汽车尾气分析仪设计

2024-08-14

汽车尾气分析仪设计（通用7篇）

汽车尾气分析仪设计篇1

1 概述

目前,汽车发动机燃油能量分配为:20%转换为机械能,作为动力;35%为尾气损失;35%为冷却液和机油损失;10%为摩擦损失[1]。如何提高发动机的热效率一直是人们关注的焦点,而对尾气能量的开发利用则是节能的重要途径之一。尾气发电技术是一种利用汽车发动机尾气进行发电,以提高发动机能量利用的技术。它主要利用尾气排出时的强大动力推动涡轮旋转,在适当的工况下带动发电机转子轴进行发电,以达到节约能源的目的[2]。

2 尾气发电系统介绍

2.1 发电机的选取

本设计以JF2525型有刷式带泵交流发电机为例,其相关技术参数可查阅汽车电工实用技术手册[3]。

2.2 同步带、同步带轮的设计

在同步带中,圆弧齿同步带和带轮的承载能力高、疲劳寿命长,传动时干涉和噪声也较小[4]。因此本次设计选择了圆弧齿同步带和带轮,带轮的槽型为8 m。

由热力学知识[5]知:当该系统稳定流动时,Q=0(外界没有热量传入),热力系的△E=0(E定值),所以得到:Wsh=(h1-h2)+1/2(C12-C22),其中:Wsh为轴功;h为焓值;C为速度。假设一台4气缸1.2 L发动机,排气管道直径为65 mm,在每分钟的转速为4 000转时计算:每2 000次完整的排一次气体,气体总量为V=2 000×1.2 L=2 400 L=2.4 m3,排气管道的直径为65 mm,由此可以得到尾气速度V=11 m/s(相当于6级强风,10.8-13.8),设发电装置的效率为0.79,则经发电装置后尾气速度为5 m/s,则单位时间单位质量输出功率为P=48 k W。

2.3 涡轮设计

根据发动机排气管道的直径为65 mm,本设计涡轮进气口直径为65 mm;为了使排出的气体速度尽可能小,则要求出气口的直径略大于进气口的直径,设计为85 mm;进气口道、出气口道壳的厚度为3 mm;叶轮轮毂直径选取为28 mm,叶轮叶片选取为11片,叶轮结构角为5度[6]。

2.4 发电装置设计

在实践和理论的基础上,利用尾气涡轮和发电技术相结合,研制设计出一种高效实用新型涡轮发电系统(见图1)。

图2显示了尾气发电装置在车中的安装位置,它处于发动机与发电机之间。

尾气发电装置主要有三部分组成:发动机转速识别系统、涡轮和自动连接装置。发动机转速识别系统主要用来判断发动机转速,以便发出指令确定发动机带轮、发电机转子和涡轮轴三者的连接关系;涡轮是用来把尾气的动能转化成轴的机械能的装置;自动连接装置是接受转速识别系统发来的指令进行发动机带轮、发电机转子和涡轮轴三者的连接的装置。

说明:汽车起步时,因需较大驱动力矩,所以用发动机驱动;起步后低速行驶时,用电机驱动;随着油门加大转速不断提高,需要对飞轮转速进行识别,如果转速满足设定需要(r>3 500),尾气开始推动涡轮进行旋转,涡轮带动同轴的发电机转子,使发电机进行发电,向蓄电池充电。如果飞轮转速不满足设定的需要(r<3 500),发动机排出的尾气不推动涡轮工作,继续由蓄电池提供动力,且此时发动机带动发电机发电。此时蓄电池也是边放电边充电。(备注:因为在转子旋转速度大于3 500 r/min时涡轮对排气影响不大,此时发动机处于高效区,燃料利用率较高)。

3 结语

汽车发动机尾气利用技术可有效地提高尾气利用效率,同时对减少排气污染、改善环境起到积极的作用,且具有显著的经济效益和社会效益,因而市场潜力广阔。但由于汽车尾气具有品位低、能量少、回收比较困难的特点,所以就要求尾气利用装备:一是要体积小、质量轻、效率高、且具有抗震性,以适应汽车行驶环境的需要;二是不增加排放背压,即对发动机的工作特性不产生明显的影响;三是要具有耐高温的特点,以保证工作装置的可靠性和汽车使用的安全性能。针对以上情况,必须在尾气利用装置技术的提高和研发上下功夫,才能使其得到进一步的应用和推广。

摘要：本文介绍了利用汽车尾气的动能发电技术的基本原理,基于CATIA设计了一种汽车尾气发电的装置,并介绍了尾气发电装置的结构及其布置形式。

关键词：汽车工程,尾气系统,涡轮发电系统,燃油经济性

参考文献

[1]蒋永清,梁原华.电磁流量计基波平均值信号处理方法的研究[J].哈尔滨理工大学学报,2002,7(4):36-38.

[2]薛子旺.汽车发动机尾气利用的现状与展望[J].拖拉机与农用运输机,2010,2.

[3]黄银娣.汽车电工实用技术手册[M].南京:江苏科学技术出版社,2005,1.

[4]汪恺.机械设计标准应用手册[M].北京:机械工业出版社,1997,8.

[5]沈维道.工程热力学.[M]北京:高等教育出版社,2001,38.

[6]王延生,黄佐生.车辆发动机废气涡轮增压[M].北京:国防工业出版社,1984,6.

汽车尾气分析仪设计篇2

兰州市西固区道路汽车尾气的污染分析与防治对策

在对污染现状调查的基础上,对兰州市西固区道路两侧的尾气污染的分布规律和原因进行了分析,并提出了防治的`措施.

作者：杨培桃 YANG Pei-tao 作者单位：兰州市第二十中学,甘肃兰州,730070 刊名：科技情报开发与经济英文刊名：SCI/TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 年，卷(期)： 17(23) 分类号：X831 关键词：污染汽车尾气兰州市西固区

汽车尾气排放治理对策分析篇3

关键词：尾气污染,燃油品质,新能源汽车,绿色交通

1 提高燃料品质

燃料品质和汽车发动机的燃烧过程及燃烧效果有着很大的关系, 改善燃料品质是控制汽车尾气污染非常重要的一个环节。首先必须淘汰掉含铅的汽油, 四乙基铅是一种低号汽油抗爆剂, 它进入大气被人体通过呼吸道和食物链进入人体后, 沉积在人体内, 会引起各种疾病, 尤其是对儿童和孕妇的危害最大是最大的。因此, 我们必须全面禁止使用含铅汽油, 同时还要对汽油中的硫含量、烯烃和芳香烃含量及饱和蒸汽量等化学物质给予严格控制, 以减少有害气体的生成, 减少汽油蒸发。同时, 汽油中加入适量清洁剂以减少胶质和沉积物, 也是提高燃烧措施之一。

2 加大发展新能源汽车力度

开发新一代车用能源动力系统, 加大发展新能源汽车力度。世界上所有汽车强国都在积极发展新能源汽车产业, 而且已经取得了比较显著的成效, 以我们国家北汽新能源汽车股份有限公司为例, 2013年, 北汽新能源销售了1600辆纯电动汽车, 而2014年则销售了5000多辆, 2015年第一季度他们已经销售了5000多辆, 由此可见新能源的发展速度之快, 但是要改变尾气排放的现状, 这个发展速度还远远不够的。国家扶持的力度如果再增加一些, 我们相信新能源汽车汽车的发展会更快, 届时尾气污染将不是我们讨论的话题了。纯电动汽车是绝度的零排放, 发展纯电动汽车我我国现状最主要的趋势, 纯电动汽车对控制尾气排放有很大的作用。与此同时, 发展新一代燃料电池电动汽车及其它混合动力电动汽车, 也是控制车辆排放污染的方法之一。

3 发展绿色交通

绿色交通广义上是指采用低污染, 适合都市环境的运输工具来完成社会经济活动的一种交通概念。狭义上指为节省建设维护费用而建立起来的低污染交通, 从交通方式来看, 绿色交通包括步行交通、自行车交通、常规公共交通和轨道交通。从交通工具上看, 绿色交通工具包括各种低污染车辆, 如双能源汽车、天然气汽车、电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等。绿色交通还包括各种电气化交通工具, 如无轨电车、有轨电车、轻轨、地铁等。它与解决环境污染问题的可持续性发展概念是一脉相承的。

绿色交通强调的是城市交通的“绿色性”, 主要是减轻交通拥挤, 减少环境污染, 合理利用资源。其本质是建立维持城市可持续发展的交通体系, 以满足人们的交通需求, 减少污染和噪音, 以最少的社会成本实现最大的交通效率。绿色交通理念应该成为现代城市轨道交通网络规划的指导思想, 将绿色交通理念注入到城市轨道交通网络规划优化决策之中, 研究城市的开发强度与交通容量和环境容量的关系, 使土地使用和轨道交通系统两者可持续发展。这种理念是三个方面完整统一结合, 即通达有序;安全舒适和低能耗、低污染。由此可知, 发展绿色交通体系是治理汽车尾气排放污染非常重要的一个措施。

4 完善汽车尾气强制检测与控制的法律相关规定

随着世界汽车工业的持续快速发展, 汽车保有量的急剧增加, 世界各国相继颁布了一系列有关汽车行业的政策法规, 汽车尾气排放相关法律是其中重要的组成部分, 这对汽车行业的发展, 起到了非常重要的指导、规范及促进作用。我们国家也不例外, 颁布了很多相关法律法规, 在这些政策法规的助力下, 中国汽车行业的成长取得了令人瞩目的成就。但我们应该注意的是, 汽车政策法规成长的步伐仍旧滞后于市场发展的步伐。

我国仅仅是“适应性”的政策调整, 从汽车行业的长远发展来看, 这已经远远不能解决问题, 因此我们必须从战略层面经行重新定位和调整。完善汽车行业相应法律法规, 对汽车行业的政府管理机制进行调整, 构建完整科学的法律法规体系, 这不仅仅有利于促进汽车行业的可持续发展, 提高汽车安全性、环保性、节能性的要求, 同时也有利于保护汽车消费者的更多合法权利, 也有利于资源节约型及环境友好型的和谐社会的建设。

我国控制尾气排放的政策主要包括以下几点:

(1) 严格执行车辆排放标准和法规, 严厉打击不法分子。国家早已颁布尾气排放的相关标准和法规, 首先我们必须严格执行这方面的法律法规及标准, 但是某些部门及个人为了追求自己的利益, 没有按照要求规定执行, 这严重违反了国家的相关规定, 因此我们要严厉打击这些不法分子, 坚决执行好尾气排放的法律法规。

(2) 节约现有燃料, 开发新燃料应用。提高发动机节能技术及整车技术水平, 可以节约现有燃料, 提高汽车燃油经济性。从长远来看, 新能源汽车开发和应用十分重要, 从根本上解决汽车的尾气污染问题, 如甲、乙醇, 液化石油, 压缩天然气, 太阳能等替代燃料都有广阔的前景。

(3) 加强车辆的检查力度和维修计划。制定详细的车辆检测与维修计划, 保证车辆能处在正常运行状态下运行, 减少尾气污染物的排放。

(4) 制定和完善车辆的排放标准, 规范在用车辆报废制定和完善法规及排放标准。

(5) 采用环境税。1) 环境税有助于治理环境;2) 环境税调节力度小;3) 环境税能产生经济效益。

“如果现在开展排污费, 最大的影响无非就是加大大家的使用负担, 提高汽车的使用成本。从市场上来说, 对需求量影响不大, 该买车的还是会买车, 但对结构上可能会有所影响, 促小不抑大, 这主要体现在原本打算买中排量车的人可能会改成买小排量车, 而买大排量车的还是照样会买大排量车。”贾新光表示, 征收排污费要真正抑制大排量、能耗高的车, 这是很难的。

(6) 排放税:排放税是针对终端消费者征收的, 政策现在仍只是在做前期的研究工作。

此外, 征收排放税符合国际惯例。在国际上, 治理机动污染大都以税的方式出现。希望能通过税收能控制汽车的行驶量, 从而减少排污量。

参考文献

[1]华爱红, 李丽, 丁良国.浅谈汽车尾气污染的危害及防护措施[J].科技.

汽车发动机尾气复合发电系统设计篇4

随着社会经济的发展, 人们对能源需求的与日俱增, 能源问题日见突出, 节能减排以及提高发动机热效率是当前汽车技术研究的重点。目前, 汽车燃料产生的能量仅三分之一左右得到有效利用, 也就是说汽车燃料中有近三分之的能量被浪费掉。这些能量绝大一部分都是以余热的形式散发到了空气中, 不仅浪费了大量能源, 还造成了非常严重的空气污染[1,2,3]。

1 系统设计依据

调查显示汽车发动机尾气带走的热量占燃料燃烧产生能量的近40%, 利用汽车发动机排放的废能是实现汽车节约能源、降低排放的一个重要研究方向。汽车发动机尾气的特点有:能量高, 约占燃料产生能量的40%;压力大, 达到0.4MPa左右;温度高, 达到900K以上。利用发动机尾气排放中的压力与余热驱动发电机发电, 给汽车用电设备供电或储存到蓄电池中, 这对于汽车的节能减排具有非常重要的意义, 不仅能够降低车辆能源消耗, 减少空气污染, 并且能够有效提高汽车的经济性、动力性等问题[2,4,5]。

2 汽车发动机尾气复合发电系统设计

汽车发动机尾气复合发电系统利用发动机高温高压尾气中的温度和压力, 采用涡轮和汽轮共同驱动发电机发电, 给汽车用电设备供电或将电能储存到蓄电池中。

2.1 系统设计思路

(1) 利用发动机高温高压尾气中的温度和压力, 使用涡轮和汽轮共同驱动发电机发电, 取代传统发电机给全车供电, 实现对发动机尾气压力和余热的充分利用。

(2) 在发动机排气总管上安装一个涡轮, 发电机跟涡轮同轴。从发动机气缸排出的高压尾气, 冲击涡轮转动, 涡轮带动发电机发电。

(3) 在发动机排气歧管和排气总管部分安装蒸发器, 在蒸发器上安装喷管, 喷管后方安装汽轮机, 发电机与汽轮机同轴。发动机气缸排出的高温尾气, 将余热传递给蒸发器中的工质, 工质蒸发从喷管喷出, 作用在汽轮机上, 汽轮机高速转动, 同时带动发电机一起转动发电[6,7,8]。

2.2 系统设计方案

汽车发动机尾气余热和压力复合发电系统的主要零部件有发动机、排气管 (包括三元催化转化器和排气消声器等) 、涡轮机、发电机、蒸发器 (包括蒸发工质) 、喷管、汽轮机、冷凝器、储液罐、工质泵、蓄电池等, 系统机构示意图如图1所示。

2.3 系统结构特点

(1) 叶轮发电系统。如图1所示, 在发动机的排气歧管和排气总管上设计安装壳管式蒸发器, 以吸收尾气中的热量。蒸发器连接喷管, 喷管后端连接汽轮机, 汽轮机固定在机架上, 汽轮机后连接冷凝器, 汽轮机和冷凝器通过液体传输管连接, 中间设有单向阀, 工质对汽轮做功后, 进入冷凝器进行液化;冷凝器与发动机冷却系冷却水管相连接, 通过冷却水对工质进行冷却液化;冷凝器和储液罐也通过液体传输管连接, 中间设有单向阀, 液化后的工质进入储液罐储存。工质泵一端用液体传输管连接储液罐, 另一端用液体传输管连接到蒸发器, 将液态工质从储液罐中泵出, 送往蒸发器, 在蒸发器中产生的高压过热蒸汽从喷管高速流入汽轮机, 喷管是渐缩喷管, 把蒸汽的热能转变成动能的结构原件。工质对汽轮机做功后经过冷凝器液化后进入储液罐储存。系统的管路和零部件必须具备良好的密封性能[6]。

蒸发器采用30~40根壳管式蒸发器, 材料采用导热性好的紫铜管, 紫铜管壳管与发动机排气歧管和排气总管紧密接触。

喷管是渐缩喷管, 在蒸发器中产生的高压过热蒸汽从喷管流入汽轮机, 随着喷管截面的逐步缩小, 流速逐渐加大, 直至最小截面管口处流速最高。

冷凝器为卧式壳管式冷凝器, 主要由外壳, 水箱, 换热铜管, 管板组成。冷凝器壳体采用不锈钢钢板卷制而成, 无缝黄铜管通过过盈连接的方式胀接在冷凝器内水箱的管板上。水箱通过分隔板分成第一水箱、第二水箱和第三水箱, 第一水箱和第三水箱可以拆卸。

冷却工质采用综合性能良好、使用最最广泛的中低温环保制冷剂R134a (1, 1, 1, 2- 四氟乙烷) 。

(2) 涡轮发电系统。如图1所示, 涡轮机进气管道和发动机排气总管相连, 固定于发动机机架上。涡轮机固定于传动轴一端, 并与汽轮机和发电机配合对接, 传动轴通过滑动轴承支撑固定, 为涡轮机、汽轮机和发电机共同转动轴。涡轮机出口连接发动机排气管。

(3) 电气设备。发电机与电压调节器构成发电系统, 与电气设备用导线连接起来, 发电机是一个将动能转变为电能的装置, 利用传动轴驱动。电压调节器实现对发电机输出电压的自动调节, 维持发电机的电压为给定水平, 电气设备包括汽车用电设备和蓄电池。

2.4系统工作过程

汽车发动机运行时, 发动机尾气由排气歧管排出, 具有一定压力、温度的尾气经过排气管。

(1) 安装在排气管上的蒸发器中的液态工质R134a吸收尾气的热量, 蒸发膨胀, 产生的高压蒸汽从渐缩喷管高速流入汽轮机, 且流速随着喷管截面的逐步缩小而逐渐加大, 直至最小截面管口处流速达到最大值, 高速气流冲击汽轮机的叶轮, 汽轮机高速转动, 驱动传动轴转动。气态R134a对汽轮机做功后, 进入冷凝器, 冷凝器与发动机冷却系冷却水管连接, 其外壳由不锈钢板卷制, 经过冷凝器液化的工质R134a进入储液罐储存, 冷凝器与储液罐中间设有单向阀, 防止液态工质回流。工质泵将储液罐中的液态R134a泵入蒸发器中, 下一个循环开始。

(2) 高压尾气通过排气总管进入涡轮机进气管道。由于进入涡轮机时尾气压力和温度迅速下降, 流速提高。高速气流按气流流势进入涡轮机进气管, 冲击涡轮叶片, 使涡轮机高速旋转, 通过涡轮机的尾气通过排气管排出, 最终排入大气。涡轮机高速旋转驱动与其固定安装在一起的传动轴旋转。

(3) 传动轴为涡轮机、汽轮机和发电机共同转动轴。传动轴的旋转带动发电机工作, 实现机械能向电能的转变, 从而实现尾气废能的有效利用, 以达到本系统的设计目的。

3结语

汽车发动机尾气复合发电系统在综合分析汽车废热能量回收利用技术的基础上, 提出充分利用尾气中的压力和余热, 采用涡轮和汽轮共同作用驱动发电机发电, 取代传统发电机给全车供电, 从而提升汽车燃料利用效率, 改善汽车的动力性、经济性和排放性等性能。系统在不对汽车发动机做过多改变的情况下, 不仅可以提高燃料利用率, 改善汽车动力性和经济性, 同时有效降低尾气中二氧化碳等有害物质的排放, 既节约能源, 又绿色环保, 将带来良好的社会效益和巨大的经济效益[3]。

摘要：节能减排以及提高发动机热效率是当前汽车技术研究的重点。文中简要介绍了利用发动机高温高压尾气中的温度和压力, 设计了采用涡轮和汽轮共同驱动发电机发电的系统, 介绍了系统的结构及工作过程。

关键词：发动机,尾气,复合发电

参考文献

[1]夏凯.汽车发动机废气余热热电转换装置结构优化设计[D].武汉理工大学, 2011 (05) .

[2]袁晓红, 汽车发动机尾气余热温差发电装置热电转换技术研究[D].武汉理工大学, 2012 (06) .

[3]薛子旺.发动机废气发电研究[D].河南农业大学, 2010 (06) .

[4]赵刚, 赵春彦, 朱建良.汽车尾气余热发电装置的电路设计[J].信息技术, 2005 (09) .

[5]安占飞, 于继翔.汽车尾气发电装置的设计[J].公路与汽运, 2012 (08) .

[6]杨智博.基于有机朗肯循环的柴油机废气余热发电系统研究[D].哈尔滨理工大学, 2006.

浅谈汽车尾气颜色的故障分析篇5

车主在开车时, 有的时候会从后视镜里注意到, 汽车正从排气管里往外“冒烟”。一般上, 汽车尾气或多或少都会带点颜色, 但是不同颜色有不同的意义, 这是车主不要轻易忽视的。根据调查分析, 汽车在行驶中所排放的汽车尾气颜色主要有:无色、白色、蓝色、黑色。

下面本文就汽车出现不同的尾气颜色进行故障分析。

1 无色尾气

恭喜了, 这车保养得不错。使用汽油做燃料的汽车正常时, 排出的尾气在夏天或说是天热时是没有颜色的, 在冬天和天气较冷时是白色的雾状水汽。

2 白色尾气

冬天早晨的时候大家经常会看见车辆起动时会排放出白色的尾气, 这是由于发动机中尚未达到能够正常运转的温度, 而经过一晚的“冬眠”, 在排气管中积聚了少量的水汽经发动机在加热后产生的结果。当发动机温度升高后, 冒白烟现象逐渐消失。但如果是持续冒白烟, 说明车辆所使用的汽油中有水或汽缸进水。自然因素导致进水影响有限, 但如果是水箱漏水或是管线漏水的话就需要仔细检查一下, 不然发动机的运转效率可要大打折扣。

2.1 故障现象:

汽车行驶中, 发动机排气管排出大量白烟。一种是乳白色, 另一种是水汽白烟, 且排气管口有水珠。

2.2 故障原因:

发动机运转时排气管排出大量白烟, 有两种情况:

(1) 排气管排出乳白色油雾。主要原因是燃油汽化不良, 没有燃烧便从排气管排出, 而形成乳白色烟。在冬季发动机起动时较为常见, 这是因为温度低, 燃油雾化不良所致。

(2) 排气管排出大量水汽白烟, 且排气管口有水珠。主要原因是冷却水蹿入气缸或汽油中含有水分而形成的水蒸气所致。

2.3 故障诊断与排除:

(1) 冬季或雨季停放的汽车初次发动时, 常常可以看到排白烟。这不要紧, 一旦发动机温度升高, 白烟就会消失, 此状况不必检修。

(2) 若发动机温度升高后排气管仍排出大量水汽白烟, 则表明冷却水蹿入气缸或汽油中含有水分而形成的水蒸气所致, 应予检查和排除。办法:检查发动机缸体、汽缸垫是否有损伤, 检查油箱内是否有积水。另外, 查看汽车说明书, 严格依照厂家规定添加标号正确的汽油。

3 黑色尾气

少量的黑色尾气不妨大碍。但要注意, 黑色尾气表明:混合气过浓, 即缸内混合气的汽油成分超出了正常水平。

3.1 故障现象:

发动机抖动, 排气管有不正常声音发出, 同时排出黑色烟体, 加速时感觉无力。

3.2 故障原因:

(1) 点火正时失准, 也会使混合气燃烧不完全;电喷车一般冒黑烟的很少, 如果真冒出了黑烟, 那多半是缸体内出现了故障。“断缸”就是常见的一种。

(2) 混合气过浓, 即缸内混合气过量空气系数过小, 燃烧不完全, 部分燃油在高温下分解成游离碳从排气管排出, 而形成黑烟。

3.3 故障诊断与排除:

(1) 若发动机排气管排出少量黑烟, 并伴随有节奏的“突突”声, 则可断定是少数缸不工作或点火正时失准所致。可用逐缸断火法找出不工作气缸, 或检查校正点火正时。

(2) 若发动机排气管排出大量黑烟, 并伴随有放炮声, 则可断定是混合气过浓所致。应及时检查阻风门是否完全打开, 必要时进行高速检修;空气滤清器堵塞, 应清洗或更换。

(3) 电喷车要每隔3万公里检查缸线, 每隔1万公里检查火花塞, 有问题的要及时更换。看看空气流量计冒黑烟就意味着发动机燃烧不完全, 油多气少, 混合气过浓;点火工作不好等。导致的原因就多了, 燃油系统、点火系统结合发动机怠速不稳定, 建议检查一下火花塞工作状况, 最简单也最快的处理方式之一。

4 蓝色尾气

许多新车主爱车心切, 在添加机油时往往抱着“宁多勿少”的态度, 但养车爱车还须根据车辆的要求来做。过量的机油既增加了机械运转的阻力, 也会使机油自活塞处上窜到燃烧室内烧掉, 而又不能完全燃烧从而在尾气中形成蓝烟。如果车主在保养时的确是按照车厂要求添加机油, 那还有可能是活塞环对口、活塞环装反、活塞环结胶粘附在环槽内、活塞环与汽缸壁磨损严重、曲轴箱通风装置堵塞、机油粘度过小等原因造成。

4.1 故障现象:

汽车行驶中, 发动机排气管排蓝烟或灰烟, 并闻到焦臭的气味。

4.2 故障原因:

如果您的汽车排出的废气呈蓝色, 通常表明:发动机正在烧机油。造成机油进入气缸的原因多半在于:

(1) 气缸磨损或活塞环密封不良, 造成曲轴箱机油上蹿进入燃烧室。

(2) 油底壳机油油面过高或机油压力过高, 使气缸壁上粘附机油过多。

(3) 气门及气门导管磨损使其配合间隙过大, 机油被吸入燃烧室。

(4) 空气滤清器油平面过高或滤芯严重堵塞, 使机油被吸入燃烧室。

(5) 油底壳内的机油加多了, 飞溅润滑时, 大量的机油窜入气缸。

4.3 故障诊断与排除:

汽缸内的高温气体窜入油底壳, 使机油变质污染、变稀影响润滑效果, 这种危害显而易见。因此在添加机油时一定要按照要求加到适量, 以油尺上的“High”和“Low”为标准。

若发动机使用时间较长或已达到规定的大修间隔里程, 发动机动力不足, 则主要原因是活塞、活塞环严重磨损, 密封性差而蹿机油, 应送到汽车修理厂进行大修。

5 结论

采取以上方法观察尾气颜色, 可通过尾气颜色快速判断该车辆是否出现故障问题, 并予以修理。尾气是发动机工作后产生的排放物, 而其颜色会直接显示车辆运行状况。良好工况的车辆在您踩下离合器并同时踏下油门时, 从汽车尾部是看不到烟的。无色尾气既减少了对环境的污染, 也美化了车貌, 可谓一举两得何乐而不为。

汽车尾气分析仪设计篇6

近年来,我国机动车产量急剧增加,汽车保有量也呈现出急速上升的趋势,汽车尾气污染逐渐成为大气的一项重要污染源, 而治理汽车尾气排放污染最好的方法是在机动车的尾部安装一个催化器。催化器内部载体的性能决定了催化器性能的优劣,国外生产载体的单位大多采用塑料挤出成形、连续化微波干燥、自动切割和检测等生产工艺,实现堇青石的合成与载体烧成一次性完成。若对每辆机动车进行催化器性能实车测试,会造成人力物力的大量浪费,设计一种能够模拟实车运行环境、对催化器进行快速优化的系统具有重要的实用价值。

1三元催化器

三元催化器的组成:

(1)载体。催化剂的活性组份搭载在比表面积越高的载体上,就越可以更好地发挥出催化剂本身的催化作用,选择载体的种类会影响到催化剂催化尾气的效率。早先的载体是颗粒形状的,以活性氧化铝为原料,比表面积大,使用方便,但是物理特性非常差,存在强度低和易碎等缺点,所以20世纪80年代后蜂窝陶瓷载体逐渐取代了它。

(2)涂层:附着在载体表面,可以为催化剂创造良好的催化环境。涂层浆液的物理特性以及粘度等特性都会影响涂层性质并且间接地影响催化活性,因为涂层涂刷在载体的外表面,因此要求它对载体的附着性能要很好,而且需要附着均匀、比表面积大、高温时的稳定性需要很好。

(3)活性组份。贵金属铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)因其优异的三元催化性能而在国内外被广泛用作三元催化剂的活性成份。

(4)助剂。稀土金属十分活泼,将其加入到催化剂活性组份中,对催化剂的整个催化过程都会起到非常大的作用。

2金属载体性能测试性能测试系统

2.1系统整体结构

催化剂金属载体性能测试控制系统通过燃烧器燃烧燃料产生热风,若切断燃料供给,则燃烧器风机仅仅吹出空气,产生冷风。为了实现温度和流量的可控,系统集成了温度调节单元和流量调节单元,可自动对流经样件的流量和温度进行调节。计算机和PLC作为系统控制部份,用户可以在计算机软件上自定义温度曲线,由PLC驱动执行机构创造冷热风交替变换的实验环境。

2.2系统主要部件

本设计通过风量可调的高压风机,实现冷热风交替的实验环境, 高压风机的风量通过变频器控制,变频器把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率变化的交流电,以此来控制高压风机的风量。节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门,在设计中起到粗调气体流量的作用。

燃料喷射控制器是一种能将燃料喷入引擎,并能定时、测油的一种装置。燃烧器内温度的高低由喷油嘴的开度来决定,喷油嘴开度通过改变喷油嘴中电磁阀的电流大小来实现, 当电磁线圈通电时, 电磁阀产生吸力,针阀被吸起,燃料从针阀中喷出, 后经雾化整流盘进行雾化形成喷雾,以提高燃烧效率。

差压式流量计是一种测定流量的仪器。它是利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在的关系,通过测量压差来实现流量测定。在设计中, 其作用是对气体流量进行微量的调节。

设计中,气体流量调节是使用西门子变频器改变高压风机转速来实现的。系统将输出信号和设定值进行比较,偏差经A/D转换模块转换,对其值进行PID运算,再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号,控制变频器的输出频率,从而控制风机的转动速度,进而控制管道中的气体流量,实现气体流量的恒定。

计算机和PLC为系统控制部分, 用户可以在计算机软件上自定义温度曲线, 由PLC驱动执行机构创造冷热风交替变换的实验环境。 PLC选用的是西门子S7-200系列,具有实时性能好、速度快、功能强大的特点。

3控制系统主要单元设计

本设计中气体温度模拟实车载体温度变化,根据评价要求,按照预设的气体温度进行多次实验,每两小时查看一次金属载体的变化,以达到对载体进行快速评价的要求。系统中集成了温度调节控制单元和流量控制单元,可自动对流经金属载体样件的气体流量和温度进行控制。

3.1燃烧器设计

燃烧器单元主要由PLC、变频器、检测传感器、燃料控制阀组和点火装置组成。高压风机作为气源、由变频器控制风机转速来调节风量的大小,高压风机最大输出流量为1500m3/h,最大风压70k Pa。燃料喷射系统将燃料定量地喷向燃烧管道内, 喷射采用比例调节控制喷油装置, 喷射后空气与燃料经雾化器和整流板后充分混合,高压点火系统控制点火电极,将混合气点燃。根据空燃比传感器和温度传感器反馈,燃料喷射系统精确控制喷油量, 火焰监测器和逻辑监测单元保证燃烧器安全运行, 选用氧化锆型空燃比传感器以保证燃烧充分,来达到充分燃烧和调节温度的目的。

3.2温度控制系统设计

系统对温度要求严格, 且需要在高温下运行,因铂铑热电偶耐高温、测温精准,故选用铂铑热电偶采集温度信号,将温度信号转换为电流信号反馈给PLC,通过PLC控制燃料供给来调节温度。

热电偶测得炉内的温度数值经过A/D转换, 再输入到PLC,PLC将收到的数字信号与给定值比较,将比较后的结果进行逻辑运算,运算结果经过D/A转换,向喷油嘴和风机发出调节信号,调整进油量和进气量,控制输油管的温度在120±1℃。电脑显示屏以数显、柱形图、趋势图、实时报表或历史数据等不同形式,实时显示各种可视化界面、报警信息以及所需的各类参数。

3.3气体流量控制系统设计

气体流量单元可分为执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分。

流量控制系统以管道出口气体流量为控制目标。控制系统通电,接收到系统启动信号后,首先利用变频器控制风机运转,根据流量测量变送器测得的管道实际流量和设定流量的偏差来调节变频器的输出频率,控制高压风机的转速。安装在管道上的流量测量变送器测量参考点的气体流量,并将其转换为电信号,PLC的A/D转换模块将信号读入并和设定值进行比较, 比较后的偏差值经PID运算, 再通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号,从而控制风机的转速,实现气体流量的控制。

3.4计算机监控和控制界面设计

计算机设定界面和监控界面分别如图1、图2所示。控制系统采用PC-DCS控制方式,由计算机、PLC、仪表、传感器组成。

软件由条件设定、实验过程监控、历史曲线、报表及实验报告打印等组成。系统既可自动执行实验,也具有操作人员手动调整干预的功能。

系统通过协议转换器,可将分析仪的数据直接采集到软件中, 以曲线方式实时显示各成分的转化效率,并记录到数据库中。

4实验结果

图3是实验中被测件温度随着时间变化的曲线, 实验开始时的入口温度为950℃,温度在前2min保持不变,2min时温度急剧下降,到140s时温度至180℃, 下降幅度减缓,直到温度达到150s时的50℃,温度不再下降,达到稳定的状态。这种稳定状态持续到210s时,温度出现急剧升高,达到750℃,持续10s后,温度升高幅度逐渐变缓,230s达到初始的950℃保持不变。这样的温度变化每5min一次周期循环。

5结语

本设计通过PLC控制单元实现了对流经催化器载体气体的温度和流量的控制,模拟实车测试环境, 为催化器载体性能测试提供了一种高低温交替变化气流冲刷的测试平台,节约了人力物力成本。该测试平台已在重庆、诸城等多家催化器生产企业投入使用,运行良好。

参考文献

[1]周芸.粉体增塑挤压-烧结制备金属蜂窝材料的工艺、性能和理论研究[D].昆明:昆明理工大学,2007

[2]王绍梅,李惠云,袁小勇.汽车尾气催化净化催化剂的研究进展[J].安阳师范学院学报,2004(05)

汽车尾气分析仪设计篇7

伴随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高, 汽车数量与日俱增, 然而汽车尾气排放所造成的环境污染并没有随着汽车技术的发展而减轻, 相反已渐渐成为了比较严峻的社会问题[1,2,3]。汽车尾气不仅会影响人的身体健康, 侵蚀城市建筑物, 而且对生态环境也造成了难以修复的影响, 并且这些影响现在越发严重 (如近年来全国各地频发的雾霾现象) 。所以, 许多国家花费巨资研究如何减少汽车尾气排放, 并出台了新的排放标准。

为了有效地监控与防治汽车尾气排放, 迫切需要研制出完善的汽车尾气检测系统[4,5]。而汽车尾气中污染物的检测是进行汽车尾气控制的首要环节, 长久以来, 国内使用的很多汽车尾气检测设备大多存在测量精度不高, 稳定性较差和不易操作等缺点, 所以很难达到当前国内的检测要求。本文介绍了一种基于AVR ATMEGA8L单片机技术的汽车尾气检测系统设计方案, 该系统可以检测出尾气中各类有害成分的浓度, 如CO、CO2和HC等[6], 并优化了系统结构和检测手段, 进一步提高了系统稳定性和测量精度。

1 系统设计

本系统采用NDIR (Non-Dispersive Infrared Analyz er) 方法对汽车尾气进行分析, 气体先通过水分离器去除水分等杂质, 然后由粉过滤器过滤掉其中的粉尘和颗粒, 再通过泵将气体输送到分析气体室, 分别经过红外传感器、温度传感器和压力传感器, 最后气体排出。为了在检测过程中消除测试仪器可能产生的累积误差, 需要在每次检测前进行一次零点校准。

本检测系统以ATMEGA8L单片机作为主要控制器[7,8], 主要由传感器模块、信号采集调理电路、A/D转换器以及显示模块等组成。系统整体架构如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 传感器模块设计

传感器是将外界输入的被测量信号变换成电信号的元器件或装置[9]。本系统使用了3种传感器:红外传感器、压力传感器和温度传感器。

(1) 红外传感器:选用美热电堆红外测温传感器。该传感器是一种较为可靠精确的气体传感器, 可直接感应热辐射。

(2) 压力传感器:选用NPC-1210系列固态压力传感器, 其满量程输出为100 m V, 测量精度±0.1%。

(3) 温度传感器:选用Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820。此传感器可以适应较为恶劣的环境, 抗干扰性强, 且体积更小, 更灵活方便。

红外线光源发出周期性的射线脉冲, 首先射入气体采样室, 然后通过红外滤光片, 此滤光片由CO、CO2、HC和基准信号光片组成, 所以当红外滤光片旋转一圈, 便依次将各滤光片分别送进采样室一次, 由于传感器接收到变化的光强, 最终在光电池上形成交变电压。若所含气体的浓度越小, 在光电池上形成的交变电压幅值越大, 反之越小[10]。根据电压幅值前后变化和此时的大气压和温度数值, 经压力和温度补偿后, 通过计算便可得到汽车尾气中污染物CO、CO2和HC的浓度。

2.2 信号处理模块设计

信号调理的目的是对传感器输出的电信号进行处理以满足后继环节的需要[11], 一般包括放大、滤波、整形和检波信号转换等环节。

信号调理电路由CO、CO2、HC和基准信号4路组成, 包括放大电路、二阶有源低通滤波放大电路和电压跟随器等[12]。不同之处在于放大系数略有差异, 文中仅以CO2信号的调理电路 (如图2所示) 为例, 简述系统的信号处理模块设计思路。

由于传感器采集到的信号非常弱, 所以需要进行放大。其放大倍数可用以下公式计算:

CO2信号先经过正相放大1 001倍, 但是经过前置放大后的信号幅值较小, 且夹杂干扰信号, 所以需要做进一步的放大和滤波。同时为了消除信号源内阻可能造成的影响, 增强信号源带载能力, 还需增加一个电压跟随器。因为电压跟随器输入电阻很大, 输出电阻非常小, 所以将其作为阻抗变换。经过信号调理电路产生的模拟信号需经过A/D转换, 以便于MCU进行分析和处理。系统采用12位A/D转换芯片TLC2543, 转换器与微处理器直接相连, 简化了布线, 软件采用了SPI串行通信协议。其接口连接图如图3所示。

2.3 显示模块设计

采用LCM240128ZK型液晶显示器, 该显示器中内含7 602个简体中文字型, 支持4/8位6800/8080MPU接口, 可根据实际需要任意设置其窗口的大小和位置。利用8路同相三态双向总线收发器74LS245芯片驱动, 当片选信号以及方向信号引脚为低时, 接收数据。系统运行前, 首先要完成显示的初始化, 如设置屏面的坐标系原点、屏幕显示范围、显示类型和运行方式等。

3 系统软件设计

本系统采用AVR Studio+Win AVR高级语言开发平台进行编程, 主要由数据采集、数据处理、传感器标定、通讯打印等模块组成。系统程序先是系统初始化, 然后进入标定程序, 并分别判断是否需要检查、通信和打印, 如不需要, 便回到系统的初始化阶段, 如图4 (a) 所示。

ATMEGA8L内部集成有异步串行通信接口USART、同步串行接口SPI以及两线串行接口TWI, 其中USART一般用于板级芯片之间以及系统之间的通信;SPI和TWI接口主要用在系统板上芯片之间的短距离通信, 但是TWI通信对时序要求更严格, 而且协议也相对复杂。因此, 本文中ATMEGA8L与TLC2543采用SPI通信, 程序流程图如图4 (b) 所示, 其中SPI通信是在同步时钟作用下进行串行移位, 串行时钟SCK速率设置为系统时钟的128分频, 而ATMEGA8L的-SS引脚会影响到SPI的工作方式, 在初始化中设置为输出方式。

为了能较为精确地获取得外部输入进来的模拟信号, 需要循环读取TLC2543数据, 每组读取8次数据, 并将8次所得到的值进行平均化处理, 将此作为模数转化的一次结果, 发送并保存至缓冲区中。TLC2543在同一时刻可以接收上次所得的数据, 并将此次的通道地址发送出去。

TLC2543内部有输入和输出2个数据寄存器。加电后, 片选信号必须从高到低, 才能开始一次的工作周期, 模/数转换结束标志DRDY为低, 输入数据寄存器置0, 输出数据寄存器内容随机。开始时, 片选信号为高, 禁止I/OCLOCK、DATA INPUT, DATAOUT呈高阻状态, DRDY为低;片选信号变低, I/O CLOCK、DATA INPUT使能, DATAOUT脱离高阻状态。12个时钟信号依次加入I/O CLOCK端, 并随着时钟信号的加入, 当其时钟处于上升沿时, 在DATA INPUT将控制字送给TLC2543芯片, 按高位低位逐位送入, 同时对应地在DATAOUT处将前一周期的转化结果, 以同样的方式传输给AT mega8L单片机。在4个时钟信号之后, 可以保证TLC2543芯片收到了通道信息, 因此, 此时TLC芯片便开始采样此通道的模拟量, 一直到第12个时钟之后结束采样。

通常情况下, 为了保证采样后的信号在一段时间内不发生变化, 需在数据采集器的模拟转换器ADC前加一个采样保持放大器。在第12个时钟的下降沿, DRDY变高, 进行本次采样的模拟量的A/D转换, 转换时间约需10μs, 转换完成DRDY变低, 将转换的数据存在输出数据寄存器中, 等待下一个工作周期输出。本系统通过标准气体进行对比检测分析, 并经过对大气压力和温度补偿处理后得到汽车尾气中污染物的最终检测数据。浓度分别为4%, 35%, 3 500 ppm的CO、CO2和HC的标准气体实验, 经过多次测量求平均值, 检测到CO的浓度为4.02 (1±0.10%) , CO2的浓度为34.95 (1±2.10%) , HC的浓度为3 525 ppm±13 ppm。由此可见本系统有较高的稳定性和测量精度。

4 结语

本文根据国内汽车尾气检测的现状, 通过理论分析和试验研究相结合的方法, 实现了汽车尾气排放物测试系统的开发。本测试系统基于AVR单片机技术, 可以方便检测汽车尾气中CO、CO2和HC的浓度。实验结果表明该系统具有较高的稳定性和测量精度, 检测结果既可以用于监测和评价机动车的性能, 也可以为治理当前日益严重的汽车尾气污染问题提供参考数据。另外利用液晶屏的优点, 可向用户提供丰富的信息, 更加方便用户的使用。

摘要：针对当前汽车尾气污染加重和检测标准日益完善的现状, 为了弥补传统汽车尾气检测系统在测量精度、稳定性、人机操作等方面存在的不足, 提出了一种基于AVR单片机的汽车尾气检测系统设计方案。系统以ATMEGA8L为核心控制器, 主要由传感器模块、信号采集调理电路、A/D转换器以及显示模块等组成。实验结果表明, 系统具有测量精度高、稳定可靠、人机交互性好等优点。

关键词：汽车尾气,ATMEGA8L,红外线,检测系统

参考文献

[1]莫耀祖, 邓海英, 韩志刚.我国城市汽车排放污染现状及其治理[J].中南林学院学报, 2004, 24 (1) :63-66.

[2]陆三兰, 李本宴, 黄光明.新型便携式汽车尾气检测仪[J].仪表技术与传感器, 2007 (8) :14-15.

[3]刘双喜.汽车排放法则与检测技术[J].世界汽车, 2004 (7) :62-63.

[4]甘宏, 潘丹, 张洪春.便携式非分光红外吸收型二氧化碳传感器[J].桂林电子科技大学学报, 2007, 27 (1) :19-22.

[5]王海棠, 黄琦兰, 刘尚.基于NDIR法汽车尾气分析仪的设计与实现[J].天津工业大学学报, 2007, 25 (6) :48-50.

[6]方锡邦.汽车检测技术[M].北京:高等教育出版社, 2003.

[7]王锡芳, 任燕, 李国晋, 等.基于AVR单片机的多通道温湿度传感器检定系统[J].现代电子技术, 2011, 34 (13) :120-122.

[8]江军, 仲崇山, 梁亚平, 等.基于AVR ATmega128的工频耐压试验系统设计[J].现代电子技术, 2011, 34 (12) :166-169.

[9]周传德.传感器与测试技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2009.

[10]李业德, 李业刚.微电脑红外汽车尾气分析仪[J].山东工程学院学报, 2002, 16 (3) :11-13.