發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測(cè)量系統(tǒng)誤差淺析

張申祥，王善強(qiáng)，丁磊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測(cè)量系統(tǒng)誤差淺析

張申祥，王善強(qiáng)，丁磊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測(cè)量系統(tǒng)中各影響因素分析，找出問(wèn)題點(diǎn)并制定對(duì)應(yīng)優(yōu)化方案，從而提高燃油消耗測(cè)量精度。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架；燃油消耗測(cè)量；誤差

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.040

CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-120-03

前言

隨著1.6L及以下節(jié)能環(huán)保汽車新政策、第四階段乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)指標(biāo)的陸續(xù)發(fā)布實(shí)施，國(guó)家的節(jié)能環(huán)保政策與法規(guī)日趨收緊，對(duì)油耗要求越來(lái)越嚴(yán)格。另外，油耗是消費(fèi)者用車過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注要素之一，也是汽車競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。而相對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測(cè)量的準(zhǔn)確性將直接影響著各種油耗測(cè)量驗(yàn)證開(kāi)發(fā)工作。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的油耗測(cè)量精度現(xiàn)狀

以某發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架其設(shè)備組成主要為AVL電力測(cè)功機(jī)臺(tái)架、735科里奧利質(zhì)量流量式油耗儀和753C燃油溫控設(shè)備，臺(tái)架整個(gè)燃油供給系統(tǒng)如圖1所示，此類臺(tái)架燃油供給系統(tǒng)在某發(fā)動(dòng)機(jī)同一穩(wěn)定工況下的10次油耗測(cè)量值誤差結(jié)果如表1所示。

圖1　發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測(cè)量系統(tǒng)

表1　同工況油耗測(cè)量誤差

從表1中可以得出，在臺(tái)架油耗測(cè)量過(guò)程中其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性還存在很大的問(wèn)題。

2、試驗(yàn)臺(tái)架影響油耗測(cè)量精度的主要因素

圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架燃油供給系統(tǒng)，其影響臺(tái)架油耗測(cè)量結(jié)果精度的主要因素如圖2所示，主要是有流量傳感器、密度傳感器油耗測(cè)量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，油耗測(cè)量系統(tǒng)中溫度變化帶來(lái)的能量沖擊影響誤差，油耗測(cè)量設(shè)備到發(fā)動(dòng)機(jī)之間儲(chǔ)存油路的變化影響誤差。如果想消除或者降低這些因素的干擾，則需從這幾個(gè)方面著手研究并進(jìn)行有效控制。

圖2　影響發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量的主要因素

3、影響油耗測(cè)量誤差因素分析及解決措施

根據(jù)上述影響發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架油耗測(cè)量精度的主要因素，針對(duì)這些因素將進(jìn)行各個(gè)問(wèn)題分析，并進(jìn)行針對(duì)性的影響因素規(guī)避或是處理：

1）針對(duì)流量傳感器和密度傳感器油耗測(cè)量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，考查國(guó)際市場(chǎng)上存在的所有油耗測(cè)量原理的油耗儀分別作對(duì)比，然后找出適合試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)量需求的油耗儀類型；

2）精確分析燃油溫度變化引起燃油能量變化帶來(lái)的能量沖擊對(duì)油耗測(cè)量精度的影響，可采用高精度燃油溫控設(shè)備來(lái)控制燃油進(jìn)油溫度來(lái)規(guī)避此問(wèn)題；

3）分析從油耗儀設(shè)備到發(fā)動(dòng)機(jī)這段存儲(chǔ)油路帶來(lái)的燃油消耗測(cè)量誤差原因，利用管路建設(shè)和壓力、溫度傳感器的布置等技術(shù)方法來(lái)分析控制。

3.1 油耗儀本事精度影響因素分析

考查市場(chǎng)現(xiàn)有各種測(cè)量原理類型的油耗測(cè)量設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)。

表2　不同類型測(cè)量原理油耗儀精度優(yōu)缺點(diǎn)

從表2中可以得出，活塞式是比較老的測(cè)量技術(shù)現(xiàn)在已淘汰，科里奧利原理的油耗儀由于其測(cè)量原理是采用振動(dòng)式測(cè)量原理，測(cè)量量程比較單一，量程偏大，需要固定牢固以避免振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生的影響，在低油耗量測(cè)量（≤10kg/h）時(shí)，燃油消耗量小，流量小振動(dòng)不明顯易受外界環(huán)境因素干擾大，在低油耗量測(cè)量時(shí)易產(chǎn)生波動(dòng)，從而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。

圖3　兩種齒輪體積流量式原理比較

從圖3中可以看出，主動(dòng)齒輪式（圖右邊）因其采用伺服電機(jī)來(lái)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪來(lái)補(bǔ)償由燃油帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力損失，這樣可促使測(cè)量不受壓損所影響，同時(shí)具有可選測(cè)量范圍多的特性，保證不同測(cè)量范圍下的精度要求，且不受外界環(huán)境因素如臺(tái)架振動(dòng)、溫濕度等影響，所以建議選用此測(cè)量原理的油耗儀。

3.2 燃油溫度變化影響分析

發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗測(cè)量系統(tǒng)，主要燃油從進(jìn)入油耗儀、經(jīng)過(guò)燃油溫控系統(tǒng)、在經(jīng)過(guò)壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和進(jìn)油溫度、壓力測(cè)量后進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)參加燃燒，如圖1所示。

從圖1中可以看出從油耗儀出來(lái)到發(fā)動(dòng)機(jī)之間是一段儲(chǔ)油空間，此段儲(chǔ)油空間在測(cè)量油耗時(shí)將充滿油，如果在測(cè)量過(guò)程中此段空間內(nèi)燃油溫度發(fā)生變化則對(duì)油耗測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。下面來(lái)研究下溫控變化造成的能量沖擊對(duì)油耗測(cè)量的影響。

根據(jù)流體力學(xué)有在一段充滿液體的體積，此固定體積在溫控變化產(chǎn)生的能量沖擊將發(fā)生變化，一旦體積發(fā)生變化其油耗測(cè)量的體積流量或者質(zhì)量流量也將跟著溫度和能量變化而變化。

式中：β是液體的體膨脹系數(shù)，℃-1，Vt是體積變化量，L/min；V0是液體體積，L；t是溫度變化量，℃/min。

式中：Q是液體的能量變化，J；C是液體的比熱容，J/(kg﹒℃)；m是液體的質(zhì)量，kg；ρ是液體的密。

如果是汽油（常溫下）則有：

β=0.00095℃-1，C=2060 J/(kg﹒℃)，ρ=0.733kg/L。

所以可以得出對(duì)于2L的汽油，其溫度變化產(chǎn)生能量沖擊對(duì)液體流量的影響：

表3　溫度變化對(duì)燃油流量的影響

從上表中可以得出很小的溫度變化都會(huì)對(duì)實(shí)際油耗量產(chǎn)生影響，特別是在油耗量值很小時(shí)此能量沖擊對(duì)測(cè)量精度的影響會(huì)更大。所以要保持很好的流量測(cè)量精度控制，其溫度變化越小越好。

3.3 儲(chǔ)存油路對(duì)油耗測(cè)量精度的影響分析

從3.2中得出溫度變化的能量沖擊其實(shí)也是對(duì)油耗儀到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的儲(chǔ)存油路的燃油體積產(chǎn)生變化而產(chǎn)生的影響，而此節(jié)中將優(yōu)化此段儲(chǔ)存油路以盡可能的降低此儲(chǔ)存油路因燃油流動(dòng)中體積變化對(duì)油耗測(cè)量精度的影響。

此段油路如果剛開(kāi)始搭建的不好，將造成燃油在流經(jīng)此段管路中將產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)生的氣泡將會(huì)改變?nèi)加腕w積和質(zhì)量，對(duì)燃油測(cè)量造成很大困擾。因此只能從儲(chǔ)油管路中下手，降低燃油在儲(chǔ)油管路中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣泡。燃油管路中產(chǎn)生氣泡主要因素為燃油在循環(huán)中不順暢導(dǎo)致的，主要有直接拐彎、轉(zhuǎn)接頭、接入的溫度傳感器和壓力傳感器、管路太長(zhǎng)、采用的易變形狀的橡膠軟管等都會(huì)容易產(chǎn)生氣泡。

優(yōu)化方案建議如下：

1）采用移動(dòng)式油耗儀，將油耗儀直接放置在發(fā)動(dòng)機(jī)邊上且靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油口的位置，盡量的減少油耗儀到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的儲(chǔ)油管路；

2）儲(chǔ)油管路采用統(tǒng)一口徑大小的不銹鋼管，不使用轉(zhuǎn)接頭來(lái)拐彎且盡量避免直角拐彎，如果確實(shí)需要?jiǎng)t采用平順的方式；

3）儲(chǔ)油管路會(huì)接有燃油壓力調(diào)節(jié)閥和壓力傳感器，其接法應(yīng)采用如下圖所示方式：

圖4　燃油壓力調(diào)壓閥和壓力傳感器接法

4）在儲(chǔ)油管路周圍包裹上保溫材料，以避免外界溫度變化對(duì)油路內(nèi)燃油溫度的影響。

另外在穩(wěn)定工況，可采用延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間的方式來(lái)降低燃油中氣泡對(duì)測(cè)量精度的影響。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述的優(yōu)化方案后的油耗測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，驗(yàn)證方法及結(jié)果如下所述。

1）測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)驗(yàn)證：不帶發(fā)動(dòng)機(jī)，油耗測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，油耗儀本身的精度驗(yàn)證采用零點(diǎn)漂移法，零點(diǎn)漂移法即在沒(méi)有任何燃油消耗的情況下，測(cè)量油耗10組以上數(shù)值，如果偏差在其精度允許范圍內(nèi)說(shuō)明滿足精度要求；燃油溫控的控制精度，則通過(guò)一質(zhì)量良好的溫度傳感器測(cè)量溫控后的燃油溫度（設(shè)定溫度22℃），并測(cè)量10次以上并取平均值，此每次測(cè)量值的偏差都控制在精度范圍以內(nèi)即可。其驗(yàn)證結(jié)果如下圖示。

圖5　燃油消耗測(cè)試系統(tǒng)零點(diǎn)和溫控結(jié)果

測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)驗(yàn)證：通過(guò)一狀態(tài)良好的發(fā)動(dòng)機(jī)，在保證外界條件不變的情況下且保持發(fā)動(dòng)機(jī)在某一穩(wěn)定工況（3000rpm/60Nm），發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行10h，每隔10分鐘測(cè)量一次油耗，對(duì)所有測(cè)量結(jié)果取平均值，每組測(cè)量結(jié)果與其平均值最大偏差為0.39%，如圖6所示。

圖6　燃油消耗測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定工況測(cè)試結(jié)果

5、總結(jié)

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)影響發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量結(jié)果精度的各主要因素分析，并制定相應(yīng)的解決措施方法，通過(guò)油耗儀選型、進(jìn)油溫度精確控制、減少輸油管路并優(yōu)化搭建、采用移動(dòng)式油耗儀盡最大方式縮短進(jìn)油管路等方式，可以很好的減少和降低油耗測(cè)量系統(tǒng)各項(xiàng)誤差，為更精準(zhǔn)的油耗測(cè)量提供了保障。

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中圖分類號(hào)：U467.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-120-03

作者簡(jiǎn)介：張申祥，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)研究院。

Error analysis on the engine test-bed fuel consumption measurement system

Zhang Shenxiang, Wang Shanqiang, Ding Lei
( Anhui Jianghuai Automobile CO., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:Analysis on the engine test-bed various influencing factors of fuel consumption measurement system, find out problems point and formulate corresponding optimization scheme, so as to improve fuel consumption measurement precision.

Keywords:engine test-bed; fuel consumption measurement; error