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)和噪聲小；散熱水箱不需要與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行耦合，結(jié)構(gòu)簡單，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)營成本。