轻卡某车型燃油滤清器的匹配设计及验证

赵 兵

（安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型车研究所，安徽 合肥 230601）

引言

轻型货车燃油供给系统分为：燃油储存模块、燃油过滤模块、输油动力模块、管路模块、支架模块、附件模块。燃油滤清器属于燃油过滤模块，燃油滤清器包括：燃油精滤器、油水分离器、复合式燃油滤清器。

国五及以上发动机，其零部件对燃油品质的要求较高，如果燃油里面有水或杂质没有过滤干净，会造成油路堵塞、锈蚀，严重的会造成喷油嘴损伤，直到喷油器卡死。喷油器损坏会造成发动机加速不稳定或加速无力，或者排放黑烟等故障，影响车辆的正常运行。水的存在对于柴油机供油系统危害极大，锈蚀、磨损，甚至会恶化柴油的燃烧过程。燃油滤清器中积水造成供油不畅，也会引起发动机冷启动困难。因此，现阶段所用燃油滤清器除带过滤功能外还需带电加热功能，北方地区尤其需要。

1 燃油滤清器总成介绍

燃油滤清器主要功能是从柴油中过滤水和杂质，向发动机提供无水、无杂质、温度适宜的清洁燃油，保证发动机正常运转，以保护油泵油嘴、缸套、活塞环等，减少磨损，避免堵塞，延长发动机使用寿命。选配合适的滤清器可以保证供油通畅，保证整车的动力性、经济性。

图1 轻卡燃油供给系组成

目前部分轻卡供油系侧重于粗滤器+燃油精滤器的过滤形式，燃油精滤器大都由发动机厂家提供，主机厂根据发动机需求匹配合适的粗滤器.

1.1 燃油滤清器主要结构

燃油滤清器包括泵油系统、加热系统、过滤系统、报警系统，主要由手油泵（或电动泵）、滤座、滤芯、集水杯、放水螺塞、接头以及加热元件等组成。

图2 燃油滤清器组成

泵油系统：手动泵油，将柴油送入并灌满整个滤清器罐体内部，达到使油路充满柴油、处在通路状态的目的。

加热系统：当环境温度达到设定温度时，加热元件开启，对罐体进行加热，使罐体内的燃油处在活跃状态，同时防止积水杯结冰。

过滤系统：主要由滤芯组成，特殊材料的滤纸可以使燃油时可以滤除大部分的水分以及颗粒杂质，保证燃油的清洁。

报警系统：主要针对积水杯中的水位，提醒司机及时放水。

1.2 燃油滤清器工作原理

手油泵有两个单向阀，即进油单向阀和出油单向阀，原理为：当用手按下手动泵盖时，泵室内的压力升高，出油单向阀的阀片被打开，泵室内空气被压出；当我们松手时，泵盖在回未弹簧的作用下上行，出油单向阀关闭，进油单向阀在产生真空的作用下打开，油被吸进滤清器，完成一次泵油循环。在一次泵油循环中，燃油经滤罐上盖板四周小孔流入滤罐内，经滤芯过滤后，洁净的燃油从中心孔流出，大部分杂质以及水分被过滤出来。

图3 泵油原理

2 轻卡某车型燃油滤清器匹配设计及验证

2.1 燃油滤清器选型

根据发动机厂家提供的资料，发动机机型为：XX，发动机额定功率112Kw，排量为4.752L。发动机对燃油滤清器的要求见表1。

表1 发动机要求滤清器性能参数

对比其他成熟车型所配燃油滤清器状态，同级别发动机均采用XX系列粗滤器。所以，此车型初步选定XX型粗滤器产品作为匹配滤清器。相关参数见表2。

表2 XX型粗滤器参数

由表1表2可以看出，初步选定的燃油滤清器在额定流量与压差上达不到发动机提出的要求。压差与流量影响发动机油轨的轨压，压差偏小、流量不足会造成供油不畅，影响到整车的动力性与经济性。

为保证参数准确性，对XX型粗滤器流量与压差关系做相关实验，试验数据见表3。

表3 流量阻力关系

图4 试验台架

图5 流量阻力曲线

从试验数据可以看出，在流量为360L/h时，还不能满足发动机对压差的要求，因此需要进一步的对比试验与整车匹配试验。

2.2 燃油滤清器对比试验

1）试验时间：2016年11月7日。

2）试验目的：测量发动机自带燃油滤清器与滤清器在同一转速下的流量与压差值，从而对比出2款滤清器的主要差距 ，为后期匹配滤清器提供依据。

3）试验设备：压差仪，精度0.001bar。

试验过程：将2个燃油滤清器分别安装于供油管路中，启动发动机，测量在不同转速下的滤清器压差值。

4）试验结果： 测量发动机不同转速下的流量和压差，结果如下：

表4

图6 第一次测量数据趋势图

图7 第二次测试数据趋势图

5）数据分析

根据流体学原理，在相同条件下，滤清器的压差随流量的增大而变大，从测试结果看，在转速800、1600、2600测量的压差变化不大，可能的原因是卡车空载，转速变大，但是流量没有相应增大，导致滤清器压差变化不大。

单纯的看测试结果，型粗滤器的压差较小，更利于柴油的流动。

由于此次试验并未加载，试验数据还不足以说明滤清器的替代性，因此，还需要做进一步的匹配试验。

2.3 燃油滤清匹配试验

XX型发动机所用燃油供给系统为BOSCH，根据博士的要求，此款发动机输油泵进油口压差应小于0.5-1.0bar（绝对压力），回油口压差≤1.2Kp。本次整车匹配测试，主要校核进回油口的压差值是否满足要求。

2017年1月15日，发动机厂在整车上对燃油滤清器的匹配度进行试验。

1）试验项目

压差测试：实测发动机扭矩点（1400r/min），怠速点（700r/min），功率点（2500r/min）时的压差

2）试验设备：压差仪，设备编号2020，精度0.001bar

3）试验过程

将待检燃油滤清器按照油路布置方式（燃油箱→待检柴滤器→目标发动机)安装在目标发动机上，启动发动机，分别测量在发动机扭矩点，怠速点，功率点时油泵进回油口的压差。

此次测量过程模拟整车实际运行过程，燃油管路管径与长度同主机厂车型保持一致，是的试验数据更加接近整车实际运行时的状况，可信度高。

图8 台架测试

图9 测试结果

4）试验结果

从测试结果看，虽然滤清器流阻较大，但在匹配发动机时输油泵进回油口压差以及回油口压差满足博士需求。燃油滤清器可以匹配此发动机。

表5

2.3.1 燃油滤清器布置原则

燃油滤清器最佳的安装高度是居于燃油箱满油位与喷油器之间。如果将滤清器安装在燃油箱满油位以下，则会增加滤清器更换过程中燃油溅出的可能性。如果将燃油滤清器高位安装在发动机上方，就必然会形成向上的环路，从而引起气体集聚。

燃油滤清器不得安装在极脏的区域（如轮窝处），以降低滤清器更换过程中系统受到污染的可能性。远程燃油滤清器座应集成一个单向阀，以减小更换滤清器时滤清器座与发动机之间管路的燃油损耗。

2.3.2 某轻卡供油系布置

图10

如上图所示，某轻卡供油系中燃油滤清器的安装位置符合要求，与各零部件的间隙也满足要求。

2.4 燃油滤清器维护保养

因整车所用发动机为高压共轨系统，其高压泵和喷油器属于精密设备，对于燃油的清洁度十分敏感，因此除了保证使用符合标准的优质燃油外还应该定期更换燃油滤清器，油箱也应该定期清洗，油水分离器的水量出现报警时应及时将油水分离器的水放掉外，还需定期对燃油滤清器进行保养维护。

首先，根据燃油滤清器瓶体上的更换里程数定期更换失效滤芯，环境恶劣以及油品较差的地区，根据具体情况缩短更换里程数；

其次，定期放掉滤清器积水杯中的水；

最后，定期检查燃油滤清器是否存在漏油、密封不严的情况。

3 结论

本论文通过对轻卡某车型燃油滤清器的匹配过程，讲述了燃油滤清器的选型以及匹配设计。为了保证想发动机提供充足洁净的燃油，发动机厂家会对燃油滤清器提出较高的要求，尤其是实施国三以后。较高的要求对发动机来说是百利而无一害，但是对主机厂来说，却造成了产品质量过剩，无形之中增加了制造成本。好的不一定是好的，只有适合的才是做好的，本论文通过燃油滤清器的匹配，找到了二者得兼的位置，既可以使发动机保持在最佳状态，又不会造成资源的浪费。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2] （日）武田信之.日本五十铃载货汽车设计[M].人民交通出版社,1997.

[3] 余志生.汽车理论（第三版）[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4] 刘惟信.汽车设计[M].清华大学出版社.