汽车尾气排放与检测设计

本科毕业设计（论文）开题报告题目电控汽油发动机尾气检测装置设计与分析指导教师院（系、部）专业班级学号姓名日期教务处印制一、选题的目的、意义和研究现状二、研究方案及预期结果三、研究进度四、主要参考文献五、指导教师意见摘要随着我国经济的持续发展和汽车保有量的不断提升，由此而带来的环境污染问题也越来越严重。

为应对越来越严格的排放标准，尾气检测装置得到广泛的应用。

首先，三元催化装置减少了各种化学污染物尤其是氮氧化合物的排放，为使这个装置达到更合适的工作状态，必须使空燃比尽可能的保持在14.7水平；其次，通过在排气管中安装氧传感器，将尾气的氧含量信号反馈给ECU,它会在采集到如发动机转速、进气管压力等数据的基础上，调整喷油的脉宽，改变喷油量，以达到最佳的空燃比。

419QE发动机是我国较早的发动机型，仍然采用较为传统的化油器式供油系统，本文以此款发动机的数据作为设计电控系统的依据。

本文分析了汽车尾气排放物的种类及其生成机理以及它所产生的影响，阐述了国内外日益严格的排放法规，进一步说明电控汽油喷射的必要性和电子控制在解决尾气排放问题中所起的作用。

本文选择了待改进的发动机类型并取得了一些参数，也选择了各种传感器的类型和参数，还着重设计了由传感器（转速、进气门压力、氧传感器）到中央处理器再到执行器（喷油器）的整个电控电路。

本文还通过一些参数值确定并优化map图，为ECU控制喷油器和火花塞的工作提供了可靠的基础。

选择单片机的类型并设计软件，实现预定的功能。

关键词：汽油发动机，尾气检测，单片机，控制ABSTRACTWith China's sustained economic development and car ownership is on the rise, thus environmental pollution problems is becoming more and more serious. In response to increasingly stringent emission standards, exhaust gas detection devices are widely used. First, the three-way catalytic device have done a lot to reduce a variety of chemical pollutants, especially nitrogen oxides emissions.And in order to make the device more work in a more suitable station, air-fuel ratio must remain at 14.7 level as possible; second, through the oxygen sensor installed in the exhaust pipe and the signal on oxygen content in the exhaust gas backed to the ECU, it would be collected, such as engine speed, intake manifold pressure based on the data, and then adjuste the fuel injection pulse width, change the fuel injection quantity to achieve the best possible air fuel ratio.419QE engine is the engine of our earlier model, still using more traditional carburetor-type fuel injection system, this paper use the engine data as the basis for design of electrical control system.This paper analyzes the types of vehicle exhaust emissions and the formation mechanism and its impact，and introduce the increasingly stringent emissions regulations at home and abroad，and further shows the need for electronic control fuel injection and electronic control to solve the problem in the role of reducing emissions .This paper choose the type of engine to be improved and make a number of parameters, and also choose a variety of sensors and their parameters, and focuses on the design of the electronic control circuit from the sensors (speed, intake valve pressure, oxygen sensor) to the CPU and then to the actuator ( injector) .The article also identifies and optimizes Map diagram through a number of parameters，it provide a reliable basis for the ECU to control the fuel injectors and Ⅱintended function.Key Words:Gasoline engine, exhaust gas detection, microcontroller, control1 绪言1.1 本课题的研究背景随着汽车工业的不断发展，汽车产量和保有量与日俱增，汽车排放对大气污染也日益严重，人类生活环境受到严重威胁。

开发动力性、经济性和排放俱佳的汽车已成为汽车工业发展的必然趋势。

世界各国都制定了日益严格的排放法规。

1960年美国南部的加利福尼亚州制定了世界上第一个汽车排放污染限制法规，1968年美国又颁布了联邦排放法规，以后一再修订，日本与欧共体国家(即如今欧盟国家)也相继制定出排放法规。

排放法规的日益严格，使传统的化油器及机械点火发动机难以满足要求。

也制定了相应的政策。

从2003年7月1日起，我国实行欧Ⅱ排放标准，而北京在2002年8月1日就提前执行了欧Ⅱ排放标准，并计划到2008年的奥运年将执行接近于欧IV水平的新排放标准。

世纪内燃机问世以来，随着各种新技术的不断应用，其性能有了显著的提高。

特别是近三、四十年内，电子技术得到飞速发展，各种高性能和高可靠性的传感器、微处理器和执行器相继问世，使得电控技术在发动机性能优化中的应用成为可能。

电控技术所带来的高燃油经济性、大功率输出、低排放、优良的冷启动和暖机性能、怠速控制精确等优点使其在现代发动机中处于举足轻重的地位。

其中，空燃比的精确控制是一直关注的焦点问题。

众所周知，空燃比是发动机运行时的一个重要参数，对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。

随着空气污染的日益严重，对汽车尾气排放要求越来越严格，需要对空燃比进行精确的控制。

目前，电控燃油喷射结合三元催化转化技术己成为车用发动机降低排放的最直接有效的方式。

然而，三元催化器的转化效率受空燃比的影响很大，研究表明，要想获得较高的转化效率(80%以上)，要求空燃比控制在化学计量比(即空燃比为14.7[1]误差不超过士3.5%[2]。

进气流量的精确测量是空燃比控制的基础，按所采用的传感器不同分为基于进气压力测量和基于进气流量两类，其中，基于进气流量的空气质量传感器在汽车上得到了较为广泛的应用。

1.2 国内外研究现状传感器的特性问题成为研究的重点，对传感器的建模精度有了更高的要求，种传感器都存在传感器动态非线性，再使用线性动态模型和校正方法无法解决上述问题[3]。

为此，国内外专家开始研究传感器的动态非线性问题，目前主要集中在传感器的动态非线性建模上。

有以下几种模型:(1)volterra级数[4]。

该模型的物理意义清晰，但系数较多，尤其是V olterra级数高阶核非常复杂，还需要构造特殊要求的输入信号，不易辨识。

(2)神经网络模型。

神经网络函数为非线性，但其实时性差，计算量大，对传感器输入信号有要求。

同时，模型存在收敛问题。

(3)块联模型，典型的有Wiener和Hammerstein模型。

此类模型结构简单，非线性和线性分开识别，大大降低识别复杂度。

同时，也便于非线性校正。

为了精确控制空燃比，需要研究关键传感器的动态特性。

针对上述传感器，国内外专家使用各种方法进行动态特性的研究。

Buehler等提出以综合信息方法分析和控制热膜/线式MAF传感器，以节流阀位置传感器和发动机速度传感器的信息，来预测空气质量流量传感器的输出，并将预测值与实测的空气质量流量传感器输出进行比较，调整模型参数，得到空气质量流量传感器在不同进气量下的特性，以控制进气量[5]。

Mrad等提出用时变自回归滑动平均(TARMAX)模型描述MAF传感器的动态非线性特性，预测传感器的响应[6]。

Follmer W C和Ziesmer D A等人利用扰动测量技术对热线式MAF传感器小信号激励下的响应特性进行了研究[7]，但由于对其呈现出的整个变化特性缺乏了解，因而在ECU传统的控制策略中传感器的动态特性并未被充分考虑，以至于存在大的进气脉动时，无法准确地测量平均进气量[8]。

但是这些方法或计算复杂，或难于实现，也不利于传感器的动态校正。

国内，针对MAF传感器动态特性和动态非线性建模的研究较少。

上海理工大学的李长武等设计了适用于内燃机的热线式态性能的研究[9]。

上汽集团工程研究院研制了热膜式空气质量流量传感器，但没有进行动态性能研究[10]。

长安大学的吴克刚从理论山分析了热模式传感器的动态特性[11]。

但给出的数学模型与敏感元件的结构、材料、电桥电路和放大器的参数有关，仅对传感器设计有指导意义，无法用来分析产品型传感器的实际特性。