大型自卸车燃油预热系统设计

田广才，艾立新，刘 梅

（1．河北钢铁集团 司家营研山铁矿有限公司，河北 唐山 063700；2．河北钢铁集团 矿山设计有限公司，河北 唐山 063700）

0 引言

河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司自2009年从白俄罗斯陆续引进了30台大型矿用自卸车，载重量分为180t和220t两种，其发动机均为MTU公司生产的16缸V型柴油发动机，功率为1 715kW，单位油耗为208g／kWh，冬季使用－20标号柴油，其他季节使用0标号柴油。

为减少发动机油耗，降低运输成本，达到节能减排和降本增效的目的，进行了发动机燃油系统和冷却系统的设计改造，改造后每年可节约燃油成本约10万元／台，且燃油升温后可降低燃油油耗，减少发动机积碳，增强发动机功率。本文就改造中如何解决发动机在低温环境下正常使用0标号柴油，保证燃油油温在正常范围，确保发动机的正常运转进行了论证。

1 燃油预热系统的设计

1．1 燃油预热系统结构模型

燃油预热系统结构模型如图1所示。

1．2 燃油预热系统工作原理

利用热交换装置，回收发动机冷却液带走的大量热能，对燃油进行预热。主要从以下两个方面实现：

（1）要保证发动机的正常运行，必须满足发动机的正常启动，通过低温启动装置（如图2所示）燃烧柴油加热冷却液，使得发动机在低温下正常启动。它有两方面的作用：①通过装置中的水泵将加热后的冷却液输送至燃油粗滤器热交换器和油箱热交换器中，以加热油路和油箱中的柴油；②通过装置中的水泵将加热后的冷却液输送至发动机的汽缸盖水道，加热发动机的配气机构，以增加混合气温度，满足柴油在燃烧室的正常压燃。

（2）当发动机启动后，发动机内冷却液温度达到15℃时，燃油温度控制装置接收温度传感器1信号，打开阀门1，关闭低温启动装置和阀门2，这时，燃油粗滤器热交换器和油箱热交换器的冷却液来自发动机内部，加热燃油。燃油温度控制装置通过采集温度传感器2的信号，控制阀门1的开度，保证加热后的燃油温度在30℃～40℃，满足发动机的正常运转。

图1 燃油预热系统结构模型图

1．3 低温启动装置的改造

图2中所示装置为矿车自带装置，其最初的目的就是燃油预热系统中所讲的作用（2），通过管路的改造使其增加了作用（1）的功能。

1．4 燃油粗滤器的改造

燃油粗滤器在汽车中广泛应用，其作用是过滤燃油中的大颗粒杂质。通过在该装置的内部加装热交换管，又赋予了它新的功能，即进行冷却液和柴油的热量交换，其关键是确定内部热交换管的长度L。利用能量守恒定律（理想状态，忽略粗滤器的散热效果）确定L值：

LSC1（T1－T2）＝PC2（t1－t2）。

其中：S为热交换管的截面积；P为每秒流过燃油粗滤器的油量；C1为水的比热容；C2为柴油的比热容；T1、T2分别为冷却液的进口、出口温度；t1、t2分别为柴油的出口、进口温度。

图2 低温启动装置

1．5 油箱加热棒的设计

图3为油箱热交换器改造示意图，其主要是利用油箱底部观察孔，将自制的热交换管固定在观察孔的盖板上。改造过程中热交换管没有特定的长度限制，利用油箱的结构，尽可能地增加热交换管和燃油的接触面积，以保证冷却液与燃油有足够的热量交换。

图3 油箱热交换器改造示意图

2 实验验证

图4为燃油温度变化曲线图。实验数据是在室外温度－18℃时进行采集的，从实验的数据可以看出，燃油温度随时间在逐步上升，并稳定在35℃左右，其中间出现过温度下降的情况，这是由于发动机启动后，预热锅炉停止工作，发动机冷却液温度逐步上升而造成的。

图4 燃油温度变化曲线图

3 结论

利用发动机冷却液的热量，与燃油进行热交换，完全满足0标号燃油在0℃以下的环境中正常使用，并利用自动化控制装置，保证燃油温度在安全的温度范围。以上设计改造已经过理论实验和实际测试，实验和测试结果均达到了预期的设计要求。

［1］ 王建昕．汽车发动机原理［M］．北京：清华大学出版社，2011．

［2］ 陈义锋．PLC的应用及控制系统设计［J］．湖南农机，2010，37（2）：46－47．

［3］ 李晓骥．功率可自动调节的内燃机车燃油预热系统设计［J］．机械工程与自动化，2007（5）：157－159．