發(fā)動機試驗臺架油耗測量系統(tǒng)誤差淺析

張申祥，王善強，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)動機試驗臺架油耗測量系統(tǒng)誤差淺析

張申祥，王善強，丁磊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：通過發(fā)動機試驗臺架油耗測量系統(tǒng)中各影響因素分析，找出問題點并制定對應(yīng)優(yōu)化方案，從而提高燃油消耗測量精度。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機試驗臺架；燃油消耗測量；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價指標的陸續(xù)發(fā)布實施，國家的節(jié)能環(huán)保政策與法規(guī)日趨收緊，對油耗要求越來越嚴格。另外，油耗是消費者用車過程中重點關(guān)注要素之一，也是汽車競爭的關(guān)鍵點。而相對應(yīng)的發(fā)動機試驗臺架油耗測量的準確性將直接影響著各種油耗測量驗證開發(fā)工作。

1、發(fā)動機試驗臺架的油耗測量精度現(xiàn)狀

以某發(fā)動機試驗臺架其設(shè)備組成主要為AVL電力測功機臺架、735科里奧利質(zhì)量流量式油耗儀和753C燃油溫控設(shè)備，臺架整個燃油供給系統(tǒng)如圖1所示，此類臺架燃油供給系統(tǒng)在某發(fā)動機同一穩(wěn)定工況下的10次油耗測量值誤差結(jié)果如表1所示。

圖1　發(fā)動機試驗臺架油耗測量系統(tǒng)

表1　同工況油耗測量誤差

從表1中可以得出，在臺架油耗測量過程中其測量結(jié)果的準確性還存在很大的問題。

2、試驗臺架影響油耗測量精度的主要因素

圖1所示的發(fā)動機試驗臺架燃油供給系統(tǒng)，其影響臺架油耗測量結(jié)果精度的主要因素如圖2所示，主要是有流量傳感器、密度傳感器油耗測量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，油耗測量系統(tǒng)中溫度變化帶來的能量沖擊影響誤差，油耗測量設(shè)備到發(fā)動機之間儲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，則需從這幾個方面著手研究并進行有效控制。

圖2　影響發(fā)動機油耗測量的主要因素

3、影響油耗測量誤差因素分析及解決措施

根據(jù)上述影響發(fā)動機臺架油耗測量精度的主要因素，針對這些因素將進行各個問題分析，并進行針對性的影響因素規(guī)避或是處理：

1）針對流量傳感器和密度傳感器油耗測量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，考查國際市場上存在的所有油耗測量原理的油耗儀分別作對比，然后找出適合試驗臺架測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的能量沖擊對油耗測量精度的影響，可采用高精度燃油溫控設(shè)備來控制燃油進油溫度來規(guī)避此問題；

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

3.1 油耗儀本事精度影響因素分析

考查市場現(xiàn)有各種測量原理類型的油耗測量設(shè)備優(yōu)缺點。

表2　不同類型測量原理油耗儀精度優(yōu)缺點

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

圖3　兩種齒輪體積流量式原理比較

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

3.2 燃油溫度變化影響分析

發(fā)動機的油耗測量系統(tǒng)，主要燃油從進入油耗儀、經(jīng)過燃油溫控系統(tǒng)、在經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)和進油溫度、壓力測量后進入到發(fā)動機參加燃燒，如圖1所示。

從圖1中可以看出從油耗儀出來到發(fā)動機之間是一段儲油空間，此段儲油空間在測量油耗時將充滿油，如果在測量過程中此段空間內(nèi)燃油溫度發(fā)生變化則對油耗測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。下面來研究下溫控變化造成的能量沖擊對油耗測量的影響。

根據(jù)流體力學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。

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

表3　溫度變化對燃油流量的影響

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

3.3 儲存油路對油耗測量精度的影響分析

從3.2中得出溫度變化的能量沖擊其實也是對油耗儀到發(fā)動機之間的儲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)化此段儲存油路以盡可能的降低此儲存油路因燃油流動中體積變化對油耗測量精度的影響。

此段油路如果剛開始搭建的不好，將造成燃油在流經(jīng)此段管路中將產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)生的氣泡將會改變?nèi)加腕w積和質(zhì)量，對燃油測量造成很大困擾。因此只能從儲油管路中下手，降低燃油在儲油管路中流動時產(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、采用的易變形狀的橡膠軟管等都會容易產(chǎn)生氣泡。

優(yōu)化方案建議如下：

1）采用移動式油耗儀，將油耗儀直接放置在發(fā)動機邊上且靠近發(fā)動機進油口的位置，盡量的減少油耗儀到發(fā)動機之間的儲油管路；

2）儲油管路采用統(tǒng)一口徑大小的不銹鋼管，不使用轉(zhuǎn)接頭來拐彎且盡量避免直角拐彎，如果確實需要則采用平順的方式；

3）儲油管路會接有燃油壓力調(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）在儲油管路周圍包裹上保溫材料，以避免外界溫度變化對油路內(nèi)燃油溫度的影響。

另外在穩(wěn)定工況，可采用延長測量時間的方式來降低燃油中氣泡對測量精度的影響。

4、試驗驗證

根據(jù)上述的優(yōu)化方案后的油耗測量系統(tǒng)進行靜態(tài)驗證和動態(tài)驗證，驗證方法及結(jié)果如下所述。

1）測試系統(tǒng)靜態(tài)驗證：不帶發(fā)動機，油耗測試系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，油耗儀本身的精度驗證采用零點漂移法，零點漂移法即在沒有任何燃油消耗的情況下，測量油耗10組以上數(shù)值，如果偏差在其精度允許范圍內(nèi)說明滿足精度要求；燃油溫控的控制精度，則通過一質(zhì)量良好的溫度傳感器測量溫控后的燃油溫度（設(shè)定溫度22℃），并測量10次以上并取平均值，此每次測量值的偏差都控制在精度范圍以內(nèi)即可。其驗證結(jié)果如下圖示。

圖5　燃油消耗測試系統(tǒng)零點和溫控結(jié)果

測試系統(tǒng)動態(tài)驗證：通過一狀態(tài)良好的發(fā)動機，在保證外界條件不變的情況下且保持發(fā)動機在某一穩(wěn)定工況（3000rpm/60Nm），發(fā)動機持續(xù)運行10h，每隔10分鐘測量一次油耗，對所有測量結(jié)果取平均值，每組測量結(jié)果與其平均值最大偏差為0.39%，如圖6所示。

圖6　燃油消耗測試系統(tǒng)穩(wěn)定工況測試結(jié)果

5、總結(jié)

在對發(fā)動機試驗臺架內(nèi)影響發(fā)動機油耗測量結(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，通過油耗儀選型、進油溫度精確控制、減少輸油管路并優(yōu)化搭建、采用移動式油耗儀盡最大方式縮短進油管路等方式，可以很好的減少和降低油耗測量系統(tǒng)各項誤差，為更精準的油耗測量提供了保障。

參考文獻

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中圖分類號：U467.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-120-03

作者簡介：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)動機試驗開發(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