基于质量守恒的高压油管压力控制问题研究

为了研究高压油管内压力的稳定问题，基于质量守恒原理，本文运用燃油量周期不变、周期分割、压力按周期等量划分的思想，建立了质量守恒模型。首先通过拟合弹性模量和压力的关系，建立密度与压力的微分方程。再计算进油量，根据质量守恒方程求得单向阀每次开启时长。根据不同调整时间算出喷油器工作周期数，得出2 s、5 s、10 s下每次单向阀开启时长。根据考虑柱塞腔与针阀控制的高压燃油系统工作原理，考虑在1 s的总时长下，高压油管的压力保持稳定，求出单周期下的喷油量。对于供油柱塞，计算得到下止点时充满柱塞腔的燃油质量。最后根据质量守恒求得周期数，得到凸轮角速度。

高压油管的用途十分广泛，在发动机输送高压燃油的过程中起着不可忽视的作用，对于许多燃油发动机来说，其工作基础是燃油的进入和喷出高压油管两个过程；而本文就高压油管的工作原理对高压油管内压力问题进行一系列研究，为今后燃油发动机的运用提供了一定的参考价值。已知简化的某高压燃油系统的工作原理为燃油经过高压油泵从供油入口小孔A 进入高压油管，再从喷油嘴B 喷出。而在燃油进入和喷出的过程中可导致高压油管压力变化，使得喷口B 喷出的燃油量出现偏差。

不考虑柱塞腔与针阀控制的高压燃油系统(如图1 所示)。

Figure 1. High pressure oil pipe schematic 图1. 高压油管示意图 已知某高压油管规格参数：内腔长度为500 mm，内直径为10 mm，小孔A 直径为1.4 mm；现有一个单向阀开关用于控制供油时间的长短，单向阀每打开一次后关闭10 ms；喷油器1 s 工作10 次，1 次工作2.4 ms，且给出喷油器工作的喷油速率示意图；已知供油入口A 的压力恒为160 MPa，高压油管的初始压力为100 MPa。此时需要设置单向阀每次开启的时长，使得高压油管内的压力尽量稳定在100 MPa 左右；调整单向阀开始时长， 使得高压油管在分别经过2 s、5 s、10 s 的调整后从100 MPa 增加并稳定在150MPa。

考虑柱塞腔与针阀控制的高压燃油系统， 增加柱塞腔和针阀的高压油管更为贴切实际生活。

已知柱塞腔直径为5 mm，在柱塞腔内，柱塞会上下运动，当其运动到上止点时，柱塞腔残余容积为20 mm3，运动到下止点时，低压燃油会注满柱塞腔，且压力为0.5 MPa。喷嘴结构：针阀直径为2.5 mm、密封座是半角为9˚的圆锥，喷孔直径为1.4 mm。当针阀升程h = 0 时，针阀关闭；当针阀升程h > 0 时，针阀开启，燃油即可喷出。

在高压油管规格参数给定的条件下， 确定凸轮的角速度， 使得高压油管的压力稳定在100 MPa 左右。