針對寒區(qū)用戶的商用車燃油供給系統(tǒng)方案及優(yōu)化

路遙，肖磊，張佳琛，趙鵬昌，錢治富

（陜西汽車控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

前言

我國北方地區(qū)和青藏高原地區(qū)冬季時間漫長，最低溫度可達(dá)-30℃以下。商用車燃料柴油的粘度受環(huán)境溫度影響極大，溫度越低粘度越大，流動性降低，甚至?xí)氯麄€供給系統(tǒng)，使車輛無法正常啟動。因此在高寒地區(qū)，尋求一種商用車柴油供給系統(tǒng)優(yōu)化方案，對保證車輛正常運(yùn)行具有極大意義。

1 低溫燃油對車輛的影響

1.1 影響供給系統(tǒng)性能

柴油在一定溫度下，會形成乳白色的粘稠狀混合物，導(dǎo)致流動性下降，造成油路堵塞現(xiàn)象（掛蠟）發(fā)生，情況嚴(yán)重時，則會堵塞整個供給系統(tǒng)。

1.2 影響發(fā)動機(jī)的性能

柴油低溫流動性較差時，發(fā)動機(jī)則無法啟動，或者出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、熄火等現(xiàn)象。車輛長期使用流動性較差的燃油會導(dǎo)致柴油燃燒不充分，加快發(fā)動機(jī)零部件的磨損，嚴(yán)重時發(fā)生機(jī)械事故。

1.3 影響燃油經(jīng)濟(jì)性

低溫時柴油粘度大，不容易霧化，低劣的霧化狀況會導(dǎo)致混合氣不均勻、燃燒不完全。在發(fā)動機(jī)輸出功率不變的情況下，增加發(fā)動機(jī)的油耗，從而直接影響整車燃油經(jīng)濟(jì)性。

2 市場上常見的幾種燃油加熱方案

2.1 電加熱式油量感應(yīng)器方案

電加熱式油量感應(yīng)器方案的電能來源為商用車的車載蓄電池，蓄電池的電引至供油系統(tǒng)油量感應(yīng)器，燃油油量傳感器內(nèi)集成了加熱器和控制線路，加熱油箱內(nèi)吸油口附近的燃油，待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統(tǒng)。

2.2 帶電加熱功能油管方案

加熱油管內(nèi)腔均布電加熱絲，整個加熱系統(tǒng)電源與整車蓄電池相連。駕駛員可以在駕駛室內(nèi)啟動加熱開關(guān)，加熱油管開始工作。油管加熱溫度可根據(jù)使用狀況自行設(shè)置。控制器采集油溫信號，當(dāng)燃油管加熱至設(shè)定溫度時，自動停止加熱。

2.3 發(fā)動機(jī)冷卻液加熱方案

方案采用主副油箱設(shè)計，加熱供油系統(tǒng)的主油箱內(nèi)的燃油，因?yàn)槔鋮s水需發(fā)動機(jī)啟動后，燃油燃燒后才有高溫，故需用低牌號燃油啟動發(fā)動機(jī)后，再利用冷卻水來加熱高牌號燃油[1]，待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統(tǒng)。

3 一種帶有延時功能的水加熱方案

3.1 采用主副并聯(lián)雙油箱

3.1.1 工作原理

主副并聯(lián)雙油箱常用于可靠性要求高的車型中，每個燃油箱均有可以單獨(dú)向發(fā)動機(jī)供油的回路。油路均從油量感應(yīng)器連接，到燃油轉(zhuǎn)換閥處匯合后接到發(fā)動機(jī)的進(jìn)回油口。目前采用自動電磁換向系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在駕駛室內(nèi)一鍵操作即可完成主副油路和燃油表的切換任務(wù)，操作簡便，主副油路切換迅速，系統(tǒng)性能安全可靠，供給管路布置順暢美觀。

圖1 延時功能的水加熱方案

3.1.2 優(yōu)點(diǎn)

這種油箱連接方式的優(yōu)點(diǎn)是兩個油箱互不影響，一個油路出現(xiàn)問題（或油箱內(nèi)無燃油）可馬上切換到另一油路中，保證發(fā)動機(jī)的正常供油。缺點(diǎn)是需要增加換向閥及安裝支架，連接管路比較復(fù)雜，成本較高。此種連接方式廣泛應(yīng)用于可靠性要求較高的車型和不能采用串聯(lián)連接的情況下（如兩個油箱布置在車架異側(cè)布置、兩油箱安裝不在一個水平面上等）?，F(xiàn)一般匹配水加熱方案，兩側(cè)可加不同牌號燃油。發(fā)動機(jī)啟動時用副油箱的低標(biāo)號油，發(fā)動機(jī)冷卻液加熱主油箱，隨后切換至主油箱常供油。

3.2 延時轉(zhuǎn)換閥

3.2.1 延時工作原理

在寒區(qū)進(jìn)行油箱轉(zhuǎn)換時，當(dāng)油箱進(jìn)油為主油箱高標(biāo)號柴油切換為副油箱低標(biāo)號柴油時，需將發(fā)動機(jī)自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中的高標(biāo)號。柴油全部回到主油箱中后切換回油路線，此階段需將回油時間盡可能減緩，考慮使用極限狀態(tài)為油泵處于發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速時排量計算，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于怠速轉(zhuǎn)速時，造成的后果是低標(biāo)號柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不會對副油箱油品產(chǎn)生影響。當(dāng)油箱進(jìn)油為副油箱低標(biāo)號柴油切換為主油箱0#柴油時，需將發(fā)動機(jī)自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中得低標(biāo)號柴油全部回到副油箱中后切換回油路線，此階段需將回油時間盡可能加快，考慮使用極限狀態(tài)為油泵處于發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速時排量計算，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于最高轉(zhuǎn)速時，造成的后果是低標(biāo)號柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不會對副油箱油品產(chǎn)生影響。

以某款商用車相關(guān)參數(shù)為例，進(jìn)行延時轉(zhuǎn)換閥延時時間計算。延時時間計算參數(shù)如表1所示。

表1 延時時間計算參數(shù)

1）怠速時延時時間計算

燃油回路中油量計算：

主油箱切換到副油箱延時時間：

副油箱切換到主油箱延時時間：

2）極限速度時延時時間計算

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)時，主油箱切換到副油箱延時時間：

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)時，副油箱切換到主油箱延時時間：

3）計算結(jié)果

當(dāng)主油箱切換副油箱，延時時間為70S，當(dāng)副油箱切換主油箱，延時時間為63S。

3.3 發(fā)動機(jī)冷卻液加熱

水加熱中的水來自商用車?yán)鋮s系統(tǒng)中的介質(zhì)冷卻液，冷卻液通過發(fā)動機(jī)大循環(huán)工作將機(jī)體熱量的30%左右?guī)У酵饨纾芰可l(fā)在空氣中。所以如何合理地使用這部分發(fā)動機(jī)必須排出的“廢棄”能量，是車輛節(jié)能減排一個新的方向。我們可以通過冷卻液水管將冷卻液引至燃油供給系統(tǒng)，利用發(fā)動機(jī)“廢棄”的這部分熱量來直接加熱主油箱中的燃油。采用主副雙油箱，主油箱中加注0#柴油，副油箱可以加注-20#或-35#柴油。兩個油箱通過燃油管路連接到燃油換向閥。燃油換向閥通過駕駛室開關(guān)信號可對發(fā)動機(jī)進(jìn)油進(jìn)行切換選擇，車輛在高寒區(qū)長時間停車前五分鐘，要轉(zhuǎn)換為[2]副油箱內(nèi)的低標(biāo)號柴油，這樣，車輛的整個供給系統(tǒng)管路中都為-20#或-35#低標(biāo)號柴油。避免車輛啟動時，整個燃油供給系統(tǒng)的燃油存在掛蠟現(xiàn)象。車輛采用延時轉(zhuǎn)換閥，當(dāng)車輛在進(jìn)行燃油轉(zhuǎn)換時，可有效避免主油箱高標(biāo)號燃油混入副油箱低標(biāo)號燃油中，污染低標(biāo)號燃油。主油箱安裝有一種具有水加熱功能的集成式油量感應(yīng)器，在車輛可以正常運(yùn)行后，發(fā)動機(jī)冷卻液達(dá)到正常溫度，油量感應(yīng)器應(yīng)用軟管連接至發(fā)動機(jī)冷卻水循環(huán)，并通過閥門開關(guān)控制油量感應(yīng)器中水循環(huán)的開合。主油箱0#柴油被加熱完全稀釋后再轉(zhuǎn)換燃油換向閥，將油路切換為主油箱，這樣就可以正常使用主油箱內(nèi)被加熱稀釋后的0#柴油。

3.4 優(yōu)劣勢對比

3.4.1 新設(shè)計方案優(yōu)勢

（1）利用發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液加熱燃油，環(huán)保、安全、便捷。

（2）具有延時功能，可有效避免高標(biāo)號燃油混入低標(biāo)號燃油中，造成低標(biāo)號燃油污染。

（3）0#柴油經(jīng)加溫后，替代了價格更高的-20#或-35#柴油，很大程度上減少了行車成本。

（4）加熱燃油可以提高冷卻系統(tǒng)中冷卻液換熱冷卻的效率，起到了對發(fā)動機(jī)起到了保護(hù)作用。

3.4.2 新設(shè)計方案劣勢

（1）相比較電加熱式方案，新方案需要水加熱系統(tǒng)，則會對車輛原來的冷卻系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)的管線有改動，同時需要雙油箱或者雙腔油箱，這樣增加了整車成本。

（2）電加熱方案靈活，可以實(shí)現(xiàn)油箱、油管、燃油粗（精）濾器等加熱，加熱時間短，可以隨時使用。新方案需要不同標(biāo)號油品，且燃油加熱準(zhǔn)備時間長，車輛熄火時需要更換為低標(biāo)號燃油，便利性相對較差。

電加熱使用方面具有安全隱患，需增加電路保護(hù)裝置。

4 總結(jié)

新設(shè)計方案相對于其他加熱方案，更加環(huán)保、安全、便捷。新具備的延時功能能夠避免低標(biāo)號燃油被污染，降低行車成本。利用發(fā)動機(jī)冷卻液熱量進(jìn)行燃油加熱，既能提高冷卻系統(tǒng)效率，又對燃油進(jìn)行加熱，能量利用率高，環(huán)保性能好。新方案應(yīng)用于柴油商用車，對于商用車在東北等高寒地區(qū)市場的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。