【導讀】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。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。我們應根據(jù)發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的特點，選擇相應的測量儀器，正確連接和使用，才能準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一個噴油器，因而系統(tǒng)總體結構比較復雜，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)，它只在進氣總管設一個噴油器進行集中控制，使結構大為簡化。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。由于油泵在一定轉速下運轉，因此輸出的油量不變，當油路內(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。
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，這類技術已發(fā)展到了可以同時控制定時和預噴射的 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。各種技術方案都在原有的基礎上有所發(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)，由電控單元從預設的（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》，等速行駛燃油消耗量的測量，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成：流量轉速變換部分和轉速脈沖變換部分。
流量轉速變換機構是將一定容積的燃油流量變?yōu)榍S的旋轉運動，它采用向心布置的四活塞中心共用一個曲軸連桿機構，當燃油流過時依次反復交替地進行燃油的填充排出，推動活塞—— —曲軸組運轉，曲軸旋轉一周即四個活塞各往復運動一次，完成一個循環(huán)。
轉速脈沖變換機構安裝在曲軸的另一端，由主動磁鐵、從動磁鐵、轉軸、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，從動磁鐵裝在轉軸上，轉軸通過軸承支承在殼體內(nèi)，轉軸的上端固定有轉動光柵板，在固定光柵上、下方有發(fā)光二極管和光敏管。當曲軸轉動時，由于一對永久磁鐵的吸引作用，轉軸及其上的轉動光柵也隨之轉動，通過發(fā)光二極管和光敏管的光電作用，把曲軸的轉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中。值得注意的是應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流量傳感器的基礎上增加了返回燃油的處理部分。發(fā)動機返回的燃油被導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）測量中應注意的問題
汽車燃油消耗量的測量需要耐心細致地工作，我們除了要嚴格按照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作液態(tài)燃油量而計入測量結果，使測量結果高于實際值，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其原油路時，無需排除空氣泡，而柴油車在拆去傳感器恢復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，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，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)采集器的電源開關和油耗儀的電源開關，以及GPS的電源開關。
c．按下開關ALT+SYS、MENU鍵，設置當天實驗的日期。
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．當車速達到預定的車速時（如30、40、50、60、70km/h），按綠色搖控開關，儀器開始自動采樣，當通過設定的測區(qū)后，儀器自動停止采樣，并顯示相關數(shù)據(jù)。
g．按ENTER鍵存儲實驗數(shù)據(jù)。
h．反向實驗重復（b）～（d）。
i．本實驗項目完后控ESC鍵返回主菜單。
j．關掉數(shù)據(jù)采集器電源開關，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、重復性好，但也存在了設備成本和使用維護成本高的缺陷。
本文轉載自傳感器技術。
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