汽车燃油经济性检测技术详解

    一、汽车燃油经济性检测的必要性
    能源是发展生产和提高生活水平的物质基础.汽车的主要能源是石油产品中的汽油和柴油.随着我国汽车保有量的逐年增加(预计到2000年汽车保有量将超过1500万辆)_意味着石油消耗的增长_1996年我国汽油产量的76.7%和柴油产量的26.6%用于汽车_而我国石油产量增长较慢.自1996年成为纯石油进口国后_1996年虽然生产1.55亿t_但仍进口2500万t_预计2000年需进口3000万t.石油能源短缺迫使人们关注汽车燃料经济性_交通部1990年第13号令《汽车运输业车辆技术管理规定》中要求对营运车辆进行燃料经济性的检测评价具有重要意义.
    对汽车燃油经济性的评价_一般是通过汽车燃油消耗量试验来确定的_它是用以评价在用汽车技术状况与维修质量的综合性参数_也是诊断和分析汽车故障的重要参考.检测汽车燃油消耗量常通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量的容积或质量来表示.在汽车检测站通过汽车道路试验_更多是在底盘测功试验台上模拟路试来检测其燃油消耗量.
    影响燃料消耗的因素主要有以下几方面：
    ①车辆的技术状况.包括发动机的技术状况和底盘的技术状况两部分.
    ②道路条件及气候.包括路面质量_交通混合情况_平原还是坡道_海拔高度和天气等.
    ③车辆载重及拖运情况.载重量越大和拖挂重量越大_油耗越高.
    ④驾驶操作.在其他条件相同的情况下_驾驶技术水平不同_油耗可相差20%-40%.TOP
    二、汽车燃油经济性路试检测
    汽车燃油消耗量与发动机类型、制造工艺、调整状况、道路条件、气候情况、海拔高度、驾驶技术等多种因素有关.因此其主要试验方法必须有完整的规范.根据中华人民共和国GB/T12545-90《汽车燃料消耗量试验方法》规定_汽车在路试条件下燃料消耗量的试验方法如下:
    1.试验规范
    汽车路试的基本规范可按照GB/T12534-90《汽车道路试验方法通则》.TOP
    2.试验车辆载荷
    除有特殊规定外_轿车为规定载荷的一半(取整数)；城市客车为总质量的65%；其他车辆为满载_乘员质量及其装载要求按GB/T12534-90《汽车道路试验方法通则》规定.TOP
    3.试验仪器
    试验仪器及精度要求如下:
    (1)车速测定仪和汽车燃油消耗仪:精度0.5%；
    (2)计时器:最小读数0.1s.TOP
    4.试验一般规定
    试验的一般规定如下:
    (1)试验车辆必须清洁_关闭车窗和驾驶室通风口_只允许开动为驱动车辆所必须的设备；
    (2)由恒温器控制的空气流必须处于正常调整状态.TOP
    5.试验项目
    试验项目如下：
    (l)直接档全油门加速燃料消耗量试验；
    (2)等速燃料消耗量试验；
    (3)多工况燃料消耗量试验；
    (4)限定条件下  汽车检测站在进行路试时_一般以等速行驶燃料消耗量试验来检测汽车燃油消耗量_即汽车在常用档位(直接档）从车速20km/h(当最低稳定车速高于20 km/h时_从30km/h开始）开始_以间隔lO km/h的整数倍的各预选车速_通过500m的测量路段_测定燃油消耗量△(ml)和通过时间t(s)_每种车速试验往返各进行两次_直到该档最高车速的90%以上(至少不少于5种预选车速).两次试验时间间隔(包括达到预定车速所需的助跑时间)应尽量缩短_以保持稳定的热状态.
    各平均实测车速 及其相应的等速油耗量的平均值Qo为：
                  Qo=△/500（ml/m）=0.2△(1/100km）
                    =3.6 500/t（km/h）
    上式中t、△是预选车速下的平均值.算出Qo后应校正为标准状态下的Qc.标准状态指:大气温度20℃；大气压力100kpa；汽油密度0.742g/ml；柴油密度0.830g/ml.校正公式为:
 Qc=Qo（1/100km）/（C1 C2 C3）                     
         –试验时的燃油密度_g/ml.
各种车速下油耗测试值对其平均值的相对误差不应超过 2.5%.    TOP

    以车速为横轴_燃油消耗量为纵轴_绘制等速燃料消耗量散点图_根据散点图绘制等速燃料消耗量的特性曲线即Qc- 曲线_如图 1所示为某些车型Qc- 曲线.绘制时应使曲线与各散点的燃油消耗量差值的平方和为最小.TOP
    汽车的燃料消耗量是用油耗计(包括油耗传感器和两次仪表)来测量的.而油耗计种类繁多_按测量方法可分为:容积式油耗计、重量式油耗计、流量式油耗计、流速式油耗计.大多数油耗计都能连续、累计测量_但测试的流量范围和流量误差各不相同.
    容积式油耗传感器有容量式和定容式两种_容量式油耗传感器通过累计发动机工作中所消耗的燃料总容量_用时间和里程来计算油耗量.它可以连续测量_其结构有行星活塞式、往复活塞式、膜片式、油泡式等_现以行星活塞式油耗传感器为例予以说明:
    其流量检测装置是由流量变换机构及信号转换机构组成.流量变换机构是将一定容积的燃油流量变为曲轴的旋转运动_它是由十字形配置的四个活塞和旋转曲轴构成_其工作原理如图 2所示.
    燃油在泵油压力作用下推动活塞运动_再由活塞运动推动曲轴旋转_曲轴旋转一周即四个活塞各往复运动一次_完成一个进排油循环.活塞在油缸中处于进油行程还是排油行程_取决于活塞相对于进排油口的位置.图 2(a)表示活塞l处于进油行程_从其曲轴箱来的燃油通过P3推动活塞1下行_并使曲轴作顺时针旋转_此时活塞2处于排油行程终了_活塞3处在排油行程中_燃？.？.油终了.当活塞和曲轴位置如图 2(b)所示时_活塞1进油终了_活塞2处于进油行程_通道P4导通_活塞3排油终了_活塞4处于排油行程_燃油从P2经排油口E2排出.同理_可描述位置(c)、(d)各活塞的进排油状态.如此反复在燃油泵泵油压力的作用下_就可完成定容量、连续泵油的作用.曲轴旋转一周_各缸分别排油一次_其排油量可用下式确定:
    2h–2倍制的曲轴偏心距(cm)即活塞行程.
    信号转换机构如图 3所示_装在曲轴的另一端_由主动磁铁、从动磁铁、转轴、光栅板、发光二极管、光敏管、电缆插座及壳体等组成.主动磁铁装在曲轴上_从动磁铁装在转轴上_转轴通过轴承支承在壳体内_转轴的上端固定有转动光栅板_在固定光栅上、下方有发光二极管和光敏管.当曲轴转动时_由于一对永久磁铁的吸引作用_转轴及其上的转动光栅也随之转动_通过发光二极管和光敏管的光电作用_把曲轴的转动变成光电脉冲信号送入计量显示仪_经过内部运算处理后_即可显示出流经的燃油量.
    质量式油耗传感器由称量装置、计数装置和控制装置组成_见图 4所示.
    在测量消耗一定质量的燃油所需的时间后_即可按下式算出单位时间内发动机的燃油消耗量.
    G–燃油消耗量_kg/h.
    称量装置通常利用台秤改制_量程为1Okg _称量误差为 0.1%.称量装置的秤盘上装有油杯1_燃油经电磁阀4加入油杯.电磁阀的开闭由装在平衡块上的行程限位器7拨动两个微型限位开关5和6来控制.光电传感器给出油耗始点和终点信号_它由两个光电二极管8、9和装在棱形指针上的光源10组成_光电二极管8为固定式_光电二极管9装在活动滑块上_滑块通过齿轮齿条机构移动_齿轮轴与鼓轮12相连_计量的燃油量通过转动鼓轮12从刻度盘上读出.汁量开始时_光源10的光束射在光电二极管8上_光电二极管发出信号_使计数器13开始计数_随着油杯中燃油的消耗_指针移动.当光束射到光电二极管9上时_光电二极管9发出信号_使计数器停止计数.上述质量式油耗仪有一个系统误差_即测量时油杯中油面高度发生变化_伸入油杯中的油管浮力的反作用力也变化_造成称量时的系统误差.此项系统误差必须根据汽车耗油量及油杯液面高度变化进行修正.此外在用(l/10Okm)油耗量单位时_在换算中必须考虑燃油密度与温度之间的关系.TOP
    在路试检测油耗时_一般采用油耗传感器与非接触式或接触式第五轮仪配合使用.在所有条件满足GB/T12545-90下开始路试_以非接触式第五轮仪为例_首先先在非接触式第五轮仪上定好测量距离(500m)_测量档位_然后开始检测_当车速稳定到某一测量速度(例如5okm/h)_在车速仪上按下“开始”_直至该车跑满500m里程(该车速仪由于定好50O m距离_故在500m自动停止计量)_随后按下“停止”键_此时_该车在某一车速下500m里程所消耗的燃油量和已被换算好的百公里耗油量即被打印输出.TOP
    由于汽车油耗计的使用频率较高_为了保证其检测数据的公正性和确保其检测精度_必须有专人维护保管而且应每年进行计量检定.行星活塞式油耗计在维护不当时一般有以下两种最常见的故障.TOP
    此故障多发生在使用不干净燃油做油耗试验的过程中_由于燃油中有微小颗粒(异物)_如果没有清除_那么小颗粒通过油耗传感器入口进入缸内_再由活塞运动到？.？.感器入口前安装一个燃油滤芯防止异物进入油耗汁_而且在不使用油耗计的情况下_在其进出油口加套保护_并且保证其表面清洁.TOP
    此故障多发生在传感器被强烈碰撞后_其机械部分尚能正常工作_但无脉冲信号输出.这是由于传感器壳体上部的从动磁铁与下部的主动磁铁之间的磁场相位因外力而发生变化_故无脉冲信号输出_所以一定要在检测油耗时固定住油耗传感器以防止发生碰撞后出现上述故障.如果发生上述故障_只需备用一块磁铁在油耗传感器外部顺时针方向旋转几次即可恢复传感器内原磁场相位.TOP
    检测汽车燃油经济性_按照国标采用道路试验_但综合检测站用这种方法评价汽车燃油经济性受到种种条件限制_因此以整车在底盘测功试验台上按照国标模拟道路试验检测其燃油经济性.也有像华南地区和东北地区测含氧量来推算其燃油经济性以及江苏地区用车速台测汽车燃油经济性.以下介绍汽车燃油经济性的台试检测方法.TOP
    合理布置检测油路与排净油路中气泡对保证检测准确性是至关重要的问题.TOP
    图 5（a）所示为油耗传感器在汽油车中的连接方法.这种连接方法的主要特点是把油耗传感器串联在汽油泵到化油器的油路当中_使油耗传感器的入口接汽油泵的出口_使油耗传感器的出口接化油器的入口.
    图 5（b）所示为油耗传感器在柴油车中的连接方法.这种连接方法的主要特点是把油耗传感器串联在油箱到高压油泵的油路当中.值得注意的是应该为其接好回油管路_并且必须把回油管路接在油耗传感器的出口管路上_以免燃油被油耗传感器重复计量使油耗检测数据失真.图 5（b）的连接方法在小流量测试时没有问题_但在大流量的发动机测量时_由于气穴现象产生气泡_引起测量误差_所以应在油箱和油耗传感器之间装上辅助油泵_见图 5（c）.
    排除汽油车检测油路中的空气泡是一件很费时的工作_尤其当管路中存在堵塞或泄漏情况时_将使空气泡无法彻底排尽.空气泡一旦产生对油耗检测结果的影响非常大_油耗传感器会把空气泡所占的容积当作燃油消耗量计量_使得检测数据高于实际数_这样会造成测量值的失真.
    (6)汽油滤清器堵塞或油箱盖上气孔被堵塞_造成汽油泵泵油时形成“真空”_产生空气泡.
    做油耗检测时必须排除空气泡_通常可采取如下方法：即把车上从油箱到汽油泵的管路“短路”_装上新的、密封性好的、无堵塞的油管_用性能较稳定的电动汽油泵和汽油滤清器代替原车相应部件_减短油泵到传感器的油管长度_使油泵到油耗传感器的阻力大大减小_从而避免了空气泡对检测结果的不良影响.TOP
    在柴油车油路中装好油耗传感器后_须用手动泵泵油_以泵油压力排除油路中的空气泡_它与汽油车差别之一在于汽油车可以在发动后排除空气泡_而柴油车必须在发动之前排尽油路中的空气泡；差别之二在于汽油车在拆去油耗传感器恢复其原油路时_无需排除空气泡_而柴油车在拆去传感器恢复原油路后仍需排除油路中刚产生的空气泡.TOP
    采用路试方法受到很多条件限制_而汽车燃油消耗量在底盘测功机上进行台架试验暂无国家标准.因此为了方便、快速_参照GB/T12545一90《汽车燃油消耗量试验方法》的要求评价汽车燃油经济性_便于汽车综合性能检测站开展车辆技术等级评定工作_可通过台架试验方法来模拟道路试验_即在底盘测功试验台上模拟道路等速行驶油耗测试方法.模拟的基本原理如下所述.TOP
    其一为质量法_即采用质量式油耗传感器在底盘测功试验台上进行油耗检测.另一种容积法_即采用行星活塞式油耗传感器在底盘测功试验台上进行油耗检测.当汽车驶上底盘测功试验台后拆卸燃油管路_接上油耗传感器_排除油路中的空气泡_然后在底盘测功试验台上进行加载_使？.？.行油耗检测.TOP
    按照中华人民共和国交通部行业标准JT/T199-95《汽车技术等级评定的检测方法》规定_应测量汽车“等速”百公里燃油消耗量.根据GB/T12545-90《汽车燃油消耗量试验方法》、GB/T12534-90《汽车道路试验方法通则》规定_在限定条件下的平均使用燃料量试验的试验车速：建议轿车60 2km/h_铰接客车为35 2km/h_其他采用50 2km/h_载荷按照不同车型加载至限定条件_测试距离应保证不少于500m.因为加载量是模拟汽车在道路上行驶时所受到的滚动阻力、空气阻力等行驶阻力.由于各个车型的实际情况不同(包括迎风面积、汽车总质量、汽车与地面接触的轮胎个数等)_所以不同的车型在底盘测功试验台上应有不同的加载量_模拟加载量的确定方法是：首先_汽车(走合过的新车或接近新车的在用车)在额定总质量状态下_以直接档从20km/h开始做燃油消耗量试验.往返采样各三次_得出20km/h的该车平均等速油耗_然后每间隔1Okm/h一直到该车最高车速的90%_做与上述同样的试验.这样依次得出20km/h到最高车速90%的等速平均百公里油耗.其次_汽车在准备质量状态下_在底盘测功试验台上也从20 km/h开始对底盘测功机加载模拟该车满载时在2Okm/h路试状态下所受的外界阻力_直至加上某一载荷后得出20km/h等速百公里油耗值与车速为20km/h路试所得的平均百公里油耗值相同_则上述对底盘测功机的加载量即为车速20km/h时的模拟加载量.然后按照上述试验方法依次可得出各个车速下的加载量.TOP
      QAV–平均油耗.
即5Okm/h的工况必须测其3个数据_取均值且满足于上式_则QAV定为该车检测到的实际耗油量.如果发现数据重复性达不到上述要求_必须排除仪器及发动机或底盘的有关故障后重新进行测量.然后以标准的QAV与厂方给出的油耗Qo比较：一级车QAV≤Qo；二级车Qo＜QAV≤110%；三级车为QAV＞110%Qo.TOP
    (1)仅使用油耗传感器时_电控喷油发动机须处理从压力调节器回流多余燃油的问题.如果多余的油回到油耗传感器的前面_则测出的油耗变成是发动机实际消耗的油加上回流的油.必须让多余的油回到油耗传感器的输出端才算正确[见图 6(a)].
    (2)在(1)的场合_如果遇到油耗传感器及喷油泵间产生负压_引起气穴现象时_自油箱来的油压大概为2OKPa_有必要加一个辅助泵[见图 6(b)]_该辅助泵使燃油泵的进油端的油路保持正压_气穴现象不易发生_可以进行稳定的油耗测量.
    (3)用(1)及(2)的方法_当回油温度过高时_采用图 6(c)连接法.
    (4)当回流管路内有阻力_压力调节器的工作特性压力比规定压力高时_采用回注处理用油罐[见图 6(d)]使回油向大气开放_可解决上述问题.另外_MF-113可作为燃油从油耗传感器流入回流处理用油罐的泵用_但是回流处理用油罐的进口端最大截止压力为5OKPa_MF-113的加压部加压后_在减压部减到5OKPa以下.当压力为40-5OKPa时_MF-113没有必要装.当供油压力为5OKPa以上时_仅使用MF-113的减压部.
    (4)被测车底盘温度应随着室温变化而需严格控制_当室温小于10℃时_底盘温度应控制在25℃以上(用点温计测量主减速器外壳温度)_因为汽车底盘温度的高低决定了汽车行驶阻力_而行驶阻力的大小对油耗检测数据影响较大.通常应做出各典型车型主减速器外壳温度与油耗的关系曲线_然后油耗数据均修正到外壳温度为25℃以上的值；
(6)轮胎气压(冷态)应符合该车技术条件的规定_误差不超过 0.01MPa_且左右轮胎花纹一致.
    (4)测试时发动机盖须打开_？.？.路后起动发动机_在确保无任何渗漏时方可盖上发动机盖.
    (2)传感器的滤清器在脏物堵塞后_可拆下_用压力小于500kPa的压缩空气吹除脏物.
    当一辆汽车油耗超标_由车主调试油耗合格后必须复核发动机功率是否合格_以避免汽车性能出现顾此失彼的现象.