针对寒区用户的商用车燃油供给系统方案及优化

路遥，肖磊，张佳琛，赵鹏昌，钱治富

（陕西汽车控股集团有限责任公司技术中心，陕西 西安 710200）

前言

我国北方地区和青藏高原地区冬季时间漫长，最低温度可达-30℃以下。商用车燃料柴油的粘度受环境温度影响极大，温度越低粘度越大，流动性降低，甚至会堵塞整个供给系统，使车辆无法正常启动。因此在高寒地区，寻求一种商用车柴油供给系统优化方案，对保证车辆正常运行具有极大意义。

1 低温燃油对车辆的影响

1.1 影响供给系统性能

柴油在一定温度下，会形成乳白色的粘稠状混合物，导致流动性下降，造成油路堵塞现象（挂蜡）发生，情况严重时，则会堵塞整个供给系统。

1.2 影响发动机的性能

柴油低温流动性较差时，发动机则无法启动，或者出现运转不平稳、熄火等现象。车辆长期使用流动性较差的燃油会导致柴油燃烧不充分，加快发动机零部件的磨损，严重时发生机械事故。

1.3 影响燃油经济性

低温时柴油粘度大，不容易雾化，低劣的雾化状况会导致混合气不均匀、燃烧不完全。在发动机输出功率不变的情况下，增加发动机的油耗，从而直接影响整车燃油经济性。

2 市场上常见的几种燃油加热方案

2.1 电加热式油量感应器方案

电加热式油量感应器方案的电能来源为商用车的车载蓄电池，蓄电池的电引至供油系统油量感应器，燃油油量传感器内集成了加热器和控制线路，加热油箱内吸油口附近的燃油，待燃油加热后可作为正常行驶的供油系统。

2.2 带电加热功能油管方案

加热油管内腔均布电加热丝，整个加热系统电源与整车蓄电池相连。驾驶员可以在驾驶室内启动加热开关，加热油管开始工作。油管加热温度可根据使用状况自行设置。控制器采集油温信号，当燃油管加热至设定温度时，自动停止加热。

2.3 发动机冷却液加热方案

方案采用主副油箱设计，加热供油系统的主油箱内的燃油，因为冷却水需发动机启动后，燃油燃烧后才有高温，故需用低牌号燃油启动发动机后，再利用冷却水来加热高牌号燃油[1]，待燃油加热后可作为正常行驶的供油系统。

3 一种带有延时功能的水加热方案

3.1 采用主副并联双油箱

3.1.1 工作原理

主副并联双油箱常用于可靠性要求高的车型中，每个燃油箱均有可以单独向发动机供油的回路。油路均从油量感应器连接，到燃油转换阀处汇合后接到发动机的进回油口。目前采用自动电磁换向系统，该系统可实现在驾驶室内一键操作即可完成主副油路和燃油表的切换任务，操作简便，主副油路切换迅速，系统性能安全可靠，供给管路布置顺畅美观。

图1 延时功能的水加热方案

3.1.2 优点

这种油箱连接方式的优点是两个油箱互不影响，一个油路出现问题（或油箱内无燃油）可马上切换到另一油路中，保证发动机的正常供油。缺点是需要增加换向阀及安装支架，连接管路比较复杂，成本较高。此种连接方式广泛应用于可靠性要求较高的车型和不能采用串联连接的情况下（如两个油箱布置在车架异侧布置、两油箱安装不在一个水平面上等）。现一般匹配水加热方案，两侧可加不同牌号燃油。发动机启动时用副油箱的低标号油，发动机冷却液加热主油箱，随后切换至主油箱常供油。

3.2 延时转换阀

3.2.1 延时工作原理

在寒区进行油箱转换时，当油箱进油为主油箱高标号柴油切换为副油箱低标号柴油时，需将发动机自带柴滤、燃油水寒宝和回油管中的高标号。柴油全部回到主油箱中后切换回油路线，此阶段需将回油时间尽可能减缓，考虑使用极限状态为油泵处于发动机怠速转速时排量计算，当实际转速高于怠速转速时，造成的后果是低标号柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不会对副油箱油品产生影响。当油箱进油为副油箱低标号柴油切换为主油箱0#柴油时，需将发动机自带柴滤、燃油水寒宝和回油管中得低标号柴油全部回到副油箱中后切换回油路线，此阶段需将回油时间尽可能加快，考虑使用极限状态为油泵处于发动机最高转速时排量计算，当实际转速低于最高转速时，造成的后果是低标号柴油回到主油箱中，造成主油箱油品提升，不会对副油箱油品产生影响。

以某款商用车相关参数为例，进行延时转换阀延时时间计算。延时时间计算参数如表1所示。

表1 延时时间计算参数

1）怠速时延时时间计算

燃油回路中油量计算：

主油箱切换到副油箱延时时间：

副油箱切换到主油箱延时时间：

2）极限速度时延时时间计算

当发动机转速为1000转时，主油箱切换到副油箱延时时间：

当发动机转速为2000转时，副油箱切换到主油箱延时时间：

3）计算结果

当主油箱切换副油箱，延时时间为70S，当副油箱切换主油箱，延时时间为63S。

3.3 发动机冷却液加热

水加热中的水来自商用车冷却系统中的介质冷却液，冷却液通过发动机大循环工作将机体热量的30%左右带到外界，能量散发在空气中。所以如何合理地使用这部分发动机必须排出的“废弃”能量，是车辆节能减排一个新的方向。我们可以通过冷却液水管将冷却液引至燃油供给系统，利用发动机“废弃”的这部分热量来直接加热主油箱中的燃油。采用主副双油箱，主油箱中加注0#柴油，副油箱可以加注-20#或-35#柴油。两个油箱通过燃油管路连接到燃油换向阀。燃油换向阀通过驾驶室开关信号可对发动机进油进行切换选择，车辆在高寒区长时间停车前五分钟，要转换为[2]副油箱内的低标号柴油，这样，车辆的整个供给系统管路中都为-20#或-35#低标号柴油。避免车辆启动时，整个燃油供给系统的燃油存在挂蜡现象。车辆采用延时转换阀，当车辆在进行燃油转换时，可有效避免主油箱高标号燃油混入副油箱低标号燃油中，污染低标号燃油。主油箱安装有一种具有水加热功能的集成式油量感应器，在车辆可以正常运行后，发动机冷却液达到正常温度，油量感应器应用软管连接至发动机冷却水循环，并通过阀门开关控制油量感应器中水循环的开合。主油箱0#柴油被加热完全稀释后再转换燃油换向阀，将油路切换为主油箱，这样就可以正常使用主油箱内被加热稀释后的0#柴油。

3.4 优劣势对比

3.4.1 新设计方案优势

（1）利用发动机冷却系统冷却液加热燃油，环保、安全、便捷。

（2）具有延时功能，可有效避免高标号燃油混入低标号燃油中，造成低标号燃油污染。

（3）0#柴油经加温后，替代了价格更高的-20#或-35#柴油，很大程度上减少了行车成本。

（4）加热燃油可以提高冷却系统中冷却液换热冷却的效率，起到了对发动机起到了保护作用。

3.4.2 新设计方案劣势

（1）相比较电加热式方案，新方案需要水加热系统，则会对车辆原来的冷却系统、燃油系统的管线有改动，同时需要双油箱或者双腔油箱，这样增加了整车成本。

（2）电加热方案灵活，可以实现油箱、油管、燃油粗（精）滤器等加热，加热时间短，可以随时使用。新方案需要不同标号油品，且燃油加热准备时间长，车辆熄火时需要更换为低标号燃油，便利性相对较差。

电加热使用方面具有安全隐患，需增加电路保护装置。

4 总结

新设计方案相对于其他加热方案，更加环保、安全、便捷。新具备的延时功能能够避免低标号燃油被污染，降低行车成本。利用发动机冷却液热量进行燃油加热，既能提高冷却系统效率，又对燃油进行加热，能量利用率高，环保性能好。新方案应用于柴油商用车，对于商用车在东北等高寒地区市场的发展奠定良好的基础。