汽車發動機出廠臺架測試燃料消耗淺析

摘 要：本文通過發動機實際測試過程中燃料消耗問題，結合管路密封方式的優缺點，利用近似關系及數據分析的方法確定了燃料消耗的判定依據。

關鍵詞：燃料；消耗；泄漏；近似關系

引言

發動機出廠熱測試是必要且重要的一個環節，熱測試是發動機動力性與經濟性的初步檢測；同時，熱測試在發動機的生產成本中占有一定的份量，其中燃料消耗占有較重的比重。如果測試過程中存在泄漏、單臺用量超標等問題，將對生產成本控制不利。

本文通過對實際生產過程，熱測試環節燃料消耗的過程監控、問題及數據分析，對某型發動機的臺架燃料消耗進行分析及驗證。為后續生產過程的燃料消耗控制提供依據。

1 發動機測試簡介

目前發動機測量臺架以自動控制臺架為主，國內外有數家測試設備廠及研究所，如小野測試儀器公司、李斯特內燃機及測試設備公司（AVL）、FEV發動機技術研究所、上海內燃機研究所等。

1.1 發動機臺架介紹

發動機測試臺架裝置通常包括：試驗臺、測功裝置、燃料消耗量測量裝置、冷卻水供給系統、空氣消耗量測量裝置、排氣系統、操縱臺、控制系統、數據采集及處理系統等。

1.2 燃料消耗量測量裝置簡介

液體燃料消耗量的測量方法有：容積法、質量法、流量法及流速法。常用容積法及重量法。汽油發動機通常用容積法，柴油發動機通常用質量法。

式中：B-燃料消耗量（kg/h）；V-量瓶兩刻線之間的容積（ml）；？籽-燃料密度（g/ml）；t-液面通過兩刻線間所需時間（s）；W-燃料質量（g）；b-燃油消耗率[g/（kw·h）]；P-功率（kW）

1.2.1 燃料消耗自動測量儀

重量法燃料消耗自動測量儀由燃料天平、控制器和電子計數器組成；采用一次平衡消除刀口摩擦誤差，采用發動機轉數信號消除時間測量誤差。

式中： F-測功器讀數（kW）；L-測功器制動桿臂長（m）；U-時間間隔t（s）；W-燃料消耗量（kg）

1.2.2 燃料消耗自動測量儀內部結構（見圖3）

2 燃料消耗問題

發動機生產過程中，測試環節的輔料消耗（包括燃料、防銹防凍液、潤滑油、壓縮空氣、冷凍水等）總量一直得不到有效的控制，其中燃料消耗比重大，且與產量沒有固定的關系，使得降低輔料消耗的工作難以開展。

2.1 臺架燃料供給及計量方式

我們所采用測試臺架燃料供給管路布置如下圖所示，燃料消耗統計以流量計月度數據結合當月產量計算單臺發動機燃料消耗，對此項進行考核。

2.2 單臺燃料消耗數據收集

為了了解每臺發動機的燃料消耗，以及為后續問題的分析提供依據，我們對單臺發動機測試前后流量計數據進行記錄，相減得出單臺發動機測試“記錄消耗”，下面是兩個機型按照各自的出廠檢測工況運行后，從臺架流量表讀取的燃料記錄消耗。

從上圖可以看出，燃料記錄消耗值波動性很大，并無規律可循，需要從實際測試過程及燃料消耗與單臺發動機的關系入手查找原因。

3 燃料消耗監控及問題分析

對發動機臺架測試過程進行為期三個月的燃油系統定向跟蹤，對燃油系統有無泄漏、測試工況運行是否正常以及發動機測試過程中是否存在影響燃料消耗的異常進行跟蹤。

3.1 燃油系統有無泄漏及分析

測試前將燃料管路連接處用抹布檫干凈，在測試過程中及測試完成后對連接處進行檢查。

檢查過程中發現，以臺架與發動機中間連接處（對接快插）為界，臺架一側管路除偶發性泄漏外，并無長期泄漏，定期檢查管路即可解決；發動機一側管路與發動機進、回燃油孔連接處由于連接方式不合理，存在部分發動機不同程度的燃油泄漏，如圖7所示。

此問題需要對管路連接工裝進行改進，不需要重新制作。

3.2 測試工況運行是否正常

發動機生產測試工況采用統一編寫的自動程序，只要臺架外圍條件滿足程序設定要求，工況運行過程中不存在問題；但是仍然存在個別原因導致的外圍條件不滿足，如早晨首臺測試，由于冷卻液溫度較低或其它原因，導致發動機熱機時間增加，如下圖所示。同時，由于測量失效導致的單個測量點需要重復測量等，加長某個測量點運行時間增加。均可導致測試實際運行時間的不一致。

3.3 發動機是否異常

發動機異常導致測試不合格或測試時間增加，如缺缸、爆管（發動機水、氣、油路）、發動機本體三漏等問題導致的測試異常，需要返修或檢修問題，均會導致燃料消耗浪費等。

4 燃料消耗數據分析

根據以上發現的問題及分析，對漏點進行處理后；重新采集發動機燃料消耗相關數據進行分析。

4.1 發動機燃料消耗理論值近似代替

根據發動機運行過程中的實時記錄數據（固定間隔自動記錄測量數據），進行統計分析，得出燃料消耗與發動機相關參數（轉速、扭矩及功率）的近似關系。利用此關系關系結合發動機實時運行數據計算出相關系數與間隔時間乘積，即為發動機實時近似燃油消耗量，全測試工況的近似燃油消耗之和即為單臺發動機近似燃油消耗量。

上述近似油耗指的發動機運行過程中消耗掉的，如果要與記錄油耗做對比，必須加長填充燃濾及發動機油道的消耗量。

4.2 發動機燃料消耗理論值驗證及判斷依據制定

根據以上得出的近似關系，對實際運行過程發動機進行為期兩個月的驗證，理論油耗與記錄油耗差值在±8%，基本均布。根據以上結果，對發動機測試過程的記錄數據進行統計分析，即可得理論燃料消耗，將其與記錄消耗做對比，如差值在±8%，為可接受結果，如果超出這個公差范圍，則需要對發動機及臺架進行泄漏檢查，以確定問題所在。同時，為了控制測試時間及規范化操作，我們按照燃料消耗近似關系系數，計算出理想測試工況（自動程序理論工況，非實際運行）的燃料消耗量及其分布。從圖中可以看出，熱機占有總油耗的1/4左右。并以此為依據對每臺測試結果進行比較，如結果偏移較大，則需要檢查運行數據，確定問題所在。

5 總結

在了解發動機測試臺架及燃料消耗儀原理的基礎上，結合我們臺架及發動機的實際情況。對我們在生產過程出現的燃料消耗超標問題進行調差及分析，最終通過逐一排除及理論分析；使用統計學對測試數據進行處理，并使用數學近似代替方法取得燃料消耗的近似代替值，并與記錄值及理想測試油耗進行比的方式，確定問題方向，便于問題分析及解決。

參考文獻

[1]朱仙鼎.內燃機工程師手冊.上?？茖W技術出版社，2000，8.

[2]AVL.AVL油耗儀操作手冊.AVL李斯特公司，2005，5.