某輕型載貨汽車燃油電加熱系統設計驗證

李正勝

（安徽江淮汽車集團股份有限公司輕型商用車研究院，安徽 合肥 230601）

1 概述

柴油車在冬季出現啟動困難的主要原因是環境溫度和使用的柴油牌號不匹配，選用柴油的標號如果不適合使用溫度區間，發動機中的燃油系統就可能析蠟，堵塞油路，影響發動機的正常工作。柴油的標號越低，結蠟的可能性就越小。近些年氣候的突變性及跨地域用戶經常出現不同牌號柴油混加，冷啟動成為寒帶地區最常見的故障反饋，配置燃油電加熱系統可以在低溫情況下更好的啟動車輛。低牌號柴油價格高，且不“耐燒”，使用高牌號柴油有利于降低使用成本。

一般情況下采用冷濾點來表示柴油的低溫流動性，通常規定凝點溫度比使用地區的最低氣溫高 3～6℃。具體柴油相關特性，見表1所示：

表1

2 燃油加熱系統設計驗證

燃油電加熱系統包括燃油泵支架電加熱、燃油濾清器電加熱和燃油管電加熱。通過對低壓燃油系統三個關鍵部件電加熱參數的選型，保證在安全的前提下燃油電加熱效率最高。

2.1 匹配技術指標

1）確保-10℃內可使用0號柴油。（不帶燃油加熱功能-10℃需要使用-20號油）

2）預熱時間控制在5min以內。（客戶可接受的范圍）

2.2 燃油泵支架電加熱

條件：0號柴油，DC12V，環境溫度：-10℃，實際最大功率273w；實際穩定功率171W。

燃油泵支架吸油口底端安裝一個PTC加熱模塊，保證吸油口附近的燃油可在最快的速度融化。如圖1所示，試驗驗證結果在環境溫度-10℃情況下 3.5min內油溫到達 13℃≥4℃（0號柴油使用的最底氣溫），可以滿足設計要求。

圖1 燃油泵支架溫度-時間加熱曲線

圖2 帶電加熱燃油泵支架

其中溫升效率：210s時間內，溫升 23℃，溫升效率為6.5℃/min。

2.3 燃油管電加熱

條件：0號柴油，DC12V，環境溫度：-10℃，實際功率10.8W。

綜合考慮寒區啟動前的輔助加熱時間和管路系統的安全性，通過大量實驗驗證，設計最佳的平衡點，在確保安全可靠的前提下使得管路的加熱功率最佳。-10℃情況下確保油路系統5min內完成解凍。根據設計依據，做出解凍試驗, 如圖3所示，試驗驗證結果在環境溫度-10℃情況下4min內油溫到達5℃≥4℃，可以滿足設計要求。

圖3 燃油管溫度-時間加熱曲線

圖4 帶電加熱燃油管

其中溫升效率：240s時間內，溫升 15℃，溫升效率為3.75℃/min

2.4 濾清器內部電加熱

條件：0號柴油，DC12V，環境溫度：-10℃，實際功率81W。

濾清器加熱采用內置加熱包式加熱，采用獨有合金加熱材料，提溫速度快，功耗低，當環境溫度高于15℃時，電子控制自動停止加熱，降低耗電量；外部采用不銹鋼材質，保溫效果好，使其達到內熱外不熱特點。如圖5所示，試驗驗證結果在環境溫度-10℃情況下4min內油溫到達8℃≥4℃，可以滿足設計要求。

圖5 濾清器溫度-時間加熱曲線

圖6 帶電加熱濾清器

其中溫升效率：240s時間內，溫升 18℃，溫升效率為4.5℃/min。

3 加熱效果分析結論

根據上述匹配及試驗結果：油泵支架電加熱：3.5min時間內，溫差23℃，升至13℃，溫升效率為6.5℃/min。油管電加熱：4min時間內，溫差 15℃，升至 5℃，溫升效率為3.75℃/min。濾清器內部電加熱：4min時間內，溫差18℃，升至8℃，溫升效率為4.5℃/min；

圖7 未加熱前濾紙表面狀態

圖8 加熱后濾紙表面狀態

從靜態溫升測試結果來看，環境溫度-10℃，0號柴油，使用電加熱系統，4分鐘油溫可達到5℃以上。低溫難啟動，主要是濾清器阻力過大，供油不暢。因濾清器交織濾孔直徑為4～10um，從下圖7和圖8可以看出，在環境溫度為-10℃，采用0#柴油，濾清器濾紙外包加熱4分鐘，濾紙表面蠟狀物質已融化。再增加油管、油泵支架電加熱，可保證燃油在整車低壓燃油系統的暢通的流動，使整車低壓油路的進回油阻力滿足整車設計要求。因此本文采用的電加熱方案可以解決低溫冷啟動問題。