碳平衡油耗儀校準方法研究

崔素梅 申 海 高 順 王 偉 王克喜

天津市計量監督檢測科學研究院 天津300192

1 概述

燃油消耗量的檢測方法有2種:直接測量法和間接測量法。直接測量法,即通過專業工作人員拆開發動機油路接入流量測量儀器,直接測出燃油消耗量,這種方法復雜、費時、費力,需要專業工作人員操作,且容易破壞車輛原有的油路結構。間接測量法,即不解體測量法,不需要拆解發動機,符合未來燃油車不解體檢測的發展趨勢。目前間接測量法主要包括重量法、電噴測量法、容積法、碳平衡法等[4]。碳平衡法是目前間接測量法中最常用的方法之一。

碳平衡油耗儀依據質量守恒定律測算汽車燃料消耗量,即燃油在發動機中燃燒前碳元素質量總和與燃燒后碳元素質量總和相等[5]。用碳平衡油耗儀檢測燃油車燃油消耗量,無需拆解發動機油路,通過測量單位時間內尾氣中含碳量與汽油中含碳量之比,即可得出該燃油車燃油消耗量,從而判斷該燃油車尾氣排放是否合格。該裝置測量方法簡單快捷,得到了汽車性能檢測站的廣泛青睞。碳平衡油耗儀示值準確與否至關重要,其溯源問題亟待解決,目前仍然沒有碳平衡油耗儀的國家校準規范發布實施,本文針對碳平衡油耗儀校準方法進行探討,為碳平衡油耗儀溯源提供技術參考。

2 計量性能要求及校準環境

2.1 計量性能要求

2.1.1 示值誤差 碳平衡油耗儀整機示值誤差不超過±4%。

2.1.2 重復性 碳平衡油耗儀整機重復性不超過1.5%。

上述計量性能要求的技術指標主要參考GB18565-2016《道路運輸車輛綜合性能要求和檢驗方法》和GB/T 18566-2011《道路運輸車輛燃料消耗量檢測評價方法》。由于是校準,而非檢定,故不做符合性判斷,以上技術指標僅供參考。

2.2 校準環境

2.2.1 環境溫度:(0～40)℃。

2.2.2 環境相對濕度:不大于85%。

2.2.3 校準環境應無影響校準結果的污染、振動、電磁干擾等因素存在,校準場所應保持良好通風。

3 校準用標準設備

3.1 標準氣體

a)標準零氣:純氮氣或純凈空氣。

b)高純CO2標準氣體:濃度約為99.99%,相對擴展不確定度應不大于1%,k=2。

3.2 電子天平:測量范圍不少于20kg,最大允許誤差不超過±0.1 g。

3.3 浮子流量計:測量范圍不少于(0～20)L/min,準確度等級4.0 級。

4 校準項目及校準方法

4.1 校準前檢查 通過目測和手動檢查的方法,檢查碳平衡油耗儀各連接件連接是否牢固,氣路是否漏氣,密封性測量功能等是否正常。如若校準前檢查工作中,發現儀器存在上述問題,應立即聯系生產廠對儀器進行維護。儀器維護后,方可進行校準工作。

4.2 示值誤差4.2 .1將被檢的碳平衡油耗儀和電子天平開機預熱到正常工作狀態。用標準零氣對碳平衡油耗儀進行調零。調零結束后,測量環境空氣中CO2氣體濃度,此時測量出來的CO2氣體濃度作為背景數值。上述操作正常運行一遍以后,方可進入測量狀態。

4.2.2 將充裝高純CO2標準氣體的氣瓶放置在電子天平上,記錄噴射前氣瓶的質量。(注:此時的狀態,不需要安裝減壓閥和流量計等附件,并且應保持氣瓶外表干凈、無水蒸汽。)

4.2.3 將充裝高純CO2標準氣體的氣瓶安裝減壓閥和流量計,打開氣瓶總閥門和減壓閥,檢查安裝是否漏氣,若無漏氣,則先關閉總閥門和減壓閥,若有漏氣現象,則需要關閉總閥門和減壓閥之后重新安裝減壓閥和流量計。當確認充裝高純CO2標準氣體的氣瓶與減壓閥和流量計等附件之間安裝完好后,啟動被檢的碳平衡油耗儀開始采樣工作,同時將充裝高純CO2標準氣體的氣瓶總閥門打開,接著打開減壓閥門向被檢的碳平衡油耗儀排氣稀釋管噴入CO2標準氣體,此過程需要保持穩定的出氣壓力和流量。

4.2.4 當被檢的碳平衡油耗儀采樣60s后,關閉充裝高純CO2標準氣體的氣瓶總閥門和減壓閥。觀察被檢碳平衡油耗儀的測量值,當其不再增長時,方可記錄。

4.2.5 將充裝高純CO2標準氣體的氣瓶卸掉減壓閥和流量計等附件,保持氣瓶外表干凈、無水蒸汽(如果外表有水蒸汽,需要用干布擦干凈,必要的時候可以用小吹風機對其吹干)的狀態,并再次放置在電子天平上,記錄噴射后氣瓶的質量。將噴射前后氣瓶的質量之差作為此次噴射的CO2氣體質量標準值。

絕對誤差計算公式如下:

式中,δ——絕對誤差,%;

Ci——第i次被檢碳平衡油耗儀的測量值,g;

Csi——第i次噴射的CO2氣體標準值,g。

等精度重復測量3次,取3次測量中最大示值誤差作為該被檢碳平衡油耗儀的整機示值誤差。在低流量點、中流量點、高流量點3個流量點,分別需要重復測量3次并計算被檢碳平衡油耗儀的示值誤差。

4.3 重復性按照4.2 的測量方法,在高流量點重復測量6次,重復性計算選用貝塞爾公式,計算公式如下:

式中,s——重復性,%;

Cj——第j次被檢碳平衡油耗儀的測量值,g;

C——6次被檢碳平衡油耗儀測量值的平均值,g。

5 結束語

汽車排放尾氣對環境帶來的污染越來越嚴重,減少尾氣排放成為保護環境的重要措施之一。燃油車燃油消耗量是衡量其對環境污染指數的指標之一,提高燃油經濟性,快速而又準確掌握燃油車燃油消耗量的規律,有助于有效控制并減少燃油消耗量,對環境保護具有十分重要的意義。

碳平衡油耗儀用于檢測燃油車燃油消耗量,簡單、快捷且方便,得到了汽車性能檢測站的廣泛青睞。汽車性能檢測站用碳平衡油耗儀檢測燃油車燃油消耗量,進而判斷該燃油車燃油消耗量是否合格,若不合格則不能通過年檢,需要進行維修后再次測量,直到測量合格為止。故碳平衡油耗儀示值準確與否至關重要,其溯源問題也亟待解決,目前仍然沒有國家校準規范發布實施。本文參照JJG688-2017《汽車排放氣體測試儀》、GB18565-2016《道路運輸車輛綜合性能要求和檢驗方法》和GB/T 18566-2011《道路運輸車輛燃料消耗量檢測評價方法》等技術文件,明確了碳平衡油耗儀計量性能要求,對碳平衡油耗儀校準環境和校準用標準設備進行了規定,并對碳平衡油耗儀校準方法等進行了探討,對碳平衡油耗儀溯源具有一定的實際意義。