一种十六烷值测量方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种十六烷值测量方法和系统，选择已知十六烷值的燃料，将已知十六烷值的燃料与空气预混，喷入可连续调节压缩比的发动机，调节压缩比使已知十六烷值的燃料与空气的预混物点燃，得到其临界压缩比与十六烷值的对应关系，重复上述操作，得到多种不同的已知十六烷值的燃料在同样燃烧条件下临界压缩比与十六烷值的对应关系，建立十六烷值‑临界压缩比拟合曲线；对待测试样在同样燃烧条件下进行同样的操作，获得待测试样的临界压缩比，利用十六烷值‑临界压缩比曲线，得到待测试样的十六烷值。本发明专利技术实现了快速准确测量柴油机燃料的十六烷值，具有测试步骤简单、测试范围广、测量成本低经济性好且操作简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种十六烷值测量方法和系统
本专利技术涉及十六烷值测量
，尤其是一种十六烷值测量方法和系统。
技术介绍
现有技术中四冲程压燃式柴油机在压缩冲程中，活塞上行抵达上止点前，将气缸内空气压缩使其温度和压力急剧升高，冲程即将结束时，燃油喷嘴开始向气缸内喷射燃油喷雾，处于高温高压环境下的燃油喷雾迅速升温气化，此时缸内温度虽已远高于燃料自燃点，但燃料并不会立刻着火，而是稍滞后一些才开始燃烧。通常把从喷油开始到燃料燃烧的时间间隔称为滞燃期，滞燃期越长，则燃烧着火准备时间内向气缸内喷入的燃料越多，以至于气缸内达到可燃程度的燃料越多，放热速度和加速度增加，放热峰值增加，燃烧压力和温度也会随之升高。针对柴油机燃料的滞燃特性的量化，目前通用的方法是测量燃料的十六烷值来获得燃料相对点火延迟、发火性能等特性。燃料的十六烷值越高，表明燃料具有短的点火延迟，并且燃烧更加均匀稳定，发动机能够以更加平稳的工况运行。十六烷值低则表明燃烧发火困难，滞燃期长。然而过高的十六烷值，也容易导致燃料局部不完全燃烧，加剧未燃尽碳氢化合物和碳烟的产生。现行国家标准GB/T386-2010采用的是ASTMD613-2008十六烷值测试方法。该法由一个标准的单缸，四冲程，可变压缩比，间接喷射的柴油机采用内插的手轮法完成。通过标准发动机实验，将待测柴油与已知十六烷值的标准燃料的发火性能进行比较，从而得出燃料着火性能的测定值。其中，标准燃料包括正标准燃料和副标准燃料。正标准燃料是正十六烷(n-cetane)和七甲基壬烷(HMN)按照一定的体积比混合而成，规定正十六烷的十六烷值为100，七甲基壬烷的十六烷值为15。正标准燃料的十六烷值＝100×正十六烷的体积分数+15×七甲基壬烷的体积分数。副标准燃料是指能够替代正标准燃料来测算柴油的十六烷值的高十六烷值的烃类(T燃料)和低十六烷值烃类(U燃料)按照一定比例组成的混合物。按照GB/T386-2010方法测定十六烷值，每测定一种燃料都要选取两种标准燃料，分别测定两种标准燃料的十六烷值，再通过手轮读数计算待测燃料的十六烷值。计算公式为：CN＝CN1+(CN2-CN1)(a-a1)/(a2-a1)CN——试样的十六烷值；CN1——低着火性质标准燃料的十六烷值；CN2——高着火性质标准燃料的十六烷值；a——样品三次测定手轮读数的算术平均值；a1——低十六烷值标准燃料三次测定手轮读数的算术平均值；a2——高十六烷值标准燃料三次测定手轮读数的算术平均值.使用此方法测量，对于试样以及将试样包括在中间的标准燃料中的每一个，都需要改变压缩比(通过手轮读数获取)并通过缸内爆震传感器测量的爆震信号获取缸内燃烧工况得到着火滞后期，再根据手轮读数采用内插法计算。该法不仅测量步骤十分繁琐，而且对标准燃料的选取也有严格要求，两种标准燃料的十六烷值相差不能超过5.5且要求待测燃料的十六烷值在两种标准燃料的十六烷值之间，被测燃料的十六烷值要求在40-100之间，燃料范围较小。由于事先不知道待测燃料的十六烷值，标准燃料的选取只能依照测试人员的经验，若经过测试发现所选取标准燃料不能满足需要，还需再次调配标准燃料，重复进行上述步骤最终才能测出十六烷值，因此测试周期往往较长，耗时耗力。另外，该方法使用的仪器目前已被ASTM垄断，机组售价昂贵且价格年年攀升(现售价超过500万元)，给测试机构带来沉重的经济压力。而且对待测燃料的性质也有一定的要求，根据该方法的测试步骤，待测燃料通过喷雾的方式喷射进入十六烷值机气缸当中，因而待测燃料必须是液体燃料，对于气体燃料十六烷值的测量无法通过该法完成。然而当前以甲烷，石油气等气体燃料作为动力源的气体发动机应用亦十分广泛，测量其十六烷值获得压燃特性也十分重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有十六烷值测试方法(GB/T386-2010)对标准燃料要求高、测试步骤复杂耗时长的问题，提供了一种十六烷值测量方法和系统，通过点燃时对应的临界压缩比确定被测燃料的十六烷值，从而简化测试步骤简单，拓展可测试的范围。本专利技术采用的技术方案如下：一种十六烷值测量方法，选择已知十六烷值的燃料，将所述已知十六烷值的燃料与空气预混，喷入可连续调节压缩比的发动机，调节压缩比使所述已知十六烷值的燃料与空气的预混物点燃，得到其临界压缩比与十六烷值的对应关系，重复上述操作，得到多种不同的已知十六烷值的燃料在同样燃烧条件下临界压缩比与十六烷值的对应关系，建立十六烷值-临界压缩比拟合曲线；对待测试样在同样燃烧条件下进行同样的操作，获得所述待测试样的临界压缩比，利用所述十六烷值-临界压缩比曲线，得到所述待测试样的十六烷值。其进一步技术方案为：空气的进气温度可连续调节，控制空气的进气温度和已知十六烷值的燃料与空气预混时的混合温度，确保所述预混物进入所述发动机之前已蒸发为气态。在给定所述进气温度下，燃料临界压缩比对应唯一的十六烷值，当待测试样十六烷值高于100时，通过降低进气温度拓宽十六烷值测量上限；当待测试样十六烷值低于0时，通过升高进气温度拓宽十六烷值测量下限。所述同样燃烧条件是指：空气的进气温度、进气压力和当量比。在对已知十六烷值的燃料的临界压缩比测定过程中，调节发动机的压缩比至初始值，打开喷油器的喷油开关，观测多个周期内发动机的压缸-曲轴转角曲线，如未观测到曲线出现上升峰，重新调整发动机的压缩比，再次观测，直到缸内燃料已被压燃；通过二分法调节压缩比并观察压缸-曲轴转角曲线，逐步逼近燃料的临界压缩比，并保证所测得临界压缩比误差小于0.1。在如下标准条件下调节喷油器流速，并根据进气流量控制当量比，其中：发动机转速600±6r/min，进气门间隙0.10-0.20mm，排气门间隙0.15-0.25mm，点火角为上止点前13°±1°，热机机油压力≥0.15MPa，冷却水温度85-100℃。所述待测试样为液体或气体。所述已知十六烷值的燃料包括正庚烷、糠醛、2-甲基呋喃或呋喃。一种十六烷值测量系统，包括可连续调节压缩比的发动机、对所述发动机缸内压力进行检测的压力传感器、用于进气并加热空气的进气加热管道、用于加热空气与燃料预混物的混合气加热管道；所述混合气加热管道上连接有喷油器，其与进油系统连接；所述进气加热管道与所述混合气加热管道连接；所述发动机包括相位角检测系统以及压缩比调节手轮，所述相位角检测系统安装于发动机凸轮处将信号传至计算机，用于检测曲轴转角；所述调节手轮用于连续调节发动机的压缩比。其进一步技术方案为：发动机的压缩比的调节范围为4∶1-15∶1。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实现了快速准确测量柴油机燃料的十六烷值，具有测试步骤简单、测试范围广、测量成本低经济性好且操作简单等优点。1、本专利技术实现液体燃料或气体燃料的十六烷值快速测定，提前制作十六烷值-临界压缩比拟合曲线，之后只需测量待测燃料临界压缩比即可获得十六烷值，与GB/T386-2010相比，无须调配标准燃料，测试步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种十六烷值测量方法，其特征在于，选择已知十六烷值的燃料，将所述已知十六烷值的燃料与空气预混，喷入可连续调节压缩比的发动机，调节压缩比使所述已知十六烷值的燃料与空气的预混物点燃，得到其临界压缩比与十六烷值的对应关系，重复上述操作，得到多种不同的已知十六烷值的燃料在同样燃烧条件下临界压缩比与十六烷值的对应关系，建立十六烷值-临界压缩比拟合曲线；对待测试样在同样燃烧条件下进行同样的操作，获得所述待测试样的临界压缩比，利用所述十六烷值-临界压缩比曲线，得到所述待测试样的十六烷值。/n

【技术特征摘要】
1.一种十六烷值测量方法，其特征在于，选择已知十六烷值的燃料，将所述已知十六烷值的燃料与空气预混，喷入可连续调节压缩比的发动机，调节压缩比使所述已知十六烷值的燃料与空气的预混物点燃，得到其临界压缩比与十六烷值的对应关系，重复上述操作，得到多种不同的已知十六烷值的燃料在同样燃烧条件下临界压缩比与十六烷值的对应关系，建立十六烷值-临界压缩比拟合曲线；对待测试样在同样燃烧条件下进行同样的操作，获得所述待测试样的临界压缩比，利用所述十六烷值-临界压缩比曲线，得到所述待测试样的十六烷值。


2.根据权利要求1所述的十六烷值测量方法，其特征在于，空气的进气温度可连续调节，控制空气的进气温度和已知十六烷值的燃料与空气预混时的混合温度，确保所述预混物进入所述发动机之前已蒸发为气态。


3.根据权利要求2所述的十六烷值测量方法，其特征在于，在给定所述进气温度下，燃料临界压缩比对应唯一的十六烷值，当待测试样十六烷值高于100时，通过降低进气温度拓宽十六烷值测量上限；当待测试样十六烷值低于0时，通过升高进气温度拓宽十六烷值测量下限。


4.根据权利要求1所述的十六烷值测量方法，其特征在于，所述同样燃烧条件是指：空气的进气温度、进气压力和当量比。


5.根据权利要求1所述的十六烷值测量方法，其特征在于，在对已知十六烷值的燃料的临界压缩比测定过程中，调节发动机的压缩比至初始值，打开喷油器的喷油开关，观测多个周期内发动机的压缸-曲轴转角曲线，如未观测到曲线出现...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴石亮，肖睿，包嘉靖，曾学军，张波，罗俊仪，孟鑫，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32