【導(dǎo)讀】為保護(hù)環(huán)境，提高人民的生活質(zhì)量，汽車排放治理已成為各級政府部門的重要工作。實(shí)施要求,在用汽車的排放檢測方法由怠速/雙怠速法向工況法發(fā)展。穩(wěn)態(tài)加載工況法排放檢測系統(tǒng)，選用美國NI公司的LabVIEW軟件和VC++軟件為開發(fā)工具，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，獨(dú)立地設(shè)計(jì)出在穩(wěn)態(tài)加載工況下汽車排放污染物數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。機(jī)的加載量，同時(shí)采集系統(tǒng)所需的各種參數(shù)。

　　

【正文】 的氮與原子狀態(tài)的氧或氧分子與氮原子碰撞生成 NO。反應(yīng)式(29)左邊的氧原子除一 小部分由反應(yīng)式 (210)右邊生成的氧供給外，大部分由反應(yīng)式（ 28)的分解反應(yīng)生成。反應(yīng)式 (210)左邊的 N,主要靠反應(yīng)式右邊 (29)生成的氮原子供給。反應(yīng)式 (29)和 (210)生成的 NO是同一數(shù)量級的。從三個(gè)反應(yīng)式可以看出，氧氣的濃度對 NO的生成影響很大。溫度和時(shí)間對 NO 的生成量也有影響。氣體在高溫滯留的時(shí)間越長， NO 的生成量越大。因而汽油機(jī)排放的 NO 濃度主要取決于燃燒溫度、氧氣含量以及高溫滯留時(shí)間的長短 [7,8,9,10]。 影響氮氧化物生成的因素有空燃比、點(diǎn)火時(shí)間、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣管壓力和大氣濕度?？杖?比和點(diǎn)火時(shí)間的影啊比較大，它們都能影響燃燒時(shí)的燃燒室內(nèi)的溫度、壓力以及可利用的氧的濃度。轉(zhuǎn)速的影響在不同空燃比下表現(xiàn)不同 :在稀混合氣時(shí)由于燃燒速度慢，在高轉(zhuǎn)速情況下，大部分燃燒是在膨脹行程中壓力和溫度不太高時(shí)進(jìn)行的， NO的生成量減少。在濃混合氣時(shí)燃燒速度較 快，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高加強(qiáng)了缸內(nèi)氣體的擾動，使燃燒速度增加，熱損失降低，因此 NO 的生成增加。減小進(jìn)氣管壓力，使發(fā)動機(jī)負(fù)荷和溫度降低，殘余廢氣沖淡作用增強(qiáng)，使燃燒速度下降，結(jié)果是 NO 濃度隨進(jìn)氣管的壓力下降而減少。大氣中的水分在汽缸內(nèi)蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，使汽缸內(nèi)溫度下降，因此大氣濕度增大， NO 的生成減少。 此外冷卻水的溫度提高，不利于汽缸體的散熱，也會促使 NO的生成。 影響汽車尾氣排放的因素 在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、 點(diǎn)火時(shí)間、混合氣濃度、 水溫、燃燒室壁面溫度、排氣背壓及燃燒室表面沉積物對排放的影響。 汽油機(jī)轉(zhuǎn)速 汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化將引起充氣系數(shù)、點(diǎn)火提前角、空燃比、缸內(nèi)氣體流動、溫度以及排氣在排氣管中停留的時(shí)間等的變化。一般當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，缸內(nèi)氣體流動增強(qiáng)，燃油霧化質(zhì)量及均勻性得到改善，湍流強(qiáng)度增大，燃燒室溫度提高。這些都有利于改善燃燒，降低CO及 HC 的排放。對 NOx 的排放影響較復(fù)雜，隨空燃比不同會有不同的反應(yīng)。 負(fù)荷 如果維持混合氣空燃比及轉(zhuǎn)速不變，點(diǎn)火提前角調(diào)整到最佳點(diǎn)，則負(fù)荷增加對 HC 排放基本上沒有影響。因?yàn)樨?fù)荷增加雖然使缸內(nèi)壓力及溫度升高，激冷層變薄， HC在膨脹及排氣沖程的氧化加速，但 壓力升高使縫隙容積中的未燃烴儲存量增加 。而進(jìn)氣流量增加，南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載汽油車排放測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 39 頁 22 使排氣在排氣管高溫度段停留的時(shí)間縮短，從而抵消了前者對 HC 排放的有利影響。在上述條件下，負(fù)荷變化對 CO 的排放基本上也沒影響，但對 NOx 的排放有影啊。負(fù)荷增加，進(jìn)氣歧管壓力增加，缸內(nèi)溫度提高， NOx 排放增加，在使用稀混合氣時(shí)更明顯。 點(diǎn)火時(shí)間 空燃比一定時(shí)，隨著點(diǎn)火時(shí)間推遲 HC 及 NOx 的排放減少。 HC 減少的主要原因是點(diǎn)火時(shí)間延遲后，排氣溫度上升，使 HC在排氣行程及排氣道中的氧化加強(qiáng)。 NOx 降低的原因主要是由于點(diǎn)火延遲后，最高燃燒溫度直線下降 [1]。 混合氣濃度 HC 的濃度隨空燃比增加而減少 。但當(dāng)空燃比大于 18 時(shí)， HC 隨空燃比增大而增加，這主要是由于混合氣變稀后，產(chǎn)生部分燃燒及失火致使 HC排放增加。在空燃比小于 18時(shí)，隨 A/F 增大， HC排放減少的原因是由于混合氣變稀后，壁面淬熄層中燃料濃度減少以及在排氣行程和排氣道中氧濃度的增大從而使 HC進(jìn)一步氧化所致。 NOx 的排放在 16附近最大，比這個(gè)值小或大的空燃比都使 NOx 排放濃度降低。在稀混合氣一側(cè) NOx 降低的原因是由于最高燃燒溫度降低。在濃混合氣一側(cè)降低的原因是由于氧濃度的降低。可見在稀的 一側(cè)對 HC, NOx 及燃料消耗率都是有利的。但是混合氣太稀將使燃燒的穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致 HC 增加及有效耗油率上升。 汽油機(jī)冷卻水及燃燒室壁面溫度 提高汽油機(jī)冷卻水及燃燒室壁面溫度，可降低縫隙容積中儲存的 HC 的濃度，減少激冷層的厚度，改善縫隙容積逸出的 HC 及激冷層擴(kuò)散出來的燃油的氧化條件，而且可改善燃油的蒸發(fā)、分配 。提高排氣溫度，這些都使 HC排放物減少。 排氣背壓 排氣背壓增加會使未燃烴濃度高的排氣留一部分在缸內(nèi)，并在下一循環(huán)中燒掉，因此排氣的 HC 濃度將降低。然而，如果排氣背壓過大，則留在缸內(nèi)的廢氣過多， 稀釋了混合氣，燃燒惡化，排氣中的 HC 反而會增加。 燃燒室壁面沉積物 燃燒室壁面沉積物的主要成分有兩類 :一種是燃油中抗爆震添加劑氧化分解生成的各種鹽 。另一種是燃油及潤滑油未完全燃燒的碳元素。這類物質(zhì)多呈微孔型，能吸附混合氣中的燃料，在排氣過程中再釋放出來。因此，燃燒室壁面沉積物的增加將使 HC 排放量增加。隨沉積物厚度的增加，發(fā)動機(jī)的壓縮比也隨著增加，導(dǎo)致最高燃燒溫度升高， NOx 排放量增加。 綜上所述，發(fā)動機(jī)的工況對汽車尾氣排放有直接影響，為保證檢測結(jié)果的真實(shí)性、精南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載汽油車排放測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 39 頁 23 度和重復(fù)性，汽車尾氣污染物簡易工況法測試過程 中，必須保證汽車運(yùn)行在規(guī)定的工況范圍內(nèi)，即在尾氣污染物測量時(shí)的車速和加載負(fù)荷在規(guī)定的范圍內(nèi)。 第 三 章 穩(wěn)態(tài)加載工況法 排放 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載工況法排放檢測系統(tǒng) 的 構(gòu)建 為了能準(zhǔn)確快速地檢測出在 穩(wěn)態(tài)加載 工況下汽車的排放污染物的含量，必須借助必要的檢測設(shè)備才行。 構(gòu)建的 ASM 測試系統(tǒng)主要由 底盤測功機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、 A/D 數(shù)據(jù)采集板、晶閘管調(diào)壓器、尾氣檢測儀、司機(jī)助、傳感器等 組成 ， 如圖 31 所示。 圖 31穩(wěn)態(tài)加載 工況系統(tǒng)總圖 整個(gè)系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)汽車檢測工況控制和汽車排氣污染物測試。在系統(tǒng)檢測過程中實(shí)時(shí)采集各傳感器的信號，經(jīng)分析整理后由工控機(jī)輸出特定的控制信號。系統(tǒng)中底盤測功機(jī)加載裝置采用電渦流測功器，主控計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集板，實(shí)時(shí)采集底盤測功機(jī)車速、扭矩等信號，在軟件分析的基礎(chǔ)上經(jīng)分析判斷計(jì)算后實(shí)時(shí)向晶閘調(diào)壓南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載汽油車排放測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 39 頁 24 器輸出數(shù)字控制信號，通過改變調(diào)壓器的輸出電壓達(dá)到改變電渦流測功機(jī)吸收功率的目的。主控計(jì)算機(jī)與廢氣分析儀的信號傳輸，既可通過數(shù)據(jù)采集板的 A/D 通道，亦可通過RS232數(shù)字串行通信接口實(shí)現(xiàn)。根據(jù)排氣污染物檢測 要求，主控計(jì)算機(jī)向晶閘管調(diào)壓器控制單片機(jī)、廢氣分析儀等輸出控制信號。主控計(jì)算機(jī)還將檢測要求工況和實(shí)際運(yùn)行工況的相關(guān)參數(shù)顯示在司機(jī)助上，通過司機(jī)助可以將汽車的運(yùn)行狀態(tài)如速度和工況運(yùn)行時(shí)間等必要參數(shù)顯示出來，檢測員可根據(jù)這些參數(shù)控制汽車的運(yùn)行狀態(tài)，以滿足 ASM 檢測工況的要求。主控計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集板采集空氣溫度、濕度和大氣壓力信號，用于測量值的校正。 本設(shè)計(jì)中 ,系統(tǒng)硬件主要依據(jù)汽車與交通運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行選用。 測控計(jì)算機(jī)采用臺灣研華公司 601 型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，處理器為 PⅢ 800。 數(shù)據(jù)采集板采用北京華遠(yuǎn) 公司 HY8021A 型多功能數(shù)據(jù)采集板。 底盤測功機(jī)選用的是 AHSELP300 型底盤測功機(jī) ,該底盤測功機(jī)自帶的控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)恒速和恒扭驅(qū)動輪輸出功率的測量。基本慣量為 310kg，滾筒直徑為 318mm,滾筒中心距550mm ,最大車速為 250km/h。底盤測功機(jī)有車速和扭矩信號處理、放大電路和模擬量輸出端口，其中車速信號輸出是頻率信號，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室自制的 F/V變換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號后，輸?shù)?HY8021A 型多功能數(shù)據(jù)采集板的 A/D 端口。 廢氣分析儀選用的是 FLA502 型廢氣分析儀，采用不分光紅外吸收法原理 ,對機(jī)動車排放廢氣中的 HC、 CO及 CO2濃度進(jìn)行檢測，采用電化學(xué)傳感器對 O2及 NO 濃度進(jìn)行檢測。 空氣溫度、濕度和大氣壓力傳感器采用 ACOIE 型三功能一體式傳感器，其信號輸入FLA502 型廢氣分析儀，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過 RS232 通訊接口采集。 晶閘管調(diào)壓器采用晶閘管移相調(diào)壓器，工控機(jī)通過控制晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)調(diào)壓器輸出電壓的控制。本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)試驗(yàn)工況的測量軟件，不涉及工況控制部分。 檢測 設(shè)備 各部分功用 底盤測功機(jī) 測功機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)適用于最大總質(zhì)量不大于 3500kg 的 M類、 N類車 輛，根據(jù)檢測錄入的車輛參數(shù)，測功機(jī)應(yīng)能自動選擇測試工況的加載功率。 一、測功機(jī)功率吸收裝置： （ 1）設(shè)定的測功機(jī)加載功率允許波動范圍為177。 。 設(shè)定測功機(jī)對車輛的加載功率時(shí)應(yīng)考慮到車輪與滾筒表面的摩擦損失功率和測功機(jī)內(nèi)部損失功率，并按下列公式進(jìn)行功率設(shè)定。 Pi=PtPcPf 南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載汽油車排放測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 39 頁 25 P=Pi+Pc 式中： P—— 設(shè)定功率值，根據(jù)基準(zhǔn)質(zhì)量和試驗(yàn)工況確定， kw； Pi—— 測功機(jī)的指示功率， kw； Pt—— 車輛規(guī)定工況的輸出功率， kw； Pf—— 測功機(jī)滾筒與輪胎表面摩擦損失功率， kw； Pc—— 測功機(jī)內(nèi)部損失功 率， kw。 （ 2） 測功機(jī)功率吸收裝置應(yīng)能滿足最大總質(zhì)量（ GVM）小于 3500kg的 M類、 N類車輛進(jìn)行 ASM5025和 ASM2540工況時(shí)的試驗(yàn)載荷要求。 在滾筒轉(zhuǎn)速大于 ， 功率吸收裝置吸收的功率應(yīng)不少于 15kw，穩(wěn)定的試驗(yàn)狀態(tài)應(yīng)不少于 5min，每次試驗(yàn)間隔 3min，連續(xù)試驗(yàn)應(yīng)不少于 10次。 （ 3） 測功機(jī)應(yīng)定期標(biāo)定系統(tǒng)的內(nèi)部損失功率（包括軸承摩擦損失、系統(tǒng)驅(qū)動摩擦損失和風(fēng)阻損失等）。 （ 4） 應(yīng)使用電功率吸收裝置。在 0 ℃到 40 ℃環(huán)境范圍內(nèi)，測功機(jī)在 25 km/h 和 40km/h 的轉(zhuǎn)速下 ，吸收功率應(yīng)能以 為單位進(jìn)行調(diào)整。功率設(shè)定的準(zhǔn)確度應(yīng)為177。 。 二、滾筒 測功機(jī)應(yīng)裝備雙滾筒。滾筒直徑為 200 mm 到 530mm 之間，同一地區(qū)的檢測項(xiàng)目應(yīng)采用配備同一直徑滾筒的底盤測功機(jī)?？刹捎米笥铱梢苿邮綕L筒或固定式滾筒。固定式滾筒內(nèi)外跨距要求能滿足輕型車工況檢測的安全要求。 滾筒中心距要求 L=（ 620+D）179。 176。 L—— 滾筒軸間距， mm； D—— 滾筒直徑， mm。 滾筒軸間距公差為 ～ 。 在任何氣候條件下，滾筒尺寸、表面處理和硬度均應(yīng)保證輪胎不打滑； 測試距離、速度、精度恒定；輪胎磨損小、噪聲低。 三、 慣量 （ 1） 基準(zhǔn)慣量 測功機(jī)應(yīng)配備機(jī)械飛輪或慣量模擬裝置使測功機(jī)具有不得低于 900kg177。20kg 的基準(zhǔn)慣量；并應(yīng)在銘牌上標(biāo)明基準(zhǔn)慣量。 （ 2） 慣量模擬 測功機(jī)應(yīng)能模擬基準(zhǔn)質(zhì)量小于 3500kg 的車輛在加速度為 0～ m/s2 時(shí)的瞬態(tài)慣南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 穩(wěn)態(tài)加載汽油車排放測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 39 頁 26 量。慣量為 800～ 2700kg，速度為 90km/h 的車輛加速時(shí)測功機(jī)最大模擬輸出功率應(yīng)大于18kw。應(yīng)標(biāo)明慣量模擬偏差，慣量模擬并應(yīng)做相應(yīng)修正。 （ 3） 慣量模擬系統(tǒng)響應(yīng) 慣量模擬扭矩響應(yīng)在 內(nèi)應(yīng)達(dá)到扭矩變 化終值的 90%。 （ 4） 慣量模擬誤差 慣量模擬誤差應(yīng)不超過被試車輛所選慣性質(zhì)量的177。 3%。 四、 其它要求 測功機(jī)應(yīng)有滾筒轉(zhuǎn)速測量裝置。測功機(jī)應(yīng)能達(dá)到的最高車速為 90km/h。車速大于 10km/h 時(shí)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為177。 。 測功機(jī)應(yīng)配備限位系統(tǒng)。限位系統(tǒng)應(yīng)保證施加于驅(qū)動輪上的水平、垂直方向的力對排放測量沒有影響。測功機(jī)應(yīng)配備冷卻車輛的裝置。環(huán)境溫度超過 22℃時(shí)冷卻系統(tǒng)應(yīng)啟動。應(yīng)避免冷卻車輛催化轉(zhuǎn)化器。測功機(jī)的安裝應(yīng)保證測試車輛在測功機(jī)上試驗(yàn)時(shí)處于水平位置 , 四輪驅(qū)動測功機(jī)應(yīng)能按規(guī)定對車輛正確加載，不 能損壞車輛的四輪驅(qū)動系統(tǒng)，并適用于加裝防抱死制動系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)的車輛。前后車輪滾筒速度同步誤差應(yīng)小于 。 測量儀器 排氣分析儀 取樣系統(tǒng)應(yīng)有水氣分離系統(tǒng)、顆粒過濾裝置、取樣泵和流量控制單元，應(yīng)保證可靠耐用，無泄漏并且易于維護(hù)。與取樣氣體接觸的制造材料不能與取樣氣體發(fā)生反應(yīng)并且不污染取樣氣體或改變被分析氣體的特性。取樣系統(tǒng)必須耐腐蝕 ,并能耐受 ASM 工況檢測過程中車輛的排氣溫度。取樣探頭插入車輛排氣管深度應(yīng)不小于 400mm，所用材料應(yīng)能耐受600176。 C 的排氣 溫度。排氣分析儀應(yīng)能測試雙排氣管車輛。雙取樣探頭應(yīng)保證各支管流量相同。排氣通風(fēng)系統(tǒng)不應(yīng)引起探頭取樣點(diǎn)尾氣被稀釋且不能引起車輛排氣出口壓力變化大于 。排氣分析儀應(yīng)能滿足至少每秒一次的廢氣濃度測試能力。 下列情況系統(tǒng)取樣分析應(yīng)自動停止工作： —— 排氣分析儀未進(jìn)行充分預(yù)熱； —— 無關(guān)氣體干