液体的燃油是不会从油箱的接缝处滴漏的，但你常常会在油箱周围观察到漏气，这表明有燃油蒸气挥发了出来。早期的塑料油箱也有渗透方面的问题，高挥发性的汽油可以透过油箱的塑料壁渗透出来。因此，现在设计的多数油箱都采用多层（最高可达7层）塑料结构，或者通过对油箱内壁进行专门的硫化处理来防止燃油蒸气的泄漏。
    对于金属油箱和塑料油箱来说，燃油蒸气挥发泄漏还有其它的一些表现形式，例如两种油箱都在接缝处安装了燃油泵总成，并在此处连接了燃油滤清器颈状孔口，因此需要为燃油泵和供油器的导线设置一个连接器。为吸收燃油蒸气设置的炭罐和为了将燃油输送到发动机舱的燃油输送管路设置的接缝和连接器，均是可能的燃油蒸气泄漏途径。
    解决这类燃油泄漏的措施是消除滤清器颈状孔口和燃油管路出口之外的所有接缝，具体的实施办法就是将油箱分成两个部分，先将燃油泵、炭罐及其他所需部件安装好，然后将油箱的两个部分焊接在一起。由于所有的软管和部件都被安装在油箱内，因此在管路和连接处的泄漏都会被包含在油箱内，它们是不会泄漏到油箱外的。
    不过，这种先将部件安装进油箱然后将其再焊接为一体的技术方案也是存在一些问题的，例如当燃油泵发生故障时，就没有办法在不更换整个油箱的情况下更换坏了的燃油泵。质量担保数据分析表明，目前的燃油泵技术还不够成熟，还不能作出不需更换燃油泵的质量担保。在这种情况下，无电刷式燃油泵的优势就体现出来了。
    无电刷式燃油泵的结构相对于传统的燃油泵来说，从里到外有着很大不同。在无电刷式燃油泵中，永磁磁铁被安装在旋转电枢的内部，磁场线圈被置于外壳的内部，而燃油泵叶轮和燃油控制阀门的位置与传统燃油泵基本上是一样的。无电刷式燃油泵与传统燃油泵之间的主要差别在于无电刷式燃油泵采用的是电子开关组件，而传统燃油泵采用的则是包括换向器和电刷的机械开关。在很多方面，该电子开关的工作类似于电子点火系统中的凸轮，其必需的一个功能就是开关的开启和关闭，而另一个功能就是知道应在什么时候打开开关。
    在传统的燃油泵中，根据弧段磁铁被安放在电动机壳内的位置，就可判断固定磁场的位置。所以，为了使磁场在正确的时刻开启，我们需要将换向器组件与磁铁组件恰当地对应起来。而在无电刷式燃油泵中，情况显得更为复杂些。因为电枢的旋转位置需要与磁场线圈同步，由线圈产生的推力必须在准确的时刻在电机中产生一个扭矩。使用霍尔效应传感器的情况表明，其安装很困难，而且成本太高。
    解决这类同步问题的另一个技术方案是运用计算机软件。我们知道，电机电信号的波形包括计数器或反向电动势波动，后者由线圈内的电流流动惯性所引起。利用软件观察这些波形，即使不使用一个单独的传感器，我们也能够确定出电枢的转动位置。
在无电刷式燃油泵中，磁场线圈的电子开关包括了一个称为H形桥驱动器的电路。电动机位于字母H的横杠上，而字母H的每条腿上都有一个动力开关。动力开关一般都采用了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），因为它的电量损失比较小。
    就像换向器式电动机一样，无电刷式直流电动机对电流与极性都很敏感。换句话说，改变极性就可以改变电动机的转向，增加平均输入电压值就能改变电动机的运转速度。以无电刷式直流电动机为例，其还使用了脉冲宽度调节，这就意味着电动机的转速取决于输入电压的频率和脉冲的工作周期，二者的合成结果也就是平均输入电压。与传统电源电压不同的是，该平均输入电压是数字电压，而不是模拟电压。
    H形桥驱动器在字母H的上部两个腿上有两个高位驱动器，在字母H的下部两个腿上有两个低位驱动器。两个高位驱动器被接到了正极一侧，而两个低位驱动器是接地的，这就意味着这些驱动器需要不同极性来使其工作。对于低位驱动器这是很容易实现的，因为利用普通电池电源的部分电力即可满足其需求。
    高位驱动器则需要使用一种叫做“启动自动装置”或者“充电泵”的特殊电路来驱动。ST Microelectronics公司的一篇论文详细介绍了该电路的工作原理：“当低压MOSFET处于打开状态时，电池给该启动自动装置充电。当低压MOSFET关闭时，高压MOSFET打开，启动自动装置提供所需电流为门电容器充电。通过这种方式，就可以产生所需的充电电压，以便正确地控制高位驱动器。”
    无电刷式燃油泵并不需要整个H桥的所有功能，可以采用集成的半桥驱动器。半桥驱动器能够接收微处理器的输出信号，以驱动燃油泵。微处理器决定开关开合的时机，同时接收发动机控制模块（ECM）的发动机需油量的输出信号。绝大多数的无回油系统都有一个储油罐，以防止突然加速或突然减速等瞬态情况导致失油现象的发生。
    以上我们介绍了无电刷式燃油泵的一些技术亮点，不过你如果根据这些技术亮点就认为会出现消费者站满汽车展厅的走廊，要求购买“一辆装有无电刷式燃油泵的汽车”的情景的话，那就错了。但是可以确信的是，无电刷式燃油泵的所有技术优势，包括它在满足车辆零排放要求中所扮演的角色，将会促使更好更可靠的燃油泵应用到汽车中

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