汽車廢氣分析儀數據讀取系統設計與分析

高婷李傳紅譚鎮

（惠州市環境科學研究所，廣東 惠州 516001）

0. 言

汽車排放是城市大氣環境污染的一個主要污染源，大約超過60%～80%的空氣污染物由車輛排放所致。汽車排放檢測設備主要有兩大類：一類是在高精度的實驗室運行的車輛排放物的檢測系統，該系統包括臺架控制系統、氣體分析系統，還有測試循環的系統、CVS（定容采樣系統、溫度、濕度、壓力稀釋的控制）等系統，該類設備結構龐大，價格相當昂貴，一般用于汽車新產品的定型及車輛排放的研究工作等。另一類是通用型的用于汽車排放物濃度測量的檢測系統，該類系統較簡單，成本相對較低，它包括了氣體分析系統、泵氣過濾去濕系統等，可廣泛用于車輛的定期排放檢測、車輛排放的路邊檢測等[1-2]。

國內的排放檢測設備技術相對落后于國外，測量精度較低，穩定性較差，數據處理能力較差，不能對發動機的一些主要運行參數（影響汽車排放）進行實時檢測，也不能對凈化器效率進行分析，體積大，結構比較復雜。國內目前使用的先進的五氣分析儀器都是進口設備（如日本 HORIBA公司和德國AVL公司的產品），這些設備有些體積龐大，不便于維修和攜帶，而有些便攜式的不但價格極其昂貴，不易維護和保養，同時由于語言和習慣方面的原因，不易操作，需要培訓。這些因素都限制了高性能的環保排放檢測設備的普及[3-5]。

針對便攜式汽車廢氣分析軟件固化于硬件，數據儲存能力有限，且與通用計算機通訊不方便，進口設備單獨提供收費軟件，而國產設備則一般不提供。利用通用計算機跟便攜式汽車廢氣分析儀串口連接，本系統實現了廢氣排放數據自動的采集，自動保存等功能并克服了同類軟件運行不穩定，容易造成數據丟失的缺點，為廢氣分析以及汽車發動機綜合分析提供實時、準確數據。

1.統設計

采用VC++ 6.0編寫軟件，可以實現串口數據的輸入、處理和輸出。廢氣分析系統操作界面，如圖1所示。程序設置好硬件接口后，就可以實現自動采集功能。

整個程序除了廢氣分析儀接口程序外，還包括用戶數據輸入/輸出程序，EXCEL存儲數據。通過編寫程序，可以實現數據的直接打印。

軟件具體功能如下：

（1）軟件界面能動態顯示廢氣分析采集到的HC、CO和NOx等主要排放污染物的數據，并每隔40秒刷新一次界面。

（2）軟件能實現廢氣分析采集到的 HC、CO和 NOx等主要排放污染物的數據的動態保存，軟件每40秒把采集到的數據存儲于同一TXT文檔中。

（3）軟件連接分析以后可通過“調零”“開泵”，“關泵”等按鈕軟件實現對廢氣分析儀軟件操作。

（4）軟件可實現對數據采集間隔的修改，簡單易操作。

（5）軟件保存數據格式統一，易于后期數據分析。

軟件具體操作步驟如下：

（1）PC機與廢氣分析儀通過串口連接成功后，通過參看分配的串口號在軟件界面中選擇對應串口號（COM1~COM6），連接成功后會在軟件界面顯示軟件分配

2.統功能和操作步驟

到的硬件地址。

（2）軟件界面右上角提供了廢氣分析儀數據讀取系統軟件操作按鈕，通過按“調零”“開泵”，“關泵”等按鈕軟件實現對廢氣分析儀數據讀取系統軟件操作。

（3）調試完成后利用軟件界面左下角提供按鈕實現數據采集前數據采樣，數據保存設置（采樣間隔和保存路徑等）。

（4）設置完成后連續點擊“開泵”，“開始/停止連續讀書”按鈕，即可實現廢氣分析儀數據動態采集和保存，如圖2所示。

圖1.氣分析系統操作界面

圖2.據動態采集顯示圖

（5）試驗完成后點擊“關泵”，并按左下角“退出按鈕”即可。實驗數據已保存在設置好的路徑中。

3.統應用與分析

系統應用于某試驗中心汽車燃用CNG/汽油兩用燃料的排放測試試驗中，真實數據回歸結果分析，包括瞬態和穩態。得出空燃比與排放的回歸關系（該關系用于SIMULINK的模型）；另一方面，得到空燃比、點火提前角分別與排放和功率（扭矩）的MAP圖（10個點數據）和關系。軟件實時工作情景如圖 3所示，汽車燃用CNG底盤測功試驗NOx數據連續采集分析如圖4所示。

圖3.件實時工作情景

空燃比與排放的關系如圖5、圖6和圖7所示。其中，HC實驗值Y1與空燃比X回歸方程如下：Y1＝ 0.1669X4－9.1148 X3＋185.88 X2－1702.5 X＋6164.7，

式中：Y1——HC實驗值，ppm，

X——空燃比，

用軟件SPSS分析得相關系數R2= 0.9999，相關性極顯著。

CO實驗值Y2與空燃比X回歸方程如下：

Y2＝0.0056X6－0.4957 X5＋18.246 X4－356.26 X3＋3891.8 X2－22559 X＋54240，

圖4.車燃用CNG測試NOx數據采集分析圖

式中：Y2——CO實驗值，%，

X——空燃比，

用軟件SPSS分析得相關系數R2= 0.9992，相關性極顯著。

NO實驗值Y3與空燃比X回歸方程如下：

Y3＝ —1.3779X6＋131.01 X5－5140.3 X4＋106518 X3－1E+06 X2－7E+06 X－2E+07，

式中：Y3——NO實驗值，ppm，

X——空燃比，

用軟件SPSS分析得相關系數R2= 0.9994，相關性極顯著。

圖5.C與空燃比回歸關系圖

圖6.O與空燃比回歸關系圖

圖7.O與空燃比回歸關系圖

4.語

整個廢氣分析儀數據系統軟件功能簡明，操作簡單并能實現實時的數據采集，顯示，保存并對廢氣分析儀數據讀取系統軟件操作等功能。軟件界面能動態顯示廢氣分析采集到的HC，CO和NOx等主要排放污染物的數據，并可以動態刷新和存儲數據。軟件運行環境要求較低，一般PC機即可。系統應用于某試驗中心汽車燃用CNG/汽油兩用燃料的排放測試試驗中，真實數據回歸結果分析，包括瞬態和穩態，最終得出空燃比與排放的回歸關系。

[1]駱美富,鄭堯軍,陳開考.隨車式摩托車廢氣分析儀[J].機電工程,2008,25（6）：91～94.

[2]劉勝吉,高飛,王建.五氣分析儀在通用小型汽油機排放試驗中的正確使用[J].小型內燃機與摩托車,2007,36（4）：55～57.

[3]羅石.智能便攜式五氣分析儀的研究[D].鎮江:江蘇大學,2002.

[4]國家環境保護總局.HJ/T 290-2006 汽油車簡易瞬態工況排氣污染物測量設備技術要求[S].北京:中國環境出版社,2006.

[5]國家環境保護總局,國家質量監督檢驗檢疫總局.GB18176—2002 輕便摩托車排汽污染物排放限值及測量方法(工況法) [S].北京:中國標準出版社,2002.