商用车电加热燃油预热系统设计与应用

盛勇， 徐世福， 张蓉丽， 李洋

（1.陕西汽车控股集团有限公司，西安710200；2.陕汽集团商用车有限公司，陕西 宝鸡721013）

0 引 言

车辆在冬季或在高寒地区的使用过程中，油箱内柴油的温度很容易降到凝点, 柴油流动性差会导致燃油雾化效果差,燃烧不充分,柴油机综合动力性就会降低。同时会导致柴油消耗量增多、排放更多的污染物。若工况温度进一步降低,柴油就会出现结蜡现象，石蜡固体就会造成滤网、油路、燃油泵及喷油器等堵塞，柴油供给减少甚至停止,将会导致车辆无法启动甚至途中熄火。传统方法常采用外接电源加热或明火熏烤油箱和油管，这样不但存在严重的安全隐患，而且不能从根本上解决问题。虽然冬季更换相应的高标号柴油也可以缓解柴油的挂蜡问题，但是随着油价的不断攀升和冬季高标号柴油供应紧张，以及国家的节能减排政策影响，对车主们的成本消耗和限制是显而易见的，商用汽车的运行成本都将大幅度增加。

1 电加热燃油预热系统组成及工作原理

电加热燃油预热系统主要组成部分如图1所示。其工作原理是以车辆自备电瓶为电源，当电控加热控制盒总成系统通过电加热油位传感器检测到油箱温度为（4±3.5）℃时，即开启电加热，加热细滤清器和粗滤清器；当油位传感器检测到油箱温度为（10±3）℃时，即停止加热。此方案可以有效使柴油解冻, 达到柴油供给雾化以及燃烧效果良好,满足柴油机低温启动的目的。

图1 商用车电加热燃油预热系统组成

1.1 电控加热控制盒总成的特点

电控加热控制盒系统组成如图2所示。电控加热控制盒总成系统的电控加热控制盒采用汽车电瓶供电(24 V)，由盒体不锈钢固定板固定在汽车车架上，控制盒自带电源线长度为420 mm，控制盒总成同时配备4只插件端子（3只插件端子A，1只插件端子B）。

1.2 汽车电瓶的特点

图2 电控加热控制盒总成组成

技术要求：额定电压12 V,额定储备容量256 min,电瓶的使用温度在-40 ℃的时候，电瓶以432 A持续放电30 s的时间内,电瓶的端电压不小于7.2 V,蓄电池电池槽颜色要求是白色、电瓶盖子是黑色；电池槽、盖材料要求是聚丙稀；电瓶的结构、性能符合GB/T5008.1～2-2013《起动用铅酸蓄电池技术条件》要求；电瓶的电解液符合JB/T 10052-2010《铅酸蓄电池用电解液》要求；零部件必须有安全警告标识。

1.3 加热粗滤清器的特点

加热粗滤清器主要由以下部分组成：1）底座。连接进油管和出油管的孔、温度感应孔、滤清器连接螺纹、安装孔。2）加热系统。电线接头、上下加热片、PTC发热片、支撑弹簧、锁螺盖及绝缘片等。3）电气控制系统。可智能控制加热系统的起动和停止。4）旁通阀。如果滤清器被堵塞,可以通过旁通阀提供柴油、自带滤网。5）附带装置。堵塞螺丝、温控开关及电源线。

技术要求：存储和工作温度为-40～+120 ℃；额定电压为DC 24 V；启动瞬时电流在110～130 A之间,保持电流在15～65 A之间；装配孔为11×16（2个），孔间距52 mm，滤清器安装螺纹为M14×1.5；进、回油管连接孔为M14×1.5，进油阀滤网网格为0.3（50目）；正常油路流量最大为5 L/min；旁通阀打开压力为（0.10±0.02）MPa；加热系统进、出油的温差为3～5 ℃；电气控制系统加热开启温度为（4±3.5）℃，停止温度为（10±3）℃。

1.4 加热细滤清器的特点

加热细滤清器主要由以下部分组成：1）底座。连接进油管和出油管的孔、温度感应孔、滤清器连接螺纹、安装孔。2）手泵系统。2个单向阀、泵油装置。3）加热系统。电线接头、上下加热片、PTC发热片、支撑弹簧、锁螺盖及绝缘片等。4）电气控制系统。可智能控制加热系统的起动和停止。5）旁通阀。如果滤清器被堵塞,可以通过由旁通阀提供柴油、自带滤网。6）附带装置。堵塞螺丝、温控开关及电源线。

技术要求：存储和工作温度为-40～+120 ℃；额定电压为DC 24 V；启动瞬时电流在110～130 A之间,保持电流在15～65 A之间；装配孔为13×23（2个），孔间距58 mm；滤清器安装螺纹为UNS 1″-14，进、回油管连接孔为M16×1.5；进油阀滤网网格为0.3（50目）；正常油路流量最大为5 L/min，手泵油路1.5 L/100次；旁通阀打开压力为（0.10±0.02）MPa；加热系统进、出油的温差为3～5 ℃；电气控制系统加热开启温度为（4±3.5）℃，停止温度为（10±3）℃。

1.5 竹节空心螺栓的特点

空心螺栓又叫过油螺栓，螺栓密封形式为铰接式。用于油管连接密封的发动机供油系统，空心螺栓具有紧固和过油的双重功能，使用空心螺栓可以简化机械结构，降低机器的制造成本。

1.6 进油管的特点

进油管结构由里到外分别由4层组成,如图4所示，管长为1200～1800 mm，内径为φ12 mm，其中一端连接着φ16.2 mm的竹节空心螺栓，加热器需带电线接头。

图3 加热细/粗滤清器底座

图4 进油管组成

1.7 回油管的特点

在燃油泵供油给发动机，形成一定压力，除了正常供给燃油喷嘴喷油后，剩余的燃油通过回油管路送回到油箱，当然还有碳罐收集的多余的汽油蒸汽也通过回油管回到油箱。回油管可以使多余的油回到油箱，起到排解汽油的压力，还可以减少油耗。

如果喷油泵体内低压腔室内的柴油压力低于55～62 kPa时,溢流阀关闭,喷油泵回油管内没有柴油流动；如果喷油泵体内低压腔室的柴油压力高于55～62 kPa时, 溢流阀打开，使部分燃油经过回油管路会同喷油器回油管路一起流回燃油箱或燃油粗滤器的进油口接口，从而使喷油泵体内低压腔室维持规定的油压。

1.8 燃油箱系统组成

燃油箱系统组成如图5所示。技术要求：进油口和出油口向燃油箱内施加30 kPa的压力时,持续保持30 s不能出现燃油泄漏及燃油箱开裂的现象；燃油箱满足振动耐久性试验,不能出现燃油泄漏的情况；箍带安装满足燃油箱的强度，箍带与油箱间有减震橡胶垫带；可根据装车后的效果做适当调整长度，加油口装不小于45目的钢质或尼龙过滤网。油箱振动耐久性试验要求如表1所示。

1.9 电加热油位传感器的特点

图5 燃油箱系统组成

电加热油位传感器组成如图6所示，主要组成部分功能如下：1）滤油系统。燃油进入油路前需经过滤油系统过滤，防止杂质入内。2）加热系统。底部、顶部两套加热装置、PTC 发热片、电线接头等。3）电气控制系统。可智能控制加热系统的起动和停止。4）管子油路系统。输送燃油。5）附带装置。温控开关电线、RUA 电线。

表1 柴油箱振动耐久性试验要求

图6 加热油位传感器总成

技术要求：1）燃油滤清器安装好后应保证有足够的操作空间用于滤清器滤芯的清理及更换；2）燃油箱安全性能要求和试验方法应符合GB 18296；3）螺栓连接紧固可靠，紧固力矩按QC/T518执行；4）进油及回油管路连接应密封可靠，管路连接好后应进行泄漏检测，向整个系统管路施加80 kPa的压力，保持压力30 s，保证系统管路无泄漏现象。

2 电加热燃油预热系统实际应用效果

经过实际应用证明，此方案可以彻底解决柴油受冷结蜡堵塞油路问题，以及车辆在冬季或在高寒地区使用打不着火和驾驶员常常用火烘烤油箱的问题，避免出现安全隐患。该系统柴油加温后比不加温的柴油燃烧效率提高5%，减少了排气管黑烟的产生，这样就节省了5%的柴油。如果按照低标号柴油和高标号柴油的价格差使用,整体节省柴油8%～10%间。

3 结 论

文中开发设计了一种电加热燃油预热系统，利用汽车自身电瓶电源，对柴油油路进行全自动智能控制加热，在系统上有效解决了商用车在冬季或高寒地区使用过程中，因低温导致柴油结蜡而造成车辆打不着火等机械故障问题。同时提高了柴油的燃油效率，起到节油作用，降低燃油成本，具有良好的经济效益。还可以使柴油里的杂质易于沉淀，油水分离容易，提高柴油机喷射系统的纯净度，降低缸体内积碳，降低喷射系统精密元件的磨损度，从而提高柴油发动机的寿命。