应用椭圆齿轮流量计的内燃机油耗测量系统

　　内燃机的发明极大地促进了人类社会的发展，在各种动力机械中得到了广泛应用。同时，内燃机作为耗油大户，安装一套设备实现其油耗的精确计量，达到控制成本、节能减排的目地是非常必要的。国内外在铁路机车[1-2] 和船舶海运燃油监测系统[3-4]方面有一定的研究，开发出了燃油评价系统。

　　可以精确地测定内燃机车在各种工况下运行的微分及积分燃油消耗量，为准确判断运行中的机车热力状态，分析机车费油原因，以及制定环保、安全、经济的操纵方法提供了科学依据。在船舶的运营方面，有船舶燃油管理系统、船舶航行优化操作软件。实现了燃油的精细管理，对船舶运营管理、生产制造及维修都有十分重要的意义。

　　用来测量流量的仪表有60 多种[5]，分别基于力学、热学、声学及电学等原理。按照结构原理[5-8]进行分类，主要有容积式、叶轮式、差压式、变面积式、动量式、冲量式、电磁式、超声波流量计以及质量流量计等。根据内燃机的工作状况、燃油性质与流动状态，对传感器进行选型。为了保证仪表的使用寿命和准确度，还要特别注意防振要求和耐压程度，表头的耐压程度要大于被测介质，一般取1. 25 倍，以保证不发生泄漏或意外。

　　内燃机一般有进油管和回油管，通过油泵进行循环，两管流量之差即为实际耗油量。内燃机有三种极限工况，最大扭矩转速、最大功率转速、起动转速。所设计的流量计要求必须在三种极限工况下均能正常工作。同时，机器运转时可能会产生脉动流，则所选传感器应对脉动流不敏感。另外，燃油粘度也是一个需要考虑的因素。综合以上因素，采用容积式流量测量法，选取椭圆齿轮的测量形式。椭圆齿轮流量计具有精度高[6]( 一般为0. 5%，特殊达到0. 2%) 、对安装要求低，在旋转流和管道阻流件流速场突变时对计量精确度没有影响，没有前置直管段要求，安装简单，占据空间较小。测量范围宽，对流体粘度不敏感，适于对燃油的测量。量程比宽，一般达到10 ∶1，特殊达到30 ∶1或更高[6]，理论上适合于内燃机三种工况的测量要求。在椭圆齿轮上装有磁钢，利用霍尔效应[7，9]对椭圆齿轮的旋转进行检测，根据传感器输出信号的特点设计二次仪表，包括信号调理电路与显示部分。

　　本文根据内燃机实际工作状况设计了实验，模拟其在三种极限工况下工作。实验结果表明，该系统在最大扭矩转速和最大功率转速下测量误差相对较小，但在起动转速下误差大。最后，通过分析实验数据和系统在低转速下误差大的原因，提出了进一步改进的措施。