[摘要(yao)]介紹了(le)用渦街(jie)流量計(jì)
測量柴(chái)油機脈(mo)動進氣(qi)時動态(tài)數據采(cai)集及處(chù)理方法(fa),研究了(le)脈動進(jìn)氣對流(liú)量系統(tǒng)誤差和(he)修正系(xì)數的影(ying)響。對在(zài)幹擾狀(zhuàng)态下得(dé)到的數(shu)據以誤(wù)差方法(fǎ)進行了(le)分析及(ji)處理,得(de)到了渦(wo)街流量(liàng)計的流(liú)量修正(zhèng)系數與(yǔ)脈動系(xi)數之間(jian)的關系(xì)。
引言
内(nei)燃機的(de)燃油控(kòng)制和廢(fèi)氣再循(xun)環等系(xì)統都需(xu)要對進(jin)氣流量(liàng)進行正(zheng)确的測(ce)量,但由(you)于活塞(sāi)式内燃(rán)機進氣(qi)管内的(de)流動爲(wei)脈動流(liú),測量系(xì)統不可(kě)避免地(di)存在氣(qì)流脈動(dòng)的慣性(xìng)誤差以(yǐ)及脈動(dong)壓力的(de)傳輸誤(wù)差,因此(ci)很難正(zheng)确地測(ce)定出這(zhe)類裝置(zhì)的進氣(qì)流量。目(mù)前,雖然(rán)對脈動(dong)流的測(cè)量進行(háng)了一些(xie)較深入(ru)的研究(jiū)[21,但主要(yao)的方法(fǎ)仍然是(shi)在被測(ce)裝置和(hé)流量計(ji)之間放(fàng)置一個(gè)大容積(jī)穩壓箱(xiang)以抑制(zhi)氣流的(de)脈動,使(shi)之在流(liu)量計的(de)安裝部(bù)位能夠(gou)形成較(jiào)爲穩定(dìng)的流動(dòng),這種方(fang)法隻适(shì)合在實(shí)驗室條(tiáo)件下應(yīng)用。對于(yu)車用内(nèi)燃機來(lái)說,由于(yu)空間限(xian)制,不能(néng)安裝大(da)容量穩(wen)壓箱,隻(zhi)能進行(hang)直接測(cè)量。但直(zhi)接測量(liàng)結果存(cún)在較大(da)的誤差(cha),需要進(jin)行修正(zhèng)。文獻[3]給(gei)出了
孔(kong)闆流量(liang)計
和
渦(wo)輪流量(liang)計
的修(xiū)正系數(shu),但未給(gei)出最适(shì)合車用(yong)内燃機(ji)脈動進(jin)氣流測(ce)量41的熱(re)線(熱膜(mo))流量計(ji)和渦街(jiē)流量計(jì)的修正(zheng)系數。本(běn)文用渦(wo)街流量(liang)計測定(dìng)各種轉(zhuan)速下柴(chai)油機脈(mò)動進氣(qì)流的流(liú)量,用誤(wu)差方法(fǎ)對測量(liang)數據進(jìn)行分析(xī)和處理(lǐ),得到渦(wō)街流量(liang)計的修(xiū)正系數(shu)。
1脈動系(xì)數一穩(wěn)定流和(hé)脈動流(liú)的劃分(fèn)
脈動流(liu)強度用(yòng)脈動系(xì)數表示(shi),定義爲(wèi)最大流(liú)量Qmax與最(zuì)小流量(liàng)Qmin的差值(zhí)的一半(ban)與平均(jun1)流量Qew的(de)比值，即(jí)
用Ip=0.03作爲(wei)劃分穩(wen)定流和(hé)脈動流(liú)的界限(xiàn)值。當Ip>0.03時(shi)爲脈動(dong)流,流量(liàng)的測量(liang)會産生(shēng)系統誤(wu)差,要用(yong)适當的(de)修正系(xì)數進行(háng)修正。修(xiū)正系數(shù)與流量(liang)計的類(lèi)型、脈動(dong)流的強(qiáng)度和波(bo)形等諸(zhu)多因素(su)有關,沒(mei)有統一(yī)的經驗(yàn)公式,隻(zhī)能由試(shi)驗得到(dào)。
2試驗設(she)備和方(fāng)法
2.1試驗(yàn)設備和(he)儀器
試(shì)驗是在(zai)發動機(ji)試驗台(tai)架上進(jìn)行的。所(suo)用柴油(yóu)機型号(hao)爲6120A,轉速(sù)範圍爲(wèi)600~2000r/min,總排量(liàng)爲9.5×10-3m3'。采用(yòng)LUGB型渦街(jie)流量計(ji),規格爲(wei)φ=100mm,量程爲(wèi)100~1000m3/h,精度爲(wei)1%。由自行(háng)設計的(de)以80C196KB單片(pian)機爲核(hé)心的數(shù)據采集(ji)和控制(zhi)系統完(wán)成數據(ju)采集。另(ling)外,還設(she)計安裝(zhuāng)了容積(jī)爲1m3帶阻(zǔ)尼管的(de)穩壓箱(xiāng)51,用于測(cè)量發動(dòng)機各轉(zhuǎn)速時的(de)實際進(jin)氣流量(liang)Qo。
2.2數據采(cai)集方法(fa)
在管道(dao)中插入(ru)一個柱(zhu)狀物,流(liú)體流經(jing)柱狀物(wu)時,在柱(zhu)狀物兩(liǎng)側産生(shēng)有規則(ze)的旋渦(wō),稱爲卡(ka)門渦街(jie)。當管道(dao)雷諾數(shù)爲2×104~7×106時,卡(kǎ)門渦街(jiē)發生頻(pin)率與流(liu)速成正(zhèng)比,檢測(cè)頻率就(jiu)可求得(de)流速,進(jin)而計算(suàn).出流量(liang).
式中ξ----流(liú)量計儀(yí)表常數(shu),m3/次
f----旋渦(wō)頻率,Hz.
初(chū)步試驗(yàn)發現,在(zài)脈動強(qiang)度較大(dà)時,與流(liu)量計配(pei)套的流(liú)量積算(suan)器顯示(shì)的流量(liàng)示值波(bo)動很大(dà)。分析認(ren)爲,主要(yao)原因是(shi)脈動強(qiáng)度較大(da)時,旋渦(wo)的脫落(luò)變得不(bu)規則,旋(xuan)渦發生(shēng)頻率變(bian)動較大(dà),導緻流(liu)量示值(zhi)波動很(hen)大。若直(zhi)接檢測(cè)單位時(shi)間内的(de)旋渦的(de)個數,則(zé)沒有合(he)适的數(shu)據處理(li)方法将(jiāng)異常的(de)頻率剔(tī)除。因此(ci),試驗中(zhong)采集記(jì)錄各個(ge)旋渦的(de)周期Ti,将(jiāng)異常周(zhou)期經适(shì)當處理(lǐ)後,用求(qiú)積分平(ping)均值的(de)方法計(jì)算一段(duàn)時間内(nèi)的平均(jun1)流量
式(shì)中N一旋(xuan)渦個數(shù)
3試驗結(jie)果及分(fen)析
3.1剔除(chu)異常旋(xuan)渦周期(qi)減小随(suí)機誤差(chà)
圖1是實(shí)測的旋(xuan)渦周期(qī)。由圖1可(ke)以發現(xian),某些旋(xuán)渦周期(qi)很小,若(ruò)直接計(ji)算流量(liang),将導緻(zhi)流量很(hen)大,因此(cǐ),需要對(dui)很小的(de)旋渦周(zhou)期作适(shì)當處理(lǐ)。正常情(qing)況下,相(xiang)鄰數據(jù)之間的(de)變動應(yīng)在一定(dìng)範圍之(zhī)内,超出(chu)正常範(fan)圍的數(shù)據應視(shi)爲異常(chang)值。爲此(ci),将采樣(yàng)數據相(xiang)鄰兩點(diǎn)之間的(de)差值的(de)絕對值(zhí)累加,再(zài)對總累(lèi)加值平(píng)均後得(de)到采樣(yang)數據兩(liang)點之間(jian)的平均(jun1)變動值(zhi)△。若兩個(gè)采樣點(dian)Ti和Ti+1之間(jiān)變動值(zhi)|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值可根(gen)據信号(hao)的具體(ti)情況設(she)定,本文(wén)取a=3),則認(rèn)爲Ti+1爲異(yi)常值。剔(ti)除異常(chang)值後,用(yòng)式(3)依次(cì)計算相(xiàng)同時間(jian)間隔内(nèi)的平均(jun1)流量,結(jie)果顯示(shì)平均流(liu)量波動(dòng)不大,對(dui)柴油機(ji)所有的(de)工況,流(liu)量随機(ji)誤差均(jun1)小于2%。。這(zhe)使下面(mian)的系統(tong)誤差分(fen)析和修(xiu)正系數(shu)計算成(chéng)爲可能(neng)。圖2是按(àn)上述方(fāng)法處理(lǐ)異常旋(xuan)渦周期(qī)後得到(dào)的轉速(sù)爲1000r/min時的(de)平均流(liú)量Qev和随(sui)機誤差(cha)。
3.2系統誤(wu)差與脈(mò)動系數(shu)的關系(xì)
在不安(ān)裝穩壓(ya)箱的情(qing)況下,測(ce)量的發(fā)動機各(gè)轉速時(shí)的脈動(dòng)進氣流(liú)量稱爲(wèi)指示流(liu)量。指示(shi)流量的(de)平均值(zhi)稱平均(jun)指示流(liu)量,簡稱(cheng)平均流(liu)量Qe爲了(le)确定渦(wō)街流量(liang)計測量(liàng)柴油機(jī)脈動進(jìn)氣流量(liàng)時的系(xi)統誤差(cha),特别安(an)裝了大(dà)容積的(de)穩壓箱(xiang),對脈動(dòng)進氣流(liú)濾波。在(zài)保持IP<0.03的(de)條件下(xià),測定發(fā)動機各(gè)轉速時(shi)的進氣(qì)流量,該(gāi)穩定流(liu)條件下(xia)測得的(de)流量稱(chēng)爲實際(ji)流量Qo.渦(wo)街流量(liang)計測脈(mo)動流時(shí)的流量(liàng)系統誤(wù)差B爲
圖(tú)3示出了(le)發動機(ji)各轉速(su)時的實(shí)際流量(liàng)和平均(jun1)指示流(liu)量,圖4示(shì)出了發(fa)動機各(gè)轉速時(shí)的流量(liang)脈動1系(xì)數和系(xi)統誤差(cha)。
很明顯(xiǎn),在不安(an)裝穩壓(yā)箱的情(qíng)況下，柴(chai)油機進(jìn)氣.的脈(mò)動強度(du)随轉速(su)變化,低(di)轉速時(shi)脈動強(qiang)度大,随(sui)着轉速(su)的升高(gao),脈動強(qiang)度逐漸(jian)減小。流(liú)量系統(tong)誤差随(suí)脈動強(qiang)度變化(huà),脈動強(qiang)度大則(ze)系統誤(wu)差也大(da)。在此要(yao)特别指(zhǐ)出的是(shi)文獻[3]中(zhong)給出的(de)孔闆流(liu)量計和(he)渦輪流(liu)量計的(de)系統誤(wu)差均爲(wèi)正值,而(er)渦街流(liú)量計測(ce)量柴油(you).機脈動(dòng)進氣流(liu)時的流(liu)量系統(tong)誤差爲(wei)負值,即(ji)平均指(zhǐ)示流量(liang)小于對(duì)應轉速(su)時的實(shi)際流量(liàng)。這個結(jié)果似乎(hu)是錯誤(wu)的,因爲(wei)脈動使(shi)得氣流(liú)流動不(bu)穩定,好(hǎo)像應該(gai)産生較(jiao)多的旋(xuán)渦,指示(shi)流量應(ying)該變大(da)。恰恰相(xiang)反,真實(shí)的情況(kuang)是周期(qi)性的脈(mo)動抑制(zhì)了旋渦(wo)的脫落(luo)091。在周期(qi)性脈動(dòng)的作用(yòng)下，旋渦(wo)發生體(tǐ)後剪切(qie)層中的(de)旋渦以(yǐ)小的振(zhen)幅不規(guī)則地攝(shè)動,攝動(dòng)使得大(da)旋渦破(pò)碎變小(xiao),同時伴(bàn)随着産(chan)生多個(ge)小旋渦(wō),雖然旋(xuan)渦總數(shù)增加,但(dan)旋渦群(qún)從剪切(qiē)層中脫(tuo)落出來(lai)的強度(dù)減弱。當(dāng)旋渦脫(tuo)落強度(du)減弱到(dào)一定程(cheng)度時,壓(ya)電晶體(ti)傳感器(qì)将檢測(cè)不出該(gāi)旋渦的(de)脫落,從(cong)而導緻(zhì)了平均(jun)指示流(liu)量小于(yu)實際流(liú)量。仔細(xi)地調整(zhěng)流量計(ji)放大電(dian)路中交(jiāo)流電壓(yā)放大器(qì)的放大(dà)倍數和(he)施密特(tè)觸發器(qi)的靈敏(mǐn)度将有(you)助于減(jian)小流量(liàng)系統誤(wù)差,當然(ran)不能完(wán)全消除(chu)。
将上述(shù)結果整(zhěng)理後重(zhong)新畫在(zài)圖5中。圖(tú)中給出(chū).了系統(tong)誤差與(yu)脈動系(xì)數之間(jian)的關系(xi),同時也(yě)給出了(le)所謂流(liu)量修正(zheng)系數與(yu)脈動系(xì)數之間(jian)的關系(xi),流量修(xiu):正系數(shù)F,爲
根據(ju)流量修(xiu)正系數(shu)與脈動(dong)系數之(zhi)間的關(guan)系,變速(su)工沉下(xià)的流量(liang)控制系(xì)統即可(kě)根據實(shí)測的脈(mo)動系數(shu)得到相(xiàng)應的流(liú)量修正(zhèng)系數,對(dui)流量進(jin)行修正(zheng)。
4結論.
(1)采(cǎi)樣系統(tong)采集記(ji)錄渦街(jiē)流量計(ji)旋渦周(zhōu)期,剔除(chú)異常旋(xuán)渦周期(qī)後,用求(qiu)積分平(ping)均值的(de)方法計(ji)算得到(dao)的平均(jun)流量的(de)随機誤(wù)差小于(yú)2%。
(2)周期性(xing)的脈動(dong)抑制了(le)旋渦的(de)脫落,平(ping)均指示(shi)流量小(xiao)于對應(yīng)轉速時(shí)的實際(ji)流量,平(ping)均指示(shi)流量應(ying)根據相(xiang)應的流(liu)量修正(zheng)系數進(jìn)行修正(zhèng)。
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