汽車發(fā)動機(jī)出廠臺架測試燃料消耗淺析

摘 要：本文通過發(fā)動機(jī)實際測試過程中燃料消耗問題，結(jié)合管路密封方式的優(yōu)缺點，利用近似關(guān)系及數(shù)據(jù)分析的方法確定了燃料消耗的判定依據(jù)。

關(guān)鍵詞：燃料；消耗；泄漏；近似關(guān)系

引言

發(fā)動機(jī)出廠熱測試是必要且重要的一個環(huán)節(jié)，熱測試是發(fā)動機(jī)動力性與經(jīng)濟(jì)性的初步檢測；同時，熱測試在發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)成本中占有一定的份量，其中燃料消耗占有較重的比重。如果測試過程中存在泄漏、單臺用量超標(biāo)等問題，將對生產(chǎn)成本控制不利。

本文通過對實際生產(chǎn)過程，熱測試環(huán)節(jié)燃料消耗的過程監(jiān)控、問題及數(shù)據(jù)分析，對某型發(fā)動機(jī)的臺架燃料消耗進(jìn)行分析及驗證。為后續(xù)生產(chǎn)過程的燃料消耗控制提供依據(jù)。

1 發(fā)動機(jī)測試簡介

目前發(fā)動機(jī)測量臺架以自動控制臺架為主，國內(nèi)外有數(shù)家測試設(shè)備廠及研究所，如小野測試儀器公司、李斯特內(nèi)燃機(jī)及測試設(shè)備公司（AVL）、FEV發(fā)動機(jī)技術(shù)研究所、上海內(nèi)燃機(jī)研究所等。

1.1 發(fā)動機(jī)臺架介紹

發(fā)動機(jī)測試臺架裝置通常包括：試驗臺、測功裝置、燃料消耗量測量裝置、冷卻水供給系統(tǒng)、空氣消耗量測量裝置、排氣系統(tǒng)、操縱臺、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)等。

1.2 燃料消耗量測量裝置簡介

液體燃料消耗量的測量方法有：容積法、質(zhì)量法、流量法及流速法。常用容積法及重量法。汽油發(fā)動機(jī)通常用容積法，柴油發(fā)動機(jī)通常用質(zhì)量法。

式中：B-燃料消耗量（kg/h）；V-量瓶兩刻線之間的容積（ml）；？籽-燃料密度（g/ml）；t-液面通過兩刻線間所需時間（s）；W-燃料質(zhì)量（g）；b-燃油消耗率[g/（kw·h）]；P-功率（kW）

1.2.1 燃料消耗自動測量儀

重量法燃料消耗自動測量儀由燃料天平、控制器和電子計數(shù)器組成；采用一次平衡消除刀口摩擦誤差，采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)信號消除時間測量誤差。

式中： F-測功器讀數(shù)（kW）；L-測功器制動桿臂長（m）；U-時間間隔t（s）；W-燃料消耗量（kg）

1.2.2 燃料消耗自動測量儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見圖3）

2 燃料消耗問題

發(fā)動機(jī)生產(chǎn)過程中，測試環(huán)節(jié)的輔料消耗（包括燃料、防銹防凍液、潤滑油、壓縮空氣、冷凍水等）總量一直得不到有效的控制，其中燃料消耗比重大，且與產(chǎn)量沒有固定的關(guān)系，使得降低輔料消耗的工作難以開展。

2.1 臺架燃料供給及計量方式

我們所采用測試臺架燃料供給管路布置如下圖所示，燃料消耗統(tǒng)計以流量計月度數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)月產(chǎn)量計算單臺發(fā)動機(jī)燃料消耗，對此項進(jìn)行考核。

2.2 單臺燃料消耗數(shù)據(jù)收集

為了了解每臺發(fā)動機(jī)的燃料消耗，以及為后續(xù)問題的分析提供依據(jù)，我們對單臺發(fā)動機(jī)測試前后流量計數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，相減得出單臺發(fā)動機(jī)測試“記錄消耗”，下面是兩個機(jī)型按照各自的出廠檢測工況運行后，從臺架流量表讀取的燃料記錄消耗。

從上圖可以看出，燃料記錄消耗值波動性很大，并無規(guī)律可循，需要從實際測試過程及燃料消耗與單臺發(fā)動機(jī)的關(guān)系入手查找原因。

3 燃料消耗監(jiān)控及問題分析

對發(fā)動機(jī)臺架測試過程進(jìn)行為期三個月的燃油系統(tǒng)定向跟蹤，對燃油系統(tǒng)有無泄漏、測試工況運行是否正常以及發(fā)動機(jī)測試過程中是否存在影響燃料消耗的異常進(jìn)行跟蹤。

3.1 燃油系統(tǒng)有無泄漏及分析

測試前將燃料管路連接處用抹布檫干凈，在測試過程中及測試完成后對連接處進(jìn)行檢查。

檢查過程中發(fā)現(xiàn)，以臺架與發(fā)動機(jī)中間連接處（對接快插）為界，臺架一側(cè)管路除偶發(fā)性泄漏外，并無長期泄漏，定期檢查管路即可解決；發(fā)動機(jī)一側(cè)管路與發(fā)動機(jī)進(jìn)、回燃油孔連接處由于連接方式不合理，存在部分發(fā)動機(jī)不同程度的燃油泄漏，如圖7所示。

此問題需要對管路連接工裝進(jìn)行改進(jìn)，不需要重新制作。

3.2 測試工況運行是否正常

發(fā)動機(jī)生產(chǎn)測試工況采用統(tǒng)一編寫的自動程序，只要臺架外圍條件滿足程序設(shè)定要求，工況運行過程中不存在問題；但是仍然存在個別原因?qū)е碌耐鈬鷹l件不滿足，如早晨首臺測試，由于冷卻液溫度較低或其它原因，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熱機(jī)時間增加，如下圖所示。同時，由于測量失效導(dǎo)致的單個測量點需要重復(fù)測量等，加長某個測量點運行時間增加。均可導(dǎo)致測試實際運行時間的不一致。

3.3 發(fā)動機(jī)是否異常

發(fā)動機(jī)異常導(dǎo)致測試不合格或測試時間增加，如缺缸、爆管（發(fā)動機(jī)水、氣、油路）、發(fā)動機(jī)本體三漏等問題導(dǎo)致的測試異常，需要返修或檢修問題，均會導(dǎo)致燃料消耗浪費等。

4 燃料消耗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)的問題及分析，對漏點進(jìn)行處理后；重新采集發(fā)動機(jī)燃料消耗相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.1 發(fā)動機(jī)燃料消耗理論值近似代替

根據(jù)發(fā)動機(jī)運行過程中的實時記錄數(shù)據(jù)（固定間隔自動記錄測量數(shù)據(jù)），進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出燃料消耗與發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、扭矩及功率）的近似關(guān)系。利用此關(guān)系關(guān)系結(jié)合發(fā)動機(jī)實時運行數(shù)據(jù)計算出相關(guān)系數(shù)與間隔時間乘積，即為發(fā)動機(jī)實時近似燃油消耗量，全測試工況的近似燃油消耗之和即為單臺發(fā)動機(jī)近似燃油消耗量。

上述近似油耗指的發(fā)動機(jī)運行過程中消耗掉的，如果要與記錄油耗做對比，必須加長填充燃濾及發(fā)動機(jī)油道的消耗量。

4.2 發(fā)動機(jī)燃料消耗理論值驗證及判斷依據(jù)制定

根據(jù)以上得出的近似關(guān)系，對實際運行過程發(fā)動機(jī)進(jìn)行為期兩個月的驗證，理論油耗與記錄油耗差值在±8%，基本均布。根據(jù)以上結(jié)果，對發(fā)動機(jī)測試過程的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，即可得理論燃料消耗，將其與記錄消耗做對比，如差值在±8%，為可接受結(jié)果，如果超出這個公差范圍，則需要對發(fā)動機(jī)及臺架進(jìn)行泄漏檢查，以確定問題所在。同時，為了控制測試時間及規(guī)范化操作，我們按照燃料消耗近似關(guān)系系數(shù)，計算出理想測試工況（自動程序理論工況，非實際運行）的燃料消耗量及其分布。從圖中可以看出，熱機(jī)占有總油耗的1/4左右。并以此為依據(jù)對每臺測試結(jié)果進(jìn)行比較，如結(jié)果偏移較大，則需要檢查運行數(shù)據(jù)，確定問題所在。

5 總結(jié)

在了解發(fā)動機(jī)測試臺架及燃料消耗儀原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們臺架及發(fā)動機(jī)的實際情況。對我們在生產(chǎn)過程出現(xiàn)的燃料消耗超標(biāo)問題進(jìn)行調(diào)差及分析，最終通過逐一排除及理論分析；使用統(tǒng)計學(xué)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并使用數(shù)學(xué)近似代替方法取得燃料消耗的近似代替值，并與記錄值及理想測試油耗進(jìn)行比的方式，確定問題方向，便于問題分析及解決。

參考文獻(xiàn)

[1]朱仙鼎.內(nèi)燃機(jī)工程師手冊.上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000，8.

[2]AVL.AVL油耗儀操作手冊.AVL李斯特公司，2005，5.