一款汽車燃油蒸發測試儀的動態特性研究與實驗分析

劉松良 楊晨 黃安榮

關鍵詞：汽車燃油蒸發;壓降法;GB18285-2018;國產全志T3芯片;機電一體化設計

汽油是一種極易揮發的液體，而揮發的油氣中碳氫成分是環境污染的重要來源之一[2]。由于汽車燃油蒸發系統（簡稱EVAP系統）泄漏所產生的油氣[3]，以及車載油氣回收裝置和加油站油氣回收技術不能完全回收的油氣[6]，因此汽車燃油蒸發排放污染物是汽油車造成化學、霧霾等環境污染的主要問題之一。我國在《汽油車污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》（GB18285-2018）第10.1.2條第二款要求[1]：規范汽油車燃油蒸發排放控制系統檢驗操作，加強汽油車排放控制，減少蒸發排放，防治大氣臭氧污染。

因此，有必要對燃油蒸發排放進行研究和測試，而研制相應的精確測量儀器設備可以為控制燃油蒸發排放污染物的研究提供有利依據。開發一款檢驗“燃油蒸發排放控制系統”[4]的儀器，檢測更低燃油蒸發排放，提高檢測的準確性，具有十分重要的社會經濟價值。通過比較分析幾種檢測泄露的方法，儀器最終采用密閉室法和壓降法兩者結合的技術，具有自動檢漏和自動測量功能。

本文將最優化設計方法應用于儀器開發，以實現儀器操作方便、測量準確、工作可靠。

1汽車燃油蒸發測試儀檢測原理和方法

汽車燃油蒸發檢測有以下兩種基本方法：流量法和壓降法。流量法是向被檢測系統持續注入一定目標值的壓力并檢測流量，當壓力達到目標值后，若壓力源有流量進入被檢測系統，則有泄漏;反之。則無泄漏。壓降法是向被檢測系統注入一定的正壓或負壓，然后停止注入壓力并觀察壓力是否有變化，如果壓力變化，說明有泄漏;如果壓力不變，說明無泄漏[5]。

汽車燃油蒸發測試儀采用高精度表壓壓力傳感器對車輛加油口和油箱蓋進行壓力損失動態測試，即壓降法。加油口和油箱蓋壓力損失測試可同時進行，也可單一進行。

首先油箱蓋壓力檢測，可以采用流量法和壓降法進行測試。依據《廣東省汽油車燃油蒸發排放控制系統檢驗操作指南（試行）》，本文采用壓降法動態測試壓力損失，首先在標準環境狀態（23℃，101.35kPa）下，卸下受檢車輛的油箱蓋安裝到燃油蒸發測試儀上進行測試，測試儀自動對油箱蓋加壓至7000±250Pa，測試儀軟件自動記錄10s測試過程中的壓力動態損失，如果壓力損失超過1500Pa，則測試結果不合格。

其次加油口壓力檢測，按照規定，測試儀對油箱直接加壓到3500±250Pa的初始壓力，再按照國標GB18285-2018的相關要求對壓力損失進行判斷。首先，在初始壓力下，測試儀進行10s的連續壓力動態監測，證明壓力穩定性，不存在較大的燃油蒸發泄漏，壓力損失不得超過1250Pa，如果超過了這個值，應當再嘗試兩次進行檢測。其次，在通過10s的壓力連續監測后，才能進行120s的壓力損失測試，在20～120s測量期間，測試儀如果在任意時刻測得的壓力超過以下公式1計算結果[1]，可對壓力測試做出快速通過的決定，否則測試儀要持續進行壓力監測120s后停止加壓，如果壓力損失不超過1500Pa，則加油口壓力測試結果合格。

2汽車燃油蒸發測試儀總體設計

汽車燃油蒸發測試儀總體設計包括四大部分：空氣壓縮機;氣源處理器;制氮機;壓力檢測控制系統。具體設計如圖1所示：

其中壓力檢測控制系統不僅實時動態檢測燃油蒸發的壓力損失;同時檢測大氣參數：環境壓力、環境溫度、環境濕度。

3汽車燃油蒸發測試儀硬件設計

本文硬件包括系統管理層和系統接口層，主要論述人機交互界面和壓力檢測控制系統的設計。硬件設計了一種基于國產全志T3芯片的多通道檢測平臺，可實現壓力、溫度、濕度數據實時采集和傳輸，具體設計如圖2所示：

系統管理層即壓力檢測控制系統硬件包括：T3芯片主板、人機界面、報警系統、RS232串口通訊、USB通訊、WiFi通信。其中，人機界面完成人機交互，報警系統警告檢測壓力過大，RS232串口和USB通訊方便汽車檢測站連接PC機進行數據交換，WiFi通信傳輸實時測量數據。系統接口硬件包括：氮氣進口、油箱蓋和加油口通道壓力傳感器、環境溫度、濕度、壓力傳感器。

全志T3芯片為汽車級芯片，能適應嚴酷的工作環境，是全志在智能工控領域的一款高性能、超高效處理器。T3采用ARMCortex-A7架構，較高的硬件電路的集成度，不僅增強了硬件系統工作的可靠性和穩定性，而且極大簡化了測試儀的設計難度。T3運行頻率高達1.2GHz，配備Mali400MP2圖形處理器及多種顯示接口，并具有豐富的行業應用接口，適合應用于檢測儀器等工控行業。T3配套使用的PMIC支持外部電源、USB、鋰電池三種供電方式，并集成了供電路徑選擇和鋰電池充放電管理功能，可以實現硬件電路的最優化設計。

4汽車燃油蒸發測試儀軟件設計

本文軟件設計采用Android嵌入式操作系統+應用程序架構。軟件主要在T3芯片主板完成，利用ARM實現對壓力信號接收、解析、通訊和存儲，動態反映壓力信號的特性，并且把測量結果通過WiFi通信實時傳送到相關監測部門。

應用程序的人機界面在鍵盤驅功、觸摸屏驅動和圖形GUI的基礎上，實現用戶和測試儀的交互式管理，主要完成壓力檢測實時顯示、參數設置、數據校準、數據通訊、數據存儲管理等功能。其中圖形GUI包括：顯示圖層驅動、顯示設備驅動、背光驅動、enhance驅動和capture驅動。

測試儀的軟件設計包括兩大部分：壓力信號檢測系統;油箱蓋適用車型。其中壓力信號檢測系統是系統重點，所有的壓力測量、分析和處理都在這個模塊完成，它包括加壓、減壓、自檢、測量等多種功能。油箱蓋適用車型分12種類型，分別以阿拉伯數字表示。

5實驗分析

本文設計的汽車燃油蒸發測試儀為：佛山翰創檢測儀器有限公司MKE5001型。實驗的結果見下圖4，測量誤差小于±0.2%。

（1）本實驗的目的是檢驗佛山翰創MKE5001型汽車燃油蒸發測試儀的設計性能，主要是測量精確度和測量效率，測量結果不僅達到國家標準的要求，而且性能指標達到預期目標。

（2）佛山翰創MKE5001型測試儀，全部采用國產芯片，擁有完全的知識產權，在環境監測和環保方面具有一定的社會經濟價值。

（3）佛山翰創MKE5001型測試儀在系統線性動態響應速度、整體性能方面達到預期設計目標，目前產品在小批量試產階段。

6結語

本文詳細闡述了一款經濟實用型汽車燃油蒸發測試儀的設計方案，對儀器的檢測原理和方法、測試步驟、總體設計、軟硬件設計做了完整說明，并簡要介紹了實驗結果，實現了汽油車蒸發排放的動態檢測。對儀器進行試驗驗證表明，其操作便捷、性能穩定，測試準確度符合國家標準，并且自動化程度較高，能夠達到減少測試人員勞動強度和難度的設計目的。目前因條件所限，后續應盡可能在惡劣試驗環境測試燃油蒸發測試儀的可靠性，同時探究能夠在野外沒有市電供電情況下的測量系統。