油水分离效率试验标准的结果比对研究

熊丽媛

(航空工业(新乡)计测科技有限公司，河南新乡 453019)

0 引言

油水分离试验是有效评定燃油滤清器水分离效率的关键方法。目前常用的试验方法标准包括以下4种：ISO 4020:2001[1]中的水分离效率试验方法、SAE J 1839-2010[2]燃油中游离水分离试验方法、SAE J 1488-2010[3]燃油中乳化水分离试验方法和ISO/TS 16332：2006[4]柴油发动机燃油滤清器评定油水分离效率的方法。这4项标准的方法原理都是在指定的试验流量下通过离心泵、隔膜泵或其他类型的泵对注水装置加压，从而向试验系统燃油中注入一定比例的水珠，该混合液体经被试燃油滤清器不断循环后，在规定试验时间内在被试燃油滤清器的下游进行多次取样，通过测定取样样品的平均含水量，来评定被试燃油滤清器的水分离效率。但这4项标准的不同之处主要在于注入的水珠大小状态不同，分为游离水和乳化水，其中ISO/TS 16332还会存在半乳化半游离状态的水，并且注入的水含量百分比也各不相同。因此，对同一被试燃油滤清器选择哪种标准进行水分离效率评定至关重要，生产厂家需要根据其设计方案、使用途径等条件选择合适标准，才能保证水分离试验数据的可靠，以达到有效的试验结果。本文作者主要讨论在油水分离效率试验中，同一类型被试燃油滤清器在不同油水分离效率试验标准下的试验结果比对，并根据试验结果分析各标准的适用情况。

1 试验标准的差异比对

各油水分离效率试验标准的详细差异[5]对比见表1。可以看出：这4项标准的试验温度、试验泵类型、注水方式、注水量、注入水珠状态、试验时间及取样数量等试验条件均有不同之处，因此针对同一型号滤清器进行试验比对很有必要。

表1 各油水分离效率试验标准的差异比对表

2 试验方案设计

图1所示是实验室油水分离效率试验原理示意图。其中，可根据不同的试验标准打开或关闭调节阀4实现泵前或泵后注水方式，其他试验条件可根据要求进行调节。

图1 油水分离效率试验原理示意

试验样件采用某汽车工程研究院送检的24件滤清器，其型号相同，样品编号分别为1号～24号。其中1号～8号滤清器选用较小的试验流量120 L/h，分别采用标准ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006进行试验，得出第一组(8个)数据；9号～16号滤清器选用试验流量为360 L/h，分别采用标准ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006进行试验，得出第二组(8个)数据；17号～24号滤清器选用较大的试验流量570 L/h，分别采用标准ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006进行试验，得出第三组(8个)数据。

3 试验结果比对

3.1 试验流量为120 L/h的试验比对

在120 L/h试验流量下，分别对被试滤清器1号～8号按照不同的试验标准进行试验，试验结果如表2所示。表中ISO 16332(D50=30 μm)的水颗粒尺寸为30 μm，更接近乳化水分离试验；ISO 16332 (D50=300 μm)的水颗粒尺寸为300 μm，更接近游离水分离试验。为了便于对比，将各个标准得出的含水量数值均按公式(1)进行计算，得出水分离效率η值

(1)

式中：α为各标准的注水浓度值(以10-6表示)，ISO 4020：2001为20 000×10-6(即注水浓度为2%)，SAE J 1839-2010和SAE J 1488-2010均为2 500×10-6(即注水浓度为0.25%)，ISO/TS 16332为1 500×10-6(即注水浓度为0.15%)；Eav为各试验标准所取多个样品中含水量的平均值，单位为μL/L。

表2 被试滤清器1号～8号试验比对结果(试验流量为120 L/h)

由表2可以看出：在试验流量为120 L/h时，游离水分离标准的效率较高：ISO 4020达到99%多，SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)达到97%多；而乳化水分离标准的效率较低：SAE J 1488和ISO 16332(D50=30 μm)均为96%左右。各组数据的准确度均在±2%以内，重复性也仅为1.25%，这说明试验有效性得到验证。

3.2 试验流量为360 L/h的试验比对

在360 L/h试验流量下，分别对被试滤清器9号～16号按照不同的试验标准进行试验，试验结果如表3所示。

表3 被试滤清器9号～16号试验结果(试验流量为360 L/h)

由表3可以看出：相比120 L/h的试验流量，在较大的试验流量360 L/h下，ISO 4020的水分离效率降低较多，从99%降到95%，SAE J 1488的水分离效率也从96%降低为91%左右，而这两者均为泵前注水，这说明泵前注水方式受试验流量的影响较大；而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分离效率从97%降低到96%左右，变化很小，两者均为泵后注水，这说明试验流量对泵后注水方式的影响较小；同时随着试验流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分离效率从96%降到94%左右，说明试验流量对乳化水分离效率的影响比对游离水分离效率的影响更大。各组数据的准确度均在±4%以内，重复性为2.23%，这说明试验有效性也得到验证。另外水分离效率的平均值从97.27%降低为94.46%，也说明了随着试验流量的增大，其水分离效率值整体处于下降趋势。

3.3 试验流量为570 L/h的试验比对

在570 L/h试验流量下，分别对被试滤清器17号～24号按照不同的试验标准进行试验，试验结果如表4所示。

表4 被试滤清器17号～24号试验结果(试验流量为570 L/h)

由表4可以看出：在更大的试验流量570 L/h下，ISO 4020的水分离效率从95%降到93%左右，SAE J 1488的水分离效率也从91%降低为90%左右，而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分离效率变化不足1%，这进一步说明试验流量对泵前注水方式的影响较大，对泵后注水方式的影响较小；同时随着试验流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分离效率从94%降到91%左右，说明试验流量对乳化水分离效率的影响比对游离水分离效率的影响更大。各组数据的准确度均在±4%以内，重复性为2.46%，这说明试验有效性也得到验证。另外水分离效率的平均值从94.46%降低为93.27%，同样说明了随着试验流量的增大，其水分离效率值整体处于下降趋势。

4 试验比对结果分析

将表2、表3和表4中各标准下的试验数据分别取平均值，得出被试滤清器1号—24号试验比对结果，其数据比对曲线如图2所示。

从上述被试滤清器1号～24号的水分离效率试验结果图表中，可以分析得出结论：

(1)从曲线1可以看出：在小流量下各标准的水分离效率相差不大，曲线较为平滑，效率高低依次为：4020、1839、16332、1488。而标准ISO 4020的水分离效率最高，因为4020的注水量为2%，而1839和1488的注水量为0.25%，16332的注水量为0.15%，相比而言，ISO 4020的注水量为后者的8倍和13倍，注水基数大得多，因此同一批被试滤清器在同等条件下，采用标准ISO 4020比其他标准试验的水分离效率更高。

图2 被试滤清器1号—24号试验比对曲线

(2)从曲线2和曲线3可以看出：流量增大3～5倍后，1488和16332(D50=30 μm)的水分离效率骤然降低，说明流量大小对乳化水的分离效率影响很大；而1839和16332(D50=300 μm)的水分离效率变化相对较小，说明流量大小对游离水的分离效率影响较小。因此大流量下各标准的水分离效率高低依次为：1839、16332(D50=300 μm)、4020、16332(D50=30 μm)、1488。

(3)标准SAE J 1488采用离心泵，其泵前注水相当于乳化作用，一般情况下，乳化水比游离水更难分离，因此乳化水分离效率较低，在同等条件下1488比其他标准的效率都要低。而4020虽然也是泵前注水，但它是采用隔膜泵来回推动进行注水，泵前将水珠打散为游离水，因此系统中游离水占主导地位，其水分离效率相应较大。而随着流量的增大，4020和1488的效率降低都比较多，说明无论乳化状态还是游离状态，流量大小对泵前注水的影响都比较大。

5 结论

在燃油滤清器的设计应用与验收过程中，对于不同型号的滤清器需要选择不同的试验标准及其他相关试验条件，本文作者通过对同一批滤清器在各标准下水分离效率试验进行验证，研究得出一系列结果，对国内当前汽车用燃油滤清器油水分离性能试验具有重要的指导意义。