用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置及方法与流程

1.本发明涉及燃料测试仪器，具体地，涉及一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置及方法。


背景技术：

2.汽油辛烷值是衡量汽油在气缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标，其值高表示抗爆性好。柴油十六烷值是用来表示柴油的发火性能。
3.现有技术中，汽油辛烷值的直接测试仪器和柴油十六烷值得直接测定仪器是两台不同的仪器。其中汽油辛烷值测定一般可以测定马达法辛烷值和研究法辛烷值。
4.现有公告号为cn210665722u的中国专利，其公开了一种汽油辛烷值测定装置，其包括：底板、爆震强度检测装置、温控装置、电箱和操作台，所述底板的顶端一侧固定安装所述爆震强度检测装置，所述爆震强度检测装置包括导轨、轨道电机、油品杯、出油管和爆震强度检测仪，所述底板的顶端一侧固定安装所述导轨，所述导轨的顶端固定安装有限位块，所述导轨上活动连接所述轨道电机，所述轨道电机的一侧固定安装所述油品杯，所述油品杯内固定安装有液位传感器，所述油品杯的底端连通所述出油管。
5.现有公开号为cn108613812a的中国专利，其公开了一种用于柴油十六烷值发动机的全自动测定系统及方法，包含：信号采集与控制装置；活塞自动移动装置，与信号采集与控制装置通过电路连接，在其控制下，实现发动机压缩比活塞的自动移动；油路自动切换装置，与信号采集与控制装置通过电路连接，在其控制下，实现发动机进油杯的自动切换或关断；油路自动清洗装置，与信号采集与控制装置通过电路连接，在其控制下，实现发动机油管管路的自动清洗；人机交互控制装置，与信号采集与控制装置通讯连接并传输数据，实现人机交互的操作。
6.发明人认为实验室检测汽油辛烷值和柴油十六烷值时，需要采用两台仪器，占地面积大，投入高，存在待改进之处。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置及方法。
8.根据本发明提供的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置,包括可变压缩比发动机，所述可变压缩比发动机内设置有用于检测缸压的第一传感器和用于检测可变压缩比发动机运行相位的第二传感器；进气模块，所述进气模块通过进气道与可变压缩比发动机连通；喷油模块，所述喷油模块与进气模块和可变压缩比发动机之间的进气道连通；辅助功能模块，所述辅助功能模块用于排气散热、过滤以及消音；操作控制模块，所述操作控制模块用于对装置进行操作、显示和测控。
9.优选地，所述进气模块包括自然进气单元、增压进气单元以及进气整理单元，所述进气整理单元对进入可变压缩比发动机内的气体进行过滤、除湿以及温度控制。
10.优选地，所述喷油模块包括储油罐组，所述储油罐组包括标准燃料储油罐、待测燃料储油罐以及热机燃料储油罐，所述标准燃料储油罐、待测燃料储油罐以及热机燃料储油罐三者的出油口处连接有选通阀，且所述选通阀与喷油嘴连通。
11.根据本发明提供的一种用于测定汽油辛烷值的方法，包括权利要求1
‑
3所述的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置，所述方法包括如下步骤：s1、将所述可控进气模块选择为自然进气，设定进气的温度、压力以及湿度，设定混合气的温度，且设定所述可变压缩比发动机的点火提前角；s2、在所述喷油模块中的储油罐内组装一组已知辛烷值的标准燃料、待测燃料和热机燃料；s3、选择热机燃料，将所述可变压缩比发动机启动预热；s4、选择一种已知辛烷值的标准燃料喷入进气道，与空气预混后进入所述可变压缩比发动机，点燃已知辛烷值的标准燃料与空气的预混物并产生爆震，调节喷油量，通过第一传感器测得其最大爆震强度；s5、调节所述可变压缩比发动的机压缩比，使该最大爆震强度为固定值，由此得到该特征压缩比与标准燃料辛烷值的对应关系；
12.s6、选择不同种类的标准燃料，重复步骤s4和步骤s5，得到多种不同的标准燃料在同样燃烧条件下其特征压缩比与燃料辛烷值的对应关系，并通过数学拟合建立辛烷值～特征压缩比曲线；s7、选择待测燃料，在同样工况的条件下，重复步骤s4和步骤s5，获得待测燃料的特征压缩比，利用辛烷值～特征压缩比曲线，得到待测燃料的辛烷值。
13.优选地，所述汽油辛烷值包括马达法辛烷值和研究法辛烷值，对于步骤s1，测定马达法辛烷值时，所述可控进气模块的进气温度为155
±
10℃、进气压力为常压、进气湿度为3.56
‑
7.12水/kg干空气，混合气的设定温度为155
±
10℃；测定研究法辛烷值时，所述可控进气模块的进气温度为52
±
1℃、进气压力为常压、进气湿度为3.56
‑
7.12水/kg干空气，混合气的设定温度为52
±
1℃。
14.优选地，测定马达法辛烷值时，所述可变压缩比发动机的转速为900
±
9r/min；测定研究法辛烷值时，所述可变压缩比发动机的转速为600
±
6r/min。
15.优选地，对于步骤s1，所述可变压缩比发动机的点火提前角为13
°
。
16.根据本发明提供的一种用于测定柴油十六烷值的方法，包括权利要求1
‑
3所述的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置，所述方法包括如下步骤：s1、将所述可控进气模块选择为增压进气，设置进气温度、进气压力以及混合气温度；s2、在所述喷油模块中的储油罐组内装一组已知十六烷值的标准燃料、待测燃料和热机燃料；s3、选择热机燃料，将所述可变压缩比发动机启动预热；s4、选择一种已知十六烷值的标准燃料喷入进气道，与空气预混后进入所述可变压缩比发动机，调节喷油量和压缩比，使标准燃料与空气的预混物在高压下自燃，通过第一传感器测得其燃烧点对应的相位角也叫着火滞后期；s5、调节所述可变压缩比发动机的压缩比，使该着火滞后期为固定值，由此得到该特征压缩比与标准燃料十六烷值的对应关系；s6、选择不同种类的标准燃料，重复上述步骤s4和步骤s5，得到多种不同的标准燃料在同样燃烧条件下其特征压缩比与燃料十六烷值的对应关系，并通过数学拟合建立十六烷值～特征压缩比曲线；s7、选择待测燃料，在同样工况的条件下，重复步骤s4和步骤s5，获得待测燃料的特征压缩比，利用十六烷值～特征压缩比曲线，得到待测燃料的十六烷值。
17.优选地，对于步骤s1，进气温度为66
±
0.5℃，进气压力为1bar，混合气的设定温度为66
±
0.5℃。
18.优选地，所述可调节压缩比发动机采用压燃的方式，且所述可调节压缩比发动机的转速为900
±
9r/min。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20.1、本发明通过能够切换自然进气和增压进气的进气模块、能够存放多组已知辛烷值或十六烷值的标准燃料、待测燃料以及热机燃料的喷油模块相配合，将多组已知辛烷值或十六烷值的标准燃料在可压缩比发动机内燃烧并得到特征压缩比与标准燃料辛烷值或十六烷值的对应关系，通过数学拟合建立辛烷值～特征压缩比曲线或十六烷值～特征压缩比曲线，使待测燃料在相同的条件下燃烧测得特征压缩比，即可根据辛烷值～特征压缩比曲线或十六烷值～特征压缩比曲线得到待测燃料的辛烷值或十六烷值，实现了只使用一台机械测试汽油辛烷值和柴油十六烷值，有助于减少检测仪器的占地面积，且有助于降低投资；
21.2、本发明通过第一传感器检测可变压缩比发动机内的缸压、第二传感器检测可变压缩比发动机运行相位，实现了能够在一台可变压缩比发动机内检测汽油或柴油的特征压缩比与标准燃料辛烷值或十六烷值的对应关系，有助于降低成本，且检测准确；
22.3、本发明通过辅助功能模块和操作控制模块配合，有助于保证装置实验环境的稳定，进而有助于提高实验的精确度。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明主要体现测定装置整体结构得示意图。
25.图中所示：
26.具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.如图1所示，根据本发明提供的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置，包括可变压缩比发动机1、进气模块2、喷油模块3、辅助功能模块4以及操作控制模块5。进气模块2通过进气道与可变压缩比发动机1连通，喷油模块3与进气模块2和可压缩比发动机之间的进气道连通，从而使喷油模块3喷出的燃料能够在进气道内与进气模块2输入装置内的气体混合后进入可变压缩比发动机1内。
29.可变压缩比发动机1采用单缸四冲程可变压缩比发动机，可变压缩比发动机1的缸径、冲程、转速、压缩比可变范围都要求是特定值。可变压缩比发动机1的缸径为83.0mm、冲程为110.0mm、压缩比可变范围为5
‑
11。当检测汽油马达法辛烷值和柴油十六烷值时，可变压缩比发动机1的转速为900
±
9r/min，优选900r/min；当检测汽油研究法辛烷值时，可变压缩比发动机1的转速为600
±
6r/min，优选600r/min。
30.可变压缩比发动机1采用进气道喷油方式供油，该可变压缩比发动机1还包含能够直接测量可变压缩比发动机1运行时气缸压力的第一传感器、能够检测可变压缩比发动机1运行相位的第二传感器以及用于点火的火花塞6。
31.进气模块2包括自然进气单元7、增压进气单元8以及进气整理单元9，增压进气单元8的出气口处安装有封闭装置10，封闭装置10为封闭板，封闭板能够通过转动打开或关闭增压进气单元8的出气口。当检测汽油辛烷值时，自然进气单元7工作向装置内输送气体，此时封闭板将增压进气单元8的出气口封闭，增压进气单元8不工作；当检测柴油十六烷值时，封闭板打开，增压进气单元8工作并向装置内输送气体，此时自然进气单元7不工作。
32.如图1所示，进气整理单元9安装在进气道上，进气整理单元9包括一台专门选型的除湿装置加上加热棒与pt100的温控组合，能够同时完成对进气的过滤、除湿和温度控制。进而能够保证：在测试汽油辛烷值时，自然进气湿度满足湿度为3.56
‑
7.12水/kg干空气，进气压力位为常压，测试汽油马达法辛烷值时，进气温度为155
±
10℃；测试汽油研究法辛烷值时，进气温度为52
±
1℃；在测试柴油十六烷值时，增压进气压力为1bar，湿度不控制，进气温度：66
±
0.5℃。
33.喷油模块3包含一组平行的储油罐组11和与之相连的压力源12，压力源12的输出压力在3
‑
5bar可调、选通阀13，喷油控制单元14和喷油嘴15。储油罐组11包括用于盛放标准燃料的标准燃料储油罐、用于盛放待测燃料的待测燃料储油罐以及用于盛放热机燃料的热机燃料储油罐。选通阀13和多个储油罐连接，又与喷油控制单元14、喷油嘴15依次相连。在工作时通过选通阀13进行选择，将不同储油罐内的燃料输送至进气道内，且可以通过喷油控制单元14控制喷油量。由于是采用进气道喷油，因而待测燃料可以是液体燃料也可以是气体燃料。
34.进气道将进气模块2和可变压缩比发动机1连通，进气道上安装有混合气温度控制模块16，混合气温度控制模块16包括与操作控制模块5连接的加热带和pt00的温控组件。在测试汽油马达法辛烷值时，混合气的温度为155
±
10℃，在测试汽油实验法辛烷值时，混合气的温度为52
±
1℃；在测试柴油十六烷值时，混合气的温度为66
±
0.5℃。且可变压缩比发动机1上还连通有排气管路和供油管路。
35.辅助功能模块4与可变压缩比发动机1和操作控制模块5相连，辅助功能模块4包括发动机辅助散热、发动机润滑油温度控制、发动机夹持套温度控制、排气散热、过滤、消音等通用功能。测试汽油辛烷值和柴油十六烷值时，发动机润滑油温度被控制在57
±
8℃，发动
机加持套的温度被控制在100
±
1.5℃。
36.操作控制模块5负责操作、显示和测控功能，根据所需测试的不同目标参数(汽油辛烷值或柴油十六烷值)，调整发动机选择相应的转速和点火方式，测试汽油辛烷值时采用火花塞6点火，点火提前交为13
°
，测试柴油十六烷值时，采用压燃的方式。调整进气模块2使得进气温度和压力都处于相对应的特定状态，调整进气道可控喷油模块3处于相对应的特定工作状态，调整相关管路处于相对应的特定工作状态。
37.操作控制模块5是本系统的核心，负责操作、显示和测控功能，实时引导测试步骤，得出测试结果；同时实时监测整个装置的运转工况，判断其是否符合规定的要求。操作控制模块5是一台含工业计算机和相关电路的操控台，负责整个仪器的测控功能，也是仪器的人机交互界面。
38.根据本发明提供的一种用于测定汽油辛烷值的方法，包括上述的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置，方法包括如下步骤：
39.s1、将可控进气模块2选择为自然进气，测定马达法辛烷值时，可控进气模块2的进气温度为155
±
10℃、进气压力为常压、进气湿度为3.56
‑
7.12水/kg干空气，混合气的设定温度为155
±
10℃；测定研究法辛烷值时，可控进气模块2的进气温度为52
±
1℃、进气压力为常压、进气湿度为3.56
‑
7.12水/kg干空气，混合气的设定温度为52
±
1℃。且设定可变压缩比发动机1的点火提前角为13
°
。
40.s2、在喷油模块3中的标准燃料储油罐内装一组已知辛烷值的标准燃料、在待测燃料储油罐内装待测燃料以及在热机燃料储油罐内装热机燃料。
41.s3、选择热机燃料，将可变压缩比发动机1启动预热，使装置的进气温度、进气湿度、进气压力、混合气温度、发动机转速、发动机润滑油温度以及发动机加持套温度等均达到预定的范围内。
42.s4、选择一种已知辛烷值的标准燃料喷入进气道，与空气预混后进入所述可变压缩比发动机1，点燃已知辛烷值的标准燃料与空气的预混物并产生爆震，调节喷油量，通过改变喷油量即是改变预混物中的油气浓度，按照发动机燃烧理论，可以找到一个最佳的油气浓度，此时的爆震强度最大，通过第一传感器测得其最大爆震强度。
43.s5、调节可变压缩比发动的机压缩比，使该最大爆震强度为固定值，由此得到该特征压缩比与标准燃料辛烷值的对应关系。
44.s6、选择不同种类的标准燃料，重复步骤s4和步骤s5，得到多种不同的标准燃料在同样燃烧条件下其特征压缩比与燃料辛烷值的对应关系，并通过数学拟合建立辛烷值～特征压缩比曲线。
45.s7、选择待测燃料，在同样工况的条件下，重复步骤s4和步骤s5，获得待测燃料的特征压缩比，利用辛烷值～特征压缩比曲线，得到待测燃料的辛烷值。
46.根据本发明提供的一种用于测定柴油十六烷值的方法，包括上述的一种用于测定汽油辛烷值、柴油十六烷值的装置，方法包括如下步骤：
47.s1、将可控进气模块2选择为增压进气，设置进气温度为66
±
0.5℃，进气压力为1bar，混合气的设定温度为66
±
0.5℃。
48.s2、在喷油模块3中的标准燃料储油罐内装一组已知十六烷值的标准燃料、在待测燃料储油罐中装待测燃料和在热机燃料储油罐中装热机燃料。
49.s3、选择热机燃料，将可变压缩比发动机1启动预热，使装置的进气温度、进气湿度、进气压力、混合气温度、发动机转速、发动机润滑油温度以及发动机加持套温度等均达到预定的范围内。
50.s4、选择一种已知十六烷值的标准燃料喷入进气道，与空气预混后进入可变压缩比发动机1，调节喷油量和压缩比，设定喷油量确定为13ml/min，使标准燃料与空气的预混物在高压下自燃，通过第二传感器测得其燃烧点对应的相位角也叫着火滞后期。
51.s5、调节可变压缩比发动机1的压缩比，使该着火滞后期为固定值13
°
，由此得到该特征压缩比与标准燃料十六烷值的对应关系。
52.s6、选择不同种类的标准燃料，重复上述步骤s4和步骤s5，得到多种不同的标准燃料在同样燃烧条件下其特征压缩比与燃料十六烷值的对应关系，并通过数学拟合建立十六烷值～特征压缩比曲线。
53.s7、选择待测燃料，在同样工况的条件下，重复步骤s4和步骤s5，获得待测燃料的特征压缩比，利用十六烷值～特征压缩比曲线，得到待测燃料的十六烷值。
54.工作原理
55.工作中，通过热机燃料在可变压缩比发动机1内燃烧，调整装置的进气温度、进气湿度、进气压力、混合气温度、发动机转速、发动机润滑油温度以及发动机加持套温度等均达到预定的范围内；再通过将多组已知辛烷值的标准燃料或已知十六烷值得标准燃料在上述特定的条件下燃烧，并测得其最大爆震强度或着火滞后期，从而得到特征压缩比与标准燃料辛烷值的对应关系或特征压缩比与标准燃料十六烷值的对应关系，进而通过数学拟合建立辛烷值～特征压缩比曲线或十六烷值～特征压缩比曲线，最后再选择待测燃料，在同样的条件下获得待测燃料的特征压缩比，利用辛烷值～特征压缩比曲线或十六烷值～特征压缩比曲线得到待测燃料的辛烷值或十六烷值。
56.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
57.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。