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        針對寒區(qū)用戶的商用車燃油供給系統(tǒng)方案及優(yōu)化

        2021-03-29 09:39:54路遙肖磊張佳琛趙鵬昌錢治富
        汽車實用技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)號冷卻液油箱

        路遙,肖磊,張佳琛,趙鵬昌,錢治富

        (陜西汽車控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,陜西 西安 710200)

        前言

        我國北方地區(qū)和青藏高原地區(qū)冬季時間漫長,最低溫度可達(dá)-30℃以下。商用車燃料柴油的粘度受環(huán)境溫度影響極大,溫度越低粘度越大,流動性降低,甚至?xí)氯麄€供給系統(tǒng),使車輛無法正常啟動。因此在高寒地區(qū),尋求一種商用車柴油供給系統(tǒng)優(yōu)化方案,對保證車輛正常運行具有極大意義。

        1 低溫燃油對車輛的影響

        1.1 影響供給系統(tǒng)性能

        柴油在一定溫度下,會形成乳白色的粘稠狀混合物,導(dǎo)致流動性下降,造成油路堵塞現(xiàn)象(掛蠟)發(fā)生,情況嚴(yán)重時,則會堵塞整個供給系統(tǒng)。

        1.2 影響發(fā)動機(jī)的性能

        柴油低溫流動性較差時,發(fā)動機(jī)則無法啟動,或者出現(xiàn)運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、熄火等現(xiàn)象。車輛長期使用流動性較差的燃油會導(dǎo)致柴油燃燒不充分,加快發(fā)動機(jī)零部件的磨損,嚴(yán)重時發(fā)生機(jī)械事故。

        1.3 影響燃油經(jīng)濟(jì)性

        低溫時柴油粘度大,不容易霧化,低劣的霧化狀況會導(dǎo)致混合氣不均勻、燃燒不完全。在發(fā)動機(jī)輸出功率不變的情況下,增加發(fā)動機(jī)的油耗,從而直接影響整車燃油經(jīng)濟(jì)性。

        2 市場上常見的幾種燃油加熱方案

        2.1 電加熱式油量感應(yīng)器方案

        電加熱式油量感應(yīng)器方案的電能來源為商用車的車載蓄電池,蓄電池的電引至供油系統(tǒng)油量感應(yīng)器,燃油油量傳感器內(nèi)集成了加熱器和控制線路,加熱油箱內(nèi)吸油口附近的燃油,待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統(tǒng)。

        2.2 帶電加熱功能油管方案

        加熱油管內(nèi)腔均布電加熱絲,整個加熱系統(tǒng)電源與整車蓄電池相連。駕駛員可以在駕駛室內(nèi)啟動加熱開關(guān),加熱油管開始工作。油管加熱溫度可根據(jù)使用狀況自行設(shè)置??刂破鞑杉蜏匦盘?,當(dāng)燃油管加熱至設(shè)定溫度時,自動停止加熱。

        2.3 發(fā)動機(jī)冷卻液加熱方案

        方案采用主副油箱設(shè)計,加熱供油系統(tǒng)的主油箱內(nèi)的燃油,因為冷卻水需發(fā)動機(jī)啟動后,燃油燃燒后才有高溫,故需用低牌號燃油啟動發(fā)動機(jī)后,再利用冷卻水來加熱高牌號燃油[1],待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統(tǒng)。

        3 一種帶有延時功能的水加熱方案

        3.1 采用主副并聯(lián)雙油箱

        3.1.1 工作原理

        主副并聯(lián)雙油箱常用于可靠性要求高的車型中,每個燃油箱均有可以單獨向發(fā)動機(jī)供油的回路。油路均從油量感應(yīng)器連接,到燃油轉(zhuǎn)換閥處匯合后接到發(fā)動機(jī)的進(jìn)回油口。目前采用自動電磁換向系統(tǒng),該系統(tǒng)可實現(xiàn)在駕駛室內(nèi)一鍵操作即可完成主副油路和燃油表的切換任務(wù),操作簡便,主副油路切換迅速,系統(tǒng)性能安全可靠,供給管路布置順暢美觀。

        圖1 延時功能的水加熱方案

        3.1.2 優(yōu)點

        這種油箱連接方式的優(yōu)點是兩個油箱互不影響,一個油路出現(xiàn)問題(或油箱內(nèi)無燃油)可馬上切換到另一油路中,保證發(fā)動機(jī)的正常供油。缺點是需要增加換向閥及安裝支架,連接管路比較復(fù)雜,成本較高。此種連接方式廣泛應(yīng)用于可靠性要求較高的車型和不能采用串聯(lián)連接的情況下(如兩個油箱布置在車架異側(cè)布置、兩油箱安裝不在一個水平面上等)?,F(xiàn)一般匹配水加熱方案,兩側(cè)可加不同牌號燃油。發(fā)動機(jī)啟動時用副油箱的低標(biāo)號油,發(fā)動機(jī)冷卻液加熱主油箱,隨后切換至主油箱常供油。

        3.2 延時轉(zhuǎn)換閥

        3.2.1 延時工作原理

        在寒區(qū)進(jìn)行油箱轉(zhuǎn)換時,當(dāng)油箱進(jìn)油為主油箱高標(biāo)號柴油切換為副油箱低標(biāo)號柴油時,需將發(fā)動機(jī)自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中的高標(biāo)號。柴油全部回到主油箱中后切換回油路線,此階段需將回油時間盡可能減緩,考慮使用極限狀態(tài)為油泵處于發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速時排量計算,當(dāng)實際轉(zhuǎn)速高于怠速轉(zhuǎn)速時,造成的后果是低標(biāo)號柴油回到主油箱中,造成主油箱油品提升,不會對副油箱油品產(chǎn)生影響。當(dāng)油箱進(jìn)油為副油箱低標(biāo)號柴油切換為主油箱0#柴油時,需將發(fā)動機(jī)自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中得低標(biāo)號柴油全部回到副油箱中后切換回油路線,此階段需將回油時間盡可能加快,考慮使用極限狀態(tài)為油泵處于發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速時排量計算,當(dāng)實際轉(zhuǎn)速低于最高轉(zhuǎn)速時,造成的后果是低標(biāo)號柴油回到主油箱中,造成主油箱油品提升,不會對副油箱油品產(chǎn)生影響。

        以某款商用車相關(guān)參數(shù)為例,進(jìn)行延時轉(zhuǎn)換閥延時時間計算。延時時間計算參數(shù)如表1所示。

        表1 延時時間計算參數(shù)

        1)怠速時延時時間計算

        燃油回路中油量計算:

        主油箱切換到副油箱延時時間:

        副油箱切換到主油箱延時時間:

        2)極限速度時延時時間計算

        當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)時,主油箱切換到副油箱延時時間:

        當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)時,副油箱切換到主油箱延時時間:

        3)計算結(jié)果

        當(dāng)主油箱切換副油箱,延時時間為70S,當(dāng)副油箱切換主油箱,延時時間為63S。

        3.3 發(fā)動機(jī)冷卻液加熱

        水加熱中的水來自商用車?yán)鋮s系統(tǒng)中的介質(zhì)冷卻液,冷卻液通過發(fā)動機(jī)大循環(huán)工作將機(jī)體熱量的30%左右?guī)У酵饨?,能量散發(fā)在空氣中。所以如何合理地使用這部分發(fā)動機(jī)必須排出的“廢棄”能量,是車輛節(jié)能減排一個新的方向。我們可以通過冷卻液水管將冷卻液引至燃油供給系統(tǒng),利用發(fā)動機(jī)“廢棄”的這部分熱量來直接加熱主油箱中的燃油。采用主副雙油箱,主油箱中加注0#柴油,副油箱可以加注-20#或-35#柴油。兩個油箱通過燃油管路連接到燃油換向閥。燃油換向閥通過駕駛室開關(guān)信號可對發(fā)動機(jī)進(jìn)油進(jìn)行切換選擇,車輛在高寒區(qū)長時間停車前五分鐘,要轉(zhuǎn)換為[2]副油箱內(nèi)的低標(biāo)號柴油,這樣,車輛的整個供給系統(tǒng)管路中都為-20#或-35#低標(biāo)號柴油。避免車輛啟動時,整個燃油供給系統(tǒng)的燃油存在掛蠟現(xiàn)象。車輛采用延時轉(zhuǎn)換閥,當(dāng)車輛在進(jìn)行燃油轉(zhuǎn)換時,可有效避免主油箱高標(biāo)號燃油混入副油箱低標(biāo)號燃油中,污染低標(biāo)號燃油。主油箱安裝有一種具有水加熱功能的集成式油量感應(yīng)器,在車輛可以正常運行后,發(fā)動機(jī)冷卻液達(dá)到正常溫度,油量感應(yīng)器應(yīng)用軟管連接至發(fā)動機(jī)冷卻水循環(huán),并通過閥門開關(guān)控制油量感應(yīng)器中水循環(huán)的開合。主油箱0#柴油被加熱完全稀釋后再轉(zhuǎn)換燃油換向閥,將油路切換為主油箱,這樣就可以正常使用主油箱內(nèi)被加熱稀釋后的0#柴油。

        3.4 優(yōu)劣勢對比

        3.4.1 新設(shè)計方案優(yōu)勢

        (1)利用發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液加熱燃油,環(huán)保、安全、便捷。

        (2)具有延時功能,可有效避免高標(biāo)號燃油混入低標(biāo)號燃油中,造成低標(biāo)號燃油污染。

        (3)0#柴油經(jīng)加溫后,替代了價格更高的-20#或-35#柴油,很大程度上減少了行車成本。

        (4)加熱燃油可以提高冷卻系統(tǒng)中冷卻液換熱冷卻的效率,起到了對發(fā)動機(jī)起到了保護(hù)作用。

        3.4.2 新設(shè)計方案劣勢

        (1)相比較電加熱式方案,新方案需要水加熱系統(tǒng),則會對車輛原來的冷卻系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)的管線有改動,同時需要雙油箱或者雙腔油箱,這樣增加了整車成本。

        (2)電加熱方案靈活,可以實現(xiàn)油箱、油管、燃油粗(精)濾器等加熱,加熱時間短,可以隨時使用。新方案需要不同標(biāo)號油品,且燃油加熱準(zhǔn)備時間長,車輛熄火時需要更換為低標(biāo)號燃油,便利性相對較差。

        電加熱使用方面具有安全隱患,需增加電路保護(hù)裝置。

        4 總結(jié)

        新設(shè)計方案相對于其他加熱方案,更加環(huán)保、安全、便捷。新具備的延時功能能夠避免低標(biāo)號燃油被污染,降低行車成本。利用發(fā)動機(jī)冷卻液熱量進(jìn)行燃油加熱,既能提高冷卻系統(tǒng)效率,又對燃油進(jìn)行加熱,能量利用率高,環(huán)保性能好。新方案應(yīng)用于柴油商用車,對于商用車在東北等高寒地區(qū)市場的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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