碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪自校准方法探究

戴晓锋

（扬州工业职业技术学院，扬州225127，中国）

碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪自校准方法探究

戴晓锋

（扬州工业职业技术学院，扬州225127，中国）

燃料中所含碳质量与燃料在发动机中燃烧后排气中所含碳质量相等，根据质量守衡定律，碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪实现对汽车燃料消耗量的测量。碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪在我国面世时间不长，尚无检定机构能对其检定，因此，检验机构自校准在一定时间将会成为常态。

碳平衡；燃料消耗量；自校准；方法

1 概述

汽车碳平衡法燃料消耗量检测仪与底盘测功机配套使用，开展汽车燃料消耗量检测。检测时，底盘测功机通过转鼓对汽车驱动轮进行加载，模拟汽车实际运行工况的行驶阻力（根据GB/T18566《道路运输车辆燃料消耗量检测评价方法》，满载、等速50km/h或60km/h行驶在平坦、良好水泥（沥青）路面上的行驶阻力），碳平衡法燃料消耗检测仪将汽车排气管中的全部尾气和环境空气混合吸入测试仪，低量程气体分析单元对稀释排气进行取样分析得到稀释排气中含碳成分的浓度、高精度的流量计计量流经的稀释排气的流量，同时底盘测功机将测量得到的汽车车速和对汽车施加的阻力发送给测试仪。测试仪器内的计算机完成对测量数据的采集和分析，计算汽车排气中排出的含碳总量，根据汽车在底盘测功机上所行驶的里程，推算出百公里燃料消耗量。

汽车排气需要充分稀释，防止排气中的水发生冷凝，造成油耗测量误差。这主要因为水冷凝会造成CO2、CO、HC的浓度变化、稀释排气的流量变化，此外也造成NDIR分析单元的水干扰误差。为此，碳平衡法燃料消耗量检测仪具备对稀释排气流量的调节功能，以适应不同发动机排量的汽车排气充分稀释的需求。

参与发动机燃烧和排气稀释的试验环境空气中，也含有含碳成分，主要有少量的CO2（标准空气中就含有440×10-6）和微量CO和HC，其中一部分碳是由于汽车排气污染造成的。因此检测仪中必须具备对背景空气中含碳成分（CO2、CO、HC）浓度测量的能力。基于NDIR原理的气体分析单元也必须具备低量程高测量精度的要求。

碳平衡法燃料消耗量检测仪使用环境恶劣，测试精度要求高，因此自校准是保障检测精度的手段之一。JJG（交通）127-2015《碳平衡法汽车燃油消耗量检测仪检定规程》采用串接燃油消耗量检测仪的办法进行碳平衡法汽车燃油消耗量检测仪检定，笔者认为这种方法不适用于检验机构自校准。根据碳平衡法汽车燃油消耗量检测仪的检测原理，采用检测CO2含量的方法进行校准是一个可行且低成本的方法，供大家参考。

2 引用文件

GB/T 18566 -2011《营运车辆燃料消耗量检测评价方法》

JT/T1013-2015《碳平衡法汽车燃油消耗量检测仪》

JJG（交通）127-2015《碳平衡法汽车燃油消耗量检测仪检定规程》

JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

3 术语和计量单位

3.1 碳平衡法汽车燃油消耗量检测设备Testing equipment for vehicle fuel consumption performance based on carbon mass balance

利用燃油经发动机燃烧后排气中碳质量总和与燃油燃烧前的碳质量相等的质量守恒定律的原理来检测汽车燃料消耗量的设备。

3.2 计量单位 measurement unit

碳平衡法汽车燃油消耗量检测设备的计量单位为L/100km。

4 油耗检测方法

碳平衡法汽车燃油消耗量检测设备由电机、抽风机、变频器、流量计、汽车稀释排气中的CO2、CO、HC浓度测量仪、汽车稀释排气取样管、计算机等组成。汽车停在底盘测功机上，底盘测功机加载模拟汽车50km（高级营运客车60km）等速满载时的行驶工况，汽车在底盘测功机上等速行驶，取样管套入汽车排气管，同时抽取汽车尾气与空气，按照汽车发动机的排量调节风机的流量，汽车在底盘测功机上达到规定的速度时，碳平衡法汽车燃油消耗量检测设备开始检测汽车稀释排气的碳的浓度，检测结束时根据检测的稀释排气总容积与汽车行驶的距离计算出汽车百公里油耗。

5 计量特性

5.1 外观及基本要求

5.1.1 碳平衡法汽车燃油消耗量检测设备油耗仪应有清晰的铭牌，流量计要有气体流向的标记。

5.1.2 取样管至少能耐300℃高温，稀释排气管路及接头处应密封，不得有泄漏。

5.1.3 风机启动平稳，无异响，通过变频器调节风机的转速来调节流量以控制汽车稀释排气的稀释比。

5.1.4 能显示CO2的浓度（×10-6）、流量（m3/ min）、车速（km/h）、百公里油耗（L/100km）。

5.2 测量范围

百公里油耗测量范围0～30L/100km；

流量测量范围0～40m3/min；

CO2测量范围0～3 %；

CO测量范围0～1 %；

HC测量范围0～1 %；

5.3 百公里油耗值鉴别力阈

鉴别力阈不大于0.1L/100km。

5.4 示值误差

取样系统对喷入稀释排气中的CO2总量示值误差小于±3%（相对误差）； 重复性误差±1.5%（相对误差）。

6 校准

6.1 环境条件

校准时环境温度为0℃～30℃；

相对湿度45%～75%；大气压力86～106kPa。

6.2 标准器及其他设备

6.2.1 纯CO2标准气，浓度为99.99%，准确度为1%，充装压力为5.5MPa，标准气瓶配有减压阀与流量计；

6.2.2 带有通讯接口的数显电子称重仪一台，测量范围：（0～5）kg, 采样频率不小于2Hz，准确度为0.1g。

6.2.3 便携式计算机与数显电子称重仪相连

图1 碳平衡油耗仪校准示意图

6.3 纯CO2气体对碳平衡法油耗仪系统校准

6.3.1 示值误差校准

a)碳平衡法油耗仪及电子天平预热到正常工作状态，启动风机并使流量稳定到校准规定的流量，检测室内的环境空气的CO2的浓度。

b)用配有减压阀与流量计充装纯CO2标准气瓶（浓度为99.99%，准确度为1%，充装压力为5.5MPa）放在电子天平上，接好便携式计算机与电子天平的通讯线（RS232），打开气瓶减压阀向取样管喷入CO2；保持稳定的喷出的压力与流量，并使碳平衡油耗仪CO2的显示浓度相对的稳定，浓度最大不超过±50×10-6。

c)碳平衡法油耗仪采样开始，便携式计算机采集电子秤CO2的质量，直至碳平衡油耗仪采样结束，计算所喷入碳平衡油耗仪CO2的总的质量。

d)碳平衡油耗仪需连续采样30s，测量稀释气体中的CO2的浓度，并根据流量计算喷入取样管中的CO2质量。

碳平衡油耗仪校准时CO2气体质量计算：（用户不用计算CO2气体质量，设备在自校时可直接计算所喷入CO2气体质量）。

e)用流量为15m3/min、20m3/min、30m3/min的3个点各重复测量3次按公式（5）计算各点各次CO2示值误差。各点示值误差的平均值作为校准值，均符合5.4条规定。

按公式（1）计算各点各次测量的碳平衡法油耗仪的示值误差。

Cij——第i点、第j次碳平衡法油耗仪检测出喷入稀释排气中CO2的总量g(小数精确到0.1g)；

Eij——第i点、第j次CO2气瓶喷入碳平衡法油耗仪取样系统的总量g(小数精确到0.1g)。

6.3.2 重复性校准

重复性校准与示值误差校准同时进行，各校准点的被校油耗仪示值误差中的最大值与最小值之差为重复性，重复性按（6）式计算，其校准结果应符合5.4条要求。

式

7 校准结果表达

经校准的碳平衡法油耗设备，填写校准证书，校准证书上的内容见附录A。

8 复校时间间隔

碳平衡法油耗设备的复校时间间隔根据检测车辆的多少由用户自定，建议不超过一年。

附录 A

碳平衡法汽车燃料消耗量检测仪

自校准记录表

碳平衡油耗仪出厂编号：

电子称重仪的型号： 制造厂：

等级（不确定度）：

CO2标准气生产厂家： 检定证书：

标准气浓度： 准确度：

环境条件：（温度 ℃ 湿度 %）

校准项目校准数据及处理结果测量范围分辨力流量(L/s)标准值（g）被校油耗仪显示值 （g）平均值（g）示值误差（%）重复性（%）示值误差Qyh1 2 3校准点

校准员：XXX 审核员：XXX 校准日期：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