?

某款客車用柴油機(jī)低壓燃油管路試驗(yàn)分析

那大功

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

摘要在某款電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用負(fù)壓燃油系統(tǒng)，在配套客車時(shí)，出現(xiàn)起動(dòng)困難。為解決此問題，采用試驗(yàn)分析的方法，在試驗(yàn)室模擬整車低壓燃油管路布置，研究負(fù)壓燃油系統(tǒng)工作時(shí)外接低壓燃油管路的工作狀態(tài)，分析負(fù)壓燃油系統(tǒng)下，柴油濾清器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的影響，并驗(yàn)證改進(jìn)后燃油濾清器的效果。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)試驗(yàn)分析燃油濾清器

來稿日期：2014-09-15

1　前言

某電控柴油機(jī)燃油泵采用負(fù)壓系統(tǒng)，在配套整車時(shí)出現(xiàn)起動(dòng)問題。其中某型號(hào)電控柴油機(jī)配套考斯特車型，在用戶使用過程中多次發(fā)生起動(dòng)困難及怠速熄火問題。在現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)，通過改變低壓燃油管路系統(tǒng)，可以改善此類故障，但是沒有找到根本原因，因而沒有根本的解決措施。針對(duì)這一問題，采取了試驗(yàn)研究方法。在試驗(yàn)室中按照整車低壓燃油管路的實(shí)際布置情況，模擬各種布置匹配狀態(tài)，以尋找可能導(dǎo)致故障的根本原因，并在試驗(yàn)中予以驗(yàn)證，找出最終解決問題的方法。

低壓燃油管路系統(tǒng)處于柴油機(jī)廠商及整車廠商配套的中間環(huán)節(jié)，雙方很少在各自系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行研究。由于缺少相關(guān)的資料和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，因此采用了試驗(yàn)分析的方法。在試驗(yàn)室中模擬整車的燃油系統(tǒng)工作狀態(tài)，來分析這個(gè)問題，也可以為其他電控柴油機(jī)燃油負(fù)壓系統(tǒng)的研究提供參考。

2　試驗(yàn)分析方法

在不具備整車試驗(yàn)的條件下，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上模擬整車的燃油管路狀態(tài)來進(jìn)行試驗(yàn)，通過測(cè)量?jī)x器記錄需要的數(shù)據(jù)，采用透明燃油管路來觀察運(yùn)行過程中燃油運(yùn)行的狀態(tài)；模擬幾種故障發(fā)生方式，驗(yàn)證低壓燃油管路中造成柴油機(jī)起動(dòng)問題的根本原因。

在試驗(yàn)室中模擬整車低壓燃油管路布置。發(fā)動(dòng)機(jī)布置試驗(yàn)臺(tái)架上，燃油箱采用整車廠提供的油箱，柴油精濾器及粗濾器與整車配置的一致，燃油管路長(zhǎng)度和內(nèi)徑與整車的相同，且采用透明材料，接頭布置與整車的一致。管路及傳感器布置位置見圖1。

圖1　試驗(yàn)布置示意圖

試驗(yàn)中需要記錄的數(shù)據(jù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)燃油進(jìn)油口處的燃油壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油回油口處的燃油壓力，燃油進(jìn)油溫度，燃油粗濾器和精濾器之間的燃油壓力，以及油箱壓力。除此之外還需要記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的性能數(shù)據(jù)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油量、共軌設(shè)定壓力、實(shí)際共軌壓力、ECU電壓等電控發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元可以記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)需要全程記錄，且可以用于繪制曲線，便于分析。

分析整個(gè)管路系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)燃油濾清器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較大，尤其是集濾清功能、手泵功能和油水分離功能于一體的燃油精濾器。以往在整車上發(fā)生故障時(shí)，更換不同燃油濾清器，可以現(xiàn)場(chǎng)解決用戶的問題。分析和比較更換前后的2種燃油濾清器，其結(jié)構(gòu)和原理上有一定的差異，濾清器的排氣功能不同。通過試驗(yàn)來驗(yàn)證濾清器是否導(dǎo)致起動(dòng)問題的因素，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)能否滿足實(shí)際需要，并解決問題。

3　試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行的，發(fā)動(dòng)機(jī)及燃油管路試驗(yàn)室布置如圖2所示。

圖2　臺(tái)架試驗(yàn)照片

試驗(yàn)項(xiàng)目按照表1中的分類進(jìn)行。冷車起動(dòng)是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行后停車靜止一個(gè)晚上或更長(zhǎng)時(shí)間后起動(dòng)；熱車起動(dòng)是指在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，停車10 min左右再次起動(dòng)。濾清器空罐泵油是將新的燃油濾清器中的燃油倒光，連接管路后泵燃油至精濾器出油口處出油為止。模擬了幾種可能發(fā)生的故障狀態(tài)：（1）油箱缺油狀態(tài)；（2）松喉箍，是為了模擬燃油管路泄漏現(xiàn)象；（3）晃動(dòng)油箱，可以簡(jiǎn)單模擬整車運(yùn)行中的油箱狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)在油箱油量不太多的情況下進(jìn)行。

試驗(yàn)時(shí)選擇幾種不同的燃油濾清器，重復(fù)上表中各種試驗(yàn)項(xiàng)目。表中的故障件是從發(fā)生問題的整車上拆下的零件，并不是說明零件本身確實(shí)有問題。并選取了不同廠商生產(chǎn)的燃油濾清器進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中注意觀察低壓燃油管路中的氣泡情況，同時(shí)記錄全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.1不同直徑管接頭對(duì)比試驗(yàn)

故障件的燃油管接頭管徑為Φ8，是整車廠自己更換的零件，發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的燃油管接頭管徑為Φ10，分別選用2種管徑的接頭進(jìn)行試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)在空罐泵油情況下可以正常起動(dòng)，此時(shí)管路中存在大段空氣，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，空氣段逐漸減少，最終整個(gè)燃油管路中基本無可見氣泡，通過透明管，可以明顯看到空氣從燃油回油管回到油箱。試驗(yàn)前晃動(dòng)燃油精濾器，感覺很空，表明濾清器并沒有注滿燃油；當(dāng)燃油管路中充滿燃油時(shí)，濾清器基本充滿，但有少量空氣始終無法排除。在臺(tái)架試驗(yàn)中，配置故障件的發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有發(fā)生熱車起動(dòng)困難及起動(dòng)熄火現(xiàn)象。試驗(yàn)過程中進(jìn)、回油阻力見圖3。進(jìn)油壓力為總的進(jìn)油阻力，運(yùn)行中＜20 kPa，瞬時(shí)最大值＜30 kPa，滿足高壓油泵阻力＜30 kPa的要求；阻力隨轉(zhuǎn)速增加增大，隨溫度增加而增大，隨燃油管路中氣泡增加而增大。正常運(yùn)行狀態(tài)下，選用2種管徑的接頭沒有發(fā)生起動(dòng)困難問題。

表1　試驗(yàn)項(xiàng)目表

圖3　故障件正常試驗(yàn)曲線

3.2進(jìn)油口處喉箍松動(dòng)試驗(yàn)

故障件選用Φ8接頭作試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，松開燃油精濾器進(jìn)油口處的喉箍，模擬燃油管路泄漏情況?？梢悦黠@看到燃油管路中有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，晃動(dòng)精濾器可以發(fā)現(xiàn)，濾清器中空氣逐漸增加，并持續(xù)一段時(shí)間；期間發(fā)動(dòng)機(jī)在高速及加載工況下運(yùn)行，沒有出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。此時(shí)停機(jī)并靜置10 min以上，觀察到燃油管路中有大段空氣，燃油濾清器中燃油不足一半。然后再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)生起動(dòng)后熄火，此時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)，燃油管路中的燃油可供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；但是由于管路中存在大量空氣，以及濾清器中嚴(yán)重缺油，油箱中燃油無法及時(shí)供給發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后熄火。此時(shí)進(jìn)行手動(dòng)泵油，排除管道中的空氣，直到精濾器出油口處出油為止。再進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常起動(dòng)。在松喉箍試驗(yàn)中，Φ10管徑接頭的零件沒有發(fā)生起動(dòng)問題。

3.3改進(jìn)型燃油精濾器試驗(yàn)

采用改進(jìn)型燃油精濾器進(jìn)行試驗(yàn)。改進(jìn)型濾清器參考了其他廠商產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，在濾清器中增加了排氣功能。通過試驗(yàn)驗(yàn)證改善的濾清器排氣功能是否起作用。選用2種規(guī)格的接頭，在濾清器高置、濾清器低置、濾清器空罐泵油等幾種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)冷車及熱車都可以正常起動(dòng)。當(dāng)燃油管路中空氣基本消失的情況下，觀察發(fā)現(xiàn)濾清器中的空氣量少于改進(jìn)前的濾清器。松開濾清器進(jìn)油口喉箍，模擬燃油管路泄漏情況，管路中有連續(xù)氣泡產(chǎn)生，濾清器中的空氣量開始增加，直至空氣量不再增加為止。檢查此時(shí)濾清器中的空氣量，少于原故障件在同等條件下的空氣量。停車10 min以上，發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常起動(dòng)，未發(fā)生起動(dòng)熄火現(xiàn)象。試驗(yàn)過程中記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)，如圖4所示。試驗(yàn)過程中共軌壓力值一直保持與設(shè)定值一致，這表明共軌燃油壓力沒有受到影響。

圖4　改進(jìn)件試驗(yàn)曲線

3.4低油位試驗(yàn)

在進(jìn)行油箱缺油試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，油箱缺油狀態(tài)下燃油管路中布滿氣泡，進(jìn)、回油阻力都變大。試驗(yàn)期間，在配置幾種不同燃油濾清器的情況下，柴油機(jī)仍可正常運(yùn)行。進(jìn)、回油阻力變化情況見圖5，圖中最右邊圓圈中的部分為油箱缺油狀態(tài)。停車靜置10 min后，氣泡匯集成大段空氣集聚在燃油管路中，燃油精濾器中也有很多空氣，在幾次試驗(yàn)中出現(xiàn)過起動(dòng)困難及起動(dòng)后熄火現(xiàn)象。通過手工泵油排除空氣后，發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常起動(dòng)。缺油狀態(tài)取決于油箱吸油管的布置結(jié)構(gòu)。本次試驗(yàn)時(shí)燃油液位高度與油箱內(nèi)部吸油口高度接近時(shí)才出現(xiàn)以上情況。

3.5低油位晃動(dòng)油箱試驗(yàn)

采用幾種不同的燃油濾清器，在油箱油量不多的情況下晃動(dòng)油箱。本次試驗(yàn)時(shí)，油箱中的油量多于3.4節(jié)中試驗(yàn)時(shí)油箱中的油量。可以看到油箱出油口出現(xiàn)連續(xù)氣泡，進(jìn)、回油阻力都變大，但是發(fā)動(dòng)機(jī)仍可正常運(yùn)行。柴油機(jī)高速高負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后停車，靜置10 min后，燃油管路中的大量氣泡匯聚成大段空氣，燃油精濾器中有很多空氣；在幾次試驗(yàn)中，出現(xiàn)過起動(dòng)困難及起動(dòng)熄火現(xiàn)象。手動(dòng)泵油排除空氣后，發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常起動(dòng)。汽車用油箱中燃油，在使用過程中必然會(huì)隨著車輛運(yùn)行中加速及起停不斷搖晃，試驗(yàn)中模擬了這些狀況。

3.6其他廠商零件試驗(yàn)

選取了其他廠商的燃油精濾器，進(jìn)行以上試驗(yàn)項(xiàng)目。廠商零件1，在松喉箍試驗(yàn)中沒有發(fā)生起動(dòng)問題，但在低油位試驗(yàn)和低油位晃動(dòng)油箱試驗(yàn)中同樣發(fā)生了起動(dòng)熄火現(xiàn)象；廠商零件2，在松喉箍試驗(yàn)、低油位試驗(yàn)及低油位晃動(dòng)油箱試驗(yàn)中都發(fā)生了起動(dòng)熄火現(xiàn)象。其中，廠商零件1就是改進(jìn)型、帶有排氣功能的柴油濾清器，廠商零件2是其他結(jié)構(gòu)，本身沒有排氣功能的柴油濾清器。

試驗(yàn)中，燃油濾清器高置及低置，以模擬在整車布置中的高度位置。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)濾清器可以將燃油管路中形成的小氣泡堆積成大的氣泡，高置情況比低置情況形成的氣泡更大；也就是說，在其他條件相同的臨界情況下，高置的濾清器更容易出現(xiàn)起動(dòng)熄火及起動(dòng)困難的現(xiàn)象。

燃油進(jìn)油管路中原有的空氣及運(yùn)行中產(chǎn)生的氣泡，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油接口后，可以通過回油接口排出。觀察過程中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)軌壓沒有明顯影響，表明高壓油泵本身具有除氣功能，可以排除系統(tǒng)中的空氣，不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

在試驗(yàn)中，觀察到整車廠提供的油箱可以有效保證油箱內(nèi)的氣壓與大氣壓力沒有明顯差異，二者相差一般＜1 kPa。這表明油箱有壓力調(diào)節(jié)裝置，不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓倒吸油的現(xiàn)象，故這種油箱不是影響柴油機(jī)起動(dòng)及熄火的原因。

4　結(jié)論

幾種濾清器組合在燃油管路沒有泄漏的情況下，都沒有出現(xiàn)起動(dòng)困難及起動(dòng)熄火的情況。配置的幾種組合的燃油管路進(jìn)油阻力，在整個(gè)試驗(yàn)中都滿足高壓油泵阻力要求（≤30 kPa）；在試驗(yàn)過程中阻力會(huì)隨轉(zhuǎn)速增加而增大，隨溫度增高而增大，隨油路中氣泡增加而增大；在規(guī)定要求范圍內(nèi)，進(jìn)油阻力不是影響柴油機(jī)起動(dòng)及熄火的主要原因。

在模擬低壓燃油管路輕微泄漏的情況下，配置故障件燃油濾清器的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了起動(dòng)熄火情況，配置結(jié)構(gòu)改進(jìn)的燃油精濾器的發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有出現(xiàn)起動(dòng)困難及起動(dòng)熄火的情況。在油箱缺油及劇烈晃動(dòng)油箱的情況下，幾種濾清器都出現(xiàn)過起動(dòng)困難或起動(dòng)后熄火的情況。可以看出，無論是泄漏、油箱缺油或者是油箱劇烈晃動(dòng)，都造成了低壓燃油管路中充滿了大量空氣。而燃油濾清器會(huì)逐漸被空氣充滿，這個(gè)是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難或者起動(dòng)后熄火的主要原因。改進(jìn)后的燃油濾清器改善了濾清器的排氣功能，在管路中氣泡不太多的時(shí)候，仍然可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)，也僅僅起到改善作用。在管路中氣泡太多的情況下，運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)還是會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)困難及起動(dòng)熄火現(xiàn)象。

因此，在配套負(fù)壓系統(tǒng)的低壓燃油管路時(shí)，應(yīng)該盡量選擇合適的燃油接頭及管路布置，以保證在安裝及劇烈運(yùn)行的過程中不發(fā)生泄漏。負(fù)壓系統(tǒng)的燃油管路中，出現(xiàn)泄漏不易被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椴粫?huì)有燃油滲出。應(yīng)該選擇具有一定排氣功能的燃油濾清器以及比較順暢的燃油管路走向，這樣即使運(yùn)行過程中有氣泡產(chǎn)生，也可以順暢地排走；盡量不要讓空氣保留在燃油濾清器中，這樣最容易導(dǎo)致起動(dòng)問題。整車廠的燃油箱在設(shè)計(jì)吸油管時(shí)，應(yīng)該盡量考慮到，在油量較少及油箱傾斜和劇烈晃動(dòng)的情況下吸油順暢，盡量少吸入空氣。管路中的手油泵應(yīng)該布置在比較容易操作的地方，同時(shí)需要在高點(diǎn)布置除氣螺栓，因?yàn)楹茈y完全排除起動(dòng)問題，在發(fā)生這類問題的現(xiàn)場(chǎng)僅有的解決辦法就是用手油泵泵油排氣。與正壓系統(tǒng)相比，負(fù)壓系統(tǒng)對(duì)低壓燃油管路的密封性、管路布置等的要求更高，需要在配套及安裝過程中注意。

圖5　油箱缺油試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖

Experimental Analysis of Low Pressure Fuel Lines of a Diesel Engine for Bus

Na Dagong

（Shanghai Diesel Engine Co., Ltd., Shanghai 200438, China）

Abstract:The fuel system adopted by an electronically controlled diesel engine is a negative pressure system. The problem of difficult starting occurred when the engine was initially used for a bus. To deal with the issue, an experimental analysis of the low pressure fuel lines of the engine was carried out by simulation of the layout of the low pressure fuel lines on the bus. The tests were made to study the working situation of low pressure fuel lines and the influence of fuel filter on engine starting under a negative pressure fuel system, and to verify the effectiveness of improved fuel filter.

Key words:diesel engine, experimental analysis, fuel filter

作者簡(jiǎn)介：那大功（1979-），男，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)客車配套。

doi:10.3969/j.issn.1671-0614.2015.01.006