燃油系统国际标准及测试程序整理分析.docx

1、燃油系统国际标准及测试程序整理分析燃油系統國際標準及測試程序整理分析一、背景介紹燃料系統泛指從燃料油箱至燃料噴嘴所涵蓋之系統，其中各個不同組件係由油管所連接而成，其安全性與耐用性對於車輛行駛安全與正常運行上十分重要。柴油引擎的燃油系統主要由噴油泵、噴油嘴、高低壓油管、燃油泵、燃油濾清器以及油箱等元件構成，如圖1、2。油箱及燃油輸送管主要的功能是儲存及輸送燃油的容器，商用車輛油箱材質大多為鍍鋅鋼板壓製並經防鏽處理而成；燃油濾清器主要的功能是將燃油中的雜質經由濾芯除去，並將燃油中的水份也分離開來。柴油引擎的低壓燃油供應正常與否將會影響行車安全與引擎運轉，所以油品的燃料特性，將可能產生油箱鏽蝕、油管

2、鏽蝕、橡膠硬化、密封墊片變型與濾清器阻塞等等不良影響。而現今市面上各種生質燃料與替代性燃料車輛廣泛運行，其所可能對於車用燃料系統造成磨耗、腐蝕或劣化等影響，尤其如油箱、油管等長時間裝載油料之零組件，若不慎腐蝕破損造成油料洩漏，對車輛使用安全造成影響，許多使用生質柴油國家與相關國際標準，也紛紛於車用燃料系統與零組件標準中，訂定生質柴油測試標準。而目前國內也已於2010年開始推行B2柴油(添加2%生質柴油)，且朝逐漸增加添加比例為政策目標，國外先進國國家如歐、美等亦大力推動並同步逐步修訂車輛燃油零組件驗證方法中測試油品納入生質燃料。為探討使用生質柴油對低壓端油管之影響，本文針對油箱、油管、燃油濾清

3、器及油水分離器等長時間裝載油料之零組件，蒐集各國燃油系統測試標準並進行分析整理。圖1柴油車燃油供應系統示意圖1圖2高壓電控共軌式噴射系統2二、燃油管國際標準及測試程序整理燃油管包含金屬油管及橡膠管兩類，例如於ISO標準3中分別有ISO 8535的金屬油管標準以及ISO 19013的橡膠管標準。比較國際上柴油引擎之橡膠油管測試標準與國內現有規範，可以發現各國標準對於橡膠油管之基本物理試驗項目大致相同，如尺寸測定、破裂試驗、氣密試驗、負壓試驗、低溫撓性試驗、電性試驗、黏合強度試驗、臭氧試驗、耐熱老化試驗以及耐燃油試驗等，國內CNS 6834標準4之測試項目著重於橡膠油管基本方面檢測。在有關於生質柴

4、油對於橡膠軟管之影響試驗上，目前國際上僅有ISO 19013國際標準規範內有特別針對生質柴油的橡膠軟管試驗，測試項目為耐燃料試驗，其所使用之測試燃料為B20生質柴油，成分採用歐洲常見之油麻菜籽甲基酯(Rapeseed Methyl Ester, RME)生質柴油與一般柴油進行混合，測試時間達5000小時，這麼長時間進行測試為的就是貼近實際使用情況，充分測試生質柴油對於橡膠軟管之影響。另外，美國SAE J30標準5也已經將生質柴油燃料試驗列入橡膠軟管測試項目中，目前已規劃其分類為J30 R13項目，詳細測試條件、方式與標準則仍為研擬階段，日本JIS規範與國內CNS規範則均無使用生質柴油之相關測試

5、或規範。金屬管及複合材料管之標準以ISO 8535標準為主，亦為中國大陸及日本JIS等同採用之標準。而橡膠軟管之ISO 19013標準其項目內容較完整，且中國大陸GB/T 24141.1-2009亦等同採用該標準，各油管標準之比較如表1所示。而中國大陸也參考DIN 73378-1996汽車用尼龍管標準，修訂為汽車燃油系統用尼龍管，其差異主要在於中國大陸的標準只包含對PA 11及PA 12型尼龍材料的相關要求，差異比較請參考表2 6。因尼龍PA 11及PA12材料在純生質柴油(B100)環境及高溫條件下，仍然保有極佳的化學與機械抗老化特性，相關的產品已被汽車製造商認可用於生質柴油燃料管路上。表1

6、 燃油油管標準比較ISO 19013-1:2005SAE J30SAE J2044:2009CNS 10612CNS 6834 適用範圍對於柴油引擎之燃油管路之規範要求汽油、柴油、機油、潤滑油等用於內燃機引擎之非金屬供油軟管汽油及柴油供油管路，操作壓力最高500kPa汽車之剎車、燃料及潤滑之配管用金屬管橡膠管之一般檢驗法 測試用油80%柴油+20%生質柴油ASTM規範燃油ASTM Reference Fuel C規定之燃料由、潤滑油長度變化/伸長率長度變化伸長率最小200%依CNS 4437123爆破/破裂試驗0.53MPa(依類型)1.7313.8MPa依管徑規格與類別,按規定之加壓速率至破

7、裂，測定破裂壓力黏合強度(兩層以上複合材)ISO 8033試驗程序, 1.5kN/m1&3類 最小27N；2類最小53.4N依CNS 3557求黏著強度低溫繞性72hr21+72hr-40,於彎曲後觀察裂痕70hr100+5hr-40-20、-30、-405 、24 、70hr其中某一溫度時間彎曲後觀察洩漏、膨脹內部清潔度雜質5g/m2燃油可溶物4.5kN/m打入60圓錐，擴展外徑增加至20%時，檢查傷痕、龜裂耐臭氧性能依試驗條件試驗後檢查應無裂痕依據ASTM D 1149檢驗有無裂痕依CNS 10018流化橡膠臭氧劣化試驗法，檢查有無裂痕耐熱劣化性能依ISO 188條件試驗後應符合黏合強度、

8、低溫曲橈及耐臭氧性能70hr100依CNS 3556 於規定溫度放置324hr後，應符合彎曲及耐壓試驗耐油污性能機油、煞車油等,試驗後應符合黏合強度、低溫曲橈及耐臭氧性能No.3油(ASTM）70hr100機油,變速箱油,柴油,煞車油,水箱水,分別60天耐折曲性能最大變形係數(T/D)0.7,適用於內逕小於16mm者依管之標稱直徑折彎360，檢查有無傷痕、龜裂耐負壓性能0.08MPa維持1560s,0.8倍內徑之圓球應可通過按規定之負壓加於管，保持5分鐘，檢查洩漏耐壓力N/A50%爆破壓力維持3060s按規定之壓力加於管，保持5分鐘，檢查洩漏按規定之壓力加於管，保持5分鐘，檢查洩漏耐燃油性能B

9、20柴油5000hr80,B類(ASTM)燃油48hr後,原始拉伸強度及伸長率-30%依CNS 3562硫化橡膠浸漬試驗法，計算拉伸強度及伸長率耐燒穿性能承受60s火焰暴露無壓力損失耐腐蝕性能N/A依據ASTM B 117方法,48hr後不能有腐蝕或其它衰退依剎車管試驗法之鹽水噴霧試驗依CNS 3562硫化橡膠浸漬試驗法，計算拉伸強度及伸長率電性試驗4104 振動疲勞試驗依規定之振動頻率/加速度值/次數振幅0.76mm頻率:10-50-10Hz/min依CNS 7173實施耐燃油性能表5顆粒計數法與重量法之比較9差異處重量法顆粒計數法設備真空抽樣裝置顆粒計數器取樣法取樣瓶取樣線上即時計數法表示

10、方法單位體積液體所含顆粒總重量來表示,單位為mg/L以單位體積液體所含多種粒徑的顆粒數來表示,單位為個/mL測試標準SAE J905AISO 4405:1991SAE J1985ISO/TS 13353ISO 19438:2003試驗粉末ACFTDISO 12103-A3ISOMTD五、油水分離器測試標準及測試程序水份對於燃油及零組件的影響，主要在於低溫結冰、微生物生長、腐蝕、燃油系統劣化及燃油品質的劣化、使供油系統精密零組件處於半乾摩擦狀態而造成加速磨損等，而且較新的研究發現，現代高精度噴射零組件在噴油時，水在高溫作用下迅速膨脹將導致噴油孔塑性變形。故ISO 16332標準及SAE J148

11、8等標準制定委員會均不斷地努力地改進測試方法，以因應新的技術演進，例如 SAE J1488則已在檢討，由於超低硫柴油(ULSD)及生質柴油等其介面張力範圍介於330mN/m，但目前測試油的介面張力範圍則為2530mN/m，再者由於實際上使用超低硫柴油或生質柴油時，因介面張力較低，原有規範中油水分離效率須達95%以上之條件則可能不適合其油品特性。目前，ISO 16332：2011的修正草案預計將測試用油的介面張力修正至102 dynes/cm或是可使用市售柴油。另外，國內CNS標準目前尚未訂定油水分離器之相關規範。在油水分離器的測試中，可分為單通與多通測試，其中ISO 4020為單通測試，ISO

12、 16332則為多通測試。ISO 16332多通測試較能模擬實際的燃油系統迴路，亦即該系統不斷地濾除部分水份，而未被濾除的部份在系統內循環多次通過油水分離器。而在ISO 16332測試中亦含有乳化水產生裝置，來模擬不同的水份粒徑，亦即使用不同的流孔板來產生穩定的水滴粒徑，以確保測試結果有良好的再現性，而ISO 4020則係由薄膜泵產生而無法產生穩定的粒徑分佈，故ISO 16332將取代ISO 4020的油水分離試驗法10。另外，在測試內容上，注水濃度、水在油中的型態都是對於測試結果比較重要的影響參數，各測試之間的差異標準比較如表6。油水分離器與濾清器的搭配，在重型商用柴油車及輕型柴油車上的應用

13、並不相同，以重型車而言係與前置過濾器(pre-filter)結合，除過濾粗粒雜質外，油水分離乃為其主要功能，而輕型商用車則直接與濾清器結合。表6油水分離器標準比較ISO/TS 16332：2006ISO 4020SAE J1488:SAE J1839 適用範圍主要應用在裝於低壓泵前端或後端之濾清器,流量介於50L/h900L/h應用流量範圍600L/h用於評估油水分離器對於水份去除性能試驗標準內容比較單通或多通多通測試單通測試測試時間90分鐘150分鐘注入水份型態乳化或粗粒(游離水)乳化乳化粗粒(游離水)介面張力IFT(dynes/cm或mN/m)153253025302530水滴直徑m60或

14、300未定義未定義180260注水濃度ppm標準：1,50075ppmoption條件：20.1%20,000(2%)2,5002,500泵浦不可有脈衝變化之泵浦膈膜式泵浦3500rpm離心式泵浦未定義六、結論與分析1. 由於污染排放法規標準日趨嚴格，應用新的柴油引擎噴射技術以及使用替代燃油都是用來因應的技術方案，新技術的應用同時也造成燃油品質要求的提高，因此，在燃油系統中之油管標準、燃油濾清器標準、油水分離器標準等方面，在近年來也不斷地更新修訂，以符合當前的產業技術需求。2. 在ISO 19013燃油管試驗標準中，其測試用油已考量B20生質柴油特性。另外，由於尼龍材質使用於生質燃料具良好化學

15、與機械特性，尼龍材質已被汽車製造商認可為製作車用生質燃料油管材料之一。3. 在濾清器試驗標準方面，我國採重量分析法分析濾芯捕捉容積與計算過濾效率，而國外採顆粒計數法來計算過濾效率。採用重量分析法無法觀察濾清器對不同粒徑雜質的過濾效率，而顆粒計數法可以，我國未來也可考量增訂顆粒計數法的試驗標準，藉此提升國內業者在國際間的競爭力。4. 柴油中含有水份對引擎的影響很大，油水分離器的應用與其試驗標準也因應而生，隨著柴油引擎技術的演進，在油水分離器試驗標準的發展也朝向多通測試以模擬實際的特性、且能產生穩定的水滴粒徑分布來達到量測數據的再現性，可參考的標準如 ISO 16332，目前ISO 16332也規

16、劃針對油品特性如介面張力及水滴粒徑尺寸進行修訂，以期符合實際的使用條件。參考文獻1 網站2 網站.tw/news_01.htm3 ISO標準，http:/www.iso.org/iso/home.html4 CNS標準，.tw/5 SAE標準，http:/www.sae.org6 由汽車國3排放法規確定對柴油濾清器的要求,王金富等,現代車用動力,No.4 (serial No132) Nov.20087 日本JIS標準，http:/www.jisc.go.jp/index.html8 柴油系統中的水分離要求,王強,Oct,11th 20119 Understanding emulsified water filtration from diesel fuels,Chuanfang Yang,Mike Madsen,Paul Kojetin,J