某輕型載貨汽車燃油電加熱系統(tǒng)設(shè)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(xiàn)啟動困難的主要原因是環(huán)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(qū)間，發(fā)動機中的燃油系統(tǒng)就可能析蠟，堵塞油路，影響發(fā)動機的正常工作。柴油的標號越低，結(jié)蠟的可能性就越小。近些年氣候的突變性及跨地域用戶經(jīng)常出現(xiàn)不同牌號柴油混加，冷啟動成為寒帶地區(qū)最常見的故障反饋，配置燃油電加熱系統(tǒng)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(guī)定凝點溫度比使用地區(qū)的最低氣溫高 3～6℃。具體柴油相關(guān)特性，見表1所示：

表1

2 燃油加熱系統(tǒng)設(shè)計驗證

燃油電加熱系統(tǒng)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(tǒng)三個關(guān)鍵部件電加熱參數(shù)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(shù)指標

1）確保-10℃內(nèi)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(yù)熱時間控制在5min以內(nèi)。（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(huán)境溫度：-10℃，實際最大功率273w；實際穩(wěn)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(jié)果在環(huán)境溫度-10℃情況下 3.5min內(nèi)油溫到達 13℃≥4℃（0號柴油使用的最底氣溫），可以滿足設(shè)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(nèi)，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(huán)境溫度：-10℃，實際功率10.8W。

綜合考慮寒區(qū)啟動前的輔助加熱時間和管路系統(tǒng)的安全性，通過大量實驗驗證，設(shè)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(tǒng)5min內(nèi)完成解凍。根據(jù)設(shè)計依據(jù)，做出解凍試驗, 如圖3所示，試驗驗證結(jié)果在環(huán)境溫度-10℃情況下4min內(nèi)油溫到達5℃≥4℃，可以滿足設(shè)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(nèi)，溫升 15℃，溫升效率為3.75℃/min

2.4 濾清器內(nèi)部電加熱

條件：0號柴油，DC12V，環(huán)境溫度：-10℃，實際功率81W。

濾清器加熱采用內(nèi)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(huán)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(zhì)，保溫效果好，使其達到內(nèi)熱外不熱特點。如圖5所示，試驗驗證結(jié)果在環(huán)境溫度-10℃情況下4min內(nèi)油溫到達8℃≥4℃，可以滿足設(shè)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(nèi)，溫升 18℃，溫升效率為4.5℃/min。

3 加熱效果分析結(jié)論

根據(jù)上述匹配及試驗結(jié)果：油泵支架電加熱：3.5min時間內(nèi)，溫差23℃，升至13℃，溫升效率為6.5℃/min。油管電加熱：4min時間內(nèi)，溫差 15℃，升至 5℃，溫升效率為3.75℃/min。濾清器內(nèi)部電加熱：4min時間內(nèi)，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(tài)

圖8 加熱后濾紙表面狀態(tài)

從靜態(tài)溫升測試結(jié)果來看，環(huán)境溫度-10℃，0號柴油，使用電加熱系統(tǒng)，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(huán)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(zhì)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(tǒng)的暢通的流動，使整車低壓油路的進回油阻力滿足整車設(shè)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。