矿车燃油预热系统技术开发与应用

郭 雷，王国强，王二利

(1.承德石油高等专科学校机械工程系，河北 承德 067000;2.北京安沃科技有限公司，北京 102446)

我国北方冬季比较寒冷，矿车往往会出现由于燃油结蜡导致发动机停机无法正常工作及矿车无法启动导致无法采矿和运输的问题［1-4］。为了避免此类问题的出现，这类柴油车、发电车必须使用与环境温度相适应的高标号柴油，而高标号的柴油的高成本(柴油每提高一个标号每t价格将增加100～200元)也给企业和运输人员增加了很大的成本压力。200 t矿车采用柴油发动机，由于矿山冬季环境比较恶劣(现场无暖库)，常常由于燃油结蜡问题导致发动机停机无法工作，影响矿车的正常运行［5-6］。

本研究主要是首先对冷却液进行预热，再利用达到预定温度的冷却液对油箱及管路内的燃油进行加热，从而解决此问题。

1 方案原理

柴油机燃油预热系统改造方案如图1所示，副油箱内装低标号柴油(－35#)，从而确保辅助加热设备在低温极端环境下可以正常启动并加热发动机内的冷却液。利用副油箱中的柴油对冷却液进行加热，加热到预定温度的冷却液首先通过油箱取油加热器，将热量传递给燃油箱内的柴油，使其预热油箱中的燃油，确保燃油箱的燃油不会结蜡;由于油箱与发动机之间的距离较远，环境温度较低，燃油管路中增加了管路加热器，燃油经过管路加热器后被继续加热，确保了管路里的油不会结蜡;另外，为了防止油水分离器结蜡，加装油水分离器加热器确保油水分离器里的柴油不会结蜡;燃油经过滤芯后，继续流入温控阀，如果燃油温度到达40℃后温控阀将会自动切断加热水路，避免管路烧干，确保发动机正常使用。

2 实验数据分析

本文分别对柴油机燃油预热改造系统中的油箱取油加热器、管路加热器及滤芯加热器进行了实验研究，通过对其实验过程中加热器进出口的燃油温度进行数据采集，观察并记录了油箱及燃油管路中柴油温度的变化，分析其加热效果是否能够满足要求。

2.1 油箱取油加热器

油箱取油加热器实验系统如图2所示，在实验中，利用恒温水箱提供恒定温度的循环冷却液，为火龙加热器提供热源，并保持循环冷却液的流量和温度保持不变。加热器与实验油箱组装好后放入低温试验箱，将温度调至－30℃，待油箱内的平均温度降至－30℃时进行实验，其冷却液流量调为600 L/h，持续15分钟，待其运行稳定之后打开油泵，开始取油，观察并记录加热器进出口油温变化，实验数据如图3所示。从图3中可以看出，在外界温度为－30℃的情况下，油箱出口油温稳定在6～8℃，在此条件下用0#柴油代替－35#柴油是完全可行的，达到了燃油系统改造的目的。

2.2 管路加热器

管路加热器实验系统如图4a)所示，其管路加热器的结构如图4b)所示。首先将油箱内的平均温度降至－2℃时进行实验，其冷却液流量调为600 L/h，持续运行15 min，待运行稳定之后开始通油，并观察记录加热器进出口燃油温度的变化，其实验数据如图5所示，从图中可以看出，燃油经过管路加热器之后，出口温度维持在10.5～12℃之间，从而可以保证管路内的燃油不会因为温度较低结蜡导致管路堵塞，进而避免了由于温度较低导致发动机停机无法正常运行问题的发生。

2.3 滤芯加热器

滤芯加热器的实验系统如图6所示，水箱中的冷却液首先经加热器加热至预定温度，之后，冷却液通过滤芯加热器对取油加热器中流出的燃油再次进行加热。实验中冷却液流量调为600 L/h，观察并记录滤芯加热器进出口油温的变化，其油温变化如图7所示，从图中可以看出，滤芯出口的油温能够达到25℃以上，此温度完全能够满足发动机采用0#柴油正常运行的要求，达到了燃油系统改造的目的。

3 经济效益分析

本文对矿车发动机燃油系统的改造实验取得了成功，达到了设计的目的，使其在我国北方冬季寒冷地区矿车的“燃油低烧”得以实现，其经济效益非常可观，以我国内蒙古某煤炭公司大型矿场为例，以当地－30℃为低温(每年有90 d处于该温度下)，主要节约的成本主要来自于节约的滤芯和不同标号柴油的差价，其改造前后的运行费用如表1所示。

表1 某大型矿场矿车燃油系统改造前后运行费用对比表

从上表可以看出，若该技术能够得以推广使用，其经济效益非常客观。

4 结论

本研究对发动机燃油管路预热系统的改造是充分利用发动机冷却液的热量对油箱及管路中的燃油进行预热，通过对油箱取油加热器、管路加热器及滤芯加热器的实验研究，发现其出口油温完全能够满足矿车在寒冷冬季采用0#柴油来代替－35#柴油而正常运行的要求，达到了发动机燃油系统改造的目的，而且能为企业节约大量的运行成本，在工程实践中具有很好的应用前景和研究价值。

［1］刘铁铮，段马力.低温条件下柴油汽车使用低牌号柴油的研讨［J］.技术教育学报，1993(4):1－4.

［2］崔德安.柴油“低烧”技术在机车车辆上的应用［J］.机车车辆工艺，2007(6):38－40.

［3］谢新民，土明林，邓松圣等.新型燃油加热器研制［J］.节能技术，2004(6):42－46.

［4］刘瑞林.提高柴油机低温起动性能的冷启动辅助措施［J］.汽车技术，2007(6):7－8.

［5］吴社强.柴油机低温冷启动方法探讨［J］.柴油机，2003(2):53－56.

［6］徐志军，于増信，田春芝等.提高柴油机低温起动性能的预热燃油管开发［J］.车用发动机，2010(8):20－22.