針對寒區用戶的商用車燃油供給系統方案及優化

路遙，肖磊，張佳琛，趙鵬昌，錢治富

（陜西汽車控股集團有限責任公司技術中心，陜西 西安 710200）

前言

我國北方地區和青藏高原地區冬季時間漫長，最低溫度可達-30℃以下。商用車燃料柴油的粘度受環境溫度影響極大，溫度越低粘度越大，流動性降低，甚至會堵塞整個供給系統，使車輛無法正常啟動。因此在高寒地區，尋求一種商用車柴油供給系統優化方案，對保證車輛正常運行具有極大意義。

1 低溫燃油對車輛的影響

1.1 影響供給系統性能

柴油在一定溫度下，會形成乳白色的粘稠狀混合物，導致流動性下降，造成油路堵塞現象（掛蠟）發生，情況嚴重時，則會堵塞整個供給系統。

1.2 影響發動機的性能

柴油低溫流動性較差時，發動機則無法啟動，或者出現運轉不平穩、熄火等現象。車輛長期使用流動性較差的燃油會導致柴油燃燒不充分，加快發動機零部件的磨損，嚴重時發生機械事故。

1.3 影響燃油經濟性

低溫時柴油粘度大，不容易霧化，低劣的霧化狀況會導致混合氣不均勻、燃燒不完全。在發動機輸出功率不變的情況下，增加發動機的油耗，從而直接影響整車燃油經濟性。

2 市場上常見的幾種燃油加熱方案

2.1 電加熱式油量感應器方案

電加熱式油量感應器方案的電能來源為商用車的車載蓄電池，蓄電池的電引至供油系統油量感應器，燃油油量傳感器內集成了加熱器和控制線路，加熱油箱內吸油口附近的燃油，待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統。

2.2 帶電加熱功能油管方案

加熱油管內腔均布電加熱絲，整個加熱系統電源與整車蓄電池相連。駕駛員可以在駕駛室內啟動加熱開關，加熱油管開始工作。油管加熱溫度可根據使用狀況自行設置。控制器采集油溫信號，當燃油管加熱至設定溫度時，自動停止加熱。

2.3 發動機冷卻液加熱方案

方案采用主副油箱設計，加熱供油系統的主油箱內的燃油，因為冷卻水需發動機啟動后，燃油燃燒后才有高溫，故需用低牌號燃油啟動發動機后，再利用冷卻水來加熱高牌號燃油[1]，待燃油加熱后可作為正常行駛的供油系統。

3 一種帶有延時功能的水加熱方案

3.1 采用主副并聯雙油箱

3.1.1 工作原理

主副并聯雙油箱常用于可靠性要求高的車型中，每個燃油箱均有可以單獨向發動機供油的回路。油路均從油量感應器連接，到燃油轉換閥處匯合后接到發動機的進回油口。目前采用自動電磁換向系統，該系統可實現在駕駛室內一鍵操作即可完成主副油路和燃油表的切換任務，操作簡便，主副油路切換迅速，系統性能安全可靠，供給管路布置順暢美觀。

圖1 延時功能的水加熱方案

3.1.2 優點

這種油箱連接方式的優點是兩個油箱互不影響，一個油路出現問題（或油箱內無燃油）可馬上切換到另一油路中，保證發動機的正常供油。缺點是需要增加換向閥及安裝支架，連接管路比較復雜，成本較高。此種連接方式廣泛應用于可靠性要求較高的車型和不能采用串聯連接的情況下（如兩個油箱布置在車架異側布置、兩油箱安裝不在一個水平面上等）。現一般匹配水加熱方案，兩側可加不同牌號燃油。發動機啟動時用副油箱的低標號油，發動機冷卻液加熱主油箱，隨后切換至主油箱常供油。

3.2 延時轉換閥

3.2.1 延時工作原理

在寒區進行油箱轉換時，當油箱進油為主油箱高標號柴油切換為副油箱低標號柴油時，需將發動機自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中的高標號。柴油全部回到主油箱中后切換回油路線，此階段需將回油時間盡可能減緩，考慮使用極限狀態為油泵處于發動機怠速轉速時排量計算，當實際轉速高于怠速轉速時，造成的后果是低標號柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不會對副油箱油品產生影響。當油箱進油為副油箱低標號柴油切換為主油箱0#柴油時，需將發動機自帶柴濾、燃油水寒寶和回油管中得低標號柴油全部回到副油箱中后切換回油路線，此階段需將回油時間盡可能加快，考慮使用極限狀態為油泵處于發動機最高轉速時排量計算，當實際轉速低于最高轉速時，造成的后果是低標號柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不會對副油箱油品產生影響。

以某款商用車相關參數為例，進行延時轉換閥延時時間計算。延時時間計算參數如表1所示。

表1 延時時間計算參數

1）怠速時延時時間計算

燃油回路中油量計算：

主油箱切換到副油箱延時時間：

副油箱切換到主油箱延時時間：

2）極限速度時延時時間計算

當發動機轉速為1000轉時，主油箱切換到副油箱延時時間：

當發動機轉速為2000轉時，副油箱切換到主油箱延時時間：

3）計算結果

當主油箱切換副油箱，延時時間為70S，當副油箱切換主油箱，延時時間為63S。

3.3 發動機冷卻液加熱

水加熱中的水來自商用車冷卻系統中的介質冷卻液，冷卻液通過發動機大循環工作將機體熱量的30%左右帶到外界，能量散發在空氣中。所以如何合理地使用這部分發動機必須排出的“廢棄”能量，是車輛節能減排一個新的方向。我們可以通過冷卻液水管將冷卻液引至燃油供給系統，利用發動機“廢棄”的這部分熱量來直接加熱主油箱中的燃油。采用主副雙油箱，主油箱中加注0#柴油，副油箱可以加注-20#或-35#柴油。兩個油箱通過燃油管路連接到燃油換向閥。燃油換向閥通過駕駛室開關信號可對發動機進油進行切換選擇，車輛在高寒區長時間停車前五分鐘，要轉換為[2]副油箱內的低標號柴油，這樣，車輛的整個供給系統管路中都為-20#或-35#低標號柴油。避免車輛啟動時，整個燃油供給系統的燃油存在掛蠟現象。車輛采用延時轉換閥，當車輛在進行燃油轉換時，可有效避免主油箱高標號燃油混入副油箱低標號燃油中，污染低標號燃油。主油箱安裝有一種具有水加熱功能的集成式油量感應器，在車輛可以正常運行后，發動機冷卻液達到正常溫度，油量感應器應用軟管連接至發動機冷卻水循環，并通過閥門開關控制油量感應器中水循環的開合。主油箱0#柴油被加熱完全稀釋后再轉換燃油換向閥，將油路切換為主油箱，這樣就可以正常使用主油箱內被加熱稀釋后的0#柴油。

3.4 優劣勢對比

3.4.1 新設計方案優勢

（1）利用發動機冷卻系統冷卻液加熱燃油，環保、安全、便捷。

（2）具有延時功能，可有效避免高標號燃油混入低標號燃油中，造成低標號燃油污染。

（3）0#柴油經加溫后，替代了價格更高的-20#或-35#柴油，很大程度上減少了行車成本。

（4）加熱燃油可以提高冷卻系統中冷卻液換熱冷卻的效率，起到了對發動機起到了保護作用。

3.4.2 新設計方案劣勢

（1）相比較電加熱式方案，新方案需要水加熱系統，則會對車輛原來的冷卻系統、燃油系統的管線有改動，同時需要雙油箱或者雙腔油箱，這樣增加了整車成本。

（2）電加熱方案靈活，可以實現油箱、油管、燃油粗（精）濾器等加熱，加熱時間短，可以隨時使用。新方案需要不同標號油品，且燃油加熱準備時間長，車輛熄火時需要更換為低標號燃油，便利性相對較差。

電加熱使用方面具有安全隱患，需增加電路保護裝置。

4 總結

新設計方案相對于其他加熱方案，更加環保、安全、便捷。新具備的延時功能能夠避免低標號燃油被污染，降低行車成本。利用發動機冷卻液熱量進行燃油加熱，既能提高冷卻系統效率，又對燃油進行加熱，能量利用率高，環保性能好。新方案應用于柴油商用車，對于商用車在東北等高寒地區市場的發展奠定良好的基礎。