商用車電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

盛勇， 徐世福， 張蓉麗， 李洋

（1.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，西安710200；2.陜汽集團(tuán)商用車有限公司，陜西 寶雞721013）

0 引 言

車輛在冬季或在高寒地區(qū)的使用過程中，油箱內(nèi)柴油的溫度很容易降到凝點(diǎn), 柴油流動(dòng)性差會(huì)導(dǎo)致燃油霧化效果差,燃燒不充分,柴油機(jī)綜合動(dòng)力性就會(huì)降低。同時(shí)會(huì)導(dǎo)致柴油消耗量增多、排放更多的污染物。若工況溫度進(jìn)一步降低,柴油就會(huì)出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，石蠟固體就會(huì)造成濾網(wǎng)、油路、燃油泵及噴油器等堵塞，柴油供給減少甚至停止,將會(huì)導(dǎo)致車輛無法啟動(dòng)甚至途中熄火。傳統(tǒng)方法常采用外接電源加熱或明火熏烤油箱和油管，這樣不但存在嚴(yán)重的安全隱患，而且不能從根本上解決問題。雖然冬季更換相應(yīng)的高標(biāo)號(hào)柴油也可以緩解柴油的掛蠟問題，但是隨著油價(jià)的不斷攀升和冬季高標(biāo)號(hào)柴油供應(yīng)緊張，以及國家的節(jié)能減排政策影響，對(duì)車主們的成本消耗和限制是顯而易見的，商用汽車的運(yùn)行成本都將大幅度增加。

1 電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)組成及工作原理

電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)主要組成部分如圖1所示。其工作原理是以車輛自備電瓶為電源，當(dāng)電控加熱控制盒總成系統(tǒng)通過電加熱油位傳感器檢測(cè)到油箱溫度為（4±3.5）℃時(shí)，即開啟電加熱，加熱細(xì)濾清器和粗濾清器；當(dāng)油位傳感器檢測(cè)到油箱溫度為（10±3）℃時(shí)，即停止加熱。此方案可以有效使柴油解凍, 達(dá)到柴油供給霧化以及燃燒效果良好,滿足柴油機(jī)低溫啟動(dòng)的目的。

圖1 商用車電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)組成

1.1 電控加熱控制盒總成的特點(diǎn)

電控加熱控制盒系統(tǒng)組成如圖2所示。電控加熱控制盒總成系統(tǒng)的電控加熱控制盒采用汽車電瓶供電(24 V)，由盒體不銹鋼固定板固定在汽車車架上，控制盒自帶電源線長(zhǎng)度為420 mm，控制盒總成同時(shí)配備4只插件端子（3只插件端子A，1只插件端子B）。

1.2 汽車電瓶的特點(diǎn)

圖2 電控加熱控制盒總成組成

技術(shù)要求：額定電壓12 V,額定儲(chǔ)備容量256 min,電瓶的使用溫度在-40 ℃的時(shí)候，電瓶以432 A持續(xù)放電30 s的時(shí)間內(nèi),電瓶的端電壓不小于7.2 V,蓄電池電池槽顏色要求是白色、電瓶蓋子是黑色；電池槽、蓋材料要求是聚丙??；電瓶的結(jié)構(gòu)、性能符合GB/T5008.1～2-2013《起動(dòng)用鉛酸蓄電池技術(shù)條件》要求；電瓶的電解液符合JB/T 10052-2010《鉛酸蓄電池用電解液》要求；零部件必須有安全警告標(biāo)識(shí)。

1.3 加熱粗濾清器的特點(diǎn)

加熱粗濾清器主要由以下部分組成：1）底座。連接進(jìn)油管和出油管的孔、溫度感應(yīng)孔、濾清器連接螺紋、安裝孔。2）加熱系統(tǒng)。電線接頭、上下加熱片、PTC發(fā)熱片、支撐彈簧、鎖螺蓋及絕緣片等。3）電氣控制系統(tǒng)。可智能控制加熱系統(tǒng)的起動(dòng)和停止。4）旁通閥。如果濾清器被堵塞,可以通過旁通閥提供柴油、自帶濾網(wǎng)。5）附帶裝置。堵塞螺絲、溫控開關(guān)及電源線。

技術(shù)要求：存儲(chǔ)和工作溫度為-40～+120 ℃；額定電壓為DC 24 V；啟動(dòng)瞬時(shí)電流在110～130 A之間,保持電流在15～65 A之間；裝配孔為11×16（2個(gè)），孔間距52 mm，濾清器安裝螺紋為M14×1.5；進(jìn)、回油管連接孔為M14×1.5，進(jìn)油閥濾網(wǎng)網(wǎng)格為0.3（50目）；正常油路流量最大為5 L/min；旁通閥打開壓力為（0.10±0.02）MPa；加熱系統(tǒng)進(jìn)、出油的溫差為3～5 ℃；電氣控制系統(tǒng)加熱開啟溫度為（4±3.5）℃，停止溫度為（10±3）℃。

1.4 加熱細(xì)濾清器的特點(diǎn)

加熱細(xì)濾清器主要由以下部分組成：1）底座。連接進(jìn)油管和出油管的孔、溫度感應(yīng)孔、濾清器連接螺紋、安裝孔。2）手泵系統(tǒng)。2個(gè)單向閥、泵油裝置。3）加熱系統(tǒng)。電線接頭、上下加熱片、PTC發(fā)熱片、支撐彈簧、鎖螺蓋及絕緣片等。4）電氣控制系統(tǒng)?？芍悄芸刂萍訜嵯到y(tǒng)的起動(dòng)和停止。5）旁通閥。如果濾清器被堵塞,可以通過由旁通閥提供柴油、自帶濾網(wǎng)。6）附帶裝置。堵塞螺絲、溫控開關(guān)及電源線。

技術(shù)要求：存儲(chǔ)和工作溫度為-40～+120 ℃；額定電壓為DC 24 V；啟動(dòng)瞬時(shí)電流在110～130 A之間,保持電流在15～65 A之間；裝配孔為13×23（2個(gè)），孔間距58 mm；濾清器安裝螺紋為UNS 1″-14，進(jìn)、回油管連接孔為M16×1.5；進(jìn)油閥濾網(wǎng)網(wǎng)格為0.3（50目）；正常油路流量最大為5 L/min，手泵油路1.5 L/100次；旁通閥打開壓力為（0.10±0.02）MPa；加熱系統(tǒng)進(jìn)、出油的溫差為3～5 ℃；電氣控制系統(tǒng)加熱開啟溫度為（4±3.5）℃，停止溫度為（10±3）℃。

1.5 竹節(jié)空心螺栓的特點(diǎn)

空心螺栓又叫過油螺栓，螺栓密封形式為鉸接式。用于油管連接密封的發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)，空心螺栓具有緊固和過油的雙重功能，使用空心螺栓可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低機(jī)器的制造成本。

1.6 進(jìn)油管的特點(diǎn)

進(jìn)油管結(jié)構(gòu)由里到外分別由4層組成,如圖4所示，管長(zhǎng)為1200～1800 mm，內(nèi)徑為φ12 mm，其中一端連接著φ16.2 mm的竹節(jié)空心螺栓，加熱器需帶電線接頭。

圖3 加熱細(xì)/粗濾清器底座

圖4 進(jìn)油管組成

1.7 回油管的特點(diǎn)

在燃油泵供油給發(fā)動(dòng)機(jī)，形成一定壓力，除了正常供給燃油噴嘴噴油后，剩余的燃油通過回油管路送回到油箱，當(dāng)然還有碳罐收集的多余的汽油蒸汽也通過回油管回到油箱?；赜凸芸梢允苟嘤嗟挠突氐接拖?，起到排解汽油的壓力，還可以減少油耗。

如果噴油泵體內(nèi)低壓腔室內(nèi)的柴油壓力低于55～62 kPa時(shí),溢流閥關(guān)閉,噴油泵回油管內(nèi)沒有柴油流動(dòng)；如果噴油泵體內(nèi)低壓腔室的柴油壓力高于55～62 kPa時(shí), 溢流閥打開，使部分燃油經(jīng)過回油管路會(huì)同噴油器回油管路一起流回燃油箱或燃油粗濾器的進(jìn)油口接口，從而使噴油泵體內(nèi)低壓腔室維持規(guī)定的油壓。

1.8 燃油箱系統(tǒng)組成

燃油箱系統(tǒng)組成如圖5所示。技術(shù)要求：進(jìn)油口和出油口向燃油箱內(nèi)施加30 kPa的壓力時(shí),持續(xù)保持30 s不能出現(xiàn)燃油泄漏及燃油箱開裂的現(xiàn)象；燃油箱滿足振動(dòng)耐久性試驗(yàn),不能出現(xiàn)燃油泄漏的情況；箍帶安裝滿足燃油箱的強(qiáng)度，箍帶與油箱間有減震橡膠墊帶；可根據(jù)裝車后的效果做適當(dāng)調(diào)整長(zhǎng)度，加油口裝不小于45目的鋼質(zhì)或尼龍過濾網(wǎng)。油箱振動(dòng)耐久性試驗(yàn)要求如表1所示。

1.9 電加熱油位傳感器的特點(diǎn)

圖5 燃油箱系統(tǒng)組成

電加熱油位傳感器組成如圖6所示，主要組成部分功能如下：1）濾油系統(tǒng)。燃油進(jìn)入油路前需經(jīng)過濾油系統(tǒng)過濾，防止雜質(zhì)入內(nèi)。2）加熱系統(tǒng)。底部、頂部?jī)商准訜嵫b置、PTC 發(fā)熱片、電線接頭等。3）電氣控制系統(tǒng)?？芍悄芸刂萍訜嵯到y(tǒng)的起動(dòng)和停止。4）管子油路系統(tǒng)。輸送燃油。5）附帶裝置。溫控開關(guān)電線、RUA 電線。

表1 柴油箱振動(dòng)耐久性試驗(yàn)要求

圖6 加熱油位傳感器總成

技術(shù)要求：1）燃油濾清器安裝好后應(yīng)保證有足夠的操作空間用于濾清器濾芯的清理及更換；2）燃油箱安全性能要求和試驗(yàn)方法應(yīng)符合GB 18296；3）螺栓連接緊固可靠，緊固力矩按QC/T518執(zhí)行；4）進(jìn)油及回油管路連接應(yīng)密封可靠，管路連接好后應(yīng)進(jìn)行泄漏檢測(cè)，向整個(gè)系統(tǒng)管路施加80 kPa的壓力，保持壓力30 s，保證系統(tǒng)管路無泄漏現(xiàn)象。

2 電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用證明，此方案可以徹底解決柴油受冷結(jié)蠟堵塞油路問題，以及車輛在冬季或在高寒地區(qū)使用打不著火和駕駛員常常用火烘烤油箱的問題，避免出現(xiàn)安全隱患。該系統(tǒng)柴油加溫后比不加溫的柴油燃燒效率提高5%，減少了排氣管黑煙的產(chǎn)生，這樣就節(jié)省了5%的柴油。如果按照低標(biāo)號(hào)柴油和高標(biāo)號(hào)柴油的價(jià)格差使用,整體節(jié)省柴油8%～10%間。

3 結(jié) 論

文中開發(fā)設(shè)計(jì)了一種電加熱燃油預(yù)熱系統(tǒng)，利用汽車自身電瓶電源，對(duì)柴油油路進(jìn)行全自動(dòng)智能控制加熱，在系統(tǒng)上有效解決了商用車在冬季或高寒地區(qū)使用過程中，因低溫導(dǎo)致柴油結(jié)蠟而造成車輛打不著火等機(jī)械故障問題。同時(shí)提高了柴油的燃油效率，起到節(jié)油作用，降低燃油成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。還可以使柴油里的雜質(zhì)易于沉淀，油水分離容易，提高柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的純凈度，降低缸體內(nèi)積碳，降低噴射系統(tǒng)精密元件的磨損度，從而提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。