車輛尾氣自主檢測系統(tǒng)的設(shè)計

山東德州學(xué)院汽車工程學(xué)院　代姣姣　于士軍

車輛尾氣自主檢測系統(tǒng)的設(shè)計

山東德州學(xué)院汽車工程學(xué)院代姣姣于士軍

2015年初冬，京津冀地區(qū)多個城市被霧霾籠罩空氣質(zhì)量指數(shù)爆表，汽車尾氣排放是導(dǎo)致霧霾橫行的眾多元兇之一。自1886年世界上第一輛內(nèi)燃機汽車誕生至今汽車工業(yè)發(fā)展迅速，得益于此我國汽車保有量正逐年增大。汽車這個為解放生產(chǎn)力而生的大型交通工具在為全社會提供便利服務(wù)的同時產(chǎn)生的負面影響已經(jīng)不容小覷。本文作者通過研究有關(guān)于汽車尾氣檢測原理及應(yīng)用方面的成果，提出汽車自主檢測尾氣排放的方法并在尾氣排放超限時限制車輛出行的構(gòu)想及簡單原理，旨在提高尾氣檢測力度，減輕尾氣污染。

汽車尾氣；大氣污染；車輛限行

1　背景介紹

汽車發(fā)動機通過一定工作行程用消耗燃料產(chǎn)生的能量帶動曲軸旋轉(zhuǎn)為汽車行駛提供動力，在此往復(fù)過程中產(chǎn)生的廢氣最后由排氣門經(jīng)尾氣排氣管排向大氣中，其中就包括氮氧化合物、一氧化碳、碳氫化合物等有害排放物和造成霧霾天氣的懸浮顆粒物。從第一輛內(nèi)燃機汽車誕生至今汽車生產(chǎn)技術(shù)全面提高，生產(chǎn)成本大幅度下降，城市中汽車保有量急劇增長。因此，世界各國制定了汽車排放控制法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，而且隨著節(jié)能和環(huán)保意識的提高，對汽車排放控制的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)日趨強化，來減少汽車尾氣排放物如CO、HC和NO的排放量［1］。

為了有效減輕汽車尾氣排放對我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境的影響，我國從上世紀(jì)八十年代初就開始對汽車尾氣污染防治的工作，相繼的制定并實施了相關(guān)的汽車尾氣污染防治政策，包含綜合性法律法規(guī)、專門性法規(guī)和排放標(biāo)準(zhǔn)等［2］。從法律法規(guī)方面規(guī)范尾氣排放的相關(guān)規(guī)定；汽車技術(shù)專業(yè)研究者從汽車技術(shù)層面入手，通過改進汽車燃油質(zhì)量、提高燃油利用效率、對尾氣進行催化轉(zhuǎn)化等措施減少汽車有害排放物的排放；環(huán)境保護研究學(xué)者通過了解氣體分散規(guī)律得出測量汽車尾氣排放量的具體可行方法。對排放系統(tǒng)及催化劑的相關(guān)研究有催化機理的研究、加強排放系統(tǒng)的空氣動力學(xué)研究、單獨進行排放系統(tǒng)所需空燃比的調(diào)節(jié)、研究適合稀燃料需要的催化劑、研究開發(fā)適合清潔燃料發(fā)動機的排放系統(tǒng)等方面［3］。除此之外，個體汽車車主也要按相關(guān)規(guī)定定期對汽車尾氣排放進行檢驗檢測，合格之后才可以上路行駛。

要求車主定期按規(guī)定對車輛尾氣排放進行檢驗檢測，這有效監(jiān)督和督促了車主對車輛尾氣排放主動負責(zé)。在檢測時間之外的日常使用中，部分車主可能會有如將三元催化轉(zhuǎn)化裝置卸掉的舉動以此來節(jié)省車輛使用成本，這種不負責(zé)行為的危害不言而喻。如果能實現(xiàn)對檢測日之外車輛的日常使用中尾氣排放量的自主檢測并及時有效的限制排放量超標(biāo)的車輛上路，對減少汽車尾氣排放污染物對大氣環(huán)境的影響將大有裨益。

2　車輛自主檢測系統(tǒng)

2.1概況

東北林業(yè)大學(xué)的牛鑫淼在對汽車排氣管內(nèi)氣體進行研究時通過對1.6升電控燃油發(fā)動機汽車總成內(nèi)部氣體的溫度和壓力進行測量，對結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機處于較低轉(zhuǎn)速時，排氣管內(nèi)部的氣體穩(wěn)定壓力較低，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升，排氣管內(nèi)部的氣體壓力值增大［4］。長春理工大學(xué)的俞峰在對汽車尾氣測量系統(tǒng)研究時通過不同的濾光片在同一光路中完成不同污染氣體濃度的測量，通過傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過反演氣體的光吸收曲線，得到汽車尾氣中一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物的濃度濃度［5］。在眾多專業(yè)學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)想通過檢測汽車尾氣排放量、借助執(zhí)行部件和相應(yīng)閥門在ECU的控制下實現(xiàn)對尾氣排放通道的開閉，進而實現(xiàn)車輛自主檢測尾氣排放量并在尾氣排放量超標(biāo)時阻止車輛上路的功能。

2.2系統(tǒng)功能模塊

圖1　系統(tǒng)功能模塊

主要組成部件：紅外線尾氣流量傳感器、尾氣排放通道開閉控制閥、ECU和執(zhí)行原件

2.2系統(tǒng)工作原理

在汽車排氣管處選擇合適位置安裝紅外線尾氣流量傳感器，在尾氣排放通道中選擇合適位置安裝尾氣排放通道開閉控制閥，將紅外線尾氣流量傳感器和尾氣排放通道開閉控制閥分別連接ECU和執(zhí)行器，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的接通。

尾氣排放時紅外線尾氣流量傳感器將尾氣排放信息通過電信號傳給ECU ECU根據(jù)排放量是否超標(biāo)來發(fā)送打開或是關(guān)閉尾氣排放通道開閉控制閥的指令尾氣排放通道開閉控制閥的開啟或關(guān)閉決定了車輛能否正常排放廢氣進而間接控制車輛能否正常上路行駛。

當(dāng)紅外線尾氣流量傳感器測得的汽車尾氣排放量在相關(guān)規(guī)定范圍以內(nèi)時ECU發(fā)送開啟尾氣排放通道開閉控制閥的指令，執(zhí)行器執(zhí)行，尾氣排放通道開閉控制閥開啟，車輛正常排放尾氣可以上路行駛；當(dāng)紅外線尾氣流量傳感器測得的汽車尾氣排放量超過相關(guān)規(guī)定范圍時，ECU發(fā)送關(guān)閉尾氣排放通道開閉控制閥的指令，執(zhí)行器執(zhí)行，尾氣排放通道開閉控制閥關(guān)閉，車輛不能正常排放尾氣的不能上路行駛。

2.3功能要求

紅外線尾氣流量傳感器、尾氣排放通道開閉控制閥、ECU和執(zhí)行原件之間接通配合良好；紅外線尾氣流量傳感器能準(zhǔn)確監(jiān)測汽車尾氣排放量并將其準(zhǔn)確地傳遞給ECU；執(zhí)行部件能及時準(zhǔn)確接收并執(zhí)行ECU發(fā)出的指令；尾氣排放通道開閉控制閥能可靠穩(wěn)定地實現(xiàn)尾氣排放開關(guān)的開閉。

3　總結(jié)展望

本文粗略介紹了相關(guān)法規(guī)規(guī)定的檢測日之外車輛的日常使用中，可以實現(xiàn)尾氣排放量的自主檢測并限制排放量超標(biāo)的車輛上路的系統(tǒng)方法設(shè)計，目的是加大尾氣檢測力度及范圍，盡可能減輕汽車尾氣排放物對大氣環(huán)境的不利影響。但所學(xué)知識有限，難免有不足之處，希望該設(shè)計盡快為控制尾氣污染起到行之有效的作用。

［1］陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.機械工業(yè)出版社，2014.197.

［2］宗芳.我國汽車尾氣防治政策研究.［D］.天津師范大學(xué)，2012.

［3］靳文強.發(fā)動機排放技術(shù)分析［J］.科技風(fēng)，2015.1.

［4］牛鑫淼.汽車排氣管內(nèi)部氣體狀態(tài)分析.［D］.東北林業(yè)大學(xué)，2014.

［5］俞峰.汽車尾氣測量系統(tǒng)研究.［D］.長春理工大學(xué)，2014.