[摘要(yào)]介紹了用渦(wō)街流量計 測(ce)量柴油機脈(mo)動進氣時動(dong)态數據采集(jí)及處理方法(fǎ),研究了脈動(dong)進氣對流量(liàng)系統誤差和(hé)修正系數的(de)影響。對在幹(gàn)擾狀态下得(dé)到的數據以(yi)誤差方法進(jin)行了分析及(ji)處理,得到了(le)渦街流量計(jì)的流量修正(zhèng)系數與脈動(dòng)系數之間的(de)關系。
引言
　　内(nei)燃機的燃油(you)控制和廢氣(qì)再循環等系(xi)統都需要對(dui)進氣流量進(jìn)行正确的測(cè)量,但由于活(huo)塞式内燃機(ji)進氣管内的(de)流動爲脈動(dong)流,測量系統(tǒng)不可避免地(dì)存在氣流脈(mò)動的慣性誤(wu)差以及脈動(dong)壓力的傳輸(shu)誤差,因此很(hen)難正确地測(ce)定出這類裝(zhuang)置的進氣流(liú)量。目前,雖然(ran)對脈動流的(de)測量進行了(le)一些較深入(ru)的研究[21,但主(zhǔ)要的方法仍(réng)然是在被測(ce)裝置和流量(liang)計之間放置(zhì)一個大容積(ji)穩壓箱以抑(yi)制氣流的脈(mò)動,使之在流(liu)量計的安裝(zhuāng)部位能夠形(xíng)成較爲穩定(dìng)的流動,這種(zhong)方法隻适合(he)在實驗室條(tiáo)件下應用。對(duì)于車用内燃(ran)機來說,由于(yu)空間限制,不(bú)能安裝大容(róng)量穩壓箱,隻(zhī)能進行直接(jie)測量。但直接(jiē)測量結果存(cún)在較大的誤(wù)差,需要進行(háng)修正。文獻[3]給(gěi)出了 孔闆流(liú)量計 和 渦輪(lun)流量計 的修(xiu)正系數,但未(wei)給出最适合(hé)車用内燃機(ji)脈動進氣流(liu)測量41的熱線(xiàn)(熱膜)流量計(jì)和渦街流量(liang)計的修正系(xi)數。本文用渦(wō)街流量計測(ce)定各種轉速(su)下柴油機脈(mò)動進氣流的(de)流量,用誤差(chà)方法對測量(liang)數據進行分(fen)析和處理,得(dé)到渦街流量(liàng)計的修正系(xi)數。
1脈動系數(shu)一穩定流和(hé)脈動流的劃(huà)分
　　脈動流強(qiang)度用脈動系(xì)數表示,定義(yì)爲最大流量(liàng)Qmax與最小流量(liang)Qmin的差值的一(yī)半與平均流(liu)量Qew的比值，即(ji)

　　用Ip=0.03作爲劃分(fèn)穩定流和脈(mo)動流的界限(xiàn)值。當Ip>0.03時爲脈(mo)動流,流量的(de)測量會産生(shēng)系統誤差,要(yao)用适當的修(xiu)正系數進行(hang)修正。修正系(xi)數與流量計(ji)的類型、脈動(dòng)流的強度和(hé)波形等諸多(duō)因素有關,沒(méi)有統一的經(jing)驗公式,隻能(néng)由試驗得到(dao)。
2試驗設備和(hé)方法
2.1試驗設(shè)備和儀器
　　試(shi)驗是在發動(dòng)機試驗台架(jia)上進行的。所(suo)用柴油機型(xíng)号爲6120A,轉速範(fàn)圍爲600~2000r/min,總排量(liàng)爲9.5×10-3m3'。采用LUGB型渦(wo)街流量計,規(guī)格爲φ=100mm,量程爲(wei)100~1000m3/h,精度爲1%。由自(zì)行設計的以(yǐ)80C196KB單片機爲核(hé)心的數據采(cǎi)集和控制系(xi)統完成數據(jù)采集。另外,還(hái)設計安裝了(le)容積爲1m3帶阻(zǔ)尼管的穩壓(ya)箱51,用于測量(liang)發動機各轉(zhuǎn)速時的實際(ji)進氣流量Qo。
2.2數(shu)據采集方法(fǎ)
　　在管道中插(cha)入一個柱狀(zhuang)物,流體流經(jing)柱狀物時,在(zài)柱狀物兩側(cè)産生有規則(ze)的旋渦,稱爲(wei)卡門渦街。當(dāng)管道雷諾數(shù)爲2×104~7×106時,卡門渦(wo)街發生頻率(lü)與流速成正(zheng)比,檢測頻率(lǜ)就可求得流(liú)速,進而計算(suan).出流量.

式中(zhong)ξ----流量計儀表(biao)常數,m3/次
f----旋渦(wō)頻率,Hz.
　　初步試(shi)驗發現,在脈(mò)動強度較大(da)時,與流量計(jì)配套的流量(liàng)積算器顯示(shi)的流量示值(zhi)波動很大。分(fen)析認爲,主要(yào)原因是脈動(dòng)強度較大時(shi),旋渦的脫落(luò)變得不規則(zé),旋渦發生頻(pín)率變動較大(dà),導緻流量示(shi)值波動很大(da)。若直接檢測(ce)單位時間内(nèi)的旋渦的個(gè)數,則沒有合(he)适的數據處(chù)理方法将異(yi)常的頻率剔(ti)除。因此,試驗(yan)中采集記錄(lù)各個旋渦的(de)周期Ti,将異常(chang)周期經适當(dāng)處理後,用求(qiu)積分平均值(zhi)的方法計算(suàn)一段時間内(nei)的平均流量(liang)

式中N一旋渦(wo)個數
3試驗結(jié)果及分析
3.1剔(tī)除異常旋渦(wo)周期減小随(sui)機誤差
　　圖1是(shì)實測的旋渦(wo)周期。由圖1可(ke)以發現,某些(xiē)旋渦周期很(hěn)小,若直接計(ji)算流量,将導(dao)緻流量很大(da),因此,需要對(duì)很小的旋渦(wo)周期作适當(dang)處理。正常情(qing)況下,相鄰數(shù)據之間的變(bian)動應在一定(ding)範圍之内,超(chao)出正常範圍(wei)的數據應視(shi)爲異常值。爲(wei)此,将采樣數(shù)據相鄰兩點(dian)之間的差值(zhí)的絕對值累(lèi)加,再對總累(lèi)加值平均後(hòu)得到采樣數(shu)據兩點之間(jian)的平均變動(dong)值△。若兩個采(cai)樣點Ti和Ti+1之間(jiān)變動值|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值可(kě)根據信号的(de)具體情況設(she)定,本文取a=3),則(zé)認爲Ti+1爲異常(chang)值。剔除異常(cháng)值後,用式(3)依(yī)次計算相同(tong)時間間隔内(nei)的平均流量(liàng),結果顯示平(ping)均流量波動(dòng)不大,對柴油(yóu)機所有的工(gōng)況,流量随機(jī)誤差均小于(yu)2%。。這使下面的(de)系統誤差分(fèn)析和修正系(xi)數計算成爲(wèi)可能。圖2是按(àn)上述方法處(chù)理異常旋渦(wo)周期後得到(dao)的轉速爲1000r/min時(shí)的平均流量(liàng)Qev和随機誤差(cha)。

3.2系統誤差與(yǔ)脈動系數的(de)關系
　　在不安(an)裝穩壓箱的(de)情況下,測量(liang)的發動機各(gè)轉速時的脈(mò)動進氣流量(liàng)稱爲指示流(liú)量。指示流量(liang)的平均值稱(cheng)平均指示流(liu)量,簡稱平均(jun)流量Qe爲了确(què)定渦街流量(liàng)計測量柴油(you)機脈動進氣(qì)流量時的系(xi)統誤差,特别(bie)安裝了大容(rong)積的穩壓箱(xiāng),對脈動進氣(qi)流濾波。在保(bǎo)持IP<0.03的條件下(xia),測定發動機(ji)各轉速時的(de)進氣流量,該(gāi)穩定流條件(jian)下測得的流(liú)量稱爲實際(jì)流量Qo.渦街流(liú)量計測脈動(dòng)流時的流量(liàng)系統誤差B爲(wei)

　　圖3示出了發(fā)動機各轉速(sù)時的實際流(liu)量和平均指(zhǐ)示流量,圖4示(shì)出了發動機(jī)各轉速時的(de)流量脈動1系(xì)數和系統誤(wù)差。

　　很明顯,在(zai)不安裝穩壓(yā)箱的情況下(xia)，柴油機進氣(qì).的脈動強度(du)随轉速變化(huà),低轉速時脈(mo)動強度大,随(sui)着轉速的升(sheng)高,脈動強度(du)逐漸減小。流(liú)量系統誤差(cha)随脈動強度(du)變化,脈動強(qiáng)度大則系統(tong)誤差也大。在(zài)此要特别指(zhǐ)出的是文獻(xiàn)[3]中給出的孔(kong)闆流量計和(hé)渦輪流量計(ji)的系統誤差(cha)均爲正值,而(er)渦街流量計(ji)測量柴油.機(jī)脈動進氣流(liú)時的流量系(xì)統誤差爲負(fù)值,即平均指(zhi)示流量小于(yu)對應轉速時(shi)的實際流量(liàng)。這個結果似(si)乎是錯誤的(de),因爲脈動使(shi)得氣流流動(dòng)不穩定,好像(xiang)應該産生較(jiao)多的旋渦,指(zhǐ)示流量應該(gāi)變大。恰恰相(xiang)反,真實的情(qing)況是周期性(xìng)的脈動抑制(zhì)了旋渦的脫(tuō)落091。在周期性(xìng)脈動的作用(yòng)下，旋渦發生(sheng)體後剪切層(ceng)中的旋渦以(yi)小的振幅不(bú)規則地攝動(dong),攝動使得大(da)旋渦破碎變(bian)小,同時伴随(suí)着産生多個(ge)小旋渦,雖然(rán)旋渦總數增(zeng)加,但旋渦群(qun)從剪切層中(zhōng)脫落出來的(de)強度減弱。當(dāng)旋渦脫落強(qiáng)度減弱到一(yī)定程度時,壓(yā)電晶體傳感(gǎn)器将檢測不(bu)出該旋渦的(de)脫落,從而導(dǎo)緻了平均指(zhi)示流量小于(yú)實際流量。仔(zǎi)細地調整流(liu)量計放大電(diàn)路中交流電(diàn)壓放大器的(de)放大倍數和(he)施密特觸發(fā)器的靈敏度(dù)将有助于減(jiǎn)小流量系統(tǒng)誤差,當然不(bú)能完全消除(chú)。
　　将上述結果(guo)整理後重新(xīn)畫在圖5中。圖(tú)中給出.了系(xi)統誤差與脈(mò)動系數之間(jian)的關系,同時(shí)也給出了所(suo)謂流量修正(zheng)系數與脈動(dong)系數之間的(de)關系,流量修(xiu):正系數F,爲

　　根(gen)據流量修正(zheng)系數與脈動(dòng)系數之間的(de)關系,變速工(gong)沉下的流量(liang)控制系統即(jí)可根據實測(ce)的脈動系數(shù)得到相應的(de)流量修正系(xi)數,對流量進(jin)行修正。
4結論(lun).
(1)采樣系統采(cai)集記錄渦街(jie)流量計旋渦(wo)周期,剔除異(yi)常旋渦周期(qi)後,用求積分(fèn)平均值的方(fāng)法計算得到(dao)的平均流量(liàng)的随機誤差(chà)小于2%。
(2)周期性(xing)的脈動抑制(zhì)了旋渦的脫(tuō)落,平均指示(shi)流量小于對(dui)應轉速時的(de)實際流量,平(ping)均指示流量(liang)應根據相應(yīng)的流量修正(zheng)系數進行修(xiu)正。

(3)得出了渦(wo)街流量計的(de)流量修正系(xì)數與脈動系(xi)數之間的關(guan)系。

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