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)
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℃。具體柴油相關特性,見表1所示:
表1
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。
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)預熱時間控制在5min以內(nèi)。(客戶可接受的范圍)
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。
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)設計依據(jù),做出解凍試驗, 如圖3所示,試驗驗證結果在環(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
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。
根據(jù)上述匹配及試驗結果: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。