最近有一些咨詢關于電子換向電機（EC）燃油泵運行和診斷方面的問題，我認為這是一個很好的主題，因此在這里分享給大家。

EC的工作原理我們必須學習和掌握，EC在未來可以通過三相電機為混合動力汽車或者純電動汽車供電。

長話短說，這里有一個3.0升V6的汽油車 奧迪SQ5，發動機代碼為CWGD，出現燃油泵（G6）燃油壓力不足的問題。請注意，燃油泵G6集成在燃油輸送裝置總成中，組合成了燃油供給單元（GX1），然后安裝在燃油箱內。燃油泵通過外部燃油泵控制單元（J538）進行控制，在該單元中實現了從直流電到三相交流電的轉換。要記住的是，在任何負載情況下，我們都要求燃油泵能夠從油箱輸送足夠多的燃油到發動機。圖1中我們連接了Pico示波器4823，將出現故障的燃油泵上的三相電壓和電流信號都捕獲下來。

圖1 各相電壓和電流

那么，為什么要在燃油泵上采用如此復雜的控制系統呢？

性能、有限控制、可靠性和耐用性都是這個問題的答案。除了支承軸承之外，這種電機幾乎不會磨損。由于沒有電刷，因此運動的電機部件之間沒有接觸。這樣就消除了有害摩擦和電弧。（這類電機稱為BLDC，無刷直流電機）

有刷電機通常會出現磨損和電弧(火花)，如圖2和圖3所示。

圖2 有刷電機出現磨損

圖3 有刷電機出現火花

除了上面我介紹的一些EC電動機原理，您還可以看下面這個講解視頻：

要使電機里的轉子旋轉，我們需要在定子周圍產生一個旋轉磁場，轉子將跟著這個磁場旋轉。如果將轉子連接到泵件，則可以將旋轉運動轉換成為物理壓力。這個工作原理適用于所有應用，無論是將EC電機連接到變速箱、車輪還是輸出軸都是可以的。

在圖4中，我們放大了波形，分析泵/電動機運行期間電壓和電流的變化。請注意看通道A、B和C的電壓是如何在0 V時出現截止的，但是這個時候電流卻是反向的！

圖4 電壓電流對應關系

我們捕獲到的直流電壓信號并不能說明所有的問題，因為我們測量的是對地電壓。實際上圖中電壓信號是反向的，這是為了將通道D、E和F捕獲的各相繞組電流反向。

如果您希望捕獲負電壓，則需要使用差分探頭測你想知道的那個相。尤其是在測試高壓系統時，會要用到差分探頭，而且要確保您受過適當的培訓并配備相關的防護裝備。

綜上所述，通過測量“電流”，能夠以非侵入式的方式揭示整個電機的工作情況，并提供一些數據作為證據。測量電流可以顯示出：

• 電機的其他運行特性
• 磁場/線圈繞組是否完好
• 電機/泵的動作
• 控制電路是否正常
• 電機的頻率/轉速
• 電機負載情況

這里我提一下，磁場對電壓和電流確實是有影響的。最好的一個例子是，在測量噴油嘴電流時會出現一個轉折點。在圖5中，我們捕獲了針閥剛開始時的動作（噴油嘴打開），然后線圈繞組周圍的磁場發生了變化（因此導致電流信號出現轉折），并且在針閥返回到閥座時（噴油嘴關閉）再次產生了感應電壓（反電動勢）。

圖5 噴油嘴電壓和電流

那么這與我們的BLDC電機有什么關系呢？

圖6里的波形顯示了，在正的峰值電流和負的峰值電流之間有一段電流為零，轉子磁極與定子磁極分別是“N極”和“S極”。

圖6 確定轉子位置

在圖6中A通道信號上的每個起點和終點附近，灰色矩形框內電壓信號比較特別（每一段電壓信號具有相同的特性）。相電壓信號是電流從通電到斷電過程中，在繞組內所產生的感應電壓，燃油泵控制器根據這個電壓來確定轉子的位置，不需要加多一個旋轉變壓器或霍爾效應式位置傳感器就可以確定轉子的位置。

知道轉子的位置對于確定定子繞組的通電順序以及產生旋轉磁場（EC）至關重要。

請注意，由于上述原因，我們無法在每個電壓相末端看到反向的感應電壓（請參見圖4下方的段落介紹）。也就是說，我們可以在末端看到一個間隙，但是在這段間隙中，負電壓出現的時間很短暫，瞬間就消失了。還有一點，在我們進行數學運算之前，要注意電源頻率與轉子/泵轉動頻率之間的關系。

圖7 電源頻率和轉子轉動頻率的關系

電源頻率和電機（轉子/泵）轉動頻率的關系和磁極對數有關，磁極對數=轉子極數/2。

假設我們的泵包含一個4極轉子（1對N極和1對S極），因此轉子磁極對數為4/2=2。也就是說，4極轉子的電源頻率除以2就是轉子的轉動頻率。換句話說，對于4極轉子，需要2個電源周期才能讓轉子轉一圈。

如果您不知道轉子的極數，可以使用光學傳感器捕獲電機轉動頻率信號（條件允許的情況下），同時還用示波器捕獲三相中某一相的電流。
然后在電機的一個轉動周期內，算出某一相電流信號的周期數，再乘以2得出轉子極數。圖8通過上述方法計算出三相電機的轉子極數是30。

圖8 計算轉子極數

請注意，由于減速齒輪等原因，轉子可能沒有直接連接到光學傳感器上，導致轉子轉動頻率捕獲不準確，這肯定會造成轉子極數的計算錯誤。

現在我們回到有故障的燃油泵，我們可以從圖1捕獲的原始數據中得到什么信息呢？

使用數學通道LowPass（（abs（D）+ abs（E）+ abs（F））* 0.333,50），以確定燃油泵所消耗的平均電流（包括所有三相的電流）。
LowPass可以使交流紋波變得平滑，也就是低通濾波；（abs（D）+ abs（E）+ abs（F））* 0.333是三相整流的平均電流值；
50是指低通濾波的頻率（50Hz）。為了計算轉子/泵的轉速，使用數學通道60*2*freq（D）/ 4（60*2*電源頻率/轉子極數）。
60是將Hz轉換為RPM；由于交流電存在正負，所以需要乘以2；除以4是因為我們的轉子有4極。注意：轉子/泵的轉速取決于電源頻率和轉子極數。

• 增加電源頻率會提高轉速，但會降低扭矩。
• 增加轉子極數會降低轉速，但會增加轉矩。

圖9故障燃油泵

在上方圖9中，可以看到這個燃油泵以10000 rpm的固定轉速運行，消耗的平均電流為7.6A。

現在，將其與圖10中新的正常的燃油泵所捕獲的波形進行對比。

圖10 正常燃油泵

肯定是有區別的。查看圖10中燃油泵的轉速和消耗電流，空載時轉速約3200rpm和電流為5.4A。另外要注意的是，時間標尺之間的電流頻率（D通道）降低到了109.1 Hz，從而導致了泵的轉速降低。當燃油泵在最大負載工況下工作時，轉速約7787rpm，所耗電流為10.4A。

總結一下，新的燃油泵轉速在3200rpm時電流保持在5.4 A，這是為了無負載的工況下保持足夠的燃油壓力（電流較小，轉速較低，以獲得足夠的燃油壓力）。由于燃油壓力不足，舊的燃油泵則是電流為7.6A，以10000rpm的轉速在運轉。可以肯定的是，測量電流可以揭示燃油泵的工作情況，這在圖10中燃油泵在有負載下的波形里體現得非常明顯。那么，舊的燃油泵出現了什么問題呢？請記住，壓力的作用方向與燃油流動方向相反。圖9中捕獲的燃油泵信號表明，泵在10000 rpm的轉速下輸送燃油，但是這些燃油去了哪里？我們接下來看看集成在燃油供給單元（GX1）里的燃油壓力調節器的膜片。

圖11 膜片破裂

燃油壓力調節器內的膜片出現破裂，因此導致大部分燃油流回到了油箱，而不是沿著燃油管輸送到發動機艙，這就是舊燃油泵的故障根源。