乙醇汽油對直流泵的零件影響分析與設(shè)計改進

扈航

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司 300462)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會發(fā)展的基本驅(qū)動力。隨著中國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，能源消費需求也顯著增加。2017年，中國石油消費量為5.88億t，同比增長5.9%，原油對外依存度為68.6%，較2016年提高2.9%，中國石油消費仍處于低速增長階段。超高的原油對外依存度，嚴(yán)重影響到了中國能源安全和社會的穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)展新能源和替代能源來緩解國內(nèi)日益增長的能源需求刻不容緩。

2001年國家開始在國內(nèi)推廣銷售醇類汽油，目前已有15個省份在使用甲醇汽油，10個省份在使用乙醇汽油，替代能源發(fā)展初見成效。使用醇類汽油對燃油供給系統(tǒng)影響巨大，對直流泵尤為明顯。文章基于某型汽油機轎車出現(xiàn)的直流泵質(zhì)量問題，分析了乙醇汽油對直流泵的影響，通過對直流泵零部件優(yōu)化來提升對乙醇汽油適應(yīng)性，并通過零部件試驗進行評價驗證[1]。

1 直流泵故障統(tǒng)計

為了研究某型汽油機轎車直流泵出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從銷售市場中收集了100個投訴直流泵。對于這些投訴泵，分別進行了X光檢測、低電壓起動、管路反向泄露、輸油特性和高度阻值測試。主要故障現(xiàn)象如圖1所示。

投訴泵中共有71例經(jīng)檢測后無問題為正常件。剩余直流泵中，因乙醇汽油導(dǎo)致?lián)Q向器異常磨損造成的損壞為18例，為所有失效原因之首。投訴泵原因分析結(jié)果如圖2所示。

2 直流泵使用乙醇汽油損壞原因分析

乙醇中OH-分子作為親水分子使乙醇極易吸收空氣中的水分，導(dǎo)致乙醇汽油中的水分要遠遠高于普通汽油，正是因為水的介入使汽油性質(zhì)產(chǎn)生了一定變化。

2.1 提升了導(dǎo)電能力

相對于普通汽油，含醇量高的汽油導(dǎo)電率較高。高導(dǎo)電率的油品會對炭刷磨損產(chǎn)生負面影響。一方面，存在炭刷與換向片之間的乙醇汽油，減小了接觸電阻，使火花增大；另一方面，進入換向片間的乙醇汽油，減弱了換向片間的絕緣強度，容易形成片間拉弧現(xiàn)象，使換向火花增大（圖3）。以上2方面影響均會使炭刷磨損加劇，使之壽命縮短。

2.2 加劇了金屬腐蝕

普通汽油因不含水分，腐蝕金屬主要由活性硫化物引起。而含醇量高的汽油，因水分子的存在，汽油腐蝕機理會體現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕，這一變化極大地加強了汽油的腐蝕能力。其正負極發(fā)生的反應(yīng)公式如下。

3 直流泵適應(yīng)乙醇汽油的更改措施

在不能解決乙醇汽油親水性的問題前，提高直流泵零件的耐磨性和阻隔乙醇汽油對金屬的電化學(xué)腐蝕變得尤為重要。除此之外，還要考慮到油品中的雜質(zhì)對直流泵零部件的磨損。因此，要從3個方面對直流泵耐醇性進行提升。

3.1 炭刷支架組件

設(shè)計方案相同，材料提升為耐磨損的新一代炭刷材料[2]。

3.2 電樞

因要減少醇類汽油對金屬的腐蝕，故更改了電樞結(jié)構(gòu)，使槽間不露銅。材料提升為耐磨損的新一代換向器材料。

3.3 進油板出油板

設(shè)計方案相同，材料改為金屬，提升零件對汽油中雜質(zhì)的耐磨性能。

4 試驗驗證

4.1 炭刷磨損加速試驗

試驗使用油品為E20。在電壓16 V和油壓550 kPa下，直流泵運轉(zhuǎn)150 h。試驗結(jié)束后需對炭刷磨損量進行檢測。直流泵運行870 s后停機30 s為一個運行周期。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 新老泵芯炭刷磨損量對比

從結(jié)果上來看，更改后的炭刷磨損量要遠低于更改前，更改后的碳刷達到了預(yù)期效果。

4.2 直流泵耐久試驗

試驗使用油品為E25。直流泵運轉(zhuǎn)3 750 h后，需檢測直流泵流量及碳刷磨損量。每個運轉(zhuǎn)周期的試驗電壓和運轉(zhuǎn)時間如圖5所示。復(fù)測時，直流泵需在電壓13.5 V和油壓400 kPa下檢測流量。耐久試驗后，直流泵流量仍應(yīng)大于85 L/h。試驗結(jié)果如表2所示。

表2 新泵芯耐久試驗

從結(jié)果上來看，新直流泵經(jīng)過耐久試驗的考核，流量沒有明顯的衰減，炭刷磨損量可忽略不計。更改后的直流泵可在乙醇汽油環(huán)境下長期工作。

5 結(jié)束語

文章通過拆解分析投訴泵，得出直流泵損壞的最主要原因是，在乙醇汽油使用環(huán)境下造成的換向器異常磨損。通過改變電樞結(jié)構(gòu)和提升炭刷與換向器材料性能，可在保證直流泵特性不損失的前提下有效降低炭刷磨損量。解決了直流泵在乙醇汽油使用環(huán)境下炭刷的異常磨損問題，提升了直流泵對乙醇汽油的適應(yīng)性。

【參考文獻】

[1]劉朝全,姜學(xué)峰.2017年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告[R].北京:石油工業(yè)出版社,2018.

[2]高廣新.甲醇汽油對電動汽油泵特性影響研究[D].西安:長安大學(xué),2008:31-39.