某款客车用柴油机低压燃油管路试验分析



某款客车用柴油机低压燃油管路试验分析

那大功

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

摘要在某款电控柴油发动机采用负压燃油系统，在配套客车时，出现起动困难。为解决此问题，采用试验分析的方法，在试验室模拟整车低压燃油管路布置，研究负压燃油系统工作时外接低压燃油管路的工作状态，分析负压燃油系统下，柴油滤清器对发动机起动的影响，并验证改进后燃油滤清器的效果。

关键词：柴油机试验分析燃油滤清器

来稿日期：2014-09-15

1　前言

某电控柴油机燃油泵采用负压系统，在配套整车时出现起动问题。其中某型号电控柴油机配套考斯特车型，在用户使用过程中多次发生起动困难及怠速熄火问题。在现场处理时，通过改变低压燃油管路系统，可以改善此类故障，但是没有找到根本原因，因而没有根本的解决措施。针对这一问题，采取了试验研究方法。在试验室中按照整车低压燃油管路的实际布置情况，模拟各种布置匹配状态，以寻找可能导致故障的根本原因，并在试验中予以验证，找出最终解决问题的方法。

低压燃油管路系统处于柴油机厂商及整车厂商配套的中间环节，双方很少在各自系统对此进行研究。由于缺少相关的资料和可借鉴的经验，因此采用了试验分析的方法。在试验室中模拟整车的燃油系统工作状态，来分析这个问题，也可以为其他电控柴油机燃油负压系统的研究提供参考。

2　试验分析方法

在不具备整车试验的条件下，可以在发动机试验台架上模拟整车的燃油管路状态来进行试验，通过测量仪器记录需要的数据，采用透明燃油管路来观察运行过程中燃油运行的状态；模拟几种故障发生方式，验证低压燃油管路中造成柴油机起动问题的根本原因。

在试验室中模拟整车低压燃油管路布置。发动机布置试验台架上，燃油箱采用整车厂提供的油箱，柴油精滤器及粗滤器与整车配置的一致，燃油管路长度和内径与整车的相同，且采用透明材料，接头布置与整车的一致。管路及传感器布置位置见图1。

图1　试验布置示意图

试验中需要记录的数据包括：发动机燃油进油口处的燃油压力，发动机燃油回油口处的燃油压力，燃油进油温度，燃油粗滤器和精滤器之间的燃油压力，以及油箱压力。除此之外还需要记录发动机的性能数据：发动机转速、喷油量、共轨设定压力、实际共轨压力、ECU电压等电控发动机电控单元可以记录的数据。数据需要全程记录，且可以用于绘制曲线，便于分析。

分析整个管路系统，发现燃油滤清器对整个系统的影响较大，尤其是集滤清功能、手泵功能和油水分离功能于一体的燃油精滤器。以往在整车上发生故障时，更换不同燃油滤清器，可以现场解决用户的问题。分析和比较更换前后的2种燃油滤清器，其结构和原理上有一定的差异，滤清器的排气功能不同。通过试验来验证滤清器是否导致起动问题的因素，改进后的结构能否满足实际需要，并解决问题。

3　试验过程及数据处理

试验是在发动机台架上进行的，发动机及燃油管路试验室布置如图2所示。

图2　台架试验照片

试验项目按照表1中的分类进行。冷车起动是指发动机运行后停车静止一个晚上或更长时间后起动；热车起动是指在发动机运行一段时间后，停车10 min左右再次起动。滤清器空罐泵油是将新的燃油滤清器中的燃油倒光，连接管路后泵燃油至精滤器出油口处出油为止。模拟了几种可能发生的故障状态：（1）油箱缺油状态；（2）松喉箍，是为了模拟燃油管路泄漏现象；（3）晃动油箱，可以简单模拟整车运行中的油箱状态，试验时在油箱油量不太多的情况下进行。

试验时选择几种不同的燃油滤清器，重复上表中各种试验项目。表中的故障件是从发生问题的整车上拆下的零件，并不是说明零件本身确实有问题。并选取了不同厂商生产的燃油滤清器进行试验。试验过程中注意观察低压燃油管路中的气泡情况，同时记录全部试验数据。

3.1不同直径管接头对比试验

故障件的燃油管接头管径为Φ8，是整车厂自己更换的零件，发动机自带的燃油管接头管径为Φ10，分别选用2种管径的接头进行试验。发动机在空罐泵油情况下可以正常起动，此时管路中存在大段空气，随着运行时间的增加及发动机转速的增加，空气段逐渐减少，最终整个燃油管路中基本无可见气泡，通过透明管，可以明显看到空气从燃油回油管回到油箱。试验前晃动燃油精滤器，感觉很空，表明滤清器并没有注满燃油；当燃油管路中充满燃油时，滤清器基本充满，但有少量空气始终无法排除。在台架试验中，配置故障件的发动机，没有发生热车起动困难及起动熄火现象。试验过程中进、回油阻力见图3。进油压力为总的进油阻力，运行中＜20 kPa，瞬时最大值＜30 kPa，满足高压油泵阻力＜30 kPa的要求；阻力随转速增加增大，随温度增加而增大，随燃油管路中气泡增加而增大。正常运行状态下，选用2种管径的接头没有发生起动困难问题。

表1　试验项目表

图3　故障件正常试验曲线

3.2进油口处喉箍松动试验

故障件选用Φ8接头作试验，试验过程中，松开燃油精滤器进油口处的喉箍，模拟燃油管路泄漏情况。可以明显看到燃油管路中有连续的气泡产生，晃动精滤器可以发现，滤清器中空气逐渐增加，并持续一段时间；期间发动机在高速及加载工况下运行，没有出现熄火现象。此时停机并静置10 min以上，观察到燃油管路中有大段空气，燃油滤清器中燃油不足一半。然后再起动发动机时，发生起动后熄火，此时观察发现，燃油管路中的燃油可供发动机起动；但是由于管路中存在大量空气，以及滤清器中严重缺油，油箱中燃油无法及时供给发动机，导致发动机起动后熄火。此时进行手动泵油，排除管道中的空气，直到精滤器出油口处出油为止。再进行起动试验，发动机可以正常起动。在松喉箍试验中，Φ10管径接头的零件没有发生起动问题。

3.3改进型燃油精滤器试验

采用改进型燃油精滤器进行试验。改进型滤清器参考了其他厂商产品的结构，在滤清器中增加了排气功能。通过试验验证改善的滤清器排气功能是否起作用。选用2种规格的接头，在滤清器高置、滤清器低置、滤清器空罐泵油等几种情况下，发动机冷车及热车都可以正常起动。当燃油管路中空气基本消失的情况下，观察发现滤清器中的空气量少于改进前的滤清器。松开滤清器进油口喉箍，模拟燃油管路泄漏情况，管路中有连续气泡产生，滤清器中的空气量开始增加，直至空气量不再增加为止。检查此时滤清器中的空气量，少于原故障件在同等条件下的空气量。停车10 min以上，发动机可以正常起动，未发生起动熄火现象。试验过程中记录部分数据，如图4所示。试验过程中共轨压力值一直保持与设定值一致，这表明共轨燃油压力没有受到影响。

图4　改进件试验曲线

3.4低油位试验

在进行油箱缺油试验时发现，油箱缺油状态下燃油管路中布满气泡，进、回油阻力都变大。试验期间，在配置几种不同燃油滤清器的情况下，柴油机仍可正常运行。进、回油阻力变化情况见图5，图中最右边圆圈中的部分为油箱缺油状态。停车静置10 min后，气泡汇集成大段空气集聚在燃油管路中，燃油精滤器中也有很多空气，在几次试验中出现过起动困难及起动后熄火现象。通过手工泵油排除空气后，发动机可以正常起动。缺油状态取决于油箱吸油管的布置结构。本次试验时燃油液位高度与油箱内部吸油口高度接近时才出现以上情况。

3.5低油位晃动油箱试验

采用几种不同的燃油滤清器，在油箱油量不多的情况下晃动油箱。本次试验时，油箱中的油量多于3.4节中试验时油箱中的油量。可以看到油箱出油口出现连续气泡，进、回油阻力都变大，但是发动机仍可正常运行。柴油机高速高负荷运行一段时间后停车，静置10 min后，燃油管路中的大量气泡汇聚成大段空气，燃油精滤器中有很多空气；在几次试验中，出现过起动困难及起动熄火现象。手动泵油排除空气后，发动机可以正常起动。汽车用油箱中燃油，在使用过程中必然会随着车辆运行中加速及起停不断摇晃，试验中模拟了这些状况。

3.6其他厂商零件试验

选取了其他厂商的燃油精滤器，进行以上试验项目。厂商零件1，在松喉箍试验中没有发生起动问题，但在低油位试验和低油位晃动油箱试验中同样发生了起动熄火现象；厂商零件2，在松喉箍试验、低油位试验及低油位晃动油箱试验中都发生了起动熄火现象。其中，厂商零件1就是改进型、带有排气功能的柴油滤清器，厂商零件2是其他结构，本身没有排气功能的柴油滤清器。

试验中，燃油滤清器高置及低置，以模拟在整车布置中的高度位置。试验中发现滤清器可以将燃油管路中形成的小气泡堆积成大的气泡，高置情况比低置情况形成的气泡更大；也就是说，在其他条件相同的临界情况下，高置的滤清器更容易出现起动熄火及起动困难的现象。

燃油进油管路中原有的空气及运行中产生的气泡，进入发动机进油接口后，可以通过回油接口排出。观察过程中数据，发现轨压没有明显影响，表明高压油泵本身具有除气功能，可以排除系统中的空气，不会影响发动机运行。

在试验中，观察到整车厂提供的油箱可以有效保证油箱内的气压与大气压力没有明显差异，二者相差一般＜1 kPa。这表明油箱有压力调节装置，不会出现负压倒吸油的现象，故这种油箱不是影响柴油机起动及熄火的原因。

4　结论

几种滤清器组合在燃油管路没有泄漏的情况下，都没有出现起动困难及起动熄火的情况。配置的几种组合的燃油管路进油阻力，在整个试验中都满足高压油泵阻力要求（≤30 kPa）；在试验过程中阻力会随转速增加而增大，随温度增高而增大，随油路中气泡增加而增大；在规定要求范围内，进油阻力不是影响柴油机起动及熄火的主要原因。

在模拟低压燃油管路轻微泄漏的情况下，配置故障件燃油滤清器的发动机出现了起动熄火情况，配置结构改进的燃油精滤器的发动机，没有出现起动困难及起动熄火的情况。在油箱缺油及剧烈晃动油箱的情况下，几种滤清器都出现过起动困难或起动后熄火的情况。可以看出，无论是泄漏、油箱缺油或者是油箱剧烈晃动，都造成了低压燃油管路中充满了大量空气。而燃油滤清器会逐渐被空气充满，这个是导致发动机起动困难或者起动后熄火的主要原因。改进后的燃油滤清器改善了滤清器的排气功能，在管路中气泡不太多的时候，仍然可以保证发动机的正常起动，也仅仅起到改善作用。在管路中气泡太多的情况下，运行时间过长，发动机还是会出现起动困难及起动熄火现象。

因此，在配套负压系统的低压燃油管路时，应该尽量选择合适的燃油接头及管路布置，以保证在安装及剧烈运行的过程中不发生泄漏。负压系统的燃油管路中，出现泄漏不易被发现，因为不会有燃油渗出。应该选择具有一定排气功能的燃油滤清器以及比较顺畅的燃油管路走向，这样即使运行过程中有气泡产生，也可以顺畅地排走；尽量不要让空气保留在燃油滤清器中，这样最容易导致起动问题。整车厂的燃油箱在设计吸油管时，应该尽量考虑到，在油量较少及油箱倾斜和剧烈晃动的情况下吸油顺畅，尽量少吸入空气。管路中的手油泵应该布置在比较容易操作的地方，同时需要在高点布置除气螺栓，因为很难完全排除起动问题，在发生这类问题的现场仅有的解决办法就是用手油泵泵油排气。与正压系统相比，负压系统对低压燃油管路的密封性、管路布置等的要求更高，需要在配套及安装过程中注意。

图5　油箱缺油试验数据曲线图

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

作者简介：那大功（1979-），男，大学本科，主要研究方向为柴油机客车配套。

doi:10.3969/j.issn.1671-0614.2015.01.006