碳平衡法对于单燃料天然气汽车燃气消耗量检测的适用性分析

林国庆 朱建涛 马深圳 赵冉 吕庆军

摘 要：给出了碳平衡法用于燃料消耗量检测的使用条件。对单燃料天然气汽车碳平衡法气耗量检测进行了适用性分析。分析结果表明，单燃料天然气汽车的排放特性符合碳平衡法检测的条件要求，碳平衡法可以用于检测单燃料天然气汽车燃气消耗量。

关键词：天然气汽车;碳平衡法;气耗量检测

中图分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-136-02

Abstract： The application condition ofthe carbon balance method for fuel consumption detection is given. The applicability ofthecarbon balance method for gas consumption detection of single fuel natural gas vehicles is analyzed. The analysis results show that the emission characteristics of single-fuel natural gas vehicles meet the requirements of the carbon balance method. So， the carbon balance method is suitable for the detection of gas consumption of single-fuel natural gas vehicles.

Keywords： natural gas vehicle; carbon balance method; gas consumption detection

引言

天然气作为车辆燃料，因为其排放物高效清洁、价格较低以及配套设施完善，使天然气汽车使用量不断增加。2017年年底，我国天然气汽车保有量为608万辆，同比增加50.4万辆，增幅为9%，覆盖客车、货车、出租车等各种车型。

天然气汽车迅猛发展，但也伴随着一些问题显现出来。一是燃气泄漏及自燃等安全隐患在目前正在使用的天然气汽车中普遍存在，且生产企业的技术水平不等，由此使得燃料消耗量水平相差较大。再者我国虽然目前尚未要求对使用纯天然气的营运车辆进行燃气消耗量的检测，但在使用中由于车辆技术状况下降、驾驶员操作及管理车辆不规范以及维修保养不到位等问题，使得天然气汽车燃气消耗较正常值会大大增加，节能效率降低，同时有毒物质排放也会大大增加，增加了大气污染。因此对纯天然气营运车辆进行燃气消耗量检测是必要的。GB18565-2016《道路运输车辆综合性能要求和检测方法》中明确指出，使用碳平衡法作为道路运输车辆燃料消耗量检测的主要手段。以下对碳平衡法对单燃料天然气汽车燃气消耗量检测的适用性展开分析。

1 碳平衡燃料消耗量检测的理论依据

碳平衡法进行燃料消耗量检测理论依据是“物质守恒定律”，即燃料经过发动机燃烧的产物中含碳元素含量等于未燃烧前碳元素含量。而燃料的主要成分为碳氢化合物。具体步骤是通过检测仪器精确测量出排放气体成份中的相关参数进行计算，进而得出碳元素含量。由于测得燃烧后的碳元素含量均来源于燃料本身，将得到的含碳量与燃烧前燃料中的含碳量相比较，根据碳含量不改变的原理就可以计算得出燃料的消耗量[1]。

2 碳平衡法的使用条件

基于碳平衡法进行燃料消耗量检测，需要满足以下条件：

（1）含碳气体占排放物的主要部分，其主要成份为CO、CO2、HC等。

（2）测得的排放气体中的CO、CO2、HC均来源于所检测车辆燃料的燃烧，无其他来源。

（3）排放气体中CO、CO2、HC的碳元素含量与所消耗燃料的碳元素含量相等。

（4）检测的车辆状况良好，燃烧和排放系统不存在气体泄漏。

3 单燃料天然气汽车碳平衡法的适用性分析

3.1 天然气物理化学特性分析

天然气的主要成份为甲烷（CN4），还包括乙烷、丙烷、丁烷以及CO2、N2、N2S等少量成份，它的具体成份组成随产地，季节的不同而不同。天然气按照气源分类可以分为气田气、油田气以及煤层气，其中除煤层气外，甲烷含量一般在70%-98%，平均为88%左右[2，3]。

天然气的辛烷值相对汽柴油为高，抗爆性更好，燃烧过程中可采用较高的压缩比，进而得到更高的热效率。与汽柴油相比，天然气的密度更小，更易挥发，着火温度高且燃烧极限偏高使其泄漏时不易形成可燃混合气。在天然气的分子结构中没有长碳链，且杂质少，燃烧后的排放物中碳烟含量极低，因此天然气燃烧满足碳平衡使用的前提条件。

3.2 单燃料天然气汽车排放特性分析

天然气在气缸内燃烧时，主要进行的化学反应有氧化反

应、还原反应、水蒸气重整反应以及水煤气转换反应[4]。公式如下：

氧化：

还原：

水蒸气重整：

水煤气转换：

从天然气燃料燃烧方程式可以分析得出：天然气燃烧后的排放物主要包括碳化合物、氮、氢和水，含碳气体占主要部分。这些特性完全符合碳平衡原理的使用条件，为碳平衡法测量燃气消耗量提供了基本保障[5]。

4 结论

通过分析研究表明，天然气理化特性和单燃料天然气汽车的排放气体特性符合碳平衡法用于燃气消耗量检测使用条件，碳平衡法完全适用于单燃料天然气汽车燃气消耗量的检测。

参考文献

[1] 孟新育.营运车辆碳平衡法燃料消耗检测技术及推广应用[J].自动化技术与应用，2017，36（12）：137-140.

[2] 邵毅明，潘芝桂，钟睿，等.车用CNG燃气组分对发动机性能、排放影响的数值模拟[J].小型内燃机与摩托车，2011，40（03）：74-77.

[3] 陈小济，魏建勤，李强.对中国车用天然气成分及技术标准的分析研究[J].中国公路學报，2002（04）：112-116.

[4] 郭文军，李静波，邹博文，等.天然气汽车的国Ⅳ排放控制策略研究[J].汽车工程学报，2014，4（06）：407-410.

[5] Michal Vojtí?ek-Lom，VítBeránek，VojtěchKlír，etc. On-road and labo -ratory emissions of NO， NO2， NH3， N2O and CH4 from latemodel EU light utility vehicles： Comparison of diesel and CNG [J]. Scien -ce of the Total Environment， 2018（616-617）： 774-784.