Vol121 No13
公 路 交 通 科 技
JOURNALOFHIGHWAYANDTRANSPORTATIONRESEARCHANDDEVELOPMENT
2004年3月
文章编号:1002Ο0268(2004)03Ο0121Ο03
汽油含碳量与汽油密度的关系模型
刘瑞昌,王云鹏,祖 力,赵韩涛
(吉林大学交通学院,吉林 长春 130025)
摘要:测定汽油含碳量是碳平衡法检测汽车油耗的一个重要环节,但现有的测定方法非常复杂。本文提出了汽油单位体积含碳量的概念,建立了汽油单位体积含碳量与汽油密度之间的数学模型,可通过测量汽油密度,快速得知汽油含碳量,从而为碳平衡法测油耗应用于汽车检测线提供了依据。关键词:汽油密度;含碳量;测定
中图分类号:U473111 文献标识码:A
andCarbonContent
LIURuiΟchang,WANGYunΟpeng,ZULi,ZHAOHanΟtao
(JilinUniversity,Jilin Changchun 130025,China)
Abstract:Tomeasurethefuelconsumptionofgasolineengineusingcarbonbalancemethod,oneofthekeylinkswastogetthecarboncontentofthegasoline1Buttheexistingmethodstodeterminethecarboncontentofthegasolinewereextremelycomplicated1Therelation2shipbetweencarboncontentanddensityofgasolinewasstudiedinthispaper,andamathematicalmodelwasderived1Bymeasuringthedensityofgasoline,thecarboncontentcouldbequicklycalculatedusingthemodel1Therefore,thedevelopingconditionwasprovidedforusingcarbonbalancemethodtomeasurethefuelconsumptionofthevehicles1Keywords:Gasolinedensity;Carboncontent;Measurement
0 引言
为满足汽车技术等级评定和车辆技术状况检验工作的需要,开发快速检测汽车燃油消耗的不解体检测技术已成为当务之急。碳平衡法是不解体检测汽车燃油消耗的有效方法之一。
众所周知,汽油是以C、H化合物为主要成分的混合物,燃烧后生成CO、CO2、HC、H2O等,其燃烧产物中的C元素均来自汽油。所以,只要测出汽车尾气中的CO、CO2、HC中的碳量,再与单位体积汽油中的碳量相比,即可得到燃油消耗量(常用LΠ100km为单位),这就是碳平衡法检测汽车油耗的基本原理。而测量汽油中的含碳量,是碳平衡法的关键环节之一。
由于原油品质、炼制工艺以及调和方式的不同,
收稿日期:2003Ο01Ο14
基金项目:吉林省科技发展计划资助项目(20010322)
汽油各项指标均有较大差异。有关汽油质量指标的国
家标准也未对汽油含碳量或碳氢比做出规定。
传统的碳平衡法在解决这一问题时,存在两大不足:一是在国外资料中,均假定所有汽油的碳氢比、密度均相同,但这与我国的汽油品质相去甚远,见表1。二是在现有的碳平衡法模型中,均采用汽油的碳氢比作为计算依据,即由汽油碳氢比CΠH,计算出CΠ(C+H)作为汽油含碳量。显然这也是基于汽油中只含有碳和氢两种元素的假设,这与实际情况不符,因为汽油中也含有其他杂质。
由于国产汽油的成分的差异,要想应用碳平衡法,必须对检测的每一辆汽车所用汽油的含碳量进行检验。但是,目前汽油含碳量的测定需要专门的设备、专业的人员,以及较长的时间(检验一个样本约需20min以上),显然这也不能适应车辆在检测线上
作者简介:刘瑞昌(1975-),男,河北昌黎人,博士研究生,研究方向为车辆综合节能与交通环境治理1
公路交通科技 2004年 第3期
的快速检测的需要。
为了解决这一问题,首先必须建立基于汽油单位体积含碳量的碳平衡法模型(另文详述);其次,为了能够快速测知汽油的含碳量,试图寻找一个便于测量而且与汽油含碳量有密切关系的汽油参量,通过测量该参量,推知汽油含碳量。
汽油的主要成分是碳氢化合物,而碳原子的原子量远大于氢原子的原子量。因而,汽油中碳原子的数量对汽油密度具有决定性影响,含碳量高的汽油,其密度也必然较大。
因为汽油的密度可以简便、快速测量,所以本文研究了汽油含碳量与汽油密度的关系,建立了相应的关系模型。
1 含碳量、含氢量测定试验
汽油碳氢比与汽油密度关系、汽油单位体积含碳量与
汽油密度关系作进一步分析。211 汽油碳氢比与汽油密度关系
以汽油密度d(kgΠL)为横坐标,碳氢比为纵坐标,将表1中每个样本的汽油密度与对应的汽油碳氢比数据以离散点画出,见图1
。
碳量与密度之间的关系,个加油站,本,、含氢量,并测量了相应的汽油密度,检验结果见表1。
90号无铅汽油样本检验结果(CNACL(0154)号No1WJ0206Ο26)
样本
C
[1**********]
H
由图1可见,样本数据呈现杂乱的无规律分布,如果对其进行一元线性回归,用x表示汽油密度(kgΠL),y表示碳氢比,回归方程可表示为
(2)y=a+bx21111 回归系数求解
表1
质量含量(mΠm)
其它
[***********][***********]011
体积含量(kgΠL)
C[***********][***********][***********][1**********]716
H[***********][***********][***********]010993
碳氢比汽油密度d
CΠH[***********][***********][***********][**************]
(kgΠL)[***********][***********][***********][1**********]52
[***********][***********][***********][***********][***********]16814122
由最小二乘法,求得回归系数为:a=319227,
b=310324。回归方程可表示为
(3)y=319227+310324x
21112 回归方程显著性检验
(1)F检验:设yi为预测值,yi为实测碳含量,
y为其平均值,则方差分析见表2。
F检验表
来源回归
S回=
表2
均方
S回ΠfR
F=
FS回R
S余fE
平方和
n
自由度
y)2
fR=1
∑(yi-i=1
-3
n
=419498×10
=419498×10-3
S2=S余ΠfE
=217309
平均值
残差
S余=
∑(yi-i=1
n
yi)2
fE=n-2=8
2 试验数据处理与分析=1145×10-2
=118125×10-3
首先定义汽油单位体积含碳量,其含义是单位体积汽油中所含有的碳的质量,单位为kgΠL,这样可以与汽油密度单位一致,与百公里油耗相对应。在数值上,有如下关系式
Cv=Cm×d
总计
S总=
∑(yi-i=1
y)2
fT=n-1=9
=11945×10-2
取显著水平α=0101,查F分布表与汽油密度之间线性关系不成立。
[2]
,F0101(1,8)
=11126;F=217309νF0101(1,8)。因此,汽油碳氢比
(1)
212 汽油单位体积含碳量与汽油密度关系
以汽油密度d(kgΠL)为横坐标,体积含碳量C(kgΠL)为纵坐标,将表1中每个样本的汽油密度与对应的122
其中,Cv为汽油单位体积含碳量,kgΠL;Cm为汽油中碳的质量百分比含量;d汽油密度,kgΠL。
为找出汽油成分与密度之间的关系,下面分别对
汽油含碳量与汽油密度的关系模型 刘瑞昌等
汽油单位体积含碳量数据以离散点画出。可见,体积
含碳量与汽油密度基本上成线性关系,故对其进行一元线性回归,其回归曲线见图2。
图2中x表示汽油密度,kgΠL,y表示体积含碳量,kgΠL。回归方程可表示为
(4
)y=a+bx
取显著水平α=0101,查相关系数临界值表,
r0101=017646;r=0196932µ=017646。相关系数检验表明,汽油体积碳含量与汽油密度之间的线性关系特别显著。21213 预测误差估计
剩余方差s=
2
[2]
S余2-6
=σ=31257×10n-2
一般地,汽油密度、含碳量均服从正态分布,则随机变量Y服从正态分布
-6
Y～N(018705538x-010094768,31257×10)
对于给定的x=x0,Y的取值是以预测值y0为中心对称分布的,由于x的取值范围很小(汽油密度一般为0169～0172),即x离,所以Y落在y0,的置信度为01997似8x-010094768-3
505538x-010094768+51415×
-3
10),对应的相对误差近似表示为=019%。
y
图2 90号无铅汽油单位体积含碳量与密度关系
21211 回归系数求解
根据最小二数a-010094768,b=8(5)y=018705538x-[1**********]212 显著性检验
(1)F检验 设yi为预测值,yi为实测碳含量,
y为其平均值,则方差分析见表3。
F检验表
来源回归
S回=
结果表明,预测误差小于019%的概率为
9917%,满足工程测量要求。213 总结
由上述分析可见,汽油碳氢比与汽油密度之间不存在规律的对应关系,难以采用简单明确的数学关系
L)与汽油进行描述,而汽油单位体积含碳量C(kgΠ
密度d(kgΠL)之间存在显著的线性关系,在数值上,二者关系可表述为
(6)C=018705538d-0100947683 结论
表3
均方
S回ΠfR
FF=
SS余fE
平方和
n
自由度
y)2
fR=1
∑(yi-i=1
n
=4105257×
=4105257×10-410-4
fE=n-2=8
S2=S余ΠfE
=1241409544
残差
S余=
i=1
2
∑(yi-yi)
-5
=01260596×10
n
=31257×10-6
总计
S总=
∑(yi-i=1
y)2
fT=n-1=9
=4131317×10-4
在对汽油体积碳含量测量精度要求不是特别高的
情况下,只要测得汽油的密度,就可根据式(6),得到汽油单位体积碳含量,从而解决了汽油含碳量难以快速测定的问题,为碳平衡法用于检测线上不解体检
,F0101(1,
取显著水平α=0101,查F分布表
[2]
测汽车油耗提供了重要的理论依据。
参考文献:
[1] 龚家伟,孙晋文1汽油密度与碳氢质量比的关系[J]1中国农
8)=11126;F=1241409544µF0101(1,8)。F检验
表明,汽油体积碳含量与汽油密度之间的线性关系特别显著。
(2)相关系数检验 相关系数为
r=
业大学学报,1999,4(4):114～1161
[2] 冯士雍1回归分析方法[M]1科学出版社,19851
[3] 《汽车百科全书》编委会1汽车百科全书[M]1机械工业出版
(x-x)(y-∑(x-x)∑(y
i
i
y)
i
2
i
-y)
2
=
社,19921
[4] 八田桂三,等1内燃机测试手册[M]1北京:机械工业出版
lxyxxlyy
=0196932
社,19871
123