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智能涡流街流量计测量各种转速下柴油机脉动进气流的流量。

时间:2021-01-12
智能涡流街流量计测量各种转速下柴油机脉动进气流的流量。
内燃机的燃油控制和废气再循环等系统都需要对进气流量进行*的测量,但由于活塞式内燃机进气管内的流动是脉动流,测量系统不可避免地存在气流脉动的惯性误差和脉动压力的传输误差,因此很难正确测量这种装置的进气流量。目前,尽管对脉动流的测量进行了一些深入的研究[1、2],但主要方法还是在被测装置和流量计之间放置一个大容积稳压箱来抑制气流的脉动,使流量计的安装部位形成比较稳定的流动,这种方法只适合在实验室条件下应用。对于汽车内燃机来说,由于空间限制,不能安装大容量稳压箱,只能直接测量。但是,直接测量结果有很大的误差,需要修正。文献[3]给出了孔板流量计和涡轮流量计的修正系数,但没有给出*适合车用内燃机脉动进气流测量[4]的热线(热膜)流量计和涡轮流量计的修正系数。本文通过旋涡流量计测量各种转速下柴油机脉动进气流的流量,通过误差方法分析和处理测量数据,获得旋涡流量计的修正系数。
1脉动系数-稳定流和脉动流的划分。
脉动流强度根据脉动系数,定义为*大流量Qmax和*小流量Qmin的差距的一半和平均流量Qev的比例。
根据文献[3],以Ip=0.03为分区稳定流和脉动流的界限值。Ip>0.03时为脉动流,流量测量产生系统误差,必须用适当的修正系数修正。修改系数与流量计的类型、脉动流强度和波形等诸多因素有关,没有统一的经验公式,只能通过考试获得。
2测试设备和方法。
2.1试验设备和仪器。
试验是在发动机试验台架上进行的。柴油发动机型号为6120A,转速范围为600~2000r/min,总排放量为9.5X10-3m3。采用LUGB型涡流流量计,规格为φ=100mm,量程为100~1000m3/h,精度为1%。以自己设计的80C196KB单片机为中心的数据收集和控制系统完成了数据收集。此外,还设计了容积为1m3带减震管的稳压箱[5],用于测量发动机各转速时的实际进气流量Qo。
2.2数据收集方法。
管道中插入柱状物,流体通过柱状物时,柱状物两侧产生规则涡流,称为门涡流街。管道雷诺数为2X104~7X106时,卡门涡流街的发生频率与流速成正比,检查频率可以追求流速,计算流量。
Q=3600(2)
式中冷冻-流量计仪表常数,m3/次。
f-涡流频率,Hz。
初步试验发现,当脉动强度较大时,与流量计配套的流量积算器显示的流量显示值波动较大。分析认为,主要原因是脉动强度大时,涡流脱落不规则,涡流频率变动大,流量显示值变动大。直接检测单位时间内涡流的数量时,没有适当的数据处理方法去除异常频率。因此,在试验中采集并记录每个涡轮周期Ti,在适当处理异常周期后,通过要求积分平均值的方法计算一段时间内的平均流量。
式中的n-涡旋数。
3试验结果和分析。
3.1消除异常涡轮周期,减少随机误差。
图1是实测的涡轮周期。图1显示,涡流周期小,直接计算流量,流量大,需要适当处理小涡流周期。通常情况下,相邻数据之间的波动应在一定范围内,超出正常范围的数据应视为异常值。因此,累加取样数据相邻两点之间的差距*值,平均总累积值后取样数据两点之间的平均变动值△。两个采样点Ti和Ti+1之间的变动值Ti-Ti+1->a△(a值可根据信号的具体情况设定,本文取a=3)时Ti+1被认为是异常值。删除异常值后,按顺序计算相同时间间隔内的平均流量,结果显示平均流量变动少,柴油机的所有情况下,流量随机误差小于2%。这使得下面的系统误差分析和修改系数计算成为可能。图2是以上方法处理异常涡轮周期后得到的转速为1000r/min时的平均流量Qev和随机误差。
3.2系统误差与脉动系数的关系。
不安装稳压箱时,测量的发动机各转速时脉动进气流量称为指示流量。指示流量的平均值称为平均指示流量,简称平均流量Qev。为了确定涡流街流量计测量柴油机脉动进气流量时的系统误差,特别安装了大容积的稳压箱,对脉动进气流过滤器。在维持Ip<0.03的条件下,测量发动机各转速时的进气流量,该稳流条件下测量的流量称为实际流量Qo。涡流流量计测量脉动流时的流量系统误差b是。
图3显示发动机各转速时的实际流量和平均指示流量,图4显示发动机各转速时的流量脉动系数和系统误差。
显然,在没有安装稳压箱的情况下,柴油进气的脉动强度随转速变化,低转速时脉动强度大,随着转速的提高,脉动强度逐渐减小。流量系统误差随脉动强度而变化,脉动强度大时系统误差也大。这里特别指出的是文献[3]给出的孔板流量计和涡轮流量计的系统误差均为正值,涡轮流量计测量柴油机脉动进气流时的流量系统误差为负值,即平均指示流量小于对应转速时的实际流量。这种结果似乎是错误的,因为脉动使气流不稳定,似乎应该产生更多的涡流,这表明流量应该变大。相反,实际情况是周期性脉动抑制涡流脱落[6-9]。在周期性脉动的作用下,流产生体后剪切层中的涡流以小振幅不规则地拍摄,拍摄使大涡流破碎变小,同时伴随着多个小涡流产生,涡流总数增加,但涡流群从剪切层脱落的强度减弱。涡流脱落强度减弱到一定程度时,压电晶体传感器无法检测到涡流脱落,平均指示流量小于实际流量。仔细调整流量计放大电路中交流电压放大器的放大倍数和施密特触发器的灵敏度有助于减少流量系统的误差,当然不能完全消除。
将上述结果整理后重新画在图5中。图中提供了系统误差与脉动系数的关系,同时提供了流量修正系数与脉动系数的关系,流量修正系数Fp为。
显然,流量修正系数与系统误差有关。
Fp=1+B(6)
根据流量修正系数与脉动系数的关系,变速工况下的流量控制系统可以根据实测的脉动系数获得相应的流量修正系数,修正流量。
(1)采样系统采集记录涡流流量计涡流周期,消除异常涡流周期后,通过寻求积分平均值的方法计算得到的平均流量的随机误差小于2%。
(2)周期性脉动抑制涡流脱落,平均指示流量小于相应转速时的实际流量,平均指示流量应根据相应流量的修正系数进行修正。
(3)得出涡流街流量计的流量修正系数与脉动系数的关系。

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