一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法技术

一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，属于发动机燃油消耗率检测技术领域。其特征在于：包括如下步骤：步骤1，计算出各种燃料的质量分数；步骤2，求得总的进气摩尔流量；步骤3，得到各气体的体积分数、碳烟的烟度以及新鲜进气流量；步骤4，建立燃烧反应模型；步骤5，得到不含碳烟部分的情况下发动机的燃油消耗率；步骤6，得到碳烟部分对应的燃油消耗率；步骤7，得到发动机的实际燃油消耗率。在通过本基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法进行计算的过程中，将所有重要的气体组分及碳烟均考虑在内，同时也考虑了EGR的影响，大幅提升了燃油消耗率的计算精度，对不同工况下燃油消耗率的计算更有优势。

A Calculating Method of Engine Fuel Consumption Rate Based on Molar Number Balance Principle

A calculation method of engine fuel consumption rate based on the principle of molar balance belongs to the technical field of engine fuel consumption rate detection. The characteristics of the system are as follows: step 1 calculates the mass fraction of various fuels; step 2 calculates the total inlet molar flow rate; step 3 obtains the volume fraction of each gas, the smoke content of soot and the fresh inlet flow rate; step 4 establishes the combustion reaction model; step 5 obtains the fuel consumption rate of the engine without soot; step 6 obtains the carbon consumption rate; Fuel consumption rate corresponding to the smoke part; Step 7, get the actual fuel consumption rate of the engine. In the process of calculating the fuel consumption rate of the engine based on the principle of molar balance, all the important gas components and soot are taken into account, and the influence of EGR is also taken into account, which greatly improves the calculation accuracy of the fuel consumption rate and has more advantages in calculating the fuel consumption rate under different working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法
一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，属于发动机燃油消耗率检测

技术介绍
目前，在进行发动机燃油消耗率测量时，通常仍以质量法和容积法为主，测量仪器则为传统的油耗仪。这两种测量方法在实验室发动机燃油消耗率测量时都存在一定的弊端。一方面，测量时需要将发动机的供油系统进行改接，即拆装发动机供油管路并串接传感器，这样就破坏了发动机的原有结构，不符合不解体检测的原则。另一方面，在利用汽油机缸内直喷系统或柴油机高压共轨系统实现汽油、乙醇等低馏程燃料的高压喷射时，燃料易在管路中挥发形成气泡，造成传统油耗仪在测量时较大的波动和误差。近年来，为实现清洁燃烧，普遍采用废气再循环(EGR)技术降低缸内燃烧温度以减少NOX排放。基于废气再循环(EGR)技术，针对发动机的燃油消耗率也出现了一些新的计算方法，如基于碳平衡的计算方法，然而由于废气中含有较多的CO、CO2和未燃HC，因而建立的模型中需要充分考虑EGR的影响。并且发动机排气中，碳元素主要以CO、CO2和HC形式存在，而基于碳平衡原理的计算模型通常将碳烟中的碳元素忽略不计。由于低温燃烧条件下易生成较多的碳烟，发动机燃油消耗率计算的准确性易受到影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种将所有重要的气体组分及碳烟均考虑在内，同时也考虑了EGR的影响，大幅提升了燃油消耗率的计算精度，对不同工况下燃油消耗率的计算更有优势的基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对燃料参数进行计算，计算出各种燃料的质量分数；步骤2，对进气参数进行计算，结合EGR率求得总的进气摩尔流量；步骤3，由排气分析仪测得排气中的CO2、CO和HC的体积分数，由烟度计测得碳烟的烟度，并由进气流量计测得新鲜进气流量；步骤4，根据步骤3中排气分析仪测得的排气中CO2、CO和HC的体积分数，结合发动机的燃烧反应机理，建立燃烧反应模型；步骤5，得到不含碳烟部分的情况下发动机的燃油消耗率；步骤6，得到碳烟部分对应的燃油消耗率；步骤7，得到发动机的实际燃油消耗率。优选的，步骤4所述的燃烧反应模型为：aCmHnOk+bO2＝cCO+dCO2+eH2O+fH2式中：m表示燃料中碳元素的分子式系数；n表示燃料中氢元素的分子式系数；k表示燃料中氧元素的分子式系数；a、b、c、d、e、f表示反应方程式系数，参数m、n、k以及a、b、c、d、e、f之间的定量关系通过元素守恒方式确定。优选的，所述的元素守恒方式，包括如下步骤：步骤a，排气中的CO与参与反应的燃料的摩尔比等于排气中的CO体积分数与燃料中碳元素的分子式系数之积与排气中CO与CO2的体积分数之和的比值：步骤b，排气中的CO2与参与反应的燃料的摩尔比等于排气中CO2的体积分数与燃料中碳元素的分子式系数之积与排气中CO与CO2的体积分数之和的比值：步骤c，由步骤a以及H2O的体积分数求得生成物中H2O与参与反应燃料摩尔数比值表达式：步骤d，由步骤a、步骤b以及参数K的表达式求得排气中H2与参与反应燃料的摩尔数比值：步骤e，由步骤a～步骤c求得参与反应的O2与参与反应的燃料的摩尔数比值为：步骤f，混合燃料中混合燃料中碳的分子式系数m、氢的分子式系数n以及氧的分子式系数k分别为：在步骤a～步骤f的表达式中，m表示燃料中碳元素的分子式系数；n表示燃料中氢元素的分子式系数；k表示燃料中氧元素的分子式系数；a、b、c、d、e、f表示反应方程式系数，表示CO湿基的体积分数，表示CO2湿基的体积分数，表示H2O的体积分数，mi表示第i种燃料中碳元素的分子式系数；ni表示第i种燃料中氢元素的分子式系数；ki表示第i种燃料中氧元素的分子式系数，K为常数，其表达式为：优选的，所述H2O的体积分数为：式中：m表示燃料中碳元素的分子式系数；n表示燃料中氢元素的分子式系数；表示CO湿基的体积分数，表示CO2湿基的体积分数，K表示常数。优选的，步骤1中所述的各种燃料的质量分数为：式中：i表示第i种燃料；j表示混合燃料中的燃料种类；ρi表示第i种燃料的密度；Vi表示第i种燃料的体积。优选的，步骤2中所述的进气摩尔流量为：式中：表示新鲜进气流量，L/h；REGR表示EGR率，％。优选的，步骤5中所述的不含碳烟部分的情况下发动机的燃油消耗率为：式中：Mf表示燃料的摩尔质量，为单位时间不含生成碳烟部分的参与反应的燃料摩尔数。优选的，单位时间不含生成碳烟部分的参与反应的燃料摩尔数为：式中，表示总的进气摩尔流量，REGR表示EGR率，表示排气中HC的体积分数，表示排气中CO2湿基的体积分数。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：在通过本基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法进行计算的过程中，将所有重要的气体组分及碳烟均考虑在内，同时也考虑了EGR的影响，大幅提升了燃油消耗率的计算精度，对不同工况下燃油消耗率的计算更有优势。同时适用于应用混合燃料或替代燃料的情况，应用范围更广。附图说明图1为基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法流程图。图2为基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法迭代法计算流程图。具体实施方式图1～2是本专利技术的最佳实施例，下面结合附图1～2对本专利技术做进一步说明。实施例1：由图1所示，一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，包括如下步骤：步骤1，对燃料参数进行计算，计算出各种燃料的质量分数；对燃料参数进行计算，计算出燃料中汽油、柴油或其他替代燃料的质量分数ωi(％)的表达式(公式1)为：式中：i表示第i种燃料；j表示混合燃料中的燃料种类；ρi表示第i种燃料的密度；Vi表示第i种燃料的体积。步骤2，对进气参数进行计算，结合EGR率求得总的进气摩尔流量的表达式(公式2)为：式中：表示新鲜进气流量，L/h；REGR表示EGR率，％。步骤3，得到排气中CO、CO2和HC的体积分数，碳烟的烟度和新鲜进气流量。由排气分析仪测得排气中的CO、CO2和HC的体积分数，由烟度计测得碳烟的烟度，并由进气流量计测得新鲜进气流量。根据排气中CO、CO2的体积分数进一步可求得H2O的体积分数(％)的表达式(公式3)为：式中：m表示燃料中碳元素的分子式系数；n表示燃料中氢元素的分子式系数；表示CO湿基的体积分数，表示CO2湿基的体积分数，K表示常数，其值与排气中CO、CO2、H2O和H2的体积分数有关，K的取值范围为3.5～3.8之间，一般K取3.8，K可通过表达式(公式4)进行表示：利用排气分析仪测量排气中各气体组分的体积分数时，CO和CO2的测量结果为干基，计算时需要将CO和CO2的干基转化为湿基，CO的湿基表达式(公式5)和CO2的湿基(％)表达式(公式6)分别为：式中：表示废气中CO干基的体积分数，ppm。表示废气中CO2干基的体积分数，％；步骤4，建立燃烧反应模型。根据步骤3中排气分析仪测得的排气中各组分的体积分数，以及发动机的燃烧反应机理，建立起反应前后各组分变化的计算模型，建立的燃烧反应模型的燃烧反应方程式为：aCmHnOk+bO2＝cCO+dCO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对燃料参数进行计算，计算出各种燃料的质量分数；步骤2，对进气参数进行计算，结合EGR率求得总的进气摩尔流量；步骤3，由排气分析仪测得排气中的CO2、CO和HC的体积分数，由烟度计测得碳烟的烟度，并由进气流量计测得新鲜进气流量；步骤4，根据步骤3中排气分析仪测得的排气中CO2、CO和HC的体积分数，结合发动机的燃烧反应机理，建立燃烧反应模型；步骤5，得到不含碳烟部分的情况下发动机的燃油消耗率；步骤6，得到碳烟部分对应的燃油消耗率；步骤7，得到发动机的实际燃油消耗率。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对燃料参数进行计算，计算出各种燃料的质量分数；步骤2，对进气参数进行计算，结合EGR率求得总的进气摩尔流量；步骤3，由排气分析仪测得排气中的CO2、CO和HC的体积分数，由烟度计测得碳烟的烟度，并由进气流量计测得新鲜进气流量；步骤4，根据步骤3中排气分析仪测得的排气中CO2、CO和HC的体积分数，结合发动机的燃烧反应机理，建立燃烧反应模型；步骤5，得到不含碳烟部分的情况下发动机的燃油消耗率；步骤6，得到碳烟部分对应的燃油消耗率；步骤7，得到发动机的实际燃油消耗率。2.根据权利要求1所述的基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，其特征在于：步骤4所述的燃烧反应模型为：aCmHnOk+bO2＝cCO+dCO2+eH2O+fH2式中：m表示燃料中碳元素的分子式系数；n表示燃料中氢元素的分子式系数；k表示燃料中氧元素的分子式系数；a、b、c、d、e、f表示反应方程式系数，参数m、n、k以及a、b、c、d、e、f之间的定量关系通过元素守恒方式确定。3.根据权利要求2所述的基于摩尔数平衡原理的发动机燃油消耗率计算方法，其特征在于：所述的元素守恒方式，包括如下步骤：步骤a，排气中的CO与参与反应的燃料的摩尔比等于排气中的CO体积分数与燃料中碳元素的分子式系数之积与排气中CO与CO2的体积分数之和的比值：步骤b，排气中的CO2与参与反应的燃料的摩尔比等于排气中CO2的体积分数与燃料中碳元素的分子式系数之积与排气中CO与CO2的体积分数之和的比值：步骤c，由步骤a以及H2O的体积分数求得生成物中H2O与参与反应燃料摩尔数比值表达式：步骤d，由步骤a、步骤b以及参数K的表达式求得排气中H2与参与反应燃料的摩尔数比值：步骤e，由步骤a～步骤c求得参与反应的O2与参与反应的燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彬彬，贾寿珂，巩倞妤，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37