加油枪的工作原理,为何加满油后会自动跳枪?

科普猫猫说万物 2025-03-20 04:45:14

我一直以为这是计算机和电子传感器控制的,事实并非如此,加油枪不需要依赖复杂的电子传感器,完全依靠纯机械结构就可以实现。

首先,让我们从加油枪的基本结构开始。加油枪的手柄由两部分组成,通过中间的螺丝连接,使手柄能够自由按压。燃油通过管道流入内部的加油腔,这个流程看似简单,却为后续的自动跳枪功能奠定了基础。

在加油枪的内部,有一个关键的零件销钉,这里为便于理解,我们称之为“控制销”。控制销的顶部较粗,由于结构限制,无法嵌入很深。控制销的末端连接到一个铝制结构上,这个铝制结构与弹簧连接的阀门相连,阀门能够控制燃油的流入与停止。

为了更直观地理解这一结构,我们可以将阀门的末端延长,直至它顶到手柄这部分的内表面,此时,加油枪的基本结构就呈现出来了。当我们按下手柄时,手柄会以这个点为支点旋转,同时阀门被延长杆顶起,燃油得以进入加油腔内部。

加油枪的设计不仅止于此,更为巧妙的是,手柄上设计有一根顶针,我们只需用手指轻轻顶住顶针,将其推入下方的齿轮内,然后就可以放手等待加油过程自动进行。这种设计不仅简化了操作,还大大提高了加油的便捷性。

然而,要实现加油枪的自动停止功能,仅凭现有结构还远远不够。那么,工程师们是如何设计呢?

我们可以想象一下,如果“控制销”没有固定会发生什么?此时,阀门的弹簧处于压缩状态,时时刻刻都试图恢复到原本的形状。如果“控制销”没有固定,那么弹簧就会把延长杆向下顶,与延长杆相连的控制销也会向下运动,从而关闭阀门,停止加油。

但问题在于,如何在燃油加满时自动解锁“控制销”?为此,工程师们对“控制销”进行了重新设计。它的顶部由原先的螺帽造型,变为了倒立的小雨伞造型,当它处于打开阀门的位置时,小雨伞无法下降,因为两侧的小球限制住了它。然而,当油箱加满油,油面淹没枪嘴末端的小孔时,情况就发生了变化。

这里涉及到了一个重要的物理概念——文丘里效应。这个效应指的是,在流体通过狭窄通道时,流速会增大,而压力会降低。加油枪喷嘴末端的小孔与一根塑料管相连,塑料管的末端位于一个低压腔室内。当阀门打开,燃油流入腔室时,会推动一个蓝色半锥体,也就是指挥阀打开,燃油通过两侧的狭小缝隙进入后面的通道,这两个狭小间隙的设计至关重要。

同样,根据文丘里效应,狭窄处的燃油流速增大,压力降低,导致腔室室内部形成低压环境,塑料管末端的小孔因此能够从外界吸入空气,与燃油混合,这是正常的加油阶段。

然而,当汽车油箱内部的燃油淹没了枪嘴末端的小孔时,塑料管就无法再通过小孔从外界吸入空气了。此时,在狭窄腔室的周围还存在着另一个空气流动通道。工程师在这个通道上方加入了一片隔膜,将枪室分成了两个密封的子空间,当空气沿着这条通道流动时,在压力的作用下,隔膜被下方空间的空气向上推动。

这个隔膜的末端与“控制销”连在一块,一旦隔膜运动,小雨伞就会跟着动起来,此时,小球被挤压到内部,“控制销”就可以向下运动,从而关闭阀门,停止加油,这就是加油枪自动跳枪的基本原理。

除了自动跳枪功能外,现实中的加油枪还包含了一个更天才的设计。如果有人在加油期间将加油枪拔出,燃油就会白白浪费。为了避免这一问题,设计师在加油枪内部又添加了一层带弹簧的隔膜,这层隔膜与控制销连在一块,并且枪体内部还多了一条燃油的流通路径。

当燃油通过这条路径来到顶层隔膜的上方时,弹簧会被压缩,从而使得下方的小雨伞向下运动,最终把小球挤压到外面去,此时控制销就被锁定住了。

简而言之,如果没有燃油的加压,控制销是处于一个没有被锁定的状态的,此时即使我们按下手柄,主阀也不会被打开。

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