一种欧三柴油滤清器的设计

ZHANGYUJIE

一种欧Ⅲ柴油发动机用恒温型燃油滤清器的设计

                        

摘要：针对欧Ⅲ柴油发动机的普遍应用，其配套使用的燃油滤清器的国产化设计制造也逐渐提上日程；本文主要阐述了一种某欧Ⅲ柴油发动机共轨系统配套使用的恒温型燃油滤清器的设计方案；该滤清器系发动机燃油系统保持恒温效果的核心部件，产品上首次应用了温控记忆弹簧装置；滤芯上应用了“M”型波纹设计，在有限的空间内布置了更大的过滤面积的滤材。
关键词：欧Ⅲ柴油发动机、滤清器、还流阀、记忆弹簧、螺纹定位
Key Words:
EuroⅢ diesel engine、Filter、Refluence valve、Memory spring
前言：随着欧Ⅲ柴油发动机的普遍应用，其配套使用的燃油滤清器的国产化设计制造也逐渐提上日程；而针对欧Ⅲ燃油滤清器的基本功能：1、很高的过滤效率（见图1）
2、完善的滤水能力（水含量为2%时，按ISO4020试验方法试验，分水能力应大于93%）
3、具有加热功能或恒温功能
其中1、2两点均靠滤材的选择或加工的过程来保证；而加热功能或恒温功能则是在结构上区别于欧2发动机用柴油滤清器的主要特征。也是欧Ⅲ型柴油过滤器设计的重点部分。目前，国内诸多的欧Ⅲ柴油滤清器均采用电加热模块来保证发动机启动时排放实现欧Ⅲ标准；而此过滤器则是巧妙的利用了高压泵的高温回油还流到主油道，使整个供油系统的燃油保持在一定的温度范围内（即供油恒温），从而保证发动机启动时实现欧Ⅲ排放标准的。




图1
一、匹配此燃油滤清器的发动机燃油系统工作原理
图2
发动机工作过程中，燃油从油箱流过手油泵;经过过滤器的过滤;再经主油道被吸至高压泵;燃油在高压泵的作用下油压升高,油温度也会迅速升高（油温分布在70~85℃）；在发动机工作的四个冲程中,只有少量的被高压泵加压燃油喷入燃烧室燃烧,而大部分的高温高压的燃油分别从高压泵、共轨管、喷油偶件回流到油箱。而此部分回流的燃油在通过燃油滤清器时,受滤清器还流阀的控制实现还流。
我们知道液体的温度和黏度是反比的关系，即燃油的温度越高，其黏度就会越小，燃油的温度越低，其黏度就会越大，燃油的运动黏度过高或过低，对欧Ⅲ排放发动机的燃油系统都不是好的状况。若其黏度过高，则燃油的流动性不好，可能会导致供油系统流阻过大，发动机出现供油不足的工况；若其运动黏度过小，则喷油系统精密部件就会加速磨损或导致燃油泄漏故障，从而影响过滤器的过滤性能，因此燃油过滤器上游的燃油温度需要控制在一定的温度范围内。
根据发动机公司提供的试验数据，过滤器上游的燃油温度一般控制在20℃~32℃，发动机开始工作后，若过滤器上游的燃油温度低于20℃，则还流阀的控制单元将分流阀门完全打开，将高温回流燃油的29±3％直接分配到滤清器的上游，与此处的低温燃油相混合，使此处的燃油温度迅速升高到20℃以上32℃（以－10＃柴油为例，此时粘度约在4.188×10-6m2/s～1.6×10-6m2/s之间）；为避免过滤器上游燃油的粘度过低，在过滤器上游的燃油温度高于32℃时，则还流阀的控制单元将分流阀门完全关闭，所有的高温回油直接进入油箱。故此燃油滤清器的控制单元在过滤器上游燃油温度低于32℃时工作，其工作的曲线如图3。

。

升温时

降温时

图3
从而保证了发动机在低温启动和低温工作过程中燃油的充分过滤，有效的保护发动机的高压泵、共轨系统及喷油偶件。
一、
燃油滤清器主要结构原理

还流阀

滤芯

水位报警器

下壳体

上壳体

图4

如图示，此燃油滤清器主要由以下Ⅲ大部分组成
1装有还流阀控制单元的上壳体组件
2粘接了M型波纹高效过滤滤纸的滤芯组件
3带有水位报警装置的下壳体组件
1、
装有还流阀控制单元的上壳体组件的结构设计
装有还流阀控制单元的上壳体组件上有四个油管(图5)，主进油管与油箱以及还流阀控制单元的下游连通；主出油管则是经过滤清器过滤的燃油被吸向高压泵的通道；两个回油管分别与高压回油的几个单元（喷油偶件、共轨管、高压泵）以及油箱连通。而在两个回油管的中间就形成了还流阀控制单元上游。

图5

如图6所示为还流阀控制单元在过滤器上壳体组件中的安装位置，O型圈将还流阀的阀腔分成上下游，在发动机工作时，上游的一侧

图6

充满了高温回流的燃油，而下游的回位弹簧、阀芯及温度记忆弹簧全部浸泡在过滤器上游的油液中。阀芯在回位弹簧和温度记忆弹簧的共同作用下工作，当滤清器上游的燃油温度高于32℃时，温度记忆弹簧刚性完全恢复，利用自身的推力推动阀芯克服回位弹簧的弹力，使阀芯向右移动，完全将回油阀上下游连通的油孔堵住，使高温回流的燃油直接进入油箱。而当过滤器上游的油温低于20℃时，温度记忆弹簧的刚性完全消失，记忆弹簧失去弹力，阀芯在回位弹簧的作用下向右移动，阀门打开，使高温回流的燃油进入过滤器的上游与低温的燃油混合，致使其温度逐渐升高，黏度下降；而当其温度逐渐升至20℃以上时，记忆弹簧也逐渐恢复刚性，直至32℃时，阀芯完全关闭，还流阀控制单元如此反复（记忆弹簧的工作曲线参见图3），使得过滤器上游的油温控制在一定的范围内，从而控制燃油的黏度，保证了欧Ⅲ燃油系统有效正常的工作。
2、“M”型波纹的设计
此燃油滤清器在发动机设计时预留的位置有限，而根据实际状况，过滤面积的要求不小于0.4m
2。滤层高度不高于93 mm，而其滤层的波纹最高为26.5mm。
根据公式S=2h×N×L
S-------------有效过滤面积
h-------------波纹高度
N------------波纹数
L-------------波纹长度

则至少需要在滤芯上布置82个波纹，而其滤芯的内圆直径φ32mm，即要在内圆周长100.48mm布置82个波纹。而滤层的厚度 ，因此无按传统的波纹制作法无法布置。

图7

而采用了“M”型波纹的设计后（图7），同样的波纹数则会增加1/3的过滤面积。即原需布置82个传统波纹的滤芯采用了“M”型波纹后，只需55个，根据滤纸的厚度δ×55= ＜100.48mm,既解决了此问题。
综上所述，该恒温型过滤器在结构设计时结合了用户的需求，在相应紧凑的空间内设计了“M”型波纹的滤芯，应用了还流阀控制单元，使得过滤器上游的燃油温度得到了有效的控制，从而满足了欧Ⅲ排放发动机的匹配要求。

liongao

图好像没传上来，同行希望多交流gaofei6@163.com

lezi171

你觉得能跟中国的汽车匹配吗？还有汽油质量问题

山阴水阳

我觉得你说的这个油温-燃油捻度问题只是次要因素，在中国可以被忽略，因为国三共轨柴油机面临的主要油品问题是硫含量的高低，而国内的燃油硫含量太高，很难达到要求。

zxs258

楼主在吗？能不能发给我一份参考一下，我的qq83208496，谢谢