A.2.2.2. Các công thức liên quan đến nhiên liệu

Công thức hóa học của nhiên liệu có thể viết C_H_S_N_O_. Dữ liệu của các thành phần nhiên liệu , , , ,  được xác định là tỷ số mol của H, C, S, N và O với C (công thức hóa học của nhiên liệu CH_S_N_O_, liên quan đến 1 nguyên tử cacbon trên phân tử). Mối liên hệ của một nguyên tử cacbon trên phân tử được sử dụng vì không biết trước số nguyên tử cacbon thực tế trên phân tử nhiên liệu trung bình đối với nhiên liệu thực. Mối quan hệ này không thể áp dụng cho nhiên liệu không chứa cacbon. Các dữ liệu thành phần nhiên liệu w_ALF, w_BET, w_GAM, w_DEL và w_EPS được xác định là phần trăm khối lượng của H, C, S, N và O. Các phương trình sau đây đưa ra sự chuyển đổi giữa hai bộ dữ liệu (khi  = 1):

	(A.3)
	(A.4)
	(A.5)
	(A.6)
	(A.7)
	(A.8)
	(A.9)
	(A.10)
	(A.11)
	(A.12)

M_rf là trọng lượng phân tử của phân tử nhiên liệu trung bình C_H_S_N_O_:

Việc tính toán áp suất hơi bão hòa p_a [hPa] là hàm của nhiệt độ t[^oC] theo Federal Register:

p_a = exp(-12,150799 x ln(t) - 8499,22 x t^-2 - 7423,1865 x t^-1 + 96,1635147 + 0,024917646 x t - 1,3160119 x 10^-5 t² - 1,1460454 x 10^-8 x t³ + 2,1701289 x 10^-11 x t⁴ - 3,610258 x 10^-15 x t⁵ + 3,8504519 x 10^-18 - 1,4317 x 10^-21 x t⁷) (A.14)

Công thức đơn giản sau đây đưa tới kết quả tương đương:

p_a = (4,856884 + 0,2660089 x t + 0,01688919 x t² - 7,477123 x 10^-5 x t³ + 8,10525 x 10^-6 x t⁴ - 3,115221 x 10^-8 x t⁵) x 1013,2 / 760. (A.15)

A.2.2.4. Công thức liên quan đến nồng độ muội than

Tính toán nồng độ muội than c_Cw [mg/m³ trong khí xả ướt] từ số độ khói Bosch SN bằng tương quan MIRA:

(A.16)

A.2.3. Mô tả sự cháy lý thuyết của nhiên liệu chứa H, C, S, N và O. Sự liên hệ của khối lượng các thành phần phản ứng được tính toán, như thể tích tiêu chuẩn của các hỗn hợp khí. Đối với mỗi phần tử được đốt cháy, sẽ dẫn đến một thể tích bổ sung thêm (thể tích khí xả - thể tích không khí). Cộng các thể tích bổ sung thêm này sẽ dẫn đến tổng thể tích bổ sung thêm f_fw.

Trên cơ sở này đưa ra các công thức tính các dữ liệu liên quan của khí thải (hệ số chuyển đổi ướt/khô, lượng không khí lý thuyết cần thiết và hệ số nhiên liệu f_fd).

A.2.3.2. Sự cháy hyđro

H(nhiên liệu) + 1/2 O₂ (không khí)  1/2 H₂O (khí thải)

(2 x V_­mH2O - V_mO2)/(4 x A_rH) = (2 x 22,414 - 22,414)/(4 x 1,00794) = 5,5594 [m³/kg H].

C(nhiên liệu) + O₂ (không khí)  CO₂ (khí xả)

(V_mCO2 - V_mO2)/A_rC = (22,414 - 22,414)/12,011 = 0 [m³/kg C].

S (nhiên liệu) + O₂ (không khí)  SO₂ (khí thải)

N (nhiên liệu)  N₂ (khí thải)

V_mN2/M_rN2 = 22,414 /28,01 = 0,80021 [m³/kg N].

Do quá trình cháy của các phần tử nhiên liệu khác với các công thức đưa ra ở trên được tính toán với tiêu thụ ôxy của không khí, oxy của nhiên liệu không cần thiết cho quá trình cháy và do đó có thể coi như oxy phân tử tự do trong khí thải.

O (nhiên liệu)  O₂ (khí thải)

1kg O  1kg O2­  VmO2/VrO2 [m3 O2]

Khối lượng Thể tích

V_mO2/M_rO2 = 22,414/31,9988 = 0,70046 [m³/kg O].

Hằng số nhiên liệu riêng f_fw [Sự thay đổi thể tích, m³, do quá trình không khí cháy thành khí thải ướt trên kg nhiên liệu] và giá trị tương ứng f_fw đối với khí thải khô được tiếp tục sử dụng để tính toán hệ số hiệu chỉnh khô sang ướt và mật độ khí thải (xem A.2.4 và A.2.5). f_w có thể được tính toán bằng cách cộng thêm các thể tích bổ sung của sự cháy các phần tử nhiên liệu trong A.2.3.2 đến A.2.3.6:

Hệ số f_fd có thể dùng để tính toán thể tích khí thải khô như sau:

Dựa trên (A.19) có thể suy ra như sau:

	(A.21)
	(A.22)
Ffd = -0,055593 x wALF + 0,008002 x wDEL + 0,0070046 x wEPS	(A.23)

Với các phản ứng của các thành phần trong nhiên liệu cho trong A.2.3.2 đến A.2.3.6, lượng không khí cần thiết cho cháy lý thuyết (ví dụ khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu) có thể tính như sau:

(A.24)

Thay số vào:

(A.25)

Hệ số hiệu chỉnh khô - ướt k_wr được dùng để chuyển đổi các nồng độ đo ở trạng thái khô sang trạng thái ướt. K_wr cũng là thương giữa lưu lượng thể tích khí thải khô và ướt:

(A.26)

qvH2O, không khí nạp = , [m3/h]	(A.27)
qvH2O, hình thành do cháy = , [m3/h]	(A.28)
qvH2O, sau bình làm lạnh =, [m3/h]	(A.29)

p_r áp suất riêng của nước sau bình làm lạnh;

p_r/p_b phần mol của hơi nước (= phần thể tích của hơi nước sau bình làm lạnh);

Mật độ của không khí khô là 1,293 kg/m³.

qvew = qvaw + qmf x fmf	(A.30)
	(A.31)

(A.32)

và

(A.33)

Hàm lượng nước trong khí thải và hệ số khô-ướt k_wr có thể được tính toán từ thành phần phát thải theo cách thức sau đây.

Nồng độ nước (theo đơn vị %) có thể thu được trực tiếp từ nồng độ CO₂ và CO có tính đến tỷ số H/C  (giả thiết  = 1) và thực tế là 1 phân tử nước được hình thành từ 2 phân nguyên tử hyđro. Thêm vào đó, hàm lượng hyđro trong khí thải phải được trừ đi vì từ phần hyđro tương ứng này của nhiên liệu, không tạo ra nước. Hơn nữa phải quan tâm đến nước trong không khí nạp và nước tạo ra sau thiết bị làm lạnh khí.

	(A.34)
	(A.35)

Trong đó nồng độ của H₂O, H₂ và CO₂ được tính theo phần trăm và nồng độ của CO được tính theo ppm.

	(A.36)
	(A.37)
	(A.38)

trong đó

k_wr2 là độ ẩm trong không khí nạp và được cho bởi.

(A.39)

Nồng độ của hyđro thu được từ sự cân bằng khí nước theo phương trình sau đây dựa trên SAE J1088:

(A.40)

(A.41)

Mật độ khí thải được tính toán bằng cách chia lưu lượng khối lượng khí thải cho lưu lượng thể tích của nó:

[kg/m3]	(A.42)
	(A.43)
	(A.44)

[kg/m3]	(A.45)
	(A.46)

Trong phụ lục này phương pháp cân bằng cacbon và oxy được sử dụng để tính toán lưu lượng khối lượng của khí thải nhằm tính toán phát thải mà không cần đo lưu lượng không khí hoặc lưu lượng khí thải. Công thức tính toán trong phiên bản của ISO 8178-1, Phụ lục A liên quan tới nồng độ khí thải khô, trong khi trong ISO 8178-1:1996 lại liên quan tới nồng độ khí thải ướt. Sự chuyển đổi được thực hiện vì phương pháp khô đạt độ chính xác cao hơn khi tính toán lưu lượng khối lượng khí thải, đặc biệt trong trường hợp cháy không hoàn toàn (động cơ xăng cỡ nhỏ).

Việc tính toán lưu lượng khối lượng của khí thải cũng có thể được sử dụng để so sánh với phép đo lưu lượng khối lượng nhằm cung cấp các phương pháp kiểm tra về tính hợp lý của kết quả thử nghiệm.

Sự sai lệch nhỏ giữa lưu lượng không khí đo đạc và tính toán thể hiện chính xác các giá trị CO₂ và O₂ (không rò rỉ trong hệ thống lấy mẫu), phép đo lưu lượng chính xác (không có rò rỉ trong các đường ống nối giữa động cơ và thiết bị lưu lượng khống chế) và việc đo nhiên liệu chính xác.

Sự khác nhau giữa kết quả đo và tính toán lưu lượng không khí sẽ thể hiện các sai số sau:

a) Lưu lượng không khí đo thấp hơn so với phương pháp cân bằng cacbon

- Rò rỉ trong hệ thống lấy mẫu (xác suất cao nhất) hoặc

- Rò rỉ trong thiết bị đo không khí (xác suất vừa phải) hoặc

- Giá trị lưu lượng nhiên liệu quá cao (xác suất thấp, trừ lúc không tải);

b) Lưu lượng không khí đo được cao hơn lưu lượng xác định bằng phương pháp cân bằng cacbon

- Sai số hiệu chuẩn của máy phân tích khí thải hoặc

- Sai số hiệu chuẩn của thiết bị đo không khí hoặc

- Giá trị lưu lượng nhiên liệu quá thấp.

CHÚ THÍCH: Ba trường hợp b) ít có khả năng xảy ra so với ba trường hợp a).

Khi sử dụng phương pháp cân bằng cacbon hoặc oxy để tính toán phát thải, sự rò rỉ của hệ thống lấy mẫu khí thải không ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả. Điều này là do nồng độ khí thải quá thấp được bù đắp bởi lưu lượng khối lượng khí thải tính toán quá cao tương ứng, do đó các hiệu ứng này xóa bỏ lẫn nhau.

Đối với các tính toán trong A.3.2 và A.3.3, giả thiết rằng tiêu hao nhiên liệu, thành phần nhiên liệu và nồng độ của các thành phần khí thải đều đã biết. Điều này có thể áp dụng cho nhiên liệu có chứa H, C, S, O và N có tỷ lệ biết trước.

Trong phần này đưa ra hai kiểu phương pháp cân bằng cacbon: quy trình tính toán lặp (đa bước) và quy trình tính toán một bước. Quy trình tính toán một bước được đưa thêm vào tiêu chuẩn này vì nó dễ sử dụng hơn quy trình đa bước.

Việc tính toán q­_med như được thể hiện ở phần dưới đây cần các giá trị _ed và k_wr không phụ thuộc vào q_mad và do đó không phụ thuộc vào kết quả của việc tính toán q_med. Do đó quy trình lặp (đa bước) phải được áp dụng theo cách sau. Với các giá trị ban đầu của _ed và k_wr (ví dụ 1,34 kg/m³ và 1), tính toán giá trị q_med, từ các giá trị q­_med tính toán các giá trị q_mad và từ các giá trị q­_mad tính toán lại _ed và k_wr. Với các giá trị gần chính xác của _ed và k_wr các giá trị của tất cả dữ liệu trong bước lặp tiếp theo sử dụng cùng công thức sẽ đạt độ chính xác vừa đủ, do đó bước lặp tiếp theo sẽ không cần thiết trong hầu hết các trường hợp.