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)動機(jī)布置，相對于前置和中置型式來說，后置水冷型式具有振動噪聲小、車廂利用率高、行李艙空間大、維修方便等優(yōu)點，目前已被普遍采用。同時，為滿足寒冷地區(qū)對車廂內(nèi)供暖以及前風(fēng)擋玻璃除霜的需求，在發(fā)動機(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，主要包括發(fā)動機(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，共用一個膨脹水箱，暖風(fēng)進(jìn)水管與發(fā)動機(jī)缸體相連，暖風(fēng)回水管與發(fā)動機(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)動機(jī)提供與之相匹配的散熱條件，保證發(fā)動機(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，配置一個大直徑冷卻風(fēng)扇，風(fēng)扇由發(fā)動機(jī)通過帶傳動進(jìn)行驅(qū)動，使用電磁離合器或硅油離合器，通過溫控系統(tǒng)對風(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：功耗較大，最高可達(dá)發(fā)動機(jī)的10%左右；皮帶傳動導(dǎo)致的振動和噪音較大；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，配置若干小直徑獨立冷卻風(fēng)扇，風(fēng)扇由發(fā)電機(jī)電動驅(qū)動，通過溫控系統(tǒng)對各個風(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：取消了皮帶傳動結(jié)構(gòu)部件，功耗低，振動和噪聲??；散熱水箱不需要與發(fā)動機(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)動機(jī)加溫后，會隨發(fā)動機(jī)的工作持續(xù)產(chǎn)生水蒸氣，若不及時排除，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)計采用自動排氣型式，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)動機(jī)缸體上部和散熱水箱上部。因此，如圖2 所示，在發(fā)動機(jī)缸體高點和散熱水箱高點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，連接順序為液體加熱器→前除霜器→車內(nèi)兩側(cè)散熱器→發(fā)動機(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，連接順序為液體加熱器→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)動機(jī)進(jìn)水管。整體串聯(lián)結(jié)構(gòu)相對簡單，可靠性高。但此種布置方式下，每個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)動機(jī)回水口的暖風(fēng)系統(tǒng)管路上，連接順序為液體加熱器→全部并聯(lián)的散熱器和前除霜器→發(fā)動機(jī)進(jìn)水管。整體并聯(lián)結(jié)構(gòu)每個散熱器供暖溫度均衡，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，故障點多[5]。此種結(jié)構(gòu)布置型式僅適用于部分對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)各個散熱器，兩路回水合并一路后，連接至發(fā)動機(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)點在于，將前除霜器與車內(nèi)散熱器獨立布置，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，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持續(xù)產(chǎn)生水蒸氣，連同發(fā)動機(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)計采用手動和自動排氣相結(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，不會影響到發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)，采用手動排氣型式。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)行手動排氣。

隨管路循環(huán)的氣體，若進(jìn)入到發(fā)動機(jī)進(jìn)水管，會直接影響到發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)，采用自動排氣型式。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)有足夠的空間存儲瞬時較多的氣體。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，實現(xiàn)氣水分離。氣體在整個系統(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，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。