Honda節能車WH125發動機供油方式及油耗特性實驗研究

郝艷東，宋勇，秦軍，雷偉梁，馬興旺，薛小婷，孔宇飛

（太原科技大學 機械工程學院，山西 太原 030024）

Honda節能車WH125發動機供油方式及油耗特性實驗研究

郝艷東，宋勇，秦軍，雷偉梁，馬興旺，薛小婷，孔宇飛

（太原科技大學 機械工程學院，山西 太原 030024）

Honda中國節能競技大賽是一項以提高能源利用效率、創造節約型社會為主題的賽事。文章針對Honda節能車WH125發動機的供油方式及其耗油特性開展實驗研究。對光印、益科電噴供油系統及原機化油器供油系統在發動機起動、怠速、穩態、瞬態等工況下的耗油特性進行了對比實驗，獲得了3種供油方式在WH125發動機不同工況下的耗油特性。對實驗數據進行分析得，光印電噴系統對節能車發動機的調控更加精確、合理，對發動機冷機、熱機及不同外界環境下的燃油噴射具有較為恰當的調控措施，與益科電噴和原機化油器供油系統相比，燃油經濟性更高。

Honda節能車；電噴；供油特性；實驗研究

CLC NO.: U469.6+96 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-15-04

引言

Honda節能競技大賽是以提高社會的節能和環保意識為理念的一項賽事，近年來在各大高校、企業、社會團體中影響甚廣，Honda節能車一直倡導節能、環保理念，符合如今環境現狀。大賽要求參賽車輛統一搭載WH125汽油4沖程發動機，行駛速度在25km/h以上，并以賽車跑完整個賽程的最終油耗為評價成績優劣的唯一指標。故如何降低節能車發動機的綜合油耗成為決定比賽成績優劣關鍵因素。由于發動機供油方式對賽車的綜合油耗有著重要影響，因此本文針對節能車發動機主流供油方式：光印、益科電噴以及化油器開展供油方式及其耗油特性的實驗研究，以期找出最為合理的供油方案。

1 光印、益科電噴與化油器的油耗實驗研究

1.1 實驗方法

本研究針對節能車WH125發動機的三種主流供油方式進行特定工況點的耗油特性對比實驗研究，重點比較發動機處于不同工況點時各供油方式的燃油經濟性。參考GB 15744-2008 《摩托車燃油消耗量限值及測量方法》國家標準、《汽車發動機試驗學教程》實驗標準，并結合節能車異于摩托車和汽車的特點，制定實驗方案。

第一系列實驗是針對發動機起動、怠速的油耗實驗，在起動和怠速實驗中，根據GBT 5363-2008 《摩托車和輕便摩托車發動機臺架試驗方法》中4.1和4.2節的要求，將發動機掛在空擋位置或者斷開加載裝置。起動實驗時，從發動機開始點火時計量，直至可以穩定起動20s時停止計量油耗；怠速實驗時，控制三種供油方式下發動機溫度，怠速轉速等一致的情況下穩定20s時間并同時從容積式實時油耗測量裝置進行油耗測量。

第二系列針對發動機穩態、瞬態工況的實驗中，用參考GBT 5363-2008 《摩托車和輕便摩托車發動機臺架試驗方法》標準搭建的試驗臺準確控制發動機運行在特定工況。穩態實驗中，采用容積法測量燃油消耗量，需要預先測定燃油溫度，不同供油方式下發動機穩態油耗為：

式中，FC為燃油消耗量（L/100 km），Q為測得的燃油消耗量（L），α為燃油體積膨脹系數（汽油為0.001 K-1），T0為標準溫度（293 K），T為燃油溫度（K），S為車輛試驗中設定容積燃油行駛的距離（km）。

結合油耗測量裝置的特點，式中S為4km時滿足測量條件，通過測量式中Q來計算發動機穩態油耗；瞬態工況實驗時需要加合理負載，并使發動機在低速工況運行15s后于0.3s內加速到高速工況運行15s，階段性多次實驗取油耗平均值，作為衡量加速工況下的油耗特性參數。

1.2 實驗系統裝置

本文設計的發動機油耗試驗臺如圖1、圖2所示，由WH125發動機、實驗臺架、油耗測量裝置三部分組成，實驗臺架由加載裝置、風冷系統、節氣門控制裝置，尾氣處理系統等組成，用于固定并為發動機提供載荷；油耗測量裝置包括油耗測量儀等部分。在對電噴系統進行實驗時，試驗臺架還應包括發動機電噴供油系統的一系列傳感器以及行車電腦（ECU）等部分。

圖1 節能車發動機實驗臺架結構原理圖Fig.1 The testing block structure schematic diagram of fuel-efficient engine

圖2 節能車發動機油耗實驗臺架Fig.2 The fuel consumption testing block of fuel-efficient engine

實驗用發動機為Honda節能車專用WH125發動機，表1為其基本技術參數。

表1 節能車WH125發動機技術參數

1.3 起動工況油耗實驗及分析

在發動機缸溫還在冷機狀態（16℃）時，光印電噴系統首先通過發動機缸溫傳感器、進氣溫度傳感器判斷出發動機當前處于冷機狀態，此時ECU將控制發動機噴油脈寬在首次點火時開啟時間較長，然后通過標定完成的充氣效率表隨發動機轉速及轉速波動程度，通過內置的插值算法及PID算法對冷機起動進行合理調控，使起動工況的噴油量處于合適的量值。化油器冷機起動時，供給的燃油由于低溫及進氣負壓小的原因呈現較大的液滴態，極易沾附在進氣道壁上，從而使進入發動機燃燒室的混合氣減少。為此化油器式發動機需要在冷機工況下通過阻風門調控機構與主供油系的配合，供應空燃比小的混合氣，使發動機正常運轉。實驗結果證明光印電噴系統在冷機起動時燃油經濟性更好。

電噴系統對于熱機起動是依據提前標定的起動設置及穩態參數對噴油和點火提前角進行控制的，基于傳感器測得發動機參數，通過ECU內部程序對參數進行分析，然后基于設置參數來合理控制噴油量。化油器式供油方式在充分熱機之后，發動機起動較為順暢供油邏輯也趨于合理，通過對阻風門以及怠速螺釘的合理調整，化油器熱機起動時燃油消耗量與電噴供油系統迅速接近。但電噴系統具有更加完善且靈敏的控制邏輯，由圖3可得在發動機冷機、熱機狀態，電噴系統供油方式燃油經濟性均明顯優于化油器供油方式。

圖3 不同缸溫下起動油耗Fig.3 The fuel consumption of engine starting at different cylinder temperature

1.4 怠速工況油耗實驗及分析

電噴系統在冷機狀態怠速時是基于充氣效率MAP圖來進行噴油脈寬控制的，試驗中電噴系統均采用節氣門曲軸轉速模式來進行充氣效率的實時判斷，這種判斷模式使電噴系統在發動機怠速工況時具有合理的供油控制邏輯，然后ECU通過對各傳感器信號的判斷，對怠速工況進行實時監測，使噴油量更精確合理。

化油器供油方式在怠速工況時通過怠速空氣通道與怠速量孔完成基本怠速工況的燃油供應。由于控制滯后性嚴重，導致怠速供油時燃油存在浪費情況，圖4為怠速油耗對比實驗結果曲線，怠速油耗實驗顯示發動機在怠速工況時化油器供油方式較電噴系統燃油經濟性較差。

圖4 不同缸溫下怠速油耗Fig.4 The idling fuel consumption at different cylinder temperature

1.5 穩態、瞬態油耗實驗及結果分析

發動機穩態及瞬態的油耗是對供油方式控制邏輯與供油特性的最直接反應。發動機穩態油耗實驗中，光印電噴系統是通過圖5中基于節氣門轉速模式標定的基本噴油脈寬MAP圖進行發動機的穩態工況燃油控制的，電噴系統通過一系列傳感器對進氣效率進行實時判斷，結合上表標定的數據進行線性插值算法控制噴油脈寬，進而控制燃油供應量，另外配合缸溫傳感器、電壓傳感器以及窄帶氧傳感器進行噴油量的實時修正，電噴噴油脈寬公式為：

式中，tp為噴油脈寬（ms），Q為燃油需求總量（mL），VE為實際進氣量與理論進氣量質量比值，Pb為進氣壓力（kPa），K0為綜合補償系數，tp0為基本噴油脈寬(ms)。

圖5 光印電噴充氣效率Fig.5 The charging efficiency of Guang Yin EFI

根據實時修正的噴油脈寬使發動機工作在良好的情況下。益科電噴的噴油嘴功率大，反應靈敏程度差，導致運行過程中工作不穩定，使得燃油經濟性較差。

化油器供油方式在發動機穩態工況時，化油器供油系統中僅主供油系工作，通過油門拉線對柱塞及針閥的調控來控制喉管腔空氣流量和主噴嘴的截面積，進而控制供油量，在節氣門開度較大時油耗較低。圖6為發動機穩態油耗實驗數據圖，電噴系統在發動機轉速較低時供油特性較好，發動機低速低扭時電噴系統燃油經濟性更好，轉速升高至5000rpm以上后，化油器燃油經濟性更佳。

圖6 不同負荷下發動機穩態油耗Fig.6 The engine steady state oil consumption under different load

電噴系統對加速工況的控制有單獨的控制邏輯，基于標定MAP表的基本數據外，加速時會通過對節氣門位置傳感器對節氣門位置和節氣門轉速進行識別，然后由特定控制邏輯進行加速時的燃油供給補償，。對加速工況的控制更加合理。化油器加速工況時，由于燃油的慣性遠大于突然加快的空氣慣性，供給燃燒室的燃油量要比實際所需燃油量少，進入發動機燃燒室的混合氣空燃比較大，會出現瞬間混合氣過稀的情況，使發動機工作不正常。故化油器加速時的供油特性較惡劣。

圖7為瞬態工況時油耗曲線圖，實驗只針對加速工況。因為減速工況時電噴系統有減速斷油的控制邏輯，所以在減速時要電噴系統要比化油器具有更高的燃油經濟性。結合實驗所得油耗曲線，雖然光印電噴系統在加速工況時具有一定的優勢，但優勢不明顯，這是由于加速供油時電噴系統實行了燃油加濃措施，為了保障加速時過渡順暢，這部分燃油供應特性是合理的。

2 實驗綜合分析

結合Honda中國節能競技大賽賽道特點以及節能車變速比固定、離合器改裝特點等，全程需要在發動機低轉速、低扭矩條件下行駛，并參考大部分參賽車隊的節能車賽道駕駛邏輯，直道時全力加速至45km/h左右然后熄火滑行、連續彎道時采取過彎前加速滑行過彎措施，過上坡彎道時，采取輕加油低轉速過彎策略。駕駛策略相同的情況下，各種道路燃油供給的邏輯控制合理性顯得尤為重要，例如，在過直道時電噴系統在發動機低轉速情況下具有最高的燃油經濟性并且在加速工況時控制邏輯合理，過彎道時會有熄火滑行，電噴系統會進行斷油舉措，但化油器在熄火瞬間還會進行噴油，造成燃油浪費。綜合分析得出，電噴系統要比化油器供油方式更加適合于Honda中國節能競技大賽。

3 結束語

通過對比原機化油器、光印、益科電噴系統油耗實驗，得出電噴系統在節能車發動機起動、怠速、穩態、瞬態都具有完善的控制邏輯，化油器在發動機轉速較高時燃油經濟性較好，但在其他工況時供油特性較差，并且在Honda中國節能競技大賽中，發動機基本工作在低轉速狀態，光印電噴供油系統的燃油經濟性更好，且可通過參數的設置對發動機輸出特性進行實時更改。故更適用于Honda中國節能競技大賽。

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Experiment research of The WH125 engine oil supply plan and fuel consumption characteristics for Honda fuel-efficient car

Hao Yandong, Song Yong, Qin Jun, Lei Weiliang, Ma Xingwang, Xue Xiaoting, Kong Yufei
( College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Science and Technology, Shanxi Taiyuan 030024 )

Honda China eco mileage challenge is a competition, which in a bid to improve energy efficiency and create a conservation-minded society as the theme. In this paper, the experiment research was carried out on the oil supply ways of the WH125 engine and its gas-guzzling properties. What’s more, this article was based on the three energy saving car’s oil supply ways of Guang Yin EFI, Yi Ke EFI system and the original machine carburetor. And then, aiming at the above oil supply ways, the task performed some experiments in terms of the engine starting, idling, steady state and transient conditions. These efforts were prepared for proceeding scientific selection and comparison of the engine oil supply ways. Thus, the experiment concluded lots of oil supply characteristics towards the different working conditions of the WH125 engine. The experiment date were analyzed by the MATLAB software, and the result is shown that Guang Yin EFI system has a more logical and scientific control. It is also concluded that Guang Yin EFI has more appropriate control measures towards the engine cold machine, heat machine and fuel injection control of different external environment. As a result, Guang Yin EFI has the higher fuel economy than Yi Ke EFI and original machine carburetor.

Honda fuel-efficient car; EFI; fuel supply characteristics; experiment research

U469.6+96 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-15-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.19.007

郝艷東（1997-），男，山西忻州人，在讀本科生，專業車輛工程。

國家自然科學基金青年項目（51305288），太原科技大學博士啟動基金（20122050）。