客车水暖系统的优化设计

herod

彭庆华1，马书恒1，齐晓明1，张弘韬2，金鑫1
（1.郑州宇通客车股份有限公司，河南 郑州 450061；2. 河南交通职业技术学院，河南 郑州 450005）

　　摘　要：简要介绍了客车水暖系统及其优化设计过程。
　　关键词：水暖系统；优化设计；混合进风；恒温控制
　　Abstract：This article simply introduces principle of the heater system by heating water and the process of optimize design of the heater system by heating water.
　　Key words：the heater system by heating water ; optimize design ; receiving mixing air ; constant temperature control


　　随着社会的不断发展，人们对乘座客车舒适性要求越来越高，特别是在我国的东北和西北高寒地区，人们对客车取暖设施提出了更高的要求，无暖气或者暖气不热对整车的上座率影响很大。客车水暖系统主要是指采用燃油液体加热器为车厢内供暖的一种客车采暖方式。

　　1 水暖系统简介
　　1.1 水暖系统的主要构成要素 水暖系统一般由燃油液体加热器、散热器（强制式或自然式）、除霜器以及水暖管路等组成，有时根据需要可取消燃油液体加器，或增加司机取暖器、踏步除霜器等等。



　　1.2 水暖系统的工作原理 发动机缸体水套内防冻液（或独立水箱内的防冻液）经过二次处理（燃油液体加热器增压加热或水泵增压）或直接依靠发动机缸体水套内防冻液的自身压力（无增压装置）在车厢内采用并联或串联方式流过散热器、除霜器，最后回到发动机缸体水套内，同时通过散热器、除霜器向车厢内放热，其原理如图1所示，图中首先有一个发动机缸体水套内防冻液在整车内部的循环，其次还有一个冷热空气在散热器或除霜器周围的热交换循环。

　　1.3 水暖系统的特点。水暖系统制热量大、放热温和，所以在寒冷、干燥地区采用水暖系统采暖最合适不过，同时还兼有冬季预热发动机的功能。

2 燃油液体加热器的选取 　　2.1 燃油液体加热器的功率选取 燃油液体加热器功率大小的选取在强调国家等级的情况下主要是根据国家客车等级评定人均取暖量来确定，这样选择的燃油液体加热器的功率往往是富余量很大；在不强调国家等级的情况下可以参照《客车燃油加热器的匹配计算》[ 1 ]来选取适合的燃油液体加热器，通过这种方式选取的燃油液体加热器的功率是比较合理的。 　　2.2 燃油液体加热器的型式选取 燃油液体加热器可根据进风口的型式分为传统型和改进型，前者的进风位置在燃油液体加热器的底部，进风量的大小不可调节，后者的进风位置在燃油液体加热器的前部或下部，进风量的大小可调，适用于全国各种地区使用，这里需注意的是改进型的燃油液体加热器的进风量虽然可调，但是针对同一地区而言进风量的大小是一定，如果随意调节反而会影响燃油液体加热器的正常工作。燃油液体加热器可根据排气管位置的不同分为普通型和特改型，前者的排气管在燃油液体加热器的下部，后者的位置常见是在燃油液体加热器的侧部。燃油液体加热器根据燃油参与燃烧方式可分为普通（甩油雾化式）燃油液体加热器和电动喷油式燃油液体加热器，后者比前者燃烧更充分、更环保。介绍完燃油液体加热器的各种型式，现在顺便介绍一下近几年才开始在公交车上小批量使用的节能型尾气加热器，这种加热器特点是利用发动机排气尾管中的余热加热发动机缸体水套内防冻液制热取暖，因其不需燃烧燃油，故有着节能省钱的优点，同时它也存在不如燃油液体加热器制热量大、不能预热发动机等缺点。上面简单介绍了燃油液体加热器的各种型式以及节能型尾气加热器，可以根据各种场合的需要进行选择，在南方地区甚至可以不加装任何加热设施也能满足本地区的取暖要求。 　　3 燃油液体加热器的安装布置 　　3.1 燃油液体加热器的安装 燃油液体加热器通常是在车辆的仓体里安装，因而燃油液体加热器仓体底封板强度必须牢固可靠，通常采用在燃油液体加热器仓体底封板上加焊5.0mm厚的钢板或采用加焊加强型材，结构如图2所示。具体采用哪种方案根据实际仓体布置的需要，方案（二）比方案（一）强度更好，但结构相对比较复杂。 　　3.2 燃油液体加热器布置型式 燃油液体加热器布置型式很多，通常根据不同车型的总布置要求采用不同布置型式。一般情况下燃油液体加热器是布置在独立的仓体内，但有时也与蓄电池布置在同一仓体内。当燃油液体加热器与蓄电池布置在同一仓体内时通常有两种方案，第一种是燃油液体加热器与蓄电池并排布置如图3所示，这种布置方式适合于燃油液体加热器仓体在高度方向尺寸较小，而在车身前后方向尺寸较大时，优点是燃油液体加热器、蓄电池布置的重心都很低，便于安装、维护、检修等，相对的维护费用较低；第二种是燃油液体加热器、蓄电池重叠布置，如图4所示，这里又有两种方案，方案（一）是蓄电池上置燃油液体加热器下置式，方案（二）是燃油液体加热器上置蓄电池下置式，由于方案（二）相对方案（一）来说燃油液体加热器的排气管、滴油管处理难度大，所以方案（二）并不多见，但方案（二）中蓄电池重心低安全可靠，省去了方案（一）中蓄电池防护措施等，同时蓄电池便于安装、维护、检修等，相对的维护费用也较方案（一）低很多。 　4 散热器、除霜器型式选取 　　4.1 散热器型式选取 散热器是保证车厢内取暖效果的关键，所以选择好散热器至关重要。 　　4.1.1 常见散热器介绍 常见散热器有自然散热片、强制散热器（盒式或壁挂式）、自然散热片与强制散热器混合散热器等。自然散热片外观豪华、美观，长度可以订做，但存在不易运输、制热慢、过热无法自动停止工作的缺点；相比而言强制散热器的外形短小，但制热快、过热能自动停机、工作与停机按钮操作方便等优点；自然散热片与强制散热器混合散热器综合了自然散热片与强制散热器的优点。 　　4.1.2 散热器型式的选取 自然散热片的放热量设为P1＝1.1Kw/m（经验值），根据前面燃油液体加热器选取原则假如选定燃油液体加热器功率为P0＝28Kw，除霜器的放热量为P2＝5Kw，则自然散热片的长度L＝（P0-P2）/P1＝20.91m，显然自然散热片的长度比较长，在车身长度较短的车型上使用不合适。强制散热器根据放热量的不同有许多不同规格，假如选定燃油液体加热器功率为P0＝28Kw，除霜器的放热量为P2＝5Kw，强制散热器的放热量为P3＝4.5Kw，则强制散热器的数量N＝（P0- P2）/ P3＝5.1，圆整后N＝5个。当然上面的计算都突略了发动机防冻液余热部分的热量，实际上这部分热量还是相当可观的[ 2]，所以选择散热器数量可以比理论上增加1∽2个更能发挥整个水暖系统的散热效果。 　　4.2 除霜型式选取 合理选择除霜器是保证车身前风挡玻璃除霜效果的关键。 　　4.2.1除霜器型式介绍 常见除霜器型式有电加热除霜器、风暖除霜器、水暖除霜器、自然风除霜器等。电加热除霜器主要是根据电阻丝通电放热的原理来达到除霜目的，其特点是放热量不大，吹出的风干燥，需要消耗电能。风暖除霜器通常是与风暖系统配套使用，其特点是体积大，放热量一般，吹出的风干燥。水暖除霜器是利用发动机缸体水套内防冻液的热量在除霜器内部进行热交换，再通过除霜器出风口将热量吹到前风挡玻璃上实现除霜目的，其特点是散热量大，出风量大，如果采用混合进风（即引进适量车厢外干冷空气与车厢内空气混合进入除霜器内）等会使除霜效果更佳。自然风除霜器原理很简单只需将车厢内的空气通过除霜器内部的风机加速后吹到前风挡玻璃上实现除霜。 　　4.2.2 除霜器型式的选取 上面简单介绍了除霜器的各种型式，可以根据地区以及特殊要求的需要进行选择。电加热除霜器在整车电能充裕的情况下使用；风暖除霜器因为其除霜效果一般所以一般很少采用；水暖除霜器适合东北、西北高寒地区；自然风除霜器适合于南方地区使用。 　　5 水暖系统的管路布置与控制 　　5.1 水暖系统的管路布置 水暖系统一般采用串联、并联两种布置方式，可以根据需要进行选择。在东北、西北等高寒地区除霜要求很高，管路采用将除霜器与其他散热器并联的方式进行布置；在除霜要求一般的地区一般采用将除霜器与其他散热器串联的方式进行布置，因为串联管路布置更简单、系统更可靠。 　　5.2 水暖系统的管路控制 水暖系统的管路控制是通过水暖阀门来实现的，通常情况下，发动机出、回水口各需一个阀门，设为阀门1、阀门2，阀门1、阀门2可以实现控制干路水路的流通与关闭，在燃油液体加热器的进水端有一个阀门，设为阀门3，阀门3也可实现控制干路水路的流通与关闭，在并联管路的一个支路上一般还需增加一个阀门，设为阀门4，阀门4通常是用来控制自然散热片、强制散热器。通过水暖管路上各阀门的开启或关闭组合可以实现车厢供热情况选择，另外还可方便水暖管路检修。前面提到的阀门4一般为手动式，也可以做成电磁式，电磁阀门与自动恒温控制器配合使用可实现车厢内恒温控制，电磁阀门与普通按钮开关配合使用可以直接在车厢内电动控制阀门的开启或关闭，当然阀门4采用型式的不同，整车的成本也是不同，可以根据实际需要选取，建议装自然散热片时阀门4必须为电磁式阀门，这样行车时可以实现在车厢内控制水暖的工作与否，有利于行车安全（省去司机频繁上下车去开启或关闭阀门）。水暖系统中因阀门比较多，客户买车后通常不知如何操作，我们就将各阀门手柄标签做成不同色，再在燃油液体加热器仓体内粘贴阀门功能标签，方面客户了解各阀门的功能，从而减少误操作的可能。 　6 结束语 　　以上简单介绍了客车水暖系统的优化设计过程，只有通过整个设计过程各环节的优化设计才能实现水暖系统的系统优化。 　　参考文献： 　　〔1〕.周求刚等.客车技术与研究.客车燃油加热器的匹配计算，2003，6：16. 　　〔2〕.凌育仁.客车技术与研究.燃油式和尾气式加热器混合装车的可能性，2003，3：35. 　　彭庆华 （郑州宇通客车股份有限公司，河南 郑州 450061）

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yzyrqckt

好！！！！！！！

jackyyang

好东东，谢谢分享！