商用車電加熱燃油預熱系統設計與應用

盛勇， 徐世福， 張蓉麗， 李洋

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

0 引 言

車輛在冬季或在高寒地區的使用過程中，油箱內柴油的溫度很容易降到凝點, 柴油流動性差會導致燃油霧化效果差,燃燒不充分,柴油機綜合動力性就會降低。同時會導致柴油消耗量增多、排放更多的污染物。若工況溫度進一步降低,柴油就會出現結蠟現象，石蠟固體就會造成濾網、油路、燃油泵及噴油器等堵塞，柴油供給減少甚至停止,將會導致車輛無法啟動甚至途中熄火。傳統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。雖然冬季更換相應的高標號柴油也可以緩解柴油的掛蠟問題，但是隨著油價的不斷攀升和冬季高標號柴油供應緊張，以及國家的節能減排政策影響，對車主們的成本消耗和限制是顯而易見的，商用汽車的運行成本都將大幅度增加。

1 電加熱燃油預熱系統組成及工作原理

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

圖1 商用車電加熱燃油預熱系統組成

1.1 電控加熱控制盒總成的特點

電控加熱控制盒系統組成如圖2所示。電控加熱控制盒總成系統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度為420 mm，控制盒總成同時配備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

圖2 電控加熱控制盒總成組成

技術要求：額定電壓12 V,額定儲備容量256 min,電瓶的使用溫度在-40 ℃的時候，電瓶以432 A持續放電30 s的時間內,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、蓋材料要求是聚丙稀；電瓶的結構、性能符合GB/T5008.1～2-2013《起動用鉛酸蓄電池技術條件》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識。

1.3 加熱粗濾清器的特點

加熱粗濾清器主要由以下部分組成：1）底座。連接進油管和出油管的孔、溫度感應孔、濾清器連接螺紋、安裝孔。2）加熱系統。電線接頭、上下加熱片、PTC發熱片、支撐彈簧、鎖螺蓋及絕緣片等。3）電氣控制系統。可智能控制加熱系統的起動和停止。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。5）附帶裝置。堵塞螺絲、溫控開關及電源線。

技術要求：存儲和工作溫度為-40～+120 ℃；額定電壓為DC 24 V；啟動瞬時電流在110～130 A之間,保持電流在15～65 A之間；裝配孔為11×16（2個），孔間距52 mm，濾清器安裝螺紋為M14×1.5；進、回油管連接孔為M14×1.5，進油閥濾網網格為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；加熱系統進、出油的溫差為3～5 ℃；電氣控制系統加熱開啟溫度為（4±3.5）℃，停止溫度為（10±3）℃。

1.4 加熱細濾清器的特點

加熱細濾清器主要由以下部分組成：1）底座。連接進油管和出油管的孔、溫度感應孔、濾清器連接螺紋、安裝孔。2）手泵系統。2個單向閥、泵油裝置。3）加熱系統。電線接頭、上下加熱片、PTC發熱片、支撐彈簧、鎖螺蓋及絕緣片等。4）電氣控制系統。可智能控制加熱系統的起動和停止。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。6）附帶裝置。堵塞螺絲、溫控開關及電源線。

技術要求：存儲和工作溫度為-40～+120 ℃；額定電壓為DC 24 V；啟動瞬時電流在110～130 A之間,保持電流在15～65 A之間；裝配孔為13×23（2個），孔間距58 mm；濾清器安裝螺紋為UNS 1″-14，進、回油管連接孔為M16×1.5；進油閥濾網網格為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；加熱系統進、出油的溫差為3～5 ℃；電氣控制系統加熱開啟溫度為（4±3.5）℃，停止溫度為（10±3）℃。

1.5 竹節空心螺栓的特點

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動機供油系統，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化機械結構，降低機器的制造成本。

1.6 進油管的特點

進油管結構由里到外分別由4層組成,如圖4所示，管長為1200～1800 mm，內徑為φ12 mm，其中一端連接著φ16.2 mm的竹節空心螺栓，加熱器需帶電線接頭。

圖3 加熱細/粗濾清器底座

圖4 進油管組成

1.7 回油管的特點

在燃油泵供油給發動機，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。回油管可以使多余的油回到油箱，起到排解汽油的壓力，還可以減少油耗。

如果噴油泵體內低壓腔室內的柴油壓力低于55～62 kPa時,溢流閥關閉,噴油泵回油管內沒有柴油流動；如果噴油泵體內低壓腔室的柴油壓力高于55～62 kPa時, 溢流閥打開，使部分燃油經過回油管路會同噴油器回油管路一起流回燃油箱或燃油粗濾器的進油口接口，從而使噴油泵體內低壓腔室維持規定的油壓。

1.8 燃油箱系統組成

燃油箱系統組成如圖5所示。技術要求：進油口和出油口向燃油箱內施加30 kPa的壓力時,持續保持30 s不能出現燃油泄漏及燃油箱開裂的現象；燃油箱滿足振動耐久性試驗,不能出現燃油泄漏的情況；箍帶安裝滿足燃油箱的強度，箍帶與油箱間有減震橡膠墊帶；可根據裝車后的效果做適當調整長度，加油口裝不小于45目的鋼質或尼龍過濾網。油箱振動耐久性試驗要求如表1所示。

1.9 電加熱油位傳感器的特點

圖5 燃油箱系統組成

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。燃油進入油路前需經過濾油系統過濾，防止雜質入內。2）加熱系統。底部、頂部兩套加熱裝置、PTC 發熱片、電線接頭等。3）電氣控制系統。可智能控制加熱系統的起動和停止。4）管子油路系統。輸送燃油。5）附帶裝置。溫控開關電線、RUA 電線。

表1 柴油箱振動耐久性試驗要求

圖6 加熱油位傳感器總成

技術要求：1）燃油濾清器安裝好后應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方法應符合GB 18296；3）螺栓連接緊固可靠，緊固力矩按QC/T518執行；4）進油及回油管路連接應密封可靠，管路連接好后應進行泄漏檢測，向整個系統管路施加80 kPa的壓力，保持壓力30 s，保證系統管路無泄漏現象。

2 電加熱燃油預熱系統實際應用效果

經過實際應用證明，此方案可以徹底解決柴油受冷結蠟堵塞油路問題，以及車輛在冬季或在高寒地區使用打不著火和駕駛員常常用火烘烤油箱的問題，避免出現安全隱患。該系統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生，這樣就節省了5%的柴油。如果按照低標號柴油和高標號柴油的價格差使用,整體節省柴油8%～10%間。

3 結 論

文中開發設計了一種電加熱燃油預熱系統，利用汽車自身電瓶電源，對柴油油路進行全自動智能控制加熱，在系統上有效解決了商用車在冬季或高寒地區使用過程中，因低溫導致柴油結蠟而造成車輛打不著火等機械故障問題。同時提高了柴油的燃油效率，起到節油作用，降低燃油成本，具有良好的經濟效益。還可以使柴油里的雜質易于沉淀，油水分離容易，提高柴油機噴射系統的純凈度，降低缸體內積碳，降低噴射系統精密元件的磨損度，從而提高柴油發動機的壽命。