基于全流稀释采样法的重型车底盘测功机等速油耗测量

赵少斋

摘 要：燃料经济性作为汽车的重要性能指标之一，一直是汽车技术研究人员研究的重点。汽车的等速油耗性能是汽车的一项重要油耗性能，是分析汽车燃料经济性的重要参数。为了得到汽车的等速油耗性能，我们按照所需测量的速度编制相对应速度-时间驾驶曲线，用底盘测功机模拟车辆道路受力情况，基于全流稀释采样法采集排放尾气，用碳平衡法通过测量稀释尾气中的HC、CO和CO2气体浓度，测量出不同速度下的等速油耗性能。

关键词：等速油耗 CVS-CFV 全流稀释采样 碳平衡法

Constant-speed Fuel Consumption Measurement of Heavy-duty Vehicle Chassis Dynamometer Based on Full-flow Dilution Sampling Method

Zhao Shaozhai

Abstract：As one of the important performance indicators of automobiles， fuel economy has always been the focus of research by automobile technology researchers. The constant velocity fuel consumption performance of a car is an important fuel consumption performance of a car and an important parameter for analyzing the fuel economy of a car. In order to obtain the constant speed fuel consumption performance of the car， we compile the corresponding speed-time driving curve according to the required measured speed， use the chassis dynamometer to simulate the vehicle road stress， collect the exhaust gas based on the full-flow dilution sampling method， and  measure the concentration of HC， CO and CO2 in the diluted exhaust gas， using carbon balance， so as to measure the constant velocity fuel consumption performance at different speeds.

Key words：constant velocity fuel consumption， CVS-CFV full-flow dilution sampling， carbon balance method

燃料經济性测试，除国家标准法规GB/T27840-2001规定的C-WTVC工况油耗试验外，为了得到一些重要工况点的油耗性能，往往还需要自行设计开发试验。由于道路上实测汽车等速油耗时，很容易受到路况差异、天气影响等因素干扰，因此我们选择在室内替代道路试验。

1 底盘测功机原理

底盘测功机的转鼓滚筒连接交流电机，工作时，汽车固定在鼓面上，保持不动，转鼓运动，保证转鼓的运动能够等效于汽车在道路上的运动状态。如图1所示。

基于车辆在道路和测功机上不同，测功机不但需要模拟道路上的外部阻力，还需要模拟汽车的惯量。在这里，我们需要引入一个等效惯量的概念。惯量为m的汽车在道路上行驶，等效于汽车固定不变，驱动轮带动一个等效旋转惯量为m的物体在原地转动。但由于转鼓的的等效旋转惯量往往是和汽车惯量是不一致的，再额外模拟一个随速度变化的变力F惯，使转鼓在受到汽车驱动轮施加力的情况下的运动状态和等效旋转惯量和汽车惯量一致的旋转物体的运动状态一致。

2 CVS-CFV全流稀释系统原理

通过CVS-CFV全流稀释系统采集汽车产生的尾气，通过日本Horiba公司生产的MEXA-7000系列排放分析仪测量尾气成分，实现试验车辆的瞬态排放污染物测量，如图2。

CFV临界文丘里管测量原理：满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在文丘里管喉颈处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在文丘里管喉颈前后便产生了压差。流体流量越大，产生的压差越大。当文丘里管抽气负荷逐渐增大，文丘里管内流速会逐渐不断临近音速，利用这一原理，可以通过在文丘里管后连接一个较大功率的泵（或抽气风机），让管道流量保持稳定。

CVS（稀释检测）原理：CVS方式是指：将全部废气导入CVS装置，使用稀释空气进行稀释。通过一定容量的风机抽气，使得恒定流量的稀释废气通过CFV（文丘里管）。废气流量和稀释空气流量的和是恒定的，废气的流量增加的话，空气的流量也就相应的减少。

3 等速油耗实验方法

汽车的燃油经济性常用等速工况下汽车行驶百公里油耗来衡量。等速行驶百公里油耗是评价汽车燃油经济性的常用指标，其值越大，燃油经济性越差：反之，燃油经济性越好。以下以某型GVM为6000kg卡车为例，进行说明。

3.1 等速油耗试验步骤

（1）首先，在控制电脑上编制好等速油耗曲线。测量10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h等速下油耗，拟制试验驾驶曲线，考虑到司机驾驶时需稳定到等速，因此在每一段匀速段前后分别增加10s的稳定时间，等速油耗测量采用第10s到第130s的120s数据。在试验主控系统中，录入驾驶曲线，并做好其他设置。

（2）车辆预热并进行底盘测功机阻力匹配并加载，充分预热车辆。

（3）排放设备准备标定等，排放分析仪读取背景空气浓度。

（4）开始试验，并根据之前录入的驾驶曲线完成等速油耗试验。

（5）记录试验过程中排放分析仪测量数据，并将试验数据导出。

3.2 等速油耗计算分析

（1）根据试验过程中排放分析仪测量的每秒排气各组分浓度，计算每秒的稀释比。

式中：CO2e：稀释排气中测量得到的CO2浓度，单位%，HCe：稀释排气中测量得到的HC浓度，单位ppm，COe：稀释排气中测量得到的CO浓度，单位ppm

（2）按照下式，使用背景空气浓度来修正稀释排气中各组分的浓度：

式中：CO2d：背景空气中测量得到的CO2浓度，单位%;HCd：背景空气中测量得到的HC浓度，单位ppm;COd：背景空气中测量得到的CO浓度，单位ppm。

（3）根据修正后的稀释排气污染物的浓度和CVS流量，计算每秒的废气各组分质量。

式中：Vmix：折算到标准状态下（273.2K，101.33kpa）的稀释排气流量，单位L/s;QHC：标准状态下，HC的密度，0.619g/L;QCO：標准状态下，CO的密度，1.25g/L;QCO2：标准状态下，CO2的密度，1.96g/L。

（4）根据计算得的废气各组分质量和燃油密度ρ（本文中，柴油密度取0.8312g/L），采用质量碳平衡法计算每秒的燃料消耗量。

式中：HCmol：HC摩尔质量，汽油碳氢化合物假定碳氢比为C1H1.85，折算到标准状态下为13.85g/mol，柴油碳氢化合物假定碳氢比为C1H1.86，折算到标准状态下为13.86g/mol。COmol：CO摩尔质量，一氧化碳折算到标准状态下为28g/mol;CO2mol：CO2摩尔质量，二氧化碳折算到标准状态下为44g/mol;

（5）根据所截取的各速度段的燃料消耗量和累积里程，计算各速度段的等速油耗。最终油耗结果计算汇总如表1：

4 结论

在道路上，大约需要2h左右时间完成等速油耗测量，使用文中所述测量方法，1h左右就可以完成等速油耗测量。能够比较方便的测量汽车的等速油耗特性，相比在道路上测量等速油耗，受天气、道路等干扰因素影响小，数据离散度小，结果更加稳定，试验效率更高，能够大大的节约人力、物力和时间。

参考文献：

[1]龚金科.汽车排放及控制技术.北京：人民交通出版社，2007.

[2]环境保护部 国家质量监督检验检疫总局 GB 18356.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》（中国第六阶段）.

[3]生态环境部 国家市场监督管理总局 GB 17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法》（中国第六阶段）.