黃利君 張守明

摘要：碳平衡法是根據(jù)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒后排氣中的碳質(zhì)量總和與燃料燃燒前的碳質(zhì)量總和相等的質(zhì)量守衡定律，間接并準(zhǔn)確地測(cè)算汽車(chē)燃料消耗量的方法。碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢測(cè)儀廣泛適用于汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站、機(jī)動(dòng)車(chē)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)。

Abstract： The carbon balance method is a method of indirectly and accurately measuring automobile fuel consumption based on the law of mass conservation that the total carbon mass in the exhaust after the fuel is burned in the engine is equal to the total carbon mass before the fuel is burned. Automobile fuel consumption detector by carbon balance method is widely used in automobile quality inspection stations and automobile production enterprises.

關(guān)鍵詞：碳平衡法;燃料消耗量;濃度參數(shù);不確定度

Key words： carbon balance method;fuel consumption;concentration parameter;uncertainty

中圖分類(lèi)號(hào)：U461.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0138-02

0? 引言

碳平衡檢測(cè)儀是利用汽車(chē)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒后排放氣體中的碳質(zhì)量總和與燃料燃燒前的碳質(zhì)量總和相等的質(zhì)量守恒定律間接測(cè)量汽車(chē)燃料消耗量的設(shè)備。碳平衡檢測(cè)儀主要由含碳?xì)怏w濃度測(cè)量裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)濃度測(cè)量裝置）、稀釋排放氣體流量測(cè)量裝置、排氣稀釋收集裝置和測(cè)控系統(tǒng)等構(gòu)成。儀器根據(jù)含碳?xì)怏w濃度換算出汽車(chē)燃料消耗量。汽車(chē)燃料消耗量是換算給出的結(jié)果。依據(jù)JJF（皖）82-2020《碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》，其油耗量是碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢測(cè)儀的終極參數(shù)，其它測(cè)量參數(shù)是油耗量的函數(shù)分量參數(shù)，因此，在進(jìn)行油耗量的不確定度評(píng)定時(shí)，其過(guò)程自然涉及分量不確定度的評(píng)定。另外，由于油耗儀的油耗量和油耗間接標(biāo)準(zhǔn)值都是分量參數(shù)的計(jì)算而得出的結(jié)果，因此在評(píng)定不能進(jìn)行重復(fù)計(jì)算分量參數(shù)的輸入量時(shí)，為方便評(píng)定，只需對(duì)油耗間接標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分量參數(shù)的不確定度引入。

1? 測(cè)量方法

按JJF（皖）82-2020的方法，用標(biāo)準(zhǔn)氣體及流量、溫度、氣壓等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行各測(cè)量參數(shù)的示值測(cè)量，然后得出誤差，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果用逆推法得出燃油燃燒后含碳?xì)怏w在相應(yīng)測(cè)量濃度下的近似標(biāo)準(zhǔn)值及流量近似標(biāo)準(zhǔn)值，然后計(jì)算出油耗標(biāo)準(zhǔn)值，從而得出油耗儀油耗量示值誤差。

2? 數(shù)學(xué)模型

2.1 油耗量的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)JJF（皖）82-2020附錄A中A.3、A.4的計(jì)算式，進(jìn)行合并可得：

代入氣體密度后整理得：

式中：FCs——汽車(chē)每秒燃油消耗量（mL/s）;

dF——15℃時(shí)燃料密度（kg/L）;

QX——修正后流量（L/s）;

R——?dú)涮急?

CHC——每秒稀釋排氣中HC氣體濃度（10-6）;

C——每秒稀釋排氣中CO氣體濃度（%V/V）;

C——經(jīng)環(huán)境空氣CO2氣體濃度校正后的稀釋排氣中CO2氣體濃度（%V/V）;

C——每秒稀釋排氣中CO2氣體濃度（%V/V）;

d、d、d——分別為標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2、CO、HC氣體密度（g/L）。

其中R和dF為常數(shù)，與燃料類(lèi)型有關(guān)。

2.2 濃度參數(shù)的數(shù)學(xué)模型

濃度參數(shù)校準(zhǔn)的實(shí)施所采用的校準(zhǔn)點(diǎn)與實(shí)際碳平衡儀的實(shí)際測(cè)量參數(shù)濃度是不一致的，因此濃度參數(shù)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)按下式處理（見(jiàn)JJF（皖）82-2020附錄A.2.1）：

式中：CX——某成分濃度參數(shù)值修正后濃度;

Cm——某成分濃度參數(shù)調(diào)取的濃度值;

——濃度測(cè)量裝置對(duì)調(diào)取數(shù)據(jù)所在區(qū)間量程上限的測(cè)量平均值;

——濃度測(cè)量裝置對(duì)調(diào)取數(shù)據(jù)所在區(qū)間量程下限的測(cè)量平均值;

C——區(qū)間量程上限校準(zhǔn)氣體的濃度值;

C——區(qū)間量程下限校準(zhǔn)氣體的濃度值。

注：區(qū)間量程下限為零時(shí)，區(qū)間量程下限校準(zhǔn)氣體的濃度值為零，因濃度測(cè)量裝置進(jìn)行示值誤差檢測(cè)時(shí)已進(jìn)行調(diào)零。上式中、、C、C由濃度測(cè)量裝置進(jìn)行示值誤差檢測(cè)時(shí)給出，做好數(shù)值對(duì)應(yīng)即可。

2.3 流量參數(shù)的數(shù)學(xué)模型

流量參數(shù)的數(shù)學(xué)模型為JJF（皖）82-2020附錄A.2.2：

式中：QX——修正后流量（L/s）;

Qm——調(diào)取的經(jīng)儀器內(nèi)部溫度、壓力校準(zhǔn)的流量值（L/s）;

？駐Q——調(diào)取的流量點(diǎn)的流量示值誤差（L/s）。

3? 方差

以上分量獨(dú)立互不相關(guān)。

令：

則

為避免Qx靈敏系數(shù)較為冗長(zhǎng)給計(jì)算帶來(lái)復(fù)雜性，則以相對(duì)方差表述傳遞關(guān)系，則FCs的相對(duì)方差的關(guān)系式為：

各分項(xiàng)參數(shù)的方差見(jiàn)以下評(píng)定過(guò)程。

4? 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

4.1 氣體成分引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度？滋（Cx）

根據(jù) 得

該式中為組分x（分別為CO2、CO、HC）氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由標(biāo)物證書(shū)給出。為相應(yīng)組分x對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。為調(diào)出數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可以看成儀器的示值刻線，可認(rèn)為。

4.2 流量參數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度？滋（Qx）

該式中？滋（Qs）為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)在該流量處的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由證書(shū)給出。？滋（Qm）為在該流量下進(jìn)行測(cè)量時(shí)重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5? 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

油耗量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

其中

6? 擴(kuò)展不確定度U

取包含因子k=2，則：

或

7? 結(jié)束語(yǔ)

與其它多數(shù)直接測(cè)量量值的儀器所不同的是碳質(zhì)量平衡法燃油消耗量測(cè)量方法是間接油耗測(cè)量方法，相信通過(guò)上述原理及測(cè)量方法介紹，不確定度過(guò)程分析能使你對(duì)碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢驗(yàn)儀油耗量校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定有更深的認(rèn)識(shí)和了解，能夠?qū)δ阈?zhǔn)碳平衡油耗儀有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 18566-2011，道路運(yùn)輸車(chē)輛燃料消耗量檢測(cè)評(píng)價(jià)方法[S].

[2]JT/T 1013-2015，碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢測(cè)儀[S].

[3]JJF（皖）82-2020，碳平衡法汽車(chē)燃料消耗量檢測(cè)儀校準(zhǔn)規(guī)范[S].