1、 汽 车 电 器 2023 年 第 2 期 燃 油加 热 辅助 热 源在 商 用汽车 上 的 应 用 李 杨，周 舟（北京 汽车 研 究 总 院 有限公司，北京 102200）【摘 要】本文 主要 阐 述 水 暖 式 和 空气式这 两 种 燃 油 加 热 辅助 热源系统在 商 用 汽车上的 应用，有 效 解决 高 寒 地 区 发动 机 冷 起 动、驻 车 采 暖、辅助 采 暖 以 及 低 牌 号 油 在高 寒 地区 使 用 等 问题，以 便 提高整 车 在高 寒 地区 使 用 的 可 靠 性和热 舒 适 性。【关键词】辅助 热源；燃 油 加 热 器；水 暖 式 燃 油 加 热 器；空气式 燃
2、油 加 热 器 中图分类号：U463.6 文献标志码：A 文章编号：1003-8639（2023）02-0031-05Application of Fuel Heating Auxiliary Heat Source in Commercial Vehicles LI Yang，ZHOU Zhou（Beijing Automotive Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 102200，China）【Abstract】This paper mainly describes the application of two fuel heating auxiliar
3、y heat source systems，water heating and air heating，in commercial automobiles，which can effectively solve the problems of cold start of engine，parking heating，auxiliary heating and low-grade oil in high-cold areas，so as to improve the reliability and thermal comfort of the whole vehicle in high-cold
4、 areas.【Key words】auxiliary heat source；fuel heater；water-heated fuel heater；air fuel heater 收稿日期：2022-07-21随着人 们 对汽车 舒适 性 要 求 的不断 提高，以 及国 际 社 会对汽车 节 能 环 保 认 知 的 进一 步 加 强，更 加 促 进 了 商 用 汽车 公 路 物 流 跨 地区 流通 的 快 速 发展，使得以下 4个方 面的 问题 越 来 越 突 出：发动 机 尤 其 是 柴 油 发动 机 在高 寒 地区 的冷 起 动 问题；高 寒 地区 驻 车 采 暖 问题；低 气 温
5、情 况下，传 统 发 动 机 利 用 发动 机 水 温 给 车 身 内部提 供 热 源 热量 不 足 的 采 暖 问 题；跨 温 带 与 寒 区 的 物 流 车 辆 燃 油 箱 结 蜡 及 运 营 成 本 增加 问题。如 何 解决 以上 问题，就 是 本 次 论 文 阐 述 的重 点。1 汽 车 在低温环境下使 用 需 要 解决 的 问题 1）低 温环境温度下的发动 机 预 热 起 动 问题。在 极 端 严 寒工况下，汽车发动 机 尤 其 是 柴 油 发动 机（柴 油 发动 机与 汽 油 发动 机相 比，热 效率 高 30%）冷 却 液 温度 较 低，发动 机 机 油粘 度 增大，发动 机 曲
6、 轴 起 动 负 荷 增大，导致 发动 机 无 法 正 常 启 动。2）驻 车 休 息时 暖 风装置 的 热 源 问题。传 统 的汽车 暖 气 装置 热量 由 发动 机 启 动 后 加热 的冷 却 液 提 供，但 当 驻 车 休 息 需 要 采 暖 时，发动 机 需 要 持 续不断 地 工 作 以 提 供 热 源，这 时 发动 机 功耗大、噪 声 大，经济 性 及 舒适 性 很 差。3）低 温环境温度下的驾驶 室 采 暖 不 足 问题。在低 温环 境下，发动 机 正 常工 作时 冷 却 液 温度 较 低，而驾驶 室 采 暖 是 以发动 机 冷 却 液 余 热 做 为 热 源 进 行 采 暖 的
7、，这 时 发动 机 冷 却 液 提 供 给 暖 风装置 的 热量 不 足，导致 驾驶 室 采 暖 除 霜 能 力 有 限，整 车 舒适 性 较 差。4）低 温环境温度下 低 牌 号 油 品 使 用 可 靠 性 问题。一 些 进 行 跨 区 域 运 输 的 物 流 车，在 温 带 加 注 的 低 牌 号 油 品，运 行到寒 区 后 油 箱 结 蜡（图 1），发动 机 无 法 工 作，影响 正 常工 作，运 营 成 本 增加。2 燃油加热 辅 助热源 及 关键部 件 简介 在 阐 述 之 前，先 需 要 清 楚 以下 两 个 基 础概 念。辅助 热 源（Supplementary Heat Sou
8、rce）：在高 寒 气 候 条 件 下，指 区 别 于 传 统 的 利 用 发动冷 却 液 余 热 给 汽车驾驶 室 采 暖、发动 机 预 热 冷 起 动、蓄 电池 加热、燃 油 箱 加热 等 需 要热 保 护 和 需 要在一定 工 作 温度下 才 能 保 证 性 能 的汽车 部 件提 供 热量 的 热 源。燃 油 加热 器：以 碳 氢 化 合 物 等 化 学燃 料 为 原 料（主要 与 发动 机 共 用 燃 料），通过 这 些 燃 料 在 特 定 装置 中 燃 烧 产 生 热量，以 空 气 或 液 体为 导 热 介 质，具 有 使 这 些 介 质 循 环的 动力 装置 和 热 保 护 等 控
9、制系统，把 燃 烧 产 生 的 热量通过 这 些 介 质 提 供 给 驾驶 室 暖 风系统、发动 机 缸 体 预 热 等 需 要提 供 热 源 的 装置。燃 油 加热 器 主要 有 两 种结 构，分 别 是 水 暖 式 燃 油 加热 器 和 气 暖 式 燃 油 加热 器。2.1 水 暖 式燃油加 热 器 的 结构 水 暖 式 燃 油 加热 器 的 结 构 如 图 2所示。水 暖 式 燃 油 加热 作 者 简 介 李 杨（1984），男，工程 师，主要从事 汽车 空 调 系 统 开 发 研 究 及 军 用 车 辆 上 装 设 备 研 究 开 发工 作。图 1 油箱 结 蜡 Designresea
10、rch/设计研究 31 DOI:10.13273/ki.qcdq.2023.02.027A uto electric parts No.02，2023器 是 以 水 或 防 冻 液 作 为 导 热 介 质 的 燃 油 加热 器，具 有 使 导 热 介 质 循 环的 水 泵 等动力 装置 和 水 温 控制系统 的 装置。2.2 气 暖 式燃油加 热 器 的 结构 气 暖 式 燃 油 加热 器 以 空 气 作 为 导 热 介 质 的 燃 油 加热 器，具 有 使 导 热 介 质 循 环的 鼓 风机 等动力 装置 和出 气 温度 控制 系统 的 装置。气 暖 式 燃 油 加热 器 的 结 构 如 图
11、 3所示。2.3 燃油加 热 器 控制面板 燃 油 加热 器 控制 面 板 如 图 4所示。2.4 主油箱燃油传感器总 成 主 油 箱 燃 油 传 感 器 总 成 如 图 5所示。2.5 液 体 单向阀 图 6 是 一 种“”字 型 的 四 通 道 液 体 机 械 阀，只 有 2 个通 路，一 条 是“一”字 型 通 路，另 一通 路 是“倒 几”字 型 通 路，利 用 4 个 进 出 水 口 的 液 压 差，控制 腔 体 内 球 阀 运 动，实现不同的 流 向 控制。其 中，燃 油 加热 器 停 机时 阀 的状 态 见 图 7，燃 油 加热 器 工 作时 阀 的状 态 见 图 8，燃 油 加
12、热 器 停、发动 机 工 作时 阀 的状 态 见 图 9。图 2 水暖式 燃 油加 热 器 的结 构 图 3 气暖式 燃 油加 热 器 的结 构 图 5 主油箱 燃 油传感器总 成 图 4 燃 油加 热 器 控制面板 图 6“”字 型 的 四通道液 体 机 械阀 图 7 停 机 时 阀 的 状态 图 8 燃 油加 热 器 工作 时 阀 的 状态 设计研究/Designresearch 32 汽 车 电 器 2023 年 第 2 期 2.6 燃油 电 磁阀 图 10所示 为 一种三通 道的电 磁 导 通 阀，燃 油 加热 器 进 油 管 里的 油 通过 电 磁 阀 控制 可 以 分 别 来自 主
13、 油 箱 和 副 油 箱。2.7 电 磁水阀 图 11所示 为 单 向 导 通 电 磁 阀，控制 所 串 接 回 路 中 水 道的 通 断。2.8 空 气单向导通阀 在通 风 道 内 腔 截 面 安 装 百 页 窗，百 页 窗 的 栅 页 是 轻 质 柔 软 薄 膜 粘 贴 在 塑 料 骨 架 上，利 用 风 道 通 风时 内 腔 截 面 百 页 窗 两 侧 风 压，正 向 流通 时风 压 吹 开 薄 膜 使 风 单 向 流通，反 向 流 通 时 百 页 窗 薄 膜 压 紧 阻断 通 路的 一种 空 气 阀。3 燃油加热 辅 助热源在汽 车 上 的应用 3.1 水 暖 式燃油加 热 器在汽 车
14、上的 应 用 3.1.1 水 暖 式 燃 油 加热 器 在 汽车上的 安 装（图 12）3.1.2 水 暖 式 燃 油 加热 器 的 主要功能 1）利 用 燃 油 加热 器 给 发动 机 预 热，解决 发动 机 低 温 起 动 问题。2）在 发动 机 水 温 较 低，提 供 给 暖 风循 环 水 的 水 温不 足 时，辅助 发动 机 提高 水 温，满足 驾驶 室 采 暖、除 霜、除 雾 要 求。3）在高 寒 地区 仍 可 采 用低 牌 号 的 油 品，解决 长 途 运 输 车 跨 区 域 高低 牌 号 油 品 气 温 适 应 性 问题，同 时 降低 油 料 使 用 成 本，节 能降耗。4）燃
15、油 加热 器 有 过热 保 护、定 时 开 机 预 设 功能、遥 控 开 机 功能。3.1.3 水 暖 式 燃 油 加热 器 的 控制 策略 和工 作 原理 3.1.3.1 工 作 原理 工 作 原理 如 下：打 开 燃 油 加热 器 开 关（或 遥 控、或 定 时），加热 器 主 机 通过 油 泵 从发动 机 油 箱 吸 取 燃 油 在主 机 燃 烧 室 雾 化 点 燃，燃 烧 产 生 的 热量加热主 机 内 换 热 芯 体；燃 油 加热 器 主 机 水 泵循 环发动 机 冷 却 液 经 过主 机 换 热 芯 体 进 行 传 导 加热；加热 的发动 机 冷 却 液 通过各种 控制系 统，对发
16、动 机、暖 风机、油 箱 进 行 加热。依 据 主 油 箱 油 品 是 否 结 蜡 的 情 况，具 体 可 分 为以下 两 种 情 况 介绍。1）环境温度 较 低，主 油 箱 油 品正 常（仪 表 台 综 合 显 示 屏 显 示油 温为 非 结 蜡 状 态），但 发动 机 起 动 仍 有 困难，驾驶 室 采 暖 效 果 不 良。先 启 动 燃 油 加热 器，其用 油来自 主 油 箱，即 主 副 油 箱 切 换 开 关 H 打 在主 油 箱 位 置，油 阀 M 截止 副 油 箱 油 路；同 时控制 仪 表 台 电 磁 水 阀 开 关 J，使 燃 油 加热 器 至 主 油 箱 上的 水 阀 K 关
17、 闭，不 用 为 主 油 箱 加热；待 发动 机 水 套 内 水 温上 升后 再 启 动发动 机，确 保 一 次 起 动成 功。具 体 步 骤 分析 如 下，见 图 13。燃 油 加热 器 油 回 路为：F（主 油 箱）b（油 阀 前 油 管）d（油 阀 后 油 管）C（燃 油 加热 器），即：主 油 箱 燃 油 加热 器。燃 油 加热 器 循 环 水 回 路为：C 3 4 5 B 8 9 A 1 2 C，即：燃 油 加热 器 暖 风机 发动 机 燃 油 加热 器。2）环境温度 很 低，主 油 箱 油 品 结 蜡。主 油 箱 油 品 没 有 解 冻 之 前，根据 主 油 箱 油 温，先 启 动
18、 燃 油 加热 器，其用 油来自 高 牌 号 副 油 箱，即 主 副 油 箱 切 换 开 关 H 打 在 副 油 箱 位 图 9 燃 油加 热 器 停、发 动机 工作 时 阀 的 状态 图 10 三 通道 的电 磁 导 通 阀 图 11 单 向 导 通 电 磁阀 图 12 水暖式 燃 油加 热 器 在 汽车 上 的 安装 示意 图 图 13 环境温 度 较 低，主油箱油 品正 常 Designresearch/设计研究 33A uto electric parts No.02，2023置，油 阀 M 截止 主 油 箱 油 路；控制 仪 表 台 电 磁 水 阀 开 关 J，使 燃 油 加热 器
19、至 主 油 箱 上的 水 阀 K 打 开，同 时 为 主 油 箱 加热 和驾驶 室 暖 风 芯 体 供 热；主 油 箱 在 循 环 水 加热 情 况下 局 部 油 温 回升 到 解 冻 状 态，发动 机 缸 套 内 的 水 温 回升 到发动 机 热 机 状 态，发动 机 油 管 在 水 管 的 伴 热 下 解 冻，监 控 仪 表 台 综 合 显 示 屏 主 油 箱 油 温，起 动发动 机 工 作，然 后 操 作 主 副 油 箱 切 换 开 关 H 打 到 主 油 箱 位 置，油 阀 M 截止 副 油 箱 油 路；因 为 燃 油 加热 器 油 管 b和发动 机 进 油 管 a与循 环 水 管 捆
20、 扎，所 以 油 管 内 油 路 解 冻，不 存 在 油 路不 通 问题。具 体 如 图 14所示。燃 油 加热 器 油 回 路为：E（副 油 箱）d（油 阀 后 油 管）C（燃 油 加热 器）。主 油 箱 油 温 正 常、发动 机 工 作后 F（主 油 箱）b（油 阀 前 油 管）d（油 阀 后 油 管）C（燃 油 加热 器）。即：首先 是 副 油 箱 燃 油 加热 器，然 后 是 主 油 箱 燃 油 加热 器。燃 油 加热 器 循 环 水 回 路 阐 述 如 下。水 路 循 环：，即：一 路 燃 油 加热 器 主 油 箱 发动 机 燃 油 加热 器；另 一 路 燃 油 加热 器 暖 风 箱
21、 发动 机 燃 油 加热 器。3.1.3.2 控制 策略 1）整 车 配有 两 个 不同 容量 的 燃 油 箱，主 油 箱 装 700L左 右 0 低 牌 号 油 品，副 油 箱 装 20L左右-35 高 牌 号 油 品，驾 驶 舱 仪 表 台 装 综 合 显 示 屏，通过主 油 箱 油 温 传 感 器 监 控 主 油 箱 油 温，依 此 判 断 主 油 箱 油 品 是 否 为 非 结 蜡 状 态，通过 主 副 油 箱 切 换 开 关 H 控制 燃 油 加热 器 油 路 切 换 阀门 开 关，控 制 燃 油 加热 器 工 作 用 油来自 不同 牌 号 油 品 的 油 箱。2）监 控 主 油 箱
22、 油 温，通过开 关 J控制 燃 油 加热 器 至 主 油 箱 加热 水 管循 环 水 阀 K 开 启 与 否，主 油 箱 油 口非 结 蜡 状 态 时 关，结 蜡 时 开。3）燃 油 加热 器关 闭 时，连 接 燃 油 加热 器 与 发动 机 的 四 通 单 向水 阀，控制 发动 机循 环 水 不 经 过 燃 油 加热 器 循 环，与 传 统 发动 机 冷 却 回 路 一 样。4）进 入 燃 油 加热 器 的 油 管 及 发动 机 吸 油 管与 红 色 的 循 环 热 水 管 捆扎，确 保 发动 机、燃 油 加热 器 所 有 油 路 来自 主 油 箱 时，油 管 不 结 蜡 堵 塞，因 为
23、燃 油 加热 器 在 利 用 副 油 箱 预 热 发动 机时，加热 的 循 环 水 给 油 管 提 供 热量。3.2 空 气式燃油加 热 器在汽 车上的 应 用 3.2.1 空 气式 燃 油 加热 器 在 汽车上的 安 装（图 15）加热 器 主 机、燃 烧 空 气 进 气 管、排 烟 管 等 安 装 于 驾驶 室 外 面，驾 驶 室 内 空 气 回风管、出 风管 安 装 于 驾驶 室 内，排 风管与空调 箱 连 通。3.2.2 空 气式 燃 油 加热 器 的 主要功能 1）在低 温环境下，传 统 利 用 发动 机 余 热 采 暖 水 温 低，热量 不 足，辅助 提高暖 风装置 的 采 暖、除
24、 霜、除 雾 能 力。2）在低 温环境下，驻 车 采 暖，不 用 起 动发 动 机，低 油 耗，能 持 续 工 作 8h，可 以 保 证 驻 车 时 驾驶 舱内 恒 温、静 音、节 能，提高 驾驶 舱 舒适 性。3）燃 油 加热 器 有 预 设 定 时 开 机 功能、遥 控 开 机 功能。3.2.3 空 气式 燃 油 加热 器 的 控制 策略 和工 作 原理 3.2.3.1 工 作 原理 1）打 开 燃 油 加热 器 开 关（或 遥 控、或 定 时），加热 器 主 机 通过 油 泵 从发动 机 油 箱 吸 取 燃 油 在主 机 燃 烧 室 雾 化 点 燃，加热主 机 内 换 热 芯 体。2）燃
25、 油 加热 器 主 机风机 抽 取 驾驶 室 内 空 气经 过主 机 燃 烧 室 换 热 芯 体 进 行 加热，通过主 机 排 风管 吹 到 空调 箱 总 成，经 过 空调 箱 各 出 风 模式，达 到 除 霜、除 雾、采 暖 的不 同 要 求。3.2.3.2 控制 策略 1）通过 燃 油 加热 器 控制 器 可 调 节 4挡 不同的出 风 口 温 度，使驾驶 室 内 温度 可 调，可 调 节 驾驶 室 内 温度 分 别 达 到 1040，当 出 风 口 的温度 高于 80 时 自 动 停 机保 护，当 关 闭燃 油 加热 器 时，加热 器 内 的 循 环 风 扇 会 延 迟 3min 给 主
26、 机 降 温 后 停 机，保 护 主 机 不 过热失 效。2）开 空调时（制 冷 模式），燃 油 加热 器 不 能开 机 工 作，因 为 制 冷 时 一 般 不 需 要 辅助 热 源，具 体 见 图 16所示 原理 图。3）驻 车 采 暖 时，燃 油 加热 器 检 测 蓄 电池电 压 低于 23V时，自 动 停 机，确 保 发动 机 能 正 常 起 动。4）当 空调 鼓 风机风 量大于 等 于 3挡 时，燃 油 加热 器 不 能 开 机 工 作，因 为 燃 油 加热 器 的 风机风 压 此 时 小 于 空调 鼓 风 机风 压，燃 油 加热 器 的 热 风 无 法 流 到 空调 箱 内 参与 分 配。5）通过在加热 器 与空调 箱 总 成 连 通 风管 上 设 计 空 气 单 向 导 通 阀，确 保空调 鼓 风机风 量大于 3挡 时，空调 的 风 不 倒 灌 进 燃 油 加热 器，影响 空调 的 风 量。4 总结 以上 所 述 燃 油 加热 辅助 热 源，水 暖 式 和 空 气式 燃 油 加 图 14 环境温 度 很 低，主油箱油 品 结 蜡 图 15 空气式 燃 油加 热 器 在 汽车 上 的 安装 示意 图 设计研究/Designresearch 34
