乙醇汽油對直流泵的零件影響分析與設計改進

扈航

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司 300462)

能源是人類賴以生存的物質基礎，是社會發展的基本驅動力。隨著中國經濟建設的高速發展，能源消費需求也顯著增加。2017年，中國石油消費量為5.88億t，同比增長5.9%，原油對外依存度為68.6%，較2016年提高2.9%，中國石油消費仍處于低速增長階段。超高的原油對外依存度，嚴重影響到了中國能源安全和社會的穩步發展，發展新能源和替代能源來緩解國內日益增長的能源需求刻不容緩。

2001年國家開始在國內推廣銷售醇類汽油，目前已有15個省份在使用甲醇汽油，10個省份在使用乙醇汽油，替代能源發展初見成效。使用醇類汽油對燃油供給系統影響巨大，對直流泵尤為明顯。文章基于某型汽油機轎車出現的直流泵質量問題，分析了乙醇汽油對直流泵的影響，通過對直流泵零部件優化來提升對乙醇汽油適應性，并通過零部件試驗進行評價驗證[1]。

1 直流泵故障統計

為了研究某型汽油機轎車直流泵出現的質量問題，從銷售市場中收集了100個投訴直流泵。對于這些投訴泵，分別進行了X光檢測、低電壓起動、管路反向泄露、輸油特性和高度阻值測試。主要故障現象如圖1所示。

投訴泵中共有71例經檢測后無問題為正常件。剩余直流泵中，因乙醇汽油導致換向器異常磨損造成的損壞為18例，為所有失效原因之首。投訴泵原因分析結果如圖2所示。

2 直流泵使用乙醇汽油損壞原因分析

乙醇中OH-分子作為親水分子使乙醇極易吸收空氣中的水分，導致乙醇汽油中的水分要遠遠高于普通汽油，正是因為水的介入使汽油性質產生了一定變化。

2.1 提升了導電能力

相對于普通汽油，含醇量高的汽油導電率較高。高導電率的油品會對炭刷磨損產生負面影響。一方面，存在炭刷與換向片之間的乙醇汽油，減小了接觸電阻，使火花增大；另一方面，進入換向片間的乙醇汽油，減弱了換向片間的絕緣強度，容易形成片間拉弧現象，使換向火花增大（圖3）。以上2方面影響均會使炭刷磨損加劇，使之壽命縮短。

2.2 加劇了金屬腐蝕

普通汽油因不含水分，腐蝕金屬主要由活性硫化物引起。而含醇量高的汽油，因水分子的存在，汽油腐蝕機理會體現為電化學腐蝕，這一變化極大地加強了汽油的腐蝕能力。其正負極發生的反應公式如下。

3 直流泵適應乙醇汽油的更改措施

在不能解決乙醇汽油親水性的問題前，提高直流泵零件的耐磨性和阻隔乙醇汽油對金屬的電化學腐蝕變得尤為重要。除此之外，還要考慮到油品中的雜質對直流泵零部件的磨損。因此，要從3個方面對直流泵耐醇性進行提升。

3.1 炭刷支架組件

設計方案相同，材料提升為耐磨損的新一代炭刷材料[2]。

3.2 電樞

因要減少醇類汽油對金屬的腐蝕，故更改了電樞結構，使槽間不露銅。材料提升為耐磨損的新一代換向器材料。

3.3 進油板出油板

設計方案相同，材料改為金屬，提升零件對汽油中雜質的耐磨性能。

4 試驗驗證

4.1 炭刷磨損加速試驗

試驗使用油品為E20。在電壓16 V和油壓550 kPa下，直流泵運轉150 h。試驗結束后需對炭刷磨損量進行檢測。直流泵運行870 s后停機30 s為一個運行周期。試驗結果如表1所示。

表1 新老泵芯炭刷磨損量對比

從結果上來看，更改后的炭刷磨損量要遠低于更改前，更改后的碳刷達到了預期效果。

4.2 直流泵耐久試驗

試驗使用油品為E25。直流泵運轉3 750 h后，需檢測直流泵流量及碳刷磨損量。每個運轉周期的試驗電壓和運轉時間如圖5所示。復測時，直流泵需在電壓13.5 V和油壓400 kPa下檢測流量。耐久試驗后，直流泵流量仍應大于85 L/h。試驗結果如表2所示。

表2 新泵芯耐久試驗

從結果上來看，新直流泵經過耐久試驗的考核，流量沒有明顯的衰減，炭刷磨損量可忽略不計。更改后的直流泵可在乙醇汽油環境下長期工作。

5 結束語

文章通過拆解分析投訴泵，得出直流泵損壞的最主要原因是，在乙醇汽油使用環境下造成的換向器異常磨損。通過改變電樞結構和提升炭刷與換向器材料性能，可在保證直流泵特性不損失的前提下有效降低炭刷磨損量。解決了直流泵在乙醇汽油使用環境下炭刷的異常磨損問題，提升了直流泵對乙醇汽油的適應性。

【參考文獻】

[1]劉朝全,姜學峰.2017年國內外油氣行業發展報告[R].北京:石油工業出版社,2018.

[2]高廣新.甲醇汽油對電動汽油泵特性影響研究[D].西安:長安大學,2008:31-39.