摘要：对于车辆问题中油箱中油量的正常补给过程，需要考虑原油的压力与流速问题。在设计油箱形状和应用节油机制时，应用流体力学知识，可以在原理和设计理念层面上节省车辆耗油，避免车辆行驶过程中因原油不充分燃烧。解决供耗油量冲突，对车辆工作效率和燃油利用率的影响。
本次实验研究的问题是在高压油管内，原油的输入与输出关系平衡问题。油管内输入明显大于输出时会出现原油利用率低，油管内输入明显小于输出时，会出现车辆油耗增加，需要利用或改变油管的供耗装置，使油管的油量供耗量在一定限度下满足正常使用和节能高效两大目的。对于输入端，采用数据计算，得到在每次循环下输出油量，并以此为基础，设计出油口装置。对于输出端，计算放置的针阀对喷油嘴出油的影响，并根据针阀位置和对流体流速的影响，计算出每次喷油输出的流量。可以看做简单的流量计。保证高压油管内输入量和输出量最大限度相等，即可保障原油最大利用率和节能高效。
1.1计算输入端高压油泵的进油量：
根据已知的极角和极径求得凸轮形状，高压油泵下端与凸轮相连，凸轮最大极径和最小极径只差就是柱塞在高压油泵柱塞腔内最大移动的范围，即柱塞最大移动距离距底端 。
1.1.1确定油泵送油速率，每个周期内高压油泵内压强变化为由 转化为 ， 时确定柱塞腔体积 ，柱塞向上移动，使得充油柱塞腔的体积减小，压强增大。由于燃油质量不变，可以对体积进行求解，当柱塞到达 时，腔内压力第一次达到 。
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图1：喷油器喷嘴放大后的示意图
1.2.1在喷油管管口处放置一个针阀，会影响原油流出的流速。当液体从管口自上而下流入锥形喷油嘴时，被针阀截流，在针阀的上下端产生压力差，针阀在压力差的作用下上升，此时针阀受力情况为：流动原油对针阀的动压力，针阀在流体中的浮力，针阀自身重力。
当三力达到平衡时，针阀就会平稳的浮在圆锥管嘴内的某一位置上。由于给定的针阀大小形状均已确定，只有流体对针阀的动压力会改变，从而对流速产生影响。因此当来流流速变大或变小的。对于图中所给针阀，运动中相对位置的流动截面积与发生变化，确定流速变成平衡时对应的速度，针阀就在新的位置上达到平衡。
针阀平衡时满足： （1）
其中： 为转子的密度； 为流体的密度； 为转子的体积； 为转子前后的压差； 为转子的最大截面积。
1.2.2确定流体来速的具体工作过程为:流量增加→浮子的节流作用产生压差力增加→浮子上升→浮子与锥形管间的环流通面积增大→流过此环隙的流速降低→压差力下降（恢复为原来的压差数值为止）→浮子平衡。浮子最终平衡位置会比原来的位置上高。因此，浮子的最终高度与流量大小成对应关系。
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图2：针阀运动曲线拟合图
1.2.3对所得时间与针阀距喷油嘴底部距离的图像曲线进行积分，求面积，所得面积即为喷油管每次工作过程出油量。
通过上式计算可知，喷油管每次工作过程出油量（在压强为 的条件下）为： 。
1.3设定凸轮周期条件，满足高压油管内压强无明显变化
喷油嘴每个喷油周期出油量为 ，每个周期为 ，为了确保每个周期内进出油量无明显变化，需要确定图轮的转动周期（供油周期）。凸轮转动一圈带动柱塞上下往复运动一周期，设周期为
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结果分析：
问题最终目的是为了保持高压油管内压力尽量稳定在 ，即高压油泵工作下进入的燃油与喷油管流出的燃油量尽量保持相等。针对喷油嘴求解总出油量，利用转子流量计原理，求得喷油嘴总出油量为 。根据总出油量求解高压油泵工作周期，使其达到相同油量，以保证压强变化最小，即求得凸轮的角速度为 。
论文作者:李则成1,段紫晴2,袁帅杰3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/11
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