SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要：对于汽车发动机检测仪检定装置，我国尚未制定相应的检定规程或者校准规范，为确保有效地开展汽车发动机检测仪的检定 工作，更需要保证汽车发动机检测仪检定装置本身的溯源可靠性。参照已有的类似校准规范，结合汽车发动机检测仪检定装置在日 常检测工作中的实际应用，提出了汽车发动机检测仪检定装置的校准方法，分别针对转速、点火提前角、白金闭合角、加速时间、 标准电压源、标准电流源几个参数的计量特性，提出了具体的校准方法以及对结果判定的技术要求，并结合具体试验数据对点火提 前角以及标准电压源两个参数的测量结果不确定度进行了分析评定。提出的校准方法已应用于实验室汽车发动机检测仪检定装置的 具体校准工作中，取得了良好的效果，为合理、准确、可靠地开展汽车发动机检测仪检定装置的溯源工作提供了技术参考。
Calibration Method of Automobile Engine Measuring Instruments Verificatio Device
He Shengcai，Liu Botao，Gao Tao
( Guangzhou Institute of Metrology and Testing Technology，Guangzhou 510663.China )
Abstract：For the Automobile engine measuring instruments verificatio device，China has not formulated the corresponding verification regulations or calibration specifications.In order to ensure the effective verification work of automobile engine measuring instruments，it is more necessary to ensure the traceability reliability of itself. With reference to the existing similar calibration specifications，combined with the automobile engine measuring instruments verificatio device in the practical application of daily inspection work，the calibration method of the automobile engine measuring instruments verificatio device is proposed.The specific calibration method and the technical requirements for the determination of the results are put forward for the measurement characteristics of several parameters such as rotational speed，ignition advance angle respectively，platinum closed angle，acceleration time，standard voltage source and current source，and the uncertainty of the measurement results of the ignition advance angle and the standard voltage source are analyzed and evaluated based on the specific test data.The calibration method has been applied to the specific calibration of automobile engine measuring instruments verificatio device in laboratory，and good results have been achieved.Which provides some technical reference for the calibration of automobile engine measuring instruments verificatio device.
Key words：automobile engine measuring instruments verification device;metrological characteristics;calibration method
0 引言
发动机是汽车最核心的部件之一，作为汽车主要的动力系统，发动机不仅结构复杂，运行时内部零件在高温高压的苛刻条件下工作，且其转速和负荷还经常变化使得发动机故障率较高[1] 。因此对发动机进行性能检测是必要的，而用来检测发动机性能常用设备为发动机检测仪。发动机检测仪能够在保证发动机完整不解体状态下，通过对发动机各个参数进行检测，分析其功能是否正常并找寻故障出现原因，对其进行诊断，便于检修。目前在汽车维修、检测行业，发动机检测仪的使用非常普遍，为确保发动机检测仪在使用中的测量误差在误差允许范围之内，需要对发动机检测仪定期检定。汽车发动机检测仪检定装置(下文简称检定装置)模拟汽车发动机，通过设定的参数模拟发动机启动、点火、加速等工作过程，可产生用于检定汽车发动机检测仪的标准信号，如发动机转速、加速时间、点火提前角(缸压法和闪光法)、白金闭合角，启动电压/电流、充电电压/电流、正弦信号等[2] ，以波形、数值等直观的形式显示在检定装置上。通过与发动机检测仪的检测值比较，使用比较法即可确定发动机检测仪的准确性。因此可作为多种型号的标准发动机，是检定发动机检测仪的计量标准仪器，也可用于发动机检测仪生产厂家的仪器出厂检验。目前，我国暂无汽车发动机检测仪检定装置相关的校准规范，为确保校准参数的准确、可靠，降低校准人员、校准方法不同带来的重复性影响，本文对汽车发动机检测仪检定装置的计量特性和校准方法进行总 结，以便规范化整个校准过程。
1校准项目和校准方法
1. 1校准条件
1. 1. 1环境条件
(1)环境温度：(23 ± 5)℃;相对湿度：20%～80%
(2)电源电压及频率：(220 ± 22)V，(50 ± 1)Hz。
(3)周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。
1. 1. 2测量标准及其他设备
(1)通用时间间隔计数器时间间隔、周期测量范围：满足被校装置输出时间间隔、周期信号测量范围要求。时间间隔、周期测量准确度：优于被校装置输出时间间隔、周期信号准确度一个数量级[3] 。
(2)数字多用表直流电压测量范围：(0 ～100)V，最大允许误差为± 0. 5%;直流电流测量范围： (0 ～ 3)A，最大允许误差为± 0. 3%。
1. 2 转速转速反映的是发动机的工作情况，是发动最重要的参数之一。发动机转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小。对于汽车发动机检测仪检定装置转速参数的技术要求为测量范围：(100～7 200)r / min时，最大允许误差：± 0. 2% [4] 。
(1)如图1所示，将被校装置“标定”端口的白金信号线接至通用时间间隔计数器输入端，置被校装置“转速”为100 r / min，通用时间间隔计数器为“周期”测量功能，测量白金信号线输出信号的周期T，读取被校装置的“缸数c”值，计算得到各实际转速，计算公式如下：
n = 120 /(T × c) (1)
式中：n为实际转速，r / min;T为测量输出信号的周期，s;c为被校装置缸数。。
(2)分别置被校装置“转速”为400、800、1 200、1 800、2 400、5 000、7 200 r / min，重复操作步骤(1)，按式(1)计算得到各实际转速。
1. 3 点火提前角
点火提前角是指从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程，这样可以使得发动机效率最高，振动最小，温升最低[5] 。对于汽车发动机检测仪检定装置点火提前角技术要求为测量范围0°～50°时，最大允许误差为± 0. 3°。
(1)按图1所示，将被校装置“标定”端口的白金信号线接至通用时间间隔计数器输入端，置被校装置“转速”为600 r / min， “提前角”为4. 0°，通用时间间隔计数器为“周期”测量功能，测量白金信号线输出信号的周期T。
(2)如图2所示，将被校装置“标定”端口的白金信号线接至通用时间间隔计数器输入1端， “标定”端口的缸压信号线接至通用时间间隔计数器输入2端，通用时间间隔计数器输入1端置下降沿触发、输入2端置上升沿触发，测量白金信号线输出信号的下降沿与缸压信号线输出信号的上升沿的时间间隔t。(3)读取被校装置的“缸数c”值，计算实际提前角，计算公式如下：
rt = 360° ×t /(T × c) (2)
式中：rt为实际提前角， (°);T为测量输出信号的周期，s;t为白金信号线输出信号的下降沿与缸压信号线输出信号的上升沿的时间间隔，s;c为缸数。(4)分别置被校装置“提前角”为10. 0°、14. 0°，重复(1)～(3)操作步骤测量并按式(2)计算得到实际提前角。(5)置被校装置“转速”为1 200 r / min，分别置“提前角”为12. 0°、16. 0°、24. 0°，重复(1)～(4)操作步骤测量，并按式(2)计算实际提前角。(6)置被校装置“转速”为2 400 r / min，分别置“提前角”为24. 0°、36. 0°、48. 0°，重复(1)～(4)操作步骤测量，并按式(2)计算实际提前角。
1. 4 闭合角
闭合角(导通角)指点火线圈一次侧电路导通所对应的凸轮转角，包括从初级电流截止到导通再到截止这一周期[6] 。闭合角的大小，决定了初级线圈的通电时间长短，也决定了初级线圈储存的磁场能量大小，最终也决定了火花塞跳火能量大小。所以要合理地对闭合角大小进行控制，才能保证发动机各种工况下的正常点火。对于汽车发动机检测仪检定装置闭合角(导通角)技术要求为测量范围0° ～90°时，最大允许误差为± 0. 3°。(1)按图1所示，将被校装置“标定”端口的白金信号线接至通用时间间隔计数器输入端，置被校装置置“转速”为1 200 r / min、 “缸数c”为3、 “闭合角”为60. 0°，通用时间间隔计数器置“周期”测量功能，测量输出信号的周期T。(2)置通用时间间隔计数器为“脉冲宽度”测量功能，测量白金信号线上输出信号的正脉冲宽度tp，然后计算实际闭合角rb，计算公式如下：rb = 360° × tp /(T × c)(3)式中：rb为实际闭合角， (°);T为测量输出信号的周期，s;tp为测量白金信号线上输出信号的正脉冲宽度，s;c为被校装置缸数。
(3)分别置被校装置“闭合角”为65. 0°、70. 0°，重复(1)～(2)操作步骤测量并按公式(3)计算得到实际闭合角。(4)置被校装置“缸数”c = 4.分别置“闭合角”为40. 0°、45. 0°、50. 0°，重复(1)～ (3)操作步骤，并按式(3)计算实际闭合角。(5)置被校装置“缸数”c = 6.分别置“闭合角”为30. 0°、40. 0°、50. 0°，重复(1)～(3)操作步骤，并按公式(3)计算实际闭合角。(6)置被校装置“缸数”c = 8.分别置“闭合角”为20. 0°、30. 0°、40. 0°，重复(1)～(3)操作步骤，并按式(3)计算实际闭合角。
1. 5 加速时间
发动机的加速时间通常是指发动机从静止状态到最大状态的时间。对于汽车发动机检测仪检定装置加速时间参数的技术要求为测量范围(200 ～ 2000)ms时，最大允许误差为± 1% 1] 。(1)如图3所示，将被校装置“标定”端口的加速时间信号线接至通用时间间隔计数器输入端，被校装置置“转速”为1 200 r / min、 “加速时间”为200 ms，将通用时间间隔计数器置“脉冲宽度”测量功能，测量加速时间信号线上输出信号的正脉冲宽度tp，tp即为实际加速时间值。(2)分别置被校装置“加速时间”为 400、800、1 200、2 000 ms，测量实际加速时间。(3)置被校装置“转速”为2 400 r / min，分别置加速时间”为200、400、800、1 200、2 000 ms，重复(1)～(2)操作步骤测量实际加速时间。
1. 6 输出直流电压
对于汽车发动机检测仪检定装置输出直流电压技术要求为测量范围(0 ～30)V时，最大允许误差为± 0. 5% [1] 。(1)如图4所示，将被校装置“电压”端口接至数字多用表电压输入端，置被校装置输出电压为13. 0 V，数字多用表为“直流电压”测量功能，读取数字多用表的电压示值作为测量结果。(2)置被校装置输出电压为28. 0 V，重复(1)的操作步骤，测量实际直流电压值。
1. 7 输出直流电流
对于汽车发动机检测仪检定装置输出直流电流技术要求为测量范围(0 ～1)A时，最大允许误差为± 1% [1] 。
(1)如图5所示，在被校装置“电流”端口与数字多用表电流输入端之间串入一个由被校装置提供的“电流倍增线圈”，置被校装置输出电流为200 mA，数字多用表为“直流电流”测量功能，读取数字多用表的电流示值作为测量结果。
(2)置被校装置输出电流分别为400、 600、800、1 000 mA，重复(1)的操作步骤，测量实际直流电流值。
2 测量结果的不确定度评定
以上汽车发动机检测仪检定装置的校准方法包括了6个参数，本次以点火提前角以及输出直流电压为示例，对此2个参数的不确定度进行评定。
2. 1 点火提前角测量结果的不确定度评定
2. 1. 1不确定度来源
点火提前角其测量结果存在的不确定度来源由以下2个参量组成：由测量重复性不确定度引入的标准不确定度以及由通用时间间隔计数器准确度引入的标准不确定度。列出数学模型如下：
式中rt为被校检定装置的输出提前角，(°);T为被校检定装置白金线输出信号的周期，s;t为白金线输出信号下降沿至缸压线输出信号上升沿的时间间隔，s;c为缸数。因为使用同一台通用时间间隔计数器测量t、T，可认为输入量t、T强相关。
2. 1. 2由测量重复性不确定度引入的标准不确定度u1(T)、u1(t)汽车发动机检定装置提前角，在重复条件下连续独立测量10次，测量重复性引入的不确定度按A类评定[7 - 8] 。经试验预估得到表1.
2. 1. 3由通用时间间隔计数器准确度引入的标准不确定度u2(Ts)、u2(t)查技术说明书，通用时间间隔计数器的周期测量准确度为2 × 10 - 6.测量时，区间的半宽度为a = T × 2 ×10 -6.取均匀分布，包含因子k =■3.通用时间间隔计数器准确度引入的标准不确定度如表2所示
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