汽车尾气检测系统的设计

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1、毕业论文题 目: 汽车尾气检测系统的设计学生姓名: 贺达磊 专 业: 汽车制造与装配 班 级: 汽制1403 指导教师: 刘自辉 2016年11月摘 要摘 要本论文是在当前汽车尾气污染不断加重和汽车尾气检测标准越来越高的形势下提出的，汽车尾气中含有CO、HC、NOx等主要化合物这些尾气对人体有害并且影响自然环境，这已发展成为严重的社会问题。对汽车排放污染物的治理，是世界性的环保课题。它推动了汽车工业的革命，同时带动了燃料、净化技术及监测仪器等相关产业的发展。常用的气体分析方法中，红外光学吸收方式仪器的优点是精度和灵敏度高、响应速度快、测量范围大、选择性、稳定性和可靠性好，可以快速和连续检测。因

2、此受到各国重视，获得广泛应用。本论文尽可能消除环境干扰影响，提高尾气检测的精确性。能够在实际中根据结果评价发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状况。本文通过对汽车尾气检测系统的设计，展开了以下工作：一是模拟信号采集、处理及A/D转换，本文在数据采集的过程中由于外界的干扰，导致测试的结果不够准确，针对外界的干扰分析了环境影响，此环境包括温度、压力、湿度等；二是在环境的影响基础上，本文进一步用试验来验证在不同的温度和压力下，尾气检测结果不同；三是利用汽车尾气取样设备，把尾气送入仪器，尾气在通过气室的过程中，红外传感器产生模拟信号。传感器直接产生的模拟信号一般都比较微弱，并且有干扰信

3、号，必须对它们进行放大、滤波，并有效地排除干扰信号；四是各项参数数值的计算，并根据检测结果受环境影响的大小，采用不同的补偿方法，最终得到正确的结果。关键词：汽车尾气 红外线 检测 系统设计目录目 录第一章 绪论11.1 汽车尾气的危害11.2 对汽车尾气进行检测的意义2第二章 影响排放污染物的主要因素32.1 汽车发动机自身内部因素的影响32.2 环境因素对检测结果的影响5第三章 汽车尾气检测系统检测方法及原理73.1 非扩散型红外线分析仪(NDIR)73.2 氢火焰离子型分析仪(FD)83.3 化学发光法分析(CLD)9第四章 汽车尾气检测系统的设计104.1 汽车尾气检测系统的介绍104.

4、2 系统硬件构成分析及抗干扰措施114.3 系统软件设计13结束语15参考文献16致 谢17第一章 绪论第一章 绪论1.1汽车尾气的危害随着我国改革开放事业的深入发展和作为我国国民经济支柱产业的汽车工业的崛起以及人们生活水平的不断提高，汽车越来越多地进入百姓的中间。汽车的发展在给人民经济活动和日常生活提供方便的同时，也带来了严重的环境污染。1995年全国机动车排放C0总量达到2200万吨：NOx排放总量超过140万吨，而且大部分集中在城市区域。与国外城市相比，90年代东京拥有机动车约400万辆，而CO和NOx排放基本稳定在10万吨和5万吨左右。1995年北京的汽车保有量仅为100万辆，而CO和

5、NO，的排放量却分别超过了100万吨和1 0万吨，远远高于东京。近10年我国生产的汽车的排放污染虽有所改善，但与发达国家相比差距仍然很大。随着城市建设速度加快，高楼林立，更加不利于空气的扩散，使汽车排放加大了空气污染程度，并逐步成为城市大气的主要污染源之一。1998年世界卫生组织列出的“世界十大污染严重城市”中，我国就占了7个。与国外相比，这些城市的汽车保有量不大，但城市中CO、HC和N0x对大气污染的分摊率却达到了发达国家水平。汽车排放的污染物对人体健康和生态环境造成了很大的影响，特别是儿童、老人、孕妇以及心脏病和肺病患者，更容易受到伤害。另外，空气污染还会损害生态环境，污染河流湖泊，危及野

6、生动植物的生存。目前，对汽车排放污染物的控制主要是设法减少CO、HC和NOx，它们是造成大气污染的主要原因，也是汽车尾气中对人体构成危害的主要物质。在汽车排出的尾气中浓度最大有害气体是CO，而现代城市空气污染中80%左右的CO来自于汽车排放。CO是无色、无味的窒息性易燃有毒气体。它与血红素的亲和力比氧气与血红素的亲和力要大210多倍，而血红素担负着向人体器官和组织输送氧气的重任。因此，CO侵入体内便会很快与血液中的血红素相结合而成为羧基血红素(Carboxyhem0910bin，简写为COHb)，使血液的输氧能力降低而引起缺氧。这对心脏病和呼吸系统疾病患者特别有害。即使健康的人吸入一定量的C0

7、后会也会产生中毒，出现反应迟钝、恶心、头晕、疲劳等症状，严重时会使人窒息死亡。排放汽车的碳氢化合物来自三种排放源。对一般汽油发动机来说，约60的碳氢化合物来自内燃机废气排放，2025来自曲轴箱的泄漏，其余的1 520来自燃料系统的蒸发。汽车排放污染物除了对人体健康造成严重危害之外，还会对大气环境造成深远影响。近20年的研究结果表明，汽车的排放污染物对环境影响不仅是局0部的，许多影响还可以扩展到大气层中很远的距离甚至其他地区，并存在很长时间。目前，全世界有10亿多城市人口的健康受到空气污染的威胁。据世界卫生组织估计。我国11个大城市中，空气中的烟尘和颗粒物每年使数万人死亡，40多万人感染上慢性支

8、气管炎。世界银行估计，因空气污染导致的医疗成本增加以及工人生病丧失生产力使得中国GDP被抵消掉5。因此，控制汽车排放污染，改善人类生存环境，已经刻不容缓。1.2对汽车尾气进行检测的意义新车生产型式认证和生产一致性检验中对排放尾气的检测手段和控制比较严格、规范，因此，新出厂汽车的排放达标率较高。但是，由于我国近几年汽车保有量增长迅猛，用户分散，对在用汽车的定期检查和维护工作不够严格和规范，因此，在用汽车技术状况变坏导致的排放污染比较严重。即使在发达的欧美国家，研究和统计数字也表明，在用汽车中大约1015属于高排放车，这些汽车的排放占汽车污染物总排放的5060。由此可以推算我国在用汽车中高排放车的

9、排放污染占汽车污染总排放的比例会更高。因此，控制汽车尾气排放给大气带来的污染，改善人类赖以生存的质量，是摆在我们面前的一项非常迫切的任务。在治理汽车排放的措施中，除了制定严格可行的汽车排放法规，推动汽车生产企业开发和应用先进的汽车排放控制技术，降低出厂新车的污染物排放以外，科学准确地对在用汽车尾气进行检测，适时地对汽车进行良好维护，是减少汽车排放的重要手段。美国等发达国家推行的I/M(Inspection/Maintenance)(检查/维护)制度是世界公认的控制在用汽车排放污染的有效方法，它强制要求在用汽车定期进行排放检测，对不合格的车辆在指定的维修网点进行有针对性的维修，达标后方可继续使用

10、。第二章 影响排放污染物的主要因素第二章 影响排放污染物的主要因素影响汽车排放污染物的主要因素很多也很复杂。有汽车的内部因素产生的影响，但这些排放物都是化学反应燃烧的产物，主要的影响因素空燃比(AF)、点火提前角()等。其次是环境因素对检测结果的影响。2.1 汽车发动机自身内部因素的影响2.1.1 空燃比 空燃比是混合气中空气与燃料质量之比，通常用AF表示。使1kg汽油完全燃烧按化学当量计算需要14.7kg空气，空燃比等于14.7，称为理论空燃比；燃烧1kg燃料实际供给的空气量与理论空气量之比称为过量空气系数。空燃比支配着发动机的动力性、经济性和排气清洁性，是发动机最重要的控制参数。当实际空燃

11、比比理论空燃比稍小时(AF=13.514)，燃烧火焰的温度最高。燃烧速度最大时的空燃比比火焰温度最高时的空燃比更小一点(AF=1213)。燃烧速度越快，燃烧压力越高，发动机的输出功率越大，因此AF=1213的稍大的空燃比被称为功率空燃比。但是，燃油消耗率最低时的空燃比要比理论空燃比稍大，AF=16左右，这种稍大的空燃比称为经济空燃比。图2-1 排放浓度与空燃比的关系 图2-2 三元催化器的空燃比特性曲线空燃比与汽油机排气有害成分的关系如图2-1所示。由图2-1可知，混和气越浓，由于空气不足，燃烧不完全，NOx排放不多，但HC、CO的排放增多；混和气越稀，燃烧完全，HC、CO的排放减少，但NOx