汽車尾氣檢測裝置

1、前言 隨著我國國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)的崛起以及人們生活水平的不 斷提高，汽車越來越多地進入百姓的中間。汽車的發(fā)展在給人民經(jīng)濟活動 和日常生活提供方便的同時，但是車輛尾氣也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。 通過對車輛尾氣檢測儀的分析，對車輛尾氣成分 （co、hc、nox、co2和 o2)的實時檢測，數(shù)據(jù)分析和故障診斷?？梢源?大減少對環(huán)境的污染。使人們的生活環(huán)境更加優(yōu)越。汽車燃料燃燒過程中 產(chǎn)生的 c0、hc、nox等尾氣成分的機理比較復(fù)雜，但可以為發(fā)動機的燃燒 分析提供直接的理論依據(jù)?；谖矚獾母鞣N物理化學(xué)屬性，設(shè)計生產(chǎn)車輛 尾氣檢測儀具有良好市場和意義。 1 緒論 1.1 選題的背景和意義 空氣污

2、染的重大因素是汽車尾氣，其中有 co、no 氧化物以及對人體產(chǎn)生 不良影響的其他一些固體顆粒，尤其是含鉛汽油，對人體危害更大。汽車尾氣 經(jīng)過凈化經(jīng)過后這東西就會大大減少。 新車生產(chǎn)型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性檢驗中對排放尾氣的檢測手段和控制比較 嚴(yán)格、規(guī)范，因此，新出廠汽車的排放達(dá)標(biāo)率較高。但是，由于我國近幾年汽 車保有量增長迅猛，用戶分散，對在用汽車的定期檢查和維護工作不夠嚴(yán)格和 規(guī)范，因此，在用汽車技術(shù)狀況變壞導(dǎo)致的排放污染比較嚴(yán)重。即使在發(fā)達(dá)的 歐美國家，研究和統(tǒng)計數(shù)字也表明，在用汽車中大約 10%15%屬于高排放車， 這些汽車的排放占汽車污染物總排放的 50%60%。由此可以推算我國在用汽 車

3、中高排放車的排放污染占汽車污染總排放的比例會更高。因此，控制汽車尾 氣排放給大氣帶來的污染，改善人類賴以生存的質(zhì)量，是擺在我們面前的一項 非常迫切的任務(wù)。在治理汽車排放的措施中，除了制定嚴(yán)格可行的汽車排放法 規(guī)，推動汽車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)和應(yīng)用先進的汽車排放控制技術(shù)，降低出廠新車的 污染物排放以外，科學(xué)準(zhǔn)確地對在用車輛尾氣進行檢測，適時地對汽車進行良 好維護，是減少汽車排放的重要手段。 1.2 車輛尾氣分析儀的介紹 1.2.1 幾種常見的氣分析儀 本論文用的是四氣尾氣分析儀，外載于汽車。汽車尾氣分析儀有兩氣、四 氣和五氣等多種類型，下面分別進行介紹。 1）兩氣尾氣分析儀 兩氣尾氣分析儀是用來測量汽車

4、尾氣排放中 co 和 hc 的體積分?jǐn)?shù)。但是， 如果一輛車的排氣管或尾氣分析儀的測量管路有泄漏，那么所檢測到的就是被 外部空氣稀釋了的尾氣，c0 和 hc 的測量值將降低，自然就不能反映尾氣的真 實含量。目前國內(nèi)所用的兩氣尾氣分析儀大多都不具有檢查自身泄漏的功能， 因此即使用兩氣尾氣分析儀測量車輛尾氣，也不能真實地反映出發(fā)動機的故障 來。 2）四氣尾氣分析儀 本設(shè)計就是用四氣尾氣分析。隨著裝有三元催化轉(zhuǎn)化器和電子控制系統(tǒng)汽 車的增多，汽車的排放標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格，因此需要更精確地測量尾氣并診斷車 輛排放超標(biāo)的原因。四氣尾氣分析儀不僅具備兩氣尾氣分析儀的所有功能，而 且還能進行故障診斷和分析，它除了

5、能測量 c0 和 hc 外，還能測量 c02和 02、發(fā)動機油溫、轉(zhuǎn)速等，以及計算過量空氣系數(shù)入和空燃比 a/f 等。所以四 氣尾氣分析儀不僅可作為環(huán)保檢測儀器使用，作為發(fā)動機故障檢測分析的診斷 工具也非常有用。 對于幾種尾氣的分析，前面我們已經(jīng)做過闡述，在這里只對過星空氣系數(shù) 入進行簡要的說明。過星空氣系數(shù)入可以直觀地告訴我們空燃比的情況，從理 論上講，混合氣的過星空氣系數(shù)入1 最為標(biāo)準(zhǔn)，但實際上不可能沒有變化， 所以一般情況下入被設(shè)計為 0.971.04，可以看成是理想的匹配。若入大于該 值，說明空燃比過大，混合氣過??；若入小于該值，則為空燃比過小，混合氣 過濃。 四氣尾氣分析儀還可提供發(fā)

6、動機轉(zhuǎn)速(rpm)和發(fā)動機溫度(temp)參數(shù)，作 為故障診斷時的參考數(shù)據(jù)。 3）五氣尾氣分析儀 當(dāng) c0 和 hc 降低時，可能會引起尾氣中的 n0 x濃度升高，若要監(jiān)測 n0 x的 濃度，就得使用五氣尾氣分析儀。而且，n0 x常常是在高溫大負(fù)荷的情況下產(chǎn) 生的，若沒有底盤測功機，就只能靠路試去測量。 1.3 汽車尾氣的危害 隨著城市建設(shè)速度加快，高樓林立，更加不利于空氣的擴散，使汽車排放 加大了空氣污染程度，并逐步成為城市大氣的主要污染源之一。1998 年世界衛(wèi) 生組織列出的“世界十大污染嚴(yán)重城市”中，我國就占了 7 個。與國外相比，這 些城市的汽車保有量不大，但城市中 co、hc 和 n

7、ox對大氣污染的分?jǐn)偮蕝s達(dá) 到了發(fā)達(dá)國家水平。 汽車排放的污染物對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了很人的影啊，特別是兒童、 老人、孕婦以及心臟病和肺病患者，更容易受到傷害。另外，空氣污染還會損 害生態(tài)環(huán)境，污染河流湖泊，危及野生動植物的生存。目前，對汽車排放污染 物的控制主要是設(shè)法減少 co、hc 和 nox，它們是造成大氣污染的主要原因， 也是汽車尾氣中對人體構(gòu)成危害的主要物質(zhì)。 在汽車排出的尾氣中濃度最大有害氣體是 co，而現(xiàn)代城市空氣污染中 80%左 右的 co 來自于汽車排放。co 是無色、無味的窒息性易燃有毒氣體。它與血紅 素的親和力比氧氣與血紅素的親和力要大 210 多倍，而血紅素?fù)?dān)負(fù)著向

8、人體器 官和組織輸送氧氣的重任。因此，co 侵入體內(nèi)便會很快與血液中的血紅素相 結(jié)合而成為羚基血紅素(carboxyhem0910bin，簡寫為 cohb)，使血液的輸氧能 力降低而引起缺氧。這對心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者特別有害。即使健康的人 吸入一定量的 co 后會也會產(chǎn)生中毒，出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、惡心、頭暈、疲勞等癥 狀，嚴(yán)重時會使人窒息死亡。 排放汽車的碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源。對一般汽油發(fā)動機來說，約 60% 的碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機廢氣排放，20%25%來自曲軸箱的泄漏，其余的 15%20%來自燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)。 汽車排放污染物除了對人體健康造成嚴(yán)重危害之外，還會對大氣環(huán)境造成 深遠(yuǎn)影響。近

9、20 年的研究結(jié)果表明，汽車的排放污染物對環(huán)境影響不僅是局部 的，許多影響還可以擴展到大氣層中很遠(yuǎn)的距離甚至其他地區(qū)，并存在很長時 間。目前，全世界有 10 億多城市人口的健康受到空氣污染的威脅。據(jù)世界衛(wèi)生 組織估計。我國 11 個大城市中，空氣中的煙塵和顆粒物每年使數(shù)萬人死亡，40 多萬人感染上慢性支氣管炎。世界銀行估計，因空氣污染導(dǎo)致的醫(yī)療成本增加 以及工人生病喪失生產(chǎn)力使得中國 gdp 被抵消掉 5%。因此，控制汽車排放污 染，改善人類生存環(huán)境，已經(jīng)刻不容緩。 1.3.1 尾氣的一般種類和生成機理 汽車常用的燃料是柴油和汽油，成分組成十分復(fù)雜。汽油是目前點燃式發(fā) 動機使用最普遍的常規(guī)燃料

10、，主要有 20%的丁、戊烷，45%高碳烷、烯烴、芳 烴及其它添加劑，氫碳比控制在約 1.85 : 1。汽油機在燃燒過程中產(chǎn)生的有害成 分主要為 co、hc、nox、硫氧化物(sox)和鉛化合物等。其中，硫氧化物 和鉛化合物可以通過降低燃料中的含硫量以及采用無鉛汽油來有效控制。尾氣 的生成機理為后續(xù)的發(fā)動機燃燒分析提供直接的理論依據(jù)。 1）一氧化碳 co co 是燃料在燃燒過程中的重要中間產(chǎn)物和不完全燃燒產(chǎn)物，是汽油機排 氣 中有害濃度最大的成分。以 r 代表碳?xì)涓?，其生成機理如下; rhrro2rchcrcoco 中間反應(yīng)式為: co+ohc02+h co+o2co2+o 2co22co+o2

11、 2h202h2+o2 h2+co2h2o+co 其中 rco 自由基生成 co 是通過熱分解或與 o2、oh、o、h 等發(fā)生反應(yīng) 實現(xiàn)的。co 的生成主要受混合氣濃度的影響，在空燃比 1 的稀混合氣工況時，理論上不應(yīng)有 co 產(chǎn)生，但實際燃燒過程中，由局 部燃燒不完全而產(chǎn)生 co;或者燃燒產(chǎn)物中的 co2和 h2o 在高溫時吸熱產(chǎn)生熱離 解反應(yīng)由此產(chǎn)生 co。 燃燒終了時的 co 濃度一般取決于燃?xì)鉁囟?，實際的 co 在汽油機排氣中 的濃度近似等于 1527時的 co 平衡濃度。 2）碳?xì)浠衔?hc 汽油機排氣中的碳?xì)浠衔锍煞謽O其復(fù)雜，有未參加燃燒的燃油碳?xì)浠?物分子，有燃燒過程中高溫

12、分解和合成的中間產(chǎn)物和部分氧化物，如醛、烯及、 芳香族烴等。不完全燃燒產(chǎn)物以及潤滑的碳?xì)浠锏瘸煞?，種類達(dá) 200 余種。 hc 與 co 一樣，也是一種不完全燃燒(氧化)的產(chǎn)物，因而與過量空氣系數(shù) 有密切關(guān)系。但即使 1 的條件下，往往也會產(chǎn)生很高的 hc 排放，這是因 為 hc 還有淬熄、縫隙效應(yīng)和吸附等生成原因。液化石油氣和壓縮天然氣等燃 氣發(fā)動機中 hc 的生成機理與汽油機基本相同。 不完全燃燒。汽油機中不完全燃燒的原因主要有:怠速及高負(fù)荷工況時， 可燃混合氣濃度處于 1 時，由于油氣混合不均勻，也會因不完全燃燒產(chǎn)生 hc 排放。 隙縫效應(yīng)。燃燒室內(nèi)存在很多縫隙，這對 hc 的生成起著

13、重要作用，當(dāng) 缸內(nèi)壓力升高時，會將一部分未燃的可燃混合氣壓進縫隙中去而被雙壁冷卻， 火焰無法傳入，形成未燃 hc。研究表明，約有 5%10%的新鮮混合氣體由于 縫 隙效應(yīng)躲過火焰?zhèn)鞑サ娜紵^程，形成未供 hc 的重要來源。 缸壁淬熄效應(yīng)。在燃燒過程中，燃?xì)鉁囟雀哌_(dá) 2000以上，而氣缸壁面 溫度在 300以下.所謂壁面淬熄效應(yīng)是指溫度較低的燃燒室壁面面對火焰的迅 速冷卻(也稱冷激)，使活化分子的能量被吸收，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷，在壁面形成 0.10.2mm 左右的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層，產(chǎn)生大量未燃 hc。 3）氮氧化合物 nox 內(nèi)燃機排氣中的氮氧化物 nox主要是 no，但在進入空氣后會很

14、快被氧化 成 no2，nox的生成機理與 hc 及 co 不同，它不是混合氣不完全燃燒的結(jié)果， 與燃燒的擴散、燃?xì)獾幕旌蠞舛确植肌⒒鹧鏉舛确植技盁岬膫鲗?dǎo)等一系列因素 有關(guān)，反應(yīng)機理十分復(fù)雜。 汽油中基本不含氮的成分，nox的生成主要來源于燃燒所需的空氣中的 n2 與 o2在燃燒高溫作用下所發(fā)生的熱反應(yīng)機理(即 thermal no 反應(yīng)機理)。此機 理認(rèn)為，與可以很快達(dá)到平衡狀態(tài)的燃燒反應(yīng)速率相比，no 生成過程比較緩 慢，對溫度的依賴性大，需要吸收較多的熱量，一般要到火焰后期才產(chǎn)生有關(guān) 反應(yīng)，其反應(yīng)基本過程是: n+ohno+h 上述反應(yīng)過程稱之為生成 no 擴大的謝爾多維奇鏈反應(yīng)機理. 氮

15、氧化物的生成主要取決于燃燒溫度以及氧的濃度。在氧濃度稍稀(=1.l) 且高溫情況下，no 生成濃度為最高。高溫是最重要的條件，即使氧氣很充分， 但如果燃燒溫度不高，氧的分解進程也很慢，no 的生成濃度低. 此外，在高溫下滯留的時間愈長，則 nox的濃度愈大。在足夠的氧濃度條 件下，溫度越快和反應(yīng)時間越一長，則 no 的生成量愈大。 1.4 我國車輛尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn) 為了抑制這些有害氣體的產(chǎn)生，促使汽車生產(chǎn)廠家改進產(chǎn)品以降低這些有 害氣體的產(chǎn)生源頭，歐洲和美國都制定了相關(guān)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)。其中歐洲標(biāo)準(zhǔn) 是我國借鑒的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，目前國產(chǎn)新車都會標(biāo)明發(fā)動機廢氣排放達(dá)到的歐 洲標(biāo)準(zhǔn)。 與國外先進國家相比

16、，我國汽車尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù) 我國的實際情況，從八十年代初期開始采取了先易后難分階段實施的具體方案， 其具體實施至今主要分為三個階段。 第一階段 1983 年我國頒布了第一批機動車尾氣污染控制排放標(biāo)準(zhǔn)，這一批標(biāo)準(zhǔn)的制 定和實施，標(biāo)志著我國汽車尾氣法規(guī)從無到有，并逐步走向法制治理汽車尾氣 污染的道路，在這批標(biāo)準(zhǔn)中，包括了汽油車怠速污染排放標(biāo)準(zhǔn) 、 柴油車自 由加速煙度排放標(biāo)準(zhǔn) 、 汽車柴油機全負(fù)荷煙度排放標(biāo)準(zhǔn)三個限值標(biāo)準(zhǔn)和 汽油車怠速污染物測量方法 、 柴油車自由加速煙度測量方法 、 汽車柴油 機全負(fù)荷煙度測量方法三個測量方法標(biāo)準(zhǔn)。 第二階段 在 1983 年我國頒布第一批機動

17、車尾氣污染控制排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，我國在 1989 年至 1993 年又相繼頒布了輕型汽車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 、 車用汽油 機排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)二個限值標(biāo)準(zhǔn)和輕型汽車排氣污染物測量方法 、 車用汽油機排氣污染物測量方法二個工況法測量方法標(biāo)準(zhǔn)，至此，我國已 形成了一套較為完整的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)體系；值得一提的是，我國 93 年頒布 的輕型汽車排氣污染物測量方法采用了 ecer15-04 的測量方法，而測量限 值輕型汽車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)則采用了 ecer15-03 限值標(biāo)準(zhǔn)，該限值標(biāo) 準(zhǔn)只相當(dāng)于歐洲七十年代來的水平(歐洲在 1979 年實施 ecer15-03 標(biāo)準(zhǔn))。 第三階段 以北京市 db1

18、1/105-1998輕型汽車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺和實施， 拉開了我國新一輪尾氣排放法規(guī)制訂和實施的序曲，從 1999 年起北京實施 db11/105-1998 地方法規(guī)，2000 年起全國實施 gb14961-1999汽車排放污染物 限值及測試方法(等效于 91/441/1eec 標(biāo)準(zhǔn))，同時壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃 式發(fā)動機的車輛排氣污染物限值及測試方法也制訂出臺；與此同時，北京、 上海、福建等省市還參照 is03929 中雙怠速排放測量方法分別制訂了汽油車 雙怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn)地方法規(guī)，這一條例標(biāo)準(zhǔn)的制訂和出臺，使我國汽車 尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國外九十年代初的水平。 目前在我國新車常用的歐

19、i 和歐 ii 標(biāo)準(zhǔn)等術(shù)語，是指當(dāng)年 eec 頒發(fā)的排放 指令。例如適用于重型柴油車(質(zhì)量大于 3.5 噸)的指令“eec88/77”分為兩個階段 實施，階段 a(即歐 i)適用于 1993 年 10 月以后注冊的車輛；階段 b （即歐 ）適用于 1995 年 10 月以后注冊的車輛。 汽車排放的歐洲法規(guī)(指令)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括新開發(fā)車的型式認(rèn)證試驗和現(xiàn) 生產(chǎn)車的生產(chǎn)一致性檢查試驗，從歐開始又增加了在用車的生產(chǎn)一致性檢查。 汽車排放的歐洲法規(guī)(指令)標(biāo)準(zhǔn)的計量是以汽車發(fā)動機單位行駛距離的排 污量(g/km)計算，因為這對研究汽車對環(huán)境的污染程度比較合理。同時，歐洲 排放標(biāo)準(zhǔn)將汽車分為總質(zhì)量不超過

20、 3500 公斤(輕型車)和總質(zhì)量超過 3500 公斤 (重型車)兩類。輕型車不管是汽油機或柴油機車，整車均在底盤測功機上進行 試驗。重型機由于車重，則用所裝發(fā)動機在發(fā)動機臺架上進行試驗。 目前，世界汽車排放標(biāo)準(zhǔn)并立，分為歐洲、美國、日本標(biāo)準(zhǔn)體系。歐洲標(biāo) 準(zhǔn)測試要求相對而言比較寬泛，是發(fā)展中國家大都沿用的汽車尾氣排放體系。 并且，由于我國的轎車車型大多從歐洲引進生產(chǎn)技術(shù)，中國大體上采用歐洲標(biāo) 準(zhǔn)體系。 中國汽車技術(shù)信息研究所專家李京生認(rèn)為，中國有自己的國情，實施排放 標(biāo)準(zhǔn)的背景也與歐洲有所不同，其中最直接涉及到的就是城鄉(xiāng)差別問題，因此 中國應(yīng)該有自己的標(biāo)準(zhǔn)。我國機動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中污染物排放

21、限值大體等 同歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)，故國內(nèi)也沿用類似稱呼，但兩者仍存有一定的技術(shù)差異。我 國制定的輕型汽車污染物排放限值及測量方法()等效于“歐 i”標(biāo)準(zhǔn)；輕 型汽車污染物排放限值及測量方法()等效于“歐”標(biāo)準(zhǔn)。而歐則比歐標(biāo) 準(zhǔn)上了個臺階，有關(guān)專家做了一個形象的比喻：7 輛執(zhí)行歐標(biāo)準(zhǔn)的汽車，相 當(dāng)于 1 輛化油器車的污染物排放量；14 輛執(zhí)行歐標(biāo)準(zhǔn)的汽車，才相當(dāng)于 1 輛 化油器車的污染物排放量。按照輕型汽車號標(biāo)準(zhǔn)，家庭轎車和輕型汽車的一 氧化碳排放量將在原有基礎(chǔ)上減少 30%，碳?xì)浜偷趸衔飫t分別減少 40%。 據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心首席專家方茂東介紹，與歐相比，歐排放標(biāo) 準(zhǔn)中最大的變化在于車輛出

22、廠前必須裝配核心組件 obd，即車載自診斷系統(tǒng)。 該系統(tǒng)特點在于，檢測點增多、檢測系統(tǒng)增多，在三元催化轉(zhuǎn)化器的進出口上 都有氧傳感器。完全通過實時監(jiān)控車輛排放來控制達(dá)標(biāo)，可以更加保證歐排 放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。表 1 為轎車的排放標(biāo)準(zhǔn)。 表 1：轎車歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)，克每公里（g/km） table 1: european car emissions standards, gram per km (g/km) 標(biāo)準(zhǔn)等級 實施日期 co hc nox hc+nox pm 柴油 euro1 1992 年 7 月2.72（3.16 ） -0.97(1.13)0.14(0.18) euro2 1996 年 1 月

23、 1.0-0.70.08 euro3 2000 年 1 月 0.64-0.50.560.05 euro4 2005 年 1 月 0.5-0.250.30.025 euro5 2009 年 9 月 0.5-0.180.230.005 汽油 euro1 1992 年 7 月2.72（3.16 ） -0.97(1.13)- euro2 1996 年 1 月 2.2-0.5- euro3 2000 年 1 月 2.30.20.15- euro4 2005 年 1 月 1.00.10.08- euro5 2009 年 9 月 1.00.10.06-0.005* 1.5 設(shè)計主要完成的工作 本論文先簡單的

24、介紹了汽車尾氣的國家標(biāo)準(zhǔn)濃度以及尾氣對人們生活產(chǎn)生 的影響，從而說明車輛尾氣檢測儀的重要性。 介紹了車輛尾氣的一般種類主要（hc、co、co2、no 等） ，和車輛尾氣 分析儀的一般種類及其各種檢測方法，并且例舉了影響尾氣檢測的主要因素， 主要有空燃比、點火提前角、發(fā)動機的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速和氣缸壓力。 然后對車輛尾氣檢測儀的硬件進行分析設(shè)計，主要采用的是不分光紅外線 分析法。從對單片機的了解開始，以 at89s51 為核心設(shè)計了控制電路圖、電源 電路以及復(fù)位電路，選取光電片和單片機（at89s51）并對其進行各自的介紹。 最后對汽車一般故障診斷進行分析。 2 影響排放污染物的主要因素 影響汽車排放污

25、染物的主要因素很多也很復(fù)雜。有汽車的內(nèi)部因素產(chǎn)生的 影響，但這些排放物都是化學(xué)反應(yīng)燃燒的產(chǎn)物，主要的影響因素空燃比(af)、 點火提前角()等。其次是環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響。 2.1 汽車發(fā)動機自身內(nèi)部因素的影響 2.1.1 空燃比 空燃比是混合氣中空氣與燃料質(zhì)量之比，通常用 af 表示。使 1kg 汽油完 全燃燒按化學(xué)當(dāng)量計算需要 14.7kg 空氣，空燃比等于 14.7，稱為理論空燃比； 燃燒 1kg 燃料實際供給的空氣量與理論空氣量之比稱為過量空氣系數(shù)。 空燃比支配著發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排氣清潔性，是發(fā)動最重要的控 制參數(shù)。當(dāng)實際空燃比比理論空燃比稍小時(af=13.514)，燃燒

26、火焰的溫度最 高。燃燒速度最大時的空燃比比火焰溫度最高時的空燃比更小一點 （af=1213） 。燃燒速度越快，燃燒壓力越高，發(fā)動機的輸出功率越大，因此 af=1213 的稍大的空燃比被稱為功率空燃比。但是，燃油消耗率最低時的空 燃比要比理論空燃比稍大，af=16 左右，這種稍大的空燃比稱為經(jīng)濟空燃比。 圖 2-1 排放濃度與空燃比的關(guān)系 figure 2-1 the ratio relations between emitting concentration and air-fuel 圖 2-2 三元催化器的空燃比特性曲線 figure 2-2 the ratio characteristic

27、 curve of ternary catalysts of air-fuel 空燃比與汽油機排氣有害成分的關(guān)系如圖 2-1 所示。由圖 2-1 可知，混和 氣越濃，由于空氣不足，燃燒不完全，nox排放不多，但 hc、co 的排放增多； 混和氣越稀，燃燒完全，hc、co 的排放減少，但 nox增加很多。供給更稀的 混和氣時，隨著燃燒速度的下降，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定燃燒，這時 nox、co 的排 放減少，而 hc 排放卻增多。 空燃比控制的目標(biāo)是發(fā)動機盡可能多地使用較稀混合氣，從而降低有害氣 體排放量并節(jié)油，同時必須滿足發(fā)動機不同工況對空燃比的要求，否則發(fā)動機 功率將下降、失穩(wěn)，甚至熄火。空燃比對三元

28、催化器的特性曲線如圖 2-2 所示。 由圖 2-2 可知，當(dāng)空燃比控制在 14.7 附近時，三元催化轉(zhuǎn)化器（twc）對有害 排放物的凈化效率最高。 隨著排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格，twc 得到廣泛應(yīng)用，目前汽油機混合氣的空燃 比通常采用閉環(huán)控制的方法，即在排氣管中安裝一個反應(yīng)空燃比信號的氧傳感 器，將實際測到的空燃比信號反饋給控制單元(ecu)，使 ecu 對噴油脈寬進行 修正，使排氣中平均空燃比達(dá)到設(shè)定的化學(xué)當(dāng)量比附近，這樣 twc 對一排氣 中的 hc、c o、nox均具有很高的轉(zhuǎn)化率。 2.1.2 點火提前角 點火提前角對汽油機 co、hc、nox排放濃度的影響如圖 2-3、如圖 2-4 所 示

29、： 圖 2-3 點火提前角對 co 排放的影響 figure 2-3 the impact of advanced ignition angle to co emissions 圖 2-4 點火提前角對 hc 和 nox figure 2-4 the relationship between the advanced ignition angle and the concerntration of hc and nox 點火提前角對 co 排放濃度影響很小，除非點火提前角過分推遲，使 co 沒有充分的時間完全氧化而引起 co 排放量增加?？杖急纫欢〞r，隨點火提前 角的推遲，hc 和 nox同時

30、降低。由于推遲點火提前角會導(dǎo)致排氣溫度上升， 使在排氣行程以及排氣管中 hc 氧化反應(yīng)加速，降低 hc 排放：而推遲點火提 前角將使上止點后燃燒的燃料增多，燃燒的最高溫度下降而降低 nox的排放。 2.1.3 發(fā)動機負(fù)荷和轉(zhuǎn)速 在汽油機怠速、減速等低速輕負(fù)荷運行時，由于轉(zhuǎn)速低、汽油霧化差、混 合氣很濃，殘余廢氣系數(shù)較大，產(chǎn)生較多的 co。當(dāng)發(fā)動機在大負(fù)荷工況下運 行時，其節(jié)氣門位置接近于全開，進氣量增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，缸?nèi)溫度 升高，使 co 的生成較多。 發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化對 hc 和 nox的生成有一定的影響，而對 co 影響程度 相對較小。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高時，增強了氣缸中的擾流混合與渦

31、流的擴散，也 增強了排氣的混合，于是既改進了氣缸內(nèi)氣體的燃燒，又促進了排氣系統(tǒng)的氧 化反應(yīng)，因此 hc 明顯降低。 2.1.4 氣缸壓力 發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，如果燃燒室溫度和壓力下降，會使棍合氣燃燒不良， 尾氣 co 濃度升高。汽車長期運行，發(fā)動機活塞、氣缸和活塞環(huán)組件的磨損會 導(dǎo)致氣缸密封性下降，使氣缸壓力降低。氣缸墊漏氣、氣門密封性不良、氣門 腳問隙過小以及活塞環(huán)對口等，也是造成氣缸壓力不足的主要原因。使用中為 保持氣缸良好的密封性，應(yīng)定期對氣缸壓力進行檢查。檢查中，要求多缸發(fā)動 機各缸壓力均不得低于標(biāo)準(zhǔn)壓力的 80%，同時，為保證發(fā)動機工作平穩(wěn)，各缸 壓差不得大于 5%，不合要求，應(yīng)及時進

32、行維修。 2.2 環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響 考慮到汽車尾氣檢測結(jié)果受環(huán)境的影響，對此，汽車排放法規(guī)對各項指標(biāo) 的檢測都有嚴(yán)格的試驗環(huán)境要求。由于汽車檢測大部分都在室外進行，環(huán)境變 化比較大，容易受到濕度、壓力、濕度等影響，所以容易出現(xiàn)檢測結(jié)果不穩(wěn)定 和抗干擾性差等現(xiàn)象。因此對汽車尾氣檢測倉內(nèi)的環(huán)境要求比較高。 溫度對檢測結(jié)果的影響。尤其是對測點的溫度（-71）要求更高。所 以環(huán)境參數(shù)就比較嚴(yán)格。環(huán)境溫度變化主要影響空燃比的變化，溫度一般控制 在 2030范圍。溫度越高則大氣的密度越小，根據(jù)流體力學(xué)原理，大氣流 動速度加快。那么在單位時間內(nèi)進入氣缸的混合氣體不變的情況下，混合氣體 就越稀?；旌蠚?/p>

33、的空燃比大于理論空燃比，此時氣缸內(nèi)混合氣燃燒完全，因此 co 的生成量減少，co 排放減少。同時紅外氣體傳感器的溫度效應(yīng)比較明顯， 在數(shù)據(jù)采集的過程中，由于環(huán)境溫度變化比較大，因此會導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。 壓力對檢測結(jié)果的影響。大氣壓力大小對尾氣排放檢測結(jié)果的影響也是比 較大的，由于通入氣缸的氣體為空氣和燃油的混合氣，燃油進入氣缸的量是固 定的，然而通入氣缸的空氣受外界大氣壓力的影響，在氣缸的工作過程中，由 于第一行程是進氣行程，缸內(nèi)的殘余氣體壓力比較低，近似于真空狀態(tài)。此時 進入氣缸的氣體取決于汽缸內(nèi)、外氣體的壓力差。當(dāng)大氣壓力變化時，氣缸內(nèi)、 外壓力差比較大，此時進入氣缸內(nèi)的大氣多少取決于外

34、界大氣壓力。大氣壓力 越低，進入氣缸的空氣越少，此時氣缸內(nèi)的混合氣越濃，自然空燃比就越小， 混合氣燃燒不充分，co 生成量增加。在汽車檢測的過程中會因為 co 量增加。 2.3 溫度、壓力對檢測儀影響的修正方法 汽車尾氣檢測影響因素的處理經(jīng)過初始值和實測值與表格的對比，然后利 用線性差值法進行計算，查表后先對氣壓進行補償，再對溫度進行補償，最后 顯示結(jié)果值。 y n 初始值 n0 計算得x實測值 nx x在表格中 在位于表格中的 區(qū)間位置 利用線性差值法計 算的檢測結(jié)果值 yx 查表得 yx 對 yx進行大氣壓補償，得 yy 對 yy進行溫度補償，得 y 液晶顯示結(jié)果值 y 圖 2-5 主程序

35、流程圖 figure 2-5main program flow chart 3 汽車尾氣檢測系統(tǒng)檢測方法及原理 目前用于汽車尾氣分析的方法主要有三種，即：用不分光紅外分析(ndir) 測量 co、hc 和 no；用氫氣火焰離子分析儀(fdi)測量 hc；用電化學(xué)原理測 量 nox和 o2。世界各國在工況法檢測標(biāo)準(zhǔn)中都嚴(yán)格規(guī)定必須采用上述測量方法， 但怠速法檢測標(biāo)準(zhǔn)中略有不同。 3.1 不分光紅外線分析儀（ndir) 不分光型 (非擴散型)紅外線分析儀用來測定廢氣中 co、no、hc、co2的 濃度(主要測量 co 的濃度)。它使用非擴散型紅外線即 ndir 光。當(dāng)紅外線穿透 co2、co、no

36、 和 hc 與其它氣體的混合物時，特定波長的紅外線被各種氣體 吸收，吸收程度與 co、co2、no、hc 及其它氣體的濃度成正比。 不分光紅外線分析裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖 3-1 所示，它由兩相同的紅外線光 源 1、濾波室 10、基準(zhǔn)室 9、分析室 3、檢測室 8、信號放大器 6 及記錄顯示器 7 等組成。在基準(zhǔn)室 9 內(nèi)封入對紅外線不吸收的氣體如氮氣，在分析室 3 內(nèi)測 定氣體，檢測室 8 內(nèi)裝有可變電容器，其動極為鋁薄膜 5 把檢測室 8 分成左、 右兩個輻射接收室。來自光源的紅外線由反射鏡聚成平行光束，遮光板 11 又把 連續(xù)的光束調(diào)制成一定頻率的光信號。當(dāng)紅外線通過分析室 3 和基準(zhǔn)室 9

37、 時， 由于分析室 3 內(nèi)的一部分紅外線被式樣氣體吸收，結(jié)果檢測室 8 左、右兩接收 室接收的紅外輻射能不同，而轉(zhuǎn)換為壓力作用于薄膜 5 上。隨紅外線斷斷續(xù)續(xù) 地被遮光板 11 阻擋，薄膜 5 振動，這一振動又轉(zhuǎn)換為交流電信號，傳送到記錄 顯示器 7。 圖 3-1 不分光紅外線分析儀的結(jié)構(gòu)原理圖 figure 3-1 the instrument principle diagram of the diffusion type infrared structure 基本檢測原理 實驗及理論計算得出，co 在波長 4，7m 附近存在著強烈的振動吸收峰， 其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾定律。因此，當(dāng)在波長

38、 4.7m 一定強度的窄帶紅外光 附近通過含有 co 的混合氣體時，入射光強度而與出射光強度曉問存在如下關(guān) 系 （3.1）)( 0 clexpii 式中 為 co 氣體的吸收系數(shù)；c 為待測 co 氣體的濃度。 令： (3.2) 0 / iit 則式(3.1)可簡化成: (3.3)ti l c n 1 或： (3.4) l d c 其中： (3.5)tid n 顯然,只要測出 d 及 i，即可利用式(3.4)計算出 co 氣體的濃度。 3.2 氫火焰離子型分析儀(fd) 氫火焰離子型分析儀(flame lonization defector)用來分析 hc。由于對 hc 中的稀烴和芳香族烴感度

39、低，所以在 cvs 取樣測定中改用 fid 分析 hc。fid 可以測到極小濃度的 hc。 fid 的測量原理是：碳?xì)浠衔镌跉浠鹧嬷腥紵龝r， 火焰的高溫(2000 攝氏度)會使其分解產(chǎn)生離子，這些離子的產(chǎn)生和 hc 濃度成 正比。 圖 3-2 為氫火焰離子型分析儀的結(jié)構(gòu)原理圖，它由噴嘴 7、燃燒室 1、收集 器 3、傳感器 4 等組成。取樣氣體和燃燒氣體在噴嘴 a 處混合，然后這一混合 氣體又在燃燒室 1 和空氣混合。在噴嘴 7 和收集器 3 間加一高電壓，傳感器 4 計算火焰中產(chǎn)生離子的數(shù)目，探測在噴嘴 7 和收集器 3 這兩個電極之間流動的 離子流大小，依此計算出 hc 濃度，其結(jié)果被輸

40、出至記錄器。 圖 3-2 氫火焰離子型分析儀結(jié)構(gòu)原理 figure 3-2 the structure theory diagram of hydrogen flame ionic analyzer 3.3 化學(xué)發(fā)光法分析(cld) 化學(xué)發(fā)光法分析儀(chemical luminscence detector)用來測量 nox 的濃度， 其優(yōu)點是感度高、應(yīng)答性好，在 0.01 濃度范圍內(nèi)輸出特性呈線性關(guān)系，適合連 續(xù)分析。在化學(xué)發(fā)光法分析的結(jié)構(gòu)中。在排氣成分中，其它產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光的物 質(zhì)有 co、稀烴等，它們都以比 59mm 短的波長發(fā)光，為了消除它們的影響， 可用濾波器將這些光波濾除。no 和

41、 o2進入反應(yīng)器內(nèi)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所發(fā)出 的光通過濾波器，由光電倍增管檢出、放大并測量，這樣就確定了廢氣中 nox 的濃度。 分析儀是從汽車排氣管內(nèi)收集取出汽車的尾氣，并對氣體中所含有的 co、hc、o2和 nox的濃度進行連續(xù)測定的儀器。它主要由尾氣取樣系統(tǒng)、尾 氣分析系統(tǒng)、指示系統(tǒng)和校正系統(tǒng)等組成。 3.4 小結(jié) 綜合以上，不分光紅外氣體分析法具有靈敏度高、具有較高的信號/噪聲比 和良好的穩(wěn)定性。氫火焰離子型分析法操作復(fù)雜穩(wěn)定性較差，要求高?；瘜W(xué)分 光法分析儀靈敏度雖然高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，穩(wěn)定性一般。所以選用不 分光紅外氣體分析法進行氣體分析和檢測。 4 汽車尾氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計 4.

42、1 不分光紅外分析汽車尾氣系統(tǒng) 本檢測是四氣檢測儀系統(tǒng)采用不分光紅外分析(ndir)法測量 co、hc 和 co2。此方法是建立在惰性氣體不吸收紅外線能量，而異原子組成的氣體如汽 車尾氣中的 co、hc、co2等均能吸收一定波長的紅外線能量的基礎(chǔ)上。其吸 收能量的紅外線波長稱為特征波長，吸收強度用吸收系數(shù)反映。當(dāng)紅外線通過 氣體時，由于氣體對紅外線波段中特征波長紅外線能量的吸收，紅外線的能量 將減少，其減少量與氣體濃度、氣體室厚度和吸收系數(shù)有關(guān)，它服從朗伯-比爾 定律。 圖 4-1 紅外氣體分析裝置結(jié)構(gòu)原理圖 figure 4-1 the structure principle diagram

43、 of infrared gas analysis device 根據(jù)上述原理制成的紅外氣體分析裝置如圖 4-1 所示。紅外線光源發(fā)出的 紅外線的波長在 27m 之間，紅外線經(jīng)過取樣室后，通過旋轉(zhuǎn)的紅外濾光片 (紅外濾光片分 co、co2、hc 和基準(zhǔn)信號四個光片組成)到達(dá)光電池產(chǎn)生電信 號，由圖 4-1 紅外氣體分析裝置結(jié)構(gòu)原理所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的紅外濾光片旋轉(zhuǎn)一周， co、c02、hc 和基準(zhǔn)信號四個濾光片分別通過取樣室下方一次，這樣在光電池 上產(chǎn)生兩個正半周期的正弦波形。本系統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速為 120 轉(zhuǎn)/分。氣體的濃度 越高，波形幅值越小，反之越大。根據(jù)通入氣體前后的幅值變化，可以得到尾 氣各組

44、分含量的檢測結(jié)果。 4.2 不分光紅外線氣體分析儀的檢測原理 車輛排放中的 co、hc、no 和 co2等氣體，都分別具有能吸收一定波長 范圍紅外線的性質(zhì)，如圖 4-2 所示。而且，紅外線被吸收的程度與排氣濃度之 間有一定的關(guān)系。不分光紅外線分析法就是利用這一原理，即根據(jù)檢測紅外線 被汽車排氣吸收一定波長范圍紅外線后能量的變化，來檢測排氣中的各種污染 物的含量。在各種氣體混在一起的情況下，這種檢測方法具有測量值不受影響 的特點。 圖 4-2 車輛各種尾氣波段 figure 4-2vehicle various exhaust bands 4.2.3 不分光紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu) 不分光紅外線 c

45、o、co2、no 和 hc 氣體分析儀，是一種能夠從汽車排氣 管中采集氣體，對其中 co、co2、no 和 hc 含量連續(xù)進行分析的儀器。它由 排氣取樣裝置、排氣分析裝置、含量指示裝置和校準(zhǔn)裝置等組成。 4.3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成分析 由于溫度和壓力對檢測結(jié)果的影響比較大，這就要求研究人員在設(shè)計和升 級產(chǎn)品時采用硬件和軟件干擾措施抑制這些現(xiàn)象。傳感器直接產(chǎn)生的模擬信號 一般都比較微弱，并且有干擾信號，必須對它們進行放大、濾波，并有效地排 除干擾信號。傳感器產(chǎn)生的信號較弱，需要把信號放大和濾波之后才能進行 a/d 轉(zhuǎn)換。微處理器在鍵盤的控制下進行顯示、通訊、打印、抽氣、排氣等操 作。下面分別介紹系統(tǒng)幾

46、個主要硬件模塊的組成和器件的選擇。 4.3.1 紅外線接收、發(fā)射裝置 紅外接收電路接收紅外光信號并將其轉(zhuǎn)換成串行碼。電路由專用的集成紅外接收芯片 cx20106 及外接 r、c 元件結(jié)構(gòu)。由紅外接收管 ph3028 接收的光信號經(jīng) cx20106 進行限 幅放大、帶通濾波、解調(diào)和信號整形，由 ca20106 的第 7 腳輸出。外接電阻 r1、c1的大 小決定 cx20106 中前置放大級的增益。濾波器中心頻率由 r2調(diào)節(jié)。c3為檢波電容。圖 4-3 為紅外接收電路。 圖 4-3 紅外接收電路 a/d 轉(zhuǎn)換：微處理器能處理的信號應(yīng)該是數(shù)字信號，因此，在智能儀器的 輸入通道中加入能把模擬信號轉(zhuǎn)換成

47、數(shù)字信號的芯片即 a/d 轉(zhuǎn)換器。使用 a/ d 轉(zhuǎn)換器時應(yīng)先根據(jù)輸入通道的總誤差，選擇 a/d 轉(zhuǎn)換器的精度及分辨率。根 據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定 a/d 轉(zhuǎn)換速度，以保證智能儀器的 實時性要求，對快速信號必須考慮采樣。在選用 a/d 轉(zhuǎn)換器時還應(yīng)考慮智能儀 器所處的環(huán)境選擇 a/d 轉(zhuǎn)換器的環(huán)境參數(shù)。不同 a/d 轉(zhuǎn)換器有不同的輸出狀態(tài)， 應(yīng)根據(jù)計算機的接口特性選擇輸出狀態(tài)。a/d 轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口一般要 完成的操作有微處理器發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，微處理器取回轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號， 讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。任何信號的 a/d 轉(zhuǎn)換器可以同任何型號的微處理器接門，但 其接口形式隨 a/d

48、 轉(zhuǎn)換器的型號，以及 a/d 轉(zhuǎn)換速度、分辨率的要求不同而有 所差異。 4.3.2 單片機的選擇 單片機也被稱為微控制器（microcontroller unit） ，常用英文字母的縮寫 mcu 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 cpu 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 cpu 集成在 一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控 制設(shè)備當(dāng)中。 at89s51 是一個低功耗，高性能 cmos 的 8 位單片機，片內(nèi)含 4kbytesisp（in-system programmable）的可反復(fù)擦鞋 1000 次的 fl

49、ash 只讀程序 存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元，at89s51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 4.3.3 單片機復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號， 以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖 4-4 可以實現(xiàn) 上述基本功能。 圖 4-4 復(fù)位電路圖 figure 4-4 reset circui

50、t diagram 4.3.4 電源電路 電源電路是提供整個電路所需的各種電壓，由電源變壓器、整流電路、濾 波電路及輔助穩(wěn)壓輸出構(gòu)成，lm7805 是常用的三端穩(wěn)壓器。電源變壓器的功 率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足功率余量，為 at89s51 提供+5v 電 壓。圖 4-5 所示為電源電路。 圖 4-5 電源電路圖 figure 4-5 power supply circuit diagram 4.3.5 控制電路框圖 通過傳感器將信號經(jīng)過放大，然后經(jīng)過復(fù)位電路進入單片機進行數(shù)據(jù)處理， 最后進行液晶顯示和報警電路。如圖 4-6 所示。 at89s51 復(fù)位電路 紅外發(fā)生 器 放大 放大

51、 放大 液晶顯示 報警電路 圖 4-6 框架圖 figure 4-6 kuangjiatu 4.3.6 硬件電路的抗干擾措施 近年來，隨著汽車尾氣排放法規(guī)要求的進一步加強和汽車尾氣分析儀的廣 泛應(yīng)用，并有效地控制了尾氣排放對大氣污染的影響。但是，汽車尾氣分析儀 的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、精確性就成為一個非 常突出的問題。系統(tǒng)必須長期穩(wěn)定、可靠地進行，否則將導(dǎo)致誤差加大，嚴(yán)重 時會使系統(tǒng)失靈。 要形成干擾，必有三個因素，即干擾源、耦合通道和敏感電路。它們之間 的聯(lián)系如圖 4-7 所示。干擾源產(chǎn)生的電磁干擾信號，通過電路或者磁路的傳播 和耦合，對易受干擾的電路或器件產(chǎn)生影響

52、，使之工作異常。 干擾源耦合通道敏感電路 圖 4-7 干擾三要素結(jié)構(gòu)圖 figure 4-7three interference elements structure 為消除和抑制干擾，就要針對這三個因素采取措施。對于干擾源，要盡量 消除，不能消除的，則通過隔離、濾波等措施，盡量減弱其發(fā)出的干擾信號的 強度；對于干擾的藕合通道，要切斷或采用濾波、選頻、屏蔽等技術(shù)進行抑制： 對于對干擾信號敏感的電路或元件，要采用合理接地和退禍、濾波等措施提高 電路或元件的抗干擾能力。 在本系統(tǒng)中，主要采用了以下方法來防止干擾。 首先是濾波技術(shù)。濾波器對噪聲、干擾等進行抑制或衰減，特別是對由導(dǎo) 線傳導(dǎo)耦合到電路中

53、而又具有一定頻率特征的干擾信號，具有十分明顯的效果。 在本課題中，在所有集成元件的電源部分，均并聯(lián)一只 0.1f 的電容，濾除從 電源竄入的干擾。在信號調(diào)理電路中使用了有源濾波器。 其次是光電隔離技術(shù)。光電隔離是由光電耦合器件完成的。光電耦合器件 是 70 年代發(fā)展起來的新型電子元件，是以光為媒介傳輸信號的器件。其輸入端 配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。開 關(guān)量輸入電路接入光電耦合器之后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在輸 入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路中的一側(cè)。除此之外，還能起到 很好的安全保障作用，因為在光電耦合器的輸入回路和輸出回路之間有很高

54、的 耐壓值，達(dá) 500v1000v，甚至更高。由于光電耦合器不是將輸入側(cè)和輸出側(cè) 的電信號進行耦合，而是以光為媒介進行間接耦合，具有較高的電氣隔離和抗 干擾能力。本文在單片機對排氣泵和換向閥的控制中，采用了光電隔離電路， 以消除 220v 電源的繼電器產(chǎn)生的強電流導(dǎo)致的干擾。 再次是采用印制電路板抗干擾措施。加粗地線能降低導(dǎo)線電阻，使它能通 過三倍于印制板上的允許電流。使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)信息傳遞方向一 致。滿接地，即在印制板上除供傳輸信號用的印制導(dǎo)線外，把電路板上沒有被 器件占用的面積全做為接地線等措施。 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 紅外汽車尾氣分析儀的程序是山 mcs.51 單片機匯編語言

55、編寫，主要由以 下六個模塊組成： 1）數(shù)據(jù)采集模塊。完成氣泵控制和汽車尾氣各組分的數(shù)模轉(zhuǎn)換。 2）數(shù)據(jù)處理模塊。對數(shù)據(jù)進行補償，消除大氣壓力和溫度對它的影響。 3）傳感器標(biāo)定模塊。先通入標(biāo)準(zhǔn)氣體，記錄檢測結(jié)果，制成表格寫入程序。 在實際檢測時，通過查詢表格或計算得實際測試值。 4）液晶顯示模塊。對各組分的測量結(jié)果進行實時顯示。 5）與 pc 機的通信模塊。包括接受應(yīng)答信號和設(shè)定參數(shù)，發(fā)送采集數(shù)據(jù)等。 6）打印檢測結(jié)果模塊。 4.4.1 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊是由數(shù)據(jù)接口單元、pc 機、a/d 轉(zhuǎn)換和顯示器或打印機組成 的，通過紅外氣體分析裝置數(shù)據(jù)處理軟件可進行數(shù)據(jù)處理，并打印出相應(yīng)的氣 體

56、濃度信號。如圖 4-8 所示。 紅外氣體分析系統(tǒng) 分析單元采集單元 校正采樣 常規(guī)采樣 保存數(shù)據(jù) 編程采樣 i/o 接口 曲線擬合 野值踢除 數(shù)據(jù)濾波 曲線平滑 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)文件 調(diào)入單一曲線或多曲線 數(shù)據(jù)非線性處理 數(shù)據(jù)圖像演示保存數(shù)據(jù) 圖 4-8 數(shù)據(jù)處理框圖 figure 4-8 data processing are presented 4.4.2 液晶顯程序設(shè)計 選取 lcd 液晶模塊，這是個慢顯示器件。 lcd1602 初始化過程：延時 15ms；寫指令 38h（不檢測忙信號） ；延時 5ms；寫指令 38h（不檢測忙信號） ；延時 5ms；寫指令 38h（不檢測忙信號） ； 以后

57、每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號；寫指令 38h，顯示模式設(shè) 置；寫指令 08h，顯示關(guān)閉；寫指令 01h，顯示清屏；寫指令 06h，顯示光標(biāo) 移動設(shè)置；寫指令 0ch，顯示開及光標(biāo)設(shè)置。程序代碼如下： void lcd_initialize() /液晶初始化 lcd_write(0 x06,lcd_command); delay(2); lcd_write(0 x38,lcd_command); delay(2); lcd_write(0 x0c,lcd_command); delay(2); lcd_write(0 x01,lcd_command); delay(2); 向 lc

58、d1602 寫數(shù)據(jù)程序如下： void lcd_write(uchar dat,uchar type) uchar i; while(lcd_busy() lcd_rs=type; lcd_rw=0; lcd_en=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); lcd_port=dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); lcd_en=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); lcd_en=0; lcd 送顯程序如下： void lcd_prints(uchar *dat,uchar add,uchar l

59、ens) uchar i; lcd_write(add|0 x80,lcd_command); for(i=0;ilens;i+) lcd_write(dati,lcd_data); 5 尾氣檢測分析汽車故障 5.1 一般車輛故障的尾氣特點 hc 和 o2的讀數(shù)高，是由點火系統(tǒng)不良或混合氣過稀失火引起的。當(dāng)測試 的 co、hc 值高，而 c02、02值低時，表明發(fā)動機工作混合氣很濃。如果燃燒 室中沒有足夠的氧氣保證正常燃燒，通常情況下，co2的讀數(shù)和 co 的讀數(shù)相 反。燃燒越完全，co2的讀數(shù)就越高，其最大值在 13.514.8之間，此時 co 的讀數(shù)應(yīng)該等于或接近于 0.o2 的讀數(shù)是最有

60、用的診斷數(shù)據(jù)之，02的讀數(shù) 和其它 3 個讀數(shù)一起，能幫助找出故障診斷的難點。 通常，裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車，o2的讀數(shù)應(yīng)該是 1.02.0，說明發(fā)動 機燃燒很好，只有少量未燃燒的 02通過氣缸排出。如果 02的讀數(shù)小于 1.0， 則說明混合氣太濃，不利于燃燒。如果 02的讀數(shù)超過 2，則說明混合氣太稀。 利用功率平衡試驗(根據(jù)制造廠的使用說明)和四氣尾氣分析儀的讀數(shù)，可 以看出每個缸的工作狀況。如果每個缸 c0 和 c02的讀數(shù)都下降，hc 和 c02的 讀數(shù)都上升，且上升和下降的量都一樣，則證明每個缸都工作正常。如果只有 一個缸的變化很小，其它缸都一樣，則表明這個缸點火或燃燒不正常。 一個調(diào)