【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。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(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(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(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)。
推薦閱讀：
