輕卡某車型燃油濾清器的匹配設(shè)計及驗證

趙 兵

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型車研究所，安徽 合肥 230601）

引言

輕型貨車燃油供給系統(tǒng)分為：燃油儲存模塊、燃油過濾模塊、輸油動力模塊、管路模塊、支架模塊、附件模塊。燃油濾清器屬于燃油過濾模塊，燃油濾清器包括：燃油精濾器、油水分離器、復(fù)合式燃油濾清器。

國五及以上發(fā)動機(jī)，其零部件對燃油品質(zhì)的要求較高，如果燃油里面有水或雜質(zhì)沒有過濾干凈，會造成油路堵塞、銹蝕，嚴(yán)重的會造成噴油嘴損傷，直到噴油器卡死。噴油器損壞會造成發(fā)動機(jī)加速不穩(wěn)定或加速無力，或者排放黑煙等故障，影響車輛的正常運(yùn)行。水的存在對于柴油機(jī)供油系統(tǒng)危害極大，銹蝕、磨損，甚至?xí)夯裼偷娜紵^程。燃油濾清器中積水造成供油不暢，也會引起發(fā)動機(jī)冷啟動困難。因此，現(xiàn)階段所用燃油濾清器除帶過濾功能外還需帶電加熱功能，北方地區(qū)尤其需要。

1 燃油濾清器總成介紹

燃油濾清器主要功能是從柴油中過濾水和雜質(zhì)，向發(fā)動機(jī)提供無水、無雜質(zhì)、溫度適宜的清潔燃油，保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以保護(hù)油泵油嘴、缸套、活塞環(huán)等，減少磨損，避免堵塞，延長發(fā)動機(jī)使用壽命。選配合適的濾清器可以保證供油通暢，保證整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性。

圖1 輕卡燃油供給系組成

目前部分輕卡供油系側(cè)重于粗濾器+燃油精濾器的過濾形式，燃油精濾器大都由發(fā)動機(jī)廠家提供，主機(jī)廠根據(jù)發(fā)動機(jī)需求匹配合適的粗濾器.

1.1 燃油濾清器主要結(jié)構(gòu)

燃油濾清器包括泵油系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、報警系統(tǒng)，主要由手油泵（或電動泵）、濾座、濾芯、集水杯、放水螺塞、接頭以及加熱元件等組成。

圖2 燃油濾清器組成

泵油系統(tǒng)：手動泵油，將柴油送入并灌滿整個濾清器罐體內(nèi)部，達(dá)到使油路充滿柴油、處在通路狀態(tài)的目的。

加熱系統(tǒng)：當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，加熱元件開啟，對罐體進(jìn)行加熱，使罐體內(nèi)的燃油處在活躍狀態(tài)，同時防止積水杯結(jié)冰。

過濾系統(tǒng)：主要由濾芯組成，特殊材料的濾紙可以使燃油時可以濾除大部分的水分以及顆粒雜質(zhì)，保證燃油的清潔。

報警系統(tǒng)：主要針對積水杯中的水位，提醒司機(jī)及時放水。

1.2 燃油濾清器工作原理

手油泵有兩個單向閥，即進(jìn)油單向閥和出油單向閥，原理為：當(dāng)用手按下手動泵蓋時，泵室內(nèi)的壓力升高，出油單向閥的閥片被打開，泵室內(nèi)空氣被壓出；當(dāng)我們松手時，泵蓋在回未彈簧的作用下上行，出油單向閥關(guān)閉，進(jìn)油單向閥在產(chǎn)生真空的作用下打開，油被吸進(jìn)濾清器，完成一次泵油循環(huán)。在一次泵油循環(huán)中，燃油經(jīng)濾罐上蓋板四周小孔流入濾罐內(nèi)，經(jīng)濾芯過濾后，潔凈的燃油從中心孔流出，大部分雜質(zhì)以及水分被過濾出來。

圖3 泵油原理

2 輕卡某車型燃油濾清器匹配設(shè)計及驗證

2.1 燃油濾清器選型

根據(jù)發(fā)動機(jī)廠家提供的資料，發(fā)動機(jī)機(jī)型為：XX，發(fā)動機(jī)額定功率112Kw，排量為4.752L。發(fā)動機(jī)對燃油濾清器的要求見表1。

表1 發(fā)動機(jī)要求濾清器性能參數(shù)

對比其他成熟車型所配燃油濾清器狀態(tài)，同級別發(fā)動機(jī)均采用XX系列粗濾器。所以，此車型初步選定XX型粗濾器產(chǎn)品作為匹配濾清器。相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 XX型粗濾器參數(shù)

由表1表2可以看出，初步選定的燃油濾清器在額定流量與壓差上達(dá)不到發(fā)動機(jī)提出的要求。壓差與流量影響發(fā)動機(jī)油軌的軌壓，壓差偏小、流量不足會造成供油不暢，影響到整車的動力性與經(jīng)濟(jì)性。

為保證參數(shù)準(zhǔn)確性，對XX型粗濾器流量與壓差關(guān)系做相關(guān)實驗，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 流量阻力關(guān)系

圖4 試驗臺架

圖5 流量阻力曲線

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，在流量為360L/h時，還不能滿足發(fā)動機(jī)對壓差的要求，因此需要進(jìn)一步的對比試驗與整車匹配試驗。

2.2 燃油濾清器對比試驗

1）試驗時間：2016年11月7日。

2）試驗?zāi)康模簻y量發(fā)動機(jī)自帶燃油濾清器與濾清器在同一轉(zhuǎn)速下的流量與壓差值，從而對比出2款濾清器的主要差距 ，為后期匹配濾清器提供依據(jù)。

3）試驗設(shè)備：壓差儀，精度0.001bar。

試驗過程：將2個燃油濾清器分別安裝于供油管路中，啟動發(fā)動機(jī)，測量在不同轉(zhuǎn)速下的濾清器壓差值。

4）試驗結(jié)果： 測量發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的流量和壓差，結(jié)果如下：

表4

圖6 第一次測量數(shù)據(jù)趨勢圖

圖7 第二次測試數(shù)據(jù)趨勢圖

5）數(shù)據(jù)分析

根據(jù)流體學(xué)原理，在相同條件下，濾清器的壓差隨流量的增大而變大，從測試結(jié)果看，在轉(zhuǎn)速800、1600、2600測量的壓差變化不大，可能的原因是卡車空載，轉(zhuǎn)速變大，但是流量沒有相應(yīng)增大，導(dǎo)致濾清器壓差變化不大。

單純的看測試結(jié)果，型粗濾器的壓差較小，更利于柴油的流動。

由于此次試驗并未加載，試驗數(shù)據(jù)還不足以說明濾清器的替代性，因此，還需要做進(jìn)一步的匹配試驗。

2.3 燃油濾清匹配試驗

XX型發(fā)動機(jī)所用燃油供給系統(tǒng)為BOSCH，根據(jù)博士的要求，此款發(fā)動機(jī)輸油泵進(jìn)油口壓差應(yīng)小于0.5-1.0bar（絕對壓力），回油口壓差≤1.2Kp。本次整車匹配測試，主要校核進(jìn)回油口的壓差值是否滿足要求。

2017年1月15日，發(fā)動機(jī)廠在整車上對燃油濾清器的匹配度進(jìn)行試驗。

1）試驗項目

壓差測試：實測發(fā)動機(jī)扭矩點(diǎn)（1400r/min），怠速點(diǎn)（700r/min），功率點(diǎn)（2500r/min）時的壓差

2）試驗設(shè)備：壓差儀，設(shè)備編號2020，精度0.001bar

3）試驗過程

將待檢燃油濾清器按照油路布置方式（燃油箱→待檢柴濾器→目標(biāo)發(fā)動機(jī))安裝在目標(biāo)發(fā)動機(jī)上，啟動發(fā)動機(jī)，分別測量在發(fā)動機(jī)扭矩點(diǎn)，怠速點(diǎn)，功率點(diǎn)時油泵進(jìn)回油口的壓差。

此次測量過程模擬整車實際運(yùn)行過程，燃油管路管徑與長度同主機(jī)廠車型保持一致，是的試驗數(shù)據(jù)更加接近整車實際運(yùn)行時的狀況，可信度高。

圖8 臺架測試

圖9 測試結(jié)果

4）試驗結(jié)果

從測試結(jié)果看，雖然濾清器流阻較大，但在匹配發(fā)動機(jī)時輸油泵進(jìn)回油口壓差以及回油口壓差滿足博士需求。燃油濾清器可以匹配此發(fā)動機(jī)。

表5

2.3.1 燃油濾清器布置原則

燃油濾清器最佳的安裝高度是居于燃油箱滿油位與噴油器之間。如果將濾清器安裝在燃油箱滿油位以下，則會增加濾清器更換過程中燃油濺出的可能性。如果將燃油濾清器高位安裝在發(fā)動機(jī)上方，就必然會形成向上的環(huán)路，從而引起氣體集聚。

燃油濾清器不得安裝在極臟的區(qū)域（如輪窩處），以降低濾清器更換過程中系統(tǒng)受到污染的可能性。遠(yuǎn)程燃油濾清器座應(yīng)集成一個單向閥，以減小更換濾清器時濾清器座與發(fā)動機(jī)之間管路的燃油損耗。

2.3.2 某輕卡供油系布置

圖10

如上圖所示，某輕卡供油系中燃油濾清器的安裝位置符合要求，與各零部件的間隙也滿足要求。

2.4 燃油濾清器維護(hù)保養(yǎng)

因整車所用發(fā)動機(jī)為高壓共軌系統(tǒng)，其高壓泵和噴油器屬于精密設(shè)備，對于燃油的清潔度十分敏感，因此除了保證使用符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)燃油外還應(yīng)該定期更換燃油濾清器，油箱也應(yīng)該定期清洗，油水分離器的水量出現(xiàn)報警時應(yīng)及時將油水分離器的水放掉外，還需定期對燃油濾清器進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

首先，根據(jù)燃油濾清器瓶體上的更換里程數(shù)定期更換失效濾芯，環(huán)境惡劣以及油品較差的地區(qū)，根據(jù)具體情況縮短更換里程數(shù)；

其次，定期放掉濾清器積水杯中的水；

最后，定期檢查燃油濾清器是否存在漏油、密封不嚴(yán)的情況。

3 結(jié)論

本論文通過對輕卡某車型燃油濾清器的匹配過程，講述了燃油濾清器的選型以及匹配設(shè)計。為了保證想發(fā)動機(jī)提供充足潔凈的燃油，發(fā)動機(jī)廠家會對燃油濾清器提出較高的要求，尤其是實施國三以后。較高的要求對發(fā)動機(jī)來說是百利而無一害，但是對主機(jī)廠來說，卻造成了產(chǎn)品質(zhì)量過剩，無形之中增加了制造成本。好的不一定是好的，只有適合的才是做好的，本論文通過燃油濾清器的匹配，找到了二者得兼的位置，既可以使發(fā)動機(jī)保持在最佳狀態(tài)，又不會造成資源的浪費(fèi)。

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