張申祥,王善強(qiáng),丁磊
(安徽江淮汽車股份有限公司,安徽 合肥 230601)
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發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測量系統(tǒng)誤差淺析
張申祥,王善強(qiáng),丁磊
(安徽江淮汽車股份有限公司,安徽 合肥 230601)
摘 要:通過發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測量系統(tǒng)中各影響因素分析,找出問題點(diǎn)并制定對(duì)應(yīng)優(yōu)化方案,從而提高燃油消耗測量精度。
關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架;燃油消耗測量;誤差
10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.040
CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-120-03
隨著1.6L及以下節(jié)能環(huán)保汽車新政策、第四階段乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)指標(biāo)的陸續(xù)發(fā)布實(shí)施,國家的節(jié)能環(huán)保政策與法規(guī)日趨收緊,對(duì)油耗要求越來越嚴(yán)格。另外,油耗是消費(fèi)者用車過程中重點(diǎn)關(guān)注要素之一,也是汽車競爭的關(guān)鍵點(diǎn)。而相對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測量的準(zhǔn)確性將直接影響著各種油耗測量驗(yàn)證開發(fā)工作。
以某發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架其設(shè)備組成主要為AVL電力測功機(jī)臺(tái)架、735科里奧利質(zhì)量流量式油耗儀和753C燃油溫控設(shè)備,臺(tái)架整個(gè)燃油供給系統(tǒng)如圖1所示,此類臺(tái)架燃油供給系統(tǒng)在某發(fā)動(dòng)機(jī)同一穩(wěn)定工況下的10次油耗測量值誤差結(jié)果如表1所示。
圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架油耗測量系統(tǒng)
表1 同工況油耗測量誤差
從表1中可以得出,在臺(tái)架油耗測量過程中其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性還存在很大的問題。
圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架燃油供給系統(tǒng),其影響臺(tái)架油耗測量結(jié)果精度的主要因素如圖2所示,主要是有流量傳感器、密度傳感器油耗測量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差,油耗測量系統(tǒng)中溫度變化帶來的能量沖擊影響誤差,油耗測量設(shè)備到發(fā)動(dòng)機(jī)之間儲(chǔ)存油路的變化影響誤差。如果想消除或者降低這些因素的干擾,則需從這幾個(gè)方面著手研究并進(jìn)行有效控制。
圖2 影響發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測量的主要因素
根據(jù)上述影響發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架油耗測量精度的主要因素,針對(duì)這些因素將進(jìn)行各個(gè)問題分析,并進(jìn)行針對(duì)性的影響因素規(guī)避或是處理:
1)針對(duì)流量傳感器和密度傳感器油耗測量設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差,考查國際市場上存在的所有油耗測量原理的油耗儀分別作對(duì)比,然后找出適合試驗(yàn)臺(tái)架測量需求的油耗儀類型;
2)精確分析燃油溫度變化引起燃油能量變化帶來的能量沖擊對(duì)油耗測量精度的影響,可采用高精度燃油溫控設(shè)備來控制燃油進(jìn)油溫度來規(guī)避此問題;
3)分析從油耗儀設(shè)備到發(fā)動(dòng)機(jī)這段存儲(chǔ)油路帶來的燃油消耗測量誤差原因,利用管路建設(shè)和壓力、溫度傳感器的布置等技術(shù)方法來分析控制。
3.1 油耗儀本事精度影響因素分析
考查市場現(xiàn)有各種測量原理類型的油耗測量設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)。
表2 不同類型測量原理油耗儀精度優(yōu)缺點(diǎn)
從表2中可以得出,活塞式是比較老的測量技術(shù)現(xiàn)在已淘汰,科里奧利原理的油耗儀由于其測量原理是采用振動(dòng)式測量原理,測量量程比較單一,量程偏大,需要固定牢固以避免振動(dòng)對(duì)測量精度產(chǎn)生的影響,在低油耗量測量(≤10kg/h)時(shí),燃油消耗量小,流量小振動(dòng)不明顯易受外界環(huán)境因素干擾大,在低油耗量測量時(shí)易產(chǎn)生波動(dòng),從而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。
圖3 兩種齒輪體積流量式原理比較
從圖3中可以看出,主動(dòng)齒輪式(圖右邊)因其采用伺服電機(jī)來主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪來補(bǔ)償由燃油帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的壓力損失,這樣可促使測量不受壓損所影響,同時(shí)具有可選測量范圍多的特性,保證不同測量范圍下的精度要求,且不受外界環(huán)境因素如臺(tái)架振動(dòng)、溫濕度等影響,所以建議選用此測量原理的油耗儀。
3.2 燃油溫度變化影響分析
發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗測量系統(tǒng),主要燃油從進(jìn)入油耗儀、經(jīng)過燃油溫控系統(tǒng)、在經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和進(jìn)油溫度、壓力測量后進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)參加燃燒,如圖1所示。
從圖1中可以看出從油耗儀出來到發(fā)動(dòng)機(jī)之間是一段儲(chǔ)油空間,此段儲(chǔ)油空間在測量油耗時(shí)將充滿油,如果在測量過程中此段空間內(nèi)燃油溫度發(fā)生變化則對(duì)油耗測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。下面來研究下溫控變化造成的能量沖擊對(duì)油耗測量的影響。
根據(jù)流體力學(xué)有在一段充滿液體的體積,此固定體積在溫控變化產(chǎn)生的能量沖擊將發(fā)生變化,一旦體積發(fā)生變化其油耗測量的體積流量或者質(zhì)量流量也將跟著溫度和能量變化而變化。
式中:β是液體的體膨脹系數(shù),℃-1,Vt是體積變化量,L/min;V0是液體體積,L;t是溫度變化量,℃/min。
式中:Q是液體的能量變化,J;C是液體的比熱容,J/(kg﹒℃);m是液體的質(zhì)量,kg;ρ是液體的密。
如果是汽油(常溫下)則有:
β=0.00095℃-1,C=2060 J/(kg﹒℃),ρ=0.733kg/L。
所以可以得出對(duì)于2L的汽油,其溫度變化產(chǎn)生能量沖擊對(duì)液體流量的影響:
表3 溫度變化對(duì)燃油流量的影響
從上表中可以得出很小的溫度變化都會(huì)對(duì)實(shí)際油耗量產(chǎn)生影響,特別是在油耗量值很小時(shí)此能量沖擊對(duì)測量精度的影響會(huì)更大。所以要保持很好的流量測量精度控制,其溫度變化越小越好。
3.3 儲(chǔ)存油路對(duì)油耗測量精度的影響分析
從3.2中得出溫度變化的能量沖擊其實(shí)也是對(duì)油耗儀到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的儲(chǔ)存油路的燃油體積產(chǎn)生變化而產(chǎn)生的影響,而此節(jié)中將優(yōu)化此段儲(chǔ)存油路以盡可能的降低此儲(chǔ)存油路因燃油流動(dòng)中體積變化對(duì)油耗測量精度的影響。
此段油路如果剛開始搭建的不好,將造成燃油在流經(jīng)此段管路中將產(chǎn)生大量氣泡,產(chǎn)生的氣泡將會(huì)改變?nèi)加腕w積和質(zhì)量,對(duì)燃油測量造成很大困擾。因此只能從儲(chǔ)油管路中下手,降低燃油在儲(chǔ)油管路中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣泡。燃油管路中產(chǎn)生氣泡主要因素為燃油在循環(huán)中不順暢導(dǎo)致的,主要有直接拐彎、轉(zhuǎn)接頭、接入的溫度傳感器和壓力傳感器、管路太長、采用的易變形狀的橡膠軟管等都會(huì)容易產(chǎn)生氣泡。
優(yōu)化方案建議如下:
1)采用移動(dòng)式油耗儀,將油耗儀直接放置在發(fā)動(dòng)機(jī)邊上且靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油口的位置,盡量的減少油耗儀到發(fā)動(dòng)機(jī)之間的儲(chǔ)油管路;
2)儲(chǔ)油管路采用統(tǒng)一口徑大小的不銹鋼管,不使用轉(zhuǎn)接頭來拐彎且盡量避免直角拐彎,如果確實(shí)需要?jiǎng)t采用平順的方式;
3)儲(chǔ)油管路會(huì)接有燃油壓力調(diào)節(jié)閥和壓力傳感器,其接法應(yīng)采用如下圖所示方式:
圖4 燃油壓力調(diào)壓閥和壓力傳感器接法
4)在儲(chǔ)油管路周圍包裹上保溫材料,以避免外界溫度變化對(duì)油路內(nèi)燃油溫度的影響。
另外在穩(wěn)定工況,可采用延長測量時(shí)間的方式來降低燃油中氣泡對(duì)測量精度的影響。
根據(jù)上述的優(yōu)化方案后的油耗測量系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證,驗(yàn)證方法及結(jié)果如下所述。
1)測試系統(tǒng)靜態(tài)驗(yàn)證:不帶發(fā)動(dòng)機(jī),油耗測試系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán),油耗儀本身的精度驗(yàn)證采用零點(diǎn)漂移法,零點(diǎn)漂移法即在沒有任何燃油消耗的情況下,測量油耗10組以上數(shù)值,如果偏差在其精度允許范圍內(nèi)說明滿足精度要求;燃油溫控的控制精度,則通過一質(zhì)量良好的溫度傳感器測量溫控后的燃油溫度(設(shè)定溫度22℃),并測量10次以上并取平均值,此每次測量值的偏差都控制在精度范圍以內(nèi)即可。其驗(yàn)證結(jié)果如下圖示。
圖5 燃油消耗測試系統(tǒng)零點(diǎn)和溫控結(jié)果
測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)驗(yàn)證:通過一狀態(tài)良好的發(fā)動(dòng)機(jī),在保證外界條件不變的情況下且保持發(fā)動(dòng)機(jī)在某一穩(wěn)定工況(3000rpm/60Nm),發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)行10h,每隔10分鐘測量一次油耗,對(duì)所有測量結(jié)果取平均值,每組測量結(jié)果與其平均值最大偏差為0.39%,如圖6所示。
圖6 燃油消耗測試系統(tǒng)穩(wěn)定工況測試結(jié)果
在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)影響發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測量結(jié)果精度的各主要因素分析,并制定相應(yīng)的解決措施方法,通過油耗儀選型、進(jìn)油溫度精確控制、減少輸油管路并優(yōu)化搭建、采用移動(dòng)式油耗儀盡最大方式縮短進(jìn)油管路等方式,可以很好的減少和降低油耗測量系統(tǒng)各項(xiàng)誤差,為更精準(zhǔn)的油耗測量提供了保障。
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中圖分類號(hào):U467.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1671-7988(2016)04-120-03
作者簡介:張申祥,就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)開發(fā)研究院。
Error analysis on the engine test-bed fuel consumption measurement system
Zhang Shenxiang, Wang Shanqiang, Ding Lei
( Anhui Jianghuai Automobile CO., Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abstract:Analysis on the engine test-bed various influencing factors of fuel consumption measurement system, find out problems point and formulate corresponding optimization scheme, so as to improve fuel consumption measurement precision.
Keywords:engine test-bed; fuel consumption measurement; error