汽车油耗检测方法研究
付百学;于春鹏;张德生
陆风逍遥【摘 要】比较汽车油耗直接测量法和间接测量法的类型、特点,分析容积法、失重法、碳平衡法、超声波法和燃油喷射量累积法的检测原理、计算数学模型及其应用范围和特点.采用不同的油耗检测方法,研制适用于不同检测条件和检测功能要求的油耗检测仪器.
【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(024)002
【总页数】4页(P4-7)
【关键词】汽车;检测方法;油耗;原理;数学模型
【作 者】付百学;于春鹏;张德生
【作者单位】科目二考试项目黑龙江工程学院,汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050;黑龙江工程学院,汽
车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050;黑龙江工程学院,汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨150050
【正文语种】中 文
【中图分类】汽车360全景U472.9
我国经济持续快速发展,对石油资源需求激增,2009年我国石油消费40 837.5万t,石油净进口21 888.5万t,能源供需矛盾日益突出。2009年我国汽车产销分别为1 379.10万辆和1 364.48万辆,汽车保有总量达到7 619万辆。汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量约为40%。由于油价不断上涨,人们更加关注汽车油耗,厂家公布的油耗与实际差距很大。为此,我国陆续出台了《乘用车燃料消耗量限值》、《轻型商用车燃料消耗量限值》、《轻型汽车燃料消耗量标示管理规定》等多项标准,以加快汽车节能管理体系的建立和完善。因此,需要更专业的检测机构,采用科学合理的油耗检测仪器,提供更权威的汽车油耗检测数据。汽车油耗关系到环保节能及汽车前沿技术的发展和应用。研究汽车油耗检测技术,采用不同的油耗检测方法适应不同的检测要求,具有重要意义。
1 汽车油耗检测方法的类型
汽车油耗检测方法分直接测量法和间接测量法两类。直接测量法通过计量一定时间或里程内汽车消耗的燃油体积或质量得到汽车油耗,主要包括容积法、失重法等。间接测量法即不解体测量法,包括碳平衡法、超声波法和燃油喷射量累积法等。间接测量法以碳平衡法为主,GB/T19233—2008《轻型汽车燃料消耗量试验方法》规定,通过测定汽车在实验室模拟市区和市郊工况循环排放的同时,采用碳平衡法计算汽车油耗。碳平衡法是目前国际上通行的实验室内车辆工况油耗试验方法,可解决直接测试法存在的问题。但测量精度相对较低,整套测试设备昂贵,体积庞大、无法移动,对测试环境要求高,取样口需要与排气管密封连接。
2 直接测量法
2.1 容积法
1)油耗检测原理,见图1。对于电喷发动机,进、回油管道上各安装1只涡轮流量传感器,用来测量进、回油管道的燃油流量,测量信号送入单片机。单片机对进、回油管道流量信号进行处理,并做温度修正,得到进、回油管道标态体积流量,然后对进、回油管道的流量进行差值计算,累加得到实际燃油消耗量。
图1 油耗检测原理
2)油耗测量数学模型。在测量范围内,流量传感器输出的脉冲频率与体积流量成正比,该比值即体积仪表系数K,计算公式为
式中:f为流量信号频率,H z;Q为体积流量,l/h;N为脉冲数;V为体积总量,L。
将K预先置入单片机,即可由获得的流量脉冲频率 f与K之比,求得管道燃油流量Q。
2.2 失重法
1)油耗检测原理。失重法发动机油耗测试系统主要由压差传感器、单片机、电磁阀、测量油杯和油气交换器等组成,见图2。测量油杯用于存放油耗测试时供给发动机的燃油,使压差传感器能够检测到一定时间内测量油杯中燃油质量的变化;压差传感器的输出信号送到单片机进行处理,单片机控制电磁阀的开启和关闭,将测试系统切换为测试状态及充油状态;油气交换器在测试和充油过程中进行油、气交换;放气阀用于调整油气交换器中空气的数量,以便在油、气交换过程中满足测量要求;进油口连接供油油箱,出油口连接发动机。
测量油杯固定于压差传感器之上,压差传感器输出与油杯内的燃油质量成正比。
式中:Wc为油杯自重,W f为杯内燃油质量,W为测量油杯总质量,k为仪表常数。
测量时,流量传感器输出的电压信号随着油杯中燃油的消耗而减小。对测量过程中压差传感器输出的电压信号求导,即可得到燃油流量
图2 质量法(失重法)测量原理
3 间接测量法
3.1 碳平衡法
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碳平衡法基于物质守恒定律,通过混合气燃烧前、后的碳(C)质量守恒,计算汽车油耗。该方法测试排放气体(或稀释排放气体)中含碳成分(HC、CO和CO2)及其流量,即可得到排放气体(或稀释排放气体)中总的碳质量;燃烧前的碳质量来源于燃料和参与燃烧的空气。什么车油耗最低
碳平衡法又分为排气直采测量法和排气稀释测量法。
排气直采测量法利用排气流量计测量发动机排气流量,通过排气直接采样分析排气中 CO2、CO和HC浓度。不足:排气中含大量水,气样在输送过程中会发生冷凝现象;排气存在压力波动,温度很高,精确计量排气流量比较困难;普通的涡街式、孔板式和涡轮式流量计保证排气
流量的高精度长期测量比较困难;取样接头与排气管要密封连接,而汽车排气管管径不一,温度较高,快速可靠的密封连接十分困难;很难将测量误差控制在5%以内。国内一些单位开展了这方面研究工作,但没有达到实用阶段。
排气稀释测量法将排气用空气稀释后测量稀释排气的流量及其含C成分浓度。通过容积泵定容取样系统(CVS)计量稀释排气流量,采用气袋定比例收集稀释排气,通过气体分析仪分析气袋中含C成分浓度。该方法的测量误差在2%以内;但整套测试设备十分昂贵,对测试环境要求高,取样口需要与排气管密封连接。
国际标准《道路车辆—摩托车—燃油消耗测量方法》给出碳平衡法油耗计算公式
式中:G为燃油消耗量,km/L;d为燃油密度,kg/L;CO、HC和CO2为单位排放物的质量,g/km
3.2 基于超声波技术的油耗检测法
今日限号限行车尾号是多少超声波流量测量按原理分为时差法、多普勒法、相关法、噪声法、波束偏移法和空间滤波法等,其中时差法应用最广泛。时差法超声波流量检测采用信号自动跟踪、温度自动补偿等先进技术,具有性能稳定、计量准确可靠、仪表运算和测试精度高、安装使用方便和测量范
围宽等特点。
时差法超声波汽车油耗检测原理见图3。测量超声波脉冲在同一流体中顺流和逆流传播的时间差,得到被测流体的流速。超声波换能器TRA和TRB采用管外V形安装,TRA和TRB在单片机的控制下,同时发射超声波脉冲和接收对方发射的超声波信号。超声波信号发射后以入射角θ穿过换能器斜楔,在换能器界面发生折射,以一次折射角α穿过管壁,在管壁与被测流体的分界面上发生二次折射,以二次折射角β穿过被测流体达到对面管壁的内侧面,经反射后超声波信号按相反的顺序进入另一个换能器。