4 碳平衡燃料消耗量检测关键技术
4.1碳平衡法数学模型的修正
采用碳平衡法检测计算燃料消耗量时,基于如TV设:
(1)废气中的碳仅包含在CO、CO2和HC中;
(2)废气中的CO、CO2和HC仅来自燃料中;
(3)废气中的碳量等于试验时所消耗汽油中的碳量;
(4)车辆技术状况良好,即曲轴箱窜气微量,排气系统无泄漏。
碳平衡法计算燃油消耗量基于上述假设,但实际燃油在燃烧中存在碳微粒,排气系统有可能存在泄漏和曲轴箱窜气现象,排气中也有原本存在于空气中CO2等,加上环境温度、湿度及大气压力变化等可能存在的影响因素,因而碳平衡法存在基本方法误差,同时考虑到测试仪器误差等,使得用碳平衡法模型计算得到的油耗与实测油耗存在一定偏差。要弥补这些偏差,必须对碳平衡法模型进行修正。为此,对试验车辆用油耗仪测量其实际油耗,同时用碳平衡法计算油耗,两者相比较后的数据表明,实际油耗与计算油耗呈明显的线性关系。故对其进行一元线性回归,即可建立碳平衡法的修正模型。
4.2燃油体积含碳量的确定
由前述的碳平衡法数学模型可见,检测燃油体积含碳量是用碳平衡法测油耗的一个关键环节。通过对从大量加油站随机抽取的燃油样本的检验,确定了其体积含碳量与密度的关系,得到一元回归模型。如此,只要测得燃油密度,就可以计算出体积含碳量。
4.3干燥尾气体积的计算
汽油燃烧产生HC、CO、CO2,同时也生成大量的水蒸气。因此,汽车排放是各种气体与水蒸气的混合气,而在碳平衡模型中需要标准状态下的干燥尾气体积。根据燃烧理论确定混合气中水蒸气的分压,再根据混合气分压定理和气体状态方程,转换为标准状态,即:
Q=Qn×273.1×(P-P、)=1.013 25×105 T。
式中:
Q----尾气换算成标准状态下的干气体体积厂单位为L;
Qn----气体在温度T时的体积,单位为L;
P----大气压强,单位为Pa;
P1----尾气在温度T时的水蒸气分压,单位为Pa;
T----尾气的温度,单位为K。
4.4低量程含碳气体浓度测量装置
为防止汽车尾气在采样过程中出现冷凝,提高油耗检测系统对汽车尾气浓度的测量精度,在汽车尾气取样的同时需要吸入一定外来空气,对汽车排气进行稀释。但稀释空气太多会影响汽车尾气的测量精度,吸入太少又会产生冷凝,掌握适当的稀释比十分关键。相关研究推导出了稀释排气流量出现冷凝的条件,得出CO2浓度控制在3%以下稀释气体就不会产生冷凝的结论,这一结论在碳平衡法检测汽车油耗的实际运用中取得了较好的效果。
5 结论
(1)汽车油耗测量利用碳平衡法计算比较准确,经济可行。
(2)碳平衡法的原理就是利用汽油中碳的质量与汽车尾气中含碳组分的碳质量总和相等来计算出汽车油耗量。
(3)燃料消耗量检测在实际情况下需要对碳平衡法燃料消耗量数学模型进行修正。
(4)当排气与空气的稀释比例足够时(一般稀释排气中CO2浓度要低于3%),可确保稀释排气在测试管路和仪器中不出现水冷凝现象。