專利名稱：一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機燃燒技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法和
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
在火花點火式內(nèi)燃機中，燃料的抗爆燃屬性直接決定了內(nèi)燃機的效率及運行安全。內(nèi)燃機的壓縮比取決于燃料的抗爆燃屬性，當(dāng)使用抗爆燃屬性好的燃料時，內(nèi)燃機的壓縮比可以相應(yīng)地提高，就可以實現(xiàn)更高的效率。因此，在燃料的生產(chǎn)中，燃料的抗爆燃屬性是衡量燃料出廠品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。目前，燃料的抗爆燃屬性通過測量燃料的辛烷值得至IJ，燃料的辛烷值是衡量燃料抗爆燃屬性的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我國目前所使用的測量燃料辛烷值的方法完全沿用美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)。其中GB/T 5487-1995 (ASTM D2699)規(guī)定了研究法汽油辛烷值(ResearchOctane Number)的測定方法，GB/T 503-1995 (ASTM2700)規(guī)定了馬達法汽油辛烷值(Motoring Octane Number)的測定方法。其測量采用ASTM-CFR可變壓縮比單缸發(fā)動機，采用老式的化油器進油系統(tǒng)。在過去的近半個世紀(jì)以來，傳統(tǒng)石油類汽油是內(nèi)燃機的主要燃料，雖然不同汽油燃料的成分會有不同，但其汽化潛熱比較接近，汽油機的進油方式以進氣道噴射為主，因此基于CFR發(fā)動機(氣道燃油供給發(fā)動機)測得的燃料辛烷值能夠較好地代表燃料的抗爆燃屬性。隨著內(nèi)燃機技術(shù)的不斷發(fā)展，缸內(nèi)直噴發(fā)動機開始逐步取代進氣道噴射發(fā)動機，成為未來汽油機的主流。對于缸內(nèi)直噴發(fā)動機，燃料在蒸發(fā)的過程中導(dǎo)致缸內(nèi)的氣體溫度下降，抑制爆燃的產(chǎn)生。因此，在缸內(nèi)直噴發(fā)動機中，燃料的汽化潛熱是影響燃料抗爆燃屬性的重要因素。而傳統(tǒng)的辛烷值，由于其測量方法的限制，無法體現(xiàn)汽化潛熱對抗爆燃屬性的影響。面對石油價格的攀升和降低溫室氣體排放的需求，世界各國都在大力開發(fā)生物燃料，尤其是以醇類為代表的生物燃料。以乙醇為例，其汽化潛熱是傳統(tǒng)汽油的三倍。因此，當(dāng)生物燃料作為汽油替代燃料被應(yīng)用于缸內(nèi)直噴內(nèi)燃機時，傳統(tǒng)的辛烷值已經(jīng)不能準(zhǔn)確地體現(xiàn)其抗爆燃屬性。從另外一個角度看，應(yīng)用辛烷值作為衡量燃料的抗爆燃屬性，必然會在缸內(nèi)直噴內(nèi)燃機的開發(fā)過程中造成誤導(dǎo)。 對于缸內(nèi)直噴發(fā)動機，燃料的汽化潛熱對燃料的抗爆燃屬性至關(guān)重要。針對缸內(nèi)直噴內(nèi)燃機的研究表明，乙醇由于其更高的汽化潛熱，比同等辛烷值的傳統(tǒng)汽油具有更加優(yōu)越的抗爆燃性。燃料在缸內(nèi)直噴發(fā)動機內(nèi)的抗爆燃性，必須考慮燃料汽化潛熱的影響?，F(xiàn)有技術(shù)中的基于化油器噴射的CFR發(fā)動機(氣道燃油供給發(fā)動機)測試方法已經(jīng)無法準(zhǔn)確地衡量燃料的抗爆燃屬性。除此之外，基于CFR發(fā)動機(氣道燃油供給發(fā)動機)的測量方法還存在以下缺點
(I)ASTM-CFR辛烷值機體積龐大，設(shè)備昂貴，對實驗員的要求高，系統(tǒng)的維護費和運行費用高；(2)測試速度慢，一個辛烷值的測量往往需要I個多小時，不便于對生產(chǎn)進行實時優(yōu)化控制；(3)樣品消耗量較大，每次測試需要約500ml樣品，測量過程存在較大污染。
目前還存在一些通過測量燃料的近紅外光譜判斷燃料辛烷值的方法，如美國專利US5490085和中國專利ZL200410071119. 4所述的方法。但是這些都是間接的測量方法，并非通過直接測量燃料在燃燒過程中的爆燃來獲得燃料的辛烷值。當(dāng)被測燃油中含有少量改變辛烷值的添加劑，或者含有一些較為特殊的燃料成分時，其測量準(zhǔn)確度無法得到保證。因此，該方法一直無法成為測量燃料抗爆燃屬性的標(biāo)準(zhǔn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法和裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中基于辛烷值表示燃料抗爆燃屬性的方法和裝置帶來的測量結(jié)果不準(zhǔn)確，測試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，測試方法復(fù)雜、測試時間長，測試樣品消耗量大的問題，尤其是在缸內(nèi)直噴發(fā)動機的燃料抗燃屬性測定時帶來的以上問題。本發(fā)明提供的一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，包括步驟S1、選定基準(zhǔn)燃料，基準(zhǔn)燃料是由一種低抗爆燃性燃料和一種高抗爆燃性燃料組成的混合燃料，根據(jù)基準(zhǔn)燃料中包含的所述的高抗爆燃性燃料的百分比定義抗爆燃值，作為衡量燃料抗爆燃屬性的基準(zhǔn)；步驟S2、使用密封的燃燒室，向燃燒室內(nèi)噴入被測燃料或者基準(zhǔn)燃料,在燃燒室內(nèi)相同的空氣溫度和壓力條件下，獲得被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間，利用被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間獲得被測燃料的抗爆燃值；步驟S3、使用所述抗爆燃值衡量被測燃料的抗爆燃屬性。進一步，本發(fā)明所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，所述步驟S2，如果測得燃燒室的內(nèi)部壓力突然激增，則確定該時刻為被測燃料或者基準(zhǔn)燃料的燃燒起始時間，被測燃料或者基準(zhǔn)燃料噴入燃燒室的時間和燃燒起始時間的時間間隔是被測燃料或者基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間。進一步，本發(fā)明所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，所述步驟S2，最終得到的燃燒延遲時間是經(jīng)過至少一次測量的燃燒延遲時間的平均值。進一步，本發(fā)明所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，所述步驟S2，在燃燒室內(nèi)相同的壓力和溫度條件下，與被測燃料的燃燒延遲時間相同的基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值即為被測燃料的抗爆燃值。進一步，本發(fā)明所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，所述步驟S2，預(yù)先測量基準(zhǔn)燃料在燃燒室相同的初始壓力和溫度條件下的燃燒延遲時間，獲得延遲時間與基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值的關(guān)聯(lián)式，利用所述關(guān)聯(lián)式和被測燃料的燃燒延遲時間計算得到被測燃料的抗爆燃值。進一步，本發(fā)明所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，所述步驟S2，獲得所述的關(guān)聯(lián)式的方法包括步驟S201，選取至少2種基準(zhǔn)燃料，這些基準(zhǔn)燃料均勻分布在從O到100的抗爆燃值范圍內(nèi)；步驟S202，在上述相同的初始壓力和溫度條件下分別測得步驟S201中的基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間；步驟S203，建立關(guān)聯(lián)式
權(quán)利要求
1.一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，包括 步驟S1、選定基準(zhǔn)燃料，基準(zhǔn)燃料是由一種低抗爆燃性燃料和一種高抗爆燃性燃料組成的混合燃料，根據(jù)基準(zhǔn)燃料中包含的所述的高抗爆燃性燃料的百分比定義抗爆燃值，作為衡量燃料抗爆燃屬性的基準(zhǔn)； 步驟S2、使用密封的燃燒室，向燃燒室內(nèi)噴入被測燃料或者基準(zhǔn)燃料，在燃燒室內(nèi)相同的空氣溫度和壓力條件下，獲得被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間，利用被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間獲得被測燃料的抗爆燃值； 步驟S3、使用所述抗爆燃值衡量被測燃料的抗爆燃屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，所述步驟S2，如果測得燃燒室的內(nèi)部壓力突然激增，則確定該時刻為被測燃料或者基準(zhǔn)燃料的燃燒起始時間，被測燃料或者基準(zhǔn)燃料噴入燃燒室的時間和燃燒起始時間的時間間隔是被測燃料或者基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，所述步驟S2，最終得到的燃燒延遲時間是經(jīng)過至少一次測量的燃燒延遲時間的平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，所述步驟S2，在燃燒室內(nèi)相同的壓力和溫度條件下，與被測燃料的燃燒延遲時間相同的基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值即為被測燃料的抗爆燃值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，所述步驟S2，預(yù)先測量基準(zhǔn)燃料在燃燒室相同的初始壓力和溫度條件下的燃燒延遲時間，獲得延遲時間與基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值的關(guān)聯(lián)式，利用所述關(guān)聯(lián)式和被測燃料的燃燒延遲時間計算得到被測燃料的抗爆燃值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，獲得所述的關(guān)聯(lián)式的方法包括 步驟S201，選取至少2種基準(zhǔn)燃料，這些基準(zhǔn)燃料均勻分布在從O到100的抗爆燃值范圍內(nèi)； 步驟S202，在上述相同的初始壓力和溫度條件下分別測得步驟S201中的基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間； 步驟 S203，建立關(guān)聯(lián)式AKVi=aX (l/ID^+b ； 其中， AKVi為第i種基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值； IDi為第i種基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間； a、b為系數(shù)； 步驟S204，利用回歸分析，根據(jù)選取的所有基準(zhǔn)燃料的抗爆燃值和已經(jīng)測定的相應(yīng)燃燒延遲時間，使方差值Σ [AKV1-(aX (l/IDD+b)]2達到最小，以此計算a、b的值；最終得到所述的關(guān)聯(lián)式即為AKV=aX (l/ID)+b。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，其特征在于，所述步驟Si是把由正庚烷和乙醇組成的混合燃料作為基準(zhǔn)燃料，以乙醇在所述混合燃料中的百分比作為該混合燃料的抗爆燃值。
8.一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量裝置，其特征在于，包括噴油裝置(I)、壓力傳感器(2)、進氣閥(3)、排氣閥(4)、加熱裝置(5)、燃燒室(6)，其中 燃燒室(6)為內(nèi)部為密閉空間，進氣閥(3)和排氣閥(4)安裝在燃燒室上，用于控制空氣的進出，保持燃燒室(6)內(nèi)部的氣壓不變； 噴油裝置(I)安裝在燃燒室(6)內(nèi)部，用于將被測燃料或者基準(zhǔn)燃料噴入燃燒室(6)； 壓力傳感器(2)安裝在燃燒室(6)內(nèi)部，用于監(jiān)測燃燒室(6)的內(nèi)部壓力； 加熱裝置(5 )安裝在燃燒室(6 )壁內(nèi)或者壁面外側(cè)，對燃燒室的壁面進行加熱，以保持燃燒室(6)內(nèi)部的溫度不變。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量裝置，其特征在于，還包括 壓縮空氣提供裝置(7)，與燃燒室(6)通過進氣閥(3)連接，用于向燃燒室(6)內(nèi)部輸送壓縮空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衡量燃料抗爆燃屬性的測量裝置，其特征在于，還包括 減壓器(8 )，位于壓縮空氣提供裝置(7 )和燃燒室(6 )之間，用于控制進入燃燒室(6 )的氣體壓力。
全文摘要
一種衡量燃料抗爆燃屬性的測量方法，包括步驟S1、選定基準(zhǔn)燃料，基準(zhǔn)燃料是由一種低抗爆燃性燃料和一種高抗爆燃性燃料組成的混合燃料，根據(jù)基準(zhǔn)燃料中包含的所述的高抗爆燃性燃料的百分比定義抗爆燃值，作為衡量燃料抗爆燃屬性的基準(zhǔn)；步驟S2、使用密封的燃燒室，向燃燒室內(nèi)噴入被測燃料或者基準(zhǔn)燃料，在燃燒室內(nèi)相同的空氣溫度和壓力條件下，獲得被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間，利用被測燃料和基準(zhǔn)燃料的燃燒延遲時間獲得被測燃料的抗爆燃值；步驟S3、使用所述抗爆燃值衡量被測燃料的抗爆燃屬性。本發(fā)明提供的方法和裝置，使抗爆燃值更能反應(yīng)燃料在缸內(nèi)直噴發(fā)動機的抗爆燃屬性，而且使用方法簡單方便。
文檔編號G01N31/12GK103033592SQ20121054105
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者何鑫, 帥石金, 王志, 王建昕 申請人:清華大學(xué)