燃料消耗论文 篇1
节能和减排是目前国内外汽车产业发展的一个重要目标, 在这个指导思想下, 国内外出现了众多的替代燃料, 如CNG、LNG和LPG、燃料乙醇、生物柴油、煤质燃油以及醇醚类混合燃料等。随着替代燃料的发展和燃用替代燃料汽车保有量的增长, 如何准确测量替代燃料汽车的燃料消耗量对替代燃料的发展具有重要意义。
传统上使用流量计进行燃料消耗量的测量, 但对于替代燃料, 由于两相流的存在, 很难使用气体流量计或液体流量计进行准确的测量, 其他如称重法、压力法等测量方法也都存在着不同的局限。近几年随着碳平衡原理的广泛应用, 汽车行业开始使用碳平衡法进行替代燃料的燃料消耗量测量, ECE法规第101号第三版[1]引入了部分种类替代燃料的燃料消耗量测量方法, 国内在2012年发布了GB/T29125-2012《压缩天然气汽车燃料消耗量试验方法》, 但这些法规标准只规定了特定燃料的计算方法, 对于其他各种替代燃料, 试验人员不易得到其特定计算系数。
本文从碳平衡的原理入手, 分析了碳平衡的两个方面:燃烧前后的碳原子数不变和稀释前后的碳原子数不变, 进而由碳氢比、碳质量分数推导出了替代燃料的碳平衡计算公式。
2 碳平衡原理
碳平衡原理的基础是拉瓦锡在1789年出版的《化学纲要》中阐述的物质守恒定律[2], 即反应物的质量之和等于生成物的质量之和。化学反应的过程, 就是参加反应的各物质 (反应物) 的原子, 重新组合生成其他物质的过程。反应前后原子的种类没有改变, 数目没有增减, 原子的质量也没有改变。或者说, 任何变化都不能消除物质, 只是改变了物质的原有形态或结构, 所以该定律又称物质不灭定律。
在碳平衡理论中, 碳平衡主要指在两个过程中碳质量不变:一是燃料燃烧过程, 另一个是排气稀释过程。
2.1燃烧原子不灭与CO2理论浓度
当碳氢化合物在空气中燃烧时, 不管其分子结构如何复杂, 如果恰好完全燃烧, 那么燃料中的碳氢完全转化成二氧化碳和水。假定碳氢化合物燃料的分子式为, 根据原子数守恒, 该燃料完全燃烧时的化学方程式[3]为
由此可以看出, 利用燃料和燃烧产物中的碳质量相等, 通过测量燃烧产物中含碳成分的排放量, 即可计算出燃烧前含碳燃料的质量。
此时, 燃烧产物中CO2的体积浓度Fs[4]可以用CO2分子数与燃烧产物中分子总数的比值来表示:
2.2稀释物质不变与稀释倍数
碳平衡理论中使用定容取样系统进行稀释排气总容积的测量。由于要使用背景空气 (稀释空气) 稀释整个试验过程中的发动机排气, 而发动机在不同工况下的排气量相差很大, 故稀释空气的流量随着发动机排气量的变化而变化[5]。
在化学领域, 发动机排气、稀释空气和稀释排气均可作为CO2、CO和HC的气态溶液, CO2、CO和HC这些需要测量的污染物为溶质, 不含污染物的空气为溶剂。使用稀释空气对发动机排气进行稀释形成稀释排气的过程可以认为是用稀溶液稀释浓溶液的过程。
根据稀释定律, 对一定物质的量浓度的溶液进行稀释和浓缩时, 溶质的物质的量始终不变。设浓溶液 (发动机排气) 的容积为A, 其溶质的浓度为a, 稀溶液 (稀释空气) 的容积为B, 其溶质的浓度为b, 两液混合后 (稀释排气) 溶质的浓度为c。
则可得
假设稀释空气中溶质的浓度为0, 稀释倍数为稀释前溶液浓度除以稀释后溶液浓度所得的商, 即稀释倍数DF为
则式 (3) 可以转化为
实际稀释空气中CO2、CO和HC的浓度不为0, 因此通过公式 (5) 可使用稀释空气中的溶质浓度对稀释排气进行近似校正, 则稀释排气中溶质的校正浓度[4]为
在试验中, 稀释排气浓度c和稀释空气浓度b可由排放分析仪分析得到, 因此稀释倍数[4]可由CO2的理论浓度Fs和稀释排气中含碳溶质的浓度计算得到, 即
3 替代燃料的碳质量分数与碳氢比
不同种类替代燃料的当量分子式不同, 碳氢氧在其中所占的质量比各不相同, 碳质量分数CWF即碳原子质量与燃料当量分子量之比为碳平衡理论中的一个重要参数。
对当量分子式为CcHhOo的燃料, 其碳质量分数为
对于当量分子式未知的混合燃料, 可按照组分燃料的密度ρ和所占比例v计算出该燃料中碳氢氧的质量, 即每升混合燃料中的碳质量CW为
每升混合燃料中的氢质量HW为
每升混合燃料中的氧质量OW为
可得到替代燃料中碳质量分数CWF为
每升混合燃料中碳氢氧的摩尔数分别为
令替代燃料当量分子式中碳原子数为1, 则碳氢氧的原子数分别为
4 替代燃料的燃料消耗量计算
假定汽车运行了S km, 汽车燃料消耗量为FC (L/km) , 燃油密度为SG (kg/L) , 燃料中的碳质量分数为CWF, 那么:
燃料中的碳质量=1 000×CWF×SG×FC×S (15)
按照汽车排放测试标准, 可测量出汽车运行S km后, 排气中CO2、CO和HC的排放量, 分别用CO2, CO和HC来表示, 单位为g/km。根据分子量, 燃烧产物CO2、CO中的碳质量分数分别为0.273、0.429, 未燃HC中碳质量分数等于燃料中的碳质量分数CWF, 所以
排气中的碳质量=
结合式 (15) 和式 (16) 式, 得到燃料消耗量计算公式[6]:
由式 (17) 可知, 对于不同的燃料, 只要得到该燃料的碳质量分数CWF和密度SG, 就可以计算出燃料消耗量FC。
对汽油 (C1H1.85O0) 和乙醇 (C2H6O1) 混合得到的E5乙醇汽油, 计算可得当量分子式为C1H1.887O0.016, 碳质量分数为0.848, 燃烧排气中CO2的理论浓度Fs为13.4%, 燃料消耗量计算公式为
对于汽油 (C1H1.85O0) 和乙醇 (C2H6O1) 混合得到的E85乙醇汽油, 计算可得当量分子式为C1H2.749O0.391, 碳质量分数为0.571, 燃烧排气中CO2的理论浓度Fs为12.5%, 燃料消耗量计算公式为
与ECE法规第101号第三版[1]中规定的E5乙醇汽油和E85乙醇汽油的燃料消耗量计算公式比较可知, 替代燃料的燃料消耗量相关推导过程是正确的, 可用于计算各种替代燃料 (包括混合燃料或单一燃料) 的燃料消耗量相关数据。
5 结论
(1) 碳平衡理论指燃料燃烧前后和排气稀释前后碳质量不变。
(2) 稀释倍数基于燃料完全燃烧和稀释空气中污染物浓度为零的假设, 用于稀释排气浓度的近似校正。
(3) 由组分燃料中的碳质量可计算得到混合燃料的碳质量分数和当量分子式。
(4) 利用燃料和燃烧产物中的碳质量相等, 可得到燃料消耗量计算公式和相关理论数据, 经比较验证, 推导过程正确, 可用于计算各种替代燃料的燃料消耗量。
参考文献
[1]United Nation Economic Commission for Europe.Regulation No.101 Rev.3:Uniform provisions concerning the approval of passenger cars powered by an internal combustion engine only, or powered by a hybrid electric power train with regard to the measurement of the emission ofcarbondioxideandfuelconsumptionand/orthemeasurement of electric energy consumption and electric range, and of categories M1 and N1 vehicles powered by an electric power train only with regard to the measurement of electric energy consumption and electric range”, 12 April 2013.
[2]白雅琴, 郭立新.浅谈质量守恒定律[J].阴山学刊 (自然科学版) , 1996, 12:76-77.
[3]周龙保.内然机学[M].机械工业出版社, 2010.
[4]United Nation Economic Commission for Europe.”Regulation No.83 Rev.4:Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the emission of pollutants according to engine fuel requirements”, 26 April 2011.
[5]石则强, 王伟等.全流定容取样对排气污染物测量精度的影响研究[J].汽车技术, 2011, 6:11-14.
燃料消耗论文 篇2
关键词：加速,怠速,燃料消耗量,油耗传感器
JT/T711及JT/T719两行业标准已实施五年, 该两项标准基本能够反映车辆在等速工况下的燃料消耗量水平。然而, 在实际行驶过程中车辆除匀速行驶外, 由于存在起步、红绿灯、路况拥堵等实际状况, 车辆还会经常出现加速、减速及停车等待等各种工况。为更好地体现营运车辆的实际运行工况, 从而更客观的反映车辆的实际燃料消耗量水平, 本文将在JT/T711及JT/T719中等速工况的基础上, 分析研究加速工况、怠速工况的测试方法及燃料消耗量计算方法。其中, 本文中阐述的加速工况为车辆起步加速、超车加速等实际运行状态的综合简化工况, 怠速工况为减速、怠速及制动等实际运行状态的综合简化工况。
1 加速工况
1.1加速工况测量方法
本文中采用的加速测试方法主要参照 (GB/T12543) 《汽车加速性能试验方法》, 采用的加速区间分为两种, 当车辆最高车速大于100 km/h时加速区间为60 km/h直接挡全油门加速到80 km/h, 当车辆最高车速不大于100 km/h时, 加速区间为50km/h直接挡全油门加速到70 km/h。全油门加速到80 km/h和70 km/h两个速度, 而不是最高车速的90%, 是为了模拟实际加速运行状况, 统一标准来衡量车辆的燃料消耗量水平。
车辆的最高挡一般为超速挡或直接挡, 实际行驶过程中一般不用超速挡加速, 所以车辆加速时选取速比为1的挡位, 如无该挡位, 则选取速比最接近于1的挡位, 对于自动变速器车辆应置于“D”挡。根据最高车速选取不同的加速区间, 加速前, 车速应控制在58~60 km/h或48~50 km/h内保持匀速行驶至少5s, 快速将油门踏板踩到底, 同时开始测量, 车速达到80 km/h或70 km/h测量结束。记录加速燃料消耗量、加速时间和加速距离、起始终止速度等测量结果。
试验过程中起始速度和终速度的速度偏差分别为-2 km/h和+2 km/h。加速试验应在测试路段上往返测量各二次。试验结果应按GB/T12545.2的规定进行重复性检验。
1.2加速工况燃料消耗量计算
式中, Qa为加速工况燃料消耗量, 为校正后的燃料消耗量, Qas为加速燃料消耗量的算术平均值, Qai为第i次加速燃料消耗量, Si为第i次加速距离, n为测量次数, n=4。
1.3 数据分析验证
为验证加速工况测试方法及计算方法, 选取四种不同油耗传感器针对两台不同样车进行加速试验验证, 见表1、表2。
表1中, 四种不同油耗传感器针对1#样车的百公里油耗测量结果依次为53.32、54.84、54.17、53.95, 最大偏差为1.52, 能够满足重复性检验, 油耗传感器对于试验结果影响较小。
表2中, 四种不同油耗传感器针对1#样车的百公里油耗测量结果依次为21.00、19.27、19.80、21.00, 最大偏差为1.73, 能够满足重复性检验, 油耗传感器对于试验结果影响较小。
2 怠速工况
2.1 怠速工况测量方法
怠速燃料消耗量测量应在等速工况和加速工况试验结束后立即进行。测量时车辆应静止, 离合器处于接合位置, 手动变速器处于空挡位置, 自动变速器的车辆挡位应处于“停车”或“P”挡位;油门踏板处于完全松开位置, 发动机转速应保持为车辆制造厂规定的怠速转速, 转速偏差为±50 r/min。
车辆应怠速300 s后开始测量, 测量三次, 每次测量时间为300 s。记录怠速燃料消耗量和发动机转速, 取第二次至第四次测量结果的平均值。
2.2怠速工况燃料消耗量计算
式中, Ql为怠速工况燃料消耗量, 为怠速工况燃料消耗量校正值, Qld为怠速工况单位时间内的燃料消耗量, Qd为怠速工况测得的平均燃料消耗量, td为怠速工况的测试时间, n为测量次数, n=3。
2.3 数据分析验证
为使测量更加准确, 分别选取了不同发动机功率的营运车辆及不同流量范围的流量计分别进行10次10 min试验。
根据各油耗传感器的流量范围, 基本分为4个测量范围, 本次试验选取仪器见表4。
根据表5、表6、表7三台样车测量结果, 所选用仪器分析见表8。
通过以上试验可以看出, 对于怠速试验, 仪器的选取对试验结果的影响较大, 其次, 不同仪器针对不同样车的第一次测量值普遍较大。针对以上情况, 可以看出, 油耗传感器的测量精度及车辆的状态对试验结果影响较大。
为了验证该结论, 选取不同精度的仪器对一台功率为180 k W的样车 (功率与3#样车相同) 分别进行了4次5 min的怠速测量, 试验结果见表9。
通过结果可以看出, 第一组数据偏离较大, 后三次数据重复性较好。
3 结语
通过以上分析, 对于不同功率的营运车辆, 采用不同油耗传感器时, 其对加速油耗水平影响较小, 重复性能满足测试要求。对于怠速工况来说, 针对不同功率的营运车辆, 应选取流量范围和精度适合的油耗传感器, 且数据重复性满足要求, 如果选取流量范围和精度不适宜的油耗传感器, 其测量的数据将会较大偏差。
综上所述, 在满足以下条件的前提下, 增加加速工况及怠速工况从方法上是可行的。
1) 合理选取试验油耗传感器;
2) 车辆充分预热。
参考文献
[1]李骏.中国轻型汽车国四国五排放法规对比分析[J].交通环保与节能, 2014.
[2]JT/T719-2008, 营运货车燃料消耗量限值及测量方法[S].
[3]张富兴, 高海洋, 金约夫, 王兆.重型汽车燃料消耗量标准现状分析[J].公路与汽运, 2011.
平均燃料消耗值有多远？ 篇3
随着汽车市场的快速增长，我国石油对外依存度不断提高，2011年超过了56%，同时环境压力也日渐增大。为缓解汽车保有量不断增长所引起的能源和环境问题，进一步降低我国汽车燃料消耗量水平，2011年12月30日，由工业和信息化工业部提出、中国汽车技术研究中心联合国内主要汽车企业起草的《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》（即《乘用车燃料消耗限值》第三阶段）获得国家批准，于2012年1月1日起实施。
第三阶段限值标准引入了“企业平均燃料消耗量（CorporateAverage Fuel Consumption，CAFC）”和“企业平均燃料消耗量目标值”的概念，将汽车企业作为评价对象，根据乘用车产品的车型燃料消耗量和对应的产量计算得到制造商的企业平均燃料消耗量，在确保实现汽车节能总体目标的同时，给予企业更多的灵活性，有助于推动汽车行业技术进步和结构调整，促进传统汽车和新能源汽车协调发展。
自主压力大
由能源与交通创新中心（iCET）发布的《中国乘用车企业平均燃料消耗量发展研究报告2011》（以下简称《报告》）显示，2011年我国国产汽车企业平均燃料消耗量为7.5 L/100km，其中合资品牌企业平均燃料消耗量为7.7L/100km，自主品牌企业平均燃料消耗量为7.2L/100km，合资品牌企业总体高于自主品牌企业。CAFC2011年实际值与2015年目标值比值越大说明企业实际值超出目标值越多，企业压力越大。由于自主品牌企业多为小排量低油耗车型，而合资品牌企业则以中型、大型车为主，因此前者平均燃料消耗水平较低，但其产品技术相对较落后。因此，虽然合资品牌CAFC实际值比自主品牌高6.9%，但是实际值与目标值比值却比自主品牌低1%，自主品牌与合资品牌相比，面临更大节能压力。
据能源与交通创新中心低碳交通项目分析师马冬表示，以2011年的数据为基础进行统计计算，共包括38家国产企业，如果按照2012年放松9%的情况，共有近三分之一的企业没有达到目标值，如果按2015年100%的情况，除长城汽车之外，其他企业都没有达到目标值，几乎是全军覆灭。
进口车严峻
在进口车方面，形势也不乐观。统计数据显示，2011 年我国汽车整车进口量累计超过100 万辆，达103.86 万辆，同比增长27.7%，进口汽车占到我国全年新增汽车总量的7%左右。2011年我国进口汽车企业平均燃料消耗量为10.1 L/100km，远远高于国产汽车。CAFC2011年实际值与2015年目标值比值也达到了109%，由于产品类型中以大排量的SUV、豪华轿车为主，与国产车相比，进口车将面临巨大压力。
因为目前进口车以大排量的SUV、豪华轿车为主，单车油耗降低潜力不大，调整产品结构的可能性也不太大，所以短期内只有通过惩罚的措施，提高产品价格来应对市场需求，长期来说，进口车会向小型化、小排量化发展。
中国进口汽车贸易有限公司市场营销部经理王存指出，第三阶段对不达标的企业，一是进行罚款，二是撤销它的进口许可证。目前管理办法正在进行制定当中，还没有公布。
“小轻新”方向
“十一五”期间，我国汽车企业平均燃料消耗量总体水平较高且下降缓慢，仅为2.7%，汽车平均油耗仍远高于欧盟和日本水平，且距离进一步拉大。
事实上，日本低整备质量段的车燃料消耗限值和中国差不多，而1550公斤以上的车燃料消耗限值要高很多，但是日本整体的燃料消耗水平比中国低很多，主要原因一个是小排量的车保有量大，再一个就是大量的新能源汽车，这很值得中国借鉴。
另外，在管理上我国也有很多工作要做，光靠标准可能行不通，要加大财税政策力度，共同促进汽车燃料经济性水平的提高。
2011作为“十二五”的开局之年，我国乘用车平均燃料消耗量为7.5L/100km，同比下降了3.7个百分点，照此发展，实现2015年6.9L/100km的目标问题不大，但是要达到国家提出的2020年每百公里5L的目标，“十三五”期间需要持续平均每年下降6～7个百分点，如无新能源汽车助阵，这个目标是不可能实现的。要达到这样严格的目标，除了大幅提升传统汽车技术水平以外，车辆小型化、轻量化及小排量化也是不可避免的，必须尽快扭转当下汽车大型化、重量化及大排量化发展的趋势。
对此，能源与交通创新中心总裁兼执行主任安锋强调，传统车型节能潜力巨大，因此要实现2015年及2020年目标，未来中在大力发展新能源汽车的同时，还须加强对传统车型节能减排的关注力度，大幅提升传统汽车的节能技术水平。
目前，我国机动车排放的4种主要常规污染物的年排放总量均列世界各国之首。要降低机动车污染排放，一是从油品质量入手，二是从燃料消耗量入手。这其中，车辆的重量也是影响燃料消耗量的关键因素之一。这也是为何《报告》主要以整备质量与燃料消耗挂钩。
燃料消耗量核查定期工作总结 篇4
根据――省――市道路运输管理处2015年1月7日下发――运修字（2015）4号《关于转发省运管局<关于加强道路运输车辆燃料消耗量检测和监督管理工作的通知>》文件精神，我站领导对此项工作十分重视，亲自部署，紧密安排，责成具体负责此项工作的――等同志从建站开始对来我站进行燃料消耗量核查的车辆逐一排查，从――多份原始记录中与违规车型逐一进行比对，未发现违规车型；20――年－月－日市道路运输管理处又下发――运修字（2015）30号《关于进一步加强我市道路运输市场燃料消耗量核查工作的通知》，我站根据违规车型撤销时间对照表中的违规车型又与原始核查记录进行了逐一比对，未发现违规车型。
我站今后在开展机动车燃料消耗量核查工作时，一定按照核查程序，严格对车辆进行核查，并做好相应的台账和核查记录，以此次违规车辆进入运输市场事件为戒，绝不让违规车辆从我站进入――市运输市场，为――市道路运输市场的安全＼健康运行做出自己的贡献。
――市汽车综合检测有限公司