将闭环空燃比从 14.7 调节到 15.4 来获得更低的油耗表现——十代思域 + Hondata 的一次测试

2023-09-24

在一个名为「AFR 16」的小圈子中偶然看到「冬夏」提到了一个更稀的空燃比降低油耗的思路，打算为此进行验证。

申明：本文是对于 AF 以及一些相关的知识学习后的笔记，作为一个非车辆工程相关的人，部分文章内容可能并不正确，仅供参考。
我始终相信，在国内这个改装圈非常混乱，商家水平良莠不齐的情况下，人和车一起成长绝对比无脑花钱跟风改装更加有意义，于是，在此我记录下所有的改件和改后的效果，以及一些心得体会。

理论部分

对于汽油发动机而言，不同的空燃比会决定不同的燃烧特性，例如我们可以从下图中得到这么个曲线：

上图来源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ideal-stoichiometry.svg

但是一般来说我们会从各种地方得到 14.7:1 这个黄金 AF，但是结合上图可以看到 14.7 并不在 Best fuel economy 中。

我们从「汽油发动机稀薄燃烧NOx后处理系统试验研究」一文（链接见附录）中可以看到如下文字：

我们可以得到两个针对「厂商将 AF 设定到 14.7 而不是 15.4 或者更高」的初步猜测：

为了更好的动力表现
为了更好的排放表现
保护排气头段中的三元催化剂

我们知道氮氧化物的量是排放标准的指标之一，在国 6B 排放全面推行的 2023 年，对比国 6A 而言对于氮氧化物的限制从 60 mg/km 降低到了 35 mg/km。

我们来看另一个不同的空燃比对于排放的表现的图：

上图来源：https://www.researchgate.net/post/Is_there_any_mathematical_model_for_carbon_monoxide_amount_in_terms_of_air_to_fuel_ratio2
没有找到这个图具体在哪个论文中被使用过。

可以看到从 14 开始到 16 之间氮氧化物（绿线）达到了顶峰，或许可以印证上文中「为了更好的排放表现」的猜测，尤其是考虑到现代车辆的 ECU 程序是各种油耗/排放/同派系不同市场车型标定等各种妥协的产物。

所以在上面的理论部分我们可以得出一个初步结论：如果你不在意环保表现（或者说你不是汽车生产商），只是为了更好的油耗表现的话，那么应该将空燃比（其实这里更加准确的说法是——闭环状态下的空燃比）调节到接近 15.4。

实践部分

为了验证我们的理论是否正确，我们可以通过实验来进行，首先交代一下实验车辆：

十代两厢手动思域
2/3 箱 98 号汽油 + HKS 0W-20 机油
235/40/R18 的 AD09 轮胎，测试条件下胎温 25 度，前轮胎压 2.2，后轮胎压 2.3
测试道路：上海中环高架某处
测试天气：进气温度 30 度，中雨

由于有 Hondata ，我们可以很容易修改车辆的闭环 AF 值，原始设定如下：

可以看到原厂标定就是 14.7。

我们分别将这里的值修改为 15.4， 15.5 和 16 分别写入 ECU 进行测试：

出于安全考虑，Closed loop target lambda high load 的值没有被调整，因为高负载下稀空燃（比如高档位低转速稳定巡航的时候突然 tip-in 一脚油门，此时负载很高但是空燃比很稀）有更大的爆震风险。

测试方式为使用 ACC 定速巡航 70KM/h ，并保持 10+KM 的行驶里程以求获得一个相对准确的油耗数据。

当然，这里由于中环路也不是一个非常平的路面，且三次测试中降雨量和风速可能也有差异，这里主要作为一个定性对比而非严谨的定量对比。

AF 14.7

油耗为 4.8L/100KM

AF 15.4

油耗为 3.6L/100KM

AF 15.5

油耗为 3.9L/100KM

AF 16

油耗为 4.1L/100KM

从上面的可能包含误差的结果来看，将 AF 从 14.7 提升到 15.5 后油耗从 4.8L/100KM 下降到了 3.9L/100 KM，得到的数据比较符合「汽油发动机稀薄燃烧NOx后处理系统试验研究」一文中油耗 3.1%~10.1% 的提升。

总结表格如下：

AF	油耗（L/100KM）
14.7	4.8
15.4	3.6
15.5	3.9
16	4.1

一些题外话

这样的油耗数据意味着什么？

以我的车使用 98 号汽油，本文编写时上海 98 号汽油价格为 9.93 CNY/L 来看，在高速公路匀速巡航的时候，每 100KM 可以节省 (4.8-3.9)*9.93 = 8.937 CNY。

为什么厂商不这么做？这么做会有什么其他的问题？

这里我个人的想法有如下：

会导致更加高的氮氧化物排放
- 这个排放很可能让车辆没法通过国 6B 的排放限制（导致车辆无法上市），所以作为妥协的一个结果
会有更高的排气温度
- 在 Hondata 的文档 https://www.hondata.com/help/flashpro/index.html?closed_loop_parameters.htm 中有如下描述： Warning: Running leaner than stoichiometric (lambda 1, approx 14.6:1) will increase exhaust gas temperatures. For this reason it is not recommend to change these parameters for vehicles with catalysts.
  所以对于非直通头段的车来说更稀的 AF 会带来更高的排气温度，这个温度可能会对排气系统造成损伤（准确来说是头段里面的三元催化器）
可能会导致动力下降
- 如下图可以了解到，比 14.7 稍微浓一点的空燃可能可以提升些许动力，但是更稀的空燃会导致动力快速下降

上图来源： http://www.mummbrothers.com/SRF_Stuff/Secrets/Driveline/Air_Fuel.htm

我们作为消费者，在了解了原理和可能产生的副作用后，在这里可以有所取舍，然后得到我们想要的结果，毕竟这才是我们自己的车不是嘛？（而不是拿到手之后可以被厂商随意 OTA 和强奸各种奇怪功能的车）

调节时候遇到的趣事

发现在使用 Hondata 公版程序——即没有调节过上文截图中的 AF 表格的时候，Datalog 中 AFCMD（ECU 请求 AF）会一直抖动。

而调节了之后，AFCMD 相对就稳定了很多。

不确定这里是由于原车电脑 ECU 有啥额外的补偿，还是说 Hondata 的公版程序这里有什么 Bug 导致。

通过一点理论结合实际动手，是不是对你的车和内燃机的特性又有了更多的了解呢？

References

#Chinese #Hondata