重慶市農(nóng)業(yè)機械鑒定站

□ 毛志幸 李軍 任宏生

Z比分數(shù)法廣泛應(yīng)用于實驗室之間、檢驗人員之間的比對分析。然而在小型汽油機檢驗中，如何評定檢驗人員檢測能力水平，研究的卻很少。為了提升檢驗人員的檢測能力水平，有必要對此展開深入研究，以便對檢驗人員的檢測能力水平做出科學(xué)評價。

一、材料與方法

（一）材料和儀器

168F 汽油機（樣機）：嘉陵——本田發(fā)動機有限公司。

GW6 電渦流測功機：湖南湘儀動力測試儀器有限公司；FC2210—Z智能油耗儀（汽油機用）：湖南湘儀動力測試儀器有限公司；FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng)：湘儀動力測試儀器有限公司。

FC2000發(fā)動機自動測控系統(tǒng)由FC2010測控儀、FC2020數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、FC2210智能油耗變送器、FC2310角行程油門執(zhí)行器、FC2030四參數(shù)大屏幕顯示器、GW6 電渦流測功機、FC2000系統(tǒng)軟件組成。

（二）實驗方法與計算

（1）標定功率檢查

將小型汽油機正確安裝到測試臺上（如圖1所示）。檢查汽油機是否達到規(guī)定的功率。試驗時，將汽油機調(diào)定到制造廠規(guī)定的標定空載轉(zhuǎn)速，然后逐步增加負荷直至轉(zhuǎn)速達到銘牌所示標定轉(zhuǎn)速，檢查汽油機實際所發(fā)功率與銘牌所示功率是否在5%偏差范圍內(nèi)。將發(fā)動機自動測控系統(tǒng)的測試模式調(diào)整到N/P（測功機恒轉(zhuǎn)速、油門位置控制方式）模式。將P（油門位置）調(diào)整至最大，設(shè)定N轉(zhuǎn)速為3600 r/min，系統(tǒng)自動加載，當測試系統(tǒng)顯示轉(zhuǎn)速N達到標定轉(zhuǎn)速3600 r/min時，可通過軟件系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)或者在測控柜上按FUM鍵，采集各項數(shù)據(jù)。每組對標定功率、標定扭矩檢測三次，然后計算其平均值作為最終檢測值。

（2）外特性曲線檢測

外特性曲線是指汽油機節(jié)氣門全開時所測出來的功率或者扭矩隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。做部分速度特性時將節(jié)氣門分別固定在：標定轉(zhuǎn)速下的標定功率、90%標定功率、75%標定功率、50%標定功率、25%標定功率（本工況點可根據(jù)實際情況適當調(diào)整）工況位置處。本文所測外特性曲線檢測為標定轉(zhuǎn)速下的標定功率外特性曲線。在可以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取不少于6個轉(zhuǎn)速點（節(jié)氣門全開位置時，其中應(yīng)包括標定轉(zhuǎn)速點、最大扭矩轉(zhuǎn)速點和最低比油耗轉(zhuǎn)速點）測量轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等，計算比油耗并繪制外特性曲線。

使用N/P模式，將P節(jié)氣門固定在全開位置，調(diào)整轉(zhuǎn)速N，將發(fā)動機調(diào)定在標定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)速為3600 r/min，使之達到熱平衡。然后保持油門處于最大位置不變的情況下逐步降低轉(zhuǎn)速直至1800 r/min.。按300 r/min的等間隔共取7個試驗點（可根據(jù)實際情況做適當調(diào)整），記錄各試驗點的測量參數(shù)。由外特性曲線求出最大扭矩點比油耗 g/(kW?h)、最低油耗點比油耗 g/(kW?h)。

（3）負荷特性曲線檢測

負荷特性曲線是指在指定轉(zhuǎn)速下，汽油機的各項主要性能隨負荷變化規(guī)律的曲線。在試驗時，汽油機保持在標定轉(zhuǎn)速或者其他規(guī)定的轉(zhuǎn)速下，負荷由小逐步增加到最大，適當?shù)胤植既舾蓽y量點（至少應(yīng)包括100%、90%、75%、50%及25%標定功率點），測量其轉(zhuǎn)速、扭矩、燃油消耗量等，計算出比油耗，并繪制負荷特性曲線。進行發(fā)動機負荷特性試驗時，比較理想的控制模式匹配有兩種方案。一是采用油門恒扭矩控制模式與測功機恒轉(zhuǎn)速控制模式的匹配，即N/M模式；一是采用油門恒轉(zhuǎn)速控制模式與測功機恒扭矩控制模式的匹配，即M/N模式。本文采用使用M/N模式，將轉(zhuǎn)速調(diào)整至標定轉(zhuǎn)速3600 r/min。調(diào)整M，轉(zhuǎn)矩從小至大依次增加，測量6組數(shù)據(jù)。由符合特性曲線求出標定功率點比油耗 g/(kW?h)。

（4）Z比分數(shù)計算

Z比分數(shù)法是穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)中的一種，使用中位數(shù)對樣本總體均值進行估計，用標準化四分位距（NormIQR）對樣本數(shù)據(jù)的分散度進行度量，通過Z比分數(shù)的大小對實驗室檢測人員能力狀況進行評價。該技術(shù)采用的是中位值（Median）和標準化四分位距（NormIQR），能有效減少極端結(jié)果對平均值（Mean）和標準差（Standard Deviation）的影響。標準四分位數(shù)間距（NormIQR）是穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)處理數(shù)據(jù)分散程度的度量。中位值（Median）是指衡量測量結(jié)果數(shù)據(jù)集中心位置的度量，中位值將所有數(shù)據(jù)分為兩個相等的部分，上四分位數(shù)值（第三分位數(shù)值）Q3≥中位值，而下四分位數(shù)值（第一分位數(shù)值）Q1≤中位值。每次測量值標記為a（n），本文測試數(shù)組a（1：n），n=5。

系數(shù)0.7413 由標準正態(tài)分布得到。標準正態(tài)分布時均數(shù)為零，標準差為1，而這時四分數(shù)間距是[—0.6745，+0.6745]，其寬度為1.3490，所以NormIQR=IQR×（1/1.3490）（即0.7413）相當于標準差。

（5）Z比分數(shù)判定原則

|Z|≤2，測量結(jié)果為滿意，表明測量結(jié)果的質(zhì)量得到保證；

2＜|Z|＜3，測量結(jié)果為存疑，表明測量結(jié)果接近臨界，必須查找原因并采取適當?shù)拇胧?/p>

|Z|≥3，測量結(jié)果為不滿意，表明測量結(jié)果失控，必須查找原因并迅速采取糾正措施。

（6）人員比對分組

將參與小型汽油機檢測人員比對的10名檢測人員每2人一組，分為5組。將10名檢測人員每2人一組，分為5個組。

二、結(jié)果與分析

（一）標定功率檢查

標定功率檢查數(shù)據(jù)如表1所示。標定功率Z比分數(shù)如圖2所示。標定扭矩Z比分數(shù)（圖3所示）。由表1得知，標定功率檢測結(jié)果為最小值為3.5 kW，最大值為3. 6kW兩個值。標定扭矩最小值為9.30 N?m，最大值為9.63 N?m。

表1 標定功率、標定扭矩檢查

由圖2可知，標定功率Z比分數(shù)最大值為0，對應(yīng)第2組、第4組、第5組，最小值為—1.38，對應(yīng)第1組、第3組，只出現(xiàn)了兩個測量結(jié)果，|Z|<2說明5個組的檢測結(jié)果為滿意。

由圖3可知，標定扭矩Z比分數(shù)最大值為1.00，對應(yīng)第2組，最小值為—1.20，對應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個組的檢測結(jié)果為滿意。

（二）外特性曲線

經(jīng)過5個組的檢測，將他們所測數(shù)據(jù)繪制成外特性曲線，如圖4a、4b、4c、4d、4e、所示。由圖4可知5個組圖形基本相似，說明檢測數(shù)據(jù)接近。ge1最大扭矩點比油耗 g/(kW?h)、ge2最低油耗點比油耗 g/(kW?h)如表2所示。

由表2分別求出最大扭矩點比油耗Z比分數(shù)如圖5所示、最低油耗點比油耗Z比分數(shù)如圖6所示。

表2 最大扭矩點比油耗、最低油耗點比油耗

由圖4可知，汽油機輸出扭矩在節(jié)氣門全開的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)出先上升后下降。當轉(zhuǎn)速在2500—3000 r/min時，輸出扭矩能達到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加，輸出功率呈現(xiàn)上升趨勢，隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率增加速度先快后慢。耗油量隨著轉(zhuǎn)速的增加，呈現(xiàn)出先增加后降低。轉(zhuǎn)速為3000—3500 r/min時，耗油量達到最大值。隨著轉(zhuǎn)速的增加比油耗呈現(xiàn)出先降低后增加再降低。

由圖5可知，最大扭矩點比油耗Z比分數(shù)最大值為1.47，對應(yīng)第3組，最小值為—0.67，，對應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個組的檢測結(jié)果為滿意。由圖6可知，最低油耗點比油耗Z比分數(shù)最大值為1.72，對應(yīng)第4組，最小值為—1.87，對應(yīng)第1組，|Z|<2說明5個組的檢測結(jié)果為滿意。

（三）負荷特性曲線

將5個組的檢測數(shù)據(jù)繪制成負荷特性曲線，如圖7a、7b、7c、7d、7e、所示。5個人組所測標定功率點比油耗如表3所示。通過表3數(shù)據(jù)計算標定功率點比油耗Z比分數(shù)并繪制成圖，如圖8所示。

表3 標定功率點比油耗

由圖7可知，當汽油機在標定轉(zhuǎn)速3600 r/min的時候，隨著扭矩的增加，功率和油耗量呈近似線性增加，滿足y=ax+b的線性關(guān)系，這與P=T·ω吻合。汽油機隨著扭矩的增加，通過增加燃油的方式獲得功率的穩(wěn)定增加。

研究表明，進氣壓力與扭矩滿足y=ax+b的線性關(guān)系。汽油機是通過調(diào)整節(jié)氣門開度從而將汽油吸入氣缸內(nèi)，進氣壓力和油耗量成正比關(guān)系。隨著扭矩增加，比油耗呈快速下降，然后上升，最后下降。扭矩較低時比油耗較高，說明負載小，比油耗高。扭矩在4.20—8.40 N?m時，比油耗維持在300—400 g/(kW?h)之間，在這個范圍內(nèi)，汽油機經(jīng)濟性較好。

由圖8可知，標定功率點比油耗Z比分數(shù)最大值為0.30，對應(yīng)第1組，最小值為-1.43，對應(yīng)第4組，|Z|<2說明5個組的檢測結(jié)果為滿意。

三、結(jié)論

通過檢測求出5組檢測數(shù)據(jù)均值：標定功率3.56 kW、標定扭矩9.46 N?m、g/(kW?h)、最大扭矩點比油耗329.8 g/(kW·h)、最低油耗點比油耗326.1 g/(kW·h)、標定功率點比油耗336.2 g/(kW?h)。

通過圖2、圖3、圖5、圖6、圖8分析得到|Z|<2，說明5個組的檢測能力為滿意。

進一步分析得到：5個組所測標定功率、標定扭距一致性較好；5個組所測外特性曲線一致性較標定功率檢查和負荷特性曲線檢測相比要差一些；5個組所測負荷特性曲線一致性較好。通過檢測人員能力比對，今后需要加強外特性曲線檢測的培訓(xùn)。Θ