加油機加注過程中的壓力穩定性和加油準確度是衡量加油機系統性能的重要指標。在傳統的加油模式下，雙閥結構會增加管路壓降，產生水擊效應，增大過沖量，降低加油準確度。對傳統燃油加油機存在的弊端，本文提出引入變頻技術的新型加油模式。通過變頻技術控制電機轉速從而達到控制流量的目的，并對容積式流量計誤差特性曲線進行分析，得到非常佳流速范圍，實現減小能源損耗、保證泵送過程的壓力穩定性，提高加油準確度的目的。

 

一、基于變頻技術的新型加油方式

變頻調速通過改變供給電動機電源的頻率值達到改變電動機轉速的目的。交流異步電動機的變頻調速原理，可以從異步電動機的轉速方程中得出

n=60f（1-s）/p （1）

式中：n——異步電動機的轉速；f——異步電動機的頻率；s——電動機的轉差率；p——電動機的極對數。

 

由式（1）可知，轉速 n 與頻率 f 成正比，只要平滑地調節異步電動機的定子供電頻率 f，即可平滑調節電動機的同步轉速 n。由于轉子是跟隨旋轉磁場同步旋轉的，當頻率 f 在 0~50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節的范圍非常寬。

變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。變頻模式下加油機的系統組成如圖 1 所示，在變頻加油模式下，編碼器發出的脈沖數可以反映加油時油液流量的大小；故在不同擋位加油時，流量不同使得編碼器發出的脈沖數不同，由控制電路檢測編碼器的脈沖數判斷加油流量，從而選取合適的電機頻率帶動泵的轉動，輸出合適的油液流量。變頻器和流量測量變換器的結合可以代替電磁閥在加油機中的作用，不需要再通過電磁閥的開閉控制流量，因此可以在保證加油準確度的同時，將電磁閥的雙閥改成單閥甚至去掉電磁閥。圖 2 表示簡化后的單電磁閥在大、中擋位下加油的脈沖曲線，可看出經過優化之后水擊現象得到很好改善。相較于傳統的加油方式，變頻加油模式優化了加油機的內部結構，縮小了成本，并且在降低能耗、提高部件使用壽命和提高加油準確度方面有著顯著的優越性。提起油槍但未開始加油時，變頻技術能保證電機在較低頻率下運轉；加油后期通過改變電機頻率來改變泵的運轉速度，以較低流量將油液泵進車內，減小對電磁閥的沖擊，抑制水擊效應，同時也可以保證加油機的測量準確度。

 

二、容積式流量計誤差曲線分析

加油機中使用的流量測量變換器一般為容積式流量計，也叫作定排量流量計，其測量準確度高，在石油類流體測量中廣泛應用。容積式流量計存在一個誤差特性曲線，其實際流量與示值流量之間存在誤差。容積式流量計的基本誤差可用式（2）表示：

 

式中：l——流量計示值；V——通過流量計的實際值。

 

在測量實際流量時，通過流量計的實際值 V 一般是未知的，常用示值相對誤差即式（3）來表示：

式中：I——流量計累計示值；V——通過流量計的實際值。

 

假設流量計測量元件周期動作一次能送出的流體量為 v，在 t 時間內流量計動作次數為 N，則 t 時間內通過流量計的流體總量 V 可用式（4）表示：V=Nv（4）

 

這是在理想情況下通過流量計的實際值，但容積式流量計除了濕式氣體流量計之外，會存在漏流現象。為得到實際誤差曲線，現假設通過間隙的漏流量為 Δq，當以流量 q v 通過流量計的流體總量為V 時，通過間隙漏過流量計的總漏流量為

 

當容積式流量計存在漏流現象時，實際通過流量計的流體總量為

V=Nv+ΔV （6）

 

在 t 時間內流量計測量元件動作 N 次，通過齒輪機構將測量元件的動作傳遞到指示機構，使刻度盤上的指針走動以顯示通過流量計流體體積，故通過流量計的顯示值 I 和 N、齒輪比常數 a 的關系為

I=aN（7）

 

整理得

得到實際誤差表達式為

 

由式（9）可知，流量計實際誤差與計量室空間的容積v、齒輪比常數a、漏油量Δq以及流量q v 有關。容積式流量計誤差曲線如圖 3 所示：曲線 1 為理想的誤差特性曲線，由于漏流現象，實際誤差曲線更接近曲線 2、曲線 3 以及曲線 4。從實際誤差曲線可以看出，當流量較小時，誤差會隨著流量的減小而增大，實際誤差曲線急劇向負方向傾斜；隨著流量的增加，誤差曲線逐漸正向移動并穩定在一值，當流量過大時，又向負方向傾斜。

通過對容積式流量計誤差特性曲線進行分析，得出存在一個非常佳流量范圍，使得流量計的誤差非常小。根據誤差特性曲線計算出在誤差非常小時的流量范圍，結合變頻技術可以調速的優點，控制泵的轉速使得油液以非常佳流量泵入車內，可以提高加油準確度。

 

三、變頻模式下加油機系統性能測試

1. 壓力穩定性測試

本文從泵送過程中壓力穩定性和加油準確度兩個指標，對傳統加油方式和基于變頻技術的新型加油方式進行分析。圖 4 表示在傳統加油模式下和變頻模式下壓力隨時間變化的曲線。

 

在傳統模式下，電磁閥門的突然閉合使流速突然降低，流量沖擊電磁閥門導致壓力在泵送過程出現兩個尖端脈沖，瞬時壓力遠大于其他時刻的壓力，形成水擊現象，增加管路的壓降。采用變頻技術可以對流量速度進行調節，通過單電磁閥使管路中的阻力減小，壓力在泵送過程中隨時間平滑下降，不會出現流速突然變化沖擊閥門的情況，提高了加油系統的壓力穩定性，水擊現象得到明顯改善。

 

2. 加油準確度測試

加油準確度，即加油量的相對誤差，為實際加油量和顯示加油量的相對誤差。已知傳統加油方式通過控制閥門開度控制流速，引入變頻技術的新型加油機通過改變變頻器的輸出頻率，控制電機轉速進而調節流速。實驗室采用定量加油的方法，計算兩種加油方式在不同流量下的加油準確度，經過實驗測試，得出實驗數據并畫出兩種加油方式的準確度曲線如圖 5 所示。

通過對比新型加油模式和傳統加油模式下的相對誤差可以看出，在引入變頻技術的新型加油模式下，加油機在不同流量下加油，加油準確度優于傳統加油模式。在傳統加油模式下，相對誤差主要是由過沖量引起。新型加油方式由于引入了變頻技術，隨著流速的變化來調整泵的轉速從而達到所需油量，減小過沖量，因此可以獲得非常精確的超調控制，相較于傳統的加油方式，可以提高加油準確度。同時，可以得出流量誤差特性曲線的非常佳流量大概在38L/min 左右，此時相對誤差接近零，加油準確度達到非常高。

 

四、結論

與傳統加油模式相比，引入變頻技術的新型加油方式可以消除過沖量，提高加油準確度。由于可取消傳統加油模式用來控制過沖量的雙流量電磁閥，減少了加注過程中的壓力損失，從而抑制了定量加注過程中電磁閥關斷引起的水擊效應。