城市客車暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

王瑞君

(中國第一汽車股份有限公司 商用車開發(fā)院， 長春 130011)

城市客車作為人們出行的主要公共交通工具，其冷暖舒適性已受到更多乘客的重視。本文針對城市客車暖風(fēng)系統(tǒng)的選型與布置設(shè)計進行闡述。

1 暖風(fēng)管路的布置形式

傳統(tǒng)客車領(lǐng)域，客車暖風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)加熱介質(zhì)的不同，可以分為氣暖式和水暖式兩種[1]。本文客車為LNG插電混合動力城市客車，配備尾氣加熱器，采用水暖式暖風(fēng)系統(tǒng)[2]。對于水暖式暖風(fēng)系統(tǒng)，管路的總體布置一般有3種基本形式。

1) 串聯(lián)式。串聯(lián)式水暖系統(tǒng)管路布置簡單，成本低，管接頭少，管路漏水可能性低，安裝方便，系統(tǒng)使用可靠。此種布置形式使用非常普遍。不過由于水流先經(jīng)過部分散熱器然后再經(jīng)過除霜器，沿途熱量會損失一小部分，除霜效果會受到一點影響，適用于冬季氣溫不太低、對除霜效果要求不是很高的地區(qū)。

2) 并聯(lián)式。并聯(lián)式水暖系統(tǒng)常見的有兩種，一種是除霜器單獨一個支路，所有散熱器串聯(lián)成一個支路，然后兩個支路并聯(lián)，此種布置形式既可以滿足整車散熱要求，又可以保證除霜效果，適用于車身長度不太長的車型；另外一種是除霜器與部分散熱器一個支路，其他散熱器一個支路，然后兩個支路并聯(lián)，此種布置形式適用于車身長度較長的車型，也可以兼顧除霜和整車散熱要求。并聯(lián)式水暖系統(tǒng)可以保證除霜效果，適用于對除霜效果要求較高的地區(qū)，不過相比于串聯(lián)式，管路布置復(fù)雜，管接頭多，成本也有所提高[3]。

3) 混聯(lián)式?；炻?lián)式也是客車市場上常見的一種布置形式，其管路復(fù)雜程度、安裝方便性及成本介于串聯(lián)式和并聯(lián)式之間，同時可以在一定程度上保證除霜效果[4]。

本例中客車使用地區(qū)為南方，對于除霜效果要求不高，因此選擇管路布置和安裝工藝都相對簡單的串聯(lián)式布置形式,如圖1所示。

圖1 串聯(lián)式暖風(fēng)管路布置形式

2 暖風(fēng)系統(tǒng)的選型

2.1 系統(tǒng)采暖量計算

設(shè)計城市客車時，系統(tǒng)采暖量計算主要依據(jù)CJ/T 162-2002《城市客車分等級技術(shù)要求與配置》[5]，以車廂容積計，城市客車采暖量達到1 670 kJ/(m3·h) 以上。

系統(tǒng)采暖量計算公式：

Q=K×V×q

式中：Q為系統(tǒng)所需最小采暖量，kJ/h；K為熱量損失系數(shù)，南方客戶該系數(shù)為1.1，北方客戶為1.2；V為所設(shè)計車型的車廂容積，m3；q為設(shè)計車型需要的采暖量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1 670 kJ/(m3·h)。

通過測量該車型車廂三維數(shù)據(jù)模型尺寸，確定車廂內(nèi)部空間長、寬、高，求得車廂容積為48.6 m3，該車型使用客戶為南方客戶，熱量損失系數(shù)K取1.1，代入計算公式：Q=1.1×48.6 m3×1 670 kJ/(m3·h)=89 278.2 kJ/h，根據(jù)焦耳與千瓦時的換算關(guān)系，可得系統(tǒng)所需最小采暖量Q=24.8 kW。

2.2 散熱器的選型與布置

為保證駕駛員有足夠的采暖量，布置一個駕駛員散熱器，熱流量為1.8 kW。本例客車為LNG車型，LNG氣瓶安裝在車身左側(cè)地板下方的艙體內(nèi)，根據(jù)車身地板骨架結(jié)構(gòu)，為避免暖風(fēng)管路與氣瓶等結(jié)構(gòu)干涉，選擇在車身中部地板左側(cè)布置兩個壁掛式散熱器，熱流量均為3.6 kW。在中部地板右側(cè)布置一個坐式散熱器，熱流量3.6 kW。在中門后第一排乘客座椅下方左右各布置一個吊掛式散熱器，熱流量均為 2.8 kW，散熱器前側(cè)為進風(fēng)口，后側(cè)為出風(fēng)口，用來滿足車廂后部乘客的采暖需求。選用大功率除霜器，熱流量7 kW，選用8個?50 mm出風(fēng)口，出風(fēng)量 900 m3/h，保證除霜效果良好[6]。

散熱器和除霜器的熱流量總和為25.2 kW，略大于系統(tǒng)所需最小采暖量24.8 kW，所選散熱器與除霜器滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)車身總布置設(shè)計輸入條件，建立暖風(fēng)系統(tǒng)三維數(shù)據(jù)模型，如圖2所示。

駕駛員散熱器安裝在駕駛員座椅下方，直接當(dāng)駕駛員座椅底座。駕駛員散熱器的高度是120 mm，由于駕駛員座椅位置是根據(jù)人機工程學(xué)布置的，駕駛員座椅H點的高度是總布置確定的參數(shù)，所以地板骨架需要在駕駛區(qū)給駕駛員散熱器留出足夠的安裝空間，同時不能遮擋駕駛區(qū)的檢修口。

圖2 暖風(fēng)系統(tǒng)總體布置三維模型

根據(jù)車內(nèi)地板骨架結(jié)構(gòu)，在車身左側(cè)圍上安裝兩個壁掛式散熱器，其中靠后的正對著中門，可以滿足車廂中部乘客及中門處乘客上下車的采暖量需求。在整車y方向與乘客座椅之間預(yù)留出100 mm的空間，便于維修散熱器時維修工具的使用。

坐式散熱器布置在車身右側(cè)乘客座椅下方，考慮到其熱流量較大，可以更快地提高車廂內(nèi)溫度。散熱器前端面落后其上方座椅前沿距離為50 mm，這樣可以保證乘客乘坐舒適性，同時可以滿足后排乘客的放腳空間。

除霜器的固定位置要方便安裝，同時須保證檢修的方便性，進風(fēng)口選擇在前圍正壓區(qū)，與前圍造型結(jié)合，保證進風(fēng)量。如果需要，可在外進風(fēng)口處配置濾網(wǎng)，防止灰塵大量進入除霜器。除霜器的位置，距離刮水器電機大于5 mm，距離油門踏板大于80 mm。出風(fēng)管路選擇橡膠伸縮阻燃管，安裝時不能出現(xiàn)打死彎、急彎、壓癟現(xiàn)象，保證管路走向順暢。

3 暖風(fēng)管路的布置

3.1 暖風(fēng)管路的控制

暖風(fēng)系統(tǒng)的管路控制一般通過暖風(fēng)閥門來實現(xiàn)。本例中客車暖風(fēng)管路控制原理圖如圖3所示。通常情況下，串聯(lián)式暖風(fēng)系統(tǒng)需要3個閥門，即閥門1、閥門2、閥門3，分別布置在暖風(fēng)系統(tǒng)進水口、水泵出水口、系統(tǒng)回水口處[7]。其中，閥門3帶排氣接口，通過一根?10 mm排氣膠管連接到膨脹水箱，保證暖風(fēng)管路系統(tǒng)中的氣泡可以自動排出。

圖3 暖風(fēng)管路控制原理圖

通過閥門的開啟或關(guān)閉保證發(fā)動機、水泵及暖風(fēng)管路關(guān)鍵零部件的檢修。檢修發(fā)動機時，可以關(guān)閉閥門1；檢修水泵與尾氣加熱器時可以關(guān)閉閥門1和閥門2；檢修車內(nèi)散熱器與除霜器時，可以關(guān)閉閥門2和閥門3。由于客車暖風(fēng)系統(tǒng)中使用閥門較多，可以在閥門手柄標(biāo)簽上加以區(qū)別，并在閥門附近艙體上粘貼各閥門功能標(biāo)簽，方便用戶使用。

閥門的安裝位置必須考慮接近性，布置在用戶手伸及范圍之內(nèi)，方便操作；遠離發(fā)動機排氣管等熱源，以免操作閥門時傷手或?qū)е麻y門被烤壞。選擇合適的固定點固定閥門，可以相應(yīng)地設(shè)計閥門固定支架，保證閥門處有足夠的固定支撐，避免因閥門松動導(dǎo)致管路垂落或漏水。

3.2 暖風(fēng)管路的布置

暖風(fēng)水管的材質(zhì)一般包括銅管、不銹鋼管、鋁塑管、三元乙丙橡膠等，本例中客車采用三元乙丙橡膠水管。目前市場上絕大多數(shù)客車均采用三元乙丙橡膠水管，因其成本較低，安裝方便，不過它也有一個缺點就是易老化。三元乙丙橡膠工作溫度為-40～100 ℃，因此布置暖風(fēng)水管時要盡量遠離熱源。暖風(fēng)水管內(nèi)徑尺寸一般采用?25 mm，要求在最小彎曲半徑300 mm時無死彎及褶皺現(xiàn)象?？梢栽谒芡鈧?cè)套一層保溫材料，減少管路與外界熱交換造成的熱量損失，同時也起到保護水管的作用。

暖風(fēng)管路系統(tǒng)在發(fā)動機小循環(huán)處取水，當(dāng)發(fā)動機水溫達到84 ℃時，節(jié)溫器才會開啟，保證進入暖風(fēng)管路系統(tǒng)有足夠高的水溫，充分利用發(fā)動機的余熱[8]。水泵選用?38 mm水泵，由于暖風(fēng)管路直徑是25 mm，連接水泵與管路時，需要使用變徑接頭，根據(jù)水泵布置空間的需要，也可采用變徑彎頭。變徑接頭與水泵采用卡箍固定，考慮到水泵處管路壓力較大，可以采用雙卡箍固定，避免接頭部位滲漏。暖風(fēng)管路設(shè)計盡量保持管路平直，拐彎部分角度不小于90 ℃，以保證循環(huán)的水流量。管路安裝之前確保管道內(nèi)清潔無異物，保證水路能流動暢通。經(jīng)過的棱角、圓孔處其外表面必須用防磨膠墊或過孔膠圈保護，避免管路被劃傷。

連接兩個壁掛式散熱器的暖風(fēng)水管布置在車內(nèi)木地板上，因此須安裝水管護罩加以保護，同時起到美觀的效果。水管護罩要求去除毛刺、飛邊，表面不應(yīng)有劃痕、擦傷等缺陷。水管護罩用自攻螺釘固定在側(cè)圍封板上，固定間距300 mm。

4 結(jié)束語

以上介紹的城市客車發(fā)動機余熱式暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案，實際應(yīng)用時，應(yīng)具體考慮該客車的使用地區(qū)、用途及售價等，選取最佳方案。通過優(yōu)化暖風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計過程的各個環(huán)節(jié)，最終實現(xiàn)暖風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)優(yōu)化。

參考文獻：

[1] 程二濤.客車暖風(fēng)系統(tǒng)的布置和選型[J].輕型汽車技術(shù)，2015，43(11)：42-44.

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[3] 趙子俊.大型客車水暖系統(tǒng)的水流管路設(shè)計[J].客車技術(shù)與研究，2010，32(4):39-40.

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[5] 建設(shè)部城市建設(shè)研究院.城市客車分等級技術(shù)要求與配置:CJ/T 162-2002[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：2.

[6] 左向南.城市客車水暖系統(tǒng)設(shè)計(1例)[J].商用汽車，2013，33(7)：66.

[7] 彭慶華，張弘韜，齊曉明，等.客車水暖系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].客車技術(shù)與研究，2006,28(3)：32-34.

[8] 陳小峰，方曉華.雙層客車水暖暖風(fēng)系統(tǒng)的安裝設(shè)計[J].人民公交，2002,20(5)：39-41.