基于超声波雾化的摩托车排放污染控制技术研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

随着车辆保有量的增加 ，车辆尾气排放污染物对环境的影响 日趋严重 ，给空气质量带来巨大压力 ，加剧了大气污染治理的难度♀决车辆尾气排放问题刻不容缓，目前 ，对车辆尾气排放控制的研究课题很多，主要方法如下n ：①通过三元催化处理，三元催化器安装在排气系统，将汽车尾气排放出的CO、HC和NO 等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。②涡轮增压分层喷射缸内直喷，稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。③可变技术，可变技术是随着使用工况(转速、负荷)变化，使发动机某系统结构参数可变的技术，如本田的VTEC和丰田的VVT-i[2]。

但以上措施只是局限于对燃料本身的选娶排放后的净化处理，却忽略了尾气污染物形成的根本原因。而污染物的产生主要是由于燃油与空气混合不均匀、燃烧不充分造成的，而超声波雾化的发动机燃油供给系统正可解决这-难题，它能使燃油充分燃收稿 日期：2012-12-26作者简介： 1z(1983-)，男，广东湛江人，讲师，主要从事汽车技术方面的研究.E-mail：huangkanfeng123###163.corn机 电 工 程 第30卷烧，有效改善汽车发动机的尾气排放。

1 超声波雾化原理本研究在传统的发动机燃油供给系统基础上，设计出-种新型的发动机燃油供给系统，其基本原理如图1所示，利用超声波换能器，使液态汽油在超声波高频振荡下发生剧烈碰撞 ，并使其变成微小的雾粒(直径约2 m)，与新鲜空气在涡旋发生器的作用下，形成均匀可燃混合气。根据发动机不同的工况，系统通过调节节气门的开度，实现理想的空燃比，使燃油燃烧更加充分，从而有效降低尾气排放，提高燃油经济性，达到节能减排的目的。

HCCONoJ图1 燃油超声波雾化工作原理超声波雾化是利用换能器将高频电磁振荡转化为液体的机械振荡 ，使液体破碎成雾粒 。压电换能器(雾化片)在液体中辐射强超声，通过薄透声膜辐射到液体中，在液面产生喷泉状雾化，换能器是超声波雾化电路系统的核心部分，超声波雾化原理如图2所示槽图2 雾化器工作不意图雾化量和雾粒直径是超声雾化系统的主要设计参数。雾化量与超声波发生器的功率成正比，雾粒的直径是由介质和超声激发频率决定，其雾滴的直径计算公式为 ：0 34(、8'rrT (1)式中：d-雾滴直径；tr-液体的表面张力系数，汽油的表面张力系数为丁0.025；P-液体的密度，汽油密度为P0.7×10 kg/m ；f-振荡频率，厂1.7 MHz。

由式(1)计算得汽油雾粒直径d2.03 m。超声波频率愈高，雾滴愈小；液体温度越高，表面张力越小，则雾滴越细校2 污染物的生成与控制2.1 污染物的生成可燃混合气的燃烧其实就是烃的氧化反应过程，理想反应方程式为：c H ( m)o nCO： H20 (2)r 二由上式可知：：当燃油中的C、H完全燃烧 ，生成物为CO 、HO：。

当燃烧不完全时会生成CO、HC、NO 等大气污染物。其中各个污染物的的生成机理如下：(1)-氧化碳CO。

燃料分子(RH)经高温氧化生成CO过程如下：RH R RO2 RCH0 RCO C0 (3)其中R代表碳氢根。CO的生成速率主要受混合气浓度的影响，对于浓的混合气，由于燃料中的碳缺氧而不能完全氧化成CO 。对于稀的混合气 ，由于燃烧产物 CO 、H 0高温离解反应生成部分CO。混合气形成不均匀是造成CO生成的重要原因之-。

HC的生成主要是由混合气燃烧不完全造成，具体原因有：①油气不能完成混合或可燃混合气过浓，导致燃烧不充分；②火焰不能完全传播到壁面导致淬熄层形成；③燃烧室结构存在许多缝隙，火焰不能到达，造成燃烧不完全 。

氮氧化合物是空气在燃烧室高温富氧的条件下，由氧和氮的化学反应所形成。其主导反应过程是：N0与NO；N0 --NOO；反应中温度越高，燃烧后残余的氧气浓度越大，高温持续时间越长，NO 生成的量就越大 。

2.2 污染物的控制根据表面效应、污染物产生机理与涡旋紊流的原理，本研究利用超声波雾化器将汽油雾化成雾粒小而均匀(直径约2 txm)的超微粒子，使汽油雾粒与空气中氧原子接触的表面积爆炸式地增加，并利用涡旋加强气流旋转，形成完全预混合式的可燃混合气，解决了化油器供油时混合气混合不均的弊端，有效减少CO、HC、NO 等排放量。

根据资料显示，1 g超微颗粒表面积的总和可高达 100 m 。随着颗粒粒径的减小，表面原子数迅速增加，油粒雾化示意图如图3所示。

当粒径为 10 nm时，表面原子数为完整晶粒原子总数的20%；而粒径为1 lqm时，其表面原子百分数增大到99%；此时组成该纳米晶粒的所有约30个原子几机 电 工 程 第30卷图5 DDA拈时序仿真图给脉冲pul的前8个脉冲的频率是递增变化的，当送出第8个脉冲后，MotionState[2]置位，表示已经达到Spd-V1。当第 10个进给脉冲的下降沿发出时，M0。

tionState[0]置 1，表示该段运动已经完成。该运动区间 的运 动 时间 为 21.442 ms，而理 论运 动 时间为21.289 ms，这种情况是由于驱动时钟clk的频率不能调整到理想值所造成的。该情况在工程中是可以接受的，当然也可以在软件中对速度值和加速度值乘以- 个修正系数来解决。

本研究将所设计的拈综合后下载到控制卡的FPGA芯片(Latice公司的LFXP6C-3T144C)中，应用于垂直升降设备中，系统运行平稳可靠，各个小区间内的运动速度变化平滑，小区间之间速度衔接是连续的。

3 结束语本研究将电子凸轮控制拈集成到控制卡中，采用DSP端对电子凸轮的运动规律进行离散配置并向FPGA发送离散后各区间的运动指令，而FPGA端通过级联的DDA算法实现各个离散区间的脉冲序列生成，使得区间离散无需很细密，而且速度衔接连续。这样便大大减轻了电子凸轮配置的工作量 ，并且减轻了DSP的负担。这种设计方法也可以进-步应用于变加速度曲线的电子凸轮控制中。