汽車除霜除霧機(jī)制及影響因素探究

摘 要：本文主要探究汽車除霜除霧機(jī)制及其影響因素。闡述了汽車車窗除霜除霧的工作原理，探討了汽車除霜除霧的影響因素。提出了對汽車除霜除霧性能研發(fā)的新方向。

關(guān)鍵詞：汽車 除霜 除霧 工作原理 影響因素

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車在人們生活中的重要性日益凸顯。汽車的除霜除霧時(shí)間和區(qū)域既涉及了乘車安全也是乘坐舒適度的一個(gè)重要方面[1]。在日常駕駛中，汽車玻璃起霧和結(jié)霜問題常常困擾著駕駛者。尤其是在潮濕或寒冷的天氣條件下，車窗玻璃上的霧氣和霜層會(huì)嚴(yán)重影響駕駛者的視線，對行車安全構(gòu)成極大威脅。因此，深入研究汽車除霜除霧的工作原理及影響因素具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本研究旨在深入探究汽車除霜除霧的工作原理，分析其影響因素，為汽車制造商提供改進(jìn)除霜除霧系統(tǒng)的依據(jù)，從而提升行車安全性。通過對汽車除霜除霧工作原理的研究，我們可以更好地理解這一過程中涉及的物理和化學(xué)變化，為優(yōu)化除霜除霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論支持。同時(shí)，分析影響除霜除霧效果的因素，有助于我們找到提高除霜除霧效率的方法，減少因車窗起霧或結(jié)霜而導(dǎo)致的交通事故發(fā)生概率。

1 汽車除霜除霧工作原理

汽車的除霜除霧功能主要由汽車空調(diào)實(shí)現(xiàn)，汽車空調(diào)系統(tǒng)把空氣加熱成高溫的干空氣，然后從空調(diào)風(fēng)口送出，通過空調(diào)風(fēng)道和出風(fēng)口吹到擋風(fēng)玻璃和側(cè)面玻璃區(qū)域，通過熱空氣將玻璃加熱融化掉霜層或利用干空氣將霧氣清除[2]。除霜是通過除霜或風(fēng)窗玻璃刮水器系統(tǒng)的運(yùn)行去除玻璃外表面上的霜或冰。除霧是通過除霧系統(tǒng)的運(yùn)行除去玻璃內(nèi)表面上所覆蓋的霧[3]。

隨著新能源汽車和大型MPV越來越多，這也對空調(diào)暖風(fēng)提出了新的要求。新能源汽車沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)提供熱量，也就沒有高溫冷卻液作為熱源，而大型MPV座艙內(nèi)空間大，對熱源的要求更高，因此傳統(tǒng)的暖風(fēng)熱源已經(jīng)難以滿足需求。在這種情況下，PTC加熱器開始越來越多地應(yīng)用在乘用車上。內(nèi)部搭載一個(gè)或多個(gè)熱敏陶瓷復(fù)合材料的發(fā)熱芯，并且在加熱芯的周圍會(huì)密布導(dǎo)熱效率高的金屬散熱鰭片。除霜系統(tǒng)的熱源由動(dòng)力電池提供電力，通過加熱板PTC芯體發(fā)熱，由暖風(fēng)電機(jī)經(jīng)風(fēng)道吹出，再經(jīng)過散熱鰭片時(shí)，就會(huì)將所產(chǎn)生的熱能帶進(jìn)車內(nèi)，從而讓空調(diào)吹出暖風(fēng)，達(dá)到除霜除霧的效果。目前有車型開始搭載熱泵空調(diào)系統(tǒng)，熱泵空調(diào)內(nèi)部主要是有四大部件：壓縮機(jī)、熱交換器、膨脹閥、四通閥。在工作時(shí)，壓縮機(jī)通過壓縮作用，提高冷媒蒸氣的壓力和溫度，將低溫低壓的冷媒蒸氣壓縮至高溫高壓狀態(tài)，然后通過四通閥的控制，選擇性地將高溫高壓冷媒泵至車內(nèi)或者車外的熱交換器上。泵向車內(nèi)時(shí)，在車內(nèi)的熱交換器中實(shí)現(xiàn)放熱，使高溫高壓蒸氣冷卻成高壓常溫的液體，鼓風(fēng)機(jī)就可以通過氣流將其熱量帶至車內(nèi)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)制熱，達(dá)到除霜除霧的效果。

目前市面上也有車型采用PTC+熱泵空調(diào)模式。這種模式結(jié)合了PTC加熱和熱泵空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效能和節(jié)能的效果。? 相較于普通的PTC加熱模式，PTC+熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制熱功耗下降了50%以上，大大降低了續(xù)航里程焦慮，同時(shí)營造了舒適的冬季駕乘空間?這種工作模式。

1.1 冷風(fēng)物理原理

汽車吹冷風(fēng)除霧的原理基于制冷循環(huán)系統(tǒng)的工作原理。液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，汽化成低溫低壓蒸汽，這個(gè)過程能夠降低周圍空氣的溫度。被壓縮機(jī)吸入后，制冷劑被壓縮成高壓高溫蒸汽，再排入冷凝器。在冷凝器中，高溫高壓的蒸汽將熱量釋放到冷卻介質(zhì)（水或空氣）中，冷凝成高壓液體。高壓液體通過節(jié)流閥節(jié)流成低壓低溫制冷劑，再次進(jìn)入蒸發(fā)器，完成一個(gè)制冷循環(huán)。在除霧過程中，這個(gè)循環(huán)不斷降低車內(nèi)空氣的溫度，使車窗玻璃表面的溫度也降低。當(dāng)車內(nèi)空氣中的水汽接觸到較冷的玻璃表面時(shí)，水汽會(huì)凝結(jié)成小水珠，但由于空氣流動(dòng)加快，小水珠難以聚集形成霧氣，從而達(dá)到除霧的效果。據(jù)資料顯示，通過這種方式除霧速度較快，但可能會(huì)讓車內(nèi)人員在一段時(shí)間內(nèi)感到寒冷，并且如果車內(nèi)溫度上升，可能會(huì)再次出現(xiàn)霧氣。

1.2 熱風(fēng)物理原理

當(dāng)使用熱空調(diào)除霧時(shí)，熱空氣通過空調(diào)系統(tǒng)吹向車窗玻璃。熱空氣的溫度較高，能夠使玻璃表面的溫度升高，與車內(nèi)空氣溫度接近。當(dāng)含有霧沫的氣體以一定速度流經(jīng)除霧器時(shí)，由于氣體的慣性作用，霧氣與波片碰撞而聚集的液滴會(huì)變大。液滴產(chǎn)生的重力超過了氣體升力和液體表層張力的合力，液滴與波片表層分離。同時(shí)，熱空氣能夠烘干車內(nèi)的水分，隨著熱風(fēng)將車內(nèi)的水分逐漸烘干，霧氣也會(huì)消失。不過，這種方式除霧時(shí)間相對較長，剛開始打開熱空調(diào)時(shí)，車內(nèi)的霧氣可能會(huì)變得更大，這是因?yàn)閮?nèi)外溫差加大。但一旦霧氣被暖風(fēng)吹干，由于玻璃和車內(nèi)空氣溫度接近，可以保持很長一段時(shí)間不會(huì)再起霧。

1.3 電場除霧原理

后風(fēng)窗玻璃一般采用電場除霧原理。在電暈線（陰極）和酸霧捕集極板（陽極）之間形成強(qiáng)大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的正、負(fù)離子。這些電子及離子在電場力的作用下作定向運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了捕集霧氣的媒介。同時(shí)，使得霧氣的粒子帶上電荷，這些帶電的酸霧粒子在電場力的作用下，作定向運(yùn)動(dòng)，抵達(dá)捕集霧氣的兩極的極板上。之后，帶電荷的粒子在極板上釋放所帶電荷，于是酸霧被集聚到極板上，在重力作用下流到除酸霧器的儲(chǔ)酸槽中，從而達(dá)到凈化酸霧的目的。

2 汽車除霜除霧的影響因素

2.1 整車?yán)鋮s系統(tǒng)因素

2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的作用

發(fā)動(dòng)機(jī)水溫對除霜除霧熱風(fēng)熱量起著至關(guān)重要的作用。除霜除霧所需的熱風(fēng)熱量來源于發(fā)動(dòng)機(jī)熱水，當(dāng)熱水的水溫、流量發(fā)生變化時(shí)，暖風(fēng)水箱的換熱量也會(huì)隨之改變，進(jìn)而影響除霜出風(fēng)溫度。目前，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷提高，其效率持續(xù)提升，導(dǎo)致余熱下降，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升緩慢且水溫偏低，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)問題更加突出，使得除霜效果變差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在低檔車通常通過調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制，增加低溫時(shí)的供油量來迅速升高水溫，但隨著排放指標(biāo)和節(jié)能環(huán)保要求的提高，這種方法已不適用于未來的新車型。而比較高檔的汽車，一般會(huì)增加燃油輔助加熱、蓄熱裝置或電加熱方式，以此彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)熱量不足和升溫過慢的問題。另外，還可以通過加熱玻璃洗滌液的方式，直接用熱的洗滌液來融化玻璃表面的霜層，實(shí)現(xiàn)迅速除霜。

2.1.2 暖風(fēng)水箱水流量影響

冷卻系統(tǒng)中，暖風(fēng)水箱的水流量問題是常見的影響除霜除霧的因素。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，正常的車在進(jìn)行低溫除霜試驗(yàn)時(shí)，其暖風(fēng)水箱的進(jìn)出水溫差在7℃～10℃之間。一旦水溫差異過大，則說明通過暖風(fēng)水箱的熱水流量低。產(chǎn)生這個(gè)問題的原因主要有節(jié)溫器泄漏或失效、水泵有效揚(yáng)程不足、發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)部泄漏、小循環(huán)水路流阻過大或堵塞、發(fā)動(dòng)機(jī)防凍液不足且水位過低、水路設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致分流不均等問題。此外，水路排氣不好，暖風(fēng)水箱中存在空氣也會(huì)影響采暖效果。這些問題一般比較容易發(fā)現(xiàn)，處理方法也相對成熟。

2.2 整車空氣系統(tǒng)因素

除霜風(fēng)道的設(shè)計(jì)對除霜除霧效果有著重要影響。由于車廂內(nèi)空間有限，風(fēng)道在儀表臺(tái)下方布置時(shí)，要考慮避讓其他零部件和滿足安裝需求，所以風(fēng)道經(jīng)常設(shè)計(jì)得外型彎曲，粗細(xì)不均。這樣就導(dǎo)致風(fēng)道的風(fēng)阻增大，氣流分配不均等問題，會(huì)使除霜出風(fēng)量減少，出風(fēng)不均勻，特別是側(cè)除霜風(fēng)量小，后視鏡區(qū)域難以除掉霜層或霧氣。

在除霜除霧狀態(tài)時(shí)，空調(diào)需調(diào)整到全暖外循環(huán)模式，不同模式下風(fēng)量的要求不一樣。在實(shí)際使用中，需要根據(jù)不同的除霜除霧需求，合理調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以確保達(dá)到良好的除霜除霧效果。

2.3 PTC空調(diào)系統(tǒng)因素

PTC是一種正溫度系數(shù)材料，通電后能快速產(chǎn)生熱量。在寒冷天氣下，PTC空調(diào)系統(tǒng)可以迅速提升車內(nèi)溫度，快速有效地清除擋風(fēng)玻璃上的霜或霧，保證駕駛員的視線清晰，極大地提高了行車安全性。相比傳統(tǒng)燃油車依靠發(fā)動(dòng)機(jī)余熱來除霜除霧，PTC的加熱速度更快，不需要等待發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱一段時(shí)間后才能提供熱量，能夠在車輛啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)就發(fā)揮除霜除霧的作用。穩(wěn)定可靠的除霜霧效果：PTC材料具有自動(dòng)限溫和恒溫的特性，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，電阻值增大，電流減小，可避免溫度過高或過低的情況發(fā)生，能夠持續(xù)穩(wěn)定地為除霜除霧提供適宜的熱量，確保除霜除霧效果的穩(wěn)定性和可靠性。不受環(huán)境影響：PTC空調(diào)系統(tǒng)的除霜除霧功能受外界環(huán)境溫度的影響較小。在極寒天氣或惡劣的環(huán)境條件下，即使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量不足或熱泵系統(tǒng)的效率降低，PTC系統(tǒng)仍然能夠正常工作，為車輛提供除霜除霧的功能，保證駕駛員的視野不受影響。增加能耗：PTC空調(diào)系統(tǒng)是通過電阻加熱來產(chǎn)生熱量，這一過程會(huì)消耗大量的電能。在除霜除霧的過程中，如果長時(shí)間使用PTC功能，會(huì)導(dǎo)致車輛的能耗增加，進(jìn)而影響電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。對于傳統(tǒng)燃油車來說，也會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致燃油消耗增加。

2.4 熱泵空調(diào)系統(tǒng)因素

熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用制冷循環(huán)中的熱能交換原理，能高效地吸收和釋放熱量。在除霜除霧過程中，相比傳統(tǒng)的電阻加熱方式（如PTC）能耗更低，可以減少車輛的電能消耗，對電動(dòng)汽車的續(xù)航里程影響較小。在長期使用過程中，這種節(jié)能優(yōu)勢有助于降低車輛的使用成本，并且在一定程度上緩解了用戶的續(xù)航焦慮。

熱泵系統(tǒng)在正常工作時(shí)能夠提供較為穩(wěn)定的熱量輸出，對擋風(fēng)玻璃的除霜除霧具有較好的效果。尤其是在不極端的寒冷天氣條件下，能夠快速有效地清除玻璃上的霜或霧，為駕駛員提供清晰的視線，保障行車安全。境適應(yīng)性相對較好：在溫度不是極低的寒冷環(huán)境中，熱泵空調(diào)系統(tǒng)的性能相對穩(wěn)定，能夠持續(xù)為除霜除霧提供熱量。與一些在低溫下性能下降明顯的技術(shù)相比，熱泵空調(diào)系統(tǒng)在一定程度上具有更好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在較廣泛的溫度范圍內(nèi)正常工作。低溫制熱性能有限：在極寒天氣下，由于外界環(huán)境溫度過低，熱泵空調(diào)系統(tǒng)從空氣中獲取熱量的難度增加，導(dǎo)致制熱效率下降。此時(shí)，熱泵系統(tǒng)可能無法提供足夠的熱量來快速有效地除霜除霧，影響駕駛員的視線和行車安全。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜可能引發(fā)故障：熱泵空調(diào)系統(tǒng)需要在結(jié)構(gòu)上增加四通換向閥等較為復(fù)雜的裝置，技術(shù)復(fù)雜性較高。這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和部件在長期使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障，就有可能影響到除霜除霧功能的正常運(yùn)行。除霜過程中可能影響舒適性：當(dāng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)處于除霜模式時(shí)，風(fēng)道內(nèi)換熱器上的冷凝水可能會(huì)迅速蒸發(fā)，在車輛的前擋風(fēng)玻璃上結(jié)霜，反而會(huì)影響駕駛安全性。并且在除霜過程中，可能會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)溫度和風(fēng)量的波動(dòng)，影響車內(nèi)的舒適性。

3 結(jié)論與展望

探究了汽車除霜除霧的工作原理及影響因素。在工作原理方面，冷風(fēng)物理原理通過制冷循環(huán)降低車內(nèi)空氣溫度，使水汽在玻璃表面難以聚集形成霧氣；熱風(fēng)物理原理利用熱空氣升高玻璃表面溫度，烘干車內(nèi)水分以消除霧氣；電場除霧原理則是通過電場作用使霧氣粒子帶電并集聚到極板上。

在影響因素方面，整車?yán)鋮s系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)水溫及暖風(fēng)水箱水流量對除霜除霧效果有著重要影響。發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升慢、水溫低會(huì)導(dǎo)致除霜效果差，可通過增加燃油輔助加熱等方式彌補(bǔ)；暖風(fēng)水箱水流量低會(huì)影響采暖效果，其原因包括節(jié)溫器泄漏等多種情況。整車空氣系統(tǒng)中，除霜風(fēng)道的設(shè)計(jì)會(huì)影響出風(fēng)量和出風(fēng)均勻度，不合理的設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致側(cè)除霜風(fēng)量小；風(fēng)量要求在不同模式下有所不同，合理調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)對除霜除霧效果至關(guān)重要。

未來可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步優(yōu)化汽車除霜除霧系統(tǒng)。首先，在冷卻系統(tǒng)方面，可以繼續(xù)探索更加高效、環(huán)保的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用方式，提高水溫上升速度和穩(wěn)定性，以改善除霜除霧效果。研發(fā)新型的熱交換技術(shù)，提高暖風(fēng)水箱的換熱效率。其次，對于空氣系統(tǒng)，可利用先進(jìn)的流體力學(xué)模擬技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化除霜風(fēng)道的設(shè)計(jì)，降低風(fēng)阻，提高氣流分配的均勻性。同時(shí)，研究更加智能的風(fēng)量控制系統(tǒng)，根據(jù)不同的天氣條件和駕駛需求，自動(dòng)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最佳的除霜除霧效果。此外，還可以結(jié)合新材料的應(yīng)用，開發(fā)具有更好除霜除霧性能的玻璃材料，如具有自加熱功能的玻璃或防霧涂層玻璃。最后，隨著智能汽車技術(shù)的發(fā)展，可以將除霜除霧系統(tǒng)與車輛的智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加自動(dòng)化、個(gè)性化的除霜除霧功能，提高行車安全性和駕駛舒適性。

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