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汽车 油耗 智能 测量 丈量 数学 建模 仿真 优秀 优良 机械 毕业设计 论文

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路 交 通 科 技 2004 年 12 月F 10022004) 12 2003 吉林省科技发展计划资助项目 (20010322)作者简介 : 王云鹏 (1966 - ) , 男 , 吉林舒兰人 , 工学博士 , 教授 , 博导 , 主要研究方向为交通环保 1基于汽油含碳量的碳平衡法模型王云鹏 , 刘瑞昌 , 祖 力 , 王 羽(吉林大学交通学院 , 吉林 长春 130025)摘要 : 汽车燃油消耗量的测量具有重要意义 , 但现有的测量方法难以实现不解体快速测量。依据碳平衡法原理 , 建立测量汽车燃油消耗量的碳平衡法模型 , 并设计测试系统。为减小由于碳平衡法基本假设所带来的偏差 , 对碳平衡法模型进行修正。由此 , 可通过测量尾气中 得到汽车燃油消耗量。试验结果表明 , 该方法有较好的精度及稳定性 , 可用于汽车燃油消耗量的检测。关键词 : 碳平衡法 ; 汽油机 ; 燃油消耗量 ; 测量中图分类号 : 1 文献标识码 : a a i , u( 130025 , of is to be in a on a to by of be in be to of 引言随着石油能源的紧缺和汽车造成的环境污染的加剧 , 控制汽车油耗、保护交通环境已经成为交通运输可持续发展的迫切需要 , 汽车油耗检测是探查汽车技术状况的关键。但常规的油耗检测 , 需拆开油路接入油耗仪 , 既破坏汽车原有结构 , 又费时费力 , 不适应车辆检测线的流水作业 , 也不受车主欢迎。因此 , 实现汽车油耗快速不解体检测 , 已成为行业科学技术发展的迫切需要。国内外的实践证明 , 碳平衡法是一种不解体快速检测油耗的有效手段。其基本原理是 : 汽油是以碳氢化合物为主要成分的混合物 , 燃烧后生成 , 其燃烧产物中的 C 元素均来自汽油 ,所以 , 只要测出汽车尾气中的 的碳量 , 再与单位体积汽油中的碳量相比 , 即可得到燃油消耗量 (常用 单位 ) 。国外自上世纪 70 年代就开展了碳平衡法的研究 ,但均采用定容取样 1 ,2 , 即将汽车尾气全部收集起来 ,经过一系列处理 , 测出其中的碳量。这种方法虽然精度较高 , 但设备庞大、复杂、昂贵 , 不适合检测线快速检测。国内也有单位对碳平衡法进行了研究 , 并提出了碳平衡法模型 3 , 但该模型是以汽油碳氢比 即由汽油碳氢比 计算出 C + H)作为汽油含碳量 ,显然 ,这也是基于汽油中只含有碳、氢两种元素的假设 , 这也与实际汽油不符 , 因为汽油中也含有其它元素及杂质。因此 , 在研究了 90 号无铅汽油 , 提出了汽油含碳量与密度之间的关系模型 4 的基础上 , 进一步建立了基于汽油含碳量的碳平衡法模型 , 并进行了修正。1 模型的建立根据中华人民共和国交通部行业标准 J 车技术等级评定的检测方法的规定 , 室内进行等速百公里油耗检测。设汽车测试速度为 v ( , 测试时间为 t(s) , 汽车排放尾气中 , 体积百分比含量为 %) ,碳氢化合物的百万分比含量为 ,测试时间内排放尾气总量为 转化为标准状态 (1 个标准大气压 ,0 )下的干燥尾气体积为 Q (L) 。由于标准状态下 ,一摩尔气体的体积为 2214L ,则尾气中所含碳的总量 g)为 12 100 2V 00 (1)式中 ,因为尾气所含碳氢化合物中有两个碳原子的乙烯 4 占多数 ,故将 V 。单位里程所排放的碳元素总量 3 600vt 12 3 600 40 2V 00(2)设汽油中体积含碳量为 C (,即 1L 汽油中含有的碳元素质量 (可由汽油密度 d (间接得到 4 ) ,则百公里油耗 G(G = 00 C 100 = 12 360 40 2V 00(3)如果按照 汽车技术等级评定的检测方法 ,测试距离为 500m(即 v t = 015,则该模型可进一步简化为G = 24 2V 00 (4)由于模型中 , 标准状态下干气体体积 , 而实测到的是自然状态下的尾气体积 Q , 故必须进行干湿气体转换和温压补偿 。2 试验系统的建立及实施方案汽车燃油消耗量在底盘测功机上进行台架试验暂无国家标准 , 参照 车燃油消耗量试验方法。从式 (4) 可见 , 需要测量的量有 : 尾气总量 Q(L) , 汽油密度 d ( , 尾气中的 于定容取样法设备复杂昂贵 , 不适合检测线快速检测 , 考虑到测量等速百公里油耗 , 汽车尾气的流量及成分比较稳定 , 试验采用流量法 , 即用流量计测出尾气总量。试验设备包括 : 涡轮流量传感器 , 气分析仪 , 多点数字温度计 , 6 支组无温石油密度计 , 压计。此外 , 为进一步提高气流稳定性 , 在汽车排气管和流量计之间增加了稳压箱。为了验证碳平衡法模型 , 用 油耗仪以及 油耗仪显示仪表同步测量了汽车油耗。试验系统如图 1 所示。图 1 试验系统示意图11 油耗仪 21 底盘测功机 31 被测车辆 41 挡铁 ,51 金属软管 61 球阀 71 稳压箱 81 废气分析仪、温度计91 流量计 101 流量计显示仪 111 微机显示器 12、 131 球阀试验时 , 根据台架试验要求 , 按照汽车理论 5 ,用测功机模拟施加汽车滚动阻力和空气阻力 ; 按 10的整数倍取稳定车速 , 并以 10 (递增 ; 按试验车速 v (下行驶 500m 计算测试时间 t (s)t = 015 3 600v (5)3 试验数据采用上述试验系统 , 在吉林省机动车辆综合性能检测站进行了试验测试。试验车辆为捷达轿车 , 该车车况良好。由于该车为电喷发动机 , 故采用 2 台油耗仪分别测出进油量和回油量 , 二者之差即为发动机实际油耗。试验方法为模拟路试等速百公里油耗试验 , 测试结果见表 1。4 数据分析及模型修正从表 1 可以看出 , 按碳平衡法模型计算出的油耗相对于实测油耗值存在一定偏差。分析其原因 , 除了821公路交通科技 2004 年 第 12 期表 1 不同车速下的实际油耗与计算油耗60算70算80算90算100算110算1 719 61733 8172 71697 9124 81512 10112 91493 1114 11123 1312 131382 7174 61465 8188 71746 9102 71977 9196 91238 11192 11151 12164 121663 7186 61707 8124 71291 8196 81155 10116 91371 11146 11148 13136 131354 7168 61274 813 7168 8164 71788 9194 91353 11146 10194 12176 131115 7114 61032 8132 71599 8168 71903 10104 9149 11192 11145 13104 131026 7188 61137 8158 71582 9 81653 9172 91536 1212 12101 12156 121977 7178 61121 8118 71755 8178 81426 9186 91849 12102 1213 1314 131318 7178 61119 8102 71285 8194 81185 10134 91858 12158 1215 12188 131299 7192 6141 8 7128 8164 81019 9146 81859 11168 11157 12174 1219610 7136 61365 7192 71243 8172 81361 918 91616 11156 11139 13142 13157试验仪器的累积误差之外 , 更重要的是碳平衡法是基于以下 3 个假设 :(1) 废气中的碳仅包含在 中。因为烃分析仪测不出其他的碳氢氧化物 , 而且碳微粒、部分碳氢化合物溶于水等亦未考虑。(2) 废气中的 来自燃料中。(3) 废气中的碳量等于试验时所消耗的碳量 , 即不考虑汽化损失、曲轴箱窜气、燃油在曲轴箱机油中的沉积物和碳氢化合物等。要弥补由于上述假设造成的偏差 , 必须对碳平衡法模型进行修正。为了找出实际油耗与计算油耗之间的关系 , 以计算油耗为横坐标 , 实际油耗为纵坐标 , 将表 1 中各组数据以离散点画出 , 如图 2 所示。可以看出 , 实际油耗与计算油耗呈明显的线性关系。图 2 实际油耗与计算油耗关系曲线设 x 表示计算油耗 , y 表示实际油耗 , 采用最小二乘法 , 得到回归方程为y = 01800 5 x + 21426 9 (6)经 检验 ,相关系数为 r = 01992 4 m 01250 06 ,二者的线性关系非常显著 。因而可以得到模型修正公式G = 01800 5 21426 9 (7)式中 , 利用碳平衡法模型 (式 (4) ) 计算得到的油耗 。这样 , 利用碳平衡法理论模型计算出计算油耗 ,再带入模型修正公式 (7) , 即可得到汽车燃油消耗量 。5 结论(1) 基于汽油含碳量的碳平衡法理论模型 (式(3) 、式 (4) ) 是可行的 , 但由于碳平衡法的 3 个假设 , 故需对碳平衡法理论模型进行修正 (式 (6) ) 。(2) 依据碳平衡法原理 , 运用简单的尾气流量测试系统 , 可以实现汽车燃油消耗量的不解体快速检测 , 适合于车辆综合性能检测线使用。参考文献 :1 汽车百科全书编委会 1 汽车百科全书 M1 北京 : 机械工业出版社 , 199212 八田桂三 , 等 1 内燃机测试手册 M1 北京 : 机械工业出版社 , 198713 龚家伟 , 孙晋文 1 碳平衡法测量汽油车燃油消耗量的研究 J 1农业机械学报 , 2