【導(dǎo)讀】汽車燃油消耗量的測量是評價汽車燃油經(jīng)濟性的主要指標(biāo)。汽油機燃油供給系統(tǒng)由過去的化油器式、機械噴油(K)、機電噴油(KE)發(fā)展到電子控制噴射式(JET),具有很大的不同。柴油機的燃油供給系統(tǒng)也進行了改進,發(fā)生了很大的變化。我們應(yīng)根據(jù)發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的特點,選擇相應(yīng)的測量儀器,正確連接和使用,才能準(zhǔn)確的測量汽車的燃油消耗量。
發(fā)動機電控燃油供給系統(tǒng)的特點
化油器式發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)是由油箱、燃油泵、濾清器、化油器、油管等部分組成。
電控燃油噴射供給系統(tǒng)是由油箱、電動燃油泵、濾清器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、燃油脈動減振器、噴油器、油管等組成。由于電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展,機械式(K)或機電式( KE)噴射已被電子燃油噴射系統(tǒng)(EFI )典型的供油系統(tǒng)所取代。
目前在汽車上應(yīng)用的EFI系統(tǒng)可分為D型、L型和MONO型三大類。D型是通過檢測進氣歧管絕對壓力(真空度),間接測量發(fā)動機吸入的空氣量來調(diào)節(jié)噴油量的EFI系統(tǒng)。由于汽車不同工況下發(fā)動機吸入的空氣量不同,氣流對進氣歧管的壓力波動,采用壓力傳感器很難準(zhǔn)確地檢測進氣量。尤其是在汽車工況發(fā)生急劇變化,如汽車突然制動或加速時,其檢測精度較差,因而影響了D型EFI 系統(tǒng)在現(xiàn)代汽車中的推廣。取而代之的是L型EFI 系統(tǒng),它是用空氣流量計直接測量發(fā)動機吸入的空氣量,因而有較高的檢測精度。D型和L型EFI系統(tǒng)均采用多點噴射(MPI),即每個氣缸的進氣歧管設(shè)一個噴油器,因而系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,制造成本較高。目前最受歡迎的是MONO系統(tǒng),該系統(tǒng)是一種低壓中央噴射系統(tǒng),即單點噴射(SPI)系統(tǒng),它只在進氣總管設(shè)一個噴油器進行集中控制,使結(jié)構(gòu)大為簡化。因此在轎車和載貨汽車上迅速推廣使用。
汽油機電控噴射供油系統(tǒng)是電動燃油泵把燃油從油箱中泵出,經(jīng)濾清器過濾后由配油管送至噴嘴。由于油泵在一定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn),因此輸出的油量不變,當(dāng)油路內(nèi)壓力升高時,壓力調(diào)節(jié)器開始工作,此時減壓閥打開,多余的燃油經(jīng)回油管返回油箱,從而保持送給噴嘴的燃油壓力恒定不變。由于供油系統(tǒng)的油壓一定,所以噴油器噴出的燃油量與噴油器開啟的時間成正比,因此可以通過控制噴油器的開啟時間來控制系統(tǒng)的供油量。發(fā)動機控制系統(tǒng)以節(jié)氣門開度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為主要輸入信號,由此來確定基本輸油量。再通過各種傳感器將監(jiān)測到的發(fā)動機運行狀態(tài)參數(shù)輸入電控單元(ECU),由ECU對基本輸油量進行修正,計算出所需的燃油量,然后控制電磁噴油器的開啟時間,達到精確控制噴油量的目的。
柴油機的燃料噴射系統(tǒng)是由噴油泵、噴油器、高壓油管及一些附屬輔助件組成。柴油機燃料輸送的簡單過程是:輸油泵將柴油送到濾清器,過濾后進入噴油泵(為了保證充足的燃料并保持一定的壓力,要求輸油泵的供油量比噴油泵的需要量要大得多,多余的柴油就經(jīng)低壓管回到油箱,其它部分柴油被噴油泵壓縮至高壓)經(jīng)過高壓油管進入噴油器直接噴入氣缸燃燒室中壓燃。傳統(tǒng)的柴油機存在著供油不精確的問題,解決的辦法是采用電子控制燃油噴射技術(shù)。
第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng),它用電子伺服機構(gòu)代替調(diào)速器控制供油滑套位置以實現(xiàn)供油量的調(diào)整,這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時控制定時和預(yù)噴射的 系統(tǒng)。第二代系統(tǒng)也稱時間控制系統(tǒng),其特點是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動式柱塞泵油方式,但油量和定時的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強力快速響應(yīng)電磁閥的開閉時刻所決定。第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng),它完全脫開了傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)方式,通過共軌壓力和噴油壓力時間的綜合控制,實現(xiàn)各種復(fù)雜的供油回路和特性。
因柴油機的噴射系統(tǒng)形式多樣,因此柴油機的電控系統(tǒng)也形式多樣,有直列泵和分配泵的可變預(yù)行程 系統(tǒng),有基于時間控制泵嘴系統(tǒng),有蓄壓共軌系統(tǒng)和高壓共軌系統(tǒng)等。各種技術(shù)方案都在原有的基礎(chǔ)上有所發(fā)展,但高壓共軌系統(tǒng)是總的發(fā)展方向。
共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油,分送到每個噴油器,并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合,定時、定量地控制噴油器噴射至柴油機燃燒室的油量,從而保證柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化,以及最佳的點火時間、足夠的點火能量和最少的污染排放。
其主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵,高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌,高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調(diào)節(jié),高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管,根據(jù)機器的運行狀態(tài),由電控單元從預(yù)設(shè)的(三維控制數(shù)據(jù)表)中確定合適的噴油定時,噴油持續(xù)期由電液控制的電子噴油器將燃油噴入氣缸。
油耗儀測量燃油消耗量
依據(jù) GB/T 12545.1~12545.2-2001《乘用車及商用車輛燃料消耗量試驗方法》,等速行駛?cè)加拖牧康臏y量,既可在底盤測功機上進行,也可在道路上進行試驗。試驗所用儀器基本上都是活塞型容積式流量傳感器。此種類型的傳感器具有攜帶方便、精度高等特點。典型的產(chǎn)品如日本小野測器的EP-2140 ,德國達特朗公司的DEL-2 等。
1、小野測器的EP-2140測量方法
(1)測量原理
小野EP-2140油耗儀的傳感器由兩部分構(gòu)成:流量轉(zhuǎn)速變換部分和轉(zhuǎn)速脈沖變換部分。
流量轉(zhuǎn)速變換機構(gòu)是將一定容積的燃油流量變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動,它采用向心布置的四活塞中心共用一個曲軸連桿機構(gòu),當(dāng)燃油流過時依次反復(fù)交替地進行燃油的填充排出,推動活塞—— —曲軸組運轉(zhuǎn),曲軸旋轉(zhuǎn)一周即四個活塞各往復(fù)運動一次,完成一個循環(huán)。
轉(zhuǎn)速脈沖變換機構(gòu)安裝在曲軸的另一端,由主動磁鐵、從動磁鐵、轉(zhuǎn)軸、光柵板、發(fā)光二極管、光敏管、電纜插座及殼體等組成。主動磁鐵裝在曲軸上,從動磁鐵裝在轉(zhuǎn)軸上,轉(zhuǎn)軸通過軸承支承在殼體內(nèi),轉(zhuǎn)軸的上端固定有轉(zhuǎn)動光柵板,在固定光柵上、下方有發(fā)光二極管和光敏管。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動時,由于一對永久磁鐵的吸引作用,轉(zhuǎn)軸及其上的轉(zhuǎn)動光柵也隨之轉(zhuǎn)動,通過發(fā)光二極管和光敏管的光電作用,把曲軸的轉(zhuǎn)動變成光電脈沖信號送入計量顯示儀,經(jīng)過內(nèi)部運算處理后,與時間信號、速度信號相結(jié)合,即可顯示出流經(jīng)的燃油量,并可計算累積流量,瞬時流量、百公里燃油消耗量等參數(shù)。
(2)連接方式
在早期的化油器式燃油系統(tǒng)中,我們可以將油耗傳感器串聯(lián)在汽油泵到化油器的油路當(dāng)中,使油耗傳感器的入口接汽油泵的出口,油耗傳感器的出口接化油器的入口(如圖所示)。
流量傳感器在柴油車中的連接方法的主要特點是把流量傳感器串聯(lián)在油箱到高壓油泵的油路當(dāng)中。值得注意的是應(yīng)該為其接好回油管路,并且必須把回油管路接在流量傳感器的出口管路上,以免燃油被油耗傳感器重復(fù)計量使油耗檢測數(shù)據(jù)失真,下圖。
電控燃油噴射發(fā)動機中為了保證燃油的恒定壓力,有部分燃油在壓力調(diào)節(jié)器的作用下,返回油箱。這樣的話,就增加了測量的難度。能不能也按圖所示方法連接流量傳感器呢?答案是否定的。上圖的連接方法在小流量測試時沒有問題,但在大流量的發(fā)動機測量時,從壓力調(diào)節(jié)器返回的燃油由于壓力迅速降低,且靠近發(fā)動機溫度較高,會使輸出的脈沖抖動,產(chǎn)生很大的測量誤差,所以要準(zhǔn)確測量電子燃油噴射系統(tǒng)的燃油消耗量必需對返回的燃油進行處理,在相應(yīng)的測量系統(tǒng)中增加對返回燃油處理的部分。
以日本小野測器的MF-2200 電噴流量傳感器為例(原理見下圖1)。 MF-2200實際上就是在FP-2140流量傳感器的基礎(chǔ)上增加了返回燃油的處理部分。發(fā)動機返回的燃油被導(dǎo)入熱交換器中按照油箱的溫度進行冷卻,再被泵出形成循環(huán)。其測量時連接圖見下圖2。
(3)測量中應(yīng)注意的問題
汽車燃油消耗量的測量需要耐心細(xì)致地工作,我們除了要嚴(yán)格按照GB/T 12534 《汽車道路試驗方法通則》的規(guī)定進行試驗外,還要從多方面采取措施保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測量油路中存在的氣體就是一個需要解決的問題。如果油路中存在氣泡,油耗傳感器會把氣泡所占的容積當(dāng)作液態(tài)燃油量而計入測量結(jié)果,使測量結(jié)果高于實際值,造成測量誤差。因此我們必須在測量前排除油路中的氣體。
油路中氣泡的產(chǎn)生是多方面的:
a、拆裝油管時,原本充盈的油管產(chǎn)生滴漏現(xiàn)象,使得油管裝好后里面充滿空氣;
b、連接油管時,由于夾箍沒夾好,接頭處造成滲漏,形成空氣泡;
c、油泵進油閥皮碗老化,密封性下降,造成供油壓力不足,不斷形成空氣泡;
d、由于回油管路中的氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡;
e、某一段管路局部存在老化、密封性差,不斷產(chǎn)生空氣泡;
f、濾清器堵塞或油箱蓋上氣孔被堵塞,造成油泵泵油時形成“真空”,產(chǎn)生氣泡。汽油機油路中的氣泡有汽油蒸氣和空氣,柴油機油路中的氣體主要是空氣。
排除汽油車油路中的氣泡時,裝上油耗儀,發(fā)動機運轉(zhuǎn)時依靠汽油泵的泵油壓力即可自動排除油路中的氣泡。
排除柴油車油路中的空氣泡時,在柴油車油路中裝好油耗傳感器后,須用手動泵泵油,以泵油壓力排除油路中的空氣泡,它與汽油車差別之一在于汽油車可以在發(fā)動后排除空氣泡,而柴油車必須在發(fā)動之前排盡油路中的空氣泡;差別之二在于汽油車在拆去油耗傳感器恢復(fù)其原油路時,無需排除空氣泡,而柴油車在拆去傳感器恢復(fù)原油路后仍需排除油路中剛產(chǎn)生的空氣泡。
在使用MF-2200電噴流量傳感器時,也需對油路中氣泡進行排除。其步驟如下:
a、在流量傳感器供油輸出到發(fā)動機的管路上安裝膠管和錐閥。
b、打開汽車鑰匙門,發(fā)動機運轉(zhuǎn),將放氣錐閥打開處于小開度狀態(tài)。
c、打開流量傳感器電源開關(guān),使傳感器中的油泵工作。
d、調(diào)節(jié)錐閥的開度,氣體便從錐閥排除。
綜上所述,在對汽車燃油消耗量測量時,我們要針對不同的燃油供給系統(tǒng),選用合適的測量儀器,并進行正確的連接和注意排除油路中的氣體,才能保證燃油消耗量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。
2、達特朗油耗儀百公里等速燃油消耗量測試實例
(1)測試內(nèi)容
測定汽車在幾種特定的車速下等速行駛的百公里燃料消耗量,繪制其等速百公里燃料消耗量特性曲線。
(2)儀器精度
德國達特朗公司CDS-DFL-WT型油耗的精度不低于0.5%。計時器最小讀數(shù)為0.1s。試驗儀器必須經(jīng)過計量檢定,在有效期內(nèi)使用;并在使用前進行調(diào)整,確保功能正常,符合精度要求。
(3)連接方式(如圖)
達特朗CDF-DFL-WT油耗傳感器圖
傳感器測試系統(tǒng)連接圖
(4)測試原理
試驗車速從20km/h(最小穩(wěn)定車速高于20km/h時,從30km/h)開始以10km/h的整數(shù)倍均勻選取車速,直至最高車速的90%,至少測定5個試驗車速。
試驗時,現(xiàn)場計算百公里燃料消耗和平均行駛車速,將測定和計算結(jié)果記錄在表1內(nèi)。并繪制等速百公里燃料消耗監(jiān)視曲線(Q-Va曲線)發(fā)現(xiàn)異常點,必須重新進行測試。
(5)測試方法與步驟
b.打開數(shù)據(jù)采集器的電源開關(guān)和油耗儀的電源開關(guān),以及GPS的電源開關(guān)。
c.按下開關(guān)ALT+SYS、MENU鍵,設(shè)置當(dāng)天實驗的日期。
d.在遙控器顯示屏主菜單上用↑或↓鍵選擇DFLS項。
e.按START鍵進入該實驗狀態(tài)。
f.當(dāng)車速達到預(yù)定的車速時(如30、40、50、60、70km/h),按綠色搖控開關(guān),儀器開始自動采樣,當(dāng)通過設(shè)定的測區(qū)后,儀器自動停止采樣,并顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
g.按ENTER鍵存儲實驗數(shù)據(jù)。
h.反向?qū)嶒炛貜?fù)(b)~(d)。
i.本實驗項目完后控ESC鍵返回主菜單。
j.關(guān)掉數(shù)據(jù)采集器電源開關(guān),取出CF數(shù)據(jù)卡,讀出實驗數(shù)據(jù),并打印出實驗數(shù)據(jù)。
表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表
- 注: 其中 S—測試距離(m);
- Δt—汽車通過測區(qū)所用時間(s)km;
- ΔQ—汽車通過測區(qū)的燃料消耗量(ml);
- Q—汽車等速百公里燃料消耗量(L/100km)。
(6)測試的重點和難點
a.通過作散點圖,繪制Qc-Va曲線,找出經(jīng)濟車速。
b.測試重復(fù)性要好。
目前市場上油耗測試中,達特朗、小野等油耗儀,針對部分機械泵或者特定電控系統(tǒng)的電控發(fā)動機產(chǎn)品能進行測量,其精度高、重復(fù)性好,但也存在了設(shè)備成本和使用維護成本高的缺陷。
本文轉(zhuǎn)載自傳感器技術(shù)。
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