城市客车暖风系统设计

2018-04-21王瑞君

客车技术与研究 2018年2期

关键词：除霜水暖暖风

王瑞君

(中国第一汽车股份有限公司商用车开发院，长春 130011)

城市客车作为人们出行的主要公共交通工具，其冷暖舒适性已受到更多乘客的重视。本文针对城市客车暖风系统的选型与布置设计进行阐述。

1 暖风管路的布置形式

传统客车领域，客车暖风系统根据加热介质的不同，可以分为气暖式和水暖式两种[1]。本文客车为LNG插电混合动力城市客车，配备尾气加热器，采用水暖式暖风系统[2]。对于水暖式暖风系统，管路的总体布置一般有3种基本形式。

1) 串联式。串联式水暖系统管路布置简单，成本低，管接头少，管路漏水可能性低，安装方便，系统使用可靠。此种布置形式使用非常普遍。不过由于水流先经过部分散热器然后再经过除霜器，沿途热量会损失一小部分，除霜效果会受到一点影响，适用于冬季气温不太低、对除霜效果要求不是很高的地区。

2) 并联式。并联式水暖系统常见的有两种，一种是除霜器单独一个支路，所有散热器串联成一个支路，然后两个支路并联，此种布置形式既可以满足整车散热要求，又可以保证除霜效果，适用于车身长度不太长的车型；另外一种是除霜器与部分散热器一个支路，其他散热器一个支路，然后两个支路并联，此种布置形式适用于车身长度较长的车型，也可以兼顾除霜和整车散热要求。并联式水暖系统可以保证除霜效果，适用于对除霜效果要求较高的地区，不过相比于串联式，管路布置复杂，管接头多，成本也有所提高[3]。

3) 混联式。混联式也是客车市场上常见的一种布置形式，其管路复杂程度、安装方便性及成本介于串联式和并联式之间，同时可以在一定程度上保证除霜效果[4]。

本例中客车使用地区为南方，对于除霜效果要求不高，因此选择管路布置和安装工艺都相对简单的串联式布置形式,如图1所示。

图1 串联式暖风管路布置形式

2 暖风系统的选型

2.1 系统采暖量计算

设计城市客车时，系统采暖量计算主要依据CJ/T 162-2002《城市客车分等级技术要求与配置》[5]，以车厢容积计，城市客车采暖量达到1 670 kJ/(m3·h) 以上。

系统采暖量计算公式：

Q=K×V×q

式中：Q为系统所需最小采暖量，kJ/h；K为热量损失系数，南方客户该系数为1.1，北方客户为1.2；V为所设计车型的车厢容积，m3；q为设计车型需要的采暖量，标准规定为1 670 kJ/(m3·h)。

通过测量该车型车厢三维数据模型尺寸，确定车厢内部空间长、宽、高，求得车厢容积为48.6 m3，该车型使用客户为南方客户，热量损失系数K取1.1，代入计算公式：Q=1.1×48.6 m3×1 670 kJ/(m3·h)=89 278.2 kJ/h，根据焦耳与千瓦时的换算关系，可得系统所需最小采暖量Q=24.8 kW。

2.2 散热器的选型与布置

为保证驾驶员有足够的采暖量，布置一个驾驶员散热器，热流量为1.8 kW。本例客车为LNG车型，LNG气瓶安装在车身左侧地板下方的舱体内，根据车身地板骨架结构，为避免暖风管路与气瓶等结构干涉，选择在车身中部地板左侧布置两个壁挂式散热器，热流量均为3.6 kW。在中部地板右侧布置一个坐式散热器，热流量3.6 kW。在中门后第一排乘客座椅下方左右各布置一个吊挂式散热器，热流量均为 2.8 kW，散热器前侧为进风口，后侧为出风口，用来满足车厢后部乘客的采暖需求。选用大功率除霜器，热流量7 kW，选用8个∅50 mm出风口，出风量 900 m3/h，保证除霜效果良好[6]。

散热器和除霜器的热流量总和为25.2 kW，略大于系统所需最小采暖量24.8 kW，所选散热器与除霜器满足设计标准要求，根据车身总布置设计输入条件，建立暖风系统三维数据模型，如图2所示。

驾驶员散热器安装在驾驶员座椅下方，直接当驾驶员座椅底座。驾驶员散热器的高度是120 mm，由于驾驶员座椅位置是根据人机工程学布置的，驾驶员座椅H点的高度是总布置确定的参数，所以地板骨架需要在驾驶区给驾驶员散热器留出足够的安装空间，同时不能遮挡驾驶区的检修口。

图2 暖风系统总体布置三维模型

根据车内地板骨架结构，在车身左侧围上安装两个壁挂式散热器，其中靠后的正对着中门，可以满足车厢中部乘客及中门处乘客上下车的采暖量需求。在整车y方向与乘客座椅之间预留出100 mm的空间，便于维修散热器时维修工具的使用。

坐式散热器布置在车身右侧乘客座椅下方，考虑到其热流量较大，可以更快地提高车厢内温度。散热器前端面落后其上方座椅前沿距离为50 mm，这样可以保证乘客乘坐舒适性，同时可以满足后排乘客的放脚空间。

除霜器的固定位置要方便安装，同时须保证检修的方便性，进风口选择在前围正压区，与前围造型结合，保证进风量。如果需要，可在外进风口处配置滤网，防止灰尘大量进入除霜器。除霜器的位置，距离刮水器电机大于5 mm，距离油门踏板大于80 mm。出风管路选择橡胶伸缩阻燃管，安装时不能出现打死弯、急弯、压瘪现象，保证管路走向顺畅。

3 暖风管路的布置

3.1 暖风管路的控制

暖风系统的管路控制一般通过暖风阀门来实现。本例中客车暖风管路控制原理图如图3所示。通常情况下，串联式暖风系统需要3个阀门，即阀门1、阀门2、阀门3，分别布置在暖风系统进水口、水泵出水口、系统回水口处[7]。其中，阀门3带排气接口，通过一根∅10 mm排气胶管连接到膨胀水箱，保证暖风管路系统中的气泡可以自动排出。

图3 暖风管路控制原理图

通过阀门的开启或关闭保证发动机、水泵及暖风管路关键零部件的检修。检修发动机时，可以关闭阀门1；检修水泵与尾气加热器时可以关闭阀门1和阀门2；检修车内散热器与除霜器时，可以关闭阀门2和阀门3。由于客车暖风系统中使用阀门较多，可以在阀门手柄标签上加以区别，并在阀门附近舱体上粘贴各阀门功能标签，方便用户使用。

阀门的安装位置必须考虑接近性，布置在用户手伸及范围之内，方便操作；远离发动机排气管等热源，以免操作阀门时伤手或导致阀门被烤坏。选择合适的固定点固定阀门，可以相应地设计阀门固定支架，保证阀门处有足够的固定支撑，避免因阀门松动导致管路垂落或漏水。

3.2 暖风管路的布置

暖风水管的材质一般包括铜管、不锈钢管、铝塑管、三元乙丙橡胶等，本例中客车采用三元乙丙橡胶水管。目前市场上绝大多数客车均采用三元乙丙橡胶水管，因其成本较低，安装方便，不过它也有一个缺点就是易老化。三元乙丙橡胶工作温度为-40～100 ℃，因此布置暖风水管时要尽量远离热源。暖风水管内径尺寸一般采用∅25 mm，要求在最小弯曲半径300 mm时无死弯及褶皱现象。可以在水管外侧套一层保温材料，减少管路与外界热交换造成的热量损失，同时也起到保护水管的作用。

暖风管路系统在发动机小循环处取水，当发动机水温达到84 ℃时，节温器才会开启，保证进入暖风管路系统有足够高的水温，充分利用发动机的余热[8]。水泵选用∅38 mm水泵，由于暖风管路直径是25 mm，连接水泵与管路时，需要使用变径接头，根据水泵布置空间的需要，也可采用变径弯头。变径接头与水泵采用卡箍固定，考虑到水泵处管路压力较大，可以采用双卡箍固定，避免接头部位渗漏。暖风管路设计尽量保持管路平直，拐弯部分角度不小于90 ℃，以保证循环的水流量。管路安装之前确保管道内清洁无异物，保证水路能流动畅通。经过的棱角、圆孔处其外表面必须用防磨胶垫或过孔胶圈保护，避免管路被划伤。

连接两个壁挂式散热器的暖风水管布置在车内木地板上，因此须安装水管护罩加以保护，同时起到美观的效果。水管护罩要求去除毛刺、飞边，表面不应有划痕、擦伤等缺陷。水管护罩用自攻螺钉固定在侧围封板上，固定间距300 mm。