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        客車水路系統(tǒng)布置及其氣體凈化設(shè)計(jì)

        2021-08-28 09:49:40朱愛榮
        汽車實(shí)用技術(shù) 2021年15期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)水管除霜暖風(fēng)

        朱愛榮

        (北京北方華德尼奧普蘭客車股份有限公司,北京 100072)

        前言

        現(xiàn)代大中型客車的發(fā)動(dòng)機(jī)布置,相對(duì)于前置和中置型式來說,后置水冷型式具有振動(dòng)噪聲小、車廂利用率高、行李艙空間大、維修方便等優(yōu)點(diǎn),目前已被普遍采用。同時(shí),為滿足寒冷地區(qū)對(duì)車廂內(nèi)供暖以及前風(fēng)擋玻璃除霜的需求,在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)上又衍生出水循環(huán)暖風(fēng)系統(tǒng)。因此,整車水路系統(tǒng)的設(shè)計(jì),主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻和車內(nèi)暖風(fēng)兩大方面,以及二者之間的聯(lián)結(jié)型式。

        1 整車水路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

        整車水路系統(tǒng)主要由冷卻和暖風(fēng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成,如圖1 所示。冷卻系統(tǒng)屬基本功能,是車輛正常運(yùn)行必備要件,暖風(fēng)系統(tǒng)屬附加功能,是在冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)上衍生出的分系統(tǒng)。二者采用并聯(lián)布置型式,共用一個(gè)膨脹水箱,暖風(fēng)進(jìn)水管與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體相連,暖風(fēng)回水管與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管相連。并聯(lián)布置目的是優(yōu)先保證冷卻系統(tǒng)的正常工作,最大限度地降低暖風(fēng)系統(tǒng)對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響。

        圖1 整車水路系統(tǒng)

        2 冷卻系統(tǒng)

        冷卻系統(tǒng)的功能是為發(fā)動(dòng)機(jī)提供與之相匹配的散熱條件,保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行且保持在最佳溫度范圍內(nèi)工作。

        2.1 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

        冷卻系統(tǒng)主要包括散熱水箱、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱、控制系統(tǒng)及相關(guān)管路組成。目前主要的結(jié)構(gòu)布置型式有兩種:機(jī)械風(fēng)扇型式和電子風(fēng)扇型式。

        機(jī)械風(fēng)扇型式,如圖2(a)所示,散熱水箱橫向布置,配置一個(gè)大直徑冷卻風(fēng)扇,風(fēng)扇由發(fā)動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),使用電磁離合器或硅油離合器,通過溫控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。此種冷卻型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):功耗較大,最高可達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的10%左右;皮帶傳動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)和噪音較大;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配精度要求高,工藝性較差。目前,此種型式已逐漸被電子風(fēng)扇型式所取代。

        電子風(fēng)扇型式,如圖2(b)所示,散熱水箱縱向布置,配置若干小直徑獨(dú)立冷卻風(fēng)扇,風(fēng)扇由發(fā)電機(jī)電動(dòng)驅(qū)動(dòng),通過溫控系統(tǒng)對(duì)各個(gè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。此種冷卻型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):取消了皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部件,功耗低,振動(dòng)和噪聲?。簧崴洳恍枰c發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行耦合,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝配精度要求低,工藝性好,且布置方式靈活[2]。目前,此種型式已廣泛應(yīng)用到大中型客車的冷卻系統(tǒng)。

        圖2 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置型式

        2.2 冷卻系統(tǒng)氣體凈化方案

        冷卻液經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)加溫后,會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工作持續(xù)產(chǎn)生水蒸氣,若不及時(shí)排除,極易形成氣阻,導(dǎo)致水泵的泵水量下降,進(jìn)而降低散熱效率[3]。

        冷卻系統(tǒng)氣體凈化設(shè)計(jì)采用自動(dòng)排氣型式,解決方案是加裝膨脹水箱。冷卻系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣體,最終主要堆積在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上部和散熱水箱上部。因此,如圖2 所示,在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體高點(diǎn)和散熱水箱高點(diǎn)與膨脹水箱之間各設(shè)有一根排氣管,系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的氣體,經(jīng)排氣管進(jìn)入膨脹水箱,實(shí)現(xiàn)氣水分離,多余氣體通過膨脹水箱上的閥體排出。

        3 暖風(fēng)系統(tǒng)

        暖風(fēng)系統(tǒng)功能是利用冷卻系統(tǒng)中的冷卻液,經(jīng)過加熱器進(jìn)行二次加熱,或直接將升溫后的冷卻液輸送至車內(nèi)除霜器和散熱器,以滿足前風(fēng)擋除霜和車廂內(nèi)升溫的需求[4]。

        3.1 暖風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

        暖風(fēng)系統(tǒng)主要包括液體加熱器、前除霜器、車內(nèi)散熱器、控制系統(tǒng)及相關(guān)管路組成。目前主要的結(jié)構(gòu)布置型式有三種:整體串聯(lián)、整體并聯(lián)和并串混聯(lián)。

        整體串聯(lián),即將前除霜器和車內(nèi)散熱器順序連接。根據(jù)前除霜器的位置,又有兩種布置方式:一種是將前除霜器布置在串聯(lián)結(jié)構(gòu)最前端,連接順序?yàn)橐后w加熱器→前除霜器→車內(nèi)兩側(cè)散熱器→發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管;另一種是將前除霜器布置在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中間,連接順序?yàn)橐后w加熱器→車內(nèi)一側(cè)散熱器→前除霜器→車內(nèi)另一側(cè)散熱器→發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管。整體串聯(lián)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,可靠性高。但此種布置方式下,每個(gè)散熱器供暖溫度不一致,容易導(dǎo)致車廂內(nèi)冷暖不均衡。此種結(jié)構(gòu)布置型式僅適用于冬季溫度不是很低的地區(qū)。

        整體并聯(lián),即將前除霜器和車內(nèi)散熱器全部并聯(lián)在液體加熱器出口至發(fā)動(dòng)機(jī)回水口的暖風(fēng)系統(tǒng)管路上,連接順序?yàn)橐后w加熱器→全部并聯(lián)的散熱器和前除霜器→發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管。整體并聯(lián)結(jié)構(gòu)每個(gè)散熱器供暖溫度均衡,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,故障點(diǎn)多[5]。此種結(jié)構(gòu)布置型式僅適用于部分對(duì)供暖均衡性要求較高的高檔車輛和旅居商務(wù)車輛。

        并串混聯(lián),如圖3 所示,即車內(nèi)散熱器和前除霜器并聯(lián),車內(nèi)各個(gè)散熱器之間串聯(lián)。液體加熱器后管路分為兩路,一路直接至前除霜器,另一路串聯(lián)車內(nèi)各個(gè)散熱器,兩路回水合并一路后,連接至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管。

        圖3 并串混聯(lián)結(jié)構(gòu)布置暖風(fēng)系統(tǒng)

        車內(nèi)散熱器串聯(lián)方式,既可以先左至右(或先右至左)順序串聯(lián),也可以左右交叉串聯(lián)。并串混聯(lián)最大的優(yōu)點(diǎn)在于,將前除霜器與車內(nèi)散熱器獨(dú)立布置,優(yōu)先保證了前除霜器的除霜效果和可靠性。而且車內(nèi)散熱器也可以選擇左右交叉串聯(lián),以滿足車內(nèi)供暖均衡性需求。此種結(jié)構(gòu)布置型式綜合了整體串聯(lián)和整體并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn),可適用范圍最為廣泛。

        上述三種暖風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置型式,均可根據(jù)使用環(huán)境需要(例如在中國(guó)南方地區(qū),僅利用發(fā)動(dòng)機(jī)余溫即可滿足供暖需求),取消液體加熱器,但需要增加一個(gè)循環(huán)水泵,以保證暖風(fēng)系統(tǒng)液體的循環(huán)壓力。

        3.2 暖風(fēng)系統(tǒng)氣體凈化方案

        同冷卻系統(tǒng)一樣,冷卻液經(jīng)液體加熱器加溫后也會(huì)持續(xù)產(chǎn)生水蒸氣,連同發(fā)動(dòng)機(jī)加熱產(chǎn)生的水蒸氣一起進(jìn)入暖風(fēng)系統(tǒng),亦需及時(shí)排除,避免降低供暖效果和隨管路進(jìn)入到冷卻系統(tǒng)中。

        暖風(fēng)系統(tǒng)氣體凈化設(shè)計(jì)采用手動(dòng)和自動(dòng)排氣相結(jié)合的型式。冷卻系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣體,一部分堆積在車內(nèi)散熱器和前除霜器內(nèi)上部,另一部分隨管路進(jìn)行循環(huán)。對(duì)于此兩部分的氣體,分別采用不同的排氣型式。

        堆積在車內(nèi)散熱器和前除霜器內(nèi)氣體,僅影響供暖效果,不會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng),采用手動(dòng)排氣型式。通過散熱器和前除霜器上部設(shè)置的排氣螺塞,根據(jù)系統(tǒng)的使用情況,定期或不定期進(jìn)行手動(dòng)排氣。

        隨管路循環(huán)的氣體,若進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管,會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng),采用自動(dòng)排氣型式。解決方案是加裝氣體凈化器,其安裝位置,如圖4 所示,在暖風(fēng)系統(tǒng)回水管與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管連接部位之前的管路上,在此位置將管路中的氣體排出,避免進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。

        圖4 氣體凈化器安裝位置

        氣體凈化器,如圖5 所示,進(jìn)水接頭管和出水接頭管具有一定的高度差,保證氣液分離腔體內(nèi)有足夠的空間存儲(chǔ)瞬時(shí)較多的氣體。暖風(fēng)系統(tǒng)管路中的氣體隨冷卻液通過進(jìn)水接頭管進(jìn)入到氣液分離腔體,實(shí)現(xiàn)氣水分離。氣體在整個(gè)系統(tǒng)壓力作用下,通過氣體接頭管進(jìn)入膨脹水箱,排出系統(tǒng);液體則經(jīng)由出水接頭管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水管,進(jìn)行循環(huán)。

        4 結(jié)束語

        整車水路系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)或部件功能的重要程度,區(qū)分出優(yōu)先級(jí)別:冷卻系統(tǒng)直接關(guān)系到車輛運(yùn)行的可靠性并影響車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,其性能必須優(yōu)先保證。其次,在暖風(fēng)系統(tǒng)中,前除霜器影響到駕駛員視野,涉及到車輛行駛安全性,其性能必須優(yōu)先于車內(nèi)散熱器予以保證。在布置結(jié)構(gòu)型式的選擇上,應(yīng)根據(jù)車輛的實(shí)際使用環(huán)境,在保證安全、可靠、適用的前提下,兼顧車輛的制造成本和運(yùn)營(yíng)成本。

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