[摘(zhai)要]介(jie)紹了(le)用渦(wo)街流(liu)量計(ji) 測量(liang)柴油(you)機脈(mo)動進(jin)氣時(shi)動态(tai)數據(ju)采集(ji)及處(chu)理方(fang)法,研(yan)究了(le)脈動(dong)進氣(qi)對流(liu)量系(xi)統誤(wu)差和(he)修正(zheng)系數(shu)的影(ying)響。對(dui)在幹(gan)擾狀(zhuang)态下(xia)得到(dao)的數(shu)據以(yi)誤差(cha)方法(fa)進行(hang)了分(fen)析及(ji)處理(li),得到(dao)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)的流(liu)量修(xiu)正系(xi)數與(yu)脈動(dong)系數(shu)之間(jian)的關(guan)系。
引(yin)言
　　内(nei)燃機(ji)的燃(ran)油控(kong)制和(he)廢氣(qi)再循(xun)環等(deng)系統(tong)都需(xu)要對(dui)進氣(qi)流量(liang)進行(hang)正确(que)的測(ce)量,但(dan)由于(yu)活塞(sai)式内(nei)燃機(ji)進氣(qi)管内(nei)的流(liu)動爲(wei)脈動(dong)流,測(ce)量系(xi)統不(bu)可避(bi)免地(di)存在(zai)氣流(liu)脈動(dong)的慣(guan)性誤(wu)差以(yi)及脈(mo)動壓(ya)力的(de)傳輸(shu)誤差(cha),因此(ci)很難(nan)正确(que)地測(ce)定出(chu)這類(lei)裝置(zhi)的進(jin)氣流(liu)量。目(mu)前,雖(sui)然對(dui)脈動(dong)流的(de)測量(liang)進行(hang)了一(yi)些較(jiao)深入(ru)的研(yan)究[21,但(dan)主要(yao)的方(fang)法仍(reng)然是(shi)在被(bei)測裝(zhuang)置和(he)流量(liang)計之(zhi)間放(fang)置一(yi)個大(da)容積(ji)穩壓(ya)箱以(yi)抑制(zhi)氣流(liu)的脈(mo)動,使(shi)之在(zai)流量(liang)計的(de)安裝(zhuang)部位(wei)能夠(gou)形成(cheng)較爲(wei)穩定(ding)的流(liu)動,這(zhe)種方(fang)法隻(zhi)适合(he)在實(shi)驗室(shi)條件(jian)下應(ying)用。對(dui)于車(che)用内(nei)燃機(ji)來說(shuo),由于(yu)空間(jian)限制(zhi),不能(neng)安裝(zhuang)大容(rong)量穩(wen)壓箱(xiang),隻能(neng)進行(hang)直接(jie)測量(liang)。但直(zhi)接測(ce)量結(jie)果存(cun)在較(jiao)大的(de)誤差(cha),需要(yao)進行(hang)修正(zheng)。文獻(xian)[3]給出(chu)了 孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 和 渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 的修(xiu)正系(xi)數,但(dan)未給(gei)出最(zui)适合(he)車用(yong)内燃(ran)機脈(mo)動進(jin)氣流(liu)測量(liang)41的熱(re)線(熱(re)膜)流(liu)量計(ji)和渦(wo)街流(liu)量計(ji)的修(xiu)正系(xi)數。本(ben)文用(yong)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)定各(ge)種轉(zhuan)速下(xia)柴油(you)機脈(mo)動進(jin)氣流(liu)的流(liu)量,用(yong)誤差(cha)方法(fa)對測(ce)量數(shu)據進(jin)行分(fen)析和(he)處理(li),得到(dao)渦街(jie)流量(liang)計的(de)修正(zheng)系數(shu)。
1脈動(dong)系數(shu)一穩(wen)定流(liu)和脈(mo)動流(liu)的劃(hua)分
　　脈(mo)動流(liu)強度(du)用脈(mo)動系(xi)數表(biao)示,定(ding)義爲(wei)最大(da)流量(liang)Qmax與最(zui)小流(liu)量Qmin的(de)差值(zhi)的一(yi)半與(yu)平均(jun)流量(liang)Qew的比(bi)值，即(ji)

　　用Ip=0.03作(zuo)爲劃(hua)分穩(wen)定流(liu)和脈(mo)動流(liu)的界(jie)限值(zhi)。當Ip>0.03時(shi)爲脈(mo)動流(liu),流量(liang)的測(ce)量會(hui)産生(sheng)系統(tong)誤差(cha),要用(yong)适當(dang)的修(xiu)正系(xi)數進(jin)行修(xiu)正。修(xiu)正系(xi)數與(yu)流量(liang)計的(de)類型(xing)、脈動(dong)流的(de)強度(du)和波(bo)形等(deng)諸多(duo)因素(su)有關(guan),沒有(you)統一(yi)的經(jing)驗公(gong)式,隻(zhi)能由(you)試驗(yan)得到(dao)。
2試驗(yan)設備(bei)和方(fang)法
2.1試(shi)驗設(she)備和(he)儀器(qi)
　　試驗(yan)是在(zai)發動(dong)機試(shi)驗台(tai)架上(shang)進行(hang)的。所(suo)用柴(chai)油機(ji)型号(hao)爲6120A,轉(zhuan)速範(fan)圍爲(wei)600~2000r/min,總排(pai)量爲(wei)9.5×10-3m3'。采用(yong)LUGB型渦(wo)街流(liu)量計(ji),規格(ge)爲φ=100mm,量(liang)程爲(wei)100~1000m3/h,精度(du)爲1%。由(you)自行(hang)設計(ji)的以(yi)80C196KB單片(pian)機爲(wei)核心(xin)的數(shu)據采(cai)集和(he)控制(zhi)系統(tong)完成(cheng)數據(ju)采集(ji)。另外(wai),還設(she)計安(an)裝了(le)容積(ji)爲1m3帶(dai)阻尼(ni)管的(de)穩壓(ya)箱51,用(yong)于測(ce)量發(fa)動機(ji)各轉(zhuan)速時(shi)的實(shi)際進(jin)氣流(liu)量Qo。
2.2數(shu)據采(cai)集方(fang)法
　　在(zai)管道(dao)中插(cha)入一(yi)個柱(zhu)狀物(wu),流體(ti)流經(jing)柱狀(zhuang)物時(shi),在柱(zhu)狀物(wu)兩側(ce)産生(sheng)有規(gui)則的(de)旋渦(wo),稱爲(wei)卡門(men)渦街(jie)。當管(guan)道雷(lei)諾數(shu)爲2×104~7×106時(shi),卡門(men)渦街(jie)發生(sheng)頻率(lü)與流(liu)速成(cheng)正比(bi),檢測(ce)頻率(lü)就可(ke)求得(de)流速(su),進而(er)計算(suan).出流(liu)量.

式(shi)中ξ----流(liu)量計(ji)儀表(biao)常數(shu),m3/次
f----旋(xuan)渦頻(pin)率,Hz.
　　初(chu)步試(shi)驗發(fa)現,在(zai)脈動(dong)強度(du)較大(da)時,與(yu)流量(liang)計配(pei)套的(de)流量(liang)積算(suan)器顯(xian)示的(de)流量(liang)示值(zhi)波動(dong)很大(da)。分析(xi)認爲(wei),主要(yao)原因(yin)是脈(mo)動強(qiang)度較(jiao)大時(shi),旋渦(wo)的脫(tuo)落變(bian)得不(bu)規則(ze),旋渦(wo)發生(sheng)頻率(lü)變動(dong)較大(da),導緻(zhi)流量(liang)示值(zhi)波動(dong)很大(da)。若直(zhi)接檢(jian)測單(dan)位時(shi)間内(nei)的旋(xuan)渦的(de)個數(shu),則沒(mei)有合(he)适的(de)數據(ju)處理(li)方法(fa)将異(yi)常的(de)頻率(lü)剔除(chu)。因此(ci),試驗(yan)中采(cai)集記(ji)錄各(ge)個旋(xuan)渦的(de)周期(qi)Ti,将異(yi)常周(zhou)期經(jing)适當(dang)處理(li)後,用(yong)求積(ji)分平(ping)均值(zhi)的方(fang)法計(ji)算一(yi)段時(shi)間内(nei)的平(ping)均流(liu)量

式(shi)中N一(yi)旋渦(wo)個數(shu)
3試驗(yan)結果(guo)及分(fen)析
3.1剔(ti)除異(yi)常旋(xuan)渦周(zhou)期減(jian)小随(sui)機誤(wu)差
　　圖(tu)1是實(shi)測的(de)旋渦(wo)周期(qi)。由圖(tu)1可以(yi)發現(xian),某些(xie)旋渦(wo)周期(qi)很小(xiao),若直(zhi)接計(ji)算流(liu)量,将(jiang)導緻(zhi)流量(liang)很大(da),因此(ci),需要(yao)對很(hen)小的(de)旋渦(wo)周期(qi)作适(shi)當處(chu)理。正(zheng)常情(qing)況下(xia),相鄰(lin)數據(ju)之間(jian)的變(bian)動應(ying)在一(yi)定範(fan)圍之(zhi)内,超(chao)出正(zheng)常範(fan)圍的(de)數據(ju)應視(shi)爲異(yi)常值(zhi)。爲此(ci),将采(cai)樣數(shu)據相(xiang)鄰兩(liang)點之(zhi)間的(de)差值(zhi)的絕(jue)對值(zhi)累加(jia),再對(dui)總累(lei)加值(zhi)平均(jun)後得(de)到采(cai)樣數(shu)據兩(liang)點之(zhi)間的(de)平均(jun)變動(dong)值△。若(ruo)兩個(ge)采樣(yang)點Ti和(he)Ti+1之間(jian)變動(dong)值|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值(zhi)可根(gen)據信(xin)号的(de)具體(ti)情況(kuang)設定(ding),本文(wen)取a=3),則(ze)認爲(wei)Ti+1爲異(yi)常值(zhi)。剔除(chu)異常(chang)值後(hou),用式(shi)(3)依次(ci)計算(suan)相同(tong)時間(jian)間隔(ge)内的(de)平均(jun)流量(liang),結果(guo)顯示(shi)平均(jun)流量(liang)波動(dong)不大(da),對柴(chai)油機(ji)所有(you)的工(gong)況,流(liu)量随(sui)機誤(wu)差均(jun)小于(yu)2%。。這使(shi)下面(mian)的系(xi)統誤(wu)差分(fen)析和(he)修正(zheng)系數(shu)計算(suan)成爲(wei)可能(neng)。圖2是(shi)按上(shang)述方(fang)法處(chu)理異(yi)常旋(xuan)渦周(zhou)期後(hou)得到(dao)的轉(zhuan)速爲(wei)1000r/min時的(de)平均(jun)流量(liang)Qev和随(sui)機誤(wu)差。

3.2系(xi)統誤(wu)差與(yu)脈動(dong)系數(shu)的關(guan)系
　　在(zai)不安(an)裝穩(wen)壓箱(xiang)的情(qing)況下(xia),測量(liang)的發(fa)動機(ji)各轉(zhuan)速時(shi)的脈(mo)動進(jin)氣流(liu)量稱(cheng)爲指(zhi)示流(liu)量。指(zhi)示流(liu)量的(de)平均(jun)值稱(cheng)平均(jun)指示(shi)流量(liang),簡稱(cheng)平均(jun)流量(liang)Qe爲了(le)确定(ding)渦街(jie)流量(liang)計測(ce)量柴(chai)油機(ji)脈動(dong)進氣(qi)流量(liang)時的(de)系統(tong)誤差(cha),特别(bie)安裝(zhuang)了大(da)容積(ji)的穩(wen)壓箱(xiang),對脈(mo)動進(jin)氣流(liu)濾波(bo)。在保(bao)持IP<0.03的(de)條件(jian)下,測(ce)定發(fa)動機(ji)各轉(zhuan)速時(shi)的進(jin)氣流(liu)量,該(gai)穩定(ding)流條(tiao)件下(xia)測得(de)的流(liu)量稱(cheng)爲實(shi)際流(liu)量Qo.渦(wo)街流(liu)量計(ji)測脈(mo)動流(liu)時的(de)流量(liang)系統(tong)誤差(cha)B爲

　　圖(tu)3示出(chu)了發(fa)動機(ji)各轉(zhuan)速時(shi)的實(shi)際流(liu)量和(he)平均(jun)指示(shi)流量(liang),圖4示(shi)出了(le)發動(dong)機各(ge)轉速(su)時的(de)流量(liang)脈動(dong)1系數(shu)和系(xi)統誤(wu)差。

　　很(hen)明顯(xian),在不(bu)安裝(zhuang)穩壓(ya)箱的(de)情況(kuang)下，柴(chai)油機(ji)進氣(qi).的脈(mo)動強(qiang)度随(sui)轉速(su)變化(hua),低轉(zhuan)速時(shi)脈動(dong)強度(du)大,随(sui)着轉(zhuan)速的(de)升高(gao),脈動(dong)強度(du)逐漸(jian)減小(xiao)。流量(liang)系統(tong)誤差(cha)随脈(mo)動強(qiang)度變(bian)化,脈(mo)動強(qiang)度大(da)則系(xi)統誤(wu)差也(ye)大。在(zai)此要(yao)特别(bie)指出(chu)的是(shi)文獻(xian)[3]中給(gei)出的(de)孔闆(pan)流量(liang)計和(he)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)系統(tong)誤差(cha)均爲(wei)正值(zhi),而渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)柴油(you).機脈(mo)動進(jin)氣流(liu)時的(de)流量(liang)系統(tong)誤差(cha)爲負(fu)值,即(ji)平均(jun)指示(shi)流量(liang)小于(yu)對應(ying)轉速(su)時的(de)實際(ji)流量(liang)。這個(ge)結果(guo)似乎(hu)是錯(cuo)誤的(de),因爲(wei)脈動(dong)使得(de)氣流(liu)流動(dong)不穩(wen)定,好(hao)像應(ying)該産(chan)生較(jiao)多的(de)旋渦(wo),指示(shi)流量(liang)應該(gai)變大(da)。恰恰(qia)相反(fan),真實(shi)的情(qing)況是(shi)周期(qi)性的(de)脈動(dong)抑制(zhi)了旋(xuan)渦的(de)脫落(luo)091。在周(zhou)期性(xing)脈動(dong)的作(zuo)用下(xia)，旋渦(wo)發生(sheng)體後(hou)剪切(qie)層中(zhong)的旋(xuan)渦以(yi)小的(de)振幅(fu)不規(gui)則地(di)攝動(dong),攝動(dong)使得(de)大旋(xuan)渦破(po)碎變(bian)小,同(tong)時伴(ban)随着(zhe)産生(sheng)多個(ge)小旋(xuan)渦,雖(sui)然旋(xuan)渦總(zong)數增(zeng)加,但(dan)旋渦(wo)群從(cong)剪切(qie)層中(zhong)脫落(luo)出來(lai)的強(qiang)度減(jian)弱。當(dang)旋渦(wo)脫落(luo)強度(du)減弱(ruo)到一(yi)定程(cheng)度時(shi),壓電(dian)晶體(ti)傳感(gan)器将(jiang)檢測(ce)不出(chu)該旋(xuan)渦的(de)脫落(luo),從而(er)導緻(zhi)了平(ping)均指(zhi)示流(liu)量小(xiao)于實(shi)際流(liu)量。仔(zai)細地(di)調整(zheng)流量(liang)計放(fang)大電(dian)路中(zhong)交流(liu)電壓(ya)放大(da)器的(de)放大(da)倍數(shu)和施(shi)密特(te)觸發(fa)器的(de)靈敏(min)度将(jiang)有助(zhu)于減(jian)小流(liu)量系(xi)統誤(wu)差,當(dang)然不(bu)能完(wan)全消(xiao)除。
　　将(jiang)上述(shu)結果(guo)整理(li)後重(zhong)新畫(hua)在圖(tu)5中。圖(tu)中給(gei)出.了(le)系統(tong)誤差(cha)與脈(mo)動系(xi)數之(zhi)間的(de)關系(xi),同時(shi)也給(gei)出了(le)所謂(wei)流量(liang)修正(zheng)系數(shu)與脈(mo)動系(xi)數之(zhi)間的(de)關系(xi),流量(liang)修:正(zheng)系數(shu)F,爲

　　根(gen)據流(liu)量修(xiu)正系(xi)數與(yu)脈動(dong)系數(shu)之間(jian)的關(guan)系,變(bian)速工(gong)沉下(xia)的流(liu)量控(kong)制系(xi)統即(ji)可根(gen)據實(shi)測的(de)脈動(dong)系數(shu)得到(dao)相應(ying)的流(liu)量修(xiu)正系(xi)數,對(dui)流量(liang)進行(hang)修正(zheng)。
4結論(lun).
(1)采樣(yang)系統(tong)采集(ji)記錄(lu)渦街(jie)流量(liang)計旋(xuan)渦周(zhou)期,剔(ti)除異(yi)常旋(xuan)渦周(zhou)期後(hou),用求(qiu)積分(fen)平均(jun)值的(de)方法(fa)計算(suan)得到(dao)的平(ping)均流(liu)量的(de)随機(ji)誤差(cha)小于(yu)2%。
(2)周期(qi)性的(de)脈動(dong)抑制(zhi)了旋(xuan)渦的(de)脫落(luo),平均(jun)指示(shi)流量(liang)小于(yu)對應(ying)轉速(su)時的(de)實際(ji)流量(liang),平均(jun)指示(shi)流量(liang)應根(gen)據相(xiang)應的(de)流量(liang)修正(zheng)系數(shu)進行(hang)修正(zheng)。

(3)得出(chu)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)的流(liu)量修(xiu)正系(xi)數與(yu)脈動(dong)系數(shu)之間(jian)的關(guan)系。

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