汽车废气分析仪数据读取系统设计与分析

高婷李传红谭镇

（惠州市环境科学研究所，广东 惠州 516001）

0. 言

汽车排放是城市大气环境污染的一个主要污染源，大约超过60%～80%的空气污染物由车辆排放所致。汽车排放检测设备主要有两大类：一类是在高精度的实验室运行的车辆排放物的检测系统，该系统包括台架控制系统、气体分析系统，还有测试循环的系统、CVS（定容采样系统、温度、湿度、压力稀释的控制）等系统，该类设备结构庞大，价格相当昂贵，一般用于汽车新产品的定型及车辆排放的研究工作等。另一类是通用型的用于汽车排放物浓度测量的检测系统，该类系统较简单，成本相对较低，它包括了气体分析系统、泵气过滤去湿系统等，可广泛用于车辆的定期排放检测、车辆排放的路边检测等[1-2]。

国内的排放检测设备技术相对落后于国外，测量精度较低，稳定性较差，数据处理能力较差，不能对发动机的一些主要运行参数（影响汽车排放）进行实时检测，也不能对净化器效率进行分析，体积大，结构比较复杂。国内目前使用的先进的五气分析仪器都是进口设备（如日本 HORIBA公司和德国AVL公司的产品），这些设备有些体积庞大，不便于维修和携带，而有些便携式的不但价格极其昂贵，不易维护和保养，同时由于语言和习惯方面的原因，不易操作，需要培训。这些因素都限制了高性能的环保排放检测设备的普及[3-5]。

针对便携式汽车废气分析软件固化于硬件，数据储存能力有限，且与通用计算机通讯不方便，进口设备单独提供收费软件，而国产设备则一般不提供。利用通用计算机跟便携式汽车废气分析仪串口连接，本系统实现了废气排放数据自动的采集，自动保存等功能并克服了同类软件运行不稳定，容易造成数据丢失的缺点，为废气分析以及汽车发动机综合分析提供实时、准确数据。

1.统设计

采用VC++ 6.0编写软件，可以实现串口数据的输入、处理和输出。废气分析系统操作界面，如图1所示。程序设置好硬件接口后，就可以实现自动采集功能。

整个程序除了废气分析仪接口程序外，还包括用户数据输入/输出程序，EXCEL存储数据。通过编写程序，可以实现数据的直接打印。

软件具体功能如下：

（1）软件界面能动态显示废气分析采集到的HC、CO和NOx等主要排放污染物的数据，并每隔40秒刷新一次界面。

（2）软件能实现废气分析采集到的 HC、CO和 NOx等主要排放污染物的数据的动态保存，软件每40秒把采集到的数据存储于同一TXT文档中。

（3）软件连接分析以后可通过“调零”“开泵”，“关泵”等按钮软件实现对废气分析仪软件操作。

（4）软件可实现对数据采集间隔的修改，简单易操作。

（5）软件保存数据格式统一，易于后期数据分析。

软件具体操作步骤如下：

（1）PC机与废气分析仪通过串口连接成功后，通过参看分配的串口号在软件界面中选择对应串口号（COM1~COM6），连接成功后会在软件界面显示软件分配

2.统功能和操作步骤

到的硬件地址。

（2）软件界面右上角提供了废气分析仪数据读取系统软件操作按钮，通过按“调零”“开泵”，“关泵”等按钮软件实现对废气分析仪数据读取系统软件操作。

（3）调试完成后利用软件界面左下角提供按钮实现数据采集前数据采样，数据保存设置（采样间隔和保存路径等）。

（4）设置完成后连续点击“开泵”，“开始/停止连续读书”按钮，即可实现废气分析仪数据动态采集和保存，如图2所示。

图1.气分析系统操作界面

图2.据动态采集显示图

（5）试验完成后点击“关泵”，并按左下角“退出按钮”即可。实验数据已保存在设置好的路径中。

3.统应用与分析

系统应用于某试验中心汽车燃用CNG/汽油两用燃料的排放测试试验中，真实数据回归结果分析，包括瞬态和稳态。得出空燃比与排放的回归关系（该关系用于SIMULINK的模型）；另一方面，得到空燃比、点火提前角分别与排放和功率（扭矩）的MAP图（10个点数据）和关系。软件实时工作情景如图 3所示，汽车燃用CNG底盘测功试验NOx数据连续采集分析如图4所示。

图3.件实时工作情景

空燃比与排放的关系如图5、图6和图7所示。其中，HC实验值Y1与空燃比X回归方程如下：Y1＝ 0.1669X4－9.1148 X3＋185.88 X2－1702.5 X＋6164.7，

式中：Y1——HC实验值，ppm，

X——空燃比，

用软件SPSS分析得相关系数R2= 0.9999，相关性极显著。

CO实验值Y2与空燃比X回归方程如下：

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

图4.车燃用CNG测试NOx数据采集分析图

式中：Y2——CO实验值，%，

X——空燃比，

用软件SPSS分析得相关系数R2= 0.9992，相关性极显著。

NO实验值Y3与空燃比X回归方程如下：

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

式中：Y3——NO实验值，ppm，

X——空燃比，

用软件SPSS分析得相关系数R2= 0.9994，相关性极显著。

图5.C与空燃比回归关系图

图6.O与空燃比回归关系图

图7.O与空燃比回归关系图

4.语

整个废气分析仪数据系统软件功能简明，操作简单并能实现实时的数据采集，显示，保存并对废气分析仪数据读取系统软件操作等功能。软件界面能动态显示废气分析采集到的HC，CO和NOx等主要排放污染物的数据，并可以动态刷新和存储数据。软件运行环境要求较低，一般PC机即可。系统应用于某试验中心汽车燃用CNG/汽油两用燃料的排放测试试验中，真实数据回归结果分析，包括瞬态和稳态，最终得出空燃比与排放的回归关系。

[1]骆美富,郑尧军,陈开考.随车式摩托车废气分析仪[J].机电工程,2008,25（6）：91～94.

[2]刘胜吉,高飞,王建.五气分析仪在通用小型汽油机排放试验中的正确使用[J].小型内燃机与摩托车,2007,36（4）：55～57.

[3]罗石.智能便携式五气分析仪的研究[D].镇江:江苏大学,2002.

[4]国家环境保护总局.HJ/T 290-2006 汽油车简易瞬态工况排气污染物测量设备技术要求[S].北京:中国环境出版社,2006.

[5]国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局.GB18176—2002 轻便摩托车排汽污染物排放限值及测量方法(工况法) [S].北京:中国标准出版社,2002.