汽车测试技术课程论文

汽车测试技术课程论文汽车尾气排放测试的研究与系统设计专业班级车辆工程3班学生姓名廖健祥学生学号201130085226学生序号24摘要随着汽车在全世界范围的普遍使用，汽车文明的副产物——汽车尾气所造成的环境污染问题也日益突出。人们根据汽车排放污染物的特点及危害，相继制定了越来越严格的汽车尾气排放法规。为了改善环境、达到排放限制，如何控制汽车排放污染物已成为世界各国研究的重要课题之一，从而不断涌现出各种检测新技术。本文在论述国内外汽车尾气排放检测系统的发展现状和趋势，研究汽车排气污染物的生成机理、影响因素和检测原理，介绍目前国内外汽车污染物的排放法规和标准，分析汽车尾气排放的检测方法的基础上，结合汽车实际行驶的条件,确定加速模拟工况法（ASM工况）作为测试系统的检测方法。该方法的特点是仪器成本、使用维护费用低，在有载的条件下检测汽车整车尾气排放，更接近汽车在道路上行驶的尾气排放情况。以CDM—1000型汽车底盘测功机为道路行驶工况的模拟试验装置，采用NHA-501型废气分析仪作为测试仪器，二次开发测功机和废气分析仪并扩展其功能。在满足汽车尾气排放稳态加速模拟工况（ASM工况排放）检测的前提下，通过最新的面向对象的软件编程技术，开发出汽车尾气排放检测系统。关键词：汽车尾气排放；检测系统；模拟工况第一章:绪论1.1课程的目的与意义汽车的出现使我们的经济、生活有了极大的进步，但随着汽车在全世界范围的使用，汽车文明的副产物——汽车尾气所造成的环境污染问题也日益突出。随着汽车保有量的急剧增加，引发了环境污染、交通事故和噪声污染等负面问题，而在这些问题中，汽车排气污染物造成的环境污染最为严重。为确保汽车行驶安全，降低汽车尾气排放污染，限制尾气排放不合格的车辆上路行驶，保护环境，本文提出利用汽车尾气排放检测系统解决上述问题。本检测系统综合运用了现代微电子技术和计算机技术，体现了系统的先进性、实用性、可靠性。先进性是指系统在测试精度、功能及测试技术等几方面的综合指标达到二十一世纪国际和国内标准；实用性是指系统能够在线检测多台车辆，操作界面良好、简便和利于系统维护；可靠性是指系统具有较高抗干扰能力和稳定性，示值准确，重复性好，满足检测环境要求。基于以上所述，利用本检测系统，能准确、有效地检测出车辆的真实的尾气排放性能，减少人为因素的影响，避免车辆性能不合格蒙混过关上路，减少事故的发生。对汽车尾气排放进行准确的检测和有效的监督，利用相关法规惩处违规者，从而减少尾气污染物的排放，可以很好的保护环境。1.2国内外汽车尾气排放检测系统的发展现状汽车技术发展的早期，人们凭借维修人员的经验，通过“眼看”、“耳听”、“手摸”的方法，发现汽车的故障并作有针对性地修理。随着汽车技术的发展，特别是现代微电子技术、计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们已经能依靠各种先进的仪器和设备，对汽车进行整机检测，达到安全、迅速、准确地诊断和评价汽车性能的目的，使汽车检测设备和仪器成为汽车维护与修理，保证汽车使用性能不可缺少的工具。1.2.1国外汽车尾气排放检测系统的发展现状从汽车检测、诊断技术与设备的发展过程来看，国外大致经历了以下4个发展阶段：第一个阶段在上世纪50年代以前，国外开发出以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术并生产出单项检测设备第二阶段是上世纪60年代，国外汽车检测设备在自动化、精确化和综合化等方面有了新的发展，大量开发出应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化的检测、诊断设备，并与单板机、单片机或微型计算机相结合，使检测、诊断设备首先走向单机自动化。第三阶段是汽车检测设备智能化，汽车检测线自动化、智能化和网络化阶段。像四轮定位检测系统和电控发动机综合检测仪等。上世纪80年代，集检测工艺、操作、数据采集、打印、存储与显示等功能于一体的系统软件，实现了汽车检测线全自动化。四阶段是车载自诊断系统及汽车故障诊断专家系统阶段。美国凯迪拉克轿车系列，日本丰田、本田轿车系列等都采用了车载自诊断系统。1.2.2国内汽车尾气排放检测系统的发展现状我国汽车检测技术的研究和开发起步较晚。上世纪60年代为了满足汽车维修的需要，当时由交通部主持进行了发动机气缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究。70年代，汽车不用解体检测技术及设备被列为开发的应用项目。由交通部主持研制了汽车制动试验台、发动机综合检测仪和汽车性能综合检验台等。进入80年代，随着我国汽车工业和交通运输业的迅猛发展，对汽车检测、诊断技术和设备的需求也与日俱增。到了90年代，在国家有关部门的大力支持下，80年代引进了国外汽车安全技术检测设备并进行了改造，配上微型计算机系统，实现了自动化检测，促进了我国汽车安全技术检测水平的普及与提高，缩小了与先进国家的差距，使我国的检测工作向社会化、规范化、科学化和现代化方面迈进，有力地推动了我国公路交通运输业的发展。我国汽车检测技术经历了从无到有、从简到繁的发展,从引进技术、设备到自主研制开发并进一步推广应用；从单一性能检测到汽车安全性能检测,再到汽车综合性能检测。尤其是检测设备的研制开发和生产得到了快速发展,缩小了与发达国家的差距。目前,汽车检测设备中通用的滚筒式试验台、侧滑试验台、轴(轮)重仪、车速表试验台和普通底盘测功机等,国内已自用有余,款型多样,企业竞争较为激烈,但与世界先进水平相比,还有一定的差距。第二章：汽车排放和国家排放法规及检测方法2.1汽车排放污染物的种类及形成机理汽车尾气排放污染物一般包括燃料燃烧后排出的废气、曲轴箱窜气、机油蒸发、燃料箱和化油器(供油装置)的燃油蒸发排放等，其成分主要有一氧化碳（C0）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、硫氧化物（SOX）、颗粒(碳烟、铅化物、油雾)和臭气(甲醛、丙烯醛)等。其中，硫氧化物和铅化合物可以通过降低燃料中的含硫量以及采用无铅汽油来有效控制，目前排放法规限制的是C0、HC、NOX和微粒四种，还有一些有害成分，目前各国法规尚未限制，如甲醛、乙醛、苯、丙烯醛、丁二烯和柴油机排气臭味等。2.1.1一氧化碳(CO)的生成机理一氧化碳(CO)是烃类燃料燃烧不完全的中间产物。当发动机的过量空气系数小于1时(浓混合气)，混合气中氧气不足，燃料不完全燃烧产生CO。混合气浓度越大，排气中的CO含量就越高。降低混合气浓度时，排气中CO就明显降低。当混合气浓度符合理论空燃比或稍稀一些时，由于混合气不均匀和发生离解反应等原因，排气中CO的浓度不为零，而总有一些CO存在。研究人员普遍认为，在稀混合气下CO产生的平衡过程为:CO2+H2O←→CO+H2+O2(式2-1)在浓混合气下的平衡过程为：CO2+H2←→CO+H2O(式2-2)2.1.2碳氢化合物(HC)的生成机理碳氢化合物(HC)中含有多种成分，但主要是未燃的燃料。燃烧室中的火焰，在离开壁面0.05～0.37mm处将熄灭，在这一薄层内留下了一段未反应的混合气，这一现象称为壁面激冷效应。HC就是在这厚度为几十微米的激冷凝层内保存下来的。也有人认为HC生成是由于隐藏在活塞顶部和第一道环后的间隙内，以及在沉积物质点之间的液体油滴或燃料蒸汽产生的。另外，混合气过浓、过稀、不均匀、废气稀释严重、点火系不良等情况也将造成部分燃料不能燃烧。2.1.3氮氧化合物(NOX)的生成机理NOX是氮氧化物的统称，在发动机排放的氮氧化物中有NO和NO2，主要是NO。目前，对NOX的生成机理尚未有统一的观点，但大多数人同意泽尔多维奇最先提出的观点，即NO由O2离解或由N原子对O2作用生成的氧原子与氮分子起连锁反应而产生的，过程如下:O2+N2←→NO+N(式2-3)N+O2←→NO+O（式2-4）2.2我国汽车的排放法规目前国际上汽车排放法规主要分为三大体系，即美国排放法规、欧洲排放法规和日本排放法规，其他各国基本上是按照或参考这三大体系来制定本国的排放法规，我国主要参照的是欧洲排放法规，因此在此主要对欧洲的汽车排放法规做一介绍。欧洲汽车在排放控制上按车重将车型分为总质量不大于3.5t和总质量超过3.5t两类。总质量不大于3.5t的汽车包括柴油车和汽油车；而总质量超过3.5t汽车只控制柴油车，不控制汽油车的排放（欧洲这样的车几乎没有或很少）。欧洲排放法规体系采取的是型式认证制度，排放法规包括了新车的型式认证试验和车辆的生产一致性检查试验，2000年实施欧III排放法规后，又新增了在用车一致性的检查。我国汽车排放控制始于20世纪80年代初。80年代末，我国的轻型汽车、重型柴油机和摩托车的排放控制移植和采用了欧洲排放标准体系。国家2001年4月16日发布了GB18352.1—2001与GB18352.2—2001，分别于2001年4月16日和2004年7月起实施。国家于2002年11月27颁布了GB14762—2002《车用点燃式发动机及装用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》,从2003年1月起实施。国家2004已经完成的在用车《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》GB18285—2005于2005年7月1日开始实施。国家将按照GB18352.3—200X《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（III、IV）》于2008年1月1日与2013年1月1日分别实施第III阶段与第IV阶段排放限值。附表中列出了点燃式发动机的车辆加速模拟工况试验排放污染物限制。我们平常所谈论的欧I、欧II等实际是从1992年以后开始实施的，各排放阶段执行的时间表为：1992～1996年为欧I标准；1996～2000年为欧II标准；2000～2005年为欧III标准；2005年以后执行欧IV标准。从法规的技术内容上看，欧I和欧II、欧III和欧IV相同，但限值却在逐步严格。我国目前执行的排放标准相当于欧II排放标准，而欧洲现在则执行欧III标准，由此可看出，我国的排放控制限值和水平与欧洲还有一定的差距。我国政府的目标是在2010年将排放法规与国际接轨，汽车排放控制任务还很艰巨。2.3我国汽车排放检测方法我国的汽车控制排放采取的路线是对汽油车先实行“怠速法”控制，再实施“强制装置法”，即对曲轴箱排放和燃油蒸发进行控制，最后实行工况法控制，对柴油车则是先实行“自由加速法”及“全负荷法”控制烟度，然后再实施工况法，第三步再考虑制定柴油车颗粒物排放标准。2.3.1怠速法和双怠速法怠速法测量汽车怠速污染物浓度的目的是判断汽车发动机燃烧是否达到正常状态，从而降低油耗和排放。测量前，先将发动机的冷却水和润滑油的温度达到汽车使用说明书所规定的热状态，并按说明书的规定进行怠速调整，然后将发动机由怠速工况加速至0.7额定转速下，维持60s后降至怠速状态，再将排气分析仪的取样探头插入排气管中400mm并固定，发动机在怠速状态维持15s后开始读排气分析仪显示数据，读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为测量结果。当汽车为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。2.3.2简易工况法简易工况法是一种比怠速法更先进的检测技术,是针对机动车的复杂工况,利用底盘测功机模拟机动车在道路(负荷)行驶工况各种状态下检测机动车排放的主要废气污染物CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)、NOX(氮氧化合物)等,从而发现高排放车辆,对在用的机动车辆实施机动车排放污染控制。ASM是使用较多、具有代表性的一种。第三章汽车尾气排放检测系统ASM工况法总体方案本课题选用的是稳态加速模拟工况（ASM）检测法，该系统主要设备和仪器由工业控制计算机、CDM—1000型底盘测功机、NHA-501A型废气分析仪、各种传感器、打印机以及相关辅助设备组成。3.1CDM—1000型汽车底盘测功机汽车在道路上行驶，相对于静止的路面做纵向运动，受到各种阻力如滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力等。在底盘测功机试验台上以滚筒的表面代替路面，使滚筒的表面相对于静止的汽车作旋转运动。通过试验台加载装置，模拟汽车在道路上行驶时受到的各种阻力，再现汽车行驶中的各种工况。3.1.1CDM—1000型底盘测功机的结构、参数CDM—1000型测功机由滚筒、功率吸收单元、