基于全流稀釋采樣法的重型車底盤測功機等速油耗測量

趙少齋

摘 要：燃料經(jīng)濟性作為汽車的重要性能指標之一，一直是汽車技術研究人員研究的重點。汽車的等速油耗性能是汽車的一項重要油耗性能，是分析汽車燃料經(jīng)濟性的重要參數(shù)。為了得到汽車的等速油耗性能，我們按照所需測量的速度編制相對應速度-時間駕駛曲線，用底盤測功機模擬車輛道路受力情況，基于全流稀釋采樣法采集排放尾氣，用碳平衡法通過測量稀釋尾氣中的HC、CO和CO2氣體濃度，測量出不同速度下的等速油耗性能。

關鍵詞：等速油耗 CVS-CFV 全流稀釋采樣 碳平衡法

Constant-speed Fuel Consumption Measurement of Heavy-duty Vehicle Chassis Dynamometer Based on Full-flow Dilution Sampling Method

Zhao Shaozhai

Abstract：As one of the important performance indicators of automobiles， fuel economy has always been the focus of research by automobile technology researchers. The constant velocity fuel consumption performance of a car is an important fuel consumption performance of a car and an important parameter for analyzing the fuel economy of a car. In order to obtain the constant speed fuel consumption performance of the car， we compile the corresponding speed-time driving curve according to the required measured speed， use the chassis dynamometer to simulate the vehicle road stress， collect the exhaust gas based on the full-flow dilution sampling method， and? measure the concentration of HC， CO and CO2 in the diluted exhaust gas， using carbon balance， so as to measure the constant velocity fuel consumption performance at different speeds.

Key words：constant velocity fuel consumption， CVS-CFV full-flow dilution sampling， carbon balance method

燃料經(jīng)濟性測試，除國家標準法規(guī)GB/T27840-2001規(guī)定的C-WTVC工況油耗試驗外，為了得到一些重要工況點的油耗性能，往往還需要自行設計開發(fā)試驗。由于道路上實測汽車等速油耗時，很容易受到路況差異、天氣影響等因素干擾，因此我們選擇在室內(nèi)替代道路試驗。

1 底盤測功機原理

底盤測功機的轉(zhuǎn)鼓滾筒連接交流電機，工作時，汽車固定在鼓面上，保持不動，轉(zhuǎn)鼓運動，保證轉(zhuǎn)鼓的運動能夠等效于汽車在道路上的運動狀態(tài)。如圖1所示。

基于車輛在道路和測功機上不同，測功機不但需要模擬道路上的外部阻力，還需要模擬汽車的慣量。在這里，我們需要引入一個等效慣量的概念。慣量為m的汽車在道路上行駛，等效于汽車固定不變，驅(qū)動輪帶動一個等效旋轉(zhuǎn)慣量為m的物體在原地轉(zhuǎn)動。但由于轉(zhuǎn)鼓的的等效旋轉(zhuǎn)慣量往往是和汽車慣量是不一致的，再額外模擬一個隨速度變化的變力F慣，使轉(zhuǎn)鼓在受到汽車驅(qū)動輪施加力的情況下的運動狀態(tài)和等效旋轉(zhuǎn)慣量和汽車慣量一致的旋轉(zhuǎn)物體的運動狀態(tài)一致。

2 CVS-CFV全流稀釋系統(tǒng)原理

通過CVS-CFV全流稀釋系統(tǒng)采集汽車產(chǎn)生的尾氣，通過日本Horiba公司生產(chǎn)的MEXA-7000系列排放分析儀測量尾氣成分，實現(xiàn)試驗車輛的瞬態(tài)排放污染物測量，如圖2。

CFV臨界文丘里管測量原理：滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在文丘里管喉頸處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在文丘里管喉頸前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。當文丘里管抽氣負荷逐漸增大，文丘里管內(nèi)流速會逐漸不斷臨近音速，利用這一原理，可以通過在文丘里管后連接一個較大功率的泵（或抽氣風機），讓管道流量保持穩(wěn)定。

CVS（稀釋檢測）原理：CVS方式是指：將全部廢氣導入CVS裝置，使用稀釋空氣進行稀釋。通過一定容量的風機抽氣，使得恒定流量的稀釋廢氣通過CFV（文丘里管）。廢氣流量和稀釋空氣流量的和是恒定的，廢氣的流量增加的話，空氣的流量也就相應的減少。

3 等速油耗實驗方法

汽車的燃油經(jīng)濟性常用等速工況下汽車行駛百公里油耗來衡量。等速行駛百公里油耗是評價汽車燃油經(jīng)濟性的常用指標，其值越大，燃油經(jīng)濟性越差：反之，燃油經(jīng)濟性越好。以下以某型GVM為6000kg卡車為例，進行說明。

3.1 等速油耗試驗步驟

（1）首先，在控制電腦上編制好等速油耗曲線。測量10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h等速下油耗，擬制試驗駕駛曲線，考慮到司機駕駛時需穩(wěn)定到等速，因此在每一段勻速段前后分別增加10s的穩(wěn)定時間，等速油耗測量采用第10s到第130s的120s數(shù)據(jù)。在試驗主控系統(tǒng)中，錄入駕駛曲線，并做好其他設置。

（2）車輛預熱并進行底盤測功機阻力匹配并加載，充分預熱車輛。

（3）排放設備準備標定等，排放分析儀讀取背景空氣濃度。

（4）開始試驗，并根據(jù)之前錄入的駕駛曲線完成等速油耗試驗。

（5）記錄試驗過程中排放分析儀測量數(shù)據(jù)，并將試驗數(shù)據(jù)導出。

3.2 等速油耗計算分析

（1）根據(jù)試驗過程中排放分析儀測量的每秒排氣各組分濃度，計算每秒的稀釋比。

式中：CO2e：稀釋排氣中測量得到的CO2濃度，單位%，HCe：稀釋排氣中測量得到的HC濃度，單位ppm，COe：稀釋排氣中測量得到的CO濃度，單位ppm

（2）按照下式，使用背景空氣濃度來修正稀釋排氣中各組分的濃度：

式中：CO2d：背景空氣中測量得到的CO2濃度，單位%;HCd：背景空氣中測量得到的HC濃度，單位ppm;COd：背景空氣中測量得到的CO濃度，單位ppm。

（3）根據(jù)修正后的稀釋排氣污染物的濃度和CVS流量，計算每秒的廢氣各組分質(zhì)量。

式中：Vmix：折算到標準狀態(tài)下（273.2K，101.33kpa）的稀釋排氣流量，單位L/s;QHC：標準狀態(tài)下，HC的密度，0.619g/L;QCO：標準狀態(tài)下，CO的密度，1.25g/L;QCO2：標準狀態(tài)下，CO2的密度，1.96g/L。

（4）根據(jù)計算得的廢氣各組分質(zhì)量和燃油密度ρ（本文中，柴油密度取0.8312g/L），采用質(zhì)量碳平衡法計算每秒的燃料消耗量。

式中：HCmol：HC摩爾質(zhì)量，汽油碳氫化合物假定碳氫比為C1H1.85，折算到標準狀態(tài)下為13.85g/mol，柴油碳氫化合物假定碳氫比為C1H1.86，折算到標準狀態(tài)下為13.86g/mol。COmol：CO摩爾質(zhì)量，一氧化碳折算到標準狀態(tài)下為28g/mol;CO2mol：CO2摩爾質(zhì)量，二氧化碳折算到標準狀態(tài)下為44g/mol;

（5）根據(jù)所截取的各速度段的燃料消耗量和累積里程，計算各速度段的等速油耗。最終油耗結(jié)果計算匯總?cè)绫?：

4 結(jié)論

在道路上，大約需要2h左右時間完成等速油耗測量，使用文中所述測量方法，1h左右就可以完成等速油耗測量。能夠比較方便的測量汽車的等速油耗特性，相比在道路上測量等速油耗，受天氣、道路等干擾因素影響小，數(shù)據(jù)離散度小，結(jié)果更加穩(wěn)定，試驗效率更高，能夠大大的節(jié)約人力、物力和時間。

參考文獻：

[1]龔金科.汽車排放及控制技術.北京：人民交通出版社，2007.

[2]環(huán)境保護部 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 GB 18356.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》（中國第六階段）.

[3]生態(tài)環(huán)境部 國家市場監(jiān)督管理總局 GB 17691-2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法》（中國第六階段）.