[摘要(yao)]介紹(shao)了用渦街(jie)流量計(ji) 測量柴(chai)油機脈動進氣(qi)時動态(tai)數(shu)據采(cai)集及(ji)處(chu)理方法(fa),研究了脈(mo)動進氣對(dui)流量系統(tong)誤差和修(xiu)正系(xi)數的影響。對在(zai)幹擾狀(zhuang)态(tai)下得(de)到的(de)數(shu)據以誤(wu)差方法(fa)進(jin)行了(le)分析(xi)及處理,得(de)到了(le)渦街(jie)流量計的(de)流量修正(zheng)系數(shu)與脈動系(xi)數之(zhi)間的關系(xi)。
引言(yan)
　　内燃(ran)機的燃油(you)控(kong)制和廢(fei)氣再(zai)循環(huan)等系統都需(xu)要對進(jin)氣流量進(jin)行正确的(de)測量,但由(you)于活(huo)塞(sai)式内燃(ran)機進(jin)氣管内的(de)流動爲(wei)脈(mo)動流,測量(liang)系統(tong)不可(ke)避免地存在氣流脈(mo)動的(de)慣性(xing)誤差以及脈動(dong)壓力(li)的傳(chuan)輸誤(wu)差,因(yin)此很(hen)難正(zheng)确地(di)測定(ding)出這(zhe)類裝置的(de)進氣流量(liang)。目前(qian),雖然(ran)對脈動流的測(ce)量進行了(le)一些(xie)較深入(ru)的(de)研究[21,但主(zhu)要的方法(fa)仍然是在(zai)被測(ce)裝置和流(liu)量計(ji)之間放置(zhi)一個(ge)大容(rong)積(ji)穩(wen)壓箱(xiang)以抑制(zhi)氣(qi)流的脈動,使之在流(liu)量計的安(an)裝部位能夠形成較(jiao)爲穩定的流動(dong),這種(zhong)方法隻适(shi)合在實(shi)驗(yan)室條(tiao)件下(xia)應用。對于(yu)車用内燃(ran)機來(lai)說,由(you)于空間限(xian)制,不能安裝大(da)容量(liang)穩(wen)壓箱,隻(zhi)能進(jin)行(hang)直(zhi)接測(ce)量。但(dan)直接測量(liang)結果(guo)存在(zai)較大的誤(wu)差,需要進(jin)行修正。文獻[3]給(gei)出了(le) 孔(kong)闆流量(liang)計 和 渦輪(lun)流量計 的(de)修(xiu)正系數(shu),但未給(gei)出(chu)最适合車(che)用内(nei)燃機(ji)脈動進氣流測量41的(de)熱線(xian)(熱膜(mo))流量計和(he)渦街(jie)流量計的修正(zheng)系數。本文(wen)用渦(wo)街流(liu)量計測定(ding)各種轉速下柴(chai)油機(ji)脈(mo)動進氣(qi)流的(de)流量(liang),用誤(wu)差方法對測量(liang)數據(ju)進(jin)行(hang)分析(xi)和處(chu)理,得到渦(wo)街流(liu)量(liang)計(ji)的修(xiu)正系數。
1脈動系(xi)數一穩定流和(he)脈動流的劃分(fen)
　　脈動(dong)流強度用脈動(dong)系數表示(shi),定義爲(wei)最(zui)大流量Qmax與最小(xiao)流量(liang)Qmin的差值(zhi)的一半與平(ping)均(jun)流量Qew的(de)比值，即(ji)

　　用(yong)Ip=0.03作爲劃分(fen)穩定流和(he)脈動(dong)流的(de)界限(xian)值。當Ip>0.03時(shi)爲脈動(dong)流,流量的(de)測量(liang)會産(chan)生系統誤(wu)差,要用适(shi)當的(de)修正(zheng)系(xi)數(shu)進行(hang)修正(zheng)。修正(zheng)系數(shu)與流量計(ji)的類(lei)型、脈(mo)動流(liu)的強度和(he)波形(xing)等諸(zhu)多因素有(you)關,沒(mei)有統(tong)一(yi)的經驗(yan)公式,隻能(neng)由試(shi)驗得(de)到(dao)。
2試驗設(she)備和方法(fa)
2.1試驗(yan)設備(bei)和儀(yi)器
　　試(shi)驗是在發動機(ji)試驗(yan)台架(jia)上進(jin)行的。所用柴油(you)機型号(hao)爲6120A,轉速(su)範圍爲600~2000r/min,總(zong)排量(liang)爲9.5×10-3m3'。采用(yong)LUGB型渦街(jie)流量計,規(gui)格爲(wei)φ=100mm,量程爲(wei)100~1000m3/h,精(jing)度爲(wei)1%。由自行(hang)設(she)計的(de)以80C196KB單(dan)片機(ji)爲核(he)心的(de)數據采集和控(kong)制(zhi)系統完(wan)成數據(ju)采(cai)集。另外,還(hai)設計(ji)安裝(zhuang)了容積爲(wei)1m3帶阻(zu)尼管的穩(wen)壓箱(xiang)51,用于測量(liang)發動(dong)機各轉速時的(de)實際(ji)進(jin)氣流量Qo。
2.2數據(ju)采集方法(fa)
　　在管道中插入一個(ge)柱(zhu)狀物,流(liu)體流(liu)經(jing)柱(zhu)狀物(wu)時,在柱狀(zhuang)物兩(liang)側産(chan)生(sheng)有(you)規則的旋(xuan)渦(wo),稱(cheng)爲卡(ka)門渦(wo)街。當(dang)管道雷諾數(shu)爲2×104~7×106時,卡(ka)門渦(wo)街發(fa)生頻率與流速成正(zheng)比,檢測(ce)頻(pin)率就(jiu)可求得(de)流(liu)速,進(jin)而計算.出流量.

式中ξ----流量(liang)計儀(yi)表常數(shu),m3/次(ci)
f----旋渦(wo)頻率(lü),Hz.
　　初步(bu)試驗(yan)發現,在脈(mo)動強度較(jiao)大(da)時,與流(liu)量計配(pei)套(tao)的流(liu)量積(ji)算器顯示(shi)的流(liu)量示(shi)值波(bo)動很(hen)大(da)。分(fen)析認(ren)爲,主要原因是脈動(dong)強度較大(da)時,旋渦的(de)脫落(luo)變得(de)不規則,旋(xuan)渦發(fa)生頻(pin)率變(bian)動較大,導緻流(liu)量示值(zhi)波(bo)動很(hen)大。若(ruo)直接檢測(ce)單位時間(jian)内的(de)旋渦(wo)的個(ge)數,則(ze)沒有(you)合适的數(shu)據處理(li)方(fang)法将(jiang)異常的(de)頻率剔(ti)除。因此,試(shi)驗中(zhong)采集記錄(lu)各個旋渦(wo)的(de)周(zhou)期Ti,将(jiang)異常周期經适當處(chu)理(li)後,用求(qiu)積分平均(jun)值的方法(fa)計算一段(duan)時間内(nei)的(de)平均(jun)流量(liang)

式中(zhong)N一旋(xuan)渦個數(shu)
3試驗結(jie)果及分(fen)析
3.1剔除(chu)異常旋渦(wo)周期(qi)減小(xiao)随(sui)機誤差(cha)
　　圖1是(shi)實測(ce)的旋渦周期。由圖1可(ke)以發(fa)現(xian),某(mou)些旋(xuan)渦周(zhou)期很小,若(ruo)直接計算(suan)流量(liang),将導(dao)緻流量很(hen)大,因此,需要對很小(xiao)的旋(xuan)渦周(zhou)期作适(shi)當(dang)處理。正常情況下,相(xiang)鄰數據之(zhi)間的(de)變動應在一定(ding)範圍之内(nei),超出正常(chang)範圍的數(shu)據應視爲(wei)異常(chang)值。爲(wei)此(ci),将(jiang)采樣(yang)數據相鄰(lin)兩點(dian)之間(jian)的差(cha)值的(de)絕對值(zhi)累加,再(zai)對總(zong)累(lei)加(jia)值平(ping)均後得到(dao)采樣(yang)數據(ju)兩點(dian)之間(jian)的平均變(bian)動值△。若兩(liang)個采樣點(dian)Ti和Ti+1之間變(bian)動值(zhi)|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值可(ke)根據信号(hao)的具(ju)體情況設(she)定,本文(wen)取a=3),則認(ren)爲Ti+1爲異常(chang)值。剔除異(yi)常(chang)值後,用(yong)式(3)依次(ci)計(ji)算相(xiang)同時(shi)間(jian)間隔内(nei)的平(ping)均流量,結(jie)果顯示平均流(liu)量波(bo)動不(bu)大,對柴油(you)機(ji)所(suo)有的(de)工況,流(liu)量随機誤差均小(xiao)于2%。。這(zhe)使下面的(de)系統誤差(cha)分析(xi)和修(xiu)正系數計(ji)算成(cheng)爲可能。圖2是按(an)上述(shu)方(fang)法處理異常旋渦周期(qi)後得到(dao)的(de)轉速(su)爲1000r/min時(shi)的平(ping)均流(liu)量Qev和随(sui)機(ji)誤差(cha)。

3.2系統(tong)誤差(cha)與脈(mo)動系數的關系
　　在不(bu)安裝(zhuang)穩壓(ya)箱的(de)情(qing)況下,測(ce)量的(de)發(fa)動(dong)機各(ge)轉速(su)時(shi)的脈動(dong)進氣(qi)流量(liang)稱爲(wei)指示流量(liang)。指示(shi)流量的(de)平(ping)均值(zhi)稱平均(jun)指示流(liu)量,簡稱平均流(liu)量Qe爲(wei)了确(que)定渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)柴油機脈動進(jin)氣流量時的系(xi)統誤(wu)差,特别安裝了大容(rong)積的(de)穩壓箱,對(dui)脈動(dong)進氣(qi)流(liu)濾波。在(zai)保持IP<0.03的條(tiao)件下(xia),測定(ding)發動機各(ge)轉速(su)時(shi)的(de)進氣(qi)流量,該(gai)穩(wen)定流(liu)條件下測(ce)得的(de)流量稱爲(wei)實際(ji)流量Qo.渦(wo)街流量計測(ce)脈動流時(shi)的流量系統誤(wu)差B爲(wei)

　　圖3示(shi)出了(le)發動(dong)機各轉速(su)時的(de)實際(ji)流量(liang)和平均指示流量,圖(tu)4示出了發(fa)動機各轉速時的流量(liang)脈動1系(xi)數和系統誤差。

　　很明(ming)顯,在(zai)不安(an)裝穩壓箱(xiang)的情(qing)況下，柴油機進(jin)氣.的脈動(dong)強度(du)随轉(zhuan)速變化,低(di)轉速(su)時脈(mo)動強(qiang)度大(da),随着轉速(su)的升高,脈動強(qiang)度逐(zhu)漸(jian)減小。流(liu)量系統誤(wu)差随(sui)脈動(dong)強度變化(hua),脈動(dong)強(qiang)度(du)大則(ze)系統誤(wu)差也大(da)。在此要(yao)特(te)别指(zhi)出的(de)是文獻[3]中(zhong)給出(chu)的孔(kong)闆流(liu)量計(ji)和渦輪流(liu)量計的(de)系(xi)統誤(wu)差均(jun)爲正值,而(er)渦街流(liu)量(liang)計測量柴(chai)油.機脈動(dong)進氣流(liu)時(shi)的流量系統誤差爲(wei)負值,即平(ping)均指(zhi)示流(liu)量小于對(dui)應轉(zhuan)速時(shi)的實(shi)際流量。這(zhe)個結(jie)果似(si)乎(hu)是錯誤的,因(yin)爲(wei)脈動使(shi)得氣流流動不(bu)穩定(ding),好像(xiang)應該(gai)産生較多的旋(xuan)渦,指示流(liu)量應(ying)該變(bian)大。恰(qia)恰相(xiang)反,真(zhen)實的情況(kuang)是周期(qi)性的脈動抑(yi)制了旋渦(wo)的脫(tuo)落(luo)091。在周期性脈(mo)動的作用(yong)下，旋渦發(fa)生體(ti)後剪(jian)切(qie)層中的(de)旋渦以小的振(zhen)幅不(bu)規則地攝(she)動,攝動(dong)使得大(da)旋渦破(po)碎變小(xiao),同時伴随(sui)着産(chan)生多(duo)個小旋渦(wo),雖然旋渦(wo)總數增加,但旋(xuan)渦群(qun)從剪切層中脫落出來的強度(du)減弱。當(dang)旋渦脫(tuo)落強(qiang)度減弱到(dao)一定(ding)程度時,壓(ya)電晶(jing)體傳感器(qi)将檢測不(bu)出該(gai)旋渦(wo)的(de)脫落,從(cong)而導緻了平均(jun)指示(shi)流量(liang)小于(yu)實際流量(liang)。仔細(xi)地調(diao)整流量計(ji)放大電(dian)路(lu)中交流電(dian)壓放大器(qi)的放大(da)倍(bei)數和(he)施密(mi)特(te)觸發器(qi)的靈(ling)敏(min)度(du)将有(you)助于(yu)減小流量(liang)系統(tong)誤差(cha),當然不能(neng)完全(quan)消除(chu)。
　　将上(shang)述結(jie)果整(zheng)理後(hou)重新畫在(zai)圖5中。圖中給出(chu).了系(xi)統(tong)誤差與(yu)脈動(dong)系數(shu)之間(jian)的關(guan)系(xi),同時也(ye)給出了(le)所(suo)謂流(liu)量修正(zheng)系數與(yu)脈動(dong)系數之間(jian)的關(guan)系,流(liu)量修(xiu):正系數(shu)F,爲

　　根據(ju)流量(liang)修正系數(shu)與脈(mo)動系(xi)數之(zhi)間的關系(xi),變速(su)工沉下(xia)的流量(liang)控制系統即可(ke)根據(ju)實測(ce)的脈動系(xi)數(shu)得(de)到相(xiang)應的流(liu)量(liang)修正(zheng)系數(shu),對流量進(jin)行修(xiu)正(zheng)。
4結(jie)論.
(1)采(cai)樣系(xi)統采(cai)集記(ji)錄渦街(jie)流(liu)量計旋渦(wo)周(zhou)期(qi),剔除(chu)異常旋渦周期(qi)後,用(yong)求積分平(ping)均值(zhi)的方法計(ji)算得(de)到的(de)平均(jun)流量(liang)的随(sui)機誤(wu)差小(xiao)于(yu)2%。
(2)周期性(xing)的脈(mo)動抑(yi)制了(le)旋渦(wo)的(de)脫落,平(ping)均指示(shi)流(liu)量小(xiao)于對(dui)應(ying)轉速時(shi)的實際流(liu)量,平均指(zhi)示流量應(ying)根據相應(ying)的流(liu)量修(xiu)正系(xi)數進(jin)行修正。

(3)得出了(le)渦街(jie)流量計的(de)流量修正(zheng)系數(shu)與脈(mo)動系數之(zhi)間的關系(xi)。

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