柴油滤清器加热装置的研制

王坤侠

(安徽建筑工业学院,合肥 安徽 230022)

我国自2007年7月1日起,在全国范围内,轻型车新车型式核准执行国Ⅲ排放标准;自2008年1月1日起,重型车新车型式核准执行国Ⅲ排放标准.法规同时限定了 NOX、HC、PM和碳烟的排放量,增加了 -7℃环境温度下的冷起动测试,这对柴油的品质提出了更高的要求.

在常温下,柴油是透明液体,其黏度较小,流动性好,喷雾效果好,燃烧充分,从而排放低,耗油少[1].当环境温度降低后,柴油变得浑浊,黏度增大,流动性、雾化效果变差,从而导致燃烧不完全,增加油耗,发动机运行不正常,排放增加[2].一般会出现如下故障现象:冒黑烟,增加油耗;启动困难,行车中突然熄火;堵塞滤网.常用的解决方法有:火燎烟熏或用热水烫油箱、滤清器和油管等,使柴油解冻后再启动,这种方法操作起来既费时又存在极大的安全隐患;选择高牌号的柴油,降低凝点,但由于北方寒冷地区温度变化快,当环境温度突然降低很多时,柴油更换如果不及时,就会出现系统供油不足或供不上来油的现象,从而导致发动机不能正常工作;添加降凝剂或脱蜡处理方法提高柴油牌号,这样做成本高且工艺流程复杂.

实际上 ,早期仅从解决冷起动困难出发,就有诸如对燃油和进气进行预热的各种电加热器[3].而发动机冷却液的加热装置早在1916年就已有相关专利[4].实验证明,在环境温度低于4℃时,对柴油进行适当加热,不仅可以改善其流动性,提高雾化质量,更能促进柴油中的杂质沉淀、滤除,从而使供入柴油机喷射系统的柴油更纯净,减轻柴油机喷射系统精密元件的磨损,延长发动机使用寿命,同时促进柴油的充分燃烧,降低 NOX、HC、CO的排放量.结合供油系统和滤清器自身的特点,本文研制出一种柴油滤清器加热装置,并对其加热效果进行了验证.

1 加热装置组成

该加热装置主要由加热元件、温控开关、散热片、加热壳体等部件组成.加热装置通过连接轴安装在滤清器与滤座之间,对进入滤清器的柴油进行动态、均匀加热,与温度控制器配套使用,智能控温,安全节能.

1.1 工作原理

该柴油滤清器加热装置工作原理如下图1所示.该加热装置以车辆自备蓄电池为电源,温控开关与滤清器进油口相通.在柴油通过滤清器底座时,温控开关会自行测温,当油温低于设定的温度时,温控开关导通,加热装置开始加热,对进入滤清器的柴油进行加热、解冻,提高柴油的流动性,避免柴油因低温析蜡、结冰堵塞滤网.随着温度的升高,当油温高于设定的断开温度时,温控开关断开,加热装置断电停止加热.

图1 加热装置工作原理图

1.2 技术特点

该加热装置体积小,安装方便,所用的加热元件具有恒温特性,阻值随温度而发生变化,其R-T特性如图2所示.油温不会无限制升高,具有自我保护功能,并且温控开关部分会根据环境温度及被加热燃油温度自动控制电路通断,不会因停车后忘记关电源而造成系统损坏.加热元件与散热片紧密结合,散热片采用导电导热良好的金属材料制成,导电的同时也起散热作用.加热元件产生的热量能通过散热片迅速传导到柴油中,升温快,效率高,稳定可靠.

图2 柴油滤清器加热装置 R-T特性曲线

2 加热性能试验与结果分析

2.1 加热性能测试

在黑河地区环境温度为(-15±2)℃条件下,该加热装置在柳州风行(配 D19TCI发动机)的车上进行了加热测试,试验装置如图3所示.把装有加热装置的柴油滤清器接入供油系统中,分别在柴油滤清器进油口位置和燃油泵进油口位置装入温度传感器,测试对应温度.整个测试过程发动机处于怠速状态下进行.

图3 试验装置

2.2 结果分析

测试结果如表1所示.发动机怠速工作 5 min,柴油滤清器进油口温度为 -9.8℃,经过加热装置加热后,燃油泵进油口温度为 -4℃,燃油温度提高近6℃;工作大约 7m in,柴油滤清器进油口温度为-9.2℃,经过加热装置加热后,燃油泵进油口温度为 -1.4℃,燃油温度提高近 8℃.其加热性能如图4所示.结果表明,该加热装置能在短时间内提高加热效果,加热效率较高.

表1 加热性能测试表

图4 加热性能测试结果

3 结论

燃油滤清器加热装置加热效率高,能在短时间内快速提高燃油温度, 增强燃油流动性, 降低燃油黏度,使燃油燃烧更充分,减少尾气污染的排放指标,更好地节约燃油.同时,其结构简单,安装方便,实用性强,具有一定的推广价值.

[1]方晓敏,李孝禄.一种带正温度系数材料加热的柴油喷油器[J].机电工程,2009,26(1):95-98.

[2]宋兰庭,赵云峰,张时才,等.高原(严寒)柴油动力装备燃油加热低温起动系统研制[J].小型内燃机与摩托车,2008,37(01):18-21.

[3]金志铨.再议我国的“柴油车热”[J].汽车与配件,1994(7):13-16.

[4]谢新民,土明林,邓松圣,等.新型燃油加热器研制[J].节能技术,2004(6):14-16.