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某款客車用柴油機低壓燃油管路試驗分析

那大功

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

摘要在某款電控柴油發(fā)動機采用負壓燃油系統(tǒng)，在配套客車時，出現(xiàn)起動困難。為解決此問題，采用試驗分析的方法，在試驗室模擬整車低壓燃油管路布置，研究負壓燃油系統(tǒng)工作時外接低壓燃油管路的工作狀態(tài)，分析負壓燃油系統(tǒng)下，柴油濾清器對發(fā)動機起動的影響，并驗證改進后燃油濾清器的效果。

關鍵詞：柴油機試驗分析燃油濾清器

來稿日期：2014-09-15

1　前言

某電控柴油機燃油泵采用負壓系統(tǒng)，在配套整車時出現(xiàn)起動問題。其中某型號電控柴油機配套考斯特車型，在用戶使用過程中多次發(fā)生起動困難及怠速熄火問題。在現(xiàn)場處理時，通過改變低壓燃油管路系統(tǒng)，可以改善此類故障，但是沒有找到根本原因，因而沒有根本的解決措施。針對這一問題，采取了試驗研究方法。在試驗室中按照整車低壓燃油管路的實際布置情況，模擬各種布置匹配狀態(tài)，以尋找可能導致故障的根本原因，并在試驗中予以驗證，找出最終解決問題的方法。

低壓燃油管路系統(tǒng)處于柴油機廠商及整車廠商配套的中間環(huán)節(jié)，雙方很少在各自系統(tǒng)對此進行研究。由于缺少相關的資料和可借鑒的經(jīng)驗，因此采用了試驗分析的方法。在試驗室中模擬整車的燃油系統(tǒng)工作狀態(tài)，來分析這個問題，也可以為其他電控柴油機燃油負壓系統(tǒng)的研究提供參考。

2　試驗分析方法

在不具備整車試驗的條件下，可以在發(fā)動機試驗臺架上模擬整車的燃油管路狀態(tài)來進行試驗，通過測量儀器記錄需要的數(shù)據(jù)，采用透明燃油管路來觀察運行過程中燃油運行的狀態(tài)；模擬幾種故障發(fā)生方式，驗證低壓燃油管路中造成柴油機起動問題的根本原因。

在試驗室中模擬整車低壓燃油管路布置。發(fā)動機布置試驗臺架上，燃油箱采用整車廠提供的油箱，柴油精濾器及粗濾器與整車配置的一致，燃油管路長度和內徑與整車的相同，且采用透明材料，接頭布置與整車的一致。管路及傳感器布置位置見圖1。

圖1　試驗布置示意圖

試驗中需要記錄的數(shù)據(jù)包括：發(fā)動機燃油進油口處的燃油壓力，發(fā)動機燃油回油口處的燃油壓力，燃油進油溫度，燃油粗濾器和精濾器之間的燃油壓力，以及油箱壓力。除此之外還需要記錄發(fā)動機的性能數(shù)據(jù)：發(fā)動機轉速、噴油量、共軌設定壓力、實際共軌壓力、ECU電壓等電控發(fā)動機電控單元可以記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)需要全程記錄，且可以用于繪制曲線，便于分析。

分析整個管路系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)燃油濾清器對整個系統(tǒng)的影響較大，尤其是集濾清功能、手泵功能和油水分離功能于一體的燃油精濾器。以往在整車上發(fā)生故障時，更換不同燃油濾清器，可以現(xiàn)場解決用戶的問題。分析和比較更換前后的2種燃油濾清器，其結構和原理上有一定的差異，濾清器的排氣功能不同。通過試驗來驗證濾清器是否導致起動問題的因素，改進后的結構能否滿足實際需要，并解決問題。

3　試驗過程及數(shù)據(jù)處理

試驗是在發(fā)動機臺架上進行的，發(fā)動機及燃油管路試驗室布置如圖2所示。

圖2　臺架試驗照片

試驗項目按照表1中的分類進行。冷車起動是指發(fā)動機運行后停車靜止一個晚上或更長時間后起動；熱車起動是指在發(fā)動機運行一段時間后，停車10 min左右再次起動。濾清器空罐泵油是將新的燃油濾清器中的燃油倒光，連接管路后泵燃油至精濾器出油口處出油為止。模擬了幾種可能發(fā)生的故障狀態(tài)：（1）油箱缺油狀態(tài)；（2）松喉箍，是為了模擬燃油管路泄漏現(xiàn)象；（3）晃動油箱，可以簡單模擬整車運行中的油箱狀態(tài)，試驗時在油箱油量不太多的情況下進行。

試驗時選擇幾種不同的燃油濾清器，重復上表中各種試驗項目。表中的故障件是從發(fā)生問題的整車上拆下的零件，并不是說明零件本身確實有問題。并選取了不同廠商生產(chǎn)的燃油濾清器進行試驗。試驗過程中注意觀察低壓燃油管路中的氣泡情況，同時記錄全部試驗數(shù)據(jù)。

3.1不同直徑管接頭對比試驗

故障件的燃油管接頭管徑為Φ8，是整車廠自己更換的零件，發(fā)動機自帶的燃油管接頭管徑為Φ10，分別選用2種管徑的接頭進行試驗。發(fā)動機在空罐泵油情況下可以正常起動，此時管路中存在大段空氣，隨著運行時間的增加及發(fā)動機轉速的增加，空氣段逐漸減少，最終整個燃油管路中基本無可見氣泡，通過透明管，可以明顯看到空氣從燃油回油管回到油箱。試驗前晃動燃油精濾器，感覺很空，表明濾清器并沒有注滿燃油；當燃油管路中充滿燃油時，濾清器基本充滿，但有少量空氣始終無法排除。在臺架試驗中，配置故障件的發(fā)動機，沒有發(fā)生熱車起動困難及起動熄火現(xiàn)象。試驗過程中進、回油阻力見圖3。進油壓力為總的進油阻力，運行中＜20 kPa，瞬時最大值＜30 kPa，滿足高壓油泵阻力＜30 kPa的要求；阻力隨轉速增加增大，隨溫度增加而增大，隨燃油管路中氣泡增加而增大。正常運行狀態(tài)下，選用2種管徑的接頭沒有發(fā)生起動困難問題。

表1　試驗項目表

圖3　故障件正常試驗曲線

3.2進油口處喉箍松動試驗

故障件選用Φ8接頭作試驗，試驗過程中，松開燃油精濾器進油口處的喉箍，模擬燃油管路泄漏情況。可以明顯看到燃油管路中有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，晃動精濾器可以發(fā)現(xiàn)，濾清器中空氣逐漸增加，并持續(xù)一段時間；期間發(fā)動機在高速及加載工況下運行，沒有出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。此時停機并靜置10 min以上，觀察到燃油管路中有大段空氣，燃油濾清器中燃油不足一半。然后再起動發(fā)動機時，發(fā)生起動后熄火，此時觀察發(fā)現(xiàn)，燃油管路中的燃油可供發(fā)動機起動；但是由于管路中存在大量空氣，以及濾清器中嚴重缺油，油箱中燃油無法及時供給發(fā)動機，導致發(fā)動機起動后熄火。此時進行手動泵油，排除管道中的空氣，直到精濾器出油口處出油為止。再進行起動試驗，發(fā)動機可以正常起動。在松喉箍試驗中，Φ10管徑接頭的零件沒有發(fā)生起動問題。

3.3改進型燃油精濾器試驗

采用改進型燃油精濾器進行試驗。改進型濾清器參考了其他廠商產(chǎn)品的結構，在濾清器中增加了排氣功能。通過試驗驗證改善的濾清器排氣功能是否起作用。選用2種規(guī)格的接頭，在濾清器高置、濾清器低置、濾清器空罐泵油等幾種情況下，發(fā)動機冷車及熱車都可以正常起動。當燃油管路中空氣基本消失的情況下，觀察發(fā)現(xiàn)濾清器中的空氣量少于改進前的濾清器。松開濾清器進油口喉箍，模擬燃油管路泄漏情況，管路中有連續(xù)氣泡產(chǎn)生，濾清器中的空氣量開始增加，直至空氣量不再增加為止。檢查此時濾清器中的空氣量，少于原故障件在同等條件下的空氣量。停車10 min以上，發(fā)動機可以正常起動，未發(fā)生起動熄火現(xiàn)象。試驗過程中記錄部分數(shù)據(jù)，如圖4所示。試驗過程中共軌壓力值一直保持與設定值一致，這表明共軌燃油壓力沒有受到影響。

圖4　改進件試驗曲線

3.4低油位試驗

在進行油箱缺油試驗時發(fā)現(xiàn)，油箱缺油狀態(tài)下燃油管路中布滿氣泡，進、回油阻力都變大。試驗期間，在配置幾種不同燃油濾清器的情況下，柴油機仍可正常運行。進、回油阻力變化情況見圖5，圖中最右邊圓圈中的部分為油箱缺油狀態(tài)。停車靜置10 min后，氣泡匯集成大段空氣集聚在燃油管路中，燃油精濾器中也有很多空氣，在幾次試驗中出現(xiàn)過起動困難及起動后熄火現(xiàn)象。通過手工泵油排除空氣后，發(fā)動機可以正常起動。缺油狀態(tài)取決于油箱吸油管的布置結構。本次試驗時燃油液位高度與油箱內部吸油口高度接近時才出現(xiàn)以上情況。

3.5低油位晃動油箱試驗

采用幾種不同的燃油濾清器，在油箱油量不多的情況下晃動油箱。本次試驗時，油箱中的油量多于3.4節(jié)中試驗時油箱中的油量?？梢钥吹接拖涑鲇涂诔霈F(xiàn)連續(xù)氣泡，進、回油阻力都變大，但是發(fā)動機仍可正常運行。柴油機高速高負荷運行一段時間后停車，靜置10 min后，燃油管路中的大量氣泡匯聚成大段空氣，燃油精濾器中有很多空氣；在幾次試驗中，出現(xiàn)過起動困難及起動熄火現(xiàn)象。手動泵油排除空氣后，發(fā)動機可以正常起動。汽車用油箱中燃油，在使用過程中必然會隨著車輛運行中加速及起停不斷搖晃，試驗中模擬了這些狀況。

3.6其他廠商零件試驗

選取了其他廠商的燃油精濾器，進行以上試驗項目。廠商零件1，在松喉箍試驗中沒有發(fā)生起動問題，但在低油位試驗和低油位晃動油箱試驗中同樣發(fā)生了起動熄火現(xiàn)象；廠商零件2，在松喉箍試驗、低油位試驗及低油位晃動油箱試驗中都發(fā)生了起動熄火現(xiàn)象。其中，廠商零件1就是改進型、帶有排氣功能的柴油濾清器，廠商零件2是其他結構，本身沒有排氣功能的柴油濾清器。

試驗中，燃油濾清器高置及低置，以模擬在整車布置中的高度位置。試驗中發(fā)現(xiàn)濾清器可以將燃油管路中形成的小氣泡堆積成大的氣泡，高置情況比低置情況形成的氣泡更大；也就是說，在其他條件相同的臨界情況下，高置的濾清器更容易出現(xiàn)起動熄火及起動困難的現(xiàn)象。

燃油進油管路中原有的空氣及運行中產(chǎn)生的氣泡，進入發(fā)動機進油接口后，可以通過回油接口排出。觀察過程中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)軌壓沒有明顯影響，表明高壓油泵本身具有除氣功能，可以排除系統(tǒng)中的空氣，不會影響發(fā)動機運行。

在試驗中，觀察到整車廠提供的油箱可以有效保證油箱內的氣壓與大氣壓力沒有明顯差異，二者相差一般＜1 kPa。這表明油箱有壓力調節(jié)裝置，不會出現(xiàn)負壓倒吸油的現(xiàn)象，故這種油箱不是影響柴油機起動及熄火的原因。

4　結論

幾種濾清器組合在燃油管路沒有泄漏的情況下，都沒有出現(xiàn)起動困難及起動熄火的情況。配置的幾種組合的燃油管路進油阻力，在整個試驗中都滿足高壓油泵阻力要求（≤30 kPa）；在試驗過程中阻力會隨轉速增加而增大，隨溫度增高而增大，隨油路中氣泡增加而增大；在規(guī)定要求范圍內，進油阻力不是影響柴油機起動及熄火的主要原因。

在模擬低壓燃油管路輕微泄漏的情況下，配置故障件燃油濾清器的發(fā)動機出現(xiàn)了起動熄火情況，配置結構改進的燃油精濾器的發(fā)動機，沒有出現(xiàn)起動困難及起動熄火的情況。在油箱缺油及劇烈晃動油箱的情況下，幾種濾清器都出現(xiàn)過起動困難或起動后熄火的情況。可以看出，無論是泄漏、油箱缺油或者是油箱劇烈晃動，都造成了低壓燃油管路中充滿了大量空氣。而燃油濾清器會逐漸被空氣充滿，這個是導致發(fā)動機起動困難或者起動后熄火的主要原因。改進后的燃油濾清器改善了濾清器的排氣功能，在管路中氣泡不太多的時候，仍然可以保證發(fā)動機的正常起動，也僅僅起到改善作用。在管路中氣泡太多的情況下，運行時間過長，發(fā)動機還是會出現(xiàn)起動困難及起動熄火現(xiàn)象。

因此，在配套負壓系統(tǒng)的低壓燃油管路時，應該盡量選擇合適的燃油接頭及管路布置，以保證在安裝及劇烈運行的過程中不發(fā)生泄漏。負壓系統(tǒng)的燃油管路中，出現(xiàn)泄漏不易被發(fā)現(xiàn)，因為不會有燃油滲出。應該選擇具有一定排氣功能的燃油濾清器以及比較順暢的燃油管路走向，這樣即使運行過程中有氣泡產(chǎn)生，也可以順暢地排走；盡量不要讓空氣保留在燃油濾清器中，這樣最容易導致起動問題。整車廠的燃油箱在設計吸油管時，應該盡量考慮到，在油量較少及油箱傾斜和劇烈晃動的情況下吸油順暢，盡量少吸入空氣。管路中的手油泵應該布置在比較容易操作的地方，同時需要在高點布置除氣螺栓，因為很難完全排除起動問題，在發(fā)生這類問題的現(xiàn)場僅有的解決辦法就是用手油泵泵油排氣。與正壓系統(tǒng)相比，負壓系統(tǒng)對低壓燃油管路的密封性、管路布置等的要求更高，需要在配套及安裝過程中注意。

圖5　油箱缺油試驗數(shù)據(jù)曲線圖

Experimental Analysis of Low Pressure Fuel Lines of a Diesel Engine for Bus

Na Dagong

（Shanghai Diesel Engine Co., Ltd., Shanghai 200438, China）

Abstract:The fuel system adopted by an electronically controlled diesel engine is a negative pressure system. The problem of difficult starting occurred when the engine was initially used for a bus. To deal with the issue, an experimental analysis of the low pressure fuel lines of the engine was carried out by simulation of the layout of the low pressure fuel lines on the bus. The tests were made to study the working situation of low pressure fuel lines and the influence of fuel filter on engine starting under a negative pressure fuel system, and to verify the effectiveness of improved fuel filter.

Key words:diesel engine, experimental analysis, fuel filter

作者簡介：那大功（1979-），男，大學本科，主要研究方向為柴油機客車配套。

doi:10.3969/j.issn.1671-0614.2015.01.006