基于Z比分数法的检验人员比对在小型汽油机检测中的应用研究

重庆市农业机械鉴定站

□ 毛志幸 李军 任宏生

Z比分数法广泛应用于实验室之间、检验人员之间的比对分析。然而在小型汽油机检验中，如何评定检验人员检测能力水平，研究的却很少。为了提升检验人员的检测能力水平，有必要对此展开深入研究，以便对检验人员的检测能力水平做出科学评价。

一、材料与方法

（一）材料和仪器

168F 汽油机（样机）：嘉陵——本田发动机有限公司。

GW6 电涡流测功机：湖南湘仪动力测试仪器有限公司；FC2210—Z智能油耗仪（汽油机用）：湖南湘仪动力测试仪器有限公司；FC2000发动机自动测控系统：湘仪动力测试仪器有限公司。

FC2000发动机自动测控系统由FC2010测控仪、FC2020数据采集系统、FC2210智能油耗变送器、FC2310角行程油门执行器、FC2030四参数大屏幕显示器、GW6 电涡流测功机、FC2000系统软件组成。

（二）实验方法与计算

（1）标定功率检查

将小型汽油机正确安装到测试台上（如图1所示）。检查汽油机是否达到规定的功率。试验时，将汽油机调定到制造厂规定的标定空载转速，然后逐步增加负荷直至转速达到铭牌所示标定转速，检查汽油机实际所发功率与铭牌所示功率是否在5%偏差范围内。将发动机自动测控系统的测试模式调整到N/P（测功机恒转速、油门位置控制方式）模式。将P（油门位置）调整至最大，设定N转速为3600 r/min，系统自动加载，当测试系统显示转速N达到标定转速3600 r/min时，可通过软件系统采集数据或者在测控柜上按FUM键，采集各项数据。每组对标定功率、标定扭矩检测三次，然后计算其平均值作为最终检测值。

（2）外特性曲线检测

外特性曲线是指汽油机节气门全开时所测出来的功率或者扭矩随转速变化的曲线。做部分速度特性时将节气门分别固定在：标定转速下的标定功率、90%标定功率、75%标定功率、50%标定功率、25%标定功率（本工况点可根据实际情况适当调整）工况位置处。本文所测外特性曲线检测为标定转速下的标定功率外特性曲线。在可以稳定的转速范围内选取不少于6个转速点（节气门全开位置时，其中应包括标定转速点、最大扭矩转速点和最低比油耗转速点）测量转速、扭矩、燃油消耗量等，计算比油耗并绘制外特性曲线。

使用N/P模式，将P节气门固定在全开位置，调整转速N，将发动机调定在标定工况下稳定运转即转速为3600 r/min，使之达到热平衡。然后保持油门处于最大位置不变的情况下逐步降低转速直至1800 r/min.。按300 r/min的等间隔共取7个试验点（可根据实际情况做适当调整），记录各试验点的测量参数。由外特性曲线求出最大扭矩点比油耗 g/(kW•h)、最低油耗点比油耗 g/(kW•h)。

（3）负荷特性曲线检测

负荷特性曲线是指在指定转速下，汽油机的各项主要性能随负荷变化规律的曲线。在试验时，汽油机保持在标定转速或者其他规定的转速下，负荷由小逐步增加到最大，适当地分布若干测量点（至少应包括100%、90%、75%、50%及25%标定功率点），测量其转速、扭矩、燃油消耗量等，计算出比油耗，并绘制负荷特性曲线。进行发动机负荷特性试验时，比较理想的控制模式匹配有两种方案。一是采用油门恒扭矩控制模式与测功机恒转速控制模式的匹配，即N/M模式；一是采用油门恒转速控制模式与测功机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，将转速调整至标定转速3600 r/min。调整M，转矩从小至大依次增加，测量6组数据。由符合特性曲线求出标定功率点比油耗 g/(kW•h)。

（4）Z比分数计算

Z比分数法是稳健统计技术中的一种，使用中位数对样本总体均值进行估计，用标准化四分位距（NormIQR）对样本数据的分散度进行度量，通过Z比分数的大小对实验室检测人员能力状况进行评价。该技术采用的是中位值（Median）和标准化四分位距（NormIQR），能有效减少极端结果对平均值（Mean）和标准差（Standard Deviation）的影响。标准四分位数间距（NormIQR）是稳健统计技术处理数据分散程度的度量。中位值（Median）是指衡量测量结果数据集中心位置的度量，中位值将所有数据分为两个相等的部分，上四分位数值（第三分位数值）Q3≥中位值，而下四分位数值（第一分位数值）Q1≤中位值。每次测量值标记为a（n），本文测试数组a（1：n），n=5。

系数0.7413 由标准正态分布得到。标准正态分布时均数为零，标准差为1，而这时四分数间距是[—0.6745，+0.6745]，其宽度为1.3490，所以NormIQR=IQR×（1/1.3490）（即0.7413）相当于标准差。

（5）Z比分数判定原则

|Z|≤2，测量结果为满意，表明测量结果的质量得到保证；

2＜|Z|＜3，测量结果为存疑，表明测量结果接近临界，必须查找原因并采取适当的措施；

|Z|≥3，测量结果为不满意，表明测量结果失控，必须查找原因并迅速采取纠正措施。

（6）人员比对分组

将参与小型汽油机检测人员比对的10名检测人员每2人一组，分为5组。将10名检测人员每2人一组，分为5个组。

二、结果与分析

（一）标定功率检查

标定功率检查数据如表1所示。标定功率Z比分数如图2所示。标定扭矩Z比分数（图3所示）。由表1得知，标定功率检测结果为最小值为3.5 kW，最大值为3. 6kW两个值。标定扭矩最小值为9.30 N•m，最大值为9.63 N•m。

表1 标定功率、标定扭矩检查

由图2可知，标定功率Z比分数最大值为0，对应第2组、第4组、第5组，最小值为—1.38，对应第1组、第3组，只出现了两个测量结果，|Z|<2说明5个组的检测结果为满意。

由图3可知，标定扭矩Z比分数最大值为1.00，对应第2组，最小值为—1.20，对应第1组，|Z|<2说明5个组的检测结果为满意。

（二）外特性曲线

经过5个组的检测，将他们所测数据绘制成外特性曲线，如图4a、4b、4c、4d、4e、所示。由图4可知5个组图形基本相似，说明检测数据接近。ge1最大扭矩点比油耗 g/(kW•h)、ge2最低油耗点比油耗 g/(kW•h)如表2所示。

由表2分别求出最大扭矩点比油耗Z比分数如图5所示、最低油耗点比油耗Z比分数如图6所示。

表2 最大扭矩点比油耗、最低油耗点比油耗

由图4可知，汽油机输出扭矩在节气门全开的情况下，随着转速的增加呈现出先上升后下降。当转速在2500—3000 r/min时，输出扭矩能达到最大值。随着转速的增加，输出功率呈现上升趋势，随着转速的增加，功率增加速度先快后慢。耗油量随着转速的增加，呈现出先增加后降低。转速为3000—3500 r/min时，耗油量达到最大值。随着转速的增加比油耗呈现出先降低后增加再降低。

由图5可知，最大扭矩点比油耗Z比分数最大值为1.47，对应第3组，最小值为—0.67，，对应第1组，|Z|<2说明5个组的检测结果为满意。由图6可知，最低油耗点比油耗Z比分数最大值为1.72，对应第4组，最小值为—1.87，对应第1组，|Z|<2说明5个组的检测结果为满意。

（三）负荷特性曲线

将5个组的检测数据绘制成负荷特性曲线，如图7a、7b、7c、7d、7e、所示。5个人组所测标定功率点比油耗如表3所示。通过表3数据计算标定功率点比油耗Z比分数并绘制成图，如图8所示。

表3 标定功率点比油耗

由图7可知，当汽油机在标定转速3600 r/min的时候，随着扭矩的增加，功率和油耗量呈近似线性增加，满足y=ax+b的线性关系，这与P=T·ω吻合。汽油机随着扭矩的增加，通过增加燃油的方式获得功率的稳定增加。

研究表明，进气压力与扭矩满足y=ax+b的线性关系。汽油机是通过调整节气门开度从而将汽油吸入气缸内，进气压力和油耗量成正比关系。随着扭矩增加，比油耗呈快速下降，然后上升，最后下降。扭矩较低时比油耗较高，说明负载小，比油耗高。扭矩在4.20—8.40 N•m时，比油耗维持在300—400 g/(kW•h)之间，在这个范围内，汽油机经济性较好。

由图8可知，标定功率点比油耗Z比分数最大值为0.30，对应第1组，最小值为-1.43，对应第4组，|Z|<2说明5个组的检测结果为满意。

三、结论

通过检测求出5组检测数据均值：标定功率3.56 kW、标定扭矩9.46 N•m、g/(kW•h)、最大扭矩点比油耗329.8 g/(kW·h)、最低油耗点比油耗326.1 g/(kW·h)、标定功率点比油耗336.2 g/(kW•h)。

通过图2、图3、图5、图6、图8分析得到|Z|<2，说明5个组的检测能力为满意。

进一步分析得到：5个组所测标定功率、标定扭距一致性较好；5个组所测外特性曲线一致性较标定功率检查和负荷特性曲线检测相比要差一些；5个组所测负荷特性曲线一致性较好。通过检测人员能力比对，今后需要加强外特性曲线检测的培训。Θ