某轻型载货汽车燃油电加热系统设计验证

李正胜

（安徽江淮汽车集团股份有限公司轻型商用车研究院，安徽 合肥 230601）

1 概述

柴油车在冬季出现启动困难的主要原因是环境温度和使用的柴油牌号不匹配，选用柴油的标号如果不适合使用温度区间，发动机中的燃油系统就可能析蜡，堵塞油路，影响发动机的正常工作。柴油的标号越低，结蜡的可能性就越小。近些年气候的突变性及跨地域用户经常出现不同牌号柴油混加，冷启动成为寒带地区最常见的故障反馈，配置燃油电加热系统可以在低温情况下更好的启动车辆。低牌号柴油价格高，且不“耐烧”，使用高牌号柴油有利于降低使用成本。

一般情况下采用冷滤点来表示柴油的低温流动性，通常规定凝点温度比使用地区的最低气温高 3～6℃。具体柴油相关特性，见表1所示：

表1

2 燃油加热系统设计验证

燃油电加热系统包括燃油泵支架电加热、燃油滤清器电加热和燃油管电加热。通过对低压燃油系统三个关键部件电加热参数的选型，保证在安全的前提下燃油电加热效率最高。

2.1 匹配技术指标

1）确保-10℃内可使用0号柴油。（不带燃油加热功能-10℃需要使用-20号油）

2）预热时间控制在5min以内。（客户可接受的范围）

2.2 燃油泵支架电加热

条件：0号柴油，DC12V，环境温度：-10℃，实际最大功率273w；实际稳定功率171W。

燃油泵支架吸油口底端安装一个PTC加热模块，保证吸油口附近的燃油可在最快的速度融化。如图1所示，试验验证结果在环境温度-10℃情况下 3.5min内油温到达 13℃≥4℃（0号柴油使用的最底气温），可以满足设计要求。

图1 燃油泵支架温度-时间加热曲线

图2 带电加热燃油泵支架

其中温升效率：210s时间内，温升 23℃，温升效率为6.5℃/min。

2.3 燃油管电加热

条件：0号柴油，DC12V，环境温度：-10℃，实际功率10.8W。

综合考虑寒区启动前的辅助加热时间和管路系统的安全性，通过大量实验验证，设计最佳的平衡点，在确保安全可靠的前提下使得管路的加热功率最佳。-10℃情况下确保油路系统5min内完成解冻。根据设计依据，做出解冻试验, 如图3所示，试验验证结果在环境温度-10℃情况下4min内油温到达5℃≥4℃，可以满足设计要求。

图3 燃油管温度-时间加热曲线

图4 带电加热燃油管

其中温升效率：240s时间内，温升 15℃，温升效率为3.75℃/min

2.4 滤清器内部电加热

条件：0号柴油，DC12V，环境温度：-10℃，实际功率81W。

滤清器加热采用内置加热包式加热，采用独有合金加热材料，提温速度快，功耗低，当环境温度高于15℃时，电子控制自动停止加热，降低耗电量；外部采用不锈钢材质，保温效果好，使其达到内热外不热特点。如图5所示，试验验证结果在环境温度-10℃情况下4min内油温到达8℃≥4℃，可以满足设计要求。

图5 滤清器温度-时间加热曲线

图6 带电加热滤清器

其中温升效率：240s时间内，温升 18℃，温升效率为4.5℃/min。

3 加热效果分析结论

根据上述匹配及试验结果：油泵支架电加热：3.5min时间内，温差23℃，升至13℃，温升效率为6.5℃/min。油管电加热：4min时间内，温差 15℃，升至 5℃，温升效率为3.75℃/min。滤清器内部电加热：4min时间内，温差18℃，升至8℃，温升效率为4.5℃/min；

图7 未加热前滤纸表面状态

图8 加热后滤纸表面状态

从静态温升测试结果来看，环境温度-10℃，0号柴油，使用电加热系统，4分钟油温可达到5℃以上。低温难启动，主要是滤清器阻力过大，供油不畅。因滤清器交织滤孔直径为4～10um，从下图7和图8可以看出，在环境温度为-10℃，采用0#柴油，滤清器滤纸外包加热4分钟，滤纸表面蜡状物质已融化。再增加油管、油泵支架电加热，可保证燃油在整车低压燃油系统的畅通的流动，使整车低压油路的进回油阻力满足整车设计要求。因此本文采用的电加热方案可以解决低温冷启动问题。