Ультразвуковой расходомер массового расхода воздуха ДВС

Таким образом, расчет упругих деформаций элементов станков и обрабатываемых деталей с использованием программы SolidWorks 2010 Simulation позволяет определить причины их возникновения на стадии проектирования, что дает возможность выбора рациональных конструкций узлов.

Список литературы

1. Михеев, И. И. Расчет и конструирование металлорежущих станков : учеб. пособие / И. И. Михеев, Е. Н. Ярмоленко, В. Н. Денисов. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2005. -152 с.

2. Липов, А. В. Расчет деформаций элементов технологической системы при механической обработке / А. В. Липов, Г. С. Большаков, А. Л. Чернов // Современные технологии в машиностроении : сб. ст. XIV Междунар. науч.-практ. конф. -Пенза : ПДЗ, 2010. - С. 120-122.

3. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. / под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1985. -Т. 2. - 496 с.

4. Алямовский, А. А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский [и др.] - СПб. : БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с.

УДК 681.121.89.082.4

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР МАССОВОГО РАСХОДА ВОЗДУХА ДВС

И. И. Власюк

В данной статье рассмотрена возможность создания расходомера воздуха, поступающего в двигатель автомобиля, на основе ультразвукового измерения скорости потока воздуха. Показаны структурная схема и схема конструкции измерительной части расходомера. Показан алгоритм работы расходомера, в котором исключаются такие нестабильные параметры, как скорость распространения ультразвука и температура воздуха.

This article shows opportunity of creating air flow meter, that incoming into the engine of automobile, working by principle of speed metering flow of air with help of ultrasound. There are presented structural schematic and structural diagram test section of air meter. Also there are presented algorithm, which excluded such unstable parameters like: speed of ultrasound and air temperature.

Постоянное повышение требований экологичности и экономичности автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) обусловливают необходимость повышения точности измерения рабочих параметров двигателя при желательно приемлемой стоимости первичного измерительного преобразователя.

Большинство современных автомобильных расходомеров термоанемо-метрического типа, погрешность которых составляет 2...5 % [1]. К тому же измерительный элемент у них выполнен из дорогостоящего материала - платины.

Для повышения точности измерения расхода воздуха и достижения приемлемой стоимости расходомера предлагается использовать метод ультразвукового измерения расхода воздуха.

Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются:

- погрешность измерения не более 2 % [1];

- отсутствие выступающих деталей в трубопроводе;

- отсутствие дорогостоящих деталей и материалов.

Их недостатком является измерение объемного расхода воздуха, а не массового, как того требует система управления двигателем.

Структурная схема предлагаемого устройства изображена на рис. 1.

В состав расходомера входят: микропроцессор; излучающий ультразвуковой преобразователь (ИУЗП); два принимающих ультразвуковых преобразователя (ПУЗП1 и ПУЗП2); усилители сигналов (У1, У2, У3); два фазовых детектора (ФД1 и ФД2); а также датчик абсолютного давления (ДАД). Принцип работы расходомера основан на вычислении сдвига фазы принятого сигнала относительно исходящего (рис. 2). ФД1 определяет сдвиг фазы волны, которая распространяется от ИУЗП до ПУЗП1 встречно потоку воздуха, а ФД2 определяет сдвиг фазы волны, которая распространяется от ИУЗП до ПУЗП 2, но соноправленно с потоком воздуха.

Рис. 1

Рис. 2

Имея исходные данные в виде сигнала разности фаз ФД1 (ф) и ФД2

(ф2), а также значения абсолютного давления р (измеряется с помощью

ДАД),

определим массовый расход воздуха по следующему алгоритму:

1. Массовый расход воздуха m определяется по формуле [2]

m = V р,

где V - объемный расход воздуха; р - плотность воздуха;

2. В свою очередь объемный расход воздуха V вычисляется из выражения [2]

^2

V = uS = и-лт2 = «•!• — ,

4

где и - скорость потока воздуха (измеряемый параметр); S - площадь сечения трубопровода; d - диаметр трубопровода.

Скорость потока воздуха и можно найти, используя фазы ф и ф2 [2].

/ „..о /

Ф1 =----------------ш, ааа ---------------- - время прохождения волны от

-uii6cos Q Uia-uii6cos Q

ИУЗП до ПУЗП1; ш - угловая частота, равна 360°/, а ф1 =-------------1-------ш .

°9а +uii6C0S Q

Составим систему уравнений:

1ш

ф =---------------~

°зв -°пот C0S Q

1ш

Ф2 =----1------------------------------п '

°зв + °пот C0S Q

Выразив из уравнения (3) скорость ультразвука , подставим ее в уравнение (4), после чего найдем скорость потока и116 :

/ш

116 2ф2 ф1cos Q

Как видно из полученной формулы, скорость потока воздуха зависит от сдвигов фаз ф и ф2, поскольку параметры 1, ш и cos Q являются константами.

3. Определим последний член в формуле массового расхода воздуха (1) плотность воздуха р [2].

р = ^,

RT

где p - абсолютное давление; М- молярная масса; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура в Кельвинах.

Температура воздуха может быть найдена из системы уравнений (3), (4), однако при этом учитывается, что скорость звука имеет зависимость от температуры:

и

9а

= и9а ( 0°) + 0,59ГС,

где и9а (0°) - скорость звука при 0 °С, равная 331 м/с; ТС - температура по шкале Цельсия.

Выразив из уравнения (3) скорость потока иП6, подставим ее в уравнение (4) для нахождения скорости ультразвука :

и9а = 9а

/ю(ф +ф2 ) 2ф1ф2 '

Получившееся значение подставляем в выражение зависимости скоро, . /ш

сти ультразвука от температуры озв (0°) + 0,59?С =— ---------- и находим

2ф1ф2

температуру воздуха:

/ю

Тс =

2ф1ф2

-изв

(

/0,59 = 1,695

/ю(ф1 +ф2 ) 2ф1ф2

-изв

Т = ТС + 273°С.

Получив необходимые составляющие для измерения массового расхода воздуха, определим значение массового расхода воздуха в соответствии с уравнением (1):

й2 рМ

Т' ~кг

1ю

2ф2 ф1 оо8 Q 4

рМ

Я

1,695

Чф±ф)

2ф1ф2

-273

Данная формула показывает возможность создания расходомера на основе ультразвукового метода с отсутствием зависимости измерения от скорости распространения ультразвука и изменения температуры воздуха [4-6].

Список литературы

1. Бородянко, В. П. Первичные измерительные преобразователи в автомобильных электронных системах : учеб. пособие / В. П. Бородянко. - М. : ЮГрГУ, 2005. -123 с.

2. Википедия. Свободная энциклопедия. - иКЬ: http://ru.wikipedia.org/wiki/

3. Мельников, А. А. Ультразвуковые преобразователи в средствах измерения / А. А. Мельников. - М. : Спутник+, 2010. - 153 с.

4. Покрас, С. И. Ультразвуковая расходометрия: дорогая экзотика или современный метод измерения? / С. И. Покрас, А. И. Покрас, И. А. Гришанова // Новости теплоснабжения. - 2005. - № 6. - С. 21-26.

5. НПО «Карат». Измерение расхода жидкости: сравнительный анализ методов. -иКЬ: http://www.karat-npo.com

6. Гришанова, И. А. Накладные и врезные расходомеры в коммерческом учете: желаемое или действительное. - иЯЬ: http://www.teplopunkt.ru

УДК 614.862

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Р. А. Земсков, Ю. И. Паркина

В статье определены требуемые описательные возможности и иерархия математической модели ремней безопасности как сложной пиротехнической системы, включающей математические модели ремня безопасности, втягивающей катушки, натяжителя ремня безопасности и ограничителя усилия.

In article demanded descriptive possibilities and hierarchy of mathematical model of seat belts as the difficult pyrotechnic system, including mathematical models of safety belt, pull-in coil, pretensioner and force-limiting device.

Современной тенденцией развития автомобильного транспорта является оснащение легковых автомобилей эффективной системой обеспечения пассивной безопасности. Это вызвано значительным обострением проблемы аварийности, обусловленной увеличением средней скорости движения автомобилей, быстрым ростом их общего количества и недостаточным развитием автомобильных дорог и магистралей. Последнее приводит к необходимости разработки новых технических систем для снижения тяжести травмирования участников дорожного движения и минимизации числа смертельных исходов при дорожно-транспортных происшествиях (ДТП). Гибель людей при ДТП или получение ими инвалидности вследствие получения травм различной степени тяжести негативно влияет на демографическую и экономическую ситуацию в стране в целом.

В Российской Федерации для улучшения ситуации на автомобильных дорогах распоряжением Правительства РФ от 17 октября 2005 г. № 1707-р была принята Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах». Целью Программы является сокращение к 2012 г. по сравнению с 2004 г. в 1,5 раза количества лиц, погибших в результате дорожно-транспортных происшествий, и на 10 % количества дорожно-транспортных происшествий с пострадавшими.

Причиной ДТП часто является несоответствие одного из элементов системы «человек-автомобиль-дорога-среда» остальным составляющим. Из всех элементов этой системы наибольшей потенциальной опасностью об-