車輛燃油經濟性檢測技術詳解

一、汽車燃油經濟性檢測的必要性 能源是發展生產和提高生活水平的物質基礎。汽車的主要能源是石油產品中的汽油和柴油。隨著我國汽車保有量的逐年增加(預計到2000年汽車保有量將超過1500萬輛)，意味著石油消耗的增長，1996年我國汽油產量的76.7%和柴油產量的26.6%用於汽車，而我國石油產量增長較慢。自1996年成為純石油進口國後，1996年雖然生產1.55億t，但仍進口2500萬t，預計2000年需進口3000萬t。石油能源短缺迫使人們關注汽車燃料經濟性，交通部1990年第13號令《汽車運輸業車輛技術管理規定》中要求對營運車輛進行燃料經濟性的檢測評價具有重要意義。 對汽車燃油經濟性的評價，一般是通過汽車燃油消耗量試驗來確定的，它是用以評價在用汽車技術狀況與維修質量的綜合性參數，也是診斷和分析汽車故障的重要參考。檢測汽車燃油消耗量常通過燃油消耗檢測儀測定燃油消耗量的容積或質量來表示。在汽車檢測站通過汽車道路試驗，更多是在底盤測功試驗台上模擬路試來檢測其燃油消耗量。 影響燃料消耗的因素主要有以下幾方面： ①車輛的技術狀況。包括發動機的技術狀況和底盤的技術狀況兩部分。 ②道路條件及氣候。包括路面質量，交通混合情況，平原還是坡道，海拔高度和天氣等。 ③車輛載重及拖運情況。載重量越大和拖掛重量越大，油耗越高。 ④駕駛操作。在其他條件相同的情況下，駕駛技術水平不同，油耗可相差20%-40%。TOP 二、汽車燃油經濟性路試檢測 汽車燃油消耗量與發動機類型、制造工藝、調整狀況、道路條件、氣候情況、海拔高度、駕駛技術等多種因素有關。因此其主要試驗方法必須有完整的規范。根據中華人民共和國GB/T12545-90《汽車燃料消耗量試驗方法》規定，汽車在路試條件下燃料消耗量的試驗方法如下: 1.試驗規范 汽車路試的基本規范可按照GB/T12534-90《汽車道路試驗方法通則》。TOP 2.試驗車輛載荷 除有特殊規定外，轎車為規定載荷的一半(取整數)；城市客車為總質量的65%；其他車輛為滿載，乘員質量及其裝載要求按GB/T12534-90《汽車道路試驗方法通則》規定。TOP 3.試驗儀器 試驗儀器及精度要求如下: (1)車速測定儀和汽車燃油消耗儀:精度0.5%； (2)計時器:最小讀數0.1s。TOP 4.試驗一般規定 試驗的一般規定如下: (1)試驗車輛必須清潔，關閉車窗和駕駛室通風口，只允許開動為驅動車輛所必須的設備； (2)由恆溫器控制的空氣流必須處於正常調整狀態。TOP 5.試驗項目 試驗項目如下： (l)直接檔全油門加速燃料消耗量試驗； (2)等速燃料消耗量試驗； (3)多工況燃料消耗量試驗； (4)限定條件下 汽車檢測站在進行路試時，一般以等速行駛燃料消耗量試驗來檢測汽車燃油消耗量，即汽車在常用檔位(直接檔）從車速20km/h(當最低穩定車速高於20km/h時，從30km/h開始）開始，以間隔lOkm/h的整數倍的各預選車速，通過500m的測量路段，測定燃油消耗量△(ml)和通過時間t(s)，每種車速試驗往返各進行兩次，直到該檔最高車速的90%以上(至少不少於5種預選車速)。兩次試驗時間間隔(包括達到預定車速所需的助跑時間)應盡量縮短，以保持穩定的熱狀態。 各平均實測車速υ及其相應的等速油耗量的平均值Qo為： Qo=△/500（ml/m）=0.2△(1/100km） υ=3.6×500/t（km/h） 上式中t、△是預選車速下的平均值。算出Qo後應校正為標准狀態下的Qc。標准狀態指:大氣溫度20℃；大氣壓力100kpa；汽油密度0.742g/ml；柴油密度0.830g/ml。校正公式為: Qc=Qo（1/100km）/（C1×C2×C3） ρ--試驗時的燃油密度，g/ml。 各種車速下油耗測試值對其平均值的相對誤差不應超過±2.5%。 TOP

以車速為橫軸，燃油消耗量為縱軸，繪制等速燃料消耗量散點圖，根據散點圖繪制等速燃料消耗量的特性曲線即Qc-υ曲線，如圖1所示為某些車型Qc-υ曲線。繪制時應使曲線與各散點的燃油消耗量差值的平方和為最小。TOP 汽車的燃料消耗量是用油耗計(包括油耗傳感器和兩次儀表)來測量的。而油耗計種類繁多，按測量方法可分為:容積式油耗計、重量式油耗計、流量式油耗計、流速式油耗計。大多數油耗計都能連續、累計測量，但測試的流量范圍和流量誤差各不相同。 容積式油耗傳感器有容量式和定容式兩種，容量式油耗傳感器通過累計發動機工作中所消耗的燃料總容量，用時間和裡程來計算油耗量。它可以連續測量，其結構有行星活塞式、往復活塞式、膜片式、油泡式等，現以行星活塞式油耗傳感器為例予以說明: 其流量檢測裝置是由流量變換機構及信號轉換機構組成。流量變換機構是將一定容積的燃油流量變為曲軸的旋轉運動，它是由十字形配置的四個活塞和旋轉曲軸構成，其工作原理如圖2所示。 燃油在泵油壓力作用下推動活塞運動，再由活塞運動推動曲軸旋轉，曲軸旋轉一周即四個活塞各往復運動一次，完成一個進排油循環。活塞在油缸中處於進油行程還是排油行程，取決於活塞相對於進排油口的位置。圖2(a)表示活塞l處於進油行程，從其曲軸箱來的燃油通過P3推動活塞1下行，並使曲軸作順時針旋轉，此時活塞2處於排油行程終了，活塞3處在排油行程中，燃??油終了。當活塞和曲軸位置如圖2(b)所示時，活塞1進油終了，活塞2處於進油行程，通道P4導通，活塞3排油終了，活塞4處於排油行程，燃油從P2經排油口E2排出。同理，可描述位置(c)、(d)各活塞的進排油狀態。如此反復在燃油泵泵油壓力的作用下，就可完成定容量、連續泵油的作用。曲軸旋轉一周，各缸分別排油一次，其排油量可用下式確定: 2h--2倍制的曲軸偏心距(cm)即活塞行程。 信號轉換機構如圖3所示，裝在曲軸的另一端，由主動磁鐵、從動磁鐵、轉軸、光柵板、發光二極管、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，轉軸的上端固定有轉動光柵板，在固定光柵上、下方有發光二極管和光敏管。當曲軸轉動時，由於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，經過內部運算處理後，即可顯示出流經的燃油量。 質量式油耗傳感器由稱量裝置、計數裝置和控制裝置組成，見圖4所示。 在測量消耗一定質量的燃油所需的時間後，即可按下式算出單位時間內發動機的燃油消耗量。 G--燃油消耗量，kg/h。 稱量裝置通常利用台秤改制，量程為1Okg，稱量誤差為±0.1%。稱量裝置的秤盤上裝有油杯1，燃油經電磁閥4加入油杯。電磁閥的開閉由裝在平衡塊上的行程限位器7撥動兩個微型限位開關5和6來控制。光電傳感器給出油耗始點和終點信號，它由兩個光電二極管8、9和裝在稜形指針上的光源10組成，光電二極管8為固定式，光電二極管9裝在活動滑塊上，滑塊通過齒輪齒條機構移動，齒輪軸與鼓輪12相連，計量的燃油量通過轉動鼓輪12從刻度盤上讀出。汁量開始時，光源10的光束射在光電二極管8上，光電二極管發出信號，使計數器13開始計數，隨著油杯中燃油的消耗，指針移動。當光束射到光電二極管9上時，光電二極管9發出信號，使計數器停止計數。上述質量式油耗儀有一個系統誤差，即測量時油杯中油面高度發生變化，伸入油杯中的油管浮力的反作用力也變化，造成稱量時的系統誤差。此項系統誤差必須根據汽車耗油量及油杯液面高度變化進行修正。此外在用(l/10Okm)油耗量單位時，在換算中必須考慮燃油密度與溫度之間的關系。TOP 在路試檢測油耗時，一般采用油耗傳感器與非接觸式或接觸式第五輪儀配合使用。在所有條件滿足GB/T12545-90下開始路試，以非接觸式第五輪儀為例，首先先在非接觸式第五輪儀上定好測量距離(500m)，測量檔位，然後開始檢測，當車速穩定到某一測量速度(例如5okm/h)，在車速儀上按下“開始”，直至該車跑滿500m裡程(該車速儀由於定好50Om距離，故在500m自動停止計量)，隨後按下“停止”鍵，此時，該車在某一車速下500m裡程所消耗的燃油量和已被換算好的百公裡耗油量即被打印輸出。TOP 由於汽車油耗計的使用頻率較高，為了保證其檢測數據的公正性和確保其檢測精度，必須有專人維護保管而且應每年進行計量檢定。行星活塞式油耗計在維護不當時一般有以下兩種最常見的故障。TOP 此故障多發生在使用不干淨燃油做油耗試驗的過程中，由於燃油中有微小顆粒(異物)，如果沒有清除，那麼小顆粒通過油耗傳感器入口進入缸內，再由活塞運動到??感器入口前安裝一個燃油濾芯防止異物進入油耗汁，而且在不使用油耗計的情況下，在其進出油口加套保護，並且保證其表面清潔。TOP 此故障多發生在傳感器被強烈碰撞後，其機械部分尚能正常工作，但無脈沖信號輸出。這是由於傳感器殼體上部的從動磁鐵與下部的主動磁鐵之間的磁場相位因外力而發生變化，故無脈沖信號輸出，所以一定要在檢測油耗時固定住油耗傳感器以防止發生碰撞後出現上述故障。如果發生上述故障，只需備用一塊磁鐵在油耗傳感器外部順時針方向旋轉幾次即可恢復傳感器內原磁場相位。TOP 檢測汽車燃油經濟性，按照國標采用道路試驗，但綜合檢測站用這種方法評價汽車燃油經濟性受到種種條件限制，因此以整車在底盤測功試驗台上按照國標模擬道路試驗檢測其燃油經濟性。也有像華南地區和東北地區測含氧量來推算其燃油經濟性以及江蘇地區用車速台測汽車燃油經濟性。以下介紹汽車燃油經濟性的台試檢測方法。TOP 合理布置檢測油路與排淨油路中氣泡對保證檢測准確性是至關重要的問題。TOP 圖5（a）所示為油耗傳感器在汽油車中的連接方法。這種連接方法的主要特點是把油耗傳感器串聯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，使油耗傳感器的出口接化油器的入口。 圖5（b）所示為油耗傳感器在柴油車中的連接方法。這種連接方法的主要特點是把油耗傳感器串聯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，並且必須把回油管路接在油耗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據失真。圖5（b）的連接方法在小流量測試時沒有問題，但在大流量的發動機測量時，由於氣穴現象產生氣泡，引起測量誤差，所以應在油箱和油耗傳感器之間裝上輔助油泵，見圖5（c）。 排除汽油車檢測油路中的空氣泡是一件很費時的工作，尤其當管路中存在堵塞或洩漏情況時，將使空氣泡無法徹底排盡。空氣泡一旦產生對油耗檢測結果的影響非常大，油耗傳感器會把空氣泡所占的容積當作燃油消耗量計量，使得檢測數據高於實際數，這樣會造成測量值的失真。 (6)汽油濾清器堵塞或油箱蓋上氣孔被堵塞，造成汽油泵泵油時形成“真空”，產生空氣泡。 做油耗檢測時必須排除空氣泡，通常可采取如下方法：即把車上從油箱到汽油泵的管路“短路”，裝上新的、密封性好的、無堵塞的油管，用性能較穩定的電動汽油泵和汽油濾清器代替原車相應部件，減短油泵到傳感器的油管長度，使油泵到油耗傳感器的阻力大大減小，從而避免了空氣泡對檢測結果的不良影響。TOP 在柴油車油路中裝好油耗傳感器後，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於汽油車可以在發動後排除空氣泡，而柴油車必須在發動之前排盡油路中的空氣泡；差別之二在於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後仍需排除油路中剛產生的空氣泡。TOP 采用路試方法受到很多條件限制，而汽車燃油消耗量在底盤測功機上進行台架試驗暫無國家標准。因此為了方便、快速，參照GB/T12545一90《汽車燃油消耗量試驗方法》的要求評價汽車燃油經濟性，便於汽車綜合性能檢測站開展車輛技術等級評定工作，可通過台架試驗方法來模擬道路試驗，即在底盤測功試驗台上模擬道路等速行駛油耗測試方法。模擬的基本原理如下所述。TOP 其一為質量法，即采用質量式油耗傳感器在底盤測功試驗台上進行油耗檢測。另一種容積法，即采用行星活塞式油耗傳感器在底盤測功試驗台上進行油耗檢測。當汽車駛上底盤測功試驗台後拆卸燃油管路，接上油耗傳感器，排除油路中的空氣泡，然後在底盤測功試驗台上進行加載，使??行油耗檢測。TOP 按照中華人民共和國交通部行業標准JT/T199-95《汽車技術等級評定的檢測方法》規定，應測量汽車“等速”百公裡燃油消耗量。根據GB/T12545-90《汽車燃油消耗量試驗方法》、GB/T12534-90《汽車道路試驗方法通則》規定，在限定條件下的平均使用燃料量試驗的試驗車速：建議轎車60±2km/h，鉸接客車為35±2km/h，其他采用50±2km/h，載荷按照不同車型加載至限定條件，測試距離應保證不少於500m。因為加載量是模擬汽車在道路上行駛時所受到的滾動阻力、空氣阻力等行駛阻力。由於各個車型的實際情況不同(包括迎風面積、汽車總質量、汽車與地面接觸的輪胎個數等)，所以不同的車型在底盤測功試驗台上應有不同的加載量，模擬加載量的確定方法是：首先，汽車(走合過的新車或接近新車的在用車)在額定總質量狀態下，以直接檔從20km/h開始做燃油消耗量試驗。往返采樣各三次，得出20km/h的該車平均等速油耗，然後每間隔1Okm/h一直到該車最高車速的90%，做與上述同樣的試驗。這樣依次得出20km/h到最高車速90%的等速平均百公裡油耗。其次，汽車在准備質量狀態下，在底盤測功試驗台上也從20km/h開始對底盤測功機加載模擬該車滿載時在2Okm/h路試狀態下所受的外界阻力，直至加上某一載荷後得出20km/h等速百公裡油耗值與車速為20km/h路試所得的平均百公裡油耗值相同，則上述對底盤測功機的加載量即為車速20km/h時的模擬加載量。然後按照上述試驗方法依次可得出各個車速下的加載量。TOP QAV--平均油耗。 即5Okm/h的工況必須測其3個數據，取均值且滿足於上式，則QAV定為該車檢測到的實際耗油量。如果發現數據重復性達不到上述要求，必須排除儀器及發動機或底盤的有關故障後重新進行測量。然後以標准的QAV與廠方給出的油耗Qo比較：一級車QAV≤Qo；二級車Qo＜QAV≤110%；三級車為QAV＞110%Qo。TOP (1)僅使用油耗傳感器時，電控噴油發動機須處理從壓力調節器回流多余燃油的問題。如果多余的油回到油耗傳感器的前面，則測出的油耗變成是發動機實際消耗的油加上回流的油。必須讓多余的油回到油耗傳感器的輸出端才算正確[見圖6(a)]。 (2)在(1)的場合，如果遇到油耗傳感器及噴油泵間產生負壓，引起氣穴現象時，自油箱來的油壓大概為2OKPa，有必要加一個輔助泵[見圖6(b)]，該輔助泵使燃油泵的進油端的油路保持正壓，氣穴現象不易發生，可以進行穩定的油耗測量。 (3)用(1)及(2)的方法，當回油溫度過高時，采用圖6(c)連接法。 (4)當回流管路內有阻力，壓力調節器的工作特性壓力比規定壓力高時，采用回注處理用油罐[見圖6(d)]使回油向大氣開放，可解決上述問題。另外，MF-113可作為燃油從油耗傳感器流入回流處理用油罐的泵用，但是回流處理用油罐的進口端最大截止壓力為5OKPa，MF-113的加壓部加壓後，在減壓部減到5OKPa以下。當壓力為40-5OKPa時，MF-113沒有必要裝。當供油壓力為5OKPa以上時，僅使用MF-113的減壓部。 (4)被測車底盤溫度應隨著室溫變化而需嚴格控制，當室溫小於10℃時，底盤溫度應控制在25℃以上(用點溫計測量主減速器外殼溫度)，因為汽車底盤溫度的高低決定了汽車行駛阻力，而行駛阻力的大小對油耗檢測數據影響較大。通常應做出各典型車型主減速器外殼溫度與油耗的關系曲線，然後油耗數據均修正到外殼溫度為25℃以上的值； 　　(6)輪胎氣壓(冷態)應符合該車技術條件的規定，誤差不超過±0.01MPa，且左右輪胎花紋一致。 (4)測試時發動機蓋須打開，??路後起動發動機，在確保無任何滲漏時方可蓋上發動機蓋。 (2)傳感器的濾清器在髒物堵塞後，可拆下，用壓力小於500kPa的壓縮空氣吹除髒物。 當一輛汽車油耗超標，由車主調試油耗合格後必須復核發動機功率是否合格，以避免汽車性能出現顧此失彼的現象。