涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发⑥——低压燃料供给系统控制技术（上）

——部分内容节选《マツダ技報》

摘要

马自达创驰蓝天发动机序列中，主要都是自然吸气版本的发动机。其实，在北美市场，CX-9身上，也有一款涡轮增压发动机，这款发动机与传统涡轮增压发动机不一样，他克服了传统涡轮增压发动机涡轮迟滞的劣势，实现了与大排量NA同样的响应性和扭矩控制性，在常用的中低速工况下具有强劲的扭矩输出，并且，发动机的高效工作区间很大，在同级中具备领先的燃油经济性。在本文中，作者从一名开发工程师的角度，为大家介绍这款发动机引入的新技术。

本系列分为7篇来介绍：

1硬件设计（上）

2硬件设计（中）

3硬件设计（下）

4涡轮相关控制技术（上）

5涡轮相关控制技术（下）

6低压燃料供给系统控制技术（上）

7低压燃料供给系统控制技术（下）


本文介绍第六篇。

PS：内容具有一定深度，需要有专业背景的人才能理解，大家遇到不明白的可以在评论中提出，欢迎大家多多交流哈。

其他文章：

1新型SKYACTIV-G 2.5燃烧技术开发

2马自达GVC（G-Vectoring Control）系统开发解密

3发动机黑科技——可变排量技术（入门篇）

4发动机黑科技——可变排量技术（高阶篇）

5涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发①——硬件设计（上）

6涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发②——硬件设计（中）

7涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发③——硬件设计（下）

8涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发④——涡轮相关控制技术（上）

9涡轮增压发动机SKYACTIV-G 2.5T开发⑤——涡轮相关控制技术（下）

10丰田卡罗拉/雷凌双擎1.8L发动机省油技术解密（上）

11丰田卡罗拉/雷凌双擎1.8L发动机省油技术解密（下）

     码字不易~喜欢的话就关注一下作者吧~

     我会先选出马自达技术报告比比较好的文章分享给大家，之后会给大家介绍丰田、大众、本田等产品的黑科技~希望大家多多支持。

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引言

CX-9搭载了ERFS电子无回流式燃油系统（Electronic Return-less Fuel System），这是一套为高压燃油喷射系统提供最合适燃油压力和燃油量的供给系统。通过最小限度的能量磨损，高效的提供燃油压力。一方面，需要考虑高温启动时，为了防止燃油管路内燃料的汽化，需要一定的高压；也要考虑在WOT（Wide Open Throttle）全负荷下燃油供给的极限工况；并且从节约能源角度出发，要尽可能的降低功耗。马自达这套低压燃油供给系统解决了这些难点。

2 开发目标

2.1 降低功耗

为了降低功耗，马自达研发了一套FPC（Fuel pump Controller）控制系统。这个控制系统通过对油箱内FDM（Fule Delivery Module）燃油供给模块中低压燃油泵的脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）进行控制，保证在差异发动机工况下满足高压喷射系统的喷油量需求。这个系统为单回路，直接把蓄电池电压加到低压燃油泵上。与传统将双回路（既有蓄电池直接把电压加载在泵上也有通过电阻器加载在泵上）相比，功耗大幅度降低。

2.2 开发课题和应对策略

与非涡轮增压发动机相比，发动机舱的温度会更高，在发动机舱布置的相应燃油管路内部燃油温度也会更高，必须提高燃油管路的压力来抑制燃油汽化。在传统的NA发动机上，一般为定压控制，FDM内燃油管路压力一直维持在不引起燃油汽化的压力上，因此在部分驾驶工况下，燃压过剩，磨损了部分能量，如果还是沿用之前的策略，则会增大这部分无用功。另外，涡轮增压发动机的全负荷下燃油喷射量也会增加，低压燃油泵的工作流量也会增加。因此，低压燃油泵的工作流量要比以往的型号有提高，燃油泵的能耗与噪音必然也存在恶化。马自达通过对燃油压力控制系统进行改造，提出了根据差异燃油温度对燃油压力的控制的逻辑，降低了低压燃油泵的能耗。

3 实现手段

3.1 硬件

低压燃油供给系统的硬件构成如图1所示。首先对硬件的结构进行介绍。①是高压燃油泵，将低压回路的燃油增压共直喷喷油器喷油；②是FDM，将油箱的燃油粗滤并进行一定程度的升压，通过低压回路想高压回路供油；③是FPC，控制低压燃油泵的系统；④是传感器，用来检测低压回路的燃油温度；⑤是PCM，检测发动机和车辆的状态，向低压燃油供给系统提出燃油需求量指令。



图1 低压燃油供给系统硬件结构图
（1）高压燃油泵

图2为高压燃油泵，它直接安装在发动机上，容易受到发动机热量的影响，是低压回路中温度最高的零件。以往，FDM会保证高压燃油泵内部的低压燃料回路不发生汽化来设计燃油压力。借助于这款涡轮增压发动机，设计了一套高压燃油泵燃油温度推测控制模型。高压燃油泵内的燃油温度，受到高压燃油泵内流入燃油的温度和流量，流出的燃油温度和流量以及高压燃油泵壁面对燃油的传递热量决定。这些输入输出参数，可以用图3的简易热模型表达。从图3的模型出发，导入了高压燃油泵的燃油温度Tp。
图2 高压燃油泵
  （1）

当从油箱流入到高压燃油泵中量多的时候，高压燃油泵内的油温降低速度会变快，以此为出发点验证了低压燃油泵的工作能力。
图3 高压燃油泵内的温度模型
（2）FDM

为了应对可变燃压和流量，专门设计了FDM系统（图4）。这里对FDM构成的低压燃油泵和燃压控制机构进行介绍。