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1、.第1章 绪 论1.1 引言 随着经济的快速发展，汽车数量的不断增加，而且石油资源需求快速激增，使能源供需矛盾日益突出。我国2009年中国石油表观消费量为40,837.5万吨，仅次于美国，预计2010年将达到4.27亿吨。2009年中国汽车产销分别为1379.10万辆和1364.48万辆, 成为世界汽车产销第一大国，2010年的汽车保有总量已达到7619万辆，由汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量的40%左右。 汽车的主要能源是石油产品中的汽油和柴油。我国的石油消耗在过去20年里以每年5%的速度增加。目前，快速增长的石油消耗造成的能源等问题己经出现。短缺的石油供应与经济快速发展带来石油需求间的矛盾
2、突出，而燃油消耗快速增加成为首要因素。权威统计显示，机动车消耗了全国石油总产量的85%，柴油总产量的42%。预计到2010年底达到2.73.1亿吨。而国内年产量仅能达到1.652亿吨，供需缺口为1.051.1亿吨。为实现可持续发展的战略目标，节约能源和保护环境是一项长期而艰巨的任务。同时汽车燃油消耗是衡量汽车燃油经济性的重要指标，是车辆技术等级评定的关键项。燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、节省石油资源、降低发动机产生的有害气体的排放量，起到防止全球变暖的作用。因此，对车辆燃油经济性进行检测是十分重要和必要的。 对汽车燃油经济性的评价，一般是通过汽车燃油消耗量测量来确定的，它是用以评价在用
3、汽车技术状况与维修质量的综合性参数，也是诊断和分析汽车故障的重要参考，因此汽车燃油消耗量是汽车的重要性能之一。 因为它是汽车的主要性能之一，所以准确、迅速地对汽车燃油消耗量进行检测并作出评价，这是非常关键的。国家有关标准中规定的燃油经济性的评定使用的是油耗计测定方法。传统的油耗计对于化油器的汽油机燃油消耗的测量较为简单，但是，随着汽车排放法规的日趋严格和汽车电子技术的长足进步，汽油机的化油器已被电控燃油喷射系统(EFI)所取代，汽车的燃油经济性测量的对象已全部变成了电控喷射发动机。电控喷射发动机由于需要处理多余燃油的回流问题，使其对油耗的测量变得复杂。所以，相关的测量方法和仪器的研究受到了更多
4、的关注。 研发车辆油耗检测仪，提高油耗检测精度，扩大仪器测量范围，是实现油耗仪产品更新换代的要求，也是科学技术日益发展的需要。基于容积法的汽车油耗检测仪器能精确检测汽车油耗，可以对汽车的燃油经济性有一个正确的评价和预测，可为研制低油耗车提供依据；对营运车辆油耗检测评价，可为其维护、维修提供依据；对于维修企业，也可用于判定维修质量；还可用于教学、研究单位进行其工作规律研究。 由此可见，汽车油耗不仅关系到环保节能更是汽车前沿技术的发展和应用。由此研制能快速、准确测量汽车在各种工况下油耗的仪器，也已成为一项重要课题。1.2 国内外的油耗仪研究状况及发展趋势1.2.1 国内外研究状况 1、国外汽车油耗
5、仪的研究状况 国外汽车工业发达国家，比较重视环保与节能。其车辆油耗检测技术较先进，投入的人力和财力也较多，并大量采用了传感技术和微电脑技术，正在大力开发研制智能型油耗检测装置，其功能、测试项目、精度、显示方式都在不断发展与完善之中，成本逐渐趋向合理。目前，国外有关燃油消耗测量设备的报道较少，只有一些专利。 燃油消耗量是评价汽油机经济性的重要指标，也是汽油机的重要测量参数之一。因此，燃油消耗量的测量是内燃机性能试验的重要组成部分，其测量精度直接影响汽油机实际性能指标、各项技术参数确定和主要附件的选配及调整等。目前，内燃机台架试验多属于稳态工况，仍沿用传统的质量法或体积法测量发动机燃油消耗量。随着
6、汽车技术飞速发展，对其测试的手段也应同步发展。目前的油耗仪多为体积式的，日本小野公司的FP-214 型活塞式流量传感器，最低采样时间为0.ls，最小油量分辨率为1ml，传感器量程为0.3120L/h。涡轮流量仪具有瞬时测量和累计功能，得到广泛应用，可测量0.051200L/min 的液体流量，在标定条件下，精度可达0.5%，响应时间210ms。中小功率汽油机燃油流量小，一般在103000mL/min，超出涡流流量计下限，为此国内研制出不同大小的涡轮以满足汽油机小流测量的需要。以上两种流量仪均用于汽车道路试验，只能测量体积流量。美国Pierburg仪器司的流量计为涡轮流量仪的改进型，流量范围可从
7、1L/h 起，响应时间为200ms，精度可达0.l%。奥地利的AVL公司研制的台架试验中发动机燃油耗的精确测量仪，在油量25g 时精度较高，台架试验测量范围为0150kg/h，尽管该油耗仪可进行动态测试， 但由于仍是静态燃油测量秤的改进， 动态响应时间大于200ms。目前，国外有关燃油消耗测量设备的报道较少，只有一些专利。 美国、日本和欧洲各国汽车油耗、C02排放的测试循环和测量设备各不相同，测试范围也不全一致，但都是模拟汽车实际道路运行状况下，多工况法汽车油耗测试方法，主要限制产量较大的轻型(包括微型)车辆。欧洲法规或指令只规定了M1类车的测试方法，且近十多年来不断变化。早期是分别测量低速城
8、市工况(即ECE15工况)油耗和90、120km/h的等速油耗;93年开始采用城市工况和城郊高速工况(EUDC)的复合工况油耗，在排放实验室用碳平衡法而不是用油耗仪直接测量;2000年开始采用冷启动而不是原来的热启动状态下的工况法来测量油耗，以求更真实测量汽车实际油耗的排放。以欧洲为例，1995年欧洲轿车平均C02排放量(采用模拟实际的冷启动后工况法测试循环)为185 g/km，2000年降低至169 g/km，2008年将进一步降低至140 g/km(相当于汽油车百公里油耗为5.9L，也是在1995年的基础上减低了约25%);美国是分别测量模拟市区(平均车速31.7km/h)和高速公路(平均
9、车速77.4km/h)运行状态的工况法油耗，加权平均后作为汽车名义油耗。日本测量的是1015工况(平均车速22.7km/h从小)运行下的平均油耗。不仅如此，美国还规定了汽车制造公司的平均油耗(CAfE)限值，不满足该限值则视差距大小处以数额不等的罚款;日本则规定了不同质量的汽车油耗标准表，欧洲则规定Ml类车型式认证时必须测试油耗，确认汽车厂的申报值并向社会公布。 2、国内汽车油耗检测技术研究状况 在现代以科技为主导的经济社会中，研究与开发新型智能油耗软件是实现检测油耗产品升级换代的要求，是科学技术日益发展的需要。以前我国主要采用普通式汽车油耗计检测油耗，随着时代的变迁，科技的日新月异，这类油耗
10、计精度低、功耗大、适用范围较窄、可靠性不大、抗干扰性不强等一系列弊端逐渐突显出来，并函待改善。 在国内，由于技术上的落后，对汽车燃油经济性的检测重视较晚，直到1991年10月1日交通部才颁布实施了涉及车辆燃油消耗检测的法规汽车运输业综合性能检测站管理办法，规定采用的测量方法为容积法和重量法。少数几个大的科研单位虽然从国外引进了一些相关的设备，但主要使用在测量汽车的尾气排放，用碳平衡法原理测油耗，但是由于碳平衡法精确计量排气流量比较困难，快速可靠的密封连接也十分困难很难，而且将测量误差控制在5%以内。所以国内没有达到实用阶段，还没有引起重视。 目前我国主流中档轿车的C02排放量为200220g/
11、km(相当于汽油车百公里油耗为8.3L9.2L)，考虑到众多的国产在用车，我国城市的燃油消耗/C02排放水平应该更高。我国急需借鉴国外经验，强制实施汽车多工况法油耗测试方法，作为汽车厂公布油耗数据的统一测试基准，并在每辆汽车上标明其名义油耗，引导用户比较选择。另外，针对我国实际状况，应尽快发布一个汽车油耗(C02排放)限值标准，一方面可以鼓励经济型汽车的发展，另一方面这也是我国汽车进入家庭和汽车工业快速健康发展的必然要求。 油耗仪器多为体积式的。应用的比较早的是车用油耗计，如国产的GD-30型车用油耗计，由传感器和电磁计数器两部分组成，其传感器为容积膜片式，适用于汽油、柴油发动机。但是，使用中
12、膜片不可避免地产生塑性变形，致使计量精度发生变化，因而需经常校正，因而给实际检测带来不便。 国内研制的FC2000发动机自动测控系统，它主要用于各种类型的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性能试验和出厂试验，同时它可以与国内外各种不同的水力、电涡流、电力测功机配套，用于控制和测量发动机的转速、扭矩、功率、燃油/燃气消耗量、温度、压力、流量等各种不同类型的参数。此仪器集成了许多功能模块，智能油耗仪是它的一个子系统。主要用于测量各种汽油机，柴油机、电喷发动机燃油消耗。油耗仪采用一体化设计技术，油耗测量和显示仪表集于一体，可独立完成发动机燃油消耗的测量。FC系列智能油耗仪采用先进的CAN现场总线技
13、术，具有网络特性，使多台测试仪器可以联网，同时保留了标准的RS232串行接口。能在环境较恶劣的现场正常工作，即使在电磁阀完全失灵的情况下，燃油也不会溢出，保证使用的安全，特别适用一大回油量的电喷发动机。仪器测量时间范围是1200S,测量结果以4位浮点数的形式显示。具有零点标定和满度标定功能，可进行单次测量、循环测量、超量程测量。每次测完油耗后，数据输出到CAN总线上。测量精度0.4%F.S。这种仪器主要用于台架试验5。 AM-2018燃油消耗测试仪(通称油耗仪)，是一种以单片计算机为核心的智能化仪器，并采用国际上流行的软膜轻触开关面板，使仪器的可靠性与外观都有很大的提高。该仪器可测定各类发动机
14、燃料的消耗量、瞬时流量；可进行定容积、定重量、定时间等参数的测量及控制；可用于汽车道路实验，如等速油耗、加速油耗、百公里油耗等多种道路试验。该仪器具有数据存贮和处理的功能，能直接显示打印计算结果。两路传感器可同时工作，特别适应于有回油管路的测试；配接的传感器采用独特的两路编码技术，在小流量、油路脉动情况下，具有测量精度高，工作稳定可靠之优点。这种仪器既可用于台架试验又可用于道路试验。JDSZ-EP-1-3型汽车油耗计量仪是动态测试并显示汽车行驶中的瞬时油耗、累计油耗测量仪器，由油耗仪主机和CPU显示器两部分组成，为公交车辆、客运车辆、货运车辆及工程车辆等进行精确的油耗统计与油料定额管理、为驾驶
15、员提高节油操作技能、为国家推动节能减排战略，提供了一个有效的油耗测试手段，使节能减排有据可依。1.2.2 发展趋势传统的汽油汽车发动机中，汽油是经过化油器后和空气混合而进入汽缸的，只要把流量传感器串接在油路上即可测出燃油消耗量，方法较为简单，但测量精度比较低，而且不能实现连续测量、不能记录数值等很多弊端。由于电控喷射发动机的优越性能，已逐步取代传统的化油器。取而代之的是采用流量传感器和单片机的智能油耗检测技术，并且能通过显示器和打印机对外输出。基于容积法的汽车智能油耗检测仪器能对汽车进行不同工况的油耗数据测量，以及汽车行驶的等速油耗、加速油耗、便工况油耗及百公里油耗测量，尤其是瞬时油耗的测量，
16、而且精度较高。将先进的智能传感技术和智能仪表应用与液体流量检测与显示，集机、电、液于一体，提高检测与显示精度和检测的自动化程度，满足生产需要。由于单片机的大规模应用，微电子技术的迅猛发展，加上传感器的微型化、多功能化、集成化和智能化的发展，控制功能的不断完善，因而目前国内外各国都在研究与开发微电脑油耗仪，并进一步向智能化方向发展。1.3 课题研究目的和意义 作为汽车的主要性能之一，准确、迅速地对汽车燃油消耗量进行检测并作出评价，这是非常关键的。国家有关标准中规定的燃油经济性的评定使用的是油耗计测定方法。目前国内常用的发动机油耗测量方法还是油耗仪测量方法，这些油耗测量仪表种类繁多，使用方法和测量精度也各有优劣。传统的油耗计对于化油器的汽油机燃油消耗的测量较为单一，但是，随着汽车排放法规的日趋严格和汽车电子技术的长足进步，汽油机的化油器已逐渐被电控燃油喷射系统(EFI)所取代，汽车的燃油经济性测量的对象已全部变成
