本发明涉及发动机性能测定领域，尤其涉及一种发动机台架试验方法。
背景技术：
当采用发动机台架试验系统进行发动机台架试验时，因为该系统在发动机的进气端和排气端都会用到许多转接管路连接到相关试验设备，这些转接管路因为都是临时连接，因此密封性能无法保证，造成发动机在台架试验过程中经常出现进排气系统漏气现象，而发动机的进排气量对扭矩、爆发压力、排气背压、气体排放等实测参数的结果有一定影响。
为了避免漏气影响试验结果的准确性，现有技术中，通常是在测试前对系统加压，然后在接缝处喷肥皂水，根据测试人员的经验确定判断进排气系统漏气量，然后再对漏气部分进行修复，这种方式对测试人员的经验要求较高，而且无法在进行台架试验时对漏气进行监控，某些在试验过程中突发的漏气同样会影响试验结果，因此在一定程度上影响了台架试验结果的精确性。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机台架试验进排气漏气检测方法，该方法利用进入发动机的物质总量和排气中C含量利用碳平衡计算得到燃料消耗量的理论值，再将理论值和实际测量值进行比较，实现了对试验过程中突发的漏气现象的监控，解决了现有技术中无法消除漏气误差的缺陷，降低了研发成本。
本发明是这样实现的：一种发动机台架试验进排气漏气检测方法，设定标准偏差，利用C平衡计算漏气因子，漏气因子在完全无漏气的标准状态下为1；漏气因子为通过测量仪检测得到的排气中C含量后利用C平衡结合理论上进入发动机内的物质总量推算出的推测燃料消耗量与实时采集的实际燃料消耗量的比值，当漏气因子超出标准偏差的范围时，表明有漏气现象出现，此时：
如，推测燃料消耗量＞实际燃料消耗量则为进气侧出现漏气；
如，推测燃料消耗量＜实际燃料消耗量则为排气侧出现漏气。
设定标准偏差为±0.03，所述漏气因子β由公式1计算得到，
式中，Q算为单位时间内利用C平衡推算出的推测燃料消耗量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量；
此时，如漏气因子β＞1.03，则表明进气侧出现漏气；
此时，如漏气因子β＜0.97，则表明排气侧出现漏气。
所述在单位时间内实时采集的实际燃料消耗量Q测通过发动机台架试验系统自带的流量计测量得到。
所述在单位时间内利用C平衡推算出的推测燃料消耗量Q算由公式2计算得到，
Q算＝QCO2+QCO+QHC (2)
式中，QCO2为在单位时间内通过C平衡计算得到的排气中CO2含量对应的燃料消耗量；
QCO为在单位时间内通过C平衡计算得到的排气中CO含量对应的燃料消耗量；
QHC为单位时间内通过C平衡计算得到的排气中HC含量对应的燃料消耗量。
当忽略进气空气中的CO2含量时，QCO2由公式3计算得到，
式中，αC为试验所用燃料中C的质量百分比含量；
αCO2为测量仪检测得到的排气中CO2的体积分数；
γCO2为在排气中的CO2体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为在单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
所述公式3计算得到的QCO2为干基值，即Q干CO2，本方法中还包括利用湿度值对Q干CO2进行修正得到Q湿CO2的步骤，
Q湿CO2＝Q干CO2×(1-1.85Q测/Q干进气) (6)
式中，Q进气为单位时间内进气质量的干基值；
d为进气含湿量；
p为试验环境气压；
ps为试验环境温度对应的饱和蒸汽气压；
表示湿空气中水蒸气含量的饱和程度，称为相对湿度，为台架湿度测量设备测得。
所述QCO由公式4计算得到，
式中，αC为试验所用燃料中C的质量百分比含量；
αCO为测量仪检测得到的排气中CO的体积分数；
γCO为在排气中的CO体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
所述公式4计算得到的QCO为干基值，即Q干CO，本方法中还包括利用湿度值对Q干CO进行修正得到Q湿CO的步骤，
Q湿CO＝Q干CO×(1-1.85Q测/Q干进气) (7)
式中，Q进气为单位时间内进气质量的干基值；
d为进气含湿量；
p为试验环境气压；
ps为试验环境温度对应的饱和蒸汽气压；
表示湿空气中水蒸气含量的饱和程度，称为相对湿度，为台架湿度测量设备测得。
所述QHC由公式5计算得到，
QHC＝γHC·αHC·(Q进气+Q测) (5)
式中，αHC为测量仪检测得到的排气中CO的体积分数；
γHC为在排气中的HC体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
本发明发动机台架试验进排气漏气检测方法利用理论上进入发动机内的物质总量和排气中C含量利用碳平衡计算得到燃料消耗量的理论值，再将理论值和实际测量值进行比较，即可通过偏差程度和偏差方向实时监控在试验过程中进气侧或排气侧突然出现的漏气现象，消除了因为漏气造成的试验误差，缩小的试验周期，增大了试验精准率，降低了研发成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种发动机台架试验进排气漏气检测方法，在试验前首先需要根据试验现场的环境参数对发动机台架试验系统进气端的流量计、排气端的尾气测量仪和燃油的流量计进行校准，以保证测量数据的准确性；
然后根据试验精度和试验的要求设定标准偏差，在本发明中，所述标准偏差设定为±0.03；
利用C平衡计算漏气因子，漏气因子在完全无漏气的标准状态下为1；漏气因子为通过测量仪检测得到的排气中C含量后利用C平衡结合理论上进入发动机内的物质总量推算出的推测燃料消耗量与实时采集的实际燃料消耗量的比值，当漏气因子超出标准偏差的范围时，表明有漏气现象出现，此时：
如，推测燃料消耗量＞实际燃料消耗量则为进气侧出现漏气；
如，推测燃料消耗量＜实际燃料消耗量则为排气侧出现漏气。
在本实施例中，所述漏气因子β由公式1计算得到，
式中，Q算为单位时间内利用C平衡推算出的推测燃料消耗量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量，通过发动机台架试验系统自带的流量计测量得到；
此时，如漏气因子β＞1.03，则表明进气侧出现漏气；
此时，如漏气因子β＜0.97，则表明排气侧出现漏气。
但是，在本发明中，同样可以采用反向比较的方式来得到漏气因子β，即此时：如漏气因子β＞1.03，则表明排气侧出现漏气；如漏气因子β＜0.97，则表明进气侧出现漏气。
在试验过程中，通过对漏气因子β进行分析即可进行漏气报警，比如，在连续的数据采样过程中，漏气因子β突然从1±0.03的范围内变动到大于1.03，说明进气侧出现漏气，然后根据试验情况选择停止试验进行检修或在后续数据处理中修正该漏气造成的误差；漏气因子β突然从1±0.03的范围内变动到小于0.97，说明排气侧出现漏气，然后根据试验情况选择停止试验进行检修或在后续数据处理中修正该漏气造成的误差；
在本实施例中，忽略了发动机尾气中含量极小的其他含C气体以后，所述在单位时间内利用C平衡推算出的推测燃料消耗量Q算由公式2计算得到，
Q算＝QCO2+QCO+QHC (2)
式中，QCO2为在单位时间内通过C平衡计算得到的排气中CO2含量对应的燃料消耗量；
QCO为在单位时间内通过C平衡计算得到的排气中CO含量对应的燃料消耗量；
QHC为单位时间内通过C平衡计算得到的排气中HC含量对应的燃料消耗量。
在本实施例中，根据精确度的需求，以及计算方便，当忽略进气空气中的CO2和CO含量时，
所述QCO2由公式3计算得到，
式中，αC为试验所用燃料中C的质量百分比含量；
αCO2为测量仪检测得到的排气中CO2的体积分数；
γCO2为在排气中的CO2体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为在单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
所述QCO由公式4计算得到，
式中，αC为试验所用燃料中C的质量百分比含量；
αCO为测量仪检测得到的排气中CO的体积分数；
γCO为在排气中的CO体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
在本实施例中，所述QHC由加热型HC分析仪HFID测量得到，样气不需要除水，测得的结果为湿基值，因此无需对QHC进行修正，所述QHC由公式5计算得到，
QHC＝γHC·αHC·(Q进气+Q测) (5)
式中，αHC为测量仪检测得到的排气中CO的体积分数；
γHC为在排气中的HC体积分数转化为质量分数的转化系数；
Q进气为单位时间内的进气质量；
Q测为单位时间内实时采集的实际燃料消耗量。
在本实施例中，当采用尾气分析仪对台架试验系统的排气中CO2和CO的体积分数进行测量时，需要对样气进行脱水，因此在计算时，所述公式3、4实际计算得到的QCO2和QCO为脱水后的干基值，即Q干CO2和Q干CO，为了消除脱水的误差，本方法中还包括利用湿度值对Q干CO2和Q干CO进行修正得到Q湿CO2和Q湿CO的步骤，然后将Q湿CO2和Q湿CO带入公式2中作为QCO2和QCO进行计算；
Q湿CO2由公式6计算得到，Q湿CO由公式7计算得到：
Q湿CO2＝Q干CO2×(1-1.85Q测/Q干进气) (6)
Q湿CO＝Q干CO×(1-1.85Q测/Q干进气) (7)
式中，Q进气为单位时间内进气质量的干基值；
d为进气含湿量；
p为试验环境气压；
ps为试验环境温度对应的饱和蒸汽气压；
表示湿空气中水蒸气含量的饱和程度，称为相对湿度，为台架湿度测量设备测得。
在本发明中，γCO2、γCO、γHC由试验得到的排气密度决定；在国标17691中，将排气密度定义为在273K(0℃)，101.3KPa条件下，密度为1.293kg/m3，尾气分析仪自动按照以上标准对测定数值进行折算。在273K(0℃)，101.3KPa条件下，CO2、CO、HC的密度分别为，1.249kg/m3、1.963kg/m3、0.619kg/m3，由此计算得到
以某次发动机台架试验为例，湿基修正用到的参数，湿度为49.8％，温度为25.2℃，气压为101.9kPa,本次试验所用的燃料为国Ⅳ柴油，该柴油中C的质量百分比含量αC为0.8533；试验开始一定时间，参数稳定后，在某采样时间点通过测量设备测得Q进气为173.1222kg/hQ测为7.34kg/h、αCO为0.56ppm、αCO2为9.32％、αHC为55.6ppm，通过公式1和2计算得到漏气因子β＝1.01，在1±0.03范围内，此时无漏气发生；当试验进行两小时后，采样测得Q进气为72.2kg/h、Q测为2.05kg/h、αCO为755.17ppm、αCO2为6.54％αHC235.9为ppm，通过公式1和2计算得到漏气因子β＝1.09＞1.03，表明进气端出现漏气，需要停机进行检查。