新型汽车柴油发动机转速测量仪校准装置研究

全付付,宁辉政,蔡旭平,黄晓蓉,宋 洋,陆 英

（1.广西壮族自治区计量检测研究院，广西 南宁 530007；2.中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

新型汽车柴油发动机转速测量仪校准装置研究

全付付1,宁辉政1,蔡旭平1,黄晓蓉2,宋 洋1,陆 英1

（1.广西壮族自治区计量检测研究院，广西 南宁 530007；2.中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

针对传统汽车柴油发动机转速测量仪校准装置的弊端，提出新的测量解决方案，并研制出溯源链明晰、可控性强、无污染且便于携带的校准装置，通过实验比对验证了新校准装置的准确性与可靠性。

汽车柴油发动机；转速；校准装置；振动

0 引 言

汽车发动机的“转速”不仅涉及到其功效，更与其排放密切相关，是评价汽车发动机质量好坏的一个基础性关键参数[1-2]。汽车柴油发动机转速测量仪（以下简称：转速测量仪）是用于检测柴油发动机转速的必备计量仪器，为保证其转速检测结果的准确、可靠，转速测量仪必须用准确度更高一级的计量标准仪器——汽车柴油发动机转速测量仪校准装置（以下简称：校准装置）进行校准。

1 问题的来源

转速测量仪实际上是一种利用振动原理来对发动机转速进行测量的计量仪器[3-7]。当校准装置配置的专用发动机每次喷油时，对应的发动机高压油管便会因其内部油压急剧变化，而产生一次具有特征频率的振动。校准装置和转速测量仪通过各自的振动传感器接收该振动，并分别以采集到的特征频率振动为依据，将每一次振动转换为一个脉冲信号。由于该脉冲信号与发动机被测缸的喷油频率F相等，就四冲程发动机而言，由式（1）计算可得专用发动机的转速n。将校准装置和被校转速测量仪获得的专用柴油发动机转速进行比较，便实现对转速测量仪的校准。

在实际检测工作当中不难发现：传统的校准装置存在如下3个方面的问题[8-10]：（1）传统的校准装置是以配置的专用柴油发动机输出的转速（振动）为校准参考标准，而柴油发动机的转速（振动）量值又

无法溯源至转速计量标准，因此传统的校准装置在转速量值溯源方面存在着严重缺陷；（2）受专用柴油发动机可控性的限制，传统的校准装置转速的复现性、稳定性及其校准范围不仅有限，不确定度也很难满足转速测量仪校准的要求；（3）传统的校准装置采用了专用柴油发动机，导致装置不仅体积较大，不利于开展现场或在线校准，同时还会给环境带来不可避免的噪声和气体污染。

由此可见，传统的校准装置存在的上述问题均源于其配置的专用柴油发动机。传统的校准装置之所以不得不采用专用柴油发动机，是基于保证校准有效性的考虑，即为校准提供与转速测量仪测量对象一致的测量媒介——由发动机喷油发出具有特征频率的管振动。这一振动既是保证转速测量仪校准结果有效性的基础，同时也是导致校准装置在量值溯源性、复现性、稳定性、校准范围和精度等方面存在弊端的原因所在。

2 解决方案

兼顾量值溯源关系与测量媒介两方面的要求，在确保校准结果有效性的基础上，摒弃装置配置的专用柴油发动机，是解决校准装置上述问题的基本出发点。显然，为确保校准的有效性，新型校准装置仍应保持以振动为测量媒介；为打通校准装置量值的溯源通道，应建立起该振动与转速计量标准直接联系的简洁通道；为提高和扩大校准装置的复现性、稳定性、校准精度和测量范围，该振动还应能被准确控制。

2.1 振动发生机构

新型校准装置特征频率振动发生机构由图1所示。敲击锤固定在旋转联接轴上，旋转联接轴由变频电机驱动旋转。变频电机每旋转一周，敲击锤敲击振动管一次，振动管对应发出一个与专用柴油发动机高压油管振动的相近振动。

图1 新校准装置特征频率震动发生机构

通过振动管模拟的振动，新型校准装置仍以振动为测量媒介，保持对转速测量仪校准的有效性；通过机构的旋转系统，新型校准装置十分方便，可直接地实现向转速计量标准的量值溯源；通过计算机对变频电机的控制，可达到提高和扩大新型校准装置复现性、稳定性、校准精度及校准范围的目的。

由于振动管与发动机高压喷油管振动的产生方式不同，振动管模拟出的振动与发动机喷油管振动特征（频率和振幅）的一致性，以及在不同转速条件下抑制敲击余震对测量的干扰，是建立新型校准装置成败的关键。基于各相关因素对敲击振动频率和振幅的影响，新型校准装置以汽车柴油发动机高压喷油管特征频率和振幅为参考，通过对敲击锤与振动管的材料、形状、敲击管与敲击锤的相对位置、敲击锤与旋转轴的联接方式等方面进行反复筛选、优化和调校，不仅获得在不同转速条件下与喷油管振动特征十分相近的敲击振动频率和有效振幅，并抑制了振动管余振对测量的干扰，最终达成新型校准装置测量的稳定和可靠。

2.2 新型装置的工作程序

如图2所示，计算机将测量或校准转速转换为变频器所需对应的脉冲信号，根据脉冲信号变频器输出相应的相位电压，依据不同相位的控制电压，磁滞同步电机驱动旋转联接轴输出各种不同要求的测量或校准转速。

图2 校准装置校准和溯源程序示意图

将被校转速测量仪传感器附置在新型校准装置的振动管上，通过与新型校准装置显示的转速值进行比较，实现对被校转速测量仪转速示值的校准。标准转速表直接与新校准装置旋转机构耦合，通过与标准转速表的示值比较，可直接、简洁地实现对新型校准装置转速量值的校准。

3 验 证

在完成新型校准装置初步研制后，对新型校准装置的驱动机构、控制单元、显示器、处理软件进行了全面系统性地优化与集成设计，并重点提升了新校准装置的抗干扰能力。

表1 比对验证结果

表2 与AVL传感器比对实验结果

为验证新型校准装置测量结果的准确性和可靠性，选取了表1所示的不同制造商、不同型号的同类设备，与新型校准装置进行了比对性验证（转速比均为1∶2）。

新型校准装置还与示值误差±1%的奥地利AVL传感器在转速比为1∶1条件下进行了比对实验，其实验数据见表2。

由表1和表2可知，若以比对对象为参考，新型汽车柴油发动机转速测量仪校准装置在各种转速条件下，其示值误差均小于±1%，整体的测量水平至少应与AVL传感器相当。

4 结束语

新型汽车柴油发动机转速测量仪校准装置，通过其步进电机与标准转速表的直接耦合，其量值溯源途径清晰、准确、可靠；通过计算机数字化控制的步进电机所带动敲击锤敲击振动管发出的振动，不仅保持了测量的有效性，同时还扩大了新型校准装置测量范围和测量结果的准确性与可靠性；由于摒弃了传统装置配置的柴油发动机，新型校准装置体积小、重量轻、噪音小、可操作性强、便于携带，此外还可在任意设定的发动机转速工况下，为检测柴油车功效与污染物排放（炭烟及PM颗粒物）提供客观、公正的基础技术支持，为汽车及内燃机支柱产业的质量提升和品牌建设提供计量技术支撑。

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Study on a new type of calibration device of speed measuring instrument of automotive diesel engine

QUAN Fu-fu1，NING Hui-zheng1，CAI Xu-ping1，HUANG Xiao-rong2，SONG Yang1，LU-Ying1
（1.Guangxi Zhuang Autonomous Region Institute of Metrology and Test，Nanning 530007，China；2.National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

In order to overcome the disadvantages of the traditional calibration device for the speed measuring instrumentofautomotive dieselengines， this paper putforward a new measurement solutions and developed a new calibration device with the features of clear traceabiity chain，strong controllability，pollution-free and portability.Finally，the accuracy and reliability of the new calibration experiment were verified by the experimental comparisons.

automotive diesel engine；speed；calibration device；vibration

U464.172；U467.4+3；TM930.113；TP202+.1

：A

：1674-5124（2014)03-0068-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.019

2013-12-25；

：2014-02-17

全付付（1965-），男，广西桂林市人，高级工程师，主要从事力学检测技术研究。