[摘要]介(jie)紹了用渦(wo)街流量計(ji) 測量柴油(you)機脈動進(jin)氣時動态(tai)數據采集(ji)及處理方(fang)法,研究了(le)脈動進氣(qi)對流量系(xi)統誤差和(he)修正系數(shu)的影響。對(dui)在幹擾狀(zhuang)态下得到(dao)的數據以(yi)誤差方法(fa)進行了分(fen)析及處理(li),得到了渦(wo)街流量計(ji)的流量修(xiu)正系數與(yu)脈動系數(shu)之間的關(guan)系。
引言
　　内(nei)燃機的燃(ran)油控制和(he)廢氣再循(xun)環等系統(tong)都需要對(dui)進氣流量(liang)進行正确(que)的測量,但(dan)由于活塞(sai)式内燃機(ji)進氣管内(nei)的流動爲(wei)脈動流,測(ce)量系統不(bu)可避免地(di)存在氣流(liu)脈動的慣(guan)性誤差以(yi)及脈動壓(ya)力的傳輸(shu)誤差,因此(ci)很難正确(que)地測定出(chu)這類裝置(zhi)的進氣流(liu)量。目前,雖(sui)然對脈動(dong)流的測量(liang)進行了一(yi)些較深入(ru)的研究[21,但(dan)主要的方(fang)法仍然是(shi)在被測裝(zhuang)置和流量(liang)計之間放(fang)置一個大(da)容積穩壓(ya)箱以抑制(zhi)氣流的脈(mo)動,使之在(zai)流量計的(de)安裝部位(wei)能夠形成(cheng)較爲穩定(ding)的流動,這(zhe)種方法隻(zhi)适合在實(shi)驗室條件(jian)下應用。對(dui)于車用内(nei)燃機來說(shuo),由于空間(jian)限制,不能(neng)安裝大容(rong)量穩壓箱(xiang),隻能進行(hang)直接測量(liang)。但直接測(ce)量結果存(cun)在較大的(de)誤差,需要(yao)進行修正(zheng)。文獻[3]給出(chu)了 孔闆流(liu)量計 和 渦(wo)輪流量計(ji) 的修正系(xi)數,但未給(gei)出最适合(he)車用内燃(ran)機脈動進(jin)氣流測量(liang)41的熱線(熱(re)膜)流量計(ji)和渦街流(liu)量計的修(xiu)正系數。本(ben)文用渦街(jie)流量計測(ce)定各種轉(zhuan)速下柴油(you)機脈動進(jin)氣流的流(liu)量,用誤差(cha)方法對測(ce)量數據進(jin)行分析和(he)處理,得到(dao)渦街流量(liang)計的修正(zheng)系數。
1脈動(dong)系數一穩(wen)定流和脈(mo)動流的劃(hua)分
　　脈動流(liu)強度用脈(mo)動系數表(biao)示,定義爲(wei)最大流量(liang)Qmax與最小流(liu)量Qmin的差值(zhi)的一半與(yu)平均流量(liang)Qew的比值，即(ji)

　　用Ip=0.03作爲劃(hua)分穩定流(liu)和脈動流(liu)的界限值(zhi)。當Ip>0.03時爲脈(mo)動流,流量(liang)的測量會(hui)産生系統(tong)誤差,要用(yong)适當的修(xiu)正系數進(jin)行修正。修(xiu)正系數與(yu)流量計的(de)類型、脈動(dong)流的強度(du)和波形等(deng)諸多因素(su)有關,沒有(you)統一的經(jing)驗公式,隻(zhi)能由試驗(yan)得到。
2試驗(yan)設備和方(fang)法
2.1試驗設(she)備和儀器(qi)
　　試驗是在(zai)發動機試(shi)驗台架上(shang)進行的。所(suo)用柴油機(ji)型号爲6120A,轉(zhuan)速範圍爲(wei)600~2000r/min,總排量爲(wei)9.5×10-3m3'。采用LUGB型渦(wo)街流量計(ji),規格爲φ=100mm,量(liang)程爲100~1000m3/h,精度(du)爲1%。由自行(hang)設計的以(yi)80C196KB單片機爲(wei)核心的數(shu)據采集和(he)控制系統(tong)完成數據(ju)采集。另外(wai),還設計安(an)裝了容積(ji)爲1m3帶阻尼(ni)管的穩壓(ya)箱51,用于測(ce)量發動機(ji)各轉速時(shi)的實際進(jin)氣流量Qo。
2.2數(shu)據采集方(fang)法
　　在管道(dao)中插入一(yi)個柱狀物(wu),流體流經(jing)柱狀物時(shi),在柱狀物(wu)兩側産生(sheng)有規則的(de)旋渦,稱爲(wei)卡門渦街(jie)。當管道雷(lei)諾數爲2×104~7×106時(shi),卡門渦街(jie)發生頻率(lü)與流速成(cheng)正比,檢測(ce)頻率就可(ke)求得流速(su),進而計算(suan).出流量.

式(shi)中ξ----流量計(ji)儀表常數(shu),m3/次
f----旋渦頻(pin)率,Hz.
　　初步試(shi)驗發現,在(zai)脈動強度(du)較大時,與(yu)流量計配(pei)套的流量(liang)積算器顯(xian)示的流量(liang)示值波動(dong)很大。分析(xi)認爲,主要(yao)原因是脈(mo)動強度較(jiao)大時,旋渦(wo)的脫落變(bian)得不規則(ze),旋渦發生(sheng)頻率變動(dong)較大,導緻(zhi)流量示值(zhi)波動很大(da)。若直接檢(jian)測單位時(shi)間内的旋(xuan)渦的個數(shu),則沒有合(he)适的數據(ju)處理方法(fa)将異常的(de)頻率剔除(chu)。因此,試驗(yan)中采集記(ji)錄各個旋(xuan)渦的周期(qi)Ti,将異常周(zhou)期經适當(dang)處理後,用(yong)求積分平(ping)均值的方(fang)法計算一(yi)段時間内(nei)的平均流(liu)量

式中N一(yi)旋渦個數(shu)
3試驗結果(guo)及分析
3.1剔(ti)除異常旋(xuan)渦周期減(jian)小随機誤(wu)差
　　圖1是實(shi)測的旋渦(wo)周期。由圖(tu)1可以發現(xian),某些旋渦(wo)周期很小(xiao),若直接計(ji)算流量,将(jiang)導緻流量(liang)很大,因此(ci),需要對很(hen)小的旋渦(wo)周期作适(shi)當處理。正(zheng)常情況下(xia),相鄰數據(ju)之間的變(bian)動應在一(yi)定範圍之(zhi)内,超出正(zheng)常範圍的(de)數據應視(shi)爲異常值(zhi)。爲此,将采(cai)樣數據相(xiang)鄰兩點之(zhi)間的差值(zhi)的絕對值(zhi)累加,再對(dui)總累加值(zhi)平均後得(de)到采樣數(shu)據兩點之(zhi)間的平均(jun)變動值△。若(ruo)兩個采樣(yang)點Ti和Ti+1之間(jian)變動值|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值(zhi)可根據信(xin)号的具體(ti)情況設定(ding),本文取a=3),則(ze)認爲Ti+1爲異(yi)常值。剔除(chu)異常值後(hou),用式(3)依次(ci)計算相同(tong)時間間隔(ge)内的平均(jun)流量,結果(guo)顯示平均(jun)流量波動(dong)不大,對柴(chai)油機所有(you)的工況,流(liu)量随機誤(wu)差均小于(yu)2%。。這使下面(mian)的系統誤(wu)差分析和(he)修正系數(shu)計算成爲(wei)可能。圖2是(shi)按上述方(fang)法處理異(yi)常旋渦周(zhou)期後得到(dao)的轉速爲(wei)1000r/min時的平均(jun)流量Qev和随(sui)機誤差。

3.2系(xi)統誤差與(yu)脈動系數(shu)的關系
　　在(zai)不安裝穩(wen)壓箱的情(qing)況下,測量(liang)的發動機(ji)各轉速時(shi)的脈動進(jin)氣流量稱(cheng)爲指示流(liu)量。指示流(liu)量的平均(jun)值稱平均(jun)指示流量(liang),簡稱平均(jun)流量Qe爲了(le)确定渦街(jie)流量計測(ce)量柴油機(ji)脈動進氣(qi)流量時的(de)系統誤差(cha),特别安裝(zhuang)了大容積(ji)的穩壓箱(xiang),對脈動進(jin)氣流濾波(bo)。在保持IP<0.03的(de)條件下,測(ce)定發動機(ji)各轉速時(shi)的進氣流(liu)量,該穩定(ding)流條件下(xia)測得的流(liu)量稱爲實(shi)際流量Qo.渦(wo)街流量計(ji)測脈動流(liu)時的流量(liang)系統誤差(cha)B爲

　　圖3示出(chu)了發動機(ji)各轉速時(shi)的實際流(liu)量和平均(jun)指示流量(liang),圖4示出了(le)發動機各(ge)轉速時的(de)流量脈動(dong)1系數和系(xi)統誤差。

　　很(hen)明顯,在不(bu)安裝穩壓(ya)箱的情況(kuang)下，柴油機(ji)進氣.的脈(mo)動強度随(sui)轉速變化(hua),低轉速時(shi)脈動強度(du)大,随着轉(zhuan)速的升高(gao),脈動強度(du)逐漸減小(xiao)。流量系統(tong)誤差随脈(mo)動強度變(bian)化,脈動強(qiang)度大則系(xi)統誤差也(ye)大。在此要(yao)特别指出(chu)的是文獻(xian)[3]中給出的(de)孔闆流量(liang)計和渦輪(lun)流量計的(de)系統誤差(cha)均爲正值(zhi),而渦街流(liu)量計測量(liang)柴油.機脈(mo)動進氣流(liu)時的流量(liang)系統誤差(cha)爲負值,即(ji)平均指示(shi)流量小于(yu)對應轉速(su)時的實際(ji)流量。這個(ge)結果似乎(hu)是錯誤的(de),因爲脈動(dong)使得氣流(liu)流動不穩(wen)定,好像應(ying)該産生較(jiao)多的旋渦(wo),指示流量(liang)應該變大(da)。恰恰相反(fan),真實的情(qing)況是周期(qi)性的脈動(dong)抑制了旋(xuan)渦的脫落(luo)091。在周期性(xing)脈動的作(zuo)用下，旋渦(wo)發生體後(hou)剪切層中(zhong)的旋渦以(yi)小的振幅(fu)不規則地(di)攝動,攝動(dong)使得大旋(xuan)渦破碎變(bian)小,同時伴(ban)随着産生(sheng)多個小旋(xuan)渦,雖然旋(xuan)渦總數增(zeng)加,但旋渦(wo)群從剪切(qie)層中脫落(luo)出來的強(qiang)度減弱。當(dang)旋渦脫落(luo)強度減弱(ruo)到一定程(cheng)度時,壓電(dian)晶體傳感(gan)器将檢測(ce)不出該旋(xuan)渦的脫落(luo),從而導緻(zhi)了平均指(zhi)示流量小(xiao)于實際流(liu)量。仔細地(di)調整流量(liang)計放大電(dian)路中交流(liu)電壓放大(da)器的放大(da)倍數和施(shi)密特觸發(fa)器的靈敏(min)度将有助(zhu)于減小流(liu)量系統誤(wu)差,當然不(bu)能完全消(xiao)除。
　　将上述(shu)結果整理(li)後重新畫(hua)在圖5中。圖(tu)中給出.了(le)系統誤差(cha)與脈動系(xi)數之間的(de)關系,同時(shi)也給出了(le)所謂流量(liang)修正系數(shu)與脈動系(xi)數之間的(de)關系,流量(liang)修:正系數(shu)F,爲

　　根據流(liu)量修正系(xi)數與脈動(dong)系數之間(jian)的關系,變(bian)速工沉下(xia)的流量控(kong)制系統即(ji)可根據實(shi)測的脈動(dong)系數得到(dao)相應的流(liu)量修正系(xi)數,對流量(liang)進行修正(zheng)。
4結論.
(1)采樣(yang)系統采集(ji)記錄渦街(jie)流量計旋(xuan)渦周期,剔(ti)除異常旋(xuan)渦周期後(hou),用求積分(fen)平均值的(de)方法計算(suan)得到的平(ping)均流量的(de)随機誤差(cha)小于2%。
(2)周期(qi)性的脈動(dong)抑制了旋(xuan)渦的脫落(luo),平均指示(shi)流量小于(yu)對應轉速(su)時的實際(ji)流量,平均(jun)指示流量(liang)應根據相(xiang)應的流量(liang)修正系數(shu)進行修正(zheng)。

(3)得出了渦(wo)街流量計(ji)的流量修(xiu)正系數與(yu)脈動系數(shu)之間的關(guan)系。

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