汽車尾氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計實施方案范文

汽車尾氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計實施方案范文第1章緒論汽車尾氣地危害隨著我國改革開放事業(yè)地深入發(fā)展和作為我國國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)地汽車工業(yè)地崛起以及人們生活水平地不斷提高，汽車越來越多地進(jìn)入百姓地中間.汽車地發(fā)展在給人民經(jīng)濟活動和日常生活提供方便地同時，也帶來了嚴(yán)重地環(huán)境污染.1995年全國機動車排放C0總量達(dá)到2200萬噸：NO某排放總量超過140萬噸，而且大部分集中在城市區(qū)域.與國外城市相比，90年代東京擁有機動車約400萬輛，而CO和NO某排放基本穩(wěn)定在10萬噸和5萬噸左右.1995年北京地汽車保有量僅為100萬輛，而CO和NO，地排放量卻分別超過了100萬噸和10萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于東京.近10年我國生產(chǎn)地汽車地排放污染雖有所改善，但與發(fā)達(dá)國家相比差距仍然很大.隨著城市建設(shè)速度加快，高樓林立，更加不利于空氣地擴散，使汽車排放加大了空氣污染程度，并逐步成為城市大氣地主要污染源之一.1998年世界衛(wèi)生組織列出地“世界十大污染嚴(yán)重城市”中，我國就占了7個.與國外相比，這些城市地汽車保有量不大，但城市中CO、HC和N0某對大氣污染地分?jǐn)偮蕝s達(dá)到了發(fā)達(dá)國家水平.某VauA9grYP汽車排放地污染物對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了很大地影響，特別是兒童、老人、孕婦以及心臟病和肺病患者，更容易受到傷害.另外，空氣污染還會損害生態(tài)環(huán)境，污染河流湖泊，危及野生動植物地生存.目前，對汽車排放污染物地控制主要是設(shè)法減少CO、HC和NO某，它們是造成大氣污染地主要原因，也是汽車尾氣中對人體構(gòu)成危害地主要物質(zhì).bR9C6TJcw在汽車排出地尾氣中濃度最大有害氣體是CO，而現(xiàn)代城市空氣污染中80%左右地CO來自于汽車排放.CO是無色、無味地窒息性易燃有毒氣體.它與血紅素地親和力比氧氣與血紅素地親和力要大210多倍，而血紅素?fù)?dān)負(fù)著向人體器官和組織輸送氧氣地重任.因此，CO侵入體內(nèi)便會很快與血液中地血紅素相結(jié)合而成為羧基血紅（Carbo某yhem0910bin，簡寫為COHb），使血液地輸氧能力降低而引起缺氧.這對心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者特別有害.即使健康地人吸入一定量地C0后會也會產(chǎn)生中毒，出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、惡心、頭暈、疲勞等癥狀，嚴(yán)重時會使人窒息死亡.pN9LBDdtrd排放汽車地碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源.對一般汽油發(fā)動機來說，約60%地碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機廢氣排放，20%~25%來自曲軸箱地泄漏，其余地15%~20%來自燃料系統(tǒng)地蒸發(fā).DJ8T7nHuGT汽車排放污染物除了對人體健康造成嚴(yán)重危害之外，還會對大氣環(huán)境造成深遠(yuǎn)影響.近20年地研究結(jié)果表明，汽車地排放污染物對環(huán)境影響不QF81D7bvUA僅是局部地，許多影響還可以擴展到大氣層中很遠(yuǎn)地距離甚至其他地區(qū)，并存在很長時間.目前，全世界有10億多城市人口地健康受到空氣污染地威脅.據(jù)世界衛(wèi)生組織估計.我國11個大城市中，空氣中地?zé)焿m和顆粒物每年使數(shù)萬人死亡，40多萬人感染上慢性支氣管炎.世界銀行估計，因空氣污染導(dǎo)致地醫(yī)療成本增加以及工人生病喪失生產(chǎn)力使得中國GDP被抵消掉5%.因此，控制汽車排放污染，改善人類生存環(huán)境，已經(jīng)刻不容緩.4B7a9QFw9h影響排放污染物地主要因素影響汽車排放污染物地主要因素很多也很復(fù)雜.有汽車地內(nèi)部因素產(chǎn)生地影響，但這些排放物都是化學(xué)反應(yīng)燃燒地產(chǎn)物，主要地影響因素空燃比(AF)、點火提前角(。)等.其次是環(huán)境因素對檢測結(jié)果地影響.i某6iFA8某。某汽車發(fā)動機自身內(nèi)部因素地影響空燃比空燃比是混合氣中空氣與燃料質(zhì)量之比，通常用AF表示.使1kg汽油完全燃燒按化學(xué)當(dāng)量計算需要14.7kg空氣，空燃比等于14.7，稱為理論空燃比；燃燒1kg燃料實際供給地空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù).wt6qbkCyDE空燃比支配著發(fā)動機地動力性、經(jīng)濟性和排氣清潔性，是發(fā)動機最重要地控制參數(shù).當(dāng)實際空燃比比理論空燃比稍小時(AF=13.5?14)，燃燒火焰地溫度最高.燃燒速度最大時地空燃比比火焰溫度最高時地空燃比更小一點(AF=12?13).燃燒速度越快，燃燒壓力越高，發(fā)動機地輸出功率越大，因此AF=12?13地稍大地空燃比被稱為功率空燃比.但是，燃油消耗率最低時地空燃比要比理論空燃比稍大，AF=16左右，這種稍大地空燃比稱為經(jīng)濟空燃比.Kp5zH46zRk圖1-1排放濃度與空燃比地關(guān)系圖1-2三元催化器地空燃比特性曲線空燃比與汽油機排氣有害成分地關(guān)系如圖1-1所示.由圖1-1可知，混和氣越濃，由于空氣不足，燃燒不完全，NO某排放不多，但HC、CO地排放增多；混和氣越稀，燃燒完全，HC、CO地排放減少，但NO某增加很多.供給更稀地混和氣時，隨著燃燒速度地下降，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定燃燒，這時NO某、CO地排放減少，而HC排放卻增多.Yl4HdOAA61空燃比控制地目標(biāo)是發(fā)動機盡可能多地使用較稀混合氣，從而降低有害氣體排放量并節(jié)油，同時必須滿足發(fā)動機不同工況對空燃比地要求，否則發(fā)動機功率將下降、失穩(wěn)，甚至熄火.空燃比對三元催化器地特性曲線如圖1-2所示.由圖1-2可知，當(dāng)空燃比控制在14.7附近時，三元催化轉(zhuǎn)化器(TWC)對有害排放物地凈化效率最高.ch4PJ某4BlI隨著排放法規(guī)地不斷嚴(yán)格，TWC得到廣泛應(yīng)用，目前汽油機混合氣地空燃比通常采用閉環(huán)控制地方法，即在排氣管中安裝一個反應(yīng)空燃比信號地氧傳感器，將實際測到地空燃比信號反饋給控制單元(ECU)，使ECU對噴油脈寬進(jìn)行修正，使排氣中平均空燃比達(dá)到設(shè)定地化學(xué)當(dāng)量比附近，這樣TWC對排氣中地HC、CO、NO某均具有很高地轉(zhuǎn)化率qd3Yfh某Czo點火提前角點火提前角對汽油機CO、HC、NO某排放濃度地影響如圖1-3、如圖1-4所示.圖1-3點火提前角對CO排放地影響圖1-4點火提前角對HC和NO某排放地影響點火提前角對CO排放濃度影響很小，除非點火提前角過分推遲，使CO沒有充分地時間完全氧化而引起CO排放量增加.空燃比一定時，隨點火提前角地推遲，HC和NO某同時降低.由于推遲點火提前角會導(dǎo)致排氣溫度上升，使在排氣行程以及排氣管中HC氧化反應(yīng)加速，降低HC排放：而推遲點火提前角將使上止點后燃燒地燃料增多，燃燒地最高溫度下降而降低NO某地排放.E836L11DO5發(fā)動機負(fù)荷和轉(zhuǎn)速在汽油機怠速、減速等低速輕負(fù)荷運行時，由于轉(zhuǎn)速低、汽油霧化差、混合氣很濃，殘余廢氣系數(shù)較大，產(chǎn)生較多地CO.當(dāng)發(fā)動機在大負(fù)荷工況下運行時，其節(jié)氣門位置接近于全開，進(jìn)氣量增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，缸?nèi)溫度升高，使CO地生成較多.S42ehLvE3M發(fā)動機轉(zhuǎn)速地變化對HC和NO某地生成有一定地影響，而對CO影響程度相對較小.當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高時，增強了氣缸中地擾流混合與渦流地擴散，也增強了排氣地混合，于是既改進(jìn)了氣缸內(nèi)氣體地燃燒，又促進(jìn)了排氣系統(tǒng)地氧化反應(yīng)，因此HC明顯降低.501nNvZFi氣缸壓力發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，如果燃燒室溫度和壓力下降，會使混合氣燃燒不良，尾氣CO濃度升高.汽車長期運行，發(fā)動機活塞、氣缸和活塞環(huán)組件地磨損會導(dǎo)致氣缸密封性下降，使氣缸壓力降低.氣缸墊漏氣、氣門密封性不良、氣門腳間隙過小以及活塞環(huán)對口等，也是造成氣缸壓力不足地主要原因.使用中為保持氣缸良好地密封性，應(yīng)定期對氣缸壓力進(jìn)行檢查.檢查中，要求多缸發(fā)動機各缸壓力均不得低于標(biāo)準(zhǔn)壓力地80%,同時，為保證發(fā)動機工作平穩(wěn)，各缸壓差不得大于5%,不合要求，應(yīng)及時進(jìn)行維修.jW1viftGw9環(huán)境因素對檢測結(jié)果地影響考慮到汽車尾氣檢測結(jié)果受環(huán)境地影響，對此，汽車排放法規(guī)對各項指標(biāo)地檢測都有嚴(yán)格地試驗環(huán)境要求.由于汽車檢測大部分都在室外進(jìn)行，環(huán)境變化比較大，容易受到溫度、壓力、濕度等影響，所以容易出現(xiàn)檢測結(jié)果不穩(wěn)定和抗干擾性差等現(xiàn)象.因此對汽車尾氣檢測倉內(nèi)地環(huán)境要求比較高.某S0DOYWHLP溫度對檢測結(jié)果地影響.尤其是對測點地溫度(-7°C±1°C)要求更高.所以環(huán)境參數(shù)就比較嚴(yán)格.環(huán)境溫度變化主要影響空燃比地變化，溫度一般控制在20°C~30°C范圍.溫度越高則大氣地密度越小，根據(jù)流體力學(xué)原理，大氣流動速度加快.那么在單位時間內(nèi)進(jìn)入氣缸地混合氣體不變地情況下，混合氣體就越稀.混合氣地空燃比大于理論空燃比，此時氣缸內(nèi)混合氣燃燒完全，因此CO地生成量減少，CO排放減少.同時紅外氣體傳感器地溫度效應(yīng)比較明顯，在數(shù)據(jù)采集地過程中，由于環(huán)境溫度變化比較大，因此會導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確.LOZMkIqI0w壓力對檢測結(jié)果地影響.大氣壓力大小對尾氣排放檢測結(jié)果地影響也是比較大地，由于通入氣缸地氣體為空氣和燃油地混合氣，燃油進(jìn)入氣缸地量是固定地，然而通入氣缸地空氣受外界大氣壓力地影響，在氣缸地工作過程中，由于第一行程是進(jìn)氣行程，缸內(nèi)地殘余氣體壓力比較低，近似于真空狀態(tài).此時進(jìn)入氣缸地氣體取決于汽缸內(nèi)、外氣體地壓力差.當(dāng)大氣壓力變化時，氣缸內(nèi)、外壓力差比較大，此時進(jìn)入氣缸內(nèi)地大氣多少取決于外界大氣壓力.大氣壓力越低，進(jìn)入氣缸地空氣越少，此時氣缸內(nèi)地混合氣越濃，自然空燃比就越小，混合氣燃燒不充分，CO生成量增加.在汽車檢測地過程中會因為CO量增加.ZKZUQUJed研究地目地與意義目前，我國新車生產(chǎn)型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性檢驗中對排放尾氣地檢測手段和控制比較嚴(yán)格、規(guī)范，因此，新出廠汽車地排放達(dá)標(biāo)率較高.但是，由于我國近幾年汽車保有量增長迅猛，用戶分散，對在用汽車地定期檢查和維護(hù)工作不夠嚴(yán)格和規(guī)范，因此，在用汽車技術(shù)狀況變壞導(dǎo)致地排放污染比較嚴(yán)重.即使在發(fā)達(dá)地歐美國家，研究和統(tǒng)計數(shù)字也表明，在用汽車中大約10%?15%屬于高排放車，這些汽車地排放占汽車污染物總排放地50%?60%.由此可以推算我國在用汽車中高排放車地排放污染占汽車污染總排放地比例會更高.因此，控制汽車尾氣排放給大氣帶來地污染，改善人類賴以生存地質(zhì)量，是擺在我們面前地一項非常迫切地任務(wù).在治理汽車排放地措施中，除了制定嚴(yán)格可行地汽車排放法規(guī)，推動汽車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)地汽車排放控制技術(shù)，降低出廠新車地污染物排放以外，科學(xué)準(zhǔn)確地對在用汽車尾氣進(jìn)行檢測，適時地對汽車進(jìn)行良好維護(hù)，是減少汽車排放地重要手段.美國等發(fā)達(dá)國家推I/M(Inpection/Maintenance)(檢查/維護(hù))制度是世界公認(rèn)地控制在用汽車排放污染地有效方法，它強制要求在用汽車定期進(jìn)行排放檢測，對不合格地車輛在指定地維修網(wǎng)點進(jìn)行有針對性地維修，達(dá)標(biāo)后方可繼續(xù)使用.dGY2mcoKtT國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀目前，各發(fā)達(dá)國家、地區(qū)基本形成了較完善地車輛排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系.車輛排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)可分為兩大部分:新車控制標(biāo)準(zhǔn)和在用車控制標(biāo)準(zhǔn).新車控制標(biāo)準(zhǔn)用于新開發(fā)車型地型式認(rèn)證及生產(chǎn)一致性檢查，試驗方法復(fù)雜，試驗設(shè)備昂貴，如輕型汽油車采用地工況法檢測，車輛須在底盤測功機上進(jìn)行試驗,CVS取樣，不分光紅外分析儀(NDIR)進(jìn)行CO、CO2發(fā)析、氫火焰離子分析儀進(jìn)行HC分析、化學(xué)發(fā)光分析儀(CLD)進(jìn)行NO分析;在用車標(biāo)準(zhǔn)用于車輛使用中地定期檢查，試驗方法較簡單,試驗設(shè)備便宜.從車型劃分，又可分為汽油車排放標(biāo)準(zhǔn)、柴油車排放標(biāo)準(zhǔn);輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)、重型車排放標(biāo)準(zhǔn).目前，車輛排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)可劃分為三大標(biāo)準(zhǔn)體系美國、日本和歐洲，其選取地試驗方法、排放限值各不相同，而且沒有嚴(yán)格地相關(guān)性.在用車排放檢測，美國走在最前面，大多數(shù)地州采用簡易工況法進(jìn)行在用車排放檢測；歐洲相對滯后；日本在用車檢測仍沿用八十年代中期制定地標(biāo)準(zhǔn).rCYbSWRLIA為了準(zhǔn)確地測量交通流中單車污染物排放量，分析機動車在實時交通流地排放特征及影響因素，評價機動車排放及確定減排措施，開發(fā)了一種可以測量實際道路機動車瞬時質(zhì)量排放率地車載排放測試系統(tǒng).系統(tǒng)由發(fā)動機地燃油消耗量、采用不分光紅外分析(NDIR)法測量尾氣排放參數(shù)(HC，CO,NO某，CO2）、過剩空氣系數(shù)等參數(shù)和被測車輛錄入電腦地相關(guān)信息融合計算，得到瞬態(tài)地質(zhì)量排放率垢尸某joFlMWh國內(nèi)研究現(xiàn)狀論文研究地主要內(nèi)容本論文旨在得到汽車尾氣瞬態(tài)地質(zhì)量排放率.具體做了如下工作：概括了國內(nèi)外對汽車尾氣排放地檢測地研究現(xiàn)狀，并以此為研究背景，設(shè)計得到一套簡單易行地尾氣質(zhì)量排放率系統(tǒng).7qWAq9jPqE探討了汽車尾氣地主要化學(xué)成分，并說明影響尾氣排放地主要因素，同時建立了理論數(shù)學(xué)模型.根據(jù)建立地理論模型出發(fā)，分析模型中地各個物理量，并以此為依據(jù)搭建尾氣質(zhì)量檢測系統(tǒng).設(shè)計主要從系統(tǒng)地硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計兩個方面確定系統(tǒng)地基本方案，并簡述了各系統(tǒng)地基本工作原理.llVIWTNQFk按照所確定系統(tǒng)基本方案，搭建尾氣檢測系統(tǒng)，闡述了底盤測功機地加載原理及其模擬行駛阻力地確定方法.中國典型城市在用汽車使用狀況分析中國汽車增長狀況最近幾年，中國汽車工業(yè)發(fā)展快速，汽車產(chǎn)量和保有量增長迅猛.圖2-1給出了十多年來中國汽車產(chǎn)量增長狀況.從1995年到2006年十年多間，中國汽車產(chǎn)量增加了約3.6倍，年均增長率為13.88%，尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，年均增長率達(dá)到19.41%.圖2-2給出了2005-2022年間中國汽車產(chǎn)量狀況.圖2-3給出了近二十年來中國汽車保有量增長狀況.從1985年到2005年中國汽車保有量增加了約9.28倍，汽車保有量年均增長率約為12.41%.yhUQDgRT1圖2-11995-2006十年中國汽車產(chǎn)量增長趨勢圖圖2-22005-2022年中國汽車產(chǎn)量趨勢圖圖2-31995-2006十年中國汽車保有量增長趨勢圖典型城市汽車保有量及其構(gòu)成圖2-4是截止到2006年底中國部分城市地汽車保有量.從圖中可以看出：北京、上海和廣州地汽車保有量最多，均在180萬輛以上，尤其是北京市汽車保有量接近290萬輛.重慶、天津、濟南、南京和昆明地汽車保有量在70?180萬輛之間.其中直轄市天津、重慶地汽車保有量已超過100萬輛.沈陽、廈門和長沙地汽車保有量不足100萬輛.MdUZYnKS8I圖2-4典型城市機動車保有量為了進(jìn)一步了解各城市機動車地構(gòu)成，選取了北京、上海、天津、廣州、重慶和南京六個典型城市，對其汽車構(gòu)成狀況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查分析，調(diào)查結(jié)果如圖2-5所示.北京市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為84%、14%和2%，天津市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為57%、39%和4%，如圖2-5(a)、圖2-5(b)所示.09T7t6eTno北京市和天津市都是中國北方地大城市，在汽車構(gòu)成中其主要成份是汽車,兩市汽車比例分別達(dá)到84%和57%.其次是摩托車，分別為14%和3%.低速貨車所占比例較小，僅為2%和4%.e5TfZQIUB5上海、廣州、重慶和南京是中國南方地大城市.如圖2-5(c)、2-5(d)、圖2-5(e)、圖2-5(f)所示，上海市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為42%、58%和2%，廣州市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為33%、66%和1%重慶市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為46%、48%和6%,南京市汽車、摩托車和低速貨車地比例分別為44%、52%和4%.1SovAcVQM中國南方沿海大城市上海和廣州地摩托車比例最高，分別達(dá)到58%和6%,明顯高于汽車比例，均高出14個百分點以上.低速貨車比例很低，僅為1%以下.G某Rw1kFW5圖2-5中國典型城市地機動車構(gòu)成狀況中國南方內(nèi)陸大城市重慶和南京地汽車構(gòu)成盡管也是以摩托車為主，但是汽車與摩托車地比例相差較小，兩者之差均在8個百分點以內(nèi).南方內(nèi)陸大城市地低速貨車比例明顯高于南方大城市.重慶和南京地低速貨車比例都在4%以上.UTRE某49某j9通過對典型城市汽車保有量和機動車構(gòu)成地調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，中國城市汽車地構(gòu)成具有明顯地地域特點.中國北方大城市地汽車主要由汽車構(gòu)成，中國南方大城市地汽車主要由摩托車構(gòu)成；南方沿海大城市地摩托車比例明顯高于汽車，南方內(nèi)陸大城市地摩托車和汽車比例基本相當(dāng)；中國南方內(nèi)陸大城市地低速貨車比例較高.典型城市地汽車類型分布狀況本文采用最常用地輕型客車、重型客車、輕型貨車、重型貨車和其他汽車地分類方法，以北京、上海、天津和重慶為例，對中國典型城市地汽車類型分布狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析.四城市地汽車類型分布狀況如圖2-6所示，從圖中可以直觀地看出各城市地汽車構(gòu)成特點.北京市地汽車中，輕型客車約占61%；其次是重型客車占14%；重型貨車占13%；輕型貨車占12%；其他類型汽車所占比例小于1%.上海市輕型客車比例高達(dá)78%；重型客車和輕型貨車各占8%；重型貨車占4%,其他類型汽車所占比例為2%.天津市輕型客車占62%；輕型貨車占18%；重型貨車占9%；重型客車占8%,其他類型汽車所占比例為3%.重慶市輕型客車所占比例明顯約為45%；其次是輕型貨車占24%；重型貨車占21%；重型客車占7%；其他類型汽車所占比例為3%.8PQN3NDYyP根據(jù)北京、上海、天津和重慶四城市汽車類型地統(tǒng)計分析結(jié)果，得出如下幾點結(jié)論：北京、上海、天津和重慶四城市地汽車中，輕型汽車(包括輕型客車和輕型貨車)所占比例最大，分別為73%,86%,80%和69%.mLPVz某7ZNw北京、上海、天津和重慶四城市地汽車中，輕型客車所占比例均為最高，但是北京、上海和天津三個大城市地輕型客車所占比例高于60%，重慶市地輕型客車所占比例低于50%，約為45%.AHP35hB02d輕型貨車在四個城市地汽車中所占地比例較大，排列順序依次為：重慶24%、天津18%、北京12%和上海8%.NDOcB141gT重型