碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀自校準方法探究

戴曉鋒

（揚州工業職業技術學院，揚州225127，中國）

碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀自校準方法探究

戴曉鋒

（揚州工業職業技術學院，揚州225127，中國）

燃料中所含碳質量與燃料在發動機中燃燒后排氣中所含碳質量相等，根據質量守衡定律，碳平衡法汽車燃料消耗量檢測儀實現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間不長，尚無檢定機構能對其檢定，因此，檢驗機構自校準在一定時間將會成為常態。

碳平衡；燃料消耗量；自校準；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配套使用，開展汽車燃料消耗量檢測。檢測時，底盤測功機通過轉鼓對汽車驅動輪進行加載，模擬汽車實際運行工況的行駛阻力（根據GB/T18566《道路運輸車輛燃料消耗量檢測評價方法》，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、高精度的流量計計量流經的稀釋排氣的流量，同時底盤測功機將測量得到的汽車車速和對汽車施加的阻力發送給測試儀。測試儀器內的計算機完成對測量數據的采集和分析，計算汽車排氣中排出的含碳總量，根據汽車在底盤測功機上所行駛的里程，推算出百公里燃料消耗量。

汽車排氣需要充分稀釋，防止排氣中的水發生冷凝，造成油耗測量誤差。這主要因為水冷凝會造成CO2、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節功能，以適應不同發動機排量的汽車排氣充分稀釋的需求。

參與發動機燃燒和排氣稀釋的試驗環境空氣中，也含有含碳成分，主要有少量的CO2（標準空氣中就含有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境惡劣，測試精度要求高，因此自校準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程》采用串接燃油消耗量檢測儀的辦法進行碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀檢定，筆者認為這種方法不適用于檢驗機構自校準。根據碳平衡法汽車燃油消耗量檢測儀的檢測原理，采用檢測CO2含量的方法進行校準是一個可行且低成本的方法，供大家參考。

2 引用文件

GB/T 18566 -2011《營運車輛燃料消耗量檢測評價方法》

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程》

JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

3 術語和計量單位

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

利用燃油經發動機燃燒后排氣中碳質量總和與燃油燃燒前的碳質量相等的質量守恒定律的原理來檢測汽車燃料消耗量的設備。

3.2 計量單位 measurement unit

碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設備的計量單位為L/100km。

4 油耗檢測方法

碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設備由電機、抽風機、變頻器、流量計、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、計算機等組成。汽車停在底盤測功機上，底盤測功機加載模擬汽車50km（高級營運客車60km）等速滿載時的行駛工況，汽車在底盤測功機上等速行駛，取樣管套入汽車排氣管，同時抽取汽車尾氣與空氣，按照汽車發動機的排量調節風機的流量，汽車在底盤測功機上達到規定的速度時，碳平衡法汽車燃油消耗量檢測設備開始檢測汽車稀釋排氣的碳的濃度，檢測結束時根據檢測的稀釋排氣總容積與汽車行駛的距離計算出汽車百公里油耗。

5 計量特性

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備油耗儀應有清晰的銘牌，流量計要有氣體流向的標記。

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

5.1.3 風機啟動平穩，無異響，通過變頻器調節風機的轉速來調節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）； 重復性誤差±1.5%（相對誤差）。

6 校準

6.1 環境條件

校準時環境溫度為0℃～30℃；

相對濕度45%～75%；大氣壓力86～106kPa。

6.2 標準器及其他設備

6.2.1 純CO2標準氣，濃度為99.99%，準確度為1%，充裝壓力為5.5MPa，標準氣瓶配有減壓閥與流量計；

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

6.2.3 便攜式計算機與數顯電子稱重儀相連

圖1 碳平衡油耗儀校準示意圖

6.3 純CO2氣體對碳平衡法油耗儀系統校準

6.3.1 示值誤差校準

a)碳平衡法油耗儀及電子天平預熱到正常工作狀態，啟動風機并使流量穩定到校準規定的流量，檢測室內的環境空氣的CO2的濃度。

b)用配有減壓閥與流量計充裝純CO2標準氣瓶（濃度為99.99%，準確度為1%，充裝壓力為5.5MPa）放在電子天平上，接好便攜式計算機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，便攜式計算機采集電子秤CO2的質量，直至碳平衡油耗儀采樣結束，計算所噴入碳平衡油耗儀CO2的總的質量。

d)碳平衡油耗儀需連續采樣30s，測量稀釋氣體中的CO2的濃度，并根據流量計算噴入取樣管中的CO2質量。

碳平衡油耗儀校準時CO2氣體質量計算：（用戶不用計算CO2氣體質量，設備在自校時可直接計算所噴入CO2氣體質量）。

e)用流量為15m3/min、20m3/min、30m3/min的3個點各重復測量3次按公式（5）計算各點各次CO2示值誤差。各點示值誤差的平均值作為校準值，均符合5.4條規定。

按公式（1）計算各點各次測量的碳平衡法油耗儀的示值誤差。

Cij——第i點、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(小數精確到0.1g)；

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

6.3.2 重復性校準

重復性校準與示值誤差校準同時進行，各校準點的被校油耗儀示值誤差中的最大值與最小值之差為重復性，重復性按（6）式計算，其校準結果應符合5.4條要求。

式

7 校準結果表達

經校準的碳平衡法油耗設備，填寫校準證書，校準證書上的內容見附錄A。

8 復校時間間隔

碳平衡法油耗設備的復校時間間隔根據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標準氣生產廠家： 檢定證書：

標準氣濃度： 準確度：

環境條件：（溫度 ℃ 濕度 %）

校準項目校準數據及處理結果測量范圍分辨力流量(L/s)標準值（g）被校油耗儀顯示值 （g）平均值（g）示值誤差（%）重復性（%）示值誤差Qyh1 2 3校準點

校準員：XXX 審核員：XXX 校準日期：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