愛華網(wǎng)???? 中國節(jié)能競技大賽在國內(nèi)已成功舉辦五屆。比賽要求參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、制作、駕駛一輛符合比賽技術(shù)規(guī)則的節(jié)能競技賽車，以不低于25Km/h的平均速度行駛規(guī)定的里程，計(jì)量燃油消耗量作為比賽的最終成績。比賽要求各參賽團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一使用HONDA wh125-6發(fā)動(dòng)機(jī)。該機(jī)排量為104.4mL,壓縮比為10.5:1，采用滾子氣門搖臂、偏心曲軸、螺旋進(jìn)氣道、雙火花塞分時(shí)點(diǎn)火技術(shù)，最低燃油消耗率為260g/(Kw·h)。 為達(dá)到最佳燃油消耗率，比賽中節(jié)能車的行駛策略為：車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引下駛出起點(diǎn)加速到大約45Km/h,發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，車輛無驅(qū)動(dòng)狀態(tài)滑行至17Km/h后發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)牽引車輛至45Km/h，（點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)刻和熄火時(shí)的車輛運(yùn)行速度以具體賽道策略為準(zhǔn)），如此循環(huán)14次完成大約11Km的賽程[1]。 發(fā)動(dòng)機(jī)的火過程如下：當(dāng)前車速達(dá)到賽道策略指定的速度時(shí)車手手動(dòng)按下熄火開關(guān)，并迅速松開油門使供油柱塞降到最低，ECU檢測到開關(guān)信號，控制離合器分離，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)軸的能量傳遞，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在飛輪慣性的作用下逐漸減速。在此時(shí)間段內(nèi)化油器無法停止供油，在每次熄火過程中一部分燃油被吸入氣缸內(nèi)但不做功，導(dǎo)致燃油消耗量增加。因此本文針對熄火工況中的燃油消耗量進(jìn)行數(shù)理分析和實(shí)車測試實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)開發(fā)出一套熄火工況自動(dòng)斷油裝置，比賽結(jié)果表明該系統(tǒng)控制過程精確、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、節(jié)油效果明顯、顯著提升團(tuán)隊(duì)比賽成績。 1.熄火工況供油策略分析 節(jié)能競技賽車熄火工況供油系統(tǒng)主要經(jīng)歷三個(gè)階段：第一階段，按下熄火開關(guān)至柱塞高度降到最低。車手按下熄火開后經(jīng)過人的正常生理反應(yīng)時(shí)間t1后松開油門，柱塞受柱塞彈簧的彈力，克服線管及其它附件的阻力經(jīng)時(shí)間t2后下落至最低。相關(guān)文獻(xiàn)[2]表明t1=0.11-0.16S,t2由實(shí)驗(yàn)人員測得。 第二階段，柱塞處于最低狀態(tài)至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 降為0。供油柱塞處于最低狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)速度由上一節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)速經(jīng)時(shí)間t3至停止運(yùn)轉(zhuǎn)。t3不易直接測量，但實(shí)驗(yàn)人員可以測得松開油門至發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的總時(shí)間t2,3,即 t2,3=t2+t3。 經(jīng)分析熄火過程中的燃油消耗量m計(jì)算方法為： m=ot1+t2BhT,nTdT+B0n0?t1+t2t2,3+t1nTdT （1） 以按下熄火開關(guān)時(shí)刻為T=0，用nT表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間T變化的函數(shù)，hT表示柱塞高度隨時(shí)間T變化的函數(shù)，通過臺(tái)架試驗(yàn)測得燃油消耗量BhT,nT曲線。B0為怠速燃油消耗量，n0為怠速轉(zhuǎn)速。該發(fā)動(dòng)機(jī)供油量僅取決于喉管出氣體流動(dòng)狀態(tài)，因此熄火后t2時(shí)間段內(nèi)燃油消耗量與發(fā)動(dòng)機(jī)在該時(shí)刻對應(yīng)nT和hT下正常工作時(shí)相等。但是當(dāng)柱塞高度接近最低前某一時(shí)刻Tc時(shí)臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)在空載下還不能滿足此時(shí)對應(yīng)的nTc，則該階段Tc時(shí)刻后取 BhT,nT≈B0?nTn0。t3時(shí)間段柱塞降至最低，充量系數(shù)基本不變，視每循環(huán)進(jìn)入氣缸充量相等，燃油消耗總量為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行總循環(huán)數(shù)與怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)供油量的乘積。 柱塞下落過程時(shí)間t2和柱塞開始下落至發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)過程時(shí)間t2,3由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行等進(jìn)度10次測量取平均值，結(jié)果如表1示。 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火工況，轉(zhuǎn)速nT和柱塞高度hT均為線性遞減至零 [3]，因此已知每個(gè)過程經(jīng)歷的時(shí)間和初始條件即可得到如下函數(shù)關(guān)系： 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)刻轉(zhuǎn)速即n0=60v2πr·i
其中 車速 v=45Km/h=12.5m/s 車輪半徑 r=0.25m 整車傳動(dòng)比 i=8.3 計(jì)算得 n0=3800r/min 可得 nT=3800-1131T 0≤T≤3.36 （2） hT=40% , &T<0.13 1000.460-0.465T% 0.13≤T≤0.99 （3） B0、n0 、Tc及BhT,nT曲線由發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)制得，首先起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)至工作狀態(tài)穩(wěn)定，在怠速工況下測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n0和燃油消耗量B每組數(shù)據(jù)測量10次剔除可疑測量數(shù)據(jù)后取平均值。記錄當(dāng)時(shí)燃油密度及空氣溫度、濕度、大氣壓力。 發(fā)動(dòng)機(jī)在不加載的工況下緩慢提升柱塞高度,根據(jù)函數(shù)（2）和（3）可知對應(yīng)nTˊh 當(dāng)轉(zhuǎn)速n≥nTˊh則Tc=Tˊh。試驗(yàn)結(jié)果如表3示 然后分別取在 T=k·Tc8 k=0,1,2,···9 時(shí)刻對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nT和柱塞高度hT進(jìn)行試驗(yàn)，測得該工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量B, 每組數(shù)據(jù)測三次有效數(shù)據(jù)取平均值，當(dāng)T≥Tc時(shí)取BhT,nT=B0?nTn0。試驗(yàn)結(jié)果如圖1示： 圖 1 熄火后燃油消耗量變化曲線 由上圖可知，熄火工況燃油消耗量隨時(shí)間近似線性變化，經(jīng)擬合得 B = -0.3921T + 0.6433 綜合公式（1）、（2）、（3）可得熄火工況燃油消耗量m為： m=o0.99-0.3921T+0.64333.6dT+0.09×603.6×850?0.993.363800-1131T60dT 得 m=0.2132g或V=mρ=0.2824mL 在比賽過程中共有14次熄火過程，由該問題導(dǎo)致的燃油浪費(fèi)總量 m總=14×m=2.9848g 2.熄火斷油裝置設(shè)計(jì) 圖 2 燃油阻斷裝置 1 密封圈；2 電磁補(bǔ)氣閥；3補(bǔ)氣孔；4端蓋；5 限位銷及槽；6電機(jī) 針對以上情況，設(shè)計(jì)開發(fā)了可以在熄火瞬間阻斷燃油供給系統(tǒng)(上圖2)。ECU采集熄火開關(guān)信號，當(dāng)按下熄火開關(guān)時(shí)，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉氣缸與化油器的連接，同時(shí)補(bǔ)氣閥打開，使空氣經(jīng)補(bǔ)氣閥順利進(jìn)入到氣缸內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)氣閥斷電。裝置設(shè)置限位銷和限位槽保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)裝置不產(chǎn)生阻力,且熄火時(shí)完全阻斷氣流。 3.實(shí)車對比試驗(yàn) 試驗(yàn)場地為標(biāo)準(zhǔn)塑膠跑道，每6 圈記錄1 次（每圈400m），期間共加速4次。對比賽車在有、無熄火斷油系統(tǒng)的燃油消耗量如表4、表5示： 表4熄火斷油系統(tǒng)不工作實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù) 對比試驗(yàn)結(jié)果表明，參賽車輛加裝燃油阻斷裝置后燃油消耗量降低1.1mL，平均每次加速節(jié)油0.275mL，與理論分析結(jié)果V=0.2824mL誤差在2.6%左右。整個(gè)比賽過程中，車輛采用熄火斷油控制策略可節(jié)省燃油16.9%，節(jié)油效果明顯。 本文對HONDA wh125-6發(fā)動(dòng)機(jī)熄火工況的燃油消耗量進(jìn)行了理論分析計(jì)算與實(shí)車道路試驗(yàn)，建立了熄火燃油消耗率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。設(shè)計(jì)開發(fā)了熄火燃油阻斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制過程精確、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、節(jié)油效果明顯、顯著提升團(tuán)隊(duì)比賽成績。 參考文獻(xiàn) [1]夏曉坤,顏伏伍等.降低節(jié)能車燃油消耗量的研究(1)[J].摩托車技術(shù),2008.10 [2]王 忠,歷寶錄,馬淋軍等.柴油機(jī)整機(jī)與零部件機(jī)械損失的評價(jià)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)分析[J].中國機(jī)械工程,2006,17
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