基于Z比分?jǐn)?shù)法的檢驗(yàn)人員比對(duì)在小型汽油機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用研究

重慶市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站

□ 毛志幸 李軍 任宏生

Z比分?jǐn)?shù)法廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室之間、檢驗(yàn)人員之間的比對(duì)分析。然而在小型汽油機(jī)檢驗(yàn)中，如何評(píng)定檢驗(yàn)人員檢測(cè)能力水平，研究的卻很少。為了提升檢驗(yàn)人員的檢測(cè)能力水平，有必要對(duì)此展開深入研究，以便對(duì)檢驗(yàn)人員的檢測(cè)能力水平做出科學(xué)評(píng)價(jià)。

一、材料與方法

（一）材料和儀器

168F 汽油機(jī)（樣機(jī)）：嘉陵——本田發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司。

GW6 電渦流測(cè)功機(jī)：湖南湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司；FC2210—Z智能油耗儀（汽油機(jī)用）：湖南湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司；FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)：湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司。

FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)由FC2010測(cè)控儀、FC2020數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FC2210智能油耗變送器、FC2310角行程油門執(zhí)行器、FC2030四參數(shù)大屏幕顯示器、GW6 電渦流測(cè)功機(jī)、FC2000系統(tǒng)軟件組成。

（二）實(shí)驗(yàn)方法與計(jì)算

（1）標(biāo)定功率檢查

將小型汽油機(jī)正確安裝到測(cè)試臺(tái)上（如圖1所示）。檢查汽油機(jī)是否達(dá)到規(guī)定的功率。試驗(yàn)時(shí)，將汽油機(jī)調(diào)定到制造廠規(guī)定的標(biāo)定空載轉(zhuǎn)速，然后逐步增加負(fù)荷直至轉(zhuǎn)速達(dá)到銘牌所示標(biāo)定轉(zhuǎn)速，檢查汽油機(jī)實(shí)際所發(fā)功率與銘牌所示功率是否在5%偏差范圍內(nèi)。將發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試模式調(diào)整到N/P（測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速、油門位置控制方式）模式。將P（油門位置）調(diào)整至最大，設(shè)定N轉(zhuǎn)速為3600 r/min，系統(tǒng)自動(dòng)加載，當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)顯示轉(zhuǎn)速N達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min時(shí)，可通過軟件系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)或者在測(cè)控柜上按FUM鍵，采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)。每組對(duì)標(biāo)定功率、標(biāo)定扭矩檢測(cè)三次，然后計(jì)算其平均值作為最終檢測(cè)值。

（2）外特性曲線檢測(cè)

外特性曲線是指汽油機(jī)節(jié)氣門全開時(shí)所測(cè)出來的功率或者扭矩隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。做部分速度特性時(shí)將節(jié)氣門分別固定在：標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的標(biāo)定功率、90%標(biāo)定功率、75%標(biāo)定功率、50%標(biāo)定功率、25%標(biāo)定功率（本工況點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整）工況位置處。本文所測(cè)外特性曲線檢測(cè)為標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的標(biāo)定功率外特性曲線。在可以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取不少于6個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)（節(jié)氣門全開位置時(shí)，其中應(yīng)包括標(biāo)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)、最大扭矩轉(zhuǎn)速點(diǎn)和最低比油耗轉(zhuǎn)速點(diǎn)）測(cè)量轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等，計(jì)算比油耗并繪制外特性曲線。

使用N/P模式，將P節(jié)氣門固定在全開位置，調(diào)整轉(zhuǎn)速N，將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)定在標(biāo)定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)速為3600 r/min，使之達(dá)到熱平衡。然后保持油門處于最大位置不變的情況下逐步降低轉(zhuǎn)速直至1800 r/min.。按300 r/min的等間隔共取7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（可根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整），記錄各試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量參數(shù)。由外特性曲線求出最大扭矩點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)、最低油耗點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)。

（3）負(fù)荷特性曲線檢測(cè)

負(fù)荷特性曲線是指在指定轉(zhuǎn)速下，汽油機(jī)的各項(xiàng)主要性能隨負(fù)荷變化規(guī)律的曲線。在試驗(yàn)時(shí)，汽油機(jī)保持在標(biāo)定轉(zhuǎn)速或者其他規(guī)定的轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷由小逐步增加到最大，適當(dāng)?shù)胤植既舾蓽y(cè)量點(diǎn)（至少應(yīng)包括100%、90%、75%、50%及25%標(biāo)定功率點(diǎn)），測(cè)量其轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等，計(jì)算出比油耗，并繪制負(fù)荷特性曲線。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)時(shí)，比較理想的控制模式匹配有兩種方案。一是采用油門恒扭矩控制模式與測(cè)功機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制模式的匹配，即N/M模式；一是采用油門恒轉(zhuǎn)速控制模式與測(cè)功機(jī)恒扭矩控制模式的匹配，即M/N模式。本文采用使用M/N模式，將轉(zhuǎn)速調(diào)整至標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min。調(diào)整M，轉(zhuǎn)矩從小至大依次增加，測(cè)量6組數(shù)據(jù)。由符合特性曲線求出標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)。

（4）Z比分?jǐn)?shù)計(jì)算

Z比分?jǐn)?shù)法是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)中的一種，使用中位數(shù)對(duì)樣本總體均值進(jìn)行估計(jì)，用標(biāo)準(zhǔn)化四分位距（NormIQR）對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分散度進(jìn)行度量，通過Z比分?jǐn)?shù)的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)人員能力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。該技術(shù)采用的是中位值（Median）和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距（NormIQR），能有效減少極端結(jié)果對(duì)平均值（Mean）和標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation）的影響。標(biāo)準(zhǔn)四分位數(shù)間距（NormIQR）是穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)處理數(shù)據(jù)分散程度的度量。中位值（Median）是指衡量測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)集中心位置的度量，中位值將所有數(shù)據(jù)分為兩個(gè)相等的部分，上四分位數(shù)值（第三分位數(shù)值）Q3≥中位值，而下四分位數(shù)值（第一分位數(shù)值）Q1≤中位值。每次測(cè)量值標(biāo)記為a（n），本文測(cè)試數(shù)組a（1：n），n=5。

系數(shù)0.7413 由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布得到。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)均數(shù)為零，標(biāo)準(zhǔn)差為1，而這時(shí)四分?jǐn)?shù)間距是[—0.6745，+0.6745]，其寬度為1.3490，所以NormIQR=IQR×（1/1.3490）（即0.7413）相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)差。

（5）Z比分?jǐn)?shù)判定原則

|Z|≤2，測(cè)量結(jié)果為滿意，表明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量得到保證；

2＜|Z|＜3，測(cè)量結(jié)果為存疑，表明測(cè)量結(jié)果接近臨界，必須查找原因并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

|Z|≥3，測(cè)量結(jié)果為不滿意，表明測(cè)量結(jié)果失控，必須查找原因并迅速采取糾正措施。

（6）人員比對(duì)分組

將參與小型汽油機(jī)檢測(cè)人員比對(duì)的10名檢測(cè)人員每2人一組，分為5組。將10名檢測(cè)人員每2人一組，分為5個(gè)組。

二、結(jié)果與分析

（一）標(biāo)定功率檢查

標(biāo)定功率檢查數(shù)據(jù)如表1所示。標(biāo)定功率Z比分?jǐn)?shù)如圖2所示。標(biāo)定扭矩Z比分?jǐn)?shù)（圖3所示）。由表1得知，標(biāo)定功率檢測(cè)結(jié)果為最小值為3.5 kW，最大值為3. 6kW兩個(gè)值。標(biāo)定扭矩最小值為9.30 N?m，最大值為9.63 N?m。

表1 標(biāo)定功率、標(biāo)定扭矩檢查

由圖2可知，標(biāo)定功率Z比分?jǐn)?shù)最大值為0，對(duì)應(yīng)第2組、第4組、第5組，最小值為—1.38，對(duì)應(yīng)第1組、第3組，只出現(xiàn)了兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。

由圖3可知，標(biāo)定扭矩Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.00，對(duì)應(yīng)第2組，最小值為—1.20，對(duì)應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。

（二）外特性曲線

經(jīng)過5個(gè)組的檢測(cè)，將他們所測(cè)數(shù)據(jù)繪制成外特性曲線，如圖4a、4b、4c、4d、4e、所示。由圖4可知5個(gè)組圖形基本相似，說明檢測(cè)數(shù)據(jù)接近。ge1最大扭矩點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)、ge2最低油耗點(diǎn)比油耗 g/(kW?h)如表2所示。

由表2分別求出最大扭矩點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)如圖5所示、最低油耗點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)如圖6所示。

表2 最大扭矩點(diǎn)比油耗、最低油耗點(diǎn)比油耗

由圖4可知，汽油機(jī)輸出扭矩在節(jié)氣門全開的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)出先上升后下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速在2500—3000 r/min時(shí)，輸出扭矩能達(dá)到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加，輸出功率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率增加速度先快后慢。耗油量隨著轉(zhuǎn)速的增加，呈現(xiàn)出先增加后降低。轉(zhuǎn)速為3000—3500 r/min時(shí)，耗油量達(dá)到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加比油耗呈現(xiàn)出先降低后增加再降低。

由圖5可知，最大扭矩點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.47，對(duì)應(yīng)第3組，最小值為—0.67，，對(duì)應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。由圖6可知，最低油耗點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為1.72，對(duì)應(yīng)第4組，最小值為—1.87，對(duì)應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。

（三）負(fù)荷特性曲線

將5個(gè)組的檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制成負(fù)荷特性曲線，如圖7a、7b、7c、7d、7e、所示。5個(gè)人組所測(cè)標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗如表3所示。通過表3數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)并繪制成圖，如圖8所示。

表3 標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗

由圖7可知，當(dāng)汽油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速3600 r/min的時(shí)候，隨著扭矩的增加，功率和油耗量呈近似線性增加，滿足y=ax+b的線性關(guān)系，這與P=T·ω吻合。汽油機(jī)隨著扭矩的增加，通過增加燃油的方式獲得功率的穩(wěn)定增加。

研究表明，進(jìn)氣壓力與扭矩滿足y=ax+b的線性關(guān)系。汽油機(jī)是通過調(diào)整節(jié)氣門開度從而將汽油吸入氣缸內(nèi)，進(jìn)氣壓力和油耗量成正比關(guān)系。隨著扭矩增加，比油耗呈快速下降，然后上升，最后下降。扭矩較低時(shí)比油耗較高，說明負(fù)載小，比油耗高。扭矩在4.20—8.40 N?m時(shí)，比油耗維持在300—400 g/(kW?h)之間，在這個(gè)范圍內(nèi)，汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性較好。

由圖8可知，標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗Z比分?jǐn)?shù)最大值為0.30，對(duì)應(yīng)第1組，最小值為-1.43，對(duì)應(yīng)第4組，|Z|<2說明5個(gè)組的檢測(cè)結(jié)果為滿意。

三、結(jié)論

通過檢測(cè)求出5組檢測(cè)數(shù)據(jù)均值：標(biāo)定功率3.56 kW、標(biāo)定扭矩9.46 N?m、g/(kW?h)、最大扭矩點(diǎn)比油耗329.8 g/(kW·h)、最低油耗點(diǎn)比油耗326.1 g/(kW·h)、標(biāo)定功率點(diǎn)比油耗336.2 g/(kW?h)。

通過圖2、圖3、圖5、圖6、圖8分析得到|Z|<2，說明5個(gè)組的檢測(cè)能力為滿意。

進(jìn)一步分析得到：5個(gè)組所測(cè)標(biāo)定功率、標(biāo)定扭距一致性較好；5個(gè)組所測(cè)外特性曲線一致性較標(biāo)定功率檢查和負(fù)荷特性曲線檢測(cè)相比要差一些；5個(gè)組所測(cè)負(fù)荷特性曲線一致性較好。通過檢測(cè)人員能力比對(duì)，今后需要加強(qiáng)外特性曲線檢測(cè)的培訓(xùn)。Θ