张庆良
众泰汽车论坛【摘 要】简介了燃油消耗测量方法中的容积法、质量法以及碳平衡法的测量原理,讨论了使用上述不同测试方法时试验系统的区别,陈述了各种方法对硬件的要求,比较了碳平衡法中定容取样系统和开式排气稀释取样系统的区别,分析了应用碳平衡法与传统油耗测量方法试验结果差异的原因.
【期刊名称】《柴油机设计与制造》
【年(卷),期】2009(016)001
电刷的作用【总页数】5页(P24-28)
【关键词】油耗;碳平衡法;取样
【作 者】张庆良
【作者单位】邯郸职业技术学院机电系,河北邯郸,056005
【正文语种】中 文
【中图分类】U4
燃油经济性是发动机综合性能的一项重要指标，一般使用燃油消耗率来评价。油耗率的测定方法有容积法和质量法，流量计法和流速计法。前2种方法可测得所消耗燃油的容积和质量，主要应用于测定发动机稳定工况的燃油消耗；后2种方法可测得在一定时间内通过的燃油容积或质量，主要用于测定发动机瞬态工况的油耗。此外还可按照GB/T 19233 -2008“轻型汽车燃料消耗量试验方法”，在测量发动机排放的同时通过碳平衡法计算出发动机油耗。
2.1 容积法
容积法由发动机消耗一定体积V燃油所需时间t计算而得，其公式为[1]：
式中，
GT——小时耗油量，kg/h；
ρ——燃油密度，kg/L；
ge——油耗率，g/(kW·h)；
P——发动机有效功率，kW。
电控燃油喷射发动机在稳定运行状态时，燃油泵向燃油分配管和喷油器不间断地供油，燃油泵最高输出压力可达0.45~0.6 MPa。电动燃油泵供油量比发动机最大油耗量大的原因为防止发动机供油不足；较大的燃油流量可以散发供油系统的热量，以防止油路产生气阻[2]。因此电控燃油喷射发动机喷油量与喷油压力、系统油压无关，并且不受发动机负荷、转速、进气歧管真空度影响，而只与喷油器的开启时间有关。
基于电控燃油喷射发动机油耗量与电控喷油器开启时间成正比，张翠云和黄键[3]设计出适用于电控燃油喷射发动机的瞬态油耗测量装置。其设计思路为在油箱与喷油器间加装包含有标定器储油罐、油泵、电磁阀在内的测控装置，如图1所示。二手金杯汽车
发动机瞬态油耗测试过程分为2个阶段：标定阶段时，电磁阀V1导通，电磁阀V2，V3，V4位置如图1所示，在发动机工作的同时向标定器储油罐供油；检测阶段时，电磁阀V1截止，电磁阀V2，V3，V4的1端子和3端子导通，即在测量油耗时，发动机燃油消耗来自于
标定器储油罐。在标定器储油罐的玻璃管A、B处装有光电传感器，因此在测得对应于A、B位置喷油器驱动脉冲后，可得瞬态油耗率：
2.2 质量法
质量法是通过测定发动机消耗一定量G燃油所需时间t而得到的，其计算式为[1]：
文献[4]研究了将单片机应用于质量法上进行发动机瞬态油耗测量的系统。其原理为：油箱固定于压力传感器上，压力传感器电压信号变化取决于发.动机工作时油箱内燃油质量的变化。瞬态油耗率的表达式为：
式中，
K'——测量常数，g/V；
dU——在dt时间内压力传感器输出电压信号变化，V。
受制于电路分辨率，固定于压力传感器上的油箱不能太大。但是油量过少会导致试验时间太短，需要经常向油箱充油，充油过程中油箱内燃油质量变化不应计算于油耗率之中，所
以该瞬态油耗测量系统采用数值差分法求取油箱充油阶段内发动机的油耗率。
2.3 碳平衡法
防爆轮胎碳平衡法的基本依据是质量守恒定律，碳平衡法的提出是基于以下假设[5~6]：
莲花汽车多少钱（1）燃油为碳氢化合物；
（2）燃油燃烧后的生成物全部由排气管中排出；
（3）废气中的碳仅包含于CO、CO2和HC中，其他生成物，例如碳颗粒、部分溶于水的碳氢化合物不予考虑；
（4）废气中的碳来源于所消耗燃油中的碳，气化损失、曲轴箱窜气、燃油在曲轴箱机油中的沉淀物以及气缸活塞表面沉积物不予考虑。
GB/T 19233-2008“轻型汽车燃料消耗量试验方法”中采用的碳平衡法参照了欧洲经济委员会的ECE R101-02法规而制订。GB/T 19233-2008中规定应先按照GB 18352.2-2001“轻型汽车污染物排放限值及测量方法（II）”或者GB 18352.3-2005“轻型汽车污染物排放限值及测
量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）”中描述的模拟市区和市郊行驶工况的试验循环测量CO、CO2和HC排放量，然后应用公式计算燃料消耗量。对于装备汽油机的车辆，可按下式计算：
对于装备柴油机的车辆，则可按下式计算：
式中，
FC——燃料消耗量，L/100 km；
HC、CO、CO2——分别为测得的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳排放量，g/km；
ρ——288K下试验燃料的密度，kg/L。
式（7）、（8）均假定HC中的碳含量为0.866，CO和CO2中的碳含量可由其化学式得出。其中的系数0.115 4和0.115 5是假定汽油和柴油的氢碳比为固定值，即分别为1.85、1.86时而得到。
就不同国家而言，碳平衡法公式表现形式不同，但实质相同。例如日本发动机油耗试验中不仅考虑燃油中氢碳比，还考虑氧碳原子比，并且燃料消耗量单位是km/L；美国则使用M
北京现代圣达菲报价PG（Mile Per Gallon，每加仑行驶的英里数）计算燃料消耗，并且在公式中考虑燃料净热值NHV（Net Heating Value）[5]。
3.1 油耗仪
传统上发动机油耗测量使用油耗仪，油耗仪通过三通接头和油管与发动机和油箱相连，如图2所示。其中油耗仪可以是有刻度的玻璃球泡（应用容积法）或者是放置于天平上的量杯、量筒（应用质量法）。
对于电控燃油喷射发动机而言，供油压力和供油量大，且不受发动机工作情况的影响，回油压力和回油量大，传统的油耗仪无法正常工作。文献[7]提出应用双油耗仪对电控燃油喷射发动机的油耗测定，使用2套油耗仪分别测量进油量和回油量，其差值为油耗，如图3所示。
该法虽然原理正确，但其最大缺点在于双油耗仪的系统误差大于2套油耗仪的误差之和，图3中加装控制面板的目的就是减少双油耗仪的系统误差。
文献[8]提出在油耗仪与发动机的进油管上加装稳油箱，将燃油泵内置于稳油箱内，并加装
空气孔和隔板、浮子、针阀，如图4所示。
在稳油箱内先预置燃油，燃油喷入发动机后，稳油箱的油面下降，浮子随之下移，针阀打开，油耗仪中的燃油自动补充到稳油箱中，稳油箱的油面保持不变。为保证稳油箱左右室相通，隔板下部应留有间隙。
3.2 碳平衡法取样系统
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