【導讀】汽車(chē)燃油消耗量的測量是評價(jià)汽車(chē)燃油經(jīng)濟性的主要指標。汽油機燃油供給系統由過(guò)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也進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)生了很大的變化。我們應根據發(fā)動(dòng)機燃油供給系統的特點(diǎn)，選擇相應的測量?jì)x器，正確連接和使用，才能準確的測量汽車(chē)的燃油消耗量。
發(fā)動(dòng)機電控燃油供給系統的特點(diǎn)
化油器式發(fā)動(dòng)機燃油供給系統是由油箱、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是由油箱、電動(dòng)燃油泵、濾清器、燃油壓力調節器、燃油脈動(dòng)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（EFI ）典型的供油系統所取代。
目前在汽車(chē)上應用的EFI系統可分為D型、L型和MONO型三大類(lèi)。D型是通過(guò)檢測進(jìn)氣歧管絕對壓力（真空度），間接測量發(fā)動(dòng)機吸入的空氣量來(lái)調節噴油量的EFI系統。由于汽車(chē)不同工況下發(fā)動(dòng)機吸入的空氣量不同，氣流對進(jìn)氣歧管的壓力波動(dòng)，采用壓力傳感器很難準確地檢測進(jìn)氣量。尤其是在汽車(chē)工況發(fā)生急劇變化，如汽車(chē)突然制動(dòng)或加速時(shí)，其檢測精度較差，因而影響了D型EFI 系統在現代汽車(chē)中的推廣。取而代之的是L型EFI 系統，它是用空氣流量計直接測量發(fā)動(dòng)機吸入的空氣量，因而有較高的檢測精度。D型和L型EFI系統均采用多點(diǎn)噴射（MPI），即每個(gè)氣缸的進(jìn)氣歧管設一個(gè)噴油器，因而系統總體結構比較復雜，制造成本較高。目前最受歡迎的是MONO系統，該系統是一種低壓中央噴射系統，即單點(diǎn)噴射（SPI）系統，它只在進(jìn)氣總管設一個(gè)噴油器進(jìn)行集中控制，使結構大為簡(jiǎn)化。因此在轎車(chē)和載貨汽車(chē)上迅速推廣使用。
汽油機電控噴射供油系統是電動(dòng)燃油泵把燃油從油箱中泵出，經(jīng)濾清器過(guò)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，當油路內壓力升高時(shí)，壓力調節器開(kāi)始工作，此時(shí)減壓閥打開(kāi)，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。由于供油系統的油壓一定，所以噴油器噴出的燃油量與噴油器開(kāi)啟的時(shí)間成正比，因此可以通過(guò)控制噴油器的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制系統的供油量。發(fā)動(dòng)機控制系統以節氣門(mén)開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機轉速作為主要輸入信號，由此來(lái)確定基本輸油量。再通過(guò)各種傳感器將監測到的發(fā)動(dòng)機運行狀態(tài)參數輸入電控單元（ECU），由ECU對基本輸油量進(jìn)行修正，計算出所需的燃油量，然后控制電磁噴油器的開(kāi)啟時(shí)間，達到精確控制噴油量的目的。
柴油機的燃料噴射系統是由噴油泵、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(jiǎn)單過(guò)程是：輸油泵將柴油送到濾清器，過(guò)濾后進(jìn)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(guò)高壓油管進(jìn)入噴油器直接噴入氣缸燃燒室中壓燃。傳統的柴油機存在著(zhù)供油不精確的問(wèn)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也稱(chēng)位置控制系統，它用電子伺服機構代替調速器控制供油滑套位置以實(shí)現供油量的調整，這類(lèi)技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí)控制定時(shí)和預噴射的 系統。第二代系統也稱(chēng)時(shí)間控制系統，其特點(diǎn)是供油仍維持傳統的脈動(dòng)式柱塞泵油方式，但油量和定時(shí)的調節則由電腦控制的強力快速響應電磁閥的開(kāi)閉時(shí)刻所決定。第三代也稱(chēng)為直接數控系統，它完全脫開(kāi)了傳統的油泵分缸燃油供應方式，通過(guò)共軌壓力和噴油壓力時(shí)間的綜合控制，實(shí)現各種復雜的供油回路和特性。
因柴油機的噴射系統形式多樣，因此柴油機的電控系統也形式多樣，有直列泵和分配泵的可變預行程 系統，有基于時(shí)間控制泵嘴系統，有蓄壓共軌系統和高壓共軌系統等。各種技術(shù)方案都在原有的基礎上有所發(fā)展，但高壓共軌系統是總的發(fā)展方向。
共軌式電控燃油噴射技術(shù)通過(guò)共軌直接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟與閉合，定時(shí)、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(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)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油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調節，高壓油軌內的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預設的（三維控制數據表）中確定合適的噴油定時(shí)，噴油持續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 GB/T 12545.1~12545.2-2001《乘用車(chē)及商用車(chē)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(pán)測功機上進(jìn)行，也可在道路上進(jìn)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(lèi)型的傳感器具有攜帶方便、精度高等特點(diǎn)。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(dòng)，它采用向心布置的四活塞中心共用一個(gè)曲軸連桿機構，當燃油流過(guò)時(shí)依次反復交替地進(jìn)行燃油的填充排出，推動(dòng)活塞—— —曲軸組運轉，曲軸旋轉一周即四個(gè)活塞各往復運動(dòng)一次，完成一個(gè)循環(huán)。
轉速脈沖變換機構安裝在曲軸的另一端，由主動(dòng)磁鐵、從動(dòng)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(dòng)磁鐵裝在曲軸上，從動(dòng)磁鐵裝在轉軸上，轉軸通過(guò)軸承支承在殼體內，轉軸的上端固定有轉動(dòng)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(dòng)時(shí)，由于一對永久磁鐵的吸引作用，轉軸及其上的轉動(dòng)光柵也隨之轉動(dòng)，通過(guò)發(fā)光二極管和光敏管的光電作用，把曲軸的轉動(dòng)變成光電脈沖信號送入計量顯示儀，經(jīng)過(guò)內部運算處理后，與時(shí)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(shí)流量、百公里燃油消耗量等參數。
（2）連接方式
在早期的化油器式燃油系統中，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(chē)中的連接方法的主要特點(diǎn)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據失真，下圖。
電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機中為了保證燃油的恒定壓力，有部分燃油在壓力調節器的作用下，返回油箱。這樣的話(huà)，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(shí)沒(méi)有問(wèn)題，但在大流量的發(fā)動(dòng)機測量時(shí)，從壓力調節器返回的燃油由于壓力迅速降低，且靠近發(fā)動(dòng)機溫度較高，會(huì )使輸出的脈沖抖動(dòng)，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的燃油消耗量必需對返回的燃油進(jìn)行處理，在相應的測量系統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(jiàn)下圖1）。 MF-2200實(shí)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(dòng)機返回的燃油被導入熱交換器中按照油箱的溫度進(jìn)行冷卻，再被泵出形成循環(huán)。其測量時(shí)連接圖見(jiàn)下圖2。
（3）測量中應注意的問(wèn)題
汽車(chē)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(chē)道路試驗方法通則》的規定進(jìn)行試驗外，還要從多方面采取措施保證測量數據的準確性。測量油路中存在的氣體就是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。如果油路中存在氣泡，油耗傳感器會(huì )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(shí)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(shí)，原本充盈的油管產(chǎn)生滴漏現象，使得油管裝好后里面充滿(mǎn)空氣；
b、連接油管時(shí)，由于夾箍沒(méi)夾好，接頭處造成滲漏，形成空氣泡；
c、油泵進(jìn)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(shí)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(chē)油路中的氣泡時(shí)，裝上油耗儀，發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)依靠汽油泵的泵油壓力即可自動(dòng)排除油路中的氣泡。
排除柴油車(chē)油路中的空氣泡時(shí)，在柴油車(chē)油路中裝好油耗傳感器后，須用手動(dòng)泵泵油，以泵油壓力排除油路中的空氣泡，它與汽油車(chē)差別之一在于汽油車(chē)可以在發(fā)動(dòng)后排除空氣泡，而柴油車(chē)必須在發(fā)動(dòng)之前排盡油路中的空氣泡；差別之二在于汽油車(chē)在拆去油耗傳感器恢復其原油路時(shí)，無(wú)需排除空氣泡，而柴油車(chē)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(shí)，也需對油路中氣泡進(jìn)行排除。其步驟如下：
a、在流量傳感器供油輸出到發(fā)動(dòng)機的管路上安裝膠管和錐閥。
b、打開(kāi)汽車(chē)鑰匙門(mén)，發(fā)動(dòng)機運轉，將放氣錐閥打開(kāi)處于小開(kāi)度狀態(tài)。
c、打開(kāi)流量傳感器電源開(kāi)關(guān)，使傳感器中的油泵工作。
d、調節錐閥的開(kāi)度，氣體便從錐閥排除。
綜上所述，在對汽車(chē)燃油消耗量測量時(shí)，我們要針對不同的燃油供給系統，選用合適的測量?jì)x器，并進(jìn)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據的準確。
2、達特朗油耗儀百公里等速燃油消耗量測試實(shí)例
（1）測試內容
測定汽車(chē)在幾種特定的車(chē)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(xiàn)。
（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(shí)器最小讀數為0.1s。試驗儀器必須經(jīng)過(guò)計量檢定，在有效期內使用；并在使用前進(jìn)行調整，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
傳感器測試系統連接圖
（4）測試原理
試驗車(chē)速從20km/h（最小穩定車(chē)速高于20km/h時(shí)，從30km/h）開(kāi)始以10km/h的整數倍均勻選取車(chē)速，直至最高車(chē)速的90%，至少測定5個(gè)試驗車(chē)速。
試驗時(shí)，現場(chǎng)計算百公里燃料消耗和平均行駛車(chē)速，將測定和計算結果記錄在表1內。并繪制等速百公里燃料消耗監視曲線(xiàn)（Q-Va曲線(xiàn)）發(fā)現異常點(diǎn)，必須重新進(jìn)行測試。
（5）測試方法與步驟
b．打開(kāi)數據采集器的電源開(kāi)關(guān)和油耗儀的電源開(kāi)關(guān)，以及GPS的電源開(kāi)關(guān)。
c．按下開(kāi)關(guān)ALT+SYS、MENU鍵，設置當天實(shí)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(jìn)入該實(shí)驗狀態(tài)。
f．當車(chē)速達到預定的車(chē)速時(shí)（如30、40、50、60、70km/h），按綠色搖控開(kāi)關(guān)，儀器開(kāi)始自動(dòng)采樣，當通過(guò)設定的測區后，儀器自動(dòng)停止采樣，并顯示相關(guān)數據。
g．按ENTER鍵存儲實(shí)驗數據。
h．反向實(shí)驗重復（b）～（d）。
i．本實(shí)驗項目完后控ESC鍵返回主菜單。
j．關(guān)掉數據采集器電源開(kāi)關(guān)，取出CF數據卡，讀出實(shí)驗數據，并打印出實(shí)驗數據。
表1 實(shí)驗數據記錄表
- 注： 其中 S—測試距離（m）；
- Δt—汽車(chē)通過(guò)測區所用時(shí)間（s）km；
- ΔQ—汽車(chē)通過(guò)測區的燃料消耗量（ml）；
- Q—汽車(chē)等速百公里燃料消耗量（L/100km）。
（6）測試的重點(diǎn)和難點(diǎn)
a．通過(guò)作散點(diǎn)圖，繪制Qc-Va曲線(xiàn)，找出經(jīng)濟車(chē)速。
b．測試重復性要好。
目前市場(chǎng)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的電控發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品能進(jìn)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(shù)。
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