车辆尾气自主检测系统的设计

山东德州学院汽车工程学院　代姣姣　于士军

车辆尾气自主检测系统的设计

山东德州学院汽车工程学院代姣姣于士军

2015年初冬，京津冀地区多个城市被雾霾笼罩空气质量指数爆表，汽车尾气排放是导致雾霾横行的众多元凶之一。自1886年世界上第一辆内燃机汽车诞生至今汽车工业发展迅速，得益于此我国汽车保有量正逐年增大。汽车这个为解放生产力而生的大型交通工具在为全社会提供便利服务的同时产生的负面影响已经不容小觑。本文作者通过研究有关于汽车尾气检测原理及应用方面的成果，提出汽车自主检测尾气排放的方法并在尾气排放超限时限制车辆出行的构想及简单原理，旨在提高尾气检测力度，减轻尾气污染。

汽车尾气；大气污染；车辆限行

1　背景介绍

汽车发动机通过一定工作行程用消耗燃料产生的能量带动曲轴旋转为汽车行驶提供动力，在此往复过程中产生的废气最后由排气门经尾气排气管排向大气中，其中就包括氮氧化合物、一氧化碳、碳氢化合物等有害排放物和造成雾霾天气的悬浮颗粒物。从第一辆内燃机汽车诞生至今汽车生产技术全面提高，生产成本大幅度下降，城市中汽车保有量急剧增长。因此，世界各国制定了汽车排放控制法规标准，而且随着节能和环保意识的提高，对汽车排放控制的法规标准日趋强化，来减少汽车尾气排放物如CO、HC和NO的排放量［1］。

为了有效减轻汽车尾气排放对我们赖以生存的生态环境的影响，我国从上世纪八十年代初就开始对汽车尾气污染防治的工作，相继的制定并实施了相关的汽车尾气污染防治政策，包含综合性法律法规、专门性法规和排放标准等［2］。从法律法规方面规范尾气排放的相关规定；汽车技术专业研究者从汽车技术层面入手，通过改进汽车燃油质量、提高燃油利用效率、对尾气进行催化转化等措施减少汽车有害排放物的排放；环境保护研究学者通过了解气体分散规律得出测量汽车尾气排放量的具体可行方法。对排放系统及催化剂的相关研究有催化机理的研究、加强排放系统的空气动力学研究、单独进行排放系统所需空燃比的调节、研究适合稀燃料需要的催化剂、研究开发适合清洁燃料发动机的排放系统等方面［3］。除此之外，个体汽车车主也要按相关规定定期对汽车尾气排放进行检验检测，合格之后才可以上路行驶。

要求车主定期按规定对车辆尾气排放进行检验检测，这有效监督和督促了车主对车辆尾气排放主动负责。在检测时间之外的日常使用中，部分车主可能会有如将三元催化转化装置卸掉的举动以此来节省车辆使用成本，这种不负责行为的危害不言而喻。如果能实现对检测日之外车辆的日常使用中尾气排放量的自主检测并及时有效的限制排放量超标的车辆上路，对减少汽车尾气排放污染物对大气环境的影响将大有裨益。

2　车辆自主检测系统

2.1概况

东北林业大学的牛鑫淼在对汽车排气管内气体进行研究时通过对1.6升电控燃油发动机汽车总成内部气体的温度和压力进行测量，对结果进行分析发现，发动机处于较低转速时，排气管内部的气体稳定压力较低，随着发动机转速的上升，排气管内部的气体压力值增大［4］。长春理工大学的俞峰在对汽车尾气测量系统研究时通过不同的滤光片在同一光路中完成不同污染气体浓度的测量，通过传感器将光信号转换为电信号，通过反演气体的光吸收曲线，得到汽车尾气中一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物的浓度浓度［5］。在众多专业学者研究的基础上，本文设想通过检测汽车尾气排放量、借助执行部件和相应阀门在ECU的控制下实现对尾气排放通道的开闭，进而实现车辆自主检测尾气排放量并在尾气排放量超标时阻止车辆上路的功能。

2.2系统功能模块

图1　系统功能模块

主要组成部件：红外线尾气流量传感器、尾气排放通道开闭控制阀、ECU和执行原件

2.2系统工作原理

在汽车排气管处选择合适位置安装红外线尾气流量传感器，在尾气排放通道中选择合适位置安装尾气排放通道开闭控制阀，将红外线尾气流量传感器和尾气排放通道开闭控制阀分别连接ECU和执行器，实现整个系统的接通。

尾气排放时红外线尾气流量传感器将尾气排放信息通过电信号传给ECU ECU根据排放量是否超标来发送打开或是关闭尾气排放通道开闭控制阀的指令尾气排放通道开闭控制阀的开启或关闭决定了车辆能否正常排放废气进而间接控制车辆能否正常上路行驶。

当红外线尾气流量传感器测得的汽车尾气排放量在相关规定范围以内时ECU发送开启尾气排放通道开闭控制阀的指令，执行器执行，尾气排放通道开闭控制阀开启，车辆正常排放尾气可以上路行驶；当红外线尾气流量传感器测得的汽车尾气排放量超过相关规定范围时，ECU发送关闭尾气排放通道开闭控制阀的指令，执行器执行，尾气排放通道开闭控制阀关闭，车辆不能正常排放尾气的不能上路行驶。

2.3功能要求

红外线尾气流量传感器、尾气排放通道开闭控制阀、ECU和执行原件之间接通配合良好；红外线尾气流量传感器能准确监测汽车尾气排放量并将其准确地传递给ECU；执行部件能及时准确接收并执行ECU发出的指令；尾气排放通道开闭控制阀能可靠稳定地实现尾气排放开关的开闭。

3　总结展望

本文粗略介绍了相关法规规定的检测日之外车辆的日常使用中，可以实现尾气排放量的自主检测并限制排放量超标的车辆上路的系统方法设计，目的是加大尾气检测力度及范围，尽可能减轻汽车尾气排放物对大气环境的不利影响。但所学知识有限，难免有不足之处，希望该设计尽快为控制尾气污染起到行之有效的作用。

［1］陈家瑞.汽车构造［M］.机械工业出版社，2014.197.

［2］宗芳.我国汽车尾气防治政策研究.［D］.天津师范大学，2012.

［3］靳文强.发动机排放技术分析［J］.科技风，2015.1.

［4］牛鑫淼.汽车排气管内部气体状态分析.［D］.东北林业大学，2014.

［5］俞峰.汽车尾气测量系统研究.［D］.长春理工大学，2014.