Honda节能车WH125发动机供油方式及油耗特性实验研究

郝艳东，宋勇，秦军，雷伟梁，马兴旺，薛小婷，孔宇飞

（太原科技大学 机械工程学院，山西 太原 030024）

Honda节能车WH125发动机供油方式及油耗特性实验研究

郝艳东，宋勇，秦军，雷伟梁，马兴旺，薛小婷，孔宇飞

（太原科技大学 机械工程学院，山西 太原 030024）

Honda中国节能竞技大赛是一项以提高能源利用效率、创造节约型社会为主题的赛事。文章针对Honda节能车WH125发动机的供油方式及其耗油特性开展实验研究。对光印、益科电喷供油系统及原机化油器供油系统在发动机起动、怠速、稳态、瞬态等工况下的耗油特性进行了对比实验，获得了3种供油方式在WH125发动机不同工况下的耗油特性。对实验数据进行分析得，光印电喷系统对节能车发动机的调控更加精确、合理，对发动机冷机、热机及不同外界环境下的燃油喷射具有较为恰当的调控措施，与益科电喷和原机化油器供油系统相比，燃油经济性更高。

Honda节能车；电喷；供油特性；实验研究

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

引言

Honda节能竞技大赛是以提高社会的节能和环保意识为理念的一项赛事，近年来在各大高校、企业、社会团体中影响甚广，Honda节能车一直倡导节能、环保理念，符合如今环境现状。大赛要求参赛车辆统一搭载WH125汽油4冲程发动机，行驶速度在25km/h以上，并以赛车跑完整个赛程的最终油耗为评价成绩优劣的唯一指标。故如何降低节能车发动机的综合油耗成为决定比赛成绩优劣关键因素。由于发动机供油方式对赛车的综合油耗有着重要影响，因此本文针对节能车发动机主流供油方式：光印、益科电喷以及化油器开展供油方式及其耗油特性的实验研究，以期找出最为合理的供油方案。

1 光印、益科电喷与化油器的油耗实验研究

1.1 实验方法

本研究针对节能车WH125发动机的三种主流供油方式进行特定工况点的耗油特性对比实验研究，重点比较发动机处于不同工况点时各供油方式的燃油经济性。参考GB 15744-2008 《摩托车燃油消耗量限值及测量方法》国家标准、《汽车发动机试验学教程》实验标准，并结合节能车异于摩托车和汽车的特点，制定实验方案。

第一系列实验是针对发动机起动、怠速的油耗实验，在起动和怠速实验中，根据GBT 5363-2008 《摩托车和轻便摩托车发动机台架试验方法》中4.1和4.2节的要求，将发动机挂在空挡位置或者断开加载装置。起动实验时，从发动机开始点火时计量，直至可以稳定起动20s时停止计量油耗；怠速实验时，控制三种供油方式下发动机温度，怠速转速等一致的情况下稳定20s时间并同时从容积式实时油耗测量装置进行油耗测量。

第二系列针对发动机稳态、瞬态工况的实验中，用参考GBT 5363-2008 《摩托车和轻便摩托车发动机台架试验方法》标准搭建的试验台准确控制发动机运行在特定工况。稳态实验中，采用容积法测量燃油消耗量，需要预先测定燃油温度，不同供油方式下发动机稳态油耗为：

式中，FC为燃油消耗量（L/100 km），Q为测得的燃油消耗量（L），α为燃油体积膨胀系数（汽油为0.001 K-1），T0为标准温度（293 K），T为燃油温度（K），S为车辆试验中设定容积燃油行驶的距离（km）。

结合油耗测量装置的特点，式中S为4km时满足测量条件，通过测量式中Q来计算发动机稳态油耗；瞬态工况实验时需要加合理负载，并使发动机在低速工况运行15s后于0.3s内加速到高速工况运行15s，阶段性多次实验取油耗平均值，作为衡量加速工况下的油耗特性参数。

1.2 实验系统装置

本文设计的发动机油耗试验台如图1、图2所示，由WH125发动机、实验台架、油耗测量装置三部分组成，实验台架由加载装置、风冷系统、节气门控制装置，尾气处理系统等组成，用于固定并为发动机提供载荷；油耗测量装置包括油耗测量仪等部分。在对电喷系统进行实验时，试验台架还应包括发动机电喷供油系统的一系列传感器以及行车电脑（ECU）等部分。

图1 节能车发动机实验台架结构原理图Fig.1 The testing block structure schematic diagram of fuel-efficient engine

图2 节能车发动机油耗实验台架Fig.2 The fuel consumption testing block of fuel-efficient engine

实验用发动机为Honda节能车专用WH125发动机，表1为其基本技术参数。

表1 节能车WH125发动机技术参数

1.3 起动工况油耗实验及分析

在发动机缸温还在冷机状态（16℃）时，光印电喷系统首先通过发动机缸温传感器、进气温度传感器判断出发动机当前处于冷机状态，此时ECU将控制发动机喷油脉宽在首次点火时开启时间较长，然后通过标定完成的充气效率表随发动机转速及转速波动程度，通过内置的插值算法及PID算法对冷机起动进行合理调控，使起动工况的喷油量处于合适的量值。化油器冷机起动时，供给的燃油由于低温及进气负压小的原因呈现较大的液滴态，极易沾附在进气道壁上，从而使进入发动机燃烧室的混合气减少。为此化油器式发动机需要在冷机工况下通过阻风门调控机构与主供油系的配合，供应空燃比小的混合气，使发动机正常运转。实验结果证明光印电喷系统在冷机起动时燃油经济性更好。

电喷系统对于热机起动是依据提前标定的起动设置及稳态参数对喷油和点火提前角进行控制的，基于传感器测得发动机参数，通过ECU内部程序对参数进行分析，然后基于设置参数来合理控制喷油量。化油器式供油方式在充分热机之后，发动机起动较为顺畅供油逻辑也趋于合理，通过对阻风门以及怠速螺钉的合理调整，化油器热机起动时燃油消耗量与电喷供油系统迅速接近。但电喷系统具有更加完善且灵敏的控制逻辑，由图3可得在发动机冷机、热机状态，电喷系统供油方式燃油经济性均明显优于化油器供油方式。

图3 不同缸温下起动油耗Fig.3 The fuel consumption of engine starting at different cylinder temperature

1.4 怠速工况油耗实验及分析

电喷系统在冷机状态怠速时是基于充气效率MAP图来进行喷油脉宽控制的，试验中电喷系统均采用节气门曲轴转速模式来进行充气效率的实时判断，这种判断模式使电喷系统在发动机怠速工况时具有合理的供油控制逻辑，然后ECU通过对各传感器信号的判断，对怠速工况进行实时监测，使喷油量更精确合理。

化油器供油方式在怠速工况时通过怠速空气通道与怠速量孔完成基本怠速工况的燃油供应。由于控制滞后性严重，导致怠速供油时燃油存在浪费情况，图4为怠速油耗对比实验结果曲线，怠速油耗实验显示发动机在怠速工况时化油器供油方式较电喷系统燃油经济性较差。

图4 不同缸温下怠速油耗Fig.4 The idling fuel consumption at different cylinder temperature

1.5 稳态、瞬态油耗实验及结果分析

发动机稳态及瞬态的油耗是对供油方式控制逻辑与供油特性的最直接反应。发动机稳态油耗实验中，光印电喷系统是通过图5中基于节气门转速模式标定的基本喷油脉宽MAP图进行发动机的稳态工况燃油控制的，电喷系统通过一系列传感器对进气效率进行实时判断，结合上表标定的数据进行线性插值算法控制喷油脉宽，进而控制燃油供应量，另外配合缸温传感器、电压传感器以及窄带氧传感器进行喷油量的实时修正，电喷喷油脉宽公式为：

式中，tp为喷油脉宽（ms），Q为燃油需求总量（mL），VE为实际进气量与理论进气量质量比值，Pb为进气压力（kPa），K0为综合补偿系数，tp0为基本喷油脉宽(ms)。

图5 光印电喷充气效率Fig.5 The charging efficiency of Guang Yin EFI

根据实时修正的喷油脉宽使发动机工作在良好的情况下。益科电喷的喷油嘴功率大，反应灵敏程度差，导致运行过程中工作不稳定，使得燃油经济性较差。

化油器供油方式在发动机稳态工况时，化油器供油系统中仅主供油系工作，通过油门拉线对柱塞及针阀的调控来控制喉管腔空气流量和主喷嘴的截面积，进而控制供油量，在节气门开度较大时油耗较低。图6为发动机稳态油耗实验数据图，电喷系统在发动机转速较低时供油特性较好，发动机低速低扭时电喷系统燃油经济性更好，转速升高至5000rpm以上后，化油器燃油经济性更佳。

图6 不同负荷下发动机稳态油耗Fig.6 The engine steady state oil consumption under different load

电喷系统对加速工况的控制有单独的控制逻辑，基于标定MAP表的基本数据外，加速时会通过对节气门位置传感器对节气门位置和节气门转速进行识别，然后由特定控制逻辑进行加速时的燃油供给补偿，。对加速工况的控制更加合理。化油器加速工况时，由于燃油的惯性远大于突然加快的空气惯性，供给燃烧室的燃油量要比实际所需燃油量少，进入发动机燃烧室的混合气空燃比较大，会出现瞬间混合气过稀的情况，使发动机工作不正常。故化油器加速时的供油特性较恶劣。

图7为瞬态工况时油耗曲线图，实验只针对加速工况。因为减速工况时电喷系统有减速断油的控制逻辑，所以在减速时要电喷系统要比化油器具有更高的燃油经济性。结合实验所得油耗曲线，虽然光印电喷系统在加速工况时具有一定的优势，但优势不明显，这是由于加速供油时电喷系统实行了燃油加浓措施，为了保障加速时过渡顺畅，这部分燃油供应特性是合理的。

2 实验综合分析

结合Honda中国节能竞技大赛赛道特点以及节能车变速比固定、离合器改装特点等，全程需要在发动机低转速、低扭矩条件下行驶，并参考大部分参赛车队的节能车赛道驾驶逻辑，直道时全力加速至45km/h左右然后熄火滑行、连续弯道时采取过弯前加速滑行过弯措施，过上坡弯道时，采取轻加油低转速过弯策略。驾驶策略相同的情况下，各种道路燃油供给的逻辑控制合理性显得尤为重要，例如，在过直道时电喷系统在发动机低转速情况下具有最高的燃油经济性并且在加速工况时控制逻辑合理，过弯道时会有熄火滑行，电喷系统会进行断油举措，但化油器在熄火瞬间还会进行喷油，造成燃油浪费。综合分析得出，电喷系统要比化油器供油方式更加适合于Honda中国节能竞技大赛。

3 结束语

通过对比原机化油器、光印、益科电喷系统油耗实验，得出电喷系统在节能车发动机起动、怠速、稳态、瞬态都具有完善的控制逻辑，化油器在发动机转速较高时燃油经济性较好，但在其他工况时供油特性较差，并且在Honda中国节能竞技大赛中，发动机基本工作在低转速状态，光印电喷供油系统的燃油经济性更好，且可通过参数的设置对发动机输出特性进行实时更改。故更适用于Honda中国节能竞技大赛。

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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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-15-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.19.007

郝艳东（1997-），男，山西忻州人，在读本科生，专业车辆工程。

国家自然科学基金青年项目（51305288），太原科技大学博士启动基金（20122050）。