CN112393908A - 一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法 - Google Patents

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杨俊�
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Abstract

一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法，包括以下五个步骤：外特性试验，得到多组离散外特性实验数据并导出到excel表格中；确定控制区，在随机工况生成系统手动导入excel表格中数据以及发动机相关参数，通过相关数据拟合外特性曲线、A转速曲线、30%扭矩曲线、30%功率曲线，各曲线围成的封闭区即为试验标准要求的控制区；工况点生成，数据生成器在控制区内生成3组随机分布的稳态循环工况点；排放试验，3组随机分布的稳态循环工况点的转速、扭矩手动输入到试验台架，试验台架依次进行三组排放试验；报告生成，从试验台架导出气态排放污染物和颗粒排放物数据，并出具测试报告；保证实验结果可信度的基础上，缩短台架试验时间。

Description

一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法
技术领域
本发明涉及一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法。
背景技术
非道路柴油机，与道路车用柴油机的工作环境不同，工况不同，因此道路车用柴油机的试验方法不适用于非道路柴油机。
非道路机械，比如挖掘机，装载机，推土机，耕地机械，启动后即进入工作状态，中途几乎很少怠速停车，很少低功耗运行。这与道路机械经常起停，怠速，低速运行不一样，非道路机械绝大多数时间是在较高负荷下工作的。之前采用的是所有功率范围，所有转速范围，所有扭矩范围的测试，而非道路柴油机很少工作在低扭矩、低功率、低转速区间，因此测试结果与实际工作差异较大。
发明内容
本发明提出一种非道路柴油机的排放污染物台架试验方法，旨在测试非道路柴油机的排放污染物水平。
一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法，包括以下五个步骤：外特性试验、确定控制区、工况点生成、排放试验、出具报告；
外特性试验阶段，将待测试柴油机置于发动机试验台架上，通过试验台架测试柴油机在油门全开的状态下，柴油机转速从怠速逐步变化到最高转速，转速变化率不高于5rpm/s，每个转速下测量1秒钟，由试验台架记录柴油机对应转速n下的扭矩T，最后将得到的多组离散外特性试验数据导出到excel表格中；
确定控制区阶段，包含以下处理：
数据准备，将上述excel表格数据手动导入随机工况生成系统，同时将发动机相关参数录入随机工况生成系统中，发动机相关参数包括最大转速nmax、最大扭矩Tmax、高转速nhi、低转速nlo、额定净功率P(n)以及额定转速n(n)；
数据处理，以转速相对于额定转速的百分比值为横坐标，以扭矩相对于最大扭矩的百分比值为纵坐标建立直角坐标系，将数据准备阶段录入的excel表格中的转速n和扭矩T转换成百分比值n％、T％，根据六阶多项式拟合算法将外特性试验数据的百分比值n％、T％在直角坐标系中拟合成一条连续的拟合外特性曲线，同时根据发动机相关参数在直角坐标系中生成A转速曲线、30％扭矩曲线、30％功率曲线，由A转速曲线、30％扭矩曲线、30％功率曲线和拟合外特性曲线围成的封闭区域及为标准要求的控制区；
工况点生成阶段，用随机工况生成系统的数据生成器在控制区内生成3组随机分布的稳态循环工况点，稳态循环工况点包括随机的转速和扭矩；
排放试验阶段，将随机工况生成系统将生成的3组随机分布的稳态循环工况点的转速、扭矩手动输入到试验台架；试验台架依次分别控制待测试柴油机在3组稳态循环工况点状态下运行10分钟，并在每组循环运行的最后3分钟内对，通过试验台架测试柴油机气态排放污染物数据，同时通过试验台架尾气采集端滤纸通道内的滤纸采集颗粒排放物，结束后由人工取下滤纸用超微量天平称重，得到颗粒排放物数据；
报告生成阶段，根据从发动机试验台架导出的气态排放污染物数据，以及由人工称重得到的颗粒排放物数据，出具测试报告。
每一个稳态循环工况点进行排放试验时分别调用试验台架尾气采集端的一个滤纸通道。
所述发动机相关参数还包括厂家名称、发动机型号。
3组随机分布的稳态循环工况点为由百分比值表示的相对转速n％1，2，3和相对扭矩T％1，2，3，并将三个点(n％1，T％1),(n％2，T％2),(n％3，T％3)绘制在直角坐标系中，然后将这三组百分比值表示的相对转速和相对扭矩转换成实际的转速n1，2，3和扭矩T1，2，3录入试验台架进行排放试验。
报告生成阶段还要从发动机试验台架导出发动机转速值、扭矩值、进排气温度值。
本发明的有益效果是，
1、简单有效地判定非道路柴油机的排放水平；
2、相比之前的试验方法，更加贴合非道路柴油机的工作情况；
3、工况点随机生成，公平公正；
4、缩短试验周期。
附图说明
图1为本发明控制区示意图；
图2为本发明随机工况生成系统示意图。
具体实施方式
图1、图2中，1为发动机外特性数据离散曲线，2为拟合外特性曲线3为A转速曲线，4为30％功率曲线，5为30％扭矩曲线。
试验过程如下：
Step1.发动机外特性试验，得到多组离散的发动机瞬态外特性数据，试验时将待测试柴油机置于发动机试验台架上，通过试验台架，测试柴油机在油门全开的状态下，柴油机转速从怠速逐步变化到最高转速，按一定步长依次逐秒测试，为了得到较多的外特性数据，从而使外特性曲线拟合更准确，步长不高于5rpm/s，并在每个转速下测量1秒钟，由试验台架记录柴油机对应转速n下的扭矩T，最后将得到的多组离散外特性试验数据导出该数据到excel表格中。
Step2.确定控制区阶段，包含以下处理：
数据准备，将上述excel表格数据手动导入随机工况生成系统，并填入发动机相关参数，包括厂家名称、发动机型号、最大转速nmax、最大扭矩Tmax、高转速nhi、低转速nlo、额定净功率P(n)以及额定转速n(n)；
数据处理，以转速相对于额定转速的百分比值为横坐标，以扭矩相对于最大扭矩的百分比值为纵坐标建立直角坐标系，将数据准备阶段录入的excel表格中的转速n和扭矩T转换成百分比值n％、T％，通过六阶多项式拟合算法将试验台架导出的一定量离散的外特性数据，在直角坐标系中拟合成一条连续的拟合外特性曲线2；
六阶多项式拟合公式如下：
T(n)％＝polyfit(T0％，n0％，6)
式中，T0％,n0％分别是台架测量的离散的外特性数据中的扭矩值和转速值，T(n)％是拟合之后的连续的扭矩值，发动机任意一个转速n％下，都能找到一个对应的扭矩T％；
同时根据发动机相关参数在直角坐标系中生成A转速曲线3、30％扭矩曲线5、30％功率曲线4；
同时随机工况生成系统根据以下公式计算30％功率曲线4：
Figure BDA0002471252470000031
根据以下公式计算A转速曲3：
A＝nlo+15％*(nhi-nlo)；
根据以下公式计算30％扭矩曲线5：
T0.3＝30；
可见，30％功率曲线P0.3是一条随转速n变化的曲线转速n从怠速到最高转速。而A转速速曲3和30％扭矩曲线5是一个定值，A转速曲线3垂直于横坐标轴，包含所有扭矩范围即可，30％扭矩曲线5平行于横坐标轴，包含所有转速范围即可。最后由A转速曲线3、30％扭矩曲线5、30％功率曲线4和拟合外特性曲线2围成的封闭区域即为标准要求的控制区。
Step3.并点击生成随机工况点按钮，通过随机工况生成系统的数据生成器在控制区内生成3组随机分布的稳态循环工况点，稳态循环工况点包括随机的转速和扭矩。
Step4.将三个随机工况点导入试验台架，并开始排放试验。每一个工况点分别调用一个滤纸，三个滤纸通道分别测量三个工况点的颗粒物质量，每个工况点试验10分钟，7分钟时间让发动机达到一个相对稳定的状态，然后测量3分钟，好处是可以得到一个相对稳定的值。试验台架的排气分析系统记录每一个工况点对应的排气污染物的数据，包括CO、HC、NOx等，试验台架还要同时采集记录发动机转速、扭矩、进排气温度压力等参数。
Step5.从发动机试验台架导出气态排放污染物和颗粒排放物数据，并出具测试报告。

Claims (5)

1.一种非道路柴油机排放污染物台架试验方法，包括以下五个步骤：外特性试验、确定控制区、工况点生成、排放试验、出具报告；其特征在于：
外特性试验阶段，将待测试柴油机置于发动机试验台架上，通过试验台架测试柴油机在油门全开的状态下，柴油机转速从怠速逐步变化到最高转速，转速变化率不高于5rpm/s，每个转速下测量1秒钟，由试验台架记录柴油机对应转速n下的扭矩T，最后将得到的多组离散外特性试验数据导出到excel表格中；
确定控制区阶段，包含以下处理：
数据准备，将上述excel表格数据手动导入随机工况生成系统，同时将发动机相关参数录入随机工况生成系统中，发动机相关参数包括最大转速nmax、最大扭矩Tmax、高转速nhi、低转速nlo、额定净功率P(n)以及额定转速n(n)；
数据处理，以转速相对于额定转速的百分比值为横坐标，以扭矩相对于最大扭矩的百分比值为纵坐标建立直角坐标系，将数据准备阶段录入的excel表格中的转速n和扭矩T转换成百分比值n％、T％，根据六阶多项式拟合算法将外特性试验数据的百分比值n％、T％在直角坐标系中拟合成一条连续的拟合外特性曲线，同时根据发动机相关参数在直角坐标系中生成A转速曲线、30％扭矩曲线、30％功率曲线，由A转速曲线、30％扭矩曲线、30％功率曲线和拟合外特性曲线围成的封闭区域及为标准要求的控制区；
工况点生成阶段，用随机工况生成系统的数据生成器在控制区内生成3组随机分布的稳态循环工况点，稳态循环工况点包括随机的转速和扭矩；
排放试验阶段，将随机工况生成系统将生成的3组随机分布的稳态循环工况点的转速、扭矩手动输入到试验台架；试验台架依次分别控制待测试柴油机在3组稳态循环工况点状态下运行10分钟，并在每组循环运行的最后3分钟内对，通过试验台架测试柴油机气态排放污染物数据，同时通过试验台架尾气采集端滤纸通道内的滤纸采集颗粒排放物，结束后由人工取下滤纸用超微量天平称重，得到颗粒排放物数据；
报告生成阶段，根据从发动机试验台架导出的气态排放污染物数据，以及由人工称重得到的颗粒排放物数据，出具测试报告。
2.根据权利要求1所述的非道路柴油机排放污染物台架试验方法，其特征在于：每一个稳态循环工况点进行排放试验时分别调用试验台架尾气采集端的一个滤纸通道。
3.根据权利要求1所述的非道路柴油机排放污染物台架试验方法，其特征在于：所述发动机相关参数还包括厂家名称、发动机型号。
4.根据权利要求1所述的非道路柴油机排放污染物台架试验方法，其特征在于：3组随机分布的稳态循环工况点为由百分比值表示的相对转速n％1，2，3和相对扭矩T％1，2，3，并将三个点(n％1，T％1),(n％2，T％2),(n％3，T％3)绘制在直角坐标系中，然后将这三组百分比值表示的相对转速和相对扭矩转换成实际的转速n1，2，3和扭矩T1，2，3录入试验台架进行排放试验。
5.根据权利要求1所述的非道路柴油机排放污染物台架试验方法，其特征在于：报告生成阶段还要从发动机试验台架导出发动机转速值、扭矩值、进排气温度值。
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