新型电控容积式发动机油耗仪设计

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汽车燃油消耗量是汽车燃油经济性的重要评价指标，国内外很多专家学者都对其测量方法作了大量的研究。采用直接测量燃油消耗体积的方法称为容积法，目前容积式油耗仪主要有旋转活塞式 ]、腰轮式、椭圆齿轮式、螺旋转子式等形式，其特点是采用不同形式的燃油流量传感器进行油耗测量。

本文旨在开发-种具有较高精度且无需流量传感器亦可实现实时油耗检测的新型容积式油耗仪。

1 油耗测量原理及可行性分析1.1 油耗仪设计的总体思路采用 2个小型计量容器为发动机接力”供油；采用 2组光电传感器实时监测这2个计量容器中燃油的油面位置，并转化为实时燃油消耗量信号。

1.2 油耗仪装置设计油耗仪装置设计如图 1所示。采用光电管测量 2个计量管的油面信号；采用电磁阀5，10，11控制2个计量管的充油和供油次序；采用单片机系统对电磁阀5，10，11进行控制。

1.3 油耗测量原理如图 1所示，电磁阀 11作为总阀控制整个油路的充油；通过控制电磁阀 l0可以控制对 2个计量管的充油次序；通过控制电磁阀5可以控制 2个计 量管的供油次序；光 电管4用于检测2个计量管的油面信号。

1-外置油箱；2-计量管 ；3-光电臂；4-浮子(不透光 )；5-换向阀；6-发动机；7-发动机回油管；8-油箱；9-排气阀；l0-换向阀；l1-开关阀图 1 体积式油耗仪原理 图在油耗仪运行的过程中，2个计量管交替地对发动机进行供油。运行过程为：当某-计量管向发动机供油时，其液面开始下降；当供油计量管中液面下降到其下油面时，切换换向阀 5，另-计量管便开始供油；同时，切换换向阀 10，打开开关阀 11，对原供油管进行充油；当充油计量管中液面上升到上油面时，关闭开关阀 11，充油过程结束；如此交替地进行。整个过程中，单片机系统实时接收2个计量管上光电管的脉冲信号，转化为油耗信号并实时显示。

收稿日期：2Ol2-08-15基金项目：国家863计划项目(2012AA11l105)；辅势技重大专项(2010HZ0003)；湖北省自然科学基金资助项目(2010CDB01802)；辅工程学院博士科研启动基金资助项目(GY-Z12004)作者简介：黄展华(1988-)，男，辅莆田人，华侨大学硕士研究生，主要从事汽车电子技术的研究。

· 64·第 1期 黄展华，等：新型电控容积式发动机油耗仪设计需要说明的是，油耗仪要求对计量管的充油速度要高于计量管的供油速度，这可以通过将外置油箱置高的方式实现。

1.4 油路排气原理系统在开机准备阶段时，即在发动机启动前，需将油路中的空气排净。首先，打开开关阀 11，导通换向阀 lO，切断换向阀5，这样外置油箱 1就可以给计量管2充油；然后，手动控制排气阀 9的开度，此时，外置油箱中的油也会经过排气阀流到油箱8中，这样就可以排出计量管 2与换向阀5之间的油路中的空气；当计量管 2中的油面上升到上油面时，关闭开关阀 1l，此时计量管 2中的油就会经开始要 > 奎于上油面位置!/Y关闭开关阀11过排气阀流到油箱 8中，排出残留在计量管2与换向阀5之间的油路中的空气；当计量管2中的油面下降到下油面时，打开开关阀 11，再给计量管4充油；当计量管 2中油面再次到达上油面时，再对第二个计量管进行同样的排气过程；如此往复进行；当观察到油路中的空气都已排尽时，手动关闭排气阀9，排气过程结束。排气流程如图2所示。

2 油耗系统硬件电路设计2.1 单片机的选取油耗仪的4个按键都采用中断的方式进行处理，选用 Microchip公司的PIC18F4520单片机作为打开开关阀l、导通换向阀lO、切断换向阀5，计最管2开始充油茹 处于上油面位置/ 、/lY士于下油面位簧!/ 、 / Y，q- 10 1 通换向阀士于上油面位置!/ / Y两 丽]拿 篙 釜 止于上油面位簧!// 1打开开关阀11、导通换向阀Y l 10、导通换向阀9，第2个讨· J鼙管开始充油关闭开关阀11/～ 处于上油面位鼹 / /Y厂菊而蕻图2 排气流程图主控芯片，其上有 2个外部中断、1个 RB口中断，定时器 TD也可构造 1个外部中断，可以满足使用要求。

2.2 控制 系统硬件 电路设计采用或门收集这2组光电管的脉冲信号，再送给单片机处理∝制系统电路原理如图3所示。

3 油耗系统的标定采用 1 000ml的量筒标定每个光电管脉冲对应的油耗量，实物系统及标定系统如图4所示。

图3 控制 系统原理图· 65·z人- 卅 ～ -册晰2013年第 42卷 机械设计与制造工程图 4 实物 系统及 标定 系统4 油耗系统的误差分析a.系统在测量开始和结束时，由于2组光电管检测液面变化的不连续性，导致首尾2个脉冲的不完整，会引起最大为 3个脉冲的误差。这个误差可以通过在计量管上布置尽量多的光电管来降低；在进行长距离油耗的测量过程中(如百公里油耗的测量)，这3个脉冲的误差的影响就很校b.本装置采用 SMC公司的 VX33电磁阀，电磁阀的响应频率为60Hz，响应时间为16ms2 J，由此可见，电磁阀响应时间带来的误差较校C.在实车上试验的过程中，存在路况等因素的影响，汽车将上下颠簸，计量管中的浮子也将会有- 定的抖动，这种抖动将产生相应的误差，通过硬件及软件消抖的方式可以在-定程度上改善抖动带来的影响。

d.系统装配精度引起的误差，这方面的误差可以通过提高系统加工精度来降低。

5 结束语经过-段时间的试验，证明在静态试验的条件下，本油耗仪可以很好地满足对发动机油耗的测量，使用方便，工作可靠。用 1 O00ml的量筒对油耗仪的精度进行检验，结果显示，在 800ml的量程下，测量精度大于 99%。另外，本油耗仪结构简单，与其他类型的油耗仪相比，无需流量传感器，具有明显的经济性。