Obraz 3

94

Przepływomierze Wielkości mierzone

towej może być tak silne, że dochodzi nawet do krótkotrwałego cofania czynnika (przepływ zwrotny).

Dzieje się tak przede wszystkim w silnikach 4 cylindrowych, w których fazy dolotu, względnie doładowania nie zachodzą na siebie. Dokładny przepływomierz musi te zwrotne przepływy wyznaczyć prawidłowo co do znaku chwilowej prędkości.

Pulsacje występują w silniku czterocylindro-wym z częstotliwością równą podwojonej częstotliwości obrotów silnika, a więc o zakresie 50...100 Hz.

Gdy przepływomierz ma charakterystykę liniową i mniejsze pasmo częstotliwości, w rzeczywistości wystarcza wyznaczanie średniej wartości wydatku tego szybko-zmiennego przepływu. Wartość średnia ma zawsze wartość dodatnią i nie wymaga bezwarunkowej czułości przepływomierza na zwrot prędkości.

W praktyce stosowane przepływomierze powietrza mają jednak (niemal wszystkie) charakterystyki silnie nieliniowe. Dlatego też sygnały pomiarowe muszą być linearyzowa-ne przez elektronikę sygnałową. Uśrednianie wyniku pomiaru przed linearyzacją może prowadzić do znaczących błędów dynamicznych (błędu uśredniania).

Dlatego takie przepływomierze powietrza muszą z zapasem dostatecznie szybko przenosić te harmoniczne przepływu, które decydują o silnie zmiennym przebiegu sinusoidalnego kształtu krzywej wydatku powietrza.

To wymaga pasma przenoszenia ok. 1000 Hz. Oprócz wysokiego pasma przenoszenia mierniki wydatku powietrza muszą wykazywać się również małą wartością stałej czasowej, aby już w fazie rozruchu zasilanie silnika mogło być prawidłowo próbkowane.

Jak każdy przepływomierz, także te montowane w samochodzie do pomiaru przepływu w przewodach rurowych są kalibrowane w strumieniu o profilu symetrycznym, tzn. takim, w którym wektor prędkości niemal w każdym punkcie powierzchni przekroju A zależy tylko od współrzędnej promieniowej r, natomiast jest niezależny od współrzędnej kątowej na całym obwodzie.

Profil prędkości w strumieniu (przy przepływie laminarnym lub turbulentnym, rys. 2) charakteryzuje jak wiadomo liczba podobieństwa Reynoldsa R_c, którą wylicza się z równania

R_e = v D/ri

gdzie D jest charakterystyczną średnicą, r] kinematyczną lepkością medium, a v prędkością średnią strumienia.

Czy przepływ jest Iaminarny czy turbulent-ny, zależy od wartości R_e (poniżej wartości 1200 Iaminarny, powyżej turbulentny). Przejście pomiędzy tymi dwoma zakresami wykazuje dużą nieregularność charakterystyki utrudniającą obliczanie. W samochodzie zawsze występuje czysto turbulentny przepływ (o profilu prostokątnym: v ~ const).

Turbulencję można w razie potrzeby wzbudzić poprzez ustawienie sita na drodze strumienia. Taka kratka sitowa służy jako mechaniczny sposób zwiększenia czułości układu pomiarowego.

Przy założonej jednorodnej gęstości p przepływ ma wydatek:

objętościowy Q_y = vA

masowy Q_u = p v A

Rysunek 2

1    - przepływ Iaminarny

2    - przepływ turbulentny

A - pole powierzchni poprzecznego przekroju rury dolotu O - wydatek R - promień rury r - odległość od osi rury

v{r) - profil prędkości przepływu