CN112504680A - 一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法及装置 - Google Patents

一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法及装置 Download PDF

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CN112504680A CN202011386550.3A CN202011386550A CN112504680A CN 112504680 A CN112504680 A CN 112504680A CN 202011386550 A CN202011386550 A CN 202011386550A CN 112504680 A CN112504680 A CN 112504680A
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Abstract

本发明公开了一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，涉及发动机排放测量技术领域，主要解决的是现有排放试验不方便得到碳平衡系数的技术问题，方法包括：获取发动机的进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb、进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，获取空气中CO2摩尔比系数Z；根据上述各参数计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。本发明还公开了一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置。本发明可以在试验前、试验过程中及试验后实时监控碳平衡偏差系数，大大节约试验时间和试验成本，提高试验质量和效率。

Description

一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法及装置
技术领域
本发明涉及发动机排放测量技术领域，更具体地说，它涉及一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法及装置。
背景技术
随着发动机的排放法规的加严，对发动机排放测试的各项数据的精度和重要性要求越来越高，人为经验已经不能满足判定试验结果的有效性和准确性。国内外发动机排放测量领域是以碳平衡偏差系数，即碳平衡系数，作为台架数据有效性的判定依据，通过引进科学的指标碳平衡系数作为试验有效性的评定手段，可以有效地评判台架测量系统的测量准确性。
目前，碳平衡结果只能在运行自动排放试验循环程序结束后在试验报告中才能看到，不能在程序启动前得到碳平衡结果。做无报告输出的排放试验时，没有碳平衡系数值，无法判断碳平衡的结果，无法评定排放测量试验的有效性，需要反复进行试验进行对比验证，研发时间长、成本高，该情况一直严重影响研发的质量和效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以方便得到碳平衡系数的发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法。
本发明的目的二是提供一种可以方便得到碳平衡系数的发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置。
为了实现上述目的一，本发明提供一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，包括：
获取发动机的进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb、进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，获取空气中CO2摩尔比系数Z；
根据所述进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha；
根据所述进气流量GAIRW、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD；
根据所述空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry；
根据所述燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in；
根据所述进气绝对湿度Ha、干空气流量GAIRD、燃料流量GFUEL计算得到排气干湿基转化系数Kw.r.1；
根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c；
根据所述进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
作为进一步地改进，根据所述进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha具体为：
Pa＝(4.856884+0.2660089*ta+0.01688919*ta^2-7.477123*10^(-5)*ta^3+
8.10525*10^(-6)*ta^4-3.115221*10^(-8)*ta^5)*101.32/760；
Pw＝Pa*Ra；
Ha＝6.22*Pw/(Pb-Pw/100)；
其中，Pa表示饱和分压，Pw表示水蒸汽压。
进一步地，根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD、排气干湿基转化系数Kw.r.1、排气流量GEXH具体为：
GAIRD＝GAIRW/(1+Ha/1000)；
Kw.r.1＝1-1.969/(1+GFUEL/GAIRD)*GFUEL/GAIRD-1.608*Ha/(1000+1.608*Ha)；
GEXH＝GAIRW+GFUEL。
进一步地，根据所述燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in具体为：
Gc_fuel_in＝GFUEL*12.011*18/252.484；
其中，252.484为C18H36对应的摩尔质量。
进一步地，根据所述空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry具体为：
Gc_air_dry＝(44.01/28.9644)*Z*G_AIRD*(12.011/44.01)；
其中，Z＝0.00033。
进一步地，根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c具体为：
CO2concW＝CO2concD*Kw.r.1；
Q(CO2)＝0.0001519*CO2concW*GEXH；
COconcW＝COconcD*Kw.r.1；
Q(CO)＝0.0009669*COconcW*GEXH；
Q(HC)＝U*HCconcW*GEXH；
Gc_exh_c＝Q(CO2)*12.011/(12.011+15.9994*2)+Q(CO)*12.011/(12.011+15.9994)+Q(HC)*12.011/(12.011+1.00794*(WALF/1.0079/(WBET/12.011))))/1000；
其中,发动机不同的燃料类型其U系数值会不同，柴油机的U系数值为0.000479，气体机的U系数值为0.000516。
进一步地，根据所述进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE具体为：
BLA_C_DE＝(Gc_exh_c-(Gc_air_dry+Gc_fuel_in))/(Gc_air_dry+Gc_fuel_in)*100。
为了实现上述目的二，本发明提供一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置，包括连接发动机的电力测功机、进气管、进油管、回油管、排气管，所述进气管上自其输入端至输出端依次设有进气空调、进气压力传感器、进气流量计、进气温湿度传感器，所述进油管、回油管连接有同一油耗仪，所述排气管上自其输入端至输出端依次设有排气后处理器、五组份气体分析仪；还包括电性连接所述发动机、电力测功机、进气压力传感器、进气流量计、进气温湿度传感器、油耗仪、五组份气体分析仪的控制模块；
所述控制模块通过进气压力传感器获取进气绝对压力Pb、通过进气流量计获取进气流量GAIRW、通过进气温湿度传感器获取进气温度ta和进气相对湿度Ra、通过油耗仪获取燃料流量GFUEL、以及通过五组份气体分析仪获取排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，并根据上述的方法计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
作为进一步地改进，所述控制模块的型号为AVL-PUMA-1.5.2，所述电力测功机的型号为INDY-S22-4/0934-1BV-1，所述进气空调的型号为ACS-2400，所述进气流量计的型号为ABB-080-2400，所述油耗仪的型号为AVL-735S，所述五组份气体分析仪的型号为AVL-AMA-i60-SII，所述排气后处理器为DOC或DPF或SCR后处理器。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：本发明可以实现不管是做自动排放循环还是做无报告输出的普通排放试验，都可以在试验前、试验过程中及试验后实时监控碳平衡偏差系数，能够及时判断台架测量系统的测量准确性，对排放测量试验的结果做出有效判断，大大节约试验时间和试验成本，提高试验质量和效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的计算流程图。
其中：1-发动机、2-电力测功机、3-进气管、4-进油管、5-回油管、6-排气管、7-进气空调、8-进气压力传感器、9-进气流量计、10-进气温湿度传感器、11-油耗仪、12-排气后处理器、13-五组份气体分析仪、14-控制模块、15-万向轴。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1、2，一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，包括：
获取发动机的进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb、进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，获取空气中CO2摩尔比系数Z；
根据进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha；
根据进气流量GAIRW、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD；
根据空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry；
根据燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in；
根据进气绝对湿度Ha、干空气流量GAIRD、燃料流量GFUEL计算得到排气干湿基转化系数Kw.r.1；
根据进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c；
根据进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
根据进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha具体为：
Pa＝(4.856884+0.2660089*ta+0.01688919*ta^2-7.477123*10^(-5)*ta^3+
8.10525*10^(-6)*ta^4-3.115221*10^(-8)*ta^5)*101.32/760；
Pw＝Pa*Ra；
Ha＝6.22*Pw/(Pb-Pw/100)；
其中，Pa表示饱和分压，Pw表示水蒸汽压。
根据进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD、排气干湿基转化系数Kw.r.1、排气流量GEXH具体为：
GAIRD＝GAIRW/(1+Ha/1000)；
Kw.r.1＝1-1.969/(1+GFUEL/GAIRD)*GFUEL/GAIRD-1.608*Ha/(1000+1.608*Ha)；
GEXH＝GAIRW+GFUEL。
根据燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in具体为：
Gc_fuel_in＝GFUEL*12.011*18/252.484；
其中，252.484为C18H36对应的摩尔质量。
根据空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry具体为：
Gc_air_dry＝(44.01/28.9644)*Z*G_AIRD*(12.011/44.01)；
其中，Z＝0.00033。
根据进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c具体为：
CO2concW＝CO2concD*Kw.r.1；
Q(CO2)＝0.0001519*CO2concW*GEXH；
COconcW＝COconcD*Kw.r.1；
Q(CO)＝0.0009669*COconcW*GEXH；
Q(HC)＝U*HCconcW*GEXH；
Gc_exh_c＝Q(CO2)*12.011/(12.011+15.9994*2)+Q(CO)*12.011/(12.011+15.9994)+Q(HC)*12.011/(12.011+1.00794*(WALF/1.0079/(WBET/12.011))))/1000；
其中,发动机不同的燃料类型其U系数值会不同，柴油机的U系数值为0.000479，气体机的U系数值为0.000516。
根据进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE具体为：
BLA_C_DE＝(Gc_exh_c-(Gc_air_dry+Gc_fuel_in))/(Gc_air_dry+Gc_fuel_in)*100。
一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置，包括连接发动机1的电力测功机2、进气管3、进油管4、回油管5、排气管6，进气管3上自其输入端至输出端依次设有进气空调7、进气压力传感器8、进气流量计9、进气温湿度传感器10，进油管4、回油管5连接有同一油耗仪11，排气管6上自其输入端至输出端依次设有排气后处理器12、五组份气体分析仪13；还包括电性连接发动机1、电力测功机2、进气压力传感器8、进气流量计9、进气温湿度传感器10、油耗仪11、五组份气体分析仪13的控制模块14。
控制模块14通过进气压力传感器8获取进气绝对压力Pb、通过进气流量计9获取进气流量GAIRW、通过进气温湿度传感器10获取进气温度ta和进气相对湿度Ra、通过油耗仪11获取燃料流量GFUEL、以及通过五组份气体分析仪13获取排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，并根据上述的方法计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
优选的，控制模块14的型号为AVL-PUMA-1.5.2的控制系统，电力测功机2的型号为INDY-S22-4/0934-1BV-1，进气空调7的型号为ACS-2400，进气流量计9的型号为ABB-0(80)-2400，油耗仪11的型号为AVL-735S，五组份气体分析仪13的型号为AVL-AMA-i60-SII，排气后处理器12为DOC或DPF或SCR后处理器。
进气流量计9前后的进气管3为直管段，可以保证气流的均匀性和稳定性，发动机1、进油管4、回油管5、油耗仪11之间为密封性良好，电力测功机2通过万向轴15连接发动机1的曲轴，可以方便安装发动机1。
本发明可以实现不管是做自动排放循环还是做无报告输出的普通排放试验，都可以在试验前、试验过程中及试验后实时监控碳平衡偏差系数，能够及时判断台架测量系统的测量准确性，对排放测量试验的结果做出有效判断，大大节约试验时间和试验成本，提高试验质量和效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，包括：
获取发动机的进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb、进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，获取空气中CO2摩尔比系数Z；
根据所述进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha；
根据所述进气流量GAIRW、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD；
根据所述空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry；
根据所述燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in；
根据所述进气绝对湿度Ha、干空气流量GAIRD、燃料流量GFUEL计算得到排气干湿基转化系数Kw.r.1；
根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c；
根据所述进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
2.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述进气温度ta、进气相对湿度Ra、进气绝对压力Pb计算得到进气绝对湿度Ha具体为：
Pa＝(4.856884+0.2660089*ta+0.01688919*ta^2-7.477123*10^(-5)*ta^3+8.10525*10^(-6)*ta^4-3.115221*10^(-8)*ta^5)*101.32/760；
Pw＝Pa*Ra；
Ha＝6.22*Pw/(Pb-Pw/100)；
其中，Pa表示饱和分压，Pw表示水蒸汽压。
3.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、进气绝对湿度Ha计算得到干空气流量GAIRD、排气干湿基转化系数Kw.r.1、排气流量GEXH具体为：
GAIRD＝GAIRW/(1+Ha/1000)；
Kw.r.1＝1-1.969/(1+GFUEL/GAIRD)*GFUEL/GAIRD-1.608*Ha/(1000+1.608*Ha)；
GEXH＝GAIRW+GFUEL。
4.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述燃料流量GFUEL计算得到燃料碳原子流量Gc_fuel_in具体为：
Gc_fuel_in＝GFUEL*12.011*18/252.484；
其中，252.484为C18H36对应的摩尔质量。
5.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述空气中CO2摩尔比系数Z计算得到进气碳原子流量Gc_air_dry具体为：
Gc_air_dry＝(44.01/28.9644)*Z*G_AIRD*(12.011/44.01)；
其中，Z＝0.00033。
6.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述进气流量GAIRW、燃料流量GFUEL、排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF、排气干湿基转化系数Kw.r.1计算得到排气碳原子流量Gc_exh_c具体为：
CO2concW＝CO2concD*Kw.r.1；
Q(CO2)＝0.0001519*CO2concW*GEXH；
COconcW＝COconcD*Kw.r.1；
Q(CO)＝0.0009669*COconcW*GEXH；
Q(HC)＝U*HCconcW*GEXH；
Gc_exh_c＝Q(CO2)*12.011/(12.011+15.9994*2)+Q(CO)*12.011/(12.011+15.9994)+Q(HC)*12.011/(12.011+1.00794*(WALF/1.0079/(WBET/12.011))))/1000；
其中,发动机不同的燃料类型其U系数值会不同，柴油机的U系数值为0.000479，气体机的U系数值为0.000516。
7.根据权利要求1所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量方法，其特征在于，根据所述进气碳原子流量Gc_air_dry、燃料碳原子流量Gc_fuel_in、排气碳原子流量Gc_exh_c计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE具体为：
BLA_C_DE＝(Gc_exh_c-(Gc_air_dry+Gc_fuel_in))/(Gc_air_dry+Gc_fuel_in)*100。
8.一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置，其特征在于，包括连接发动机(1)的电力测功机(2)、进气管(3)、进油管(4)、回油管(5)、排气管(6)，所述进气管(3)上自其输入端至输出端依次设有进气空调(7)、进气压力传感器(8)、进气流量计(9)、进气温湿度传感器(10)，所述进油管(4)、回油管(5)连接有同一油耗仪(11)，所述排气管(6)上自其输入端至输出端依次设有排气后处理器(12)、五组份气体分析仪(13)；还包括电性连接所述发动机(1)、电力测功机(2)、进气压力传感器(8)、进气流量计(9)、进气温湿度传感器(10)、油耗仪(11)、五组份气体分析仪(13)的控制模块(14)；
所述控制模块(14)通过进气压力传感器(8)获取进气绝对压力Pb、通过进气流量计(9)获取进气流量GAIRW、通过进气温湿度传感器(10)获取进气温度ta和进气相对湿度Ra、通过油耗仪(11)获取燃料流量GFUEL、以及通过五组份气体分析仪(13)获取排气CO2浓度CO2concD、排气CO浓度COconcD、排气HC浓度HCconcW、燃料中碳含量WBET、燃料中氢含量WALF，并根据权利要求1-7任一所述的方法计算得到碳平衡偏差系数BLA_C_DE。
9.根据权利要求8所述的一种发动机排放测试台架碳平衡系数测量装置，其特征在于，所述控制模块(14)的型号为AVL-PUMA-1.5.2，所述电力测功机(2)的型号为INDY-S22-4/0934-1BV-1，所述进气空调(7)的型号为ACS-2400，所述进气流量计(9)的型号为ABB-080-2400，所述油耗仪(11)的型号为AVL-735S，所述五组份气体分析仪(13)的型号为AVL-AMA-i60-SII，所述排气后处理器(12)为DOC或DPF或SCR后处理器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116519308A (zh) * 2023-07-03 2023-08-01 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 一种含氢燃料发动机台架试验有效性判定方法和系统

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