黃展華，黃 鍵，張慶永

(華僑大學機電學院，福建廈門 361021)

汽車燃油消耗量是汽車燃油經(jīng)濟性的重要評價指標，國內(nèi)外很多專家學者都對其測量方法作了大量的研究。采用直接測量燃油消耗體積的方法稱為容積法，目前容積式油耗儀主要有旋轉(zhuǎn)活塞式［1］、腰輪式、橢圓齒輪式、螺旋轉(zhuǎn)子式等形式，其特點是采用不同形式的燃油流量傳感器進行油耗測量。

本文旨在開發(fā)一種具有較高精度且無需流量傳感器亦可實現(xiàn)實時油耗檢測的新型容積式油耗儀。

1 油耗測量原理及可行性分析

1.1 油耗儀設計的總體思路

采用2個小型計量容器為發(fā)動機“接力”供油;采用2組光電傳感器實時監(jiān)測這2個計量容器中燃油的油面位置，并轉(zhuǎn)化為實時燃油消耗量信號。

1.2 油耗儀裝置設計

油耗儀裝置設計如圖1所示。采用光電管測量2個計量管的油面信號;采用電磁閥5，10，11控制2個計量管的充油和供油次序;采用單片機系統(tǒng)對電磁閥5，10，11進行控制。

1.3 油耗測量原理

如圖1所示，電磁閥11作為總閥控制整個油路的充油;通過控制電磁閥10可以控制對2個計量管的充油次序;通過控制電磁閥5可以控制2個計量管的供油次序;光電管4用于檢測2個計量管的油面信號。

圖1 體積式油耗儀原理圖

在油耗儀運行的過程中，2個計量管交替地對發(fā)動機進行供油。運行過程為:當某一計量管向發(fā)動機供油時，其液面開始下降;當供油計量管中液面下降到其下油面時，切換換向閥5，另一計量管便開始供油;同時，切換換向閥10，打開開關閥11，對原供油管進行充油;當充油計量管中液面上升到上油面時，關閉開關閥11，充油過程結(jié)束;如此交替地進行。整個過程中，單片機系統(tǒng)實時接收2個計量管上光電管的脈沖信號，轉(zhuǎn)化為油耗信號并實時顯示。

需要說明的是，油耗儀要求對計量管的充油速度要高于計量管的供油速度，這可以通過將外置油箱置高的方式實現(xiàn)。

1.4 油路排氣原理

系統(tǒng)在開機準備階段時，即在發(fā)動機啟動前，需將油路中的空氣排凈。首先，打開開關閥11，導通換向閥10，切斷換向閥5，這樣外置油箱1就可以給計量管2充油;然后，手動控制排氣閥9的開度，此時，外置油箱中的油也會經(jīng)過排氣閥流到油箱8中，這樣就可以排出計量管2與換向閥5之間的油路中的空氣;當計量管2中的油面上升到上油面時，關閉開關閥11，此時計量管2中的油就會經(jīng)過排氣閥流到油箱8中，排出殘留在計量管2與換向閥5之間的油路中的空氣;當計量管2中的油面下降到下油面時，打開開關閥11，再給計量管4充油;當計量管2中油面再次到達上油面時，再對第二個計量管進行同樣的排氣過程;如此往復進行;當觀察到油路中的空氣都已排盡時，手動關閉排氣閥9，排氣過程結(jié)束。排氣流程如圖2所示。

2 油耗系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 單片機的選取

油耗儀的4個按鍵都采用中斷的方式進行處理，選用Microchip公司的PIC18F4520單片機作為主控芯片，其上有2個外部中斷、1個RB口中斷，定時器T0也可構造1個外部中斷，可以滿足使用要求。

圖2 排氣流程圖

2.2 控制系統(tǒng)硬件電路設計

采用或門收集這2組光電管的脈沖信號，再送給單片機處理?？刂葡到y(tǒng)電路原理如圖3所示。

3 油耗系統(tǒng)的標定

采用1 000ml的量筒標定每個光電管脈沖對應的油耗量，實物系統(tǒng)及標定系統(tǒng)如圖4所示。

圖3 控制系統(tǒng)原理圖

圖4 實物系統(tǒng)及標定系統(tǒng)

4 油耗系統(tǒng)的誤差分析

a．系統(tǒng)在測量開始和結(jié)束時，由于2組光電管檢測液面變化的不連續(xù)性，導致首尾2個脈沖的不完整，會引起最大為3個脈沖的誤差。這個誤差可以通過在計量管上布置盡量多的光電管來降低;在進行長距離油耗的測量過程中(如百公里油耗的測量)，這3個脈沖的誤差的影響就很小。

b．本裝置采用SMC公司的VX33電磁閥，電磁閥的響應頻率為60Hz，響應時間為16ms［2］，由此可見，電磁閥響應時間帶來的誤差較小。

c．在實車上試驗的過程中，存在路況等因素的影響，汽車將上下顛簸，計量管中的浮子也將會有一定的抖動，這種抖動將產(chǎn)生相應的誤差，通過硬件及軟件消抖的方式可以在一定程度上改善抖動帶來的影響。

d．系統(tǒng)裝配精度引起的誤差，這方面的誤差可以通過提高系統(tǒng)加工精度來降低。

5 結(jié)束語

經(jīng)過一段時間的試驗，證明在靜態(tài)試驗的條件下，本油耗儀可以很好地滿足對發(fā)動機油耗的測量，使用方便，工作可靠。用1 000ml的量筒對油耗儀的精度進行檢驗，結(jié)果顯示，在800ml的量程下，測量精度大于99%。另外，本油耗儀結(jié)構簡單，與其他類型的油耗儀相比，無需流量傳感器，具有明顯的經(jīng)濟性。

［1］ 余志生．汽車理論［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2009:69-70．

［2］ SMC．2，3 Port Valves for Fluid Control/VX［EB］［2012-07-01］． http://www．smcworld．com/doc/2008/e/webcatalog/docs/process/process23vx/process23vxfound34361．html．