碳平衡法用于油耗测量,可以实现发动机的不解体检测,但现有基于碳平衡原理的油耗检测系统存在响应时间较慢、测量链长和误差大的不足,不利于发动机在线快速检测。综述了国内外发动机油耗检测发展现状,研究分析了现有的碳平衡法油耗检测系统的缺点,提出了一种排气直采光电式油耗检测系统的设计思路,该系统融合了激光多普勒测速技术与红外光谱分析技术。分析比较了国外基于碳平衡原理(即质量守恒定律)的油耗计算模型,肯定了欧盟的计算模型。根据目前我国使用的CVS排气稀释油耗检测系统的计算公式,建立了排气直采光电式油耗检测系统的数学模型。通过对CVS排气稀释油耗检测系统的误差分析,找出影响该系统测量结果准确度的主要因素,据此提出了排气直采光电式油耗检测系统的技术方案。使用基于Labview的激光多普勒测速系统测量尾气流速,计算尾气体积；设计了分光型近红外光谱气体分析仪的光学变换装置,测量尾气中含C气体浓度。对光电式油耗检测系统进行试验研究,采集试验数据。通过对光电式油耗检测系统的不确定度分析,说明了其相对于现有油耗检测系统所具备的优越性。对试验测量结果进行了分析和不确定度评定,其扩展不确定度为4.54%,达到了5%的技术要求水平。证明了光电式油耗检测系统在油耗检测方面的可行性和可靠性。