碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀自校準(zhǔn)方法探究

戴曉鋒

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，揚(yáng)州225127，中國）

碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀自校準(zhǔn)方法探究

戴曉鋒

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，揚(yáng)州225127，中國）

燃料中所含碳質(zhì)量與燃料在發(fā)動機(jī)中燃燒后排氣中所含碳質(zhì)量相等，根據(jù)質(zhì)量守衡定律，碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀實(shí)現(xiàn)對汽車燃料消耗量的測量。碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀在我國面世時(shí)間不長，尚無檢定機(jī)構(gòu)能對其檢定，因此，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)自校準(zhǔn)在一定時(shí)間將會成為常態(tài)。

碳平衡；燃料消耗量；自校準(zhǔn)；方法

1 概述

汽車碳平衡法燃料消耗量檢測儀與底盤測功機(jī)配套使用，開展汽車燃料消耗量檢測。檢測時(shí)，底盤測功機(jī)通過轉(zhuǎn)鼓對汽車驅(qū)動輪進(jìn)行加載，模擬汽車實(shí)際運(yùn)行工況的行駛阻力（根據(jù)GB/T18566《道路運(yùn)輸車輛燃料消耗量檢測評價(jià)方法》，滿載、等速50km/h或60km/h行駛在平坦、良好水泥（瀝青）路面上的行駛阻力），碳平衡法燃料消耗檢測儀將汽車排氣管中的全部尾氣和環(huán)境空氣混合吸入測試儀，低量程氣體分析單元對稀釋排氣進(jìn)行取樣分析得到稀釋排氣中含碳成分的濃度、高精度的流量計(jì)計(jì)量流經(jīng)的稀釋排氣的流量，同時(shí)底盤測功機(jī)將測量得到的汽車車速和對汽車施加的阻力發(fā)送給測試儀。測試儀器內(nèi)的計(jì)算機(jī)完成對測量數(shù)據(jù)的采集和分析，計(jì)算汽車排氣中排出的含碳總量，根據(jù)汽車在底盤測功機(jī)上所行駛的里程，推算出百公里燃料消耗量。

汽車排氣需要充分稀釋，防止排氣中的水發(fā)生冷凝，造成油耗測量誤差。這主要因?yàn)樗淠龝斐蒀O2、CO、HC的濃度變化、稀釋排氣的流量變化，此外也造成NDIR分析單元的水干擾誤差。為此，碳平衡法燃料消耗量檢測儀具備對稀釋排氣流量的調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)不同發(fā)動機(jī)排量的汽車排氣充分稀釋的需求。

參與發(fā)動機(jī)燃燒和排氣稀釋的試驗(yàn)環(huán)境空氣中，也含有含碳成分，主要有少量的CO2（標(biāo)準(zhǔn)空氣中就含有440×10-6）和微量CO和HC，其中一部分碳是由于汽車排氣污染造成的。因此檢測儀中必須具備對背景空氣中含碳成分（CO2、CO、HC）濃度測量的能力。基于NDIR原理的氣體分析單元也必須具備低量程高測量精度的要求。

碳平衡法燃料消耗量檢測儀使用環(huán)境惡劣，測試精度要求高，因此自校準(zhǔn)是保障檢測精度的手段之一。JJG（交通）127-2015《碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀檢定規(guī)程》采用串接燃油消耗量檢測儀的辦法進(jìn)行碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀檢定，筆者認(rèn)為這種方法不適用于檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)自校準(zhǔn)。根據(jù)碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀的檢測原理，采用檢測CO2含量的方法進(jìn)行校準(zhǔn)是一個(gè)可行且低成本的方法，供大家參考。

2 引用文件

GB/T 18566 -2011《營運(yùn)車輛燃料消耗量檢測評價(jià)方法》

JT/T1013-2015《碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀》

JJG（交通）127-2015《碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀檢定規(guī)程》

JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

3 術(shù)語和計(jì)量單位

3.1 碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設(shè)備Testing equipment for vehicle fuel consumption performance based on carbon mass balance

利用燃油經(jīng)發(fā)動機(jī)燃燒后排氣中碳質(zhì)量總和與燃油燃燒前的碳質(zhì)量相等的質(zhì)量守恒定律的原理來檢測汽車燃料消耗量的設(shè)備。

3.2 計(jì)量單位 measurement unit

碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設(shè)備的計(jì)量單位為L/100km。

4 油耗檢測方法

碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設(shè)備由電機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、變頻器、流量計(jì)、汽車稀釋排氣中的CO2、CO、HC濃度測量儀、汽車稀釋排氣取樣管、計(jì)算機(jī)等組成。汽車停在底盤測功機(jī)上，底盤測功機(jī)加載模擬汽車50km（高級營運(yùn)客車60km）等速滿載時(shí)的行駛工況，汽車在底盤測功機(jī)上等速行駛，取樣管套入汽車排氣管，同時(shí)抽取汽車尾氣與空氣，按照汽車發(fā)動機(jī)的排量調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的流量，汽車在底盤測功機(jī)上達(dá)到規(guī)定的速度時(shí)，碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設(shè)備開始檢測汽車稀釋排氣的碳的濃度，檢測結(jié)束時(shí)根據(jù)檢測的稀釋排氣總?cè)莘e與汽車行駛的距離計(jì)算出汽車百公里油耗。

5 計(jì)量特性

5.1 外觀及基本要求

5.1.1 碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設(shè)備油耗儀應(yīng)有清晰的銘牌，流量計(jì)要有氣體流向的標(biāo)記。

5.1.2 取樣管至少能耐300℃高溫，稀釋排氣管路及接頭處應(yīng)密封，不得有泄漏。

5.1.3 風(fēng)機(jī)啟動平穩(wěn)，無異響，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量以控制汽車稀釋排氣的稀釋比。

5.1.4 能顯示CO2的濃度（×10-6）、流量（m3/ min）、車速（km/h）、百公里油耗（L/100km）。

5.2 測量范圍

百公里油耗測量范圍0～30L/100km；

流量測量范圍0～40m3/min；

CO2測量范圍0～3 %；

CO測量范圍0～1 %；

HC測量范圍0～1 %；

5.3 百公里油耗值鑒別力閾

鑒別力閾不大于0.1L/100km。

5.4 示值誤差

取樣系統(tǒng)對噴入稀釋排氣中的CO2總量示值誤差小于±3%（相對誤差）； 重復(fù)性誤差±1.5%（相對誤差）。

6 校準(zhǔn)

6.1 環(huán)境條件

校準(zhǔn)時(shí)環(huán)境溫度為0℃～30℃；

相對濕度45%～75%；大氣壓力86～106kPa。

6.2 標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備

6.2.1 純CO2標(biāo)準(zhǔn)氣，濃度為99.99%，準(zhǔn)確度為1%，充裝壓力為5.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)氣瓶配有減壓閥與流量計(jì)；

6.2.2 帶有通訊接口的數(shù)顯電子稱重儀一臺，測量范圍：（0～5）kg, 采樣頻率不小于2Hz，準(zhǔn)確度為0.1g。

6.2.3 便攜式計(jì)算機(jī)與數(shù)顯電子稱重儀相連

圖1 碳平衡油耗儀校準(zhǔn)示意圖

6.3 純CO2氣體對碳平衡法油耗儀系統(tǒng)校準(zhǔn)

6.3.1 示值誤差校準(zhǔn)

a)碳平衡法油耗儀及電子天平預(yù)熱到正常工作狀態(tài)，啟動風(fēng)機(jī)并使流量穩(wěn)定到校準(zhǔn)規(guī)定的流量，檢測室內(nèi)的環(huán)境空氣的CO2的濃度。

b)用配有減壓閥與流量計(jì)充裝純CO2標(biāo)準(zhǔn)氣瓶（濃度為99.99%，準(zhǔn)確度為1%，充裝壓力為5.5MPa）放在電子天平上，接好便攜式計(jì)算機(jī)與電子天平的通訊線（RS232），打開氣瓶減壓閥向取樣管噴入CO2；保持穩(wěn)定的噴出的壓力與流量，并使碳平衡油耗儀CO2的顯示濃度相對的穩(wěn)定，濃度最大不超過±50×10-6。

c)碳平衡法油耗儀采樣開始，便攜式計(jì)算機(jī)采集電子秤CO2的質(zhì)量，直至碳平衡油耗儀采樣結(jié)束，計(jì)算所噴入碳平衡油耗儀CO2的總的質(zhì)量。

d)碳平衡油耗儀需連續(xù)采樣30s，測量稀釋氣體中的CO2的濃度，并根據(jù)流量計(jì)算噴入取樣管中的CO2質(zhì)量。

碳平衡油耗儀校準(zhǔn)時(shí)CO2氣體質(zhì)量計(jì)算：（用戶不用計(jì)算CO2氣體質(zhì)量，設(shè)備在自校時(shí)可直接計(jì)算所噴入CO2氣體質(zhì)量）。

e)用流量為15m3/min、20m3/min、30m3/min的3個(gè)點(diǎn)各重復(fù)測量3次按公式（5）計(jì)算各點(diǎn)各次CO2示值誤差。各點(diǎn)示值誤差的平均值作為校準(zhǔn)值，均符合5.4條規(guī)定。

按公式（1）計(jì)算各點(diǎn)各次測量的碳平衡法油耗儀的示值誤差。

Cij——第i點(diǎn)、第j次碳平衡法油耗儀檢測出噴入稀釋排氣中CO2的總量g(小數(shù)精確到0.1g)；

Eij——第i點(diǎn)、第j次CO2氣瓶噴入碳平衡法油耗儀取樣系統(tǒng)的總量g(小數(shù)精確到0.1g)。

6.3.2 重復(fù)性校準(zhǔn)

重復(fù)性校準(zhǔn)與示值誤差校準(zhǔn)同時(shí)進(jìn)行，各校準(zhǔn)點(diǎn)的被校油耗儀示值誤差中的最大值與最小值之差為重復(fù)性，重復(fù)性按（6）式計(jì)算，其校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)符合5.4條要求。

式

7 校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)

經(jīng)校準(zhǔn)的碳平衡法油耗設(shè)備，填寫校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書上的內(nèi)容見附錄A。

8 復(fù)校時(shí)間間隔

碳平衡法油耗設(shè)備的復(fù)校時(shí)間間隔根據(jù)檢測車輛的多少由用戶自定，建議不超過一年。

附錄 A

碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀

自校準(zhǔn)記錄表

碳平衡油耗儀出廠編號：

電子稱重儀的型號： 制造廠：

等級（不確定度）：

CO2標(biāo)準(zhǔn)氣生產(chǎn)廠家： 檢定證書：

標(biāo)準(zhǔn)氣濃度： 準(zhǔn)確度：

環(huán)境條件：（溫度 ℃ 濕度 %）

校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果測量范圍分辨力流量(L/s)標(biāo)準(zhǔn)值（g）被校油耗儀顯示值 （g）平均值（g）示值誤差（%）重復(fù)性（%）示值誤差Qyh1 2 3校準(zhǔn)點(diǎn)

校準(zhǔn)員：XXX 審核員：XXX 校準(zhǔn)日期：XXX

Research on self-calibration method of vehicle fuel consumption instrument based on carbon balance method

DAI Xiaofeng
（Yangzhou Polytechnic Institute,Yangzhou225127,China）

Carbon content in the fuel is equal to the carbon content in the exhaust gas after combustion in the engine. According to the law of mass conservation, the measurement of vehicle fuel consumption can be achieved by vehicle fuel consumption instrument based on carbon balance method. Available time of vehicle fuel consumption instrument based on carbon balance method is not long in our country and there is no verification institution to the test, so Self-calibration of the inspection body will become normal for a certain period of time.

Carbon balance; fuel consumption; self-calibration; method