一种研发时使用的发动机燃油消耗量测试装置及方法与流程

本发明涉及一种测量技术，尤其涉及一种研发时使用的发动机燃油消耗量的测试装置和方法。

背景技术：

车辆研发阶段，需要反复测量整车及发动机燃油消耗量，除了需要测量稳态燃油消耗量，有时候也需要研究瞬态燃油消耗量。台架的燃油耗测试一般使用稳态燃油消耗量测量仪，这种燃油消耗测量仪(简称油耗仪)不适合较短时间的燃油消耗量测量，特别是发动机加速及减速等瞬态过程很短，不能使用稳态燃油消耗量测量仪测量。市场上销售的能测量瞬态燃油耗的测量仪，往往很昂贵，因此专业厂家及研发机构都很少配备，导致想开展瞬态测试及研究时找不到测量设备。并且稳态燃油消耗量测量仪有各种条件限制，如需要通电，需要水平放置，工作中不能振动，装置比较笨重等，导致一些特殊场合及在整车上均不能使用稳态燃油消耗量测量仪测量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种研发时使用的发动机燃油消耗量的测试装置和方法，为解决发动机台架瞬态测试及特殊场合和整车测试缺少燃油消耗量测量设备问题，彻底解决瞬态燃油消耗量测量设备过于昂贵并且一些特殊场合及在整车上均不能使用通用的稳态油耗仪测量的问题。

本发明的技术方案是提供一种研发时使用的发动机燃油消耗量测试装置，包括加压装置、计量管、过油管、阀门、高速摄像机、显示仪表，其特征在于：加压装置能够使得与加压装置密封连接的计量管内保持一定气体压力；计量管前端与加压装置加压出气口密封连接；计量管后端垂直连通过油管；

计量管上面标记有刻度，靠近加压装置的位置设置有泄气阀；

过油管使用时，过油管两端分别与发动机燃油进油管连接，进入发动机燃烧的燃油将流经该过油管；

过油管内设置阀门；阀门是一个开关阀，用于关闭或打开过油管内的燃油进油通道或关闭或打开计量管连通过油管的通道；

阀门安装在过油管内，其包含碟盘、密封柱、转动杆；蝶盘是个圆形盘；密封柱是个圆柱体，固定在蝶盘上；密封柱中心线垂直蝶盘的盘面；转动杆紧固在蝶盘的盘面上并经过蝶盘中心；整个阀门是内置在过油管中，并能以转动杆的中心线转动；

当阀门在第一位置时，计量管通道关闭，计量管与过油管不连通；过油管通道开启，外部燃油通过过油管进入发动机燃烧；

当阀门在第二位置时，计量管通道开启，计量管与过油管连通，计量管的燃油能通过过油管进入发动机进油管路，补充燃烧消耗的燃油；阀门处于第二位置时，过油管通道关闭，外部燃油不能通过过油管进入发动机燃烧；

当阀门在第三位置时，计量管密封阀通道开启，计量管与过油管连通；过油管通道也开启，外部燃油能够通过过油管进入发动机燃烧；这时计量管压力低于过油管内的压力，过油管内的燃油能够流入计量管内；

高速摄像机安装在计量管及显示仪表附近，用于拍摄计量管内燃料变化及显示仪表显示的数据的变化，高速摄像机能够和阀门同时启动；显示仪表用于显示用发动机测试设备测试的数据。

本发明还提供了一种利用权利要求所述的研发时使用的发动机燃油消耗量测试装置进行测量方法，其具体步骤如下：

步骤1、把计量管接入发动机燃油进油管路中；

步骤2、启动发动机热机，用台架的稳态及瞬态油耗仪对发动机燃油消耗量测试装置的相互标定确认；

步骤3、发动机燃油消耗量测试装置开始测量，步骤如下：

步骤3.1、打开计量管上的泄气阀，将阀门转到第三位置，此时由于燃油管路有正压，燃油会进入计量管内，当燃油充满计量管时，旋转阀门4通过密封柱关闭计量管；

步骤3.2、启动加压装置，给计量管加压；

步骤3.3、将阀门转到第二位置，同时开始进入需测量的发动机瞬变工况，这时过油管的燃油进油被断开，计量管与过油管连通，计量管内的燃油在进油负压及加压装置施加的正压作用下，进入发动机进油管路中，补充燃烧消耗掉的燃油；

步骤3.4、在阀门转到第二位置的同时启动高速摄像机，记录计量管燃油随时间的变化及显示仪表的发动机瞬时参数数据；

步骤3.5、根据时间及计量管(2)中燃油的移动距离，计算出瞬态时燃油消耗量，画出燃油消耗随时间的变化曲线；这时画出的燃油消耗随时间的变化曲线，与喷油嘴实际喷到燃烧室燃烧消耗的燃油随时间的变化曲线，在时间上是有滞后的，在分析瞬态燃油消耗量对实际车速的影响时，需弥补滞后的时间；

步骤3.6、当计量管的燃油抽空时，停止测量，将阀门转到第一位置，然后关闭加压装置，然后打开计量管上的泄气阀，等加压气体泄出后，将阀门转到第三位置，在计量管内充入燃油后，重复上面的步骤继续测量。

本发明的有益效果是：

(1)结构简单，成本低，制作方便，安装方便。

(2)精度高，理论上可以测量发动机的每次喷油量

(3)可以与在用的稳态、瞬态油耗仪互相标定。

(4)通过使用不同管径的计量管，能适应不同精度要求的燃油耗测量.

(5)能直观、快速的判断瞬态时哪个阶段燃油消耗量大，减少计算量，加快研发进度。

(6)可以在不能使用稳态测量仪的场合比如野外无交流电或振动大的整车上使用。以上有益效果保证了使用本发明装置后，发动机燃油消耗量测量精度更高，更容易，更准确。

附图说明

图1是本发明所述的研发时使用的发动机燃油消耗量测量装置示意图；

图2是本发明所述的阀门示意图；

图3是本发明所述的计量管2通道关闭，过油管3通道开启的示意图；

图4是本发明所述的计量管2通道开启，过油管3通道关闭的示意图；

图5是本发明所述的计量管2通道及过油管3通道均开启的示意图。

其中：1-加压装置；2-计量管；3-过油管；4--阀门；5-高速摄像机；6-显示仪表；7-蝶盘；8-密封柱；9-转动杆；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，该实施例提供了一种研发时使用的的发动机燃油消耗量测试装置，包括加压装置1、计量管2、过油管3、阀门4、高速摄像机5、显示仪表6。其中：加压装置1是一种自动打气加压结构或高压气罐，打气加压结构的原理类似打气筒，使用时可以自动的持续打气加压，使与加压装置1密封连接的计量管2内保持一定气体压力。

计量管2是硬质透明管，一般使用塑料制作，计量管2前端高于其它部分，防止未加压时管里面的液体从计量管2前端流出。计量管2前端与加压装置1加压出气口密封连接。计量管2后端垂直连通过油管3。

计量管2上面标记有刻度，靠近加压装置的位置有设置有泄气阀10。

为便于观测及减少长度，计量管2可以绕成螺纹圈形或多重u型。

过油管3是硬管，过油管3内径与发动机燃油进油管内径大致相当。

过油管3使用时，过油管3两端分别与发动机燃油进油管连接，进入发动机燃烧的燃油将全部流经该过油管3。

过油管3内设置阀门4。阀门4是一个开关阀，用于关闭或打开过油管3内的燃油进油通道及计量管2连通过油管3的通道。由于计量管2是垂直接入过油管3的，所以计量管2的关闭面与过油管3的关闭面是垂直的。

如图2-5所示，该阀门4通过巧妙的结构设计，能保证计量管2通道及过油管3的通道不会同时关闭，也就是说其中的一个阀关闭时，另一个阀必然是开启的，同时，还能保证计量管2通道、过油管3通道都开启并连通。

阀门4安装在过油管3内，其包含碟盘7、密封柱8、转动杆9。结构见下图2-5。蝶盘7是个圆形盘。密封柱8是个圆柱体，固定在蝶盘7上，密封柱8中心线垂直蝶盘7的盘面。转动杆9则紧固在蝶盘7的盘面上并经过蝶盘7中心。整个阀门4是内置在过油管3中，并能以转动杆9的中心线转动一定角度。

如图3所示，当阀门4在第一位置时，计量管2通道关闭，计量管2与过油管3不连通；过油管3通道开启，外部燃油可以通过过油管3进入发动机燃烧。

如图4所示，当阀门4在第二位置时，计量管2通道开启，计量管2与过油管3连通，计量管2的燃油能通过过油管3进入发动机进油管路，补充燃烧消耗的燃油。阀门4处于第二位置时，过油管3通道关闭，外部燃油不能通过过油管3进入发动机燃烧。

如图5所示，当阀门4在第三位置时，计量管密封阀2通道开启，计量管2与过油管3连通；过油管3通道也开启，外部燃油可以通过过油管3进入发动机燃烧。这时如果计量管2压力低于过油管3内的压力，过油管3内的燃油可以流入计量管2内。转动杆9一般用外接的电机执行机构驱动。

高速摄像机5是高速摄像或录像装置，安装在计量管2及显示仪表6附近，用于拍摄计量管2及显示仪表6，其上装有自动启动摄像机构，可以和阀门4同时启动。显示仪表6用于显示用发动机常用测试设备测试的数据，如转速、扭矩、计时时间等。高速摄像机每秒可以拍摄2000帧左右。计量管2内燃油因为燃烧消耗而减少，其移动速度和计量管管径相关，管径越小，速度越快。根据需要调整管径，使每帧均移动能观测的距离，那么就可以计算出每帧时间消耗掉的燃油。由于每帧时间可以很短(1/2000秒甚至更少)，其精度很高，理论上可以达到发动机每喷射一次燃油都能测试出来。

该实施例还提供了一种研发时使用的的发动机燃油消耗量测试装置的测量方法，其具体步骤如下：

步骤1、把计量管3接入发动机燃油进油管路中。

在完成步骤1时，需要在现场连接固定好本发明的所有零件。有条件的可提前封装。

步骤2、启动发动机热机，有条件的可以用台架的稳态及瞬态油耗仪进行本发明装置的相互标定确认。标定方法是：运行发动机，用稳态或瞬态油耗仪及本发明装置同时测量燃油耗(本发明装置测量方法，下面描述)，对比2种设备测量的数据是否一致，如果差别较大，则需要找出原因，修正有偏差的设备；

步骤3、本发明装置开始测量，测量及计算方法如下：

步骤3.1、打开计量管2上的泄气阀，将阀门4转到第三位置，此时由于燃油管路有正压，燃油会进入计量管2内，当燃油基本充满计量管2时，旋转阀门4通过密封柱8关闭计量管；

步骤3.2、启动加压装置1，给计量管2加压。

步骤3.3、将阀门4转到第二位置，同时开始进入需测量的发动机瞬变工况(急加速或急减速等)，这时过油管3的燃油进油被断开，计量管2与过油管3连通，计量管2内的燃油在进油负压及加压装置施加的正压作用下，快速进入发动机进油管路中，补充燃烧消耗掉的燃油。

步骤3.4、在阀门4转到第二位置的同时启动高速摄像机5，记录计量管2燃油随时间的变化及显示仪表的发动机瞬时参数数据。

步骤3.5、根据时间及计量管2中燃油的移动距离，就可以计算出瞬态时燃油消耗量，画出燃油消耗随时间的变化曲线，需要说明的是：这时画出的燃油消耗随时间的变化曲线，与喷油嘴实际喷到燃烧室燃烧消耗的燃油随时间的变化曲线，在时间上是有滞后的，在实际分析中，如要分析瞬态燃油消耗量对车速的影响，则需要考虑修正这段滞后的时间，滞后时间与测量点到喷油嘴的油路距离及燃油的流动速度有关，也就是说滞后时间t＝距离l/速度s。由于计量管比燃油进油管的管径小，所以速度是不一样的，要分开计算燃油在计量管及燃油进油管的流动时间。另外也可以实测喷油器的实际喷油压力，以及根据喷油器电信号等来评估及标定滞后时间。这个修正后的曲线与车速、发动机功率、扭矩、转速、进气量、过量空气系数、指示压力、排温、排放、nvh等参数随时间的变化曲线放在一起，可以用来研究瞬态状况下发动机性能参数如何随时间变化，从而为下一步优化发动机性能提供依据。

下面举具体实例说明计算方法(燃料为柴油)：

比如计量管2内径为1毫米，那么其面积就是3.14x0.52＝0.785mm²。如果染料移动距离是1米(1000毫米)，那么燃油消耗的体积就是785mm³也就是0.785毫升。0#柴油密度是0.835g/ml，那么染料移动1米代表消耗了0.785毫升柴油，也就是0.785x0.835＝0.6555g柴油。移动1米如果耗时1秒，那么单位燃油耗就是0.6555/1＝0.6555g/s＝2.34kg/h。从计算可见，本发明的瞬态测量装置是非常灵敏的，消耗0.7克左右的燃油，内径1毫米的计量管2燃油就流过1米距离，如果按厘米为最小距离测量单位，那么可精确测量到0.007克的燃油瞬态变化值。由于使用的是高速摄像机，即使计量管2中的燃油移动很小距离，比如1毫米，本发明装置也是可以记录出来的，因此精度很高。实际使用，可以根据需要的精确度，选择不同内径的计量管，对于精确度要求一般的瞬态测试，可以使用内径较大的计量管，这样可以减少需要的计量管长度，延长工况测量的时间。

步骤3.6、当计量管2的燃油快抽空时，停止测量，将阀门转到第一位置，然后关闭加压装置1，然后打开计量管2上的泄气阀，等加压气体泄出后，将阀门4转到第三位置，在计量管2内充入燃油后，可重复上面的步骤继续测量。

试验结束后，停机，拆卸，清理本发明装置设备并存放好。

综上，本实施例的研发时使用的的发动机燃油消耗量测试装置能有效测量发动机稳态及瞬态燃油消耗量，精度高，成本低，结构简单，安装方便，非常适用发动机经济性研发需要。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。