一款汽车燃油蒸发测试仪的动态特性研究与实验分析

摘要：汽车燃油蒸发测试仪，是为了适应汽油车在线动态检测需要而研发设计的专用精密仪器。它采用注入一定的正压或负压的压降法，国产全志T3芯片机电一体化设计，仪器响应快速、准确，自动化程度高。其零点漂移、稳定性、可靠性、重复性都符合国家标准GB18285-2018的相关要求，它为汽车燃油蒸发排放的检测提供了重要手段。

汽油是一种极易挥发的液体，而挥发的油气中碳氢成分是环境污染的重要来源之一 [2]。由于汽车燃油蒸发系统（简称 EVAP 系统）泄漏所产生的油气 [3]，以及车载油气回收装置和加油站油气回收技术不能完全回收的油气 [6]，因此汽车燃油蒸发排放污染物是汽油车造成化学、雾霾等环境污染的主要问题之一。我国在《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB18285-2018）第 10.1.2 条第二款要求 [1]：规范汽油车燃油蒸发排放控制系统检验操作，加强汽油车排放控制，减少蒸发排放，防治大气臭氧污染。

因此，有必要对燃油蒸发排放进行研究和测试，而研制相应的精确测量仪器设备可以为控制燃油蒸发排放污染物的研究提供有利依据。开发一款检验“燃油蒸发排放控制系统”[4] 的仪器，检测更低燃油蒸发排放，提高检测的准确性，具有十分重要的社会经济价值。通过比较分析几种检测泄露的方法，仪器最终采用密闭室法和压降法两者结合的技术，具有自动检漏和自动测量功能。

本文将最优化设计方法应用于仪器开发，以实现仪器操作方便、测量准确、工作可靠。

1 汽车燃油蒸发测试仪检测原理和方法

汽车燃油蒸发检测有以下两种基本方法：流量法和压降法。流量法是向被检测系统持续注入一定目标值的压力并检测流量，当压力达到目标值后，若压力源有流量进入被检测系统，则有泄漏；反之。则无泄漏。压降法是向被检测系统注入一定的正压或负压，然后停止注入压力并观察压力是否有变化，如果压力变化，说明有泄漏；如果压力不变，说明无泄漏 [5]。

汽车燃油蒸发测试仪采用高精度表压压力传感器对车辆加油口和油箱盖进行压力损失动态测试，即压降法。加油口和油箱盖压力损失测试可同时进行，也可单一进行。

首先油箱盖压力检测，可以采用流量法和压降法进行测试。依据《广东省汽油车燃油蒸发排放控制系统检验操作指南（试行）》，本文采用压降法动态测试压力损失，首先在标准环境状态（23 ℃，101.35 kPa）下，卸下受检车辆的油箱盖安装到燃油蒸发测试仪上进行测试，测试仪自动对油箱盖加压至 7 000±250 Pa，测试仪软件自动记录 10 s 测试过程中的压力动态损失，如果压力损失超过 1 500 Pa，则测试结果不合格。

其次加油口压力检测，按照规定，测试仪对油箱直接加压到 3 500±250 Pa 的初始压力，再按照国标 GB18285-2018 的相关要求对压力损失进行判断。首先，在初始压力下，测试仪进行 10 s 的连续压力动态监测，证明压力稳定性，不存在较大的燃油蒸发泄漏，压力损失不得超过 1 250 Pa，如果超过了这个值，应当再尝试两次进行检测。其次，在通过 10 s 的压力连续监测后，才能进行 120 s 的压力损失测试，在 20~120 s 测量期间， 测试仪如果在任意时刻测得的压力超过以下公式 1 计算结果 [1]，可对压力测试做出快速通过的决定，否则测试仪要持续进行压力监测 120 s 后停止加压，如果压力损失不超过 1 500 Pa，则加油口压力测试结果合格。

2 汽车燃油蒸发测试仪总体设计

汽车燃油蒸发测试仪总体设计包括四大部分：空气压缩机；气源处理器；制氮机；压力检测控制系统。具体设计如图 1 所示：

其中压力检测控制系统不仅实时动态检测燃油蒸发的压力损失；同时检测大气参数：环境压力、环境温度、环境湿度。

3 汽车燃油蒸发测试仪硬件设计

本文硬件包括系统管理层和系统接口层，主要论述人机交互界面和压力检测控制系统的设计。硬件设计了一种基于国产全志 T3 芯片的多通道检测平台，可实现压力、温度、湿度数据实时采集和传输，具体设计如图2 所示：

系统管理层即压力检测控制系统硬件包括：T3 芯片主板、人机界面、报警系统、RS232 串口通讯、USB 通讯、WiFi 通信。其中，人机界面完成人机交互，报警系统警告检测压力过大，RS232 串口和 USB 通讯方便汽车检测站连接 PC 机进行数据交换，WiFi 通信传输实时测量数据。系统接口硬件包括：氮气进口、油箱盖和加油口通道压力传感器、环境温度、湿度、压力传感器。

全志 T3 芯片为汽车级芯片，能适应严酷的工作环境，是全志在智能工控领域的一款高性能、超高效处理器。T3 采用 ARM Cortex-A7 架构，较高的硬件电路的集成度，不仅增强了硬件系统工作的可靠性和稳定性，而且极大简化了测试仪的设计难度。T3 运行频率高达 1.2 GHz，配备 Mali400 MP2 图形处理器及多种显示接口，并具有丰富的行业应用接口，适合应用于检测仪器等工控行业。T3 配套使用的 PMIC 支持外部电源、USB、锂电池三种供电方式，并集成了供电路径选择和锂电池充放电管理功能，可以实现硬件电路的最优化设计。

4 汽车燃油蒸发测试仪软件设计

本文软件设计采用 Android 嵌入式操作系统 + 应用程序架构。软件主要在 T3 芯片主板完成，利用 ARM 实现对压力信号接收、解析、通讯和存储，动态反映压力信号的特性，并且把测量结果通过 WiFi 通信实时传送到相关监测部门。应用程序的人机界面在键盘驱功、触摸屏驱动和图形 GUI 的基础上，实现用户和测试仪的交互式管理，主要完成压力检测实时显示、参数设置、数据校准、数据通讯、数据存储管理等功能。其中图形 GUI 包括：显示图层驱动、显示设备驱动、背光驱动、enhance 驱动和 capture 驱动。

测试仪的软件设计包括两大部分：压力信号检测系统；油箱盖适用车型。其中压力信号检测系统是系统重点，所有的压力测量、分析和处理都在这个模块完成，它包括加压、减压、自检、测量等多种功能。油箱盖适用车型分 12 种类型，分别以阿拉伯数字表示。具体如表 1：

5 实验分析

本文设计的汽车燃油蒸发测试仪为：佛山翰创检测仪器有限公司 MKE5001 型。实验的结果见下图 4，测量误差小于 ±0.2%。

（1）本实验的目的是检验佛山翰创 MKE5001 型汽车燃油蒸发测试仪的设计性能，主要是测量精确度和测量效率，测量结果不仅达到国家标准的要求，而且性能指标达到预期目标。

（2）佛山翰创 MKE5001 型测试仪，全部采用国产芯片，拥有完全的知识产权，在环境监测和环保方面具有一定的社会经济价值。

（3）佛山翰创 MKE5001 型测试仪在系统线性动态响应速度、整体性能方面达到预期设计目标，目前产品在小批量试产阶段。

6 结语

本文详细阐述了一款经济实用型汽车燃油蒸发测试仪的设计方案，对仪器的检测原理和方法、测试步骤、总体设计、软硬件设计做了完整说明，并简要介绍了实验结果，实现了汽油车蒸发排放的动态检测。对仪器进行试验验证表明，其操作便捷、性能稳定，测试准确度符合国家标准，并且自动化程度较高，能够达到减少测试人员劳动强度和难度的设计目的。目前因条件所限，后续应尽可能在恶劣试验环境测试燃油蒸发测试仪的可靠性，同时探究能够在野外没有市电供电情况下的测量系统。

参考文献：

[1] 汽油车污染物排放限值及测量方法:GB18285-2018[S].

[2] 何彦彬,杜晓琳,刘维峰.浅析汽车燃油蒸发控制系统[J].汽车实用技术,2015(3):11-12,39.

[3] 王程,常思勤,许善珍.汽车燃油蒸发排放测试系统的远程虚拟仪器实现[J].汽车技术,2007(2):33-35.

[4] 刘圣华,谷超平,李喆洋,等.乘用车燃油蒸发排放OBD诊断替代车检泄漏试验[J.中国公路学报,2021(6):265-273．

[5] 张郁森,吴明,张耀轩.汽车燃油蒸发排放控制系统检测方法研究[J].公路与汽运,2021(5):8-10.

[6] 方妍月.汽车燃油蒸发系统泄漏监测方法研究[D].镇江:江苏大学,2019.