一种用于零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法及系统与流程

本发明涉及发动机台架排放测试，尤其涉及一种用于零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法及系统。

背景技术：

1、目前，发动机台架试验中排放测试有效性的验证普遍采用碳平衡检查方法。碳平衡检查通过比较进入发动机的燃料中的碳元素质量与排气中含一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物等中的碳元素总质量，判断整个排放测试系统是否存在泄漏或测量是否准确。在汽油、柴油、天然气等发动机台架试验中得到应用。

2、然而，由于氢燃料和氨燃料的分子结构中均不含碳元素，其发动机排气中自然不存在含碳组分，基于碳元素的碳平衡检查方法在零碳燃料发动机台架试验中无法使用。虽然已有提出基于氢平衡的替代方法，但氢平衡法仅适用于含氢燃料，且需要对排气中的氢含量进行测量，无法适用于零碳燃料。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法，通过在发动机系统中引入示踪气体，并基于示踪气体的质量守恒关系，构建等效于传统碳平衡检查的泄漏判断机制，从而实现对零碳燃料发动机台架系统泄漏状态的准确判断。

2、包括以下步骤：

3、s1：在发动机台架试验的试验循环期间，将示踪气体引入发动机系统；

4、s2：在所述试验循环期间，通过定容稀释系统对发动机排气进行稀释，并通过与所述定容稀释系统连接的定容采样装置连续采集稀释排气样气；

5、s3：测量所述试验循环期间引入所述发动机系统的示踪气体的引入质量；

6、s4：对采集的所述稀释排气样气进行分析，获得所述稀释排气样气中示踪气体的体积分数；

7、s5：根据所述体积分数、所述定容稀释系统的稀释排气总流量以及干湿基修正系数，计算所述试验循环期间经所述定容稀释系统排出的示踪气体的排出质量；

8、s6：比较所述引入质量与所述排出质量之间的偏差，当所述偏差小于或等于预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统无泄漏；当所述偏差大于所述预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统存在泄漏。

9、进一步需要说明的是，步骤s1中，所述示踪气体在发动机燃烧过程中不参与燃烧反应且在排气中稳定存在，所述示踪气体选自氦气、氖气、氩气或六氟化硫中的一种或多种。

10、进一步需要说明的是，步骤s1中，通过设置于示踪气体容器出口管路上的两级减压器、质量流量控制器及电磁阀控制所述示踪气体的引入，所述电磁阀由发动机台架控制系统控制，在所述试验循环开始时开启，在所述试验循环结束时关闭。

11、进一步需要说明的是，步骤s2中，所述定容稀释系统为临界流量文丘里管定容稀释系统，通过定容泵连续采集所述稀释排气样气，并在所述试验循环结束后，使所述定容泵延迟至少一个所述定容稀释系统的气体停留时间后关闭；

12、还通过所述定容采样装置采集环境背景气体样气，用于对所述稀释排气样气中示踪气体的体积分数进行背景修正。

13、5、根据权利要求1所述的用于零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法，其特征在于，

14、步骤s3中，通过对盛装所述示踪气体的容器在所述试验循环开始前和结束后的质量进行称量，以所述试验循环开始前的质量与结束后的质量之差作为所述引入质量。

15、进一步需要说明的是，步骤s4具体包括：

16、s41：将采集的稀释排气样气输送至气相色谱-热导检测器联用仪的进样口；

17、s42：使稀释排气样气通过冷阱，冷凝并截留样气中的水蒸气，获得去除水分的干基样气；

18、s43：以不同于示踪气体的气体作为载气，将干基样气带入色谱柱中分离各气体组分，通过热导检测器测量分离后示踪气体组分对应的信号值，根据该信号值及预先制定的标准曲线计算稀释排气样气中示踪气体的干基体积分数。

19、进一步需要说明的是，步骤s5具体包括：

20、s51：读取定容稀释系统在试验循环期间的稀释排气总流量；

21、s52：测量定容稀释系统出口处稀释排气的相对湿度，根据该相对湿度计算干湿基修正系数；

22、s53：将所述干基体积分数乘以所述干湿基修正系数，获得稀释排气样气中示踪气体的湿基体积分数，再将该湿基体积分数乘以所述稀释排气总流量在试验循环期间的时间积分值，计算经定容稀释系统排出的示踪气体的排出质量。

23、根据本发明的另一个实施例，提供了一种零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法，包括以下步骤：

24、s1：在发动机台架试验的试验循环期间，将示踪气体从发动机进气端引入发动机系统；

25、s2：在所述试验循环期间，通过定容稀释系统对发动机排气进行稀释，并通过与所述定容稀释系统连接的定容采样装置连续采集稀释排气样气；

26、s3：测量所述试验循环期间引入所述发动机系统的示踪气体的引入质量；

27、s4：对采集的所述稀释排气样气进行分析，获得所述稀释排气样气中示踪气体的体积分数；

28、s5：根据所述体积分数、所述定容稀释系统的稀释排气总流量以及干湿基修正系数，计算所述试验循环期间经所述定容稀释系统排出的示踪气体的排出质量；

29、s6：比较所述引入质量与所述排出质量之间的偏差，当所述偏差小于或等于预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统无泄漏；当所述偏差大于所述预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统存在泄漏。

30、根据本发明的又一个实施例，还提供了一种零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查方法，包括以下步骤：

31、s1：在发动机台架试验的试验循环期间，将示踪气体从发动机排气歧管后、后处理装置上游的位置引入发动机排气系统中；

32、s2：在所述试验循环期间，通过定容稀释系统对发动机排气进行稀释，并通过与所述定容稀释系统连接的定容采样装置连续采集稀释排气样气；

33、s3：测量所述试验循环期间引入所述发动机系统的示踪气体的引入质量；

34、s4：对采集的所述稀释排气样气进行分析，获得所述稀释排气样气中示踪气体的体积分数；

35、s5：根据所述体积分数、所述定容稀释系统的稀释排气总流量以及干湿基修正系数，计算所述试验循环期间经所述定容稀释系统排出的示踪气体的排出质量；

36、s6：比较所述引入质量与所述排出质量之间的偏差，当所述偏差小于或等于预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统无泄漏；当所述偏差大于所述预设的允许偏差阈值时，判定所述发动机台架系统存在泄漏。

37、本发明还提供一种零碳燃料发动机台架试验的泄漏检查系统，系统包括：

38、示踪气体气瓶，用于储存示踪气体；

39、两级减压器，入口连接至所述示踪气体气瓶的出口，用于对所述示踪气体进行两级减压；

40、质量流量控制器，入口连接至所述两级减压器的出口，用于控制并测量所述示踪气体的流量；

41、电磁阀，入口连接至所述质量流量控制器的出口，所述电磁阀被配置为由发动机台架控制系统控制在试验循环期间开启以释放所述示踪气体、在所述试验循环结束时关闭；

42、示踪气体引入管路，入口连接至所述电磁阀的出口，出口连接至发动机系统的气体通路，用于将所述示踪气体引入所述发动机系统；

43、发动机，排气口连接至排气管路，用于产生含有所述示踪气体的发动机排气；

44、排气歧管，设置于所述排气管路上并连接至所述发动机的排气口，用于汇集所述发动机排气；

45、后处理装置，设置于所述排气管路上且位于所述排气歧管的下游，用于对所述发动机排气进行处理；

46、定容稀释系统，入口连接至所述后处理装置下游的所述排气管路，用于对所述发动机排气进行定容稀释；

47、定容采样装置，设置于所述定容稀释系统的稀释通道内，用于在所述试验循环期间连续采集稀释排气样气；

48、采样袋，连接至所述定容采样装置的出口，用于储存采集的所述稀释排气样气；以及

49、分析仪器，连接至所述采样袋的出口，用于测量所述稀释排气样气中示踪气体的体积分数。

50、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

51、本发明通过在发动机系统中引入示踪气体，利用示踪气体的质量守恒关系构建泄漏判断机制，不依赖燃料自身的元素组成，能够有效适用于氢燃料、氨燃料及其他不含碳元素的零碳燃料发动机台架试验。

52、本发明通过比较引入发动机系统的示踪气体质量与经排气系统采集到的示踪气体质量之间的偏差，并基于预设的允许偏差阈值进行泄漏判定。选用示踪气体在发动机燃烧过程中不参与燃烧反应、且在排气中稳定存在，不受发动机燃料类型和燃烧工况的影响。示踪气体可从发动机进气端引入，也可从排气歧管后、后处理装置上游的位置引入，操作人员可根据实际检测需求选择引入位置，适应不同试验场景的需要。

53、本发明通过称重法测量引入质量，通过定容稀释系统采样结合气相色谱-热导检测器联用分析示踪气体浓度。泄漏判定基于引入质量与排出质量的定量比较，判定结果准确性高，满足要求。